JP2002177709A - 高分子凝集剤及び汚泥の脱水方法 - Google Patents

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高分子
凝集剤及び汚泥の脱水方法の提供。 【解決手段】○両性高分子及びメタクリレート系カチオ
ン性高分子を含有してなる高分子凝集剤。○汚泥に対し
て、無機凝集剤を添加するか無添加の後、前記高分子凝
集剤を添加し、次いで脱水する汚泥の脱水方法。

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、高分子凝集剤及び
これ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
高分子凝集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
性高分子凝集剤では、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凝集剤のこれら欠
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
高分子凝集剤（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凝集剤（特
開昭５３−１４９２９２号公報）及び（３）三級を四級
を含む両性高分子凝集剤（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凝集剤に比べて凝集性
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凝
集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凝集
剤に比べて、製品安定性が良好で、かつ従来のカチオン
性高分子凝集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高分子凝集剤及び汚泥の脱
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
を解決すべく種々の検討を行なった結果、両性高分子と
メタクリレート系カチオン性高分子を含む高分子凝集剤
が有効であることを見出し、本発明を完成した。以下
に、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し、アクリル酸又はメタク
リル酸を（メタ）アクリル酸と表す。

【０００７】

【発明の実施の形態】１．高分子凝集剤 １）両性高分子 本発明の高分子凝集剤を構成する両性高分子としては、
カチオン性単量体単位及びアニオン性単量体単位を必須
構成単量体単位とする共重合体であれば良い。

【０００８】カチオン性単量体としては、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）アクリレート及びジエチルアミノ−２−ヒドロ
キシプロピル（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及び硫酸塩等
の３級塩；ジアルキルアミノアルキル（メタ）アクリレ
ートの塩化メチル付加物等のハロゲン化アルキル付加物
及び塩化ベンジル付加物等のハロゲン化アリール付加物
等の４級塩；Ｎ，Ｎ−ジメチル（メタ）アクリルアミド
等のジアルキル（メタ）アクリルアミド等の塩酸塩及び
硫酸塩等の３級塩；ジアルキル（メタ）アクリルアミド
の塩化メチル付加物等のハロゲン化アルキル付加物及び
塩化ベンジル付加物等のハロゲン化アリール付加物等の
４級塩等が挙げられる。

【０００９】アニオン性単量体としては、（メタ）アク
リル酸及びこのナトリウム塩等のアルカリ金属塩又はア
ンモニウム塩；マレイン酸等及びそれらのアルカリ金属
塩；アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸等
のアクリルアミドアルキルアルカンスルホン酸及びこの
アルカリ金属塩又はアンモニウム塩；並びにビニルスル
ホン酸及びこのアルカリ金属塩又はアンモニウム塩等が
挙げられる。

【００１０】両性高分子としては、必要に応じて前記単
量体以外の単量体、具体的にはノニオン性単量体を併用
したものであっても良い。ノニオン性単量体としては、
（メタ）アクリルアミド、ジメチルアミノエチル（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、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。これらの中でも、（メタ）アク
リルアミドが好ましい。

【００１１】いずれの単量体も、単独又は２種以上を使
用することができる。

【００１２】本発明における好ましい単量体の組合せと
しては、カチオン性単量体としてジアルキルアミノア
ルキルアクリレートの３級塩又は４級塩、アニオン性単
量体としてアクリル酸塩及びノニオン性単量体としてア
クリルアミドからなる共重合体、カチオン性単量体と
してジアルキルアミノアルキルメタクリレートの３級塩
又は４級塩、アニオン性単量体としてアクリル酸塩及び
ノニオン性単量体としてアクリルアミドからなる共重合
体、並びにカチオン性単量体としてジアルキルアミノ
アルキルメタクリレートの３級塩又は４級塩、ジアルキ
ルアミノアルキルアクリレートの３級塩又は４級塩、ア
ニオン性単量体としてアクリル酸塩及びノニオン性単量
体としてアクリルアミドからなる共重合体がある。

【００１３】両性高分子のイオン当量としては、カチオ
ン当量値（以下Ｃｖと表す）が０．５〜４．８ｍｅｑ／
ｇであることが好ましく、より好ましくは１．０〜４．
８ｍｅｑ／ｇであり、アニオン当量値（以下Ａｖと表
す）が０．２〜２．５ｍｅｑ／ｇであることが好まし
く、より好ましくは０．３〜１．８ｍｅｑ／ｇでえあ
る。上記Ｃｖ及びＡｖは、凝集剤の水に対する溶解性、
汚泥に対する凝集性能、凝集フロツクの脱水性を考慮し
て総合的に決定されるものであるが、一般的にはＣｖ及
びＡｖが低くなり過ぎた場合は凝集性能が低下し、高く
なり過ぎた場合は凝集性能自体は良好であるが、フロツ
クの脱水性が悪化する傾向にある。

【００１４】尚、本発明における両性高分子のＣｖ及び
Ａｖは、以下に示すコロイド滴定法によつて求めること
ができる。

【００１５】１）Ｃｖの測定 (1)滴定法 コニカルビーカーに脱イオン水９０ｍｌをとり、試料５
００ｐｐｍ溶液１０ｍｌを加え、塩酸水溶液でｐＨを
３．０とし、約１分間攪拌する。次に、トルイジンブル
ー指示薬を２〜３滴加え、Ｎ／４００ポリビニル硫酸カ
リウム試薬（以下Ｎ／４００ＰＶＳＫという）で滴定す
る。滴定速度は２ｍｌ／分とし、検水が青から赤紫色に
変色、１０秒間以上保持する時点を終点とする。 (2)試料５００ｐｐｍ水溶液の調製 試料０．２ｇ（乾品換算しない）を精秤し、共栓付三角
コルベンにとり、脱イオン水１００ｍｌで溶解する。こ
の２５ｍｌを１００ｍｌメスフラスコにて脱イオン水で
メスアツプする。 (3)計算法

【００１６】

【式１】

【００１７】２）Ａｖの測定 (1)滴定法 コニカルビーカーに脱イオン水９０ｍｌをとり、試料５
００ｐｐｍ溶液１０ｍｌを加え、苛性ソーダ水溶液でｐ
Ｈを７．０とし、約１分間攪拌する。次に、トルイジン
ブルー指示薬を２〜３滴加え、Ｎ／４００ポリビニル硫
酸カリウム試薬（以下Ｎ／４００ＰＶＳＫという）で滴
定する。滴定速度は２ｍｌ／分とし、検水が青から赤紫
色に変色、１０秒間以上保持する時点を終点とする。 (2)試料５００ｐｐｍ水溶液の調製 試料０．２ｇ（乾品換算しない）を精秤し、共栓付三角
コルベンにとり、脱イオン水１００ｍｌで溶解する。こ
の２５ｍｌを１００ｍｌメスフラスコにて脱イオン水で
メスアツプする。 (3)計算法

【００１８】

【式２】

【００１９】両性高分子の分子量については、分子量の
指標である０．５％塩粘度で示すと、５〜１２０ｍＰａ
・ｓであることが好ましく、安定した脱水処理を達成す
るためには、１５〜９０ｍＰａ・ｓがより好ましい。
０．５％塩粘度は、４％塩化ナトリウム水溶液に両性高
分子を０．５％溶解した試料を２５℃で、Ｂ型粘度計に
て、ローターＮｏ．１又は２を用いて、６０ｒｐｍで測
定する。

【００２０】両性高分子の製造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。

【００２１】２）メタクリレート系カチオン性高分子 メタクリレート系カチオン性高分子は、メタクリレート
系カチオン性単量体を使用して重合されたものであれば
良い。メタクリレート系カチオン性単量体の具体例とし
ては、前記でカチオン性単量体の例で挙げたものと同様
のものが挙げられる。又、必要に応じて、ノニオン性単
量体を共重合したものであっても良い。ノニオン性単量
体としては、前記と同様のものが挙げられる。

【００２２】メタクリレート系カチオン性高分子の製造
方法については特に制限はなく、前記両性高分子で挙げ
た方法と同様の方法で製造することができる。

【００２３】メタクリレート系カチオン性高分子のＣｖ
は、０．５ｍｅｑ／ｇ以上であることが好ましい。

【００２４】３）高分子凝集剤 本発明の高分子凝集剤は、両性高分子とメタクリレート
系カチオン性高分子からなるものである。その製造方法
としては、両性高分子とメタクリレート系カチオン性高
分子を混合することにより製造することができる。又、
汚泥の脱水において、それぞれの成分を別々に添加する
こともできる。両性高分子及びメタクリレート系カチオ
ン性高分子の好ましい割合としては、両性高分子が１０
〜９０重量％であることが好ましい。高分子凝集剤のイ
オン当量としては、前記した両性高分子の好ましいイオ
ン当量と同様の範囲にあるものが好ましい。

【００２５】又、高分子凝集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。

【００２６】２．汚泥の脱水方法 本発明の凝集剤は、種々の汚泥に適用可能であり、下
水、し尿、並びに食品工業、化学工業及びパルプ又は製
紙工業汚泥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。

【００２７】本発明の凝集剤を使用する脱水方法は、具
体的には、汚泥に凝集剤を添加した後、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、公知の方法に従えば良い。

【００２８】本発明においては、無機凝集剤又は有機カ
チオン性化合物を添加した後、前記両性高分子凝集剤を
添加する方法が好ましい。

【００２９】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、塩化第二鉄及び硫酸第一鉄及び
ポリ硫酸鉄等を例示できる。

【００３０】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。

【００３１】さらに、本発明においては、無機凝集剤又
は有機カチオン性化合物を添加した後、ｐＨを４〜８と
することが、より効果的に汚泥の処理を行うことができ
るため好ましい。ｐＨの調整方法としては、無機凝集剤
又は有機カチオン性化合物を添加した後、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。

【００３２】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。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】又、本発明の凝集剤は、濾過部を有する造
粒濃縮槽を使用する脱水方法にも適用可能である。具体
的には、汚泥に、無機凝集剤を添加し、さらに高分子凝
集剤を添加した後、又は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
理する方法等が挙げられる。

【００３６】

【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。なお、以下において、「部」とは
質量部を意味する。又、凝集剤を構成する両性高分子と
しては、下記表１に示す両性高分子、及び下記表２に示
す両性高分子の混合物を使用した。表１における略号
は、以下の意味を示す。 ・ＤＭＣ：ジメチルアミノエチルメタクリレートの塩化
メチル４級塩 ・ＤＡＣ：ジメチルアミノエチルアクリレートの塩化メ
チル４級塩 ・ＡＡ：アクリル酸 ・ＡＭＤ：アクリルアミド

【００３７】

【表１】

【００３８】

【表２】

【００３９】○実施例１、比較例１〜同３ 工業汚泥（ＴＳ：８８００mｇ／ｌ、ＶＴＳ：７７．３
％対TＳ、ＳＳ：７０００mｇ／ｌ、ＶＳＳ：８８．６％
対ＳＳ）２００ｍｌを３００ｍｌのビーカーに採取し、
表３に示す量の硫酸バンドを添加後、さらに表３に示す
高分子凝集剤を添加後、ジャーテスターを用いて２００
rpm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メッシュ濾布をフィ
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。５、１０、２０、３０秒後の濾液容量を測定し
た。又、得られた濾液の外観を５段階で評価した。得ら
れたケーキをミニベルト機を使用して圧縮脱水し含水量
を測定した。それらの測定結果を表３に示す。

【００４０】

【表３】

【００４１】○実施例２、比較例４〜同６ 下水汚泥（ＴＳ：２２１００mｇ／ｌ、ＶＴＳ：６９．
２％対TＳ、ＳＳ：２０８００mｇ／ｌ、ＶＳＳ：６９．
７％対ＳＳ）２００ｍｌを３００ｍｌのビーカーに採取
し、表４に示す量の硫酸バンドを添加後、さらに表４に
示す高分子凝集剤を添加後、ジャーテスターを用いて２
００rpm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メッシュ濾布を
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。５、１０、２０、３０秒後の濾液容量を測
定した。又、得られた濾液の外観を５段階で評価した。
得られたケーキをミニベルト機を使用して圧縮脱水し含
水量を測定した。それらの測定結果を表４に示す。

【００４２】

【表４】

【００４３】

【発明の効果】本発明の両性高分子凝集剤及び汚泥の脱
水方法によれば、少量の添加で効果を発揮し、濾過速度
等の凝集脱水性能に優れ、且つ低含水率のケーキを与え
ることができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ０８Ｌ 101/02 Ｃ０８Ｌ 101/02 Ｆターム(参考） 4D015 BA11 BB08 BB09 BB12 BB17 CA03 CA11 CA12 DA04 DA05 DA13 DA15 DA16 DB07 DB13 DB14 DB15 DB44 DC06 DC07 EA13 EA14 EA16 EA17 EA39 4D059 AA01 AA03 AA06 BE10 BE15 BE37 BE55 BE56 BE57 BE60 BE61 BF12 BF13 BK09 DA16 DA17 DA23 DA24 DB25 DB26 4J002 AA03W BG01W BG07W BG07X GD04

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】両性高分子及びメタクリレート系カチオン
   性高分子を含有してなる高分子凝集剤。
2. 【請求項２】汚泥に対して、請求項１記載の高分子凝集
   剤を添加し、次いで脱水することを特徴とする汚泥の脱
   水方法。
3. 【請求項３】汚泥に対して、無機凝集剤を添加した後、
   請求項１記載の高分子凝集剤を添加し、次いで脱水する
   ことを特徴とする汚泥の脱水方法。