JPH10249400A - 汚泥の脱水方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 汚泥の脱水方法において、脱水後のケーキの
含水率を大幅に低減することを課題とする。 【解決手段】 汚泥の二段脱水法において、重量平均分
子量３０万〜２００万の低分子量型高分子凝集剤と重量
平均分子量２００万〜１５００万の高分子量型高分子凝
集剤を用い、併用する高分子凝集剤の重量平均分子量差
が１０万以上であることを特徴とする汚泥の脱水方法で
ある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、各種産業廃水、お
よび下水、し尿処理等で残査物として生じる汚泥を効率
よく脱水することのできる汚泥脱水法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】下水やし尿処理場、有機質産業廃水等か
ら生じる汚泥は複雑な構造を有する多数の有機物および
無機物の集合体であり、粒子サイズが小さくかつ水との
親和性も強いため、予備処理を行うことなく直接濾過や
遠心分離等の脱水処理にかけても水を効率よく分離する
ことは難しい。そのため通常は、脱水剤（以下、凝集剤
ということもある）の添加等により汚泥の脱水特性を高
めてから脱水処理を行う方法が採用されている。

【０００３】また脱水をより効率よく遂行するための方
法として特公平１−１７７６０号公報には、カチオン性
ポリマーを一次脱水剤として添加してから重力脱水によ
って部分脱水を行い、その後凝集力の高いカチオン性ポ
リマーを二次脱水剤として更に添加してから機械脱水を
行う方法があるが、この方法においても汚泥処理効率が
上がらず、脱水性の改善にもおのずと限界がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】一般に、高分子凝集剤
を用いて汚泥を脱水するには、汚泥の活性点に作用して
疎水化（易脱水化）させる効果と、汚泥粒子間との間で
架橋して粗大フロックを形成し重力脱水を容易にする効
果が必要とされているが、有機物の含有率が高い汚泥や
消化汚泥の如く難脱水性の汚泥では、高分子凝集剤に期
待されるこれらの効果が十分に発揮されないことも多
い。また、前述の如く一次脱水剤を添加してから重力脱
水で部分脱水を行い、次いで凝集力の高い二次脱水剤を
更に添加し機械脱水を行う脱水方法にしても、使用する
一次脱水剤がカチオン系ポリマーであり、また二次脱水
剤についてもカチオン系ポリマーであるため、脱水性の
改善にはおのずと限界がある。

【０００５】一次脱水剤として求められる性能は、主に
重力脱水性であり、重力脱水性と相関のあるフロックを
できる限り強くする必要がある。例えば一次脱水剤とし
てカチオン性ポリマーを使用する場合、従来の脱水方法
の場合と同様に有機性の高い汚泥、例えば多量の生活廃
水を含む汚水やし尿処理場から生じる汚泥の如く、いわ
ゆる難脱水性汚泥では十分なフロック強度は得られず、
それらに起因して機械脱水ケーキの脱水性や剥離性も十
分に改善できない。原因として、ポリマー構造およびポ
リマー高分子量の影響でカチオンの吸着効率が悪く、具
体的にはカチオン電荷が汚泥のマイナス粒子の中和が不
十分およびポリマー間での架橋が不十分であるために十
分なフロック強度が得られていないと考えている。

【０００６】また二次脱水剤として例えばカチオン系ポ
リマーを用いる場合、重力脱水後の汚泥スラッジの疎水
化が不十分であり、それに起因して機械脱水ケーキの脱
水性や剥離性も十分に改善できない。これは、ポリマー
の種類によりスラッジ中の電荷を中和する効率が異なる
ためであると考えられる。また脱水性や剥離性を改善す
るには、一次脱水剤と二次脱水剤両方のポリマーの最適
化をする必要がある。

【０００７】本発明は上記の様な事情に着目してなされ
たものであって、その目的は、先に提案された、二種類
以上の脱水剤を使用し、脱水剤の重量平均分子量を規定
し、かつ脱水方法を変更することにより、難脱水性汚泥
の汚泥効率を一段と高め、脱水後のケーキの含水率を大
幅に低減することのできる一次脱水剤、二次脱水剤およ
び汚泥脱水方法を提供しようとするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の課題を達成するこ
とのできた本発明に関わる汚泥の脱水方法とは、脱水機
に供給する前工程で、汚泥に第１高分子凝集剤を添加
後、粗大フロック状とし、次に第２高分子凝集剤を添
加、機械脱水する二段脱水法において、高分子量型高分
子凝集剤と低分子量型高分子凝集剤を使用することを特
徴とする。この時の第１高分子凝集剤添加後の固液分離
の有無は問わないが、好ましくは固液分離した方がよ
い。

【０００９】この時使用される第１高分子凝集剤として
は、両性、カチオン性、アニオン性の中から選ばれる少
なくとも１種以上の凝集剤を用いることを特徴とし、ま
た、重量平均分子量が２００万〜１５００万の高分子量
型高分子凝集剤が好ましく、特にカチオン当量値（Ｃ
ｖ）が０〜１３．０ｍｅｑ／ｇ、アニオン当量値（Ａ
ｖ）が０〜６．０ｍｅｑ／ｇのカチオン性または両性高
分子凝集剤が好ましい。また無機多価電解質を併用して
も良い。

【００１０】また第２高分子凝集剤としては、両性、カ
チオン性、アニオン性の中から選ばれる少なくとも１種
以上の凝集剤を用いることを特徴とし、また、重量平均
分子量が３０万〜２００万の低分子量型高分子凝集剤が
好ましく、特にカチオン当量値（Ｃｖ）が０〜１３．０
ｍｅｑ／ｇ、アニオン当量値（Ａｖ）が０〜６．０ｍｅ
ｑ／ｇカチオン性または両性高分子凝集剤を使用するこ
とが、極めて好ましいものとして推奨される。また無機
多価電解質を併用しても良い。

【００１１】また上記第１高分子凝集剤と第２高分子凝
集剤の重量分子量差が１０万以上であれば好ましく、特
に重量分子量差が２０万〜１００万の時極めて好ましい
と推奨される。

【００１２】また上記第１高分子凝集剤と第２高分子凝
集剤を重量比で９０：１０〜４０：６０の比率で併用す
る事が好ましく、特に８０：２０〜５０：５０の比率で
併用することが極めて好ましいと推奨される。

【００１３】

【発明の実施の形態】上記の様に本発明に関わる脱水方
法では、汚泥に高分子凝集剤を加えて凝集させた後、こ
れを脱水機にかけて水分を除去する脱水方法を実施する
際に、脱水機にかける前工程で、汚泥に一次脱水剤（一
次凝集剤ということもある）として高分子凝集剤を添加
して粗大フロック化してから、二次脱水剤（二次凝集剤
ということもある）として高分子凝集剤を添加してから
機械脱水を行うものである。

【００１４】ここで用いられる本発明の一次脱水剤およ
び二次脱水剤としては、いずれも凝集剤の種類は問わ
ず、両性、カチオン性、アニオン性の中から選ばれる少
なくとも１種以上の高分子凝集剤を用いることを特徴と
し、特にカチオン性または両性が好ましく、無機多価電
解質と併用しても含水率低下効果が発揮される。上記一
次脱水剤としては、重量平均分子量が２００万〜１５０
０万の高分子量型高分子凝集剤を使用し、カチオン当量
値（Ｃｖ）が０〜１３．０ｍｅｑ／ｇ、アニオン当量値
（Ａｖ）が０〜６．０ｍｅｑ／ｇの範囲の高分子凝集剤
が好ましく、重量平均分子量が２００万未満では、分子
量不足により凝集力不足になり添加量を過度に多くする
必要があり、重量平均分子量が１５００万を超えると、
スラッジの粘性アップにより二次脱水剤での凝集を阻害
する。また無機多価電解質としては、カルシウム塩、マ
グネシウム塩、鉄塩、アルミニウム塩、具体的には、例
えば、硫酸バンド、ポリ塩化アルミニウム、塩化第二
鉄、硫酸第一鉄、ポリ硫酸鉄等を挙げることができる。
なお一次脱水剤の種類は、上記の物性に準ずるが、汚泥
の性状、脱水機の種類等に応じて、上記の物性の範囲内
でカチオン強度や分子量や粘度の適切なものを適宜選択
して使用される。また二次脱水剤としては上記一次脱水
剤の物性（カチオン当量値およびアニオン当量値）に準
ずるが、異なる点としては重量平均分子量３０万〜２０
０万の低分子量型高分子凝集剤を使用し、重量平均分子
量３０万未満では分子量不足により凝集力不足になりフ
ロック形成力が弱くなり最終的には脱水性悪化を引き起
こし、また重量平均分子量が２００万を超えると、スラ
ッジへの吸着効率が悪化し最終ケーキ粒子の疎水化を阻
害する。

【００１５】一次脱水剤および二次脱水剤の重合方法に
格別の制限はなく、水溶液重合法や油中水型エマルショ
ン重合法等を採用することができ、その際に用いられる
重合開始剤としては一般的なラジカル重合触媒を使用す
ればよい。また、油中水型エマルション重合法を採用す
る際に用いられる疎水性有機溶剤や活性剤、水等は公知
の方法に従って任意の割合で用いることができる。重合
開始剤の種類や使用量は、得られる高分子凝集剤の目標
分子量になるように設定することが好ましく、油中水型
エマルション重合の場合に用いられる好ましい重合開始
剤としては、アゾビスイソブチロニトリルやアゾビス酪
酸ジメチル等が例示される。

【００１６】上記高分子凝集剤を製造する際に用いられ
る好ましいアニオン性単量体（Ｉ）としては、アクリル
酸、メタクリル酸、マレイン酸等が挙げられ、中でも特
に好ましいのはアクリル酸である。

【００１７】またノニオン性単量体（ＩＩ）としては、
前記アニオン性単量体（Ｉ）と共重合可能な任意のノニ
オン性単量体（ＩＩ）を用いることができるが、好まし
いのは例えば、（メタ）アクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメ
チルアクリルアミド等やヒドロキシエチル（メタ）アク
リレート、ヒドロキシプロピル（メタ）アクリレート
等、あるいはアクリロニトリル等である。これらのノニ
オン性単量体（ＩＩ）は、高分子凝集剤の分子量やイオ
ン当量の調節等を主たる目的として使用されるものであ
り、通常は、重合体中に占める比率で５０モル％以下に
抑えることが好ましい。

【００１８】またカチオン性単量体（ＩＩＩ）として
は、前記アニオン性単量体（Ｉ）と共重合 可能な任意のカチオン性単量体（ＩＩＩ）を用いること
ができ、カチオン性単量体の種類は特に制限されない
が、好ましいものとしてはアルキルアミノエチルメタク
リレート、アルキルアミノエチルアクリレート等の中か
ら選ばれる単量体もしくはそれらの４級塩が例示され、
これらのカチオン性単量体の中から最適のカチオン強度
および分子量が得られるように適宜選択して使用すれば
よいが、通常はジメチルアミノエチルメタクリレート、
ジメチルアミノエチルアクリレートやジメチルアミノプ
ロピル（メタ）アクリルアミドおよびこれらの４級アン
モニウム塩が好ましく用いられる。１〜３級アミノ基の
場合は通常中和のための酸を必要とするが、その際に用
いられる酸としては、例えば塩酸、硝酸等の鉱酸や酢
酸、蟻酸等のカルボン酸等の一塩基酸が好ましく用いら
れる。

【００１９】一次脱水剤および二次脱水剤は上記重合開
始剤量等により各々適切な分子量に調節することにより
得られ、該一次脱水剤および二次脱水剤のカチオン当量
値（Ｃｖ）が０〜１３．０ｍｅｑ／ｇ、アニオン当量値
（Ａｖ）が０〜６．０ｍｅｑ／ｇの範囲になる様、アニ
オン性単量体（Ｉ）やノニオン性単量体（ＩＩ）の使用
量を決めることが望ましい。上記高分子凝集剤のアニオ
ン当量値（Ａｖ）が６．０ｍｅｑ／ｇを超えるもので
は、水への溶解性が低下して凝集作用が有効に発揮され
難くなるので好ましくない。

【００２０】上記一次脱水剤を用いて凝集させた後の重
力脱水の有無についての制限はないが、重力脱水した方
がより好ましい。重力脱水する場合、生成する重力脱水
可能な粗大フロック状汚泥を濃縮する装置としては、例
えばスクリーン装置、真空濾過機、遠心分離機あるいは
ベルトプレス型脱水機等の如く、基本的に汚泥中固形物
の重力を利用して固液分離を行う方式を採用すべきであ
る。しかして機械的に圧力を加える機器ではコスト的に
不利であり、しかも汚泥を通常の機械脱水機で脱水する
と、生成した粗大フロック状汚泥への高分子凝集剤の混
合が困難となり、二次脱水剤として凝集剤を用いること
によってもたらされる優れた含水率向上効果も有効に活
用できなくなるので、本発明では、粗大フロック状の濃
縮に重力による固液分離法を採用する。

【００２１】重力による固液分離装置としては、スクリ
ーン装置の他、ロータリードラムスクリーンあるいは回
転円筒造粒脱水装置があり、いずれの装置を用いても構
わない。なお、機械脱水機としてベルトプレス型脱水機
を使用する場合、この脱水機には大抵の場合重力による
固液分離部が配備されているので、別途固液分離装置を
設ける必要がないという利点を享受できる。

【００２２】本発明で用いられる機械脱水機の種類にも
格別の制限はなく、例えばベルトプレス、フィルタープ
レス、スクリュープレス、真空濾過機、遠心分離機等を
使用できるが、中でもベルトプレス脱水機は、前述の如
く重力による固液分離区間が装置内に配備されているの
で、本発明の実施に特に適した機械脱水機として推奨さ
れる。ただし本発明によれば、高分子量型高分子凝集剤
による粗大フロック化と重力脱水による濃縮、および該
濃縮汚泥への低分子量型高分子凝集剤の添加という組合
せによって汚泥の脱水性が根本的に改善されるので、上
記以外の機械脱水機であっても勿論支障なく適用するこ
とが可能である。

【００２３】一次脱水剤および二次脱水剤の添加量は汚
泥の種類や各凝集剤の組成によっても変わってくるの
で、一律に決めることはできないが、一般的には汚泥の
固形分（ＴＳ）に対して０．０５重量％以上であれば十
分である。一次脱水剤の場合、一液凝集法を採用する場
合の適正添加量を超えて添加する必要はなく、処理コス
トの増大と含水率低下量のバランスから好ましくは０．
２〜２重量％程度の範囲で添加される。一方、二次脱水
剤の添加量は多ければ多いほど効果的であるが、処理コ
ストの増大と含水率低下量のバランスから、好ましくは
０．４〜１重量％の添加量が採用される。

【００２４】また、一次脱水剤または二次脱水剤とし
て、高分子凝集剤と共に適量の無機多価電解質を併用す
ると更に効果的である。無機多価電解質としてはカルシ
ウム塩、マグネシウム塩、鉄塩、アルミニウム塩等、具
体的には、硫酸バンド、ポリ塩化アルミニウム、塩化第
二鉄、硫酸第一鉄、ポリ硫酸鉄等が例示され、これらの
無機多価電解質は、高分子凝集剤と同時に汚泥に添加し
てもよいし、別々に添加しても構わないが、好ましくは
無機多価電解質を高分子凝集剤の添加に先立って添加し
た方がより効果的である。無機多価電解質の添加量は、
併用される高分子凝集剤への影響や処理コスト、含水率
低下効果のバランスを考慮して、汚泥の固形分に対し
０．５〜１０重量％の範囲から選ぶのがよい。

【００２５】本発明において被処理対象となる汚泥と
は、高ＢＯＤ廃水を生物処理等した時に生成する汚泥を
いい、その例としては、下水・し尿処理場で発生する汚
泥；食品工場、畜産場、化学工場等から発生する汚水・
廃水の活性汚泥法処理により生成する余剰汚泥や初沈汚
泥；それらを混合した混合生汚泥；汚水・廃水の嫌気性
消化により生成する消化汚泥等、を包含する上位概念の
汚泥を意味しており、それらの中でも、難脱水性汚泥に
対しては本発明の効果が極めて有効に発揮される。

【００２６】本発明は以上の様に構成されており、まず
汚泥に一次脱水剤（高分子量型高分子凝集剤）を添加す
ると、汚泥は該凝集剤の優れた凝集作用によって重力脱
水可能な粗大フロック状汚泥を形成し、この粗大フロッ
ク状汚泥を濃縮した後二次脱水剤（低分子量型高分子凝
集剤）を添加すると、汚泥は該二次脱水剤の作用で表面
親水層が効率よく疎水化されて更に凝集し、その後の機
械脱水により極めて効率よく脱水される。

【００２７】本発明によって汚泥の脱水性が改善される
理由は必ずしも明確にされている訳ではないが、一次脱
水剤で汚泥の電荷を効率的に前処理することにより、粗
大フロック状汚泥中の電解質やコロイド分等の有機酸性
物質等の凝集・脱水を阻害する要因物質が低減されると
共に、二次脱水剤の官能基と汚泥粒子間での架橋により
フロック強度を高め、かつ未吸着部位に効率的に吸着す
ることにより、機械脱水ケーキの脱水性と剥離性を高め
る効果を発揮されたものと考えている。

【００２８】

【実施例】以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に
説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限
を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合しうる範
囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であ
り、それらは全て本発明の技術的範囲に含まれる。

【００２９】［高分子凝集剤の合成例］ジメチルアミノ
エチルメタクリレート４級化物（４ＤＡＭ）、ジメチル
アミノエチルアクリレート４級化物（４ＤＡＡ）、ジメ
チルアミノエチルメタクリレート（３ＤＡＭ）、ジメチ
ルアミノエチルアクリレート（３ＤＡＡ）、アクリルア
ミド（ＡＡｍ）およびアクリル酸（ＡＡ）を既知の方法
で重合または共重合させることにより得た。また既知の
方法で、ポリＮ−ビニルホルムアミド（ＰＮＶＦ）とア
クリロニトリル（ＡＮ）を共重合、加水分解することに
よりポリアミジンを得た。得られた高分子凝集剤の組
成、Ｃｖ値、Ａｖ値、分子量を表１に示した。

【００３０】

【表１】

【００３１】表１において、 4DAM;シ゛メチルアミノエチルメタクリレート4級化物 組成は各々モノマーの重量％、カチオン当量値はpH3での値であ
る。

【００３２】実施例１、１ａ 都市下水処理場から発生した消化汚泥Ａ（ｐＨ：６．
７、ＴＳ：２．０％、Ｍ−アルカリ度：３０００ｐｐ
ｍ）を、ベルトプレス型脱水機を用いて脱水処理した。

【００３３】高分子凝集剤（Ｃ−１〜Ｃ−４）は０．２
％重量％水溶液として使用した。また、これら各凝集剤
の添加量は、いずれも汚泥のＴＳに対する重量％として
示した。

【００３４】高分子凝集剤（Ｃ−１）を、上記消化汚泥
のＴＳ当たり０．６重量％添加混合して粗大フロック状
汚泥を形成させ、ベルトプレス型脱水機の重力脱水部で
重力により固液分離した後、得られた濃縮汚泥に高分子
凝集剤（Ｃ−３）をＴＳ当たり０．５重量％添加混合
し、ベルトによって機械的に圧搾脱水を行った。得られ
た機械脱水ケーキは７６．４％であり、ベルトからの脱
水ケーキの剥離性は良好であった（実施例１）。

【００３５】次に高分子凝集剤（Ｃ−１）を、上記消化
汚泥のＴＳ当たり０．６重量％添加混合して粗大フロッ
ク状汚泥を形成させ、ベルトプレス型脱水機の重力脱水
部で重力により固液分離した後、得られた濃縮汚泥に高
分子凝集剤（Ｃ−４）をＴＳ当たり０．５重量％添加混
合し、ベルトによって機械的に圧搾脱水を行った。得ら
れた機械脱水ケーキは７６．７％であり、ベルトからの
脱水ケーキの剥離性は良好であった（実施例１ａ）。

【００３６】比較例１ａ〜１ｃ 比較例として、第１高分子凝集剤および第２高分子凝集
剤として重量平均分子量１２００万の高分子量型高分子
凝集剤（Ｃ−１）を使用した場合（比較例１ａ）、第１
高分子凝集剤および第２高分子凝集剤として重量平均分
子量５０万の低分子量型高分子凝集剤（Ｃ−４）を使用
した場合（比較例１ｂ）、第１高分子凝集剤に高分子量
型高分子凝集剤（Ｃ−１）、第２高分子凝集剤に高分子
量型高分子凝集剤（Ｃ−２）を使用した場合（比較例１
ｃ）について、それぞれ同様の実験を行った。なおいず
れの実験も第１高分子凝集剤添加後の固液分離を行っ
た。

【００３７】結果は表２に示す通りである。本発明に従
って、高分子量型高分子凝集剤を添加して粗大フロック
状汚泥を形成してから重力脱水し、その後低分子量型高
分子凝集剤を添加してから機械脱水を行った実施例のケ
ーキ含水率は、比較例１ａ〜１ｃに比べて低く、かつ汚
泥処理能力も高いことがわかる。

【００３８】

【表２】

【００３９】

【発明の効果】本発明は以上の様に構成されており、汚
泥にまず高分子量型高分子凝集剤を添加後、次いで低分
子量型高分子凝集剤を添加して機械脱水をする手順を採
用することにより、難脱水性汚泥を始めとする様々な汚
泥に対して卓越した凝集作用を発揮することができ、そ
れにより脱水ケーキの脱水効率を著しく高めると共に、
汚泥処理効率の向上にも寄与することができる。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 汚泥に第１高分子凝集剤を添加後、次に
   第２高分子凝集剤を添加、機械脱水する二段脱水法にお
   いて、重量平均分子量３０万〜２００万の低分子量型高
   分子凝集剤と、重量平均分子量２００万〜１５００万の
   高分子量型高分子凝集剤とを用い、併用する高分子凝集
   剤の重量平均分子量差が１０万以上であることを特徴と
   する汚泥の脱水方法。
2. 【請求項２】 汚泥に第１高分子凝集剤を添加、重力脱
   水後、次に第２高分子凝集剤を添加、機械脱水する二段
   脱水法において、第１高分子凝集剤として重量平均分子
   量２００万〜１５００万の高分子量型高分子凝集剤を用
   い、第２高分子凝集剤として重量平均分子量３０万〜２
   ００万の低分子量型高分子凝集剤を用い、併用する高分
   子凝集剤の重量平均分子量差が１０万以上であることを
   特徴とする汚泥の脱水方法。
3. 【請求項３】汚泥に第１高分子凝集剤を添加後、次に第
   ２高分子凝集剤を添加、機械脱水する二段脱水法におい
   て、第１高分子凝集剤として重量平均分子量２００万〜
   １５００万の高分子量型高分子凝集剤を用い、第２高分
   子凝集剤として重量平均分子量３０万〜２００万の低分
   子量型高分子凝集剤を用い、併用する高分子凝集剤の重
   量平均分子量差が１０万以上であることを特徴とする汚
   泥の脱水方法。