JPH1085798A

JPH1085798A - 汚泥の脱水方法

Info

Publication number: JPH1085798A
Application number: JP8248120A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Yasunaga; 利幸安永; Yasuaki Itou; 靖晃伊藤; Yukinori Miyaoka; 志典宮岡
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1996-09-19
Filing date: 1996-09-19
Publication date: 1998-04-07

Abstract

(57)【要約】【課題】無機塩や生物体の細胞を含んだ有機質汚泥に
対してフロックの強度が強く、かつ脱水ケーキの含水率
低下が達成できる脱水方法を提供すること。【解決手段】下記一般式（１）で表される構造単位を
必須成分として有するカチオン性高分子凝集剤とアミジ
ン単位を有するカチオン性高分子凝集剤を組み合わせた
高分子凝集剤を添加するか、あるいは塩化第二鉄を添加
して作用させた後、アミジン単位を有するカチオン性高
分子凝集剤を作用させて脱水処理する汚泥の脱水方法。【化１】

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、生物化学処理する
際に生じる汚泥の脱水方法に関し、特に下水、し尿処理
場および産業廃水からの無機塩を含有する有機質汚泥の
脱水方法に関し、さらに詳しくは、例えば肥料工業、食
品工業、醸造工業や紙パルプ工業など諸種の産業で発生
する廃液から生じる余剰汚泥の脱水方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、下水、し尿処理場および諸種
の産業で発生する有機性産業排水などより生じる有機質
汚泥は、その余剰分を系外に排出するためにそれにに対
して高分子凝集剤を添加してスクリューデカンタ、ベル
トプレスなどで脱水する処理方法が採用されている。し
かるに、近年水処理の高度化、水処理対象排水の性状の
変化、多様化などにより汚泥が脱水し難いものとなって
いる。その中でも特に多量の無機塩を含有する有機質汚
泥、例えば肥料工業、食品工業、醸造工業、紙パルプ工
業などの活性汚泥処理からの汚泥、海水希釈によるし尿
処理汚泥などの場合は、通常のカチオン性高分子凝集剤
を使用しても、脱水し難く、脱水ケークの含水率が低く
ならないのみならず、凝集フロックの強度が弱いため、
ＳＳ回収率も低いという問題があった。

【０００３】また特に、紙パルプ工業では、スクリーニ
ング工程、蒸解工程、漂白工程、抄紙工程など、水の使
用を不可欠とする工程が多く含まれているため、生じる
廃水は膨大な量になる。前記紙パルプ工業におけるスク
リーニング工程、蒸解工程、漂白工程、抄紙工程など種
々の工程で発生する廃水（以下、「紙パ廃水」と略記す
る。）は、物理的処理を経た後、活性汚泥法などの生物
化学処理により有機物を除去している。ところが、生物
化学処理から生じる余剰汚泥は、主成分が生物体の細胞
であるため、非常に脱水し難くい。一般に高分子凝集剤
をＳＳあたり１％以上添加して脱水ケーキを得ている
が、ケーキ含水率は８５％以上であり、他の産業廃水に
おける脱水ケーキよりもかなり高い。また、場合によっ
ては、ＳＳ当たり３％以上高分子凝集剤を添加しなけれ
ば凝集フロックを形成しないこともしばしばある。

【０００４】前記したような活性汚泥法などの生物化学
処理から生じる余剰汚泥からの凝集フロックは、概して
非常に脆く、そのため、スクリュープレス脱水機におい
てはスクリーンからの流出が多く、ベルトプレス脱水機
では脱水ケーキの剥離性が非常に困難となり、いずれの
場合でも処理が困難となる。汚泥に対し、凝集フロック
を強固にして、ケーキ含水率を低下させる手段として
は、ポリ硫酸鉄を添加・混合した後、ｐＨ調整し、有機
性高分子凝集剤を添加する方法（特開昭５８−５１９９
８号公報）、縮合型ポリアミンを添加・混合した後、有
機高分子凝集剤を添加する方法（特開昭５８−７０８９
８号公報）、無機凝集剤を添加し、さらに両性有機高分
子凝集剤を添加する方法（特開平２−１８０７００号公
報）などが提案されている。しかしながら、これらの方
法においても無機塩を含んだ有機質余剰汚泥や生物化学
処理から生じる有機質余剰汚泥は、非常に脱水し難く、
機械脱水に耐え得る十分に強固な凝集フロックが形成し
ないため、単位時間当たりの処理量を大きくすることが
できず、また、ケーキ含水率も十分に低下させることが
できないという問題があった。

【０００５】無機塩を含む有機質汚泥を処理するものと
しては、ベンジル基を含むカチオン性ポリマーを使用す
る方法が提案されている（特開昭５４−１２１５５７号
公報、特開昭６３−２７０５１０号公報）。しかしなが
ら、産業廃棄物として各種工場から集められた混合汚泥
などの有機質汚泥は、その種類が多種多様であり、前記
公報に例示されたカチオン性ポリマーでも凝集フロック
の強度が弱く未だ十分な効果を発揮しているとはいえな
い場合が多かった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明者ら
は、このような現状に鑑み、無機塩を含んだ有機質汚泥
成分に対しても、また主成分が生物体の細胞であるよう
な有機質汚泥成分に対しても、フロックの強度が強く、
かつ脱水ケーキの含水率低下が達成できる脱水方法を開
発すべく鋭意検討した結果、本発明を完成するに到っ
た。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記本発明の課題は、以
下に記載する本発明の汚泥の脱水方法によって達成され
る。（１）汚泥に対し、下記一般式（１）で表される構造単
位を必須成分として有するカチオン性高分子凝集剤とア
ミジン単位を有するカチオン性高分子凝集剤を組み合わ
せて添加し脱水処理することを特徴とする汚泥の脱水方
法。

【０００８】

【化２】

【０００９】但し、Ｒ₁は水素原子またはメチル基、Ｒ
₂、Ｒ₃は炭素数１〜３のアルキル基、Ａは酸素原子ま
たはＮＨ、Ｂは炭素数２〜４のアルキレン基またはヒド
ロキシプロピレン基、Ｘ^-はアニオン性対イオンを表
す。

【００１０】（２）紙パルプ工業における種々の工程で
発生する廃液を生物化学処理する際に生じる汚泥に対し
て、塩化第二鉄を添加して作用させた後、アミジン単位
を有するカチオン性高分子凝集剤を添加し作用させて脱
水することを特徴とする汚泥の脱水方法。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の一つの構成要件であるカ
チオン性高分子凝集剤は、下記一般式（１）で表される
カチオン性モノマー単位を必須成分として有するカチオ
ン性高分子凝集剤であり、好ましくは前記カチオン性モ
ノマー単位を５モル％以上含有するものである。下記一
般式（１）で表されるカチオン性モノマーとしては、ジ
メチルアミノエチル（メタ）アクリレート、ジエチルア
ミノエチル（メタ）アクリレート、ジメチルアミノヒド
ロキシプロピル（メタ）アクリレート、ジメチルアミノ
プロピル（メタ）アクリルアミドなどを、塩化ベンジル
により四級化したものが挙げられる。

【００１２】

【化３】

【００１３】但し、Ｒ₁は水素原子またはメチル基を、
Ｒ₂、Ｒ₃は炭素数１〜３のアルキル基、Ａは酸素原子
またはＮＨ、Ｂは炭素数２〜４のアルキレン基またはヒ
ドロキシプロピレン基、Ｘ^-はアニオン性対イオンを表
す。

【００１４】前記カチオン性高分子凝集剤は、前記のカ
チオン性モノマーのほかに、共重合可能なモノマー単位
を含んでいても良い。共重合可能なモノマーとしては
（メタ）アクリルアミドや下記一般式（２）で表される
カチオン性モノマーなどがある。

【００１５】

【化４】

【００１６】但し、Ｒ₁は水素原子またはメチル基を、
Ｒ₂、Ｒ₃は炭素数１〜３のアルキル基、Ｄは酸素原子
またはＮＨ、Ｅは炭素数２〜４のアルキレン基またはヒ
ドロキシプロピレン基、Ｘ^-はアニオン性対イオンを表
す。

【００１７】本発明において用いるアミジン単位を有す
るカチオン性高分子凝集剤について説明する。このアミ
ジン単位を有するカチオン性高分子凝集剤も高分子凝集
剤の１種である。該アミジン単位を有するカチオン性高
分子凝集剤としては、一般式（３）および／または一般
式（４）で表されるアミジン単位を２０〜９０モル％、
好ましくは５０〜９０モル％含有するものが好ましく用
いられる。また、一般式（３）および／または一般式
（４）で表されるアミジン単位のほかに、一般式
（５）、一般式（６）および一般式（７）で表される繰
り返し単位を含んでいても良い。

【００１８】

【化５】

【００１９】式中Ｒ¹、Ｒ²は水素原子またはメチル基
を、Ｒ³は炭素数１〜４のアルキル基または水素原子、
Ｘ^-は陰イオンを表す。

【００２０】前記アミジン単位を有するカチオン性高分
子凝集剤は、１規定の食塩水中０．１ｇ／ｄｌの溶液と
して、２５℃で測定した還元粘度が０．１〜１０ｄｌ／
ｇであることが好ましく、この還元粘度が０．１ｄｌ／
ｇ未満では凝集力が弱く、汚泥の処理量が低下する傾向
がみられる。なお、アミジン単位を有するカチオン性高
分子凝集剤の製造方法については特開平５−１９２５１
３号公報に記載されている。すなわち、一般式（８）ＣＨ₂＝ＣＲ²−ＮＨＣＯＲ³ （式中Ｒ²は水素原子またはメチル基を、Ｒ³は炭素数
１〜４のアルキル基または水素原子を表す。）で表され
る化合物と、アクリロニトリルまたはメタクリロニトリ
ルとの共重合体を製造し、該共重合体にアミノ基を生成
せしめ、同時にまたは続いてアミノ基とシアノ基と反応
させてアミジン化することによって得ることができる。

【００２１】前記一般式（１）で表されるカチオン性モ
ノマー単位と共重合可能なカチオン性モノマーであり、
前記一般式（２）で表されるカチオン性モノマーの具体
例としては以下のようなものが挙げられる。すなわち、
ジメチルアミノ（メチル、エチル、プロピルまたはブチ
ル）アクリレートまたはメタクリレート、ジエチルアミ
ノ（メチル、エチル、プロピルまたはブチル）アクリレ
ートまたはメタクリレート、ジ−ｎ−プロピルアミノ
（メチル、エチル、プロピルまたはブチル）アクリレー
トまたはメタクリレート、ジイソプロピルアミノ（メチ
ル、エチル、プロピルまたはブチル）アクリレートまた
はメタクリレート、ジ−ｎ−ブチルアミノ（メチル、エ
チル、プロピルまたはブチル）アクリレートまたはメタ
クリレート、ジ−ｓｅｃ−ブチルアミノ（メチル、エチ
ル、プロピルまたはブチル）アクリレートまたはメタク
リレート、ジイソブチルアミノ（メチル、エチル、プロ
ピルまたはブチル）アクリレートまたはメタクリレー
ト、ジメチルアミノ（メチル、エチル、プロピルまたは
ブチル）アクリルアミドまたはメタクリルアミド、ジエ
チルアミノ（メチル、エチル、プロピルまたはブチル）
アクリルアミドまたはメタクリルアミド、ジ−ｎ−プロ
ピルアミノ（メチル、エチル、プロピルまたはブチル）
アクリルアミドまたはメタクリルアミド、ジイソプロピ
ルアミノ（メチル、エチル、プロピルまたはブチル）ア
クリルアミドまたはメタクリルアミド、ジ−ｎ−ブチル
アミノ（メチル、エチル、プロピルまたはブチル）アク
リルアミドまたはメタクリルアミド、ジ−ｓｅｃ−ブチ
ルアミノ（メチル、エチル、プロピルまたはブチル）ア
クリルアミドまたはメタクリルアミド、ジイソブチルア
ミノ（メチル、エチル、プロピルまたはブチル）アクリ
ルアミドまたはメタクリルアミドなどのハロゲン化水
素、硫酸、硝酸、酢酸などによる中和塩、ハロゲン化ア
ルキル、ジメチル硫酸、ジエチル硫酸などによる四級化
物などが挙げられるが、もちろんこれらに限定されるも
のではない。ハロゲン化水素としては、塩化水素、臭化
水素、ハロゲン化アルキルとしては、例えば塩化メチ
ル、臭化メチル、ヨウ化メチル、塩化エチル、臭化エチ
ル、ヨウ化エチルなどが挙げられる。これらのカチオン
性ビニル系モノマーは１種用いても良いし、２種以上組
み合わせて用いても良い。これらのカチオン性ビニル系
モノマーの中で、特に望ましいものは、ジメチルアミノ
（メタ）アクリレートのメチル化四級塩である。

【００２２】前記、一般式（１）で表される構造単位を
必須成分として有するカチオン性高分子凝集剤（以下凝
集剤〔Ｐ〕と略記することがある。）とアミジン単位を
有するカチオン性高分子凝集剤（以下凝集剤〔Ｑ〕と略
記することがある。）との２種類の高分子凝集剤を組み
合わせてなる本発明の汚泥脱水剤において、該汚泥脱水
剤中の凝集剤〔Ｐ〕と凝集剤〔Ｑ〕の混合割合は、通常
２：８から８：２、好ましくは３：７から７：３の混合
比で用いられる。かかる範囲において凝集剤〔Ｐ〕と凝
集剤〔Ｑ〕の両成分の相乗的効果が高いからである。凝
集剤〔Ｐ〕および凝集剤〔Ｑ〕の汚泥への添加方法につ
いては特に制限は無く、凝集剤〔Ｐ〕と凝集剤〔Ｑ〕を
同一の溶解槽で混合しても良いし、それぞれ別途に添加
・混合しても良い。またいずれか一方を添加して、汚泥
を凝集した後他方を添加混合しても良い。また、必要に
より硫酸バンド、ポリ塩化アルミニウム、ポリ硫酸鉄な
どの無機系凝集剤を通常、汚泥スラリーに対して１００
〜５０００ｐｐｍ添加、併用することもできる。汚泥に
対する添加量は、通常、スラリー状の汚泥の固形分に対
して凝集剤〔Ｐ〕および凝集剤〔Ｑ〕の合計量で、０．
１〜３．０重量％、好ましくは０．２〜１．０重量％で
ある。

【００２３】紙パルプ工業における種々の工程で発生す
る廃液を生物化学処理する際に生じる余剰汚泥に対して
は、先ず、塩化第二鉄を添加して作用させる。高分子凝
集剤と併用する無機凝集剤としては、一般に硫酸バン
ド、ポリ硫酸、ポリ塩化アルミニウム等もあるが、これ
らでは実施例で説明する通り、顕著な効果は認められな
い。余剰汚泥に対して塩化第二鉄を添加して、塩化第二
鉄が汚泥に対して及ぼす作用は、酸化作用あるいは造塩
作用というように明確にはできないが、塩化第二鉄を添
加して作用させた後、アミジン単位を有するカチオン性
高分子凝集剤を作用させることによって汚泥の凝集に顕
著な効果が示される。塩化第二鉄を添加量は、汚泥の性
状によって変動するので一概には規定できないが、汚泥
の乾燥固形物（ＴＳ）あたり１〜２０重量％の範囲であ
る。なお、汚泥と塩化第二鉄を作用させる場合の攪拌の
目的は、フロックの生成ではないので、塩化第二鉄と汚
泥が十分混合されるように、通常の攪拌より強い攪拌を
行うのが好ましい。

【００２４】次に添加するアミジン単位を有するカチオ
ン性高分子凝集剤である。該アミジン単位を有するカチ
オン性高分子凝集剤は、前記一般式（３）および／また
は前記一般式（４）で表されるアミジン単位を２０〜９
０モル％、好ましくは５０〜９０モル％含有する。ま
た、前記一般式（３）および／または前記一般式（４）
で表されるアミジン単位のほかに、前記一般式（５）、
前記一般式（６）および前記一般式（７）で表される繰
り返し単位を含んでいるものでも良い。アミジン単位を
有するカチオン性高分子重合体の添加率は、汚泥の性状
によって変動するので一概には規定できないが、汚泥の
乾燥固形物あたり０．１〜３重量％、好ましくは０．５
〜２重量％の範囲である。なお、アミジン単位を有する
カチオン性高分子重合体は、その性能を阻害しない範囲
で、前記したような他のカチオン性または両性の高分子
重合体と組み合わせて添加しても良い。

【００２５】

【実施例】以下、本発明の実施例により、本発明をさら
に具体的に説明する。ただし、本発明は、この実施例の
みに限定されるものではない。なお、実施例中の結果表
示は以下の通りである。 ◎・・・極めて良好 ○・・・良好 △・・・やや不良 ×・・・不良

【００２６】実施例１〜３、比較例１〜４無機薬品工場における廃水を活性汚泥処理した。活性汚
泥処理して得られた余剰汚泥について、下記第１表に示
す汚泥脱水剤（凝集剤）を添加して試験を行った。な
お、余剰汚泥の性状は次の通りである。ｐＨ６．４；ＴＳ３．５％；ＳＳ１．０％；ＶＴ
Ｓ２７％；電気伝導率３５ｍｓ／ｃｍ；無機塩濃度
２．３％試験手法前記汚泥２００ｍｌを３００ｍｌビーカに入れ、汚泥脱
水剤（凝集剤）を下記第１表に示すように添加し、５０
０ｒｐｍで１分間攪拌した。攪拌により生じた凝集フロ
ックの大きさを測定した後、ポリエステル製ろ布上に移
し、重力ろ過性を観察した。重力ろ過後の汚泥を２枚の
ポリエステル製のろ布に挟み、エアシリンダーで面圧
０．４ｋｇ／ｃｍ²の圧力で１分間圧搾脱水した後、ろ
布からの剥離性を観察し、常法により脱脂ケーキの含水
率を測定した。結果を第１表に併記した。

【００２７】

【表１】

【００２８】なお、試験に用いたカチオン性高分子凝集
剤は第２表の通りであり、試験に際しては蒸留水により
０．２％溶解した。

【００２９】

【表２】

【００３０】試験結果：第１表から明らかな通り、実施
例の場合は、いずれも生成したフロックは径が大きく、
強度に優れ、ろ過性は良好で、脱水後のケーキ含水率も
低い。これに対し比較例の場合は、いずれも生成したフ
ロックは径が小さく、強度が劣り、ろ過性は不良で、脱
水後のケーキ含水率は高い。

【００３１】実施例４〜５、比較例５〜７Ｏ製紙工場の廃水を活性汚泥処理して得られる余剰汚泥
を用い第４表に示す汚泥脱水剤（凝集剤）を添加して試
験を行った。なお、余剰汚泥の性状は次の通りである。ｐＨ５．３；ＴＳ３．３％；ＳＳ３．０％；ＶＴ
Ｓ７０．３％；電気伝導率２．５ｍｓ／ｃｍ試験手法前記汚泥２００ｍｌを３００ｍｌビーカに入れ、塩化第
二鉄を第３表に示すように添加して、１０００ｒｐｍで
３０秒間攪拌した。次にカチオン性高分子凝集剤を第３
表に示す量添加して３０ｒｐｍで１０秒間攪拌した。攪
拌により生じた凝集フロックの大きさを測定した後、ポ
リエステル製ろ布上に移し、重力ろ過性を観察した。重
力ろ過後の汚泥を２枚のポリエステル製のろ布に挟み、
エアシリンダーで面圧０．４ｋｇ／ｃｍ²の圧力で１分
間圧搾脱水した後、ろ布からの剥離性を観察し、常法に
より脱脂ケーキの含水率を測定した。結果を第３表に併
記した。また、比較例としてカチオン性高分子凝集剤の
みを用いて試験を行った結果を併記した。

【００３２】

【表３】

【００３３】なお、試験に用いたカチオン性高分子凝集
剤や両性高分子凝集剤は第５表の通りであり、試験に際
しては蒸留水により０．２％溶解した。

【００３４】比較例８〜１１第二鉄に代えて他の無機凝集剤を用いた以外は実施例４
と同様にして試験を行った。結果を第４表に記載した。

【００３５】

【表４】

【００３６】

【表５】

【００３７】試験結果：第３表〜第５表の結果から明ら
かな通り、実施例の場合は、いずれも生成したフロック
は径が大きく、強度に優れ、ろ過性は良好で、脱水後の
ケーキ含水率も低い。これに対し比較例の場合は、いず
れも生成したフロックは径が小さく、強度が劣り、ろ過
性は不良で、脱水後のケーキ含水率は高い。

【００３８】

【発明の効果】ベンジル基を有する四級アミンの（メ
タ）アクリル酸エステルまたは／およびアミドを必須の
構成単位として有するカチオン性高分子凝集剤とアミジ
ン単位を有するカチオン性高分子凝集剤を組み合わせて
構成した脱水剤を使用するか、あるいは塩化第二鉄を添
加して作用させた後アミジン単位を有するカチオン性高
分子凝集剤を、汚泥に作用させることによって、汚泥を
大きなかつ優れた強度をもったフロックとして凝集さ
せ、効率良く脱水でき、脱水後の含水率も小さいケーキ
を得ることができる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】汚泥に対し、下記一般式（１）で表され
る構造単位を必須成分として有するカチオン性高分子凝
集剤とアミジン単位を有するカチオン性高分子凝集剤を
組み合わせて添加し脱水処理することを特徴とする汚泥
の脱水方法。【化１】但し、Ｒ₁は水素原子またはメチル基、Ｒ₂、Ｒ₃は炭
素数１〜３のアルキル基、Ａは酸素原子またはＮＨ、Ｂ
は炭素数２〜４のアルキレン基またはヒドロキシプロピ
レン基、Ｘ^-はアニオン性対イオンを表す。
【請求項２】紙パルプ工業における種々の工程で発生
する廃液を生物化学処理する際に生じる汚泥に対して、
塩化第二鉄を添加して作用させた後、アミジン単位を有
するカチオン性高分子凝集剤を添加し作用させて脱水す
ることを特徴とする汚泥の脱水方法。