JP2000225400A - 懸濁粒子の凝集分離方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 脱水ケーキ水分を著しく低下させると共に、
汚泥脱水機の処理速度を高め、固形物回収率を高めるこ
とができ、脱水ケーキの濾布からの剥離性を向上させる
ことができ、また排水中の懸濁粒子を効果的に凝集分離
する方法を提供する。 【解決手段】 有機性汚泥や排水中に、縮合型ポリアミ
ンカチオン性高分子凝集剤を添加した後、両性高分子凝
集剤を添加混合するか、もしくは両者の混合凝集剤を添
加攪拌し、有機性汚泥や排水中に含まれる懸濁粒子を凝
集せしめたのち固液分離を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、下水、屎尿、各種
産業排水を処理する際に生じる有機性汚泥、又は各種排
水中に含まれる懸濁粒子を効率的に固液分離（濃縮又は
／及び脱水処理）する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より有機性汚泥および排水は、脱水
助剤として、各種の高分子凝集剤が添加され、遠心分離
機、ベルトプレス型脱水機等で脱水処理する方法が採用
されている。脱水ケーキは主に焼却処分されているが、
一部は埋めたて処分、コンポスト化処理されている。

【０００３】近年、有機性汚泥は益々難脱水性になって
おり、焼却工程の燃料費が増加しており、脱水ケーキ中
の水分低減が切望されている。焼却においては、脱水ケ
ーキ中の水分を蒸発するのに燃料の大部分が消費され、
脱水ケーキ水分が１％低下すると燃料を約１０％削減で
きるといわれている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の技術は、脱水ケ
ーキ水分が高いこと以外にもさまざまな問題がある。例
えば、脱水機としてベルトプレスを用いる場合は、脱水
ケーキ水分の問題とともに、濾布に対する汚泥の剥離
性、固形物回収率、処理速度が十分でないという問題が
あり、また、遠心分離機を用いる場合も、ケーキ水分の
問題とともに、固形物回収率が十分でないという問題が
ある。

【０００５】本発明は、これら従来の諸欠点を解決し、
脱水ケーキ水分を著しく下げられるとともに汚泥脱水機
の処理速度を高め、固形物回収率を高めることができ、
ベルトプレス、フィルタープレスを採用する場合の、ケ
ーキの濾布からの剥離性を向上させることが可能な新規
な汚泥改質方法を提供することを目的とする。また各種
産業排水中の懸濁粒子を効果的に凝集分離する方法を提
供するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、次の構成から
なるものである。 １． 有機性汚泥又は排水中に、縮合型ポリアミンカチ
オン性高分子凝集剤（以下、「縮合型ポリアミンカチオ
ンポリマー」ともいう）を添加した後、両性高分子凝集
剤（以下、「両性ポリマー」ともいう）を添加混合する
か、もしくは縮合型ポリアミンカチオン性高分子凝集剤
と両性高分子凝集剤との混合凝集剤を添加攪拌し、該有
機性汚泥又は排水中に含まれる懸濁粒子を凝集せしめた
のち固液分離することを特徴とする懸濁粒子の凝集分離
方法。 ２． 前記縮合型ポリアミンカチオン性高分子凝集剤の
添加量が、前記有機性汚泥又は排水中の汚泥固形物あた
り、該凝集剤の固形物換算で０．０５〜５重量％の範囲
であることを特徴とする前項１記載の懸濁粒子の凝集分
離方法。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施態様を、有
機性汚泥の濃縮脱水処理を例に挙げて詳細に説明する
が、当然各種排水中の懸濁粒子（ＳＳ）の凝集分離にも
本発明を適用できる。

【０００８】余剰活性汚泥のような有機性汚泥に高分子
凝集剤を添加して汚泥を凝集させたのち、各種脱水機で
汚泥を濃縮後又は直接機械脱水する場合、処理効果を低
下せしめている大きな原因は、高分子凝集剤を添加した
場合に生成するフロックの性状である。すなわち、生成
フロックの強度が小さく、粒径が小さい点、及び汚泥の
マイナス荷電が十分中和されないため汚泥束縛水（汚泥
粒子に強く束縛されている水であり、束縛水が多いほど
脱水ケーキ水分が高くなる）が十分減少していないため
である。従って、これらの生成フロックの性状を改善す
ることによって、前記欠点を解決できる。

【０００９】本発明者らは、汚泥フロック性状を大幅に
改良すべく種々の実験を行った結果、有機性汚泥に縮合
型ポリアミンカチオンポリマーを微量添加し、さらに両
性ポリマーを添加して攪拌すると、フロック強度、フロ
ック径を従来よりも著しく増加でき、汚泥束縛水量も従
来より低減でき、固液分離性、脱水性が極めて良好なフ
ロックが生成することを見出した。

【００１０】従来から２種の凝集剤を用いる凝集方法は
行われていなかったわけではない。例えば、有機性汚泥
にアニオンポリマーを添加した後、カチオンポリマーを
添加する方法（特公昭３９−１７４９２号公報）、縮合
型ポリアミンを汚泥に添加混合した後、アニオンポリマ
ー（ポリアクリル酸ソーダ又はポリアクリルアミド部分
加水分解物）を添加する方法（特開昭５８−７０８９７
号公報）、汚泥に無機凝集剤を添加した後、両性ポリマ
ーを添加する方法（特開平２−１８０７００公報）がよ
く知られている。

【００１１】しかし、特公昭３９−１７４９２号公報に
記載の技術は、フロック強度は大きいが束縛水の脱離が
不十分なため脱水ケーキ水分が高く、特開昭５８−７０
８９７号公報に記載の技術は、強度が大きいフロックが
形成され脱水ケーキ水分も少なくなるが、高価格の縮合
型ポリアミンの所要量が汚泥固形物あたり５％以上と多
量に必要なため、コスト的な実用性に難点がある。

【００１２】特開平２−１８０７００号公報に記載の技
術は、塩化第２鉄、硫酸アルミニウム、ポリ塩化アルミ
ニウムなどの無機凝集剤を多量に必要とするため、汚泥
ｐＨが低下し、腐食性が増加し、無機水酸化物汚泥が増
加するほか、無機凝集剤と両性ポリマーを別々に添加し
なければならない（事前に混合すると両性ポリマーが鉄
イオンによって変質する）ため運転が煩雑になる、など
の欠点がある。

【００１３】本発明は、これら従来技術の諸欠点をすべ
て解決できる技術である。すなわち、無機凝集剤を併用
することなく、フロック強度、フロック粒径、汚泥束縛
水の離脱量のすべてが従来技術より増加できる新規汚泥
改質技術を提供できる。

【００１４】本発明に用いられる縮合型ポリアミンカチ
オン性高分子凝集剤（縮合型ポリアミンカチオンポリマ
ー）は、(1) アルキレンジクロライドとアルキレンポリ
アミンとの縮合物、(2) アニリンとホルマリンとの縮合
物、(3) アルキレンジアミンとエピクロルヒドリンとの
縮合物、(4) アンモニアとエピクロルヒドリンとの縮合
物、(5) ポリエチレンイミンなどがあり、その中でもカ
チオン強度が高く、分子量が大きいものが効果的であ
る。

【００１５】本発明において、縮合型ポリアミンカチオ
ンポリマーの好ましい分子量は、５万〜４０万であり、
より好ましくは１０万〜３０万である。また、カチオン
強度は、２〜１０ｍｅｑ／ｇが好ましく、より好ましく
は５〜１０ｍｅｑ／ｇである。本発明に用いられる縮合
型ポリアミンカチオンポリマーとしては、エピクロルヒ
ドリンとジメチルアミン又はヘキサメチレンジアミンと
の縮合物が特に好ましい。

【００１６】また、本発明に用いられる両性高分子凝集
剤（両性ポリマー）は、分子内にアニオン基としてカル
ボキシル基、スルホン基又はこれらの塩類を有し、カチ
オン基として第３級アミン、その中和塩、４級塩を有す
る高分子凝集剤を言い、これらのイオン成分のほかにノ
ニオン成分が含まれているものであってもよい。本発明
において、縮合型ポリアミンカチオンポリマーと組み合
わせて用いられる両性ポリマーは、分子内にアニオン
基、カチオン基を持つ両性ポリマーであれば任意のタイ
プを使用できるが、本発明において最も有効な両性ポリ
マーは、エマルジョン重合（乳化重合）させた両性ポリ
マーである。両性ポリマーの好ましい分子量は、１００
万〜４００万である。特に分子量が２００万以上のエマ
ルジョン型両性ポリマーが最も適している。また、両性
ポリマーのカチオン度については、１０〜４０モル％の
範囲が好ましい。

【００１７】両性ポリマーの成分構成タイプとしては、
(1) アニオン性モノマー成分とカチオン性モノマー成分
の共重合体、(2) アニオン性モノマー成分、カチオン性
モノマー成分、ノニオン性モノマー成分の共重合体、あ
るいは (3)アニオン性モノマー成分とノニオン性モノマ
ー成分の共重合体のマンニッヒ変性物又はホフマン分解
物などを挙げることができる。アニオン性モノマー成分
としては、アクリル酸、アクリル酸ナトリウム、メタク
リル酸、メタクリル酸ナトリウムなどが代表的である。
カチオン性モノマー成分としては、ジメチルアミノエチ
ルメタクリレート（ＤＡＭ）及びその４級化物が代表的
なものである。ノニオン成分は、アクリルアミド、メタ
クリルアミドなどを挙げることができる。両性ポリマー
の代表的なものとしては、アクリルアミド・ジメチルア
ミノエチルアクリレート４級塩・アクリル酸共重合物が
挙げられる。

【００１８】本発明における縮合型ポリアミンカチオン
ポリマーの最適添加量は、汚泥種類によって変動する
が、有機性汚泥固形物当たり、縮合型ポリアミンカチオ
ンポリマー有効成分（固形物換算）として概略０．０５
〜５重量％程度と少なくて済むのが特徴である。縮合型
ポリアミンカチオンポリマーを過剰に添加すると、かえ
って凝集状態が悪化する。また、両性ポリマーの最適添
加量（固形物換算）は、汚泥固形物あたり０．５〜１．
５重量％である。なお、本発明において、縮合型ポリア
ミンカチオンポリマーと無機凝集剤とを汚泥に添加した
後、両性ポリマーを添加してもよい。

【００１９】本発明において、縮合型ポリアミンカチオ
ンポリマーと両性ポリマーの汚泥への添加順序は重要で
あり、(1) 縮合型ポリアミンカチオンポリマーを最初に
汚泥に添加し混合した後、両性ポリマーを添加し緩やか
に攪拌しフロックを形成させるか、もしくは (2)縮合型
ポリアミンカチオンポリマーと両性ポリマーとをあらか
じめ所定比率で混合した液を汚泥に添加混合することが
重要である。両性ポリマーを先に汚泥に添加した後、縮
合型ポリアミンを添加すると効果は大きく減少する。

【００２０】本発明法の汚泥の顕著な改質効果のメカニ
ズムは詳細には明らかでないが、次の様に考えられる。
すなわち、縮合型ポリアミンカチオンポリマーの分子量
は１０万〜３０万程度であり、重合型のカチオンポリマ
ーの分子量（数百万以上）に比べて著しく小さいので、
汚泥に添加しても凝集フロックを形成しないが、カチオ
ン強度が大きいので汚泥粒子表面や内部のアニオン性を
有する粘質物（ヘキスウロン酸などの酸性多糖類が主成
分）と充分反応することができ、酸性多糖類のカルボキ
シル基のアニオン荷電（マイナス荷電）が部分的に中和
される。縮合型ポリアミンカチオンポリマーによる部分
的な荷電中和が終わった後に、両性ポリマーを添加する
と、両性ポリマー分子内のカチオン基が汚泥表面に残っ
ている粘質物のアニオン基に吸着し、さらに汚泥のマイ
ナス荷電を減少させ、汚泥粒子の抱える水分が減少す
る。この時、両性ポリマーの分子内のアニオン基が、汚
泥に吸着した両性ポリマーカチオン基とイオン結合し
て、汚泥粒子を介して不溶性の複合体（カチオン・アニ
オンコンプレックス）を形成し、著しく強度及びフロッ
ク径の大きな凝集フロックを形成する。強度が大きく汚
泥束縛水が少ないフロックは、脱水性が優秀であり、機
械脱水すると従来よりも脱水ケーキ水分が減少する。

【００２１】

【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
る。ただし、本発明はこれらの実施例のみに限定される
ものではない。なお、以下の実施例及び比較例におい
て、「％」は特に規定しない限り、すべて「重量％」を
意味する。

【００２２】〈実施例１〜３、比較例１〜５〉長時間活
性汚泥法で運転している団地下水処理場から排出される
余剰活性汚泥（ｐＨ６．７、固形物濃度９ｇ／リット
ル、強熱減量８６％）を対象にして、机上小型脱水試験
機〔濾布の間に凝集汚泥を挟み込み、上面の濾布の上に
設けた円板（濾布と同一直径）をエアシリンダ付きピス
トンによって押し、濾布を圧搾する方式〕を用いて脱水
試験を行った。脱水条件として、圧力３ｋｇ／ｃｍ² で
４分間ピストンを作動させた。本発明による方法では、
(1) 汚泥にまず縮合型ポリアミンカチオンポリマーを添
加した後、両性ポリマーを添加する別添加法及び、(2)
あらかじめ縮合型ポリアミンカチオンポリマーと両性ポ
リマーとを所定比率で混合したものを汚泥に添加する同
時添加法、の２つの方法で試験した。縮合型ポリアミン
カチオンポリマーとして、ヘキサメチレンジアミンとエ
ピクロルヒドリンの縮合物を用い、両性ポリマーとし
て、エマルジョン型のポリアクリル酸エステル（分子量
約３５０万、カチオン度２５モル％）を用いた。試験結
果を表１に示す。

【００２３】

【表１】

【００２４】表１の実施例１〜３における脱水ケーキ水
分の括弧内の数字は、あらかじめ縮合型ポリアミンカチ
オンポリマーと両性ポリマーを混合したものを汚泥に添
加した場合の結果である。また比較例１〜３は、縮合型
ポリアミン（ヘキサメチレンジアミンとエピクロルヒド
リンの縮合物）を添加後、アニオンポリマー（アニオン
系ポリアクリルアミド）を添加する従来公知の方法（脱
水性改善効果が高いことが知られている代表的な汚泥改
質法）である。比較例４は、従来最も一般的なＤＡＭ系
カチオンポリマー（ジメチルアミノエチルメタクリレー
ト系カチオンポリマー、重合型）を使用した場合の結果
である。比較例５は、両性ポリマーだけを添加した場合
である。

【００２５】表１から本発明法（実施例１〜３）は、比
較例１〜３に比べ、縮合型ポリアミンカチオンポリマー
の添加量が大幅に少ない条件で、極めて良好な凝集（フ
ロック粒径、強度が大きい）が起き、低水分の脱水ケー
キが得られることが明らかである。また、縮合型ポリア
ミンカチオンポリマーと両性ポリマーをあらかじめ混合
した液を汚泥に添加しても、別添加時と同等な脱水性が
得られることが認められる。比較例４に比べて、本発明
（実施例１〜３）は大幅にケーキ水分が低下することが
判る。また、比較例５から、縮合型ポリアミンカチオン
ポリマーを併用しないと本発明法（実施例１〜３）に比
べかなり劣り、脱水ケーキ水分も本発明に比べて高いこ
とが判る。

【００２６】〈実施例４〉 フロック強度の測定 図１にフロック強度測定器（フロッキーテスター、コー
エイ工業（株）製品）を用いて本発明法（実施例２）、
比較例３、４の方法で汚泥を凝集処理したときのフロッ
ク強度の測定結果を示す。フロック強度測定器の測定原
理は、容器内で攪拌羽根を一定速度で攪拌したときの攪
拌軸に加わるトルクを検出し、攪拌時間とトルクの関係
をグラフで示すもので、チャートの面積が大きいほど生
成フロック強度が大きいことを表す。図１の本発明法
（実施例２）の薬注条件は、ＳＳ当たり縮合型ポリアミ
ンカチオンポリマー０．１％、両性ポリマー１％であ
る。比較例３の薬注条件は、ＳＳ当たり縮合型ポリアミ
ン５％、アニオンポリマー１％である。比較例４の薬注
条件は、ＳＳ当たりＤＡＭ系カチオンポリマー（重合
型）を１％添加したものである。図１から本発明法の生
成フロック強度は、従来法（比較例３、４）に比較して
格段に大きいことが明らかに認められる。

【００２７】〈実施例５〉 束縛水量の測定 自由水が凍結するときの体積膨張を利用する汚泥の束縛
水量測定法（出典；Ｄｉｌａｔｏｍｅｔｒｉｃ ｍｅａ
ｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｂｏｕｎｄ ｗａｔｅｒ；Ｗ
ａｔｅｒ Ｒｅｓｅｒｃｈ Ｖｏｌ．２９，Ｎｏ．１
２，ｐｐ２６２１−；１９９５）を利用して、本発明法
（実施例２）、従来法（比較例３〜５）によって汚泥を
改質したときの汚泥束縛水を測定した。束縛水は、マイ
ナス２０℃においても凍結しない水分と定義した。測定
結果を表２に示す。なお、薬品を添加しない原汚泥の束
縛水量は、８．２ｇ水／ｇ・ＳＳであった。

【００２８】

【表２】

【００２９】この結果、本発明法（実施例２）における
束縛水の離脱量が最大であり、汚泥の脱水性が最も向上
していることが認められた。

【００３０】

【発明の効果】 本発明の汚泥改質法によって、極め
て強度が大きく、束縛水量が少ない、改質汚泥が得ら
れ、汚泥脱水性が顕著に向上する。その結果、機械脱水
後、低水分の脱水ケーキが得られる。 ポリアミン所要添加量が従来法より大幅に少なくな
るので、薬品コストが減少する。 従来のポリアミンとアニオンポリマーを併用する方
法では、ポリアミンとアニオンポリマーを混合するとゲ
ル形成が起き使用不能になるので、必ず別々に添加する
必要があるが、本発明法は、縮合型ポリアミンカチオン
ポリマーと両性ポリマーを事前に混合して１液化状態で
汚泥に添加できるので、薬注ポンプ、凝集槽が１つで済
み、維持管理性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法と比較例の方法で汚泥を凝集処理
したときのフロック強度の測定結果を示すグラフであ
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4D015 BA05 BB08 BB17 CA01 CA04 CA12 DB23 DC03 DC06 DC07 EA04 EA06 FA15 4D059 AA03 BE56 BE57 BE60 BE61 DB11 DB22 EB11 4D062 BA05 BB08 BB17 CA01 CA04 CA12 DB23 DC03 DC06 DC07 EA04 EA06 FA15

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 有機性汚泥又は排水中に、縮合型ポリア
   ミンカチオン性高分子凝集剤を添加した後、両性高分子
   凝集剤を添加混合するか、もしくは縮合型ポリアミンカ
   チオン性高分子凝集剤と両性高分子凝集剤との混合凝集
   剤を添加攪拌し、該有機性汚泥又は排水中に含まれる懸
   濁粒子を凝集せしめたのち固液分離することを特徴とす
   る懸濁粒子の凝集分離方法。
2. 【請求項２】 前記縮合型ポリアミンカチオン性高分子
   凝集剤の添加量が、前記有機性汚泥又は排水中の汚泥固
   形物あたり、該凝集剤の固形物換算で０．０５〜５重量
   ％の範囲であることを特徴とする請求項１記載の懸濁粒
   子の凝集分離方法。