JPH03169398A - 汚泥の脱水方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

本発明は汚泥の脱水方法の改良に関するものである。さ
らに詳しくいえば、本発明は、強い汚泥の凝集フロック
を形戊し、低含水率の脱水汚泥ケーキを安定して得るこ
とのできる、無機凝集剤と両性有機高分子電解質とを併
用する汚泥の脱水方法に関するものである。

【従来の技術〕

従来、下水処理、し尿処理、有機性産業廃水処理などに
より生じる有機性汚泥を効率よく脱水処理する方法とし
て、無機凝集剤と高分子脱水剤とを併用する方法、例え
ば、（ｌ）無ｅ．凝集剤とアニオン性高分子凝集剤とを
併用する方法、（２）無機凝集剤とカチオン性高分子脱
水剤とを併用する方法（特公昭５０−２７８２１号公報
）、（３）無機凝集剤、及びカチオン性高分子脱水剤と
アニオン性高分子凝集剤との混合物から或る高分子脱水
剤を併用する方法（特開昭６２−１２９２００号公報）
％（４）無機凝集剤とカチオン性高分子脱水剤とア二オ
ン性高分子脱水剤とを汚泥に順次添加する方法（特開昭
５４−７３４６４号公報）、（５）無機凝集剤と両性高
分子電解質とを併用する方法（特開昭６３−１５８２０
０号公報）などの種々の方法が試みられている。 しかしながら、（１）の方法においては、凝集フロック
は形或するが、フロック強度が弱いためろ布剥離性が悪
く、かつ脱水ケーキの含水率が高い上、無機凝集剤の必
要添加量も多いなどの欠点があるし、（２）の方法にお
いては、汚泥の凝集性が悪くて脱水ケーキの含水率が高
く、かつ必要添加量も多いなどの欠点がある。また、（
３）の方法においては、無機塩を多量に必要とするため
、薬剤が取扱いにくく、かつ混合高分子脱水剤の安定性
が悪い上、汚泥との反応が遅く、必要添加量が多くなる
ため、経済的に不利であるし、（４）の方法においては
操作が煩雑で、薬剤の使用量も多く、コスト高になるの
を免れない上、脱水ケーキの含水率も高いなどの欠点が
ある。 これらの方法に対し、（５）の無機凝集剤と両性高分子
電解質とを併用する方法は、前記欠点がある程度改良さ
れ、比較的好ましい方法である．しかしながら、この方
法は、無機凝集剤を、その添加後のｐＨがある範囲にな
るように添加したのち、両性高分子電解質を加えて凝集
させるが、汚泥によってはｐＨが低く、わずかな無機凝
集剤の添加量で所望ｐＨ範囲を外れることがあったり、
あるいはアルカリ度の高い汚泥の場合には無機凝集剤を
無添加でも多量に加えてもあまりｐＨが変化しないこと
がある。この方法においては、その汚泥の脱水処理に最
適な無機凝集剤の量を決めることはできず、安定した汚
泥の脱水処理は達成できないという問題がある。また、
この方法において規定されたｐＨ範囲外でも、条件によ
っては良好な汚泥脱水処理ができることは、汚泥処理に
従事する者であればよく経験することであり、したがっ
て、無′Ｗ＆凝集剤と両性高分子電解質とを併用する方
法においては、安定した汚泥脱水処理を行うには、さら
になんらかの指標が求められていた。 このように、従来の無機凝集剤と高分子脱水剤とを併用
する汚泥処理方法は、多くの問題を有し、その改良が強
く望まれていた。 【発明が解決しようとする課題１ 本発明は、従来の無機凝集剤と高分子脱水剤とを併用し
て汚泥を脱水処理する方法が有する欠点を克服し、強い
汚泥の凝集７ロツクを形或して、低含水率の脱水汚泥ケ
ーキを安定して得ることのできる、無機凝集剤と高分子
脱水剤とを併用する汚泥の脱水方法を提供することを目
的としてむされたものである。 ［課題を解決するための千段〕 本発明者は前記目的を達戊するために鋭意研究を重ねた
結果、有機性汚泥に、まず特定量の無機凝集剤を添加し
たのち、特定構造の両性有機高分子電解質を添加するこ
とにより、その目的を達戊しうろことを見い出し、この
知見に基づいて本発明を完戊するに至った。 すなわち、本発明は、有機性汚泥に無機凝集剤を添加し
、次いで両性有機高分子電解質を添加して脱水処理する
に当たり、該無機凝集剤を、その添加後の汚泥のＣＳＴ
／　［５５］比〔ただし、ＣＳＴはキャビラリーサクシ
ョンタイム（秒）、［５５］は汚泥固形物濃度（重量／
容量％）である〕が１５〜５０となるように添加し、か
つ該両性有機高分子電解質として、（Ａ）カチオン性構
成単位、（Ｂ）アニオン性構成単位及び（Ｃ）ノニオン
性構戊単位を、これらの合計量に基づき、それぞれ２０
〜７０モル％、５〜４０モル％及び１０〜７５モル％の
割合で含有する固有粘度［η］が５ｄｌｌ９以上の水溶
性高分子重合体を用いることを特徴とする汚泥の脱水方
法を提供するものである。 以下、本発明を詳細に説明する。 本発明方法において用いられる無機凝集剤の種類につい
ては特に制限はなく、従来汚泥の脱水処理に慣用されて
いるものの中から任意のものを選択して用いることがで
きる．この無機凝集剤の具体例としては、ポリ塩化アル
ミニウム、硫酸アルミニウム、塩化第二鉄、硫酸第一鉄
、ポリ硫酸鉄、その他一般の水処理で用いられている多
価金属塩などが挙げられる。これらの無機凝集剤は１種
用いてもよいし、２種以上を組み合わせて用いてもよい
。 本発明方法においては、前記無機凝集剤を、両性有機高
分子電解質を添加する前にあらかじめ有機性汚泥に添加
して、汚泥と均一に混合しておくことが必要であるが、
この際、該無機凝集剤の添加量は、その添加後の汚泥の
ＣＳＴ／［ＳＳｌ比が１５〜５０の範囲になるように選
ぶことが必要である。ここで、ＣＳＴはキャビラリーサ
クシａンタイム（Ｃａｐｉｌｌａｒｙ　　Ｓｕｃｔｉｏ
ｎＴｉｍｅ）のことで、その単位は秒であり、［ＳＳ］
は汚泥固形物濃度のことで、その単位は重量／容量％で
ある。 なお、該ＣＳＴの測定は、第１図に示す装置を用いて行
われる。すなわち、まず一定規格のろ紙１（ワットマン
社製Ｎｏ．１７）上に置いた円筒管２中に試料（無機凝
集剤添加後の汚泥）３を注ぐ。試料３はろ紙ｌに吸収さ
れ、同心円を描きながら湿潤拡大していくので、一定距
離ＡＢ間（ＡＡ″点Ｉ３０ｍｒａ，Ｂ点−４５ｍｍ）を
湿潤するのに要する時間（秒）をＣＳＴカウンター４で
求めることにより、ＣＳＴを測定することができる。 該ＣＳＴ／［ＳＳ］比が前記範囲を逸脱すると本発明の
効果が十分に発揮されない。さらに、本発明においては
、無機凝集剤としてアルミニウム塩を用いる場合には、
その添加量は、添加後の汚泥のｐＨが４．５〜６．５の
範囲にあるように、また鉄塩を用いる場合には、該ｐＨ
が４．０〜６．０の範囲にあるように選ぶことが望まし
い。該ｐＨが前記範囲を逸脱すると凝集性が不良となる
傾向がみられる。 本発明方法においては、このようにして、無機凝集剤を
有機性汚泥に均一に混合したのち、両性有機高分子電解
質を添加する。この両性有機電解質としては、（Ａ）カ
チオン性構戊単位、（Ｂ）アニオン性構成単位及び（Ｃ
）ノニオン性構或単位を含有するものが用いられる。 該（Ａ）カチオン性構戊単位としては、例えば一般式 Ｏ　　　　　　　　　　　　　Ｒ４ ・・・（Ｉ） （式中のＲｌは水素原子又はメチル基、Ｒ２は炭素数１
〜３のアルキレン基又は２−ヒドロキシプロピレン基、
Ｒ３及びＲ４は同一又は異なる炭素数１〜２のアルキル
基、Ａは一〇一又は一ＮＨ一である） で表される単位、その第三級塩や四級化物、及びその他
塩基性窒素を有する単位などが挙げられる。 該第三級塩としては、例えば前記一般式ＣＩ）で表され
る単位の塩酸塩、′ｆＩＬｗｉ塩、硝酸塩、ギ酸塩、酢
酸塩などが挙げられ、また該四級化物としては、例えば
前記一般式ＣＩ）で表される単位の、塩化メチル、ヨウ
化メチル、塩化べ冫ジル、ジメチル硫酸などによる四級
化物が挙げられる。これらのカチオン性構戊単位は１種
含有されていてもよいし、２種以上含有されていてもよ
い。 前記一般式（１）で表される単位の具体例としては、ジ
メチルアミノメチルアクリレート又はメタクリレート、
ジメチルアミノエチルアクリレート又はメタクリレート
、ジメチルアミノブロビルアクリレート又はメタクリレ
ート、ジメチルアミノー２−ヒドロキシプロビルアクリ
レート又はメタクリレート、ジエチルアミノメチルアク
リレート又はメタクリレート、ジェチルアミノエチルア
クリレート又はメタクリレート、ジェチルアミノプロビ
ルアクリレート又はメタクリレート、ジェチルアミノー
２−ヒドロキシアクリレート又はメタクリレート、ジメ
チルアミノメチルアクリルアミド又はメタクリルアミド
、ジメチルアミノエチルアクリルアミド又はメタクリル
アミド、ジメチルアミノプロピルアクリルアミド又はメ
タクリルアミド、ジメチルアミノー２−ヒドロキシプロ
ビルアクリルアミド又はメタクリルアミド、ジェチルア
ミノメチルアクリルアミド又はメタクリルアミド、ジエ
チルアミノエチルアクリルアミド又はメタクリルアミド
、ジエチルアミノブロビルアクリルアミド又はメタクリ
ルアミド、ジエチルアミノー２−ヒドロキシグロビルア
クリルアミド又はメタクリルアミドなどの構或単位が挙
げられる。 該（Ｂ）アニオン性構戊単位としては、例えば一般式 Ｒ１ 【 ＣＨ”−Ｃ− ■ Ｃ−ＯＢ １１ ０　　　　　　　　　　　　　・・・　（ｎ）（式中の
Ｒ６は水素原子又はメチル基、Ｂは水素、ナトリウム、
カリケム、アンモニウムなどのカチオンである） で表される単位及び他のカルポン酸単位やその塩が挙げ
られる。これらのアニオン性構或単位は１種含有されて
いてもよいし、２種以上含有されていてもよい。 前記一般式（■）で表される単位の具体例としては、ア
クリル酸、メタクリル酸及びこれらのナトリウム塩、カ
リウム塩、アンモニウム塩などの構或単位が挙げられる
。 該（Ｃ）ノニオン性構成単位としては、例えばアクリル
アミド、メタクリルアミド、ジメチルアクリルアミド、
ジメチルメタクリルアミドなどのビニル基含有アミド類
、アクリ口ニトリルやメタクリロニトリルなどのシアン
化ビニル系化合物、アクリル酸メチル、アクリル酸エチ
ル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチルなどの（
メタ）アクリル酸のアルキルエステル類、酢酸ビニルな
どのカノレポン酸のビニノレエステノレ類、スチレン、
σ−メチルスチレン、ｐ−メチルスチレンなどの芳香族
ビニル系化合物などの構戊単位が挙げられるがこれらの
構成単位の中で（メタ）アクリルアミド型単位が好適で
ある。これらのノニオン性構戊単位は１種含有されてい
てもよいし、２種以上含有されていてもよい。 本発明方法において用いられる該両性有機高分子電解質
は、前記（Ａ）カチオン性＊戊単位（Ｂ）アニオン性構
成単位及び（Ｃ）ノニオン性構戊単位の含有割合が、こ
れらの合計量に基づき、それぞれ２０〜７０モル％、５
〜４０モル％及び１０〜７５モル％の範囲にあることが
必要であり、各構戊単位の含有割合が前記範囲を逸脱す
ると本発明の効果が十分に発揮されない。また、該両性
有機高分子電解質は、その固有粘度［η］が５　ｄｉ７
９以上、好ましくは７〜１５ｄｌ／９の範囲にあること
が必要である。本発明でいう固有粘度とは、特にことわ
りのないかぎり、ＩＮ−ＮａＮＯ３水溶液において、温
度３０℃で測定した値のことである。この固有粘度が５
ｄｌｌ９未満では、凝集性に劣り、本発明の目的が十分
に達せられない。 該両性有機高分子電解質の製造方法については、得られ
る両性有機高分子電解質が前記条件を満たしさえすれば
特に制限はなく、例えば共重合法によって製造してもよ
いし、高分子変性法によって製造してもよい。共重合法
で製造する場合には、通常の溶液重合法、乳化重合法、
懸濁重合法などを用い、ラジカル重合開始剤の存在下に
、前記構或単位を形戊しうるカチオン性七ノマー、アニ
オン性七ノマー及びノニオン性七ノマーヲ共重合サせる
ことにより両性高分子電解質を得ることができる。また
、高分子変性法で製造する場合には、例えばアクリルア
ミドやメタクリルアミドを必須単位とするノニオン性ボ
リマーを、加水分解条件下、すなわち高ｐＨ条件下、必
要に応じて高温加熱下でマンニッヒ変性を行うことによ
り両性高分子電解質を得ることができる。 このようにして得られｔ；両性有機高分子電解質の形態
については特に制限はなく、液状、粉末状などいずれの
形態であってもよい。また、使用方法については、通常
０．１〜０．５ｔ量％程度の濃度の水溶液として用いら
れる。一般に、第三級塩や四級化物化したカチオン性七
ノマーを用いて共重合して得られた両性高分子電解質水
溶液は酸性を示すので、カチオン性基部分の加水分解や
、カチオン性基とア二オン性基の反応によるポリイオン
コンプレックスも生じないが、水溶液安定化のために、
必要に応じて酸性物質を加えることもできる。また、一
部アニオン性基を有するマンニツヒ変性物はもちろんの
こと、第三級塩タイプのモノマーから共重合して得られ
る両性高分子電解質はアルカリ水溶液としても使用する
ことができる．この場合、カチオン性基としてはエステ
ルタイプよりも加水分解を受けにくいアミドタイブの方
が好ましい。 また、カチオン性高分子電解質とアニオン性高分子電解
質とを混合して一液とする場合には、ポリイオンコンプ
レックスの生戊を防ぐために、股に酸性水溶液とするが
、その結果アニオン性高分子電解質の溶解が著しく遅く
なるという問題が生じる。しかしながら、本発明で用い
られる両性高分子電解質ではこのようなことはなく、通
常の高分子脱水剤と比べて溶解性は変わらないという極
めて優れた特徴を有している。 本発明方法が適用される汚泥については特に制限はなく
、例えば下水、し尿、一般産業排水処理で生じる有機性
汚泥や生物処理水の凝集処理から生じる凝集汚泥と有機
性汚泥との混合汚泥などに本発明方法を適用することが
できる。 さらに、本発明の汚泥脱水剤による処理において、使用
できる脱水機としては、例えばベルトプレス脱水機、遠
心脱水機、スクリュープレス脱水機、真空脱水機、フィ
ルタープレス脱水機などが挙げられる。 〔実施例］ 次に、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、
本発明はこれらの例によってなんら限定されるものでは
ない。 なお、無機凝集剤を添加後の汚泥のＣＳＴは、第１図に
示すＣＳＴ測定装置を用いて測定した。 また、ボリマー固有粘度【η】は、ことわりのないかぎ
り、ＩＮ−ＮａＮＯ３水溶液において、温度３０°Ｃに
て測定した。 製造例１　両性高分子電解買Ａ−１−Ａ−１４の■ 所定比率のカチオン性七ノマー、アニオン性モノマー、
ノニオン性モノマーを純水に溶解して全モノマー濃度４
０重量％の水溶液を調製したのち、冷却管、窒素導入管
、温度計を備えたセバラブルフラスコに入れ、窒素ガス
パブリングにより脱酸素後、開始剤として過硫酸カリウ
ム又は過［酸アンモニウム又は２．２″−アゾビス（２
−アミジノプロパン）二塩酸塩を加え、４５℃で６時間
反応させた。次いで生戒したゲル状ポリマーをアセトン
中で脱水、粉砕し、真空乾燥することにより、第１表に
示す組戊比の白色ボリマー粉末を得た，このポリマー粉
末を再度水に溶解させたが、溶解性は良好で不溶解分は
みられなかった。まＩ；、０．４重量％水溶液のｐＨは
すべてのサンプルとも２．８〜３．３の範囲にあった。 さらに、これらのポリマーのＩＮ−ＮａＮＯｓ水溶液を
調製し、温度３０゜Ｃにおける該ポリマーの固有粘度［
η］を求めｔ；。その結果を第１表に示す。また、反応
物の組戊は、コロイド当量測定、電位差滴定、ＮＭＲ　
（核磁気共鳴スペクトル）測定など、公知の方法で確認
した。 製造例２　両性高分子電解質Ｂ−１の製造アクリルアミ
ドモノマ−４２７ｇを純水に溶解して、濃度１４．２重
量％のアクリルアミドモノマー水溶液を調製したのち、
冷却管、窒素導入管、温度計を備えたセバラブルフラス
コに入れ、窒素ガスパブリングにより脱酸素後、開始剤
として過ヨウ素酸ナトリウム０．３２９を加え、４５°
Ｃで８時間反応させて、ポリアクリルアミド水溶液を得
た。この水溶液の一部をとり、メタノールにて脱水粉末
化し、固有粘度［ηｌを測定したところ、６．８ｄｌ／
９であった。 次に、このポリアクリルアミド水溶液１０００９をステ
ンレス製二一グーに移し、これに、冷却撹拌下で３７重
量％ホルマリンと５０重量％ジメチルアミン水溶液を、
それぞれ１６２＋ｍｌｌ及び２５３ｍｌｌ加えたのち、
４０’Ｏで４時間撹拌反応を行った。得られたポリアク
リルアミドのマンニツヒ変性物の物性は、ｐＨ３での固
有粘度〔η〕が７　．５ｄＱ／ｙ　、ｐ　Ｈ　３でのＣ
Ｅ値（コロイド当量値）が４．２ｍｅ　ｑ／ｇ　、ｐＨ
１　０でのマイナスＣＥ値がＯ．ＯｍｅＱ／９であった
。結果を第２表に示す。 製造例３　両性高分子電解質Ｂ−２の製造製造例２にお
いて、マンニッヒ反応の反応温度を５０℃とした以外は
、製造例２と同様にしてポリアクリルアミドのマンニッ
ヒ変性物を得た。 このマンニッヒ変性物の物性は、ｐＨ３での固有粘度が
７．’Ｌｄｌ／９　、ｐｉ−ｉ３でのＣＥ値が４　．　
９　ｍ　ｅ　ｑ　／　９、ｐＨｌｏでのマイナスＣＥ値
がｘ．ｘｍｅｑ／ｇであった。結果を第２表に示す。 また、比較例で用いた高分子重合体Ｃ−１〜Ｃ−７の組
戒及び物性を第３表に示す。 （以下余白） 実施例１〜８、比較例ｌ〜７ 汚泥として、ｐＨ５．４、固形物（５５）２．１ｗｔ／
ｖｏｌ％、有機質分（対ＳＳ）８６．Ｏｗｔ％、繊維質
分（対ＳＳ）３０．Ｏｗｔ％の性状を有する下水混合汚
泥（初沈汚泥十余剰汚泥）を用い、ボリマーは０．４！
量％水溶液として使用した。 ３００Ｉ＋ＩＩ＋ビーカーに汚泥２００ｓ＋１をとり、
無機凝集剤として、所定量のポリ塩化アルミニウムを添
加したのち、タービン羽根付撹拌機で３０Ｏｒｐｍにて
６０秒間撹拌した。その汚泥をシリンジで６１１１採取
し、ワットマン社製Ｎｏ．１７のろ紙、Ｉ　２　０ａ＋
ｍｘ　５　０ｍｍのステンレスシリンダを備えたＴＲ　
ＩＴＯＮ社！！１３０型ＣＳＴ測定装置でＣＳＴを測定
するとともに、汚泥のｐＨもチェックし無機凝集剤の必
要量を決定した。 次に、所定量のポリマー水溶液を無機凝集剤を添加した
汚泥に加え、同じくタービン羽根付撹拌機で２５Ｏｒｐ
ｍにて３０秒間撹拌し、汚泥を凝集させた。この際の凝
集フロックの大きさを測定したのち、ろ布を敷いたプフ
ナーロートにこの凝集汚泥を注ぎ込み、１０秒後のろ過
液量及びリークしたＳＳ量から、ＳＳの回収率を求めた
。次いで、ブフナーロート上の汚泥の一定量を２枚のろ
布ではさみ、０　．　５　ｋｇ／　ｃｔａ”の圧力で６
０秒間圧搾し、ろ布からのケーキの剥離状態及びケーキ
の含水率を測定した。ろ布からのケーキの剥離状態は、
ヘラでケーキをかき取った後のろ布（上下２枚）を高圧
水で洗い出し、付着していた固形物量を測定することに
より、算出した。この結果を第４表に示す。 なお、ポリ塩化アルミニウムの添加量は、ＡＭ含量５．
３ｗｔ％のボリ塩化アルミニウム水溶液としての添加量
を示す。 （以下余白） 実施例９〜１９、比較例８〜１７ 汚泥として、ｐＨ６．９、固形物（Ｓ　Ｓ）２　．　６
　ｗ　ｔ　／　ｖ　ｏ　１％、有機質分（対ＳＳ）７２
．５ｗｔ％、繊維質分（対ＳＳ）３．７ｗｔ％の性状を
有するし尿混合汚泥（余剰汚泥十凝集汚泥）を用い、か
つ無機凝集剤としてポリ硫酸鉄を使用して、実施例１〜
８と同様にして脱水テストを行った。その結果を第５表
に示す。 なお、ポリ硫酸鉄の添加量は、Ｆｅ含量１１．０ｗｔ％
とのポリ硫酸鉄水溶液としての添加量を示す。 （以下余白） ［発明の効果〕 本発明の汚泥の脱水方法によると、（１）凝集性が向上
し、大きな７ロックを形或するため、汚泥処理量が増加
する、（２）形戊した７ロックが強いためろ布からのケ
ーキの剥離性が良い、（３）フロックが強く密であるた
めケーキ含水率が低い、（４）凝集性がよいため薬剤の
必要添加量が少なくてすみ、コスト的に有利である、（
５）凝集性がよいため、ＳＳ回収率が高い、など優れた
効果がも！こらされる。

【図面の簡単な説明】

第１図は無機凝集剤添加後の汚泥のＣＳＴを測定するＩ
こめに用いた装置の平面図及び立面図であり、図中符号
１はろ紙、２は円筒管、３は汚泥、４はＣＳＴカウンタ
ー、５はベース、６はカバー７は！極である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　有機性汚泥に無機凝集剤を添加し、次いで両性有機
   高分子電解質を添加して脱水処理するに当たり、該無機
   凝集剤を、その添加後の汚泥のＣＳＴ／［ＳＳ］比〔た
   だし、ＣＳＴはキャピラリーサクションタイム（秒）、
   ［ＳＳ］は汚泥固形物濃度（重量／容量％）である〕が
   １５〜５０となるように添加し、かつ該両性有機高分子
   電解質として、（Ａ）カチオン性構成単位、（Ｂ）アニ
   オン性構成単位及び（Ｃ）ノニオン性構成単位を、これ
   らの合計量に基づき、それぞれ２０〜７０モル％、５〜
   ４０モル％及び１０〜７５モル％の割合で含有する固有
   粘度［η］が５ｄｌ／ｇ以上の水溶性高分子重合体を用
   いることを特徴とする汚泥の脱水方法。