JP2002166300A - 汚泥脱水方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ベルトプレスやフィルタ−プレスで汚泥を脱
水する場合、高分子凝集剤を添加することにより生成し
た汚泥凝集物の良好な濾水性とプレス後の良好な濾布よ
りの剥離性が求められる。前記脱水機により脱するに際
し、脱水に適したフロックを形成させることにより、良
好な濾布よりの剥離性及び脱水ケ−キの含水率の低下す
る汚泥脱水方法を提供する。 【解決手段】 有機質汚泥に対し、重合系カチオン性高
分子凝集剤、特に好ましくはアミジン系重合体と無機凝
集剤をこの順で添加、混合した後、脱水機により脱水す
ることにより達成できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は汚泥脱水方法に関す
るものであり、詳しくは特定のカチオン性高分子凝集
剤、無機凝集剤をこの順で添加、混合した後、脱水機に
より脱水することを特徴とする汚泥脱水方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、有機質汚泥をベルトプレスやフィ
ルタ−プレスにより脱水する際、良好な剥離性を得るた
めにカチオン当量の高く、比較的分子量の低い、すなわ
ち数十万から３００万程度の高分子凝集剤が使用されて
いた。しかし、高濃度汚泥の場合、すなわち全ｓｓ濃度
として２．０重量％以上であると、汚泥中に添加した凝
集剤が拡散し難く、その結果、凝集状態が不完全になり
固液分離の不良や、濾布からの剥離の悪化がみられ、汚
泥脱水処理プロセスの効率を低下させてしまうことがし
ばしばであった。

【０００３】一方、単独の高分子凝集剤で脱水し難い、
いわゆる難脱水性汚泥においては、カチオン性高分子凝
集剤とアニオン性高分子凝集剤とを併用する処方、ある
いはカチオン性/両性高分子凝集剤と無機凝集剤を併用
する処方が考案されている。このうち、無機凝集剤併用
処方として例えば、無機凝集剤とアクリル系両性高分子
凝集剤をこの順で併用添加する処方（特開平５−２６９
５００号公報）、無機凝集剤と両性ビニルアミン系凝集
剤をこの順で併用添加する処方（特開平９−２９９９９
９号公報）、縮合系ポリアミン、無機凝集剤を添加後、
カチオン性、アニオン性、ノニオン性、両性凝集剤のう
ち少なくともひとつを添加する処方（特開平１１−４７
８００号公報）、さらに両性高分子凝集剤を添加した
後、無機凝集剤を添加する処方（特開平２０００−１５
３００号公報）などが開示されている。高分子凝集剤に
無機凝集剤を併用する処方は、一般的に両性高分子が多
用されているが、比較的細かく強度の高い「締まった」
フロックが適するとされるベルトプレスやフィルタ−プ
レスによる脱水は、見かけの分子量を上げて汚泥を凝集
させ大きなフロックを形成させる両性高分子凝集剤は、
必ずしも最適というわけではない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ベルトプレスやフィル
タ−プレスで汚泥を脱水する場合、高分子凝集剤を添加
することにより生成した汚泥凝集物の良好な濾水性とプ
レス後の良好な濾布よりの剥離性が求められる。本発明
の目的は、上記の課題を解決するため、前記脱水機によ
り脱するに際し、脱水に適したフロックを形成させるこ
とにより良好な濾布よりの剥離性及び脱水ケ−キの含水
率の低下を目的とする汚泥脱水方法を開発することにあ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記課題を
解決するため鋭意検討した結果、特定のカチオン性物質
と無機凝集剤をこの順で添加、混合することにより上記
課題が解決可能なことがわかり本発明を達成した。すな
わち、本発明の請求項１の発明は、汚泥を脱水するに際
し、重合系カチオン性高分子凝集剤、無機凝集剤をこの
順で添加、混合した後、脱水機により脱水することを特
徴とする汚泥脱水方法に関する。

【０００６】請求項２の発明は、重合系カチオン性高分
子凝集剤が下記一般式（１）及び／または（２）で表わ
される繰り返し単位を有するポリアミジン系重合体であ
ることを特徴とする請求項１に記載の汚泥脱水方法であ
る。

【化１】

【０００７】請求項３の発明は、ポリアミジン系重合体
中の前記一般式（１）及び／または（２）で表わされる
繰り返し単位が、２０〜９０モル％であることを特徴と
する請求項２に記載の汚泥脱水方法である。

【０００８】請求項４の発明は、無機凝集剤が硫酸バン
ド、ポリ塩化アルミニウム、ポリ塩化鉄から選択された
少なくとも一種であることを特徴とする請求項１に記載
の汚泥脱水方法である。

【０００９】請求項５の発明は、無機凝集剤がポリ塩化
鉄であることを特徴とする請求項４に記載の汚泥脱水方
法である。

【００１０】請求項６の発明は、脱水機がフィルタ−プ
レスであることを特徴とする請求項１〜５に記載の汚泥
脱水方法である。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明で使用する重合系カチオン
性高分子凝集剤は、アクリル系カチオン性単量体、例え
ば（メタ）アクリロイルオキシエチルトリメチルアンモ
ニウム塩や（メタ）アクリロイルアミノプロピルトリメ
チルアンモニウム塩、あるいはジメチルジアリルアンモ
ニウム塩の単独重合体やアクリルアミドのような非イオ
ン性単量体との共重合体、さらにビニルアミン系重合体
でも使用することは可能であるが、前記一般式（１）及
び／または（２）で表わされるような繰り返し単位を有
するアミジン系重合体を使用することが最も好ましい。

【００１２】アミジン系重合体は、特許第２６２４０８
９号公報に記載された方法によって製造することができ
る。その重合方法としては、Ｎ−ビニルホルムアミド及
びアクリロニトリルを共重合し、共重合体を合成した
後、塩酸酸性下、加水分解及びその後の熱処理により分
子内側鎖の一級アミノ基とシアノ基が環化しアミジン環
を形成するものである。

【００１３】本発明で使用するアミジン系重合体は、一
般式（１）及び／または（２）で表わされる繰り返し単
位を２０〜９０モル％有するものが好ましく、４０〜７
０モル％であることがさらに好ましい。２０モル％以下
では、凝集機能が低下し、脱水ケ−キの含水率も上昇し
好ましくない。また、本発明で使用するアミジン系重合
体は、変性前の共重合体であるＮ−ビニルホルムアミド
／アクリロニトリル共重合体中の未反応シアノ基やＮ−
ホルムアミド基などが０〜数１０モル％存在していても
かまわない。さらに、変性の過程で生成するアミド基や
カルボキシルキ基などが０〜数％存在しても問題はな
い。

【００１４】アミジン系重合体の分子量としては、１０
万〜５００万であることが好ましく、更に好ましくは１
００万〜５００万である。１０万以下では、凝集力が低
下し、５００万以上の分子量の重合体を商業ベ−スで製
造することは現在のところは難しい。

【００１５】併用する無機凝集剤としては、硫酸バン
ド、ポリ塩化アルミニウムあるいはポリ塩化鉄などであ
るが、ポリ塩化鉄が最も好ましい。一般の無機塩類、例
えば塩化カルシウム，塩化マグネシウムなどは効果が無
く、本発明の範囲から除外される。

【００１６】本発明で使用するアミジン系重合体は、ア
クリル系重合体と較べると比較的分子量が低いが、汚泥
に対する吸着力が強く、そのため脱水ケイ−キの含水率
が低下する。分子量がアクリル系重合体と比較して低い
ため溶液粘度が低下し、汚泥中への分散性が良い。その
ため濃度の高い汚泥に対しても良く分散していき、強度
の高いフロックを形成する。すなわち、一般的な汚泥濃
度である１０、０００〜２０、０００ｍｍｇ／Ｌでも処
理は行えるが、２０、０００〜１００、０００ｍｇ／Ｌ
と高くなるにつれその効果が顕著となる。したがって、
汚泥濃度が２０、０００〜１００、０００ｍｇ／Ｌにお
いても十分効率良く脱水処理を行うことが可能である。
そのために、添加した凝集剤の分散が悪くなる高濃度汚
泥の処理時、特に効果を発揮する。

【００１７】本発明の汚泥脱水方法は、重合系カチオン
性高分子凝集剤を添加混合した後、無機凝集剤を添加、
混合し、凝集させた後、脱水機により脱水するものであ
る。重合系カチオン性高分子凝集剤、無機凝集剤の順で
添加しても処理は行えるが、濾布の剥離性及び脱水ケ−
キの含水率の低下が十分に発現せず、逆の添加順をした
場合は、本発明の範囲からは除外される。

【００１８】重合系カチオン性高分子凝集剤の添加量と
しては、汚泥の全ｓｓに対し、０．２重量パ−セント〜
２．０重量パ−セント、好ましくは０．２重量パ−セン
ト〜１．０重量である。無機凝集剤の汚泥に対する添加
量としては、汚泥中の全ｓｓに対し０．５重量パ−セン
ト〜５．０重量パ−セント、好ましくは０．５重量パ−
セント〜２．０重量パ−セントである。

【００１９】脱水機は、デカンタ−、フィルタ−プレ
ス、ベルトプレスあるいはスクリュ−プレスなど従来か
らの機種を用いて脱水処理が行えが、好ましくはフィル
タ−プレスあるいはベルトプレスであり、最も好ましく
はフィルタ−プレスである。また、汚泥としては、下水
処理場で発生した余剰汚泥、あるいは食品、製紙工業、
化学工業、その他工業排水の生物処理汚泥によって発生
した余剰汚泥などである。

【００２０】

【実施例】以下、実施例および比較例によって本発明を
さらに詳しく説明するが、本発明はその要旨を超えない
限り、以下の実施例に制約されるものではない。

【００２１】（アミジン系重合体の製造）撹拌機、窒素
導入管、冷却管を備えた５０ｍｌの四つ口フラスコに、
表−１に示すモル分率のアクリロニトリルを含有する、
アクリロニトリルとＮ−ビニルホルムアミドの混合物
６．０ｇおよび３４．０ｇの脱塩水を入れた。窒素ガス
気流中、撹拌しつつ６０℃に昇温したのち、１０％の
２，２′−アゾビス−２−アミジノプロパン・２塩酸塩
水溶液０．１２ｇを添加した。４５℃で４時間、撹拌保
持した後、６０℃に昇温し、更に３時間保持し、水中に
重合体が析出した懸濁物を得た。該懸濁物に水を２０ｇ
添加し、次いで、重合体中のホルミル基に対して２当量
の濃塩酸を添加して撹拌しつつ１００℃に４時間保持
し、重合体をアミジン化した。得られた重合体の溶液を
アセトン中に添加し、析出せしめ、これを真空乾燥して
試料−１〜試料−５を得た。

【００２２】試料−１〜試料−５につき、以下に示す方
法により組成と光散乱法による重量平均分子量を測定し
た。結果を表−１に示す。

【００２３】（組成の分析法）アミジン化を行う前の各
原料重合体の組成は、13Ｃ−ＮＭＲスペクトル（13Ｃ−
該磁気共鳴スペクトル）の各モノマー単位に対応した吸
収ピークの積分値より算出した。アミジン化後の重合体
Ａ〜Ｅの組成は、13Ｃ−ＮＭＲスペクトルの各繰り返し
単位に対応した吸収ピークの積分値より算出した。な
お、繰り返し単位（１）と（２）は区別することなく、
その総量として求めた。繰り返し単位（８）と（９）も
区別することなく、その総量として求めた。

【００２４】また、繰り返し単位（１）と（２）、
（６）及び（８）と（９）の吸収ピークは１７０〜１８
５ｐｐｍ付近の非常に近接した位置に認められるため、
以下のような方法により各吸収ピークに対応する構造を
帰属した。即ち、重合体の元素分析、水分量の測定によ
り重量収支を確認し、更に、重合体の13Ｃ−ＮＭＲスペ
クトルの他にＩＲスペクトルも測定し、重合体のスペク
トルとアミジン基、アミド基及びラクタム基等を有する
既知化合物でのスペクトルとを詳細に比較検討する方法
を採用したものである。

【００２５】（分子量の測定）試料−１〜試料−５につ
き、静的光散乱法による分子量測定器（大塚電子製ＤＬ
Ｓ−７０００）によって重量平均分子量を測定した。以
上の結果を表１に示す。

【００２６】（ビニルアミン系重合体の製造）撹拌機、
窒素導入管、冷却管を備えた５０ｍｌの四つ口フラスコ
に、Ｎ−ビニルホルムアミドの６．０ｇおよび３４．０
ｇの脱塩水を入れた。窒素ガス気流中、撹拌しつつ６０
℃に昇温したのち、１０％の２，２′−アゾビス−２−
アミジノプロパン・２塩酸塩水溶液０．１２ｇを添加し
た。４５℃で６時間、撹拌保持した後、６０℃に昇温
し、更に２時間保持し、Ｎ−ビニルホルムアミド重合体
水溶液を得た。該懸濁物に水を２０ｇ添加し、次いで、
重合体中のホルミル基に対して２当量の濃塩酸を添加し
て撹拌しつつ１００℃に４時間保持し、重合体をアミジ
ン化した。得られた重合体の溶液をアセトン中に添加
し、析出せしめ、これを真空乾燥して試料−６を得た。
カチオン化度はコロイド滴定法により、分子量は光散乱
法により測定した。結果は表２に示す。

【００２７】（アクリル系カチオンとジアリルジメチル
アンモニウム塩系重合体の製造）攪拌機および温度制御
装置を備えた反応槽に沸点１９０°Ｃないし２３０°Ｃ
のイソパラフィン１２６．０ｇおよびソルビタンモノオ
レート１２．０ｇを仕込み溶解させた。別に脱イオン水
およびアクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウ
ム塩化物８０％水溶液（以下ＤＭＱと略記）、アクリル
アミド５０（以下ＡＡＭと略記）％水溶液を混合し、溶
液のｐＨを３．５〜３．８に調節し油と水溶液を混合
し、ホモジナイザーにて１０００ｒｐｍで６０分間攪拌
乳化した。得られたエマルジョンにイソプロピルアルコ
ール１０％水溶液を対単量体０．１重量％を加え、単量
体溶液の温度を２５〜２８°Ｃに保ち、窒素置換を３０
分行った後、２、２’−アゾビス〔２−（５−メチル−
２−イミダゾリン−２−イル）プロパン〕二塩化水素化
物の１０％溶液を対単量体０．０３重量％）を加え、重
合反応を開始させ、１０時間反応させ、重合を完結させ
た。重合後、生成した油中水型エマルジョンに転相剤と
してポリオキシエチレントリデシルエ−テルを対液１．
５重量％を添加混合して試験に供する試料（試料−７〜
試料−８）とした。また、静的光散乱法によって重量平
均分子量を測定した。同様な方法によりジメチルジアリ
ルアンモニウム塩化物とアクリルアミド共重合体を合成
した（試料−９）。結果を表２に示す。

【００２８】

【実施例１〜９】下水余剰汚泥（ｐＨ６．６７、全ｓｓ
分３５、０００ｍｇ／Ｌ）２００ｍＬをポリビ−カ−に
採取し、表１および表２のアミジン系重合体試料−１〜
試料−５およびビニルアミン系資料−６、アクリル系試
料−７〜８、ジアリルアミン系資料−９を対汚泥液量６
５０ｐｐｍ添加し、ビ−カ−移し変え攪拌１０回行った
後、ポリ塩化第二鉄を５０００ｐｐｍ添加し、ビ−カ−
移し変え攪拌１０回を行った後、フィルタ−プレス用濾
布（現場脱水機と同様なもの）により濾過し、４５秒後
の濾液量を測定した。また濾過した汚泥をプレス圧４Ｋ
ｇ／ｍ2で１分間脱水する。その後ケ−キ自己支持性
（脱水ケ−キの硬さ、含水率と関係）、ケ−キ含水率
（１０５℃で２０ｈｒ乾燥）および濾布剥離を測定し
た。結果を表３に示す。

【００２９】

【比較例１〜１０】実施例１〜９と同様にして、ポリ塩
化第二鉄を先に添加し、表１および表２の各試料−１、
３、６、７、９を後から添加した処方、あるいは表１お
よび表２の各試料−１、３、６、７、９を先に添加し、
塩化マグネシウムを後から添加する処方を比較試験とし
て行った。結果を表３に示す。

【００３０】

【実施例１０〜１８】化学工場余剰汚泥（ｐＨ６．７
５、全ｓｓ分３１、４００ｍｇ／Ｌ）２００ｍＬをポリ
ビ−カ−に採取し、表１および表２の各試料を対汚泥液
量、５００ｐｐｍ添加し、ビ−カ−移し変え攪拌１０回
行った後、ポリ塩化第二鉄を５０００ｐｐｍ添加し、ビ
−カ−移し変え攪拌１０回を行った後、フィルタ−プレ
ス用濾布（現場脱水機と同様なもの）により濾過し、４
５秒後の濾液量を測定した。また濾過した汚泥をプレス
圧４Ｋｇ／ｍ2で１分間脱水する。その後ケ−キ自己支
持性（脱水ケ−キの硬さ、含水率と関係）、ケ−キ含水
率（１０５℃で２０ｈｒ乾燥）および濾布剥離を測定し
た。結果を表４に示す。

【００３１】

【比較例１１〜２０】実施例１１〜２０と同様にしてポ
リ塩化第二鉄を先に添加し、表１および表２の各試料−
１、３、６、７、９を後から添加した処方、あるいは表
１および表２の各試料−１、３、６、７、９を先に添加
し、塩化マグネシウムを後から添加する処方を比較試験
として行った。、結果を表４に示す。

【００３２】

【表１】 （１）：アミジン基、（２）：アミジン基、（３）：ホ
ルミル基、（４）：シアノ基、（５）：アミノ基、
（６）：アミド基、（７）：カルボキシル基、（８）、
（９）：ラクタム ＮＶＦ：Ｎ−ビニルホルムアミド（％）、ＡＮ：アクリ
ロニトリル（％）

【００３３】

【表２】 ＤＭＱ：アクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニ
ウム塩化物（モル％） ＤＤ：ジメチルジアリルアンモニウム塩化物（モル％） ＡＡＭ：アクリルアミド（モル％）ＶＡＭ：ビニルアミ
ン単位（モル％） ＮＶＦ：Ｎ−ビニルホルムアルデヒド単位（モル％）

【００３４】

【表３】 濾液量：ｍＬ、ケ−キ含水率：重量％、

【００３５】

【表４】 濾液量：ｍＬ、ケ−キ含水率：重量％、

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 汚泥を脱水するに際し、重合系カチオン
   性高分子凝集剤、無機凝集剤をこの順で添加、混合した
   後、脱水機により脱水することを特徴とする汚泥脱水方
   法。
2. 【請求項２】 重合系カチオン性高分子凝集剤が下記一
   般式（１）及び／または（２）で表わされる繰り返し単
   位を有するポリアミジン系重合体であることを特徴とす
   る請求項１に記載の汚泥脱水方法。 【化１】
3. 【請求項３】 ポリアミジン系重合体中の前記一般式
   （１）及び／または（２）で表わされる繰り返し単位
   が、２０〜９０モル％であることを特徴とする請求項２
   に記載の汚泥脱水方法。
4. 【請求項４】 無機凝集剤が硫酸バンド、ポリ塩化アル
   ミニウム、ポリ塩化鉄から選択された少なくとも一種で
   あることを特徴とする請求項１に記載の汚泥脱水方法。
5. 【請求項５】 無機凝集剤がポリ塩化鉄であることを特
   徴とする請求項４に記載の汚泥脱水方法。
6. 【請求項６】 脱水機がフィルタ−プレスであることを
   特徴とする請求項１〜５に記載の汚泥脱水方法。