JP2002045900A

JP2002045900A - 汚泥の脱水方法

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Publication number: JP2002045900A
Application number: JP2000240079A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Mori; 嘉男森; Minoru Atsuji; 稔阿津地
Original assignee: Toagosei Co Ltd
Current assignee: Toagosei Co Ltd
Priority date: 2000-08-08
Filing date: 2000-08-08
Publication date: 2002-02-12
Anticipated expiration: 2020-08-08
Also published as: JP4660896B2

Abstract

(57)【要約】【課題】凝集脱水性能に優れ、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、ｐＨを４〜８
に調整した後、下記両性高分子凝集剤を添加し脱水処理
する汚泥の脱水方法。両性高分子凝集剤：ジアルキルアミノエチルメタクリレ
ート４級塩(1)、ジアルキルアミノエチルアクリレート
４級塩(2)、（メタ）アクリル酸又はその塩(3)及び（メ
タ）アクリルアミド(4)を構成単量体単位とし、それら
の組成モル比が(3)／〔(1)＋(2)〕＜０．８である共重
合体からなる両性高分子凝集剤。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、凝集脱水性能に優
れ、かつ低含水率のケーキを与える、両性高分子凝集剤
を使用した汚泥の脱水方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、汚泥の脱水処理には、カチオン性
高分子脱水剤が単独で使用されているが、近年、汚泥発
生量の増加及び汚泥性状の悪化により、従来のカチオン
性高分子脱水剤では、汚泥の処理量に限界があること
や、脱水ケーキ含水率、ＳＳ回収率及びケーキのろ布か
らの剥離性等の点で処理状態は必ずしも満足できるもの
ではなく、これらの点の改善が求められている。

【０００３】従来のカチオン性高分子脱水剤のこれら欠
点を改良するために、両性高分子凝集剤を使用した脱水
方法が種々提案されているが、十分に満足しうるもので
はなかった。例えば、（１）三級アミノ基を有する両性
高分子脱水剤（特開昭６２−２０５１１２号公報）、
（２）四級アンモニウム基を含む両性高分子脱水剤（特
開昭５３−１４９２９２号公報）及び（３）三級を四級
を含む両性高分子脱水剤（特開平３−１８９００号公
報）等が知られている。

【０００４】しかしながら、前記（１）の脱水方法にお
いては、従来のカチオン性高分子脱水剤に比べて凝集性
に優れ、大きな凝集フロックを形成するものの、下水や
し尿の消化汚泥等のｐＨの高い汚泥に対しては、三級ア
ミノ基の解離状態の問題で著しく性能が低下してしまう
ことや、ｐＨも含めて汚泥濃度等の汚泥性状変化に影響
を受けやすく、安定した処理ができない上、粉末や溶液
状態での製品の安定性の点で従来のカチオン性高分子脱
水剤に比べて劣る等の欠点がある。又、前記（２）の脱
水方法においては、三級アミノ基を含む両性高分子脱水
剤に比べて、製品安定性が良好で、かつ従来のカチオン
性高分子脱水剤に比べて凝集力はあるものの、必要添加
量が多い、ケーキ含水率が高い、ろ布からのケーキの剥
離性が悪い等、改善すべき点が多い。一方、前記（３）
の脱水方法は、該（１）及び（２）の方法が有する欠点
は改善されているものの、必要添加量の点や、ケーキ含
水率の点ではまだ満足できるレベルではなく、実用化に
際しては改善が求められている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
従来の汚泥脱水方法が有する欠点を克服し、凝集脱水性
能に優れ、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見出すた
め鋭意検討を行ったのである。

【０００６】

【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、汚泥に無機凝集剤を添
加した後に特定のｐＨとし、この後特定の２種のカチオ
ン性単量体、アニオン性単量体及びノニオン性単量体を
必須構成単量体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。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明で使用する両性高分子脱水
剤は、下記一般式(1)、(2)、(3)及び(4)で表される化合
物を構成単量体単位とし、それらの組成モル比が(3)／
〔(1)＋(2)〕＜０．８である共重合体からなる。

【０００８】

【化５】

【０００９】〔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。〕

【００１０】

【化６】

【００１１】〔式(2)において、Ｒ⁴は炭化水素基又はヒ
ドロキシアルキル基、Ｒ⁵及びＲ⁶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。〕

【００１２】

【化７】

【００１３】〔式(3)において、Ｒ⁷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８】

【００１５】〔式(4)において、Ｒ⁸は、水素原子又はメ
チル基である。Ｒ⁹及びＲ¹⁰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。〕

【００１６】前記一般式(1)で表される化合物〔以下化
合物(1)という〕及び一般式(2)で表される化合物〔以下
化合物(2)という〕において、Ｒ¹及びＲ⁴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、Ｒ³、Ｒ⁵及びＲ⁶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Ｒ³、Ｒ⁵とＲ⁶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)^-及び(Ｘ²)^-の陰イオンとしては、Ｃｌ^-、Ｂ
ｒ^-、Ｉ^-、ＨＳＯ₄ ^-、１／２ＳＯ₄ ^-、ＮＯ₃ ^-、ＣＨ₃Ｃ
ＯＯ^-、ＨＣＯＯ^-、ＣＨ₃ＳＯ₄ ^-及びＣ₂Ｈ₅ＳＯ₄ ^-等が
挙げられる。

【００１７】化合物(1)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。

【００１８】化合物(2)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。

【００１９】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、Ｒ⁷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。

【００２０】化合物(3)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。

【００２１】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は、水素原子又はメチル
基である。Ｒ⁹及びＲ¹⁰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。

【００２２】化合物(4)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。

【００２３】化合物(1)〜(4)においては、２種以上を組
み合わせて使用することもできる。

【００２４】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０．０１〜１０モル％、化
合物(2)単位が５〜８０モル％、化合物(3)単位が１〜３
０モル％及び化合物(4)単位が２０〜９０モル％の範囲
にあるのが望ましい。特に本発明においては、前記両性
高分子凝集剤において、化合物(1)単位が０．０１〜
０．８モル％の共重合割合であるものが、脱水ケーキの
べたつきが抑制できる為好ましい。

【００２５】さらに、本発明においては、該構成単位の
含有割合は、それらの組成モル比が(3)／〔(1)＋(2)〕
＜０．８である。各構成単位の含有割合が前記関係式を
満たさない場合は、本発明の目的が達せられない。

【００２６】共重合体は、前記化合物(1)、(2)、(3)及
び(4)構成単位を必須構成単量体単位として含有するも
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
他モノマーとしては、カチオン性モノマー、アニオン性
モノマー及びノニオン性モノマーがある。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）アクリレート等のジアルキルアミノアルキル（メ
タ）アクリレートの塩酸塩、硫酸塩、硝酸塩及び酢酸塩
等の三級アンモニウム塩、ジアルキルアミノプロピル
（メタ）アクリルアミド等ジアルキルアミノアルキル
（メタ）アクリルアミドの塩酸塩、硫酸塩、硝酸塩及び
酢酸塩等の三級アンモニウム塩又は塩化メチル、臭化メ
チル、ヨウ化メチル、ジメチル硫酸及び塩化ベンジル及
び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、ビニルピリジンの四級化誘導体を挙げることが
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、マレイン酸等及びそ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、アクリロニトリル、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。

【００２７】該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３０℃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。

【００２８】この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。

【００２９】又、該汚泥脱水剤の使用に際しては、硫酸
水素ナトリウム、硫酸ナトリウム及びスルファミン酸
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。

【００３０】本発明の脱水方法の処理対象は、種々の汚
泥に適用可能であり、下水、し尿、食品工業及び化学工
業等の一般産業排水で生じる有機性汚泥及び凝集沈降汚
泥を含む混合汚泥等を挙げることができる。

【００３１】脱水方法は、具体的には、汚泥に無機凝集
剤を添加した後、ｐＨを４〜８に調整した後、前記両性
高分子凝集剤を添加し、これにより汚泥フロックを形成
させるものである。フロックの形成方法は、公知の方法
に準じる。

【００３２】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。

【００３３】本発明においては、無機凝集剤を添加した
後、ｐＨを４〜８調整する必要があり、好ましくは５〜
７である。ｐＨの調整方法としては、無機凝集剤を添加
した後、当該ｐＨ値を満たす場合は、特にｐＨ調整の必
要はないが、本発明で限定する範囲を満たさない場合
は、酸又はアルカリを添加して調整する。酸としては、
塩酸、硫酸、酢酸及びスルファミン酸等を挙げることが
できる。又、アルカリとしては、苛性ソーダ、苛性カ
リ、消石灰及びアンモニア等が挙げられる。

【００３４】本発明においては、有機カチオン性化合物
を併用することができ、汚泥に、有機カチオン性化合物
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。有機カチオン性化合物としては、ポリマーポ
リアミン、ポリアミジン及びカチオン性界面活性剤等を
例示できる。

【００３５】両性高分子凝集剤、無機凝集剤及びカチオ
ン性化合物の添加量、攪拌速度、攪拌時間等は、従来行
われている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、脱水剤に
添加して混合一液として使用することもできる。

【００３６】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。

【００３７】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
機及びスクリューデカンター等を例示することが出来
る。

【００３８】

【実施例】以下に実施例及び比較例を挙げ、本発明をよ
り具体的に説明する。（製造例１）ステンレス製デュワー瓶に、ジメチルアミ
ノエチルメタクリレート塩化メチル４級塩水溶液（以下
ＤＭＣという）、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）、アクリル
酸（以下ＡＡという）及びアクリルアミド水溶液（以下
ＡＭという）を入れ、それぞれが０．８、３０．０、２
０．０及び４９．２モル％の組成で、全重量が１ｋg、
全単量体濃度が３４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（Na
HSO₃）を１２ｐｐｍ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。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。

【００３９】得られた各高分子凝集剤を用いて、以下の
物性を測定した。それらの結果を表１に示す。０．１％不溶解分量：高分子凝集剤を純粋に溶解し、４
００ml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℃、６０ｒｐｍ、５分後
の凝集剤溶液粘度を測定した。

【００４０】（製造例２、比較製造例１）単量体及び重
合開始剤等を、表１に記載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
両性高分子凝集剤を実施例１と同様にして０．１％不溶
解分量及び０．５％塩粘度を測定した。それらの結果を
表１に示す。

【００４１】（実施例１及び同２、比較例１）都市下水
混合汚泥（ＳＳ：１６４００ｍｇ／ｌ、ＶＳＳ：１４３
００ｍｇ／ｌ）２００ｍｌを３００ｍｌのビーカーに採
取し、ポリ鉄を１０００ｐｐｍを添加攪拌し、ｐＨを
５．２に調整した。続いて製造例１及び同２並びに比較
製造例１で製造した両性高分子凝集剤のいずれかを添加
後、ジャーテスターを用いて２００rpmで１分間攪拌し
て汚泥フロックを生成させ、フロックの粒径を測定し
た。その後、８０メッシュの網をフィルターとして用い
て、前記汚泥フロック分散液を重力濾過した。１０秒後
の濾液容量を測定しこれを濾過速度として示した。得ら
れたケーキをベルトプレス機を使用して圧縮脱水し含水
量を測定した。これらの測定結果を表２に示した。

【００４２】

【表１】

【００４３】

【表２】

【００４４】表２から明らかな様に、両性高分子凝集剤
のアニオン性単量体単位／カチオン性単量体単位の比が
０．８未満の共重合体を使用した実施例１及び同２の場
合は、良好な脱水性能を示すのに対し、この比が０．８
を超える共重合体を使用した比較例１の場合は、脱水性
に劣っていた。

【００４５】

【発明の効果】本発明の汚泥方法によれば、種々の汚泥
に対する凝集脱水性能に優れ、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ができる。

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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は炭化水素基又はヒドロキシアル
キル基、Ｒ⁵及びＲ⁶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。〕

【化３】〔式(3)において、Ｒ⁷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４】〔式(4)において、Ｒ⁸は、水素原子又はメチル基であ
る。Ｒ⁹及びＲ¹⁰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８】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4D015 BA06 BA19 BA21 BB09 BB12 CA11 CA12 DA04 DA05 DA13 DA15 DA16 DB12 DB14 DB15 DC04 DC06 EA16 EA17 EA36 4D059 AA03 AA06 BE16 BE17 BE26 BE55 BE56 BE60 BE61 BF11 DA01 DA02 DA05 DA16 DA17 DA23 DA24 DA41 DB22 DB25 DB26 4J100 AJ02R AK03R AK08R AL08P AL08Q AM14S BA32P BA32Q CA05 CA06 DA36 JA18

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】汚泥に無機凝集剤を添加し、ｐＨを４〜８
に調整した後、下記両性高分子凝集剤を添加し脱水処理
することを特徴とする汚泥の脱水方法。両性高分子凝集剤：下記一般式(1)、(2)、(3)及び(4)で
表される化合物を構成単量体単位とし、それらの組成モ
ル比が(3)／〔(1)＋(2)〕＜０．８である共重合体から
なる両性高分子凝集剤。【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は炭化水素基又はヒドロキシアル
キル基、Ｒ⁵及びＲ⁶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。〕【化３】〔式(3)において、Ｒ⁷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４】〔式(4)において、Ｒ⁸は、水素原子又はメチル基であ
る。Ｒ⁹及びＲ¹⁰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。〕
【請求項２】前記両性高分子凝集剤が、前記式(1)で表
される単量体の共重合割合が全単量体の合計量に対して
０．０１〜０．８モル％である共重合体からなることを
特徴とする請求項１記載の汚泥の脱水方法。