JP2002045892A - 汚泥の脱水方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】都市下水汚泥や化学工場廃水の余剰混合汚泥に
対して凝集脱水性能に優れ、ＳＳ回収率に優れ、必要添
加量が少なくてすみ、かつ低含水率のケーキを与えるこ
とのできる汚泥の脱水方法の提供。 【解決手段】汚泥に、無機凝集剤を添加し、さらに有機
両性高分子凝集剤を添加した後、又は有機両性高分子凝
集剤と共に、該汚泥を濾過部を有する造粒濃縮槽に導入
し、該濾過部からろ液を取り出すと共に造粒し、この造
粒物を脱水機で脱水処理する方法において、有機両性高
分子凝集剤が下記凝集剤である汚泥の脱水方法。 有機両性高分子凝集剤：ジアルキルアミノエチルアクリ
レート４級塩、（メタ）アクリル酸又はその塩及び（メ
タ）アクリルアミドを必須構成単量体単位とする共重合
体を含有する有機両性高分子凝集剤。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、都市下水及び化学
工場廃水等の脱水方法に関するものであり、本発明の脱
水方法によれば、フロックの造粒性、強度、濾過速度及
び含水率等のバランスに優れるフロックを得ることが出
来る。

【０００２】

【従来の技術】一般に汚泥は、物理的処理や凝集沈殿操
作を経た後、活性汚泥法等の生物化学処理により有機物
が除去され、この際発生する余剰汚泥は高分子凝集剤を
添加して脱水されている。

【０００３】しかしながら、前記生物化学処理により発
生する余剰汚泥は、主成分が生物体の細胞であるため非
常に脱水し難い。即ち、ＳＳ当り１質量％以上の高分子
凝集剤を添加して脱水ケーキを得ているが、ケーキ含水
率は８５質量％以上であり、他の産業廃水を脱水処理す
る場合に比べ、ケーキの含水率が高くなってしまう。
又、場合によっては、ＳＳ当り３質量％以上の高分子凝
集剤を添加しないと凝集フロックが生成しないこともあ
る。

【０００４】更に、得られる凝集フロックは、非常に脆
いことが多く、フロックをスクリュープレス脱水機を使
用して脱水する場合においては、フロックが細かすぎて
スクリーンから流出しＳＳ回収率が極端に低下したり、
又ベルトプレス脱水機を使用して脱水する場合において
は、脱水ケーキの剥離が困難となることがあった。

【０００５】これらの問題を解決する脱水処理方法とし
ては、通常の汚泥の脱水方法として知られている、ポリ
硫酸鉄を添加・混合した後、高分子凝集剤を添加する方
法、縮合型ポリアミンを添加・混合した後、高分子凝集
剤を添加する方法、及び無機凝集剤を添加・混合した
後、両性高分子凝集剤を添加する方法を転用することが
考えられる。

【０００６】しかしながら、いずれの脱水方法も満足の
行く方法ではなく、得られるフロックが機械脱水に耐え
得る強度を有するものでなかったり、粒径が不十分であ
ったり、又濾過速度が不十分であったりするため、単位
時間当りの処理量を大きくすることが出来ず、更に得ら
れるケーキ含水率を低下させることもできなかった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、都市下水汚
泥や化学工場廃水の余剰混合汚泥に対して凝集脱水性能
に優れ、ＳＳ回収率に優れ、必要添加量が少なくてす
み、かつ低含水率のケーキを与えることのできる汚泥の
脱水方法を提供することを目的としたものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記課題
を解決すべく鋭意検討した結果、濾過部を有する造粒濃
縮槽を使用し、凝集剤として特定のカチオン性単量体、
アニオン性単量体及びノニオン性単量体を必須構成単位
とする両性高分子凝集剤を使用することにより、当初の
目的を達成できることを見出し本発明を完成した。以
下、本発明を詳細に説明する。尚、本明細書において
は、アクリレート又はメタクリレートを（メタ）アクリ
レートと表し、アクリルアミド又はメタクリルアミドを
（メタ）アクリルアミドと表す。

【０００９】

【発明の実施の形態】１．有機両性高分子凝集剤 本発明で使用する両性高分子脱水剤は、下記一般式
(1)、(2)及び(3)で表される化合物を必須構成単量体単
位とする共重合体を含有する有機両性高分子凝集剤であ
る。

【００１０】

【化５】

【００１１】〔式(1)において、Ｒ¹は炭化水素基又はヒ
ドロキシアルキル基、Ｒ²及びＲ³はそれぞれ炭素数１〜
４のアルキル基であり、それらは互いに同一でも異なっ
ていても良い。(Ｘ¹)^-は陰イオンである。〕

【００１２】

【化６】

【００１３】〔式(2)において、Ｒ⁴は水素原子又はメチ
ル基、Ｍは水素原子、アンモニウムイオン又はアルカリ
金属イオンである。〕

【００１４】

【化７】

【００１５】〔式(3)において、Ｒ⁵は水素原子又はメチ
ル基であり、それらは互いに同一でも異なっていてもよ
く、Ｒ⁶及びＲ⁷は水素原子又は炭素数１〜３のアルキル
基である。〕

【００１６】前記一般式(1)で表される化合物〔以下化
合物(1)という〕において、Ｒ¹の炭化水素基としては、
メチル基及びエチル基等のアルキル基、並びにベンジル
基等のアリール基等が挙げられる。ヒドロキシアルキル
基としては、ヒドロキシメチル基等が挙げられる。又、
Ｒ²及びＲ³において、炭素数１〜４のアルキル基として
は、メチル基及びエチル基等が挙げられ、該Ｒ²とＲ
³は、それぞれにおいて互いに同一であっても良いし、
異なっていても良い。さらに、(Ｘ¹)^-の陰イオンとして
は、Ｃｌ^-、Ｂｒ^-、Ｉ^-、ＨＳＯ₄ ^-、１／２ＳＯ₄ ^-、Ｎ
Ｏ₃ ^-、ＣＨ₃ＣＯＯ^-、ＨＣＯＯ^-、ＣＨ₃ＳＯ₄ ^-及びＣ₂
Ｈ₅ＳＯ₄ ^-等が挙げられる。

【００１７】化合物(1)は、ジアルキルアミノエチルア
クリレートの四級アンモニウム塩であり、具体例として
は、ジメチルアミノエチルアクリレートの塩化メチル四
級化物やジメチルアミノエチルアクリレートの塩化ベン
ジル四級化物等を挙げることができる。化合物(1)は、
２種以上を組み合わせることもできる。

【００１８】前記一般式(2)で表される化合物〔以下化
合物(2)という〕において、Ｒ⁴は水素原子又はメチル
基、Ｍは水素原子又はナトリウムやカリウム等のアルカ
リ金属イオンである。

【００１９】化合物(2)としては、例えばアクリル酸及
びメタクリル酸、並びにこれらのアンモニウム塩及びア
ルカリ金属塩を挙げることができる。化合物(2)は、２
種以上を組み合わせることもできる。

【００２０】前記一般式(3)で表される化合物〔以下化
合物(3)という〕において、Ｒ⁵は、それぞれ水素原子又
はメチル基である。Ｒ⁷及びＲ⁶は水素原子又はメチル
基、エチル基及びプロピル基等の炭素数１〜３のアルキ
ル基であり、それらは互いに同一であっても良いし異な
っていてもよい。

【００２１】化合物(3)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及びイ
ソプロピルアクリルアミド等を挙げることができる。化
合物(3)は、２種以上を組み合わせることもできる。

【００２２】有機両性高分子凝集剤のさらに好ましいも
のは、上記一般式(1)、(2)及び(3)で表される化合物並
びに下記一般式(4)で表される化合物を構成単量体単位
とする共重合体を含有する有機両性高分子凝集剤であ
る。

【００２３】

【化８】

【００２４】〔式(4)において、Ｒ⁸は炭化水素基又はヒ
ドロキシアルキル基、Ｒ⁹及びＲ¹⁰はそれぞれ炭素数１
〜４のアルキル基であり、それらは互いに同一でも異な
っていても良い。(Ｘ²)^-は陰イオンである。〕

【００２５】前記一般式(4)で表される化合物〔以下化
合物(4)という〕において、Ｒ⁸の炭化水素基及びヒドロ
キシアルキル基としては、前記化合物(1)のＲ¹と同様の
ものが挙げられる。又、Ｒ⁹及びＲ¹⁰において、炭素数
１〜４のアルキル基としては、前記化合物(1)のＲ²及び
Ｒ³と同様のものが挙げられ、それぞれは互いに同一で
あっても、異なっていても良い。さらに、(Ｘ²)^-の陰イ
オンとしては、前記化合物(1)の(Ｘ¹)^-と同様のものが
挙げられる。

【００２６】化合物(4)は、ジアルキルアミノエチルメ
タクリレートの四級アンモニウム塩であり、具体例とし
ては、ジメチルアミノエチルメタクリレートの塩化メチ
ル四級化物やジメチルアミノエチルメタクリレートの塩
化ベンジル四級化物等を挙げることができる。化合物
(4)は、２種以上を組み合わせることもできる。

【００２７】該両性高分子共重合体における各構成単位
の含有量は化合物(1)単位が１〜５０モル％、化合物(2)
単位が１〜５０モル％及び化合物(3)単位が１０〜８０
モル％の範囲にあるのが望ましい。又、化合物(1)〜(4)
を構成単量体単位として使用する場合の各構成単位の含
有量は化合物(1)単位が５〜４０モル％、化合物(2)単位
が５〜４０モル％、化合物(3)単位が２０〜８０モル％
及び化合物(4)単位が０．５〜３０モル％の範囲にある
のが望ましい。

【００２８】本発明において、脱臭や含水率をより低下
させる目的で無機凝集剤を比較的大量に併用処理するこ
とがある。無機凝集剤の大量添加により汚泥ｐＨが５．
０を下回る場合には、両性高分子凝集剤の各構成単位の
含有割合として、それらの組成モル比(2)／〔(1)＋
(4)〕が０．８〜１．６であることが好ましい。含有割
合がこの関係式を満たさない場合は、本発明の目的が達
せられない場合がある。

【００２９】本発明の有機両性高分子共重合体は、化合
物(1)、(2)及び(3)、好ましくは化合物(1)、(2)、(3)及
び(4)を必須構成単量体単位とするものであるが、これ
らの単位を形成するモノマーと共重合可能なその他のモ
ノマー（以下その他モノマーという）とを所望に応じ共
重合させたものであっても良い。その他モノマーにおい
て、カチオン性モノマーとしては、例えばジアルキルア
ミノエチル（メタ）アクリレートの塩酸塩、硫酸塩、硝
酸塩及び酢酸塩等の三級モノマー、ジアルキルアミノプ
ロピル（メタ）アクリルアミド若しくはこれらの塩酸
塩、硫酸塩、硝酸塩及び酢酸塩等の三級モノマー及び塩
化メチル、臭化メチル、ヨウ化メチル、ジメチル硫酸、
塩化ベンジル、臭化ベンジル等の四級化剤を反応させた
四級アンモニウム塩モノマー及びビニルピリジンの四級
化誘導体等を挙げることができる。アニオン性モノマー
としては、例えばビニルスルホン酸、２−アクリルアミ
ド−２−メチルプロパンスルホン酸、マレイン酸等及び
これらのアルカリ金属塩を挙げることができる。ノニオ
ン性モノマーとしては、例えばジアルキルアミノプロピ
ル（メタ）アクリルアミド等のジアルキルアミノアルキ
ル（メタ）アクリルアミド、スチレン、アクリロニトニ
ル、酢酸ビニル、アクリル酸アルキル、メタクリル酸ア
ルキル、ビニルピリジン、ビニルイミダノール及びアリ
ルアミン等を挙げることができる。これらその他モノマ
ーは、２種以上を組み合わせることもできる。

【００３０】該両性高分子共重合体の分子量について
は、分子量の指標である固有粘度で示すと、１Ｎ−硝酸
ナトリウム又は１Ｎ−塩化ナトリウム水溶液中、温度３
０℃での測定値が２デシリットル／ｇ以上であることが
好ましく、安定した脱水処理を達成するには５デシリッ
トル／ｇ以上がより好ましい。

【００３１】この両性高分子共重合体の重合方法につい
ては特に制限はなく、一般的な重合方法を採用すること
ができる。例えば、水溶液重合であれば、重合開始剤と
して過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム、２,２'−ア
ゾビス（２−アミジノプロパン）二塩酸塩や、レドック
ス系の開始剤等を用いることができる。又、逆相のエマ
ルション重合であれば、前記重合開始剤以外に、アゾビ
スイソブチロニトリルや過酸化ベンゾイル等の水不溶性
開始剤を用いて重合を行っても良い。

【００３２】２．汚泥の脱水方法 本発明の汚泥脱水方法は、汚泥に無機凝集剤を添加し、
さらに前記有機両性高分子凝集剤を添加した後、又は前
記有機両性高分子凝集剤と共に、該汚泥を濾過部を有す
る造粒濃縮槽に導入し、該濾過部からろ液を取り出すと
共に造粒し、この造粒物を脱水機で脱水処理する方法で
ある。

【００３３】又、該汚泥脱水剤の使用に際しては、硫酸
水素ナトリウム、硫酸ナトリウム、スルファミン酸等、
脱水処理に悪影響がでないかぎり公知の添加剤と混合し
て使用しても良い。

【００３４】2-1.汚泥 本発明の汚泥の脱水方法において、適用可能な汚泥とし
ては、種々の汚泥に適用できる。特に本発明の方法は、
都市下水及び化学工場汚泥の余剰汚泥混合比率の高い汚
泥に好ましく適用できる。

【００３５】当該汚泥の具体例としては、各種廃水に対
して無機凝集剤を添加し、必要に応じて更に有機高分子
凝集剤を添加するという凝沈処理で得られた凝沈汚泥、
凝沈処理後の廃水を活性汚泥処理して得られる余剰汚
泥、及び凝沈汚泥と余剰汚泥の混合汚泥等が挙げられ、
本発明は特に混合汚泥に好ましく適用できるものであ
る。又、汚泥には、化学工場等で発生する生活廃水、そ
の他廃水処理により発生する各種汚泥を含んでいても良
い。

【００３６】2-2.無機凝集剤 本発明においては、無機凝集剤を併用する必要があり、
汚泥に、無機凝集剤を添加した後、前記両性高分子凝集
剤を添加することが好ましい。フロックの形成方法は、
公知の方法に準じる。

【００３７】無機凝集剤を添加した後、ｐＨを４〜８調
整することが好ましく、より好ましくは４〜７である。

【００３８】無機凝集剤としては、硫酸アルミニウム、
ポリ塩化アルミニウム、塩化第二鉄、硫酸第一鉄及びポ
リ硫酸鉄等を例示できる。

【００３９】2-3.汚泥脱水方法 本発明の汚泥脱水方法は、汚泥に無機凝集剤を添加し、
さらに前記有機両性高分子凝集剤を添加した後、又は前
記有機両性高分子凝集剤と共に、該汚泥を濾過部を有す
る造粒濃縮槽に導入する。当該造粒濃縮槽の例として
は、特願昭６２−３２７１９０号や特開平４−５９１０
０号に記載された装置を挙げることができる。この濃縮
槽は、円筒槽内の中心部に攪拌羽根を有する攪拌機と、
当該攪拌羽根よりも上方に通水可能なスリットを有する
濾過筒を有するものであり、供給される汚泥と凝集剤を
上記攪拌手段で攪拌してフロック化、造粒しながら濾過
筒から濾液を槽外へ排出することを特徴とするものであ
る。濾過部を有する造粒濃縮槽を使用する汚泥脱水シス
テムの概念図の１例を、図１に示す。図１において、１
は汚泥調質槽であり、原料汚泥を助剤等を使用して汚泥
の調整を行なう。濾過部３ａを有する造粒濃縮槽２に、
供給管４を通じて汚泥が供給され、供給管５を通じて高
分子凝集剤汚泥が供給され、脱水反応が進行する。濾過
部３ａを通じて濾過筒３に注入した分離液は、ポンプに
より排水管７を通じて排出される。その結果、充分に濃
縮され強度の高いものとなった造粒物は、供給管６を通
じて脱水機に供給される。

【００４０】両性高分子凝集剤及び無機凝集剤添加量、
攪拌速度及び攪拌時間等は、従来の脱水条件に従えば良
い。又、他のカチオン性ポリマーやアニオン性ポリマー
と併用したり、これら凝集剤に添加し混合一液として使
用することもできる。

【００４１】このようにして形成したフロックは、公知
の手段を用いて脱水し、脱水ケーキとする。

【００４２】脱水装置としては、スクリュープレス型脱
水機、ベルトプレス型脱水機、フィルタープレス型脱水
機及びスクリュウーデカンター等を例示することができ
る。

【００４３】

【実施例】以下実施例を挙げ、本発明をより具体的に説
明する。

【００４４】（製造例１）ステンレス製デュワー瓶にジ
メチルアミノエチルアクリレート塩化メチル４級塩水溶
液（以下DACという）、ジメチルアミノエチルメタクリ
レート塩化メチル４級塩水溶液（以下DMCという）、ア
クリルアミド水溶液（以下AMという）及びアクリル酸
（以下AAという）を入れ、それぞれが２２．０、８．
０、４５．０、２５．０モル％の組成で、全重量が１ｋ
g、全単量体濃度が３５質量％になる様に蒸留水を加え
た。続いて窒素ガスを６０分間溶液に吹き込みながら溶
液温度を１５℃に調節し、これにより重合用単量体混合
物水溶液を得た。次いで、全単量体重量を基準として、
塩化第二銅を銅イオンとして０．３ｐｐｍ、重合開始剤
としてアゾビスアミジノプロパン塩酸塩（和光純薬(株)
製商品名V-50）を１０００ｐｐｍ及び亜硫酸水素ナトリ
ウム（NaHSO₃）を３０ｐｐｍとなる様に加えて重合を開
始し、静置状態で３時間重合を続けた。その後得られた
含水ゲル状の重合体をデュワー瓶から取り出し細断し
た。これを８０℃で５時間乾燥後粉砕して目的の両性高
分子凝集剤を得た。得られた両性高分子凝集剤の０．１
％不溶解分量及び０．５％塩粘度を、以下の方法に従い
測定した。それらの結果を表１に示す。

【００４５】０．１％不溶解分量：高分子凝集剤を純粋
に溶解し、４００mlの０．１質量％（固形分換算）溶液
を調製した。この溶液全量を直径２０ｃｍ、８３メッシ
ュの篩で濾過し、篩上に残った不溶解分を集めてその容
量を測定した。０．５％塩粘度：高分子凝集剤を４質量
％の塩化ナトリウム水溶液に溶解し、０．５質量％凝集
剤溶液を調製した。Ｂ型粘度計を用いて、２５℃、６０
ｒｐｍ、５分後の凝集剤溶液粘度を測定した。

【００４６】（製造例２、比較製造例１及び同２）単量
体、重合開始剤等を表１の組成に変更する以外は、実施
例１と同様にして両性高分子凝集剤を得た。得られた両
性高分子凝集剤の０．１％不溶解分量及び０．５％塩粘
度を、製造例１と同様の方法に従い測定した。それらの
結果を表１に示す。

【００４７】（実施例１及び２、比較例１及び２）都市
下水の混合生汚泥（ＳＳ：１１３００mg／ｌ、ＶＳＳ：
９３００mg／ｌ）に対してポリ塩化第二鉄をpH＝４．５
となる様に添加調質後、図１に示す、濾過部を有する造
粒濃縮槽を使用、製造例及び比較製造例で得られた両性
高分子凝集剤を添加して汚泥の脱水を行なった。濾過部
は幅１ｍｍの同心円、半月状スリットを設けたもので汚
泥供給量乾分当たり３１０ｋｇ／時間で処理した。続い
て、ベルトプレス機にて圧搾脱水後、脱水ケーキの含水
率を測定した。性能評価として、造粒フロックの粒径、
ベルトプレス機の濾布速度、濾布剥離性及びケーキ含水
率を測定しその結果を表２に示した。

【００４８】

【表１】

【００４９】

【表２】

【００５０】実施例１及び同２、並びに比較例１及び同
２の結果から明らかの様に、本発明の脱水処理方法は、
フロック径、濾過速度及び含水率のバランスに優れるも
のであった。

【００５１】

【発明の効果】本発明の汚泥脱水方法によれば、各種汚
泥の脱水処理において、ＳＳ回収率に優れる、必要添加
量が少なくてすむ、フロック強度が高く、ろ布からの剥
離性が良い、ケーキ含水率が高い、汚泥の処理量が多
い、汚泥種、汚泥性状の変化に対して安定した処理効果
が得られる等優れた性能を有している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明で使用する造粒濃縮槽の１例を示す図で
ある。

【符号の説明】

１：汚泥調質槽 ２：造粒濃縮槽 ３：濾過筒 ３ａ：濾過部

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【手続補正書】

【提出日】平成１２年８月２９日（２０００．８．２
９）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項１

【補正方法】変更

【補正内容】

【化１】 〔式(1)において、Ｒ¹は炭化水素基又はヒドロキシアル
キル基、Ｒ²及びＲ³はそれぞれ炭素数１〜４のアルキル
基であり、それらは互いに同一でも異なっていても良
い。(Ｘ¹)^-は陰イオンである。〕

【化２】 〔式(2)において、Ｒ⁴は水素原子又はメチル基、Ｍは水
素原子、アンモニウムイオン又はアルカリ金属イオンで
ある。〕

【化３】 〔式(3)において、Ｒ⁵は水素原子又はメチル基である。
Ｒ⁶及びＲ⁷は水素原子又は炭素数１〜３のアルキル基で
あり、それらは互いに同一でも異なっていても良い。〕

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１４】

【化７】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4D015 BA06 BA19 BA21 BB09 BB12 CA12 DA04 DA05 DA13 DA15 DA16 DB07 DB12 DB14 DB15 DB30 DC04 EA16 EA17 EA36 4D059 AA05 BE16 BE17 BE26 BE38 BE55 BE56 BE61 BF11 BJ01 BK09 DA01 DA02 DA05 DA16 DA17 DA23 DA24 DA35 DA41 DB22 DB25 DB26

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】汚泥に、無機凝集剤を添加し、さらに有機
   両性高分子凝集剤を添加した後、又は有機両性高分子凝
   集剤と共に、該汚泥を濾過部を有する造粒濃縮槽に導入
   し、該濾過部からろ液を取り出すと共に造粒し、この造
   粒物を脱水機で脱水処理する方法において、有機両性高
   分子凝集剤が下記凝集剤であることを特徴とする汚泥の
   脱水方法。 有機両性高分子凝集剤：下記一般式(1)、(2)及び(3)で
   表される化合物を必須構成単量体単位とする共重合体を
   含有する有機両性高分子凝集剤。 【化１】 〔式(1)において、Ｒ¹は炭化水素基又はヒドロキシアル
   キル基、Ｒ²及びＲ³はそれぞれ炭素数１〜４のアルキル
   基であり、それらは互いに同一でも異なっていても良
   い。(Ｘ¹)^-は陰イオンである。〕 【化２】 〔式(2)において、Ｒ⁴は水素原子又はメチル基、Ｍは水
   素原子、アンモニウムイオン又はアルカリ金属イオンで
   ある。〕 【化３】 〔式(3)において、Ｒ⁵は水素原子又はメチル基である。
   Ｒ⁶及びＲ⁷は水素原子又は炭素数１〜３のアルキル基で
   あり、それらは互いに同一でも異なっていても良い。〕
2. 【請求項２】有機両性高分子凝集剤が、上記一般式
   (1)、(2)及び(3)で表される化合物並びに下記一般式(4)
   で表される化合物を構成単量体単位とする共重合体を含
   有する有機両性高分子凝集剤である請求項１記載の汚泥
   の脱水方法。 【化４】 〔式(4)において、Ｒ⁸は炭化水素基又はヒドロキシアル
   キル基、Ｒ⁹及びＲ¹⁰はそれぞれ炭素数１〜４のアルキ
   ル基であり、それらは互いに同一でも異なっていても良
   い。(Ｘ²)^-は陰イオンである。〕