JP2002192199A - 汚泥脱水方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 任意の凝集剤を使用して、簡単な操作により
効率よく２段凝集脱水を行うことができ、これによりＳ
Ｓ回収率が高く、低含水率の脱水ケーキを得ることがで
きる汚泥脱水方法および装置を提供する。 【解決手段】 １次凝集部１に被処理汚泥７を導入し、
第１の凝集剤８およびｐＨ調整剤９を添加して１次凝集
を行い、１次凝集フロックを１次脱水機に導入して１次
脱水を行い、１次脱水ケーキに第２の凝集剤１５を添加
して２次凝集部４で混練して２次凝集を行い、２次凝集
フロックを２次脱水機に導入して２次脱水を行い、低含
水率の充填脱水ケーキ２５を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は汚泥を凝集して脱水
する方法および装置に関し、特に凝集および脱水を繰り
返す汚泥脱水方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】難脱水性の汚泥の脱水方法として、汚泥
に凝集剤を添加して凝集処理し、機械脱水する脱水方法
が行われている。例えば下水、し尿、有機性産業廃水等
の処理により生じる難脱水性の有機汚泥の脱水方法とし
て、有機汚泥にカチオンポリマー等の凝集剤を添加して
凝集させ、トロンメル等の重力濃縮機、遠心濃縮機、ベ
ルトプレス脱水機、遠心脱水機、多重円盤式脱水機等で
脱水する方法がある。しかしこの方法で得られる脱水ケ
ーキの含水率は７５〜９０重量％と高く、その後の処理
が困難である。ケーキ含水率を低くするために凝集方法
を改善し、無機凝集剤と両性高分子凝集剤の併用、ある
いは造粒濃縮法の適用等が提案されているが、これらの
方法を用いても脱水ケーキの含水率は７０〜８５重量％
であり、ケーキ含水率の低下はそれほど大きくない。

【０００３】一方、脱水ケーキの含水率を低下させる他
の方法として、脱水ケーキに凝集剤を添加して２次凝集
を行い、その２次凝集汚泥を脱水機で脱水する２段凝集
脱水方法がある（例えば特開昭６１−１８５００号）。
一般に汚泥に凝集剤を添加して凝集を行った凝集フロッ
クを脱水機により機械脱水すると、凝集フロックが破壊
されて圧縮されることにより脱水ケーキが形成されるの
で、このような脱水ケーキをそのまま脱水機で脱水して
も、破壊されたフロックの破片により目詰まりが起こ
り、脱水を行うことができない。このため脱水ケーキに
さらに凝集剤を添加して２次凝集を行い、２次凝集フロ
ックを形成して脱水することにより、脱水ケーキの含水
率を低くする方法である。

【０００４】しかしながら高分子凝集剤は水溶性高分子
であって、水に溶解した状態で凝集作用を示すため、水
溶液の状態で添加されるが、高分子凝集剤を高濃度の水
溶液にすると粘度が高くなって取扱性が悪くなるので、
一般的には０．５重量％程度の低濃度の水溶液にしかす
ることができない。ところがこのような低濃度の水溶液
を添加すると大量の水が添加されることになり、脱水効
率は低下する。このため一般的な凝集剤を使用すること
ができず、前記特開昭６１−１８５００号では特定の構
造の凝集剤の組合せにより脱水効果を得ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、任意
の凝集剤を使用して、簡単な操作により効率よく２段凝
集脱水を行うことができ、これによりＳＳ回収率が高
く、低含水率の脱水ケーキを得ることができる汚泥脱水
方法および装置を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は次の汚泥脱水方
法および装置である。 （１） 汚泥に第１の凝集剤を添加して凝集を行い１次
凝集フロックを生成させる１次凝集工程と、１次凝集フ
ロックを脱水して１次脱水ケーキを得る１次脱水工程
と、１次脱水ケーキにディスパーションまたはエマルシ
ョン状態の高分子凝集剤からなる第２の凝集剤を添加し
て凝集を行い２次凝集フロックを生成させる２次凝集工
程と、２次凝集フロックを脱水する２次脱水工程とを含
む汚泥脱水方法。 （２） 第２の凝集剤が、懸濁重合により得られたディ
スパーション、または乳化重合により得られたエマルシ
ョンである上記（１）記載の方法。 （３） 汚泥に第１の凝集剤を添加して１次凝集フロッ
クを生成させる１次凝集部と、１次凝集フロックを脱水
して１次脱水ケーキを得る１次脱水機と、１次脱水ケー
キにディスパーションまたはエマルション状態の高分子
凝集剤からなる第２の凝集剤を添加して２次凝集フロッ
クを生成させる２次凝集部と、２次凝集フロックを脱水
する２次脱水機とを含む汚泥脱水装置。

【０００７】本発明で処理の対象となる被処理汚泥は特
に制限はなく、有機性汚泥でも無機性汚泥でもよく、特
に難脱水性とされる汚泥でも処理対象とすることができ
る。有機性汚泥としては下水、し尿、産業排水等の生物
処理により生成する余剰汚泥、消化汚泥、凝集汚泥など
があげられる。無機性汚泥としては用水処理等における
凝集沈殿汚泥などがあげられる。本発明で処理対象とす
る汚泥はＳＳ濃度として０．１〜５重量％のものが好ま
しい。

【０００８】本発明では上記のような被処理汚泥につい
て、まず第１の凝集剤を添加して１次凝集および１次脱
水を行うが、これらの操作は通常の汚泥脱水と同じであ
る。従って従来の脱水方法と同様にしてそれぞれの汚泥
の種類、特性等に応じて凝集剤の種類および添加量、凝
集条件、ならびに脱水機の種類および脱水条件などを決
め、凝集および脱水操作を行うことができる。

【０００９】第１の凝集剤としてはそれぞれの汚泥に応
じて、無機凝集剤、有機凝集剤、それらの組合せの中か
ら任意に選択することができる。無機凝集剤としては硫
酸アルミニウム、塩化アルミニウム、ポリ塩化アルミニ
ウム、硫酸第二鉄、塩化第２鉄、ポリ硫酸鉄、消石灰な
どがあげられ、これらを単独で、あるいは組合せて使用
することができる。

【００１０】有機凝集剤としてはカチオン性、アニオン
性、ノニオン性、もしくは両性高分子凝集剤などがあげ
られ、分子量数百万から数千万程度のものが使用でき
る。カチオン性高分子凝集剤としてはポリジメチルアミ
ノエチル（メタ）アクリレート、ジメチルアミノメチル
（メタ）アクリレート、それらの四級化物の単独重合物
及び（メタ）アクリルアミドとの共重合物、あるいはポ
リエチレンイミンなどがあげられる。アニオン性高分子
凝集剤としてはポリ（メタ）アクリル酸、（メタ）アク
リル酸ナトリウムの単独重合物及び（メタ）アクリルア
ミドとの共重合物などがあげられる。ノニオン性高分子
凝集剤としては（メタ）アクリルアミド、Ｎ，Ｎ′−ジ
メチル（メタ）アクリルアミドなどがあげられる。両性
高分子凝集剤としてはカチオン性およびアニオン性高分
子凝集剤を形成するモノマーの共重合体があげられる。
これらはそれぞれ単独であるいは組合せて使用すること
ができる。

【００１１】１次凝集工程は汚泥脱水装置の１次凝集部
において被処理汚泥に上記の凝集剤を添加して攪拌を行
い、汚泥と凝集剤を反応させて凝集させ１次フロックを
生成させる。凝集剤が適正ｐＨ領域を有する場合には、
酸またはアルカリをｐＨ調整剤として添加することがで
きる。同一または異なる凝集剤を複数回に分けて添加す
る場合には、それぞれの添加の後に攪拌を行うことがで
きる。このような凝集を行う１次凝集部としては攪拌機
を有する凝集反応槽を用いてもよいが、汚泥の移送ライ
ンまたは脱水機に凝集剤を添加して混合し、凝集を行う
こともできる。第１の凝集剤は水溶液として添加する。

【００１２】１次凝集工程で凝集した１次凝集フロック
を１次脱水工程において脱水し１次脱水ケーキを得る。
１次脱水工程で使用する脱水機としては従来の汚泥脱水
に用いられている脱水機が使用でき、従来の汚泥脱水と
同じ操作で脱水を行うことができる。脱水機の例として
は、遠心脱水機、ベルトプレス脱水機、スクリュープレ
ス、真空脱水機、フィルタープレス、多重円盤式脱水
機、その他の機械的脱水機を用いることができる。

【００１３】１次脱水工程より得られた１次脱水ケーキ
は含水率が７０〜８５重量％であり、上記の方法による
通常の脱水方法で到達することができる含水率である。
本発明ではさらにこの１次脱水ケーキに２次凝集工程に
おいて第２の凝集剤を添加して２次凝集フロックを形成
し、これを２次脱水工程において脱水することにより、
脱水ケーキ含水率を５５〜６５重量％程度まで低下させ
るようにする。

【００１４】第２の凝集剤としてはディスパーションま
たはエマルション状態の高分子凝集剤を用いる。第２の
凝集剤の成分としては１次脱水ケーキの種類、性状等に
応じて前記第１の凝集剤で示したものが使用できるが、
添加時の薬品の形態としては、ディスパーションまたは
エマルション状態のものを用いる。前述の通り高分子凝
集剤は水溶性であり、水に溶解すると粘度が高くなり、
０．５重量％程度より高くできないが、ディスパーショ
ンすなわち分散液、またはエマルションすなわち乳化液
の状態にすると、水溶性の高分子凝集剤を高濃度で分散
または乳化させても低粘度の状態を保つことができる。

【００１５】ディスパーションは高分子凝集剤が溶解し
ない不溶媒体、例えば塩類溶液に高分子凝集剤を微粉末
状態で分散させたものであり、例えば特開平６−２９６
９７７号に示されているように高濃度塩類溶液等の不溶
媒体中でモノマーを重合して析出させる懸濁重合により
製造することができる。またエマルションは高分子凝集
剤が溶解しない不溶媒体、例えば炭化水素中に高分子凝
集剤の高濃度水溶液（ゲル）の微細な液滴を乳化分散さ
せたものであり、水、界面活性剤および炭化水素の逆相
乳化条件でモノマーを重合することにより得られる。

【００１６】ディスパーションおよびエマルション中の
高分子凝集剤微粒子または液滴の粒径は０．１〜１００
μｍ、好ましくは０．５〜２０μｍ、高分子凝集剤の含
有濃度はポリマー純分として１０〜５０重量、好ましく
は２０〜４０重量％のものが好ましい。ディスパーショ
ンまたはエマルションはこのような高濃度に高分子凝集
剤を含んでいても、媒体の粘度が低いため全体の粘度は
低く、その取扱は容易である。

【００１７】２次凝集工程は２次凝集部において１次脱
水ケーキに第２の凝集剤を添加して凝集を行う。高分子
凝集剤を水溶液で添加すると、大量の水が持込まれる
が、ディスパーションまたはエマルションの状態で添加
すると、水の量を少なくして、必要量の凝集剤を高濃度
の状態で添加して凝集を行うことができる。一方高分子
凝集剤を粉末状態で添加すると、粉末が吸水してフィッ
シュアイまたはママコと呼ばれるゲルが形成されるため
均一に分散させることができないが、ディスパーション
またはエマルション状態で添加すると、低粘度のための
攪拌混合は容易であり、高分子凝集剤は高濃度の状態で
均一に分散させ有効に作用されることができる。

【００１８】１次脱水汚泥に添加し混合した第２の凝集
剤は、混合の進行に伴って微粉末または液滴が脱水ケー
キ中の水分を吸収して溶解し、汚泥の固形分と反応して
凝集が行われ、２次凝集フロックが形成される。この場
合凝集剤の溶解が徐々に起こるため凝集フロックが搬送
または脱水の過程でフロックの破壊が発生しても、その
後溶解する凝集剤の凝集作用によりフロックの修復が行
われて目詰まり等が防止され、脱水効率は高く維持され
る。

【００１９】２次凝集工程で使用する第２の凝集剤はデ
ィスパーションまたはエマルション状態のものであれば
前記高分子凝集剤の１種単独または２種以上の併用でも
よく、また無機凝集剤との併用であってもよい。ディス
パーションまたはエマルション状態の高分子凝集剤は市
販品をそのまま添加することができる。

【００２０】２次凝集工程の凝集を行う凝集部は、１次
脱水ケーキに第２の凝集剤を添加、混合して凝集を行う
ことができるものであればよいが、１次脱水ケーキは水
分含量が低くなって流動性が小さくなっているので、こ
のようなケーキを攪拌し、混合できるような混練機が好
ましい。脱水ケーキは搬送するためにスクリューコンベ
アのような搬送装置を用いるが、その段階で混練を行う
ことができる。好ましいものとして、スクリューコンベ
ア、攪拌翼付混練機、振動混練機などがあげられる。凝
集剤の添加はノズルから滴下または噴霧するように構成
することができる。

【００２１】２次凝集工程で得られる２次凝集フロック
は２次脱水工程において２次脱水機で脱水する。２次凝
集フロックは水分含量が少なく、流動性に乏しいため、
２次脱水機はスクリュープレス、フィルタプレス、多重
円盤形脱水機のように１次および２次脱水ケーキを強制
的に均一に移送可能な脱水機が好ましい。１次脱水で使
用されたベルトプレス脱水機、遠心脱水機にあっても、
このような移送手段が付加されていれば使用可能であ
る。

【００２２】上記の２次凝集工程では第２の凝集剤とし
てディスパーションまたはエマルション状態のものを用
いることにより、１次脱水ケーキの含水率を大きく上げ
ることなく２次凝集が可能となり、２次凝集の凝集効率
は高くなる。これにより得られる２次脱水ケーキのケー
キ含水率は低くなり、５５〜６５重量％の低含水率とす
ることができる。また凝集剤の溶解が徐々に起こるの
で、２次凝集フロックの搬送または脱水の過程でフロッ
クが破壊されても直ちに修復されるため、破壊されたフ
ロックの断片が流出することが防止され、ＳＳ回収率も
高くなる。

【００２３】

【発明の効果】本発明によれば、第１の凝集剤を用いて
脱水した１次脱水ケーキにディスパーションまたはエマ
ルション状態の第２の凝集剤を用いて２次脱水を行うよ
うにしたので、任意の凝集剤を使用して、簡単な操作に
より効率よく２段凝集脱水を行うことができ、これによ
りＳＳ回収率が高く、低含水率の脱水ケーキを得ること
ができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
により説明する。図１は実施形態の汚泥脱水装置のフロ
ー図である。図１において、１は１次凝集部、２は１次
脱水機、３は搬送機、４は２次凝集部、５は２次脱水機
である。１次凝集部１は凝集反応槽からなり攪拌機６を
有し、汚泥供給路７、第１の凝集剤供給路８、ｐＨ調整
剤供給路９が連絡している。１次脱水機は遠心脱水機か
らなり、内部にスクリュー１１を有し、１次凝集部１か
ら１次凝集汚泥供給路１２が連絡し、分離液排出路１３
が系外に連絡している。搬送機３はスクリューコンベア
からなり、内部にスクリュー１４を有し、第２の凝集剤
供給路１５が連絡し、１次脱水機２から１次脱水ケーキ
移送路１６が連絡している。２次凝集部４は内部にスク
リュー状の攪拌翼１７を有する混練機からなり、搬送機
３から移送路１８が連絡している。２次脱水機５はコー
ン状のスクリーン２１内に先端が細くなるスクリュー２
２を備え、下部と受液部２３を有するスクリュープレス
からなり、２次凝集部４から２次凝集汚泥供給路１９が
供給部２４に連絡し、先端部から２次脱水ケーキ取出路
２５が系外に連絡し、受水部２３から分離液排出路２６
が系外に連絡している。

【００２５】上記の装置による汚泥脱水方法は、１次凝
集工程として１次凝集部１に汚泥供給路７から被処理汚
泥を供給し、第１の凝集剤供給路８から第１の凝集剤を
供給し、必要によりｐＨ調整剤供給路９からｐＨ調整剤
を供給して攪拌器６により攪拌混合して凝集を行い１次
凝集フロックを生成させる。生じた１次凝集フロックを
供給路１２から１次脱水機２に導入し、１次脱水工程と
して遠心分離により１次脱水を行う。分離液は分離液排
出路１３より系外に排出する。

【００２６】１次脱水ケーキは移送路１６から搬送機３
に送り、２次凝集工程としてここで第２の凝集剤を供給
路１５から供給してスクリュー１４で搬送する間に混合
し、混合物を２次凝集部４に導入して、攪拌翼１７の回
転により混練を行う。このとき第２の凝集剤はディスパ
ーションまたはエマルションで添加され、１次脱水ケー
キと混合されて搬送され混練される間に徐々に溶解して
凝集が行われ、２次凝集フロックが生成する。

【００２７】２次凝集フロックは移送路１９から２次脱
水機５に導入し、２次脱水工程として脱水が行われる。
ここではスクリュー２２の回転により凝集フロックは圧
縮され、スクリーン２１を通して分離液が除去され、受
液部２３に集められて排出路２６から排出される。脱水
ケーキは取出路２５から取り出される。

【００２８】上記の２次凝集工程で添加されたディスパ
ーションまたはエマルション状態の第２の凝集剤は徐々
に溶解し、凝集が長時間にわたって起こるので、脱水工
程においてフロックが破壊されても破壊部分が修復され
て微小フロックへ流出がなくなり、目詰まりが防止され
る。これによりＳＳ回収率が高くなり、ケーキ含水率は
低くなる。

【００２９】図１において１次凝集部１、１次脱水機
２、搬送路３、２次凝集部４、２次脱水槽５などは図示
のものに限定されず、他の形式、構造のものでもよい。
１次および２次凝集部は移送路または脱水機に凝集剤を
添加して凝集を生じさせるようにしてもよい。図１の搬
送機３および２次凝集部４はどちらか一方の装置で搬送
と凝集の作用を行わせることができる。

【００３０】

【実施例】以下本発明の実施例および比較例について説
明する。各例中、％は重量％である。

【００３１】実施例１ 固形分濃度（ＳＳ）１５０００ｍｇ／ｌ、有機物濃度７
５％（対ＳＳ）のし尿浄化槽汚泥の脱水処理を図１の方
法により行った。第１の凝集剤として凝集剤Ａ（ジメチ
ルアミノエチルアクリレート４級化合物／アクリルアミ
ドの４０モル／６０モル共重合物）を用いて１次凝集お
よび１次脱水を行い、第２の凝集剤としてシード重合法
により重合したディスパーション状態の凝集剤Ｂ（ジメ
チルアミノエチルアクリレート４級化合物／アクリルア
ミドの９５モル／５モル共重合、分散媒：硫酸アンモニ
ウム、分散粒子の平均粒径：１０μｍ、ポリマー濃度：
３０％）を用いて表１の条件で添加し、二軸同方向回転
型混練成形機ＴＭＨ−Ｗ−３００（ホンダ（株）製）に
より混練して、２次凝集させ、スクリュープレスにより
回転数２．３ｒｐｍで２次脱水した。結果を表１に示
す。

【００３２】実施例２ 同一の汚泥について第２の凝集剤をエマルション重合に
より重合したエマルション状態の凝集剤Ｃ（ジメチルア
ミノエチルアクリレート４級化合物／アクリルアミドの
９５モル／５モル共重合物、分散媒：鉱油、分散液滴の
平均粒径：２μｍ、ポリマー濃度：３０％）を用いた以
外は実施例１と同様に表１の条件で反応させ、スクリュ
ープレスで２次脱水した。結果を表１に示す。

【００３３】比較例１、２ 実施例１、２と同一の汚泥について第２の凝集剤をカチ
オンポリマー凝集剤Ｄ（ジメチルアミノエチルアクリレ
ート４級化合物／アクリルアミドの９０モル／１０モル
共重合物）を用いて水溶液で添加した場合（比較例１）
および粉末で添加した場合（比較例２）について実施例
１、２と同様に表１の条件で同様の処理を行った。結果
を表１に示す。

【００３４】

【表１】

【００３５】表１の結果より第２の凝集剤としてシード
重合法あるいはエマルション重合法で得た水溶性カチオ
ンポリマーを用いた実施例１、２は１次脱水ケーキの含
水率を上げることなく低含水率でＳＳ回収率の高い２次
脱水ケーキが得られることがわかる。これに対して比較
例１、２は２次脱水によりケーキ含水率は低下せず、Ｓ
Ｓ回収率も低いことがわかる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態の汚泥、脱水装置を示すフローシート
である。

【符号の説明】

１ １次凝集部 ２ １次脱水機 ３ 搬送機 ４ ２次凝集部 ５ ２次脱水機 ７ 汚泥供給路 ８ 第１の凝集剤供給路 ９ ｐＨ調整剤供給路 １５ 第２の凝集剤供給路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大井 康裕 東京都新宿区西新宿３丁目４番７号 栗田 工業株式会社内 (72)発明者 野口 良寛 東京都新宿区西新宿３丁目４番７号 栗田 工業株式会社内 (72)発明者 山本 豊 東京都新宿区西新宿３丁目４番７号 栗田 工業株式会社内 Ｆターム(参考） 4D059 AA03 AA30 BE14 BE15 BE19 BE26 BE37 BE46 BE55 BE56 BE57 BE58 BE59 BE60 BE61 BF11 CB06 DA16 DA23 DA35 DA41 DB24 DB25 DB26

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 汚泥に第１の凝集剤を添加して凝集を行
   い１次凝集フロックを生成させる１次凝集工程と、 １次凝集フロックを脱水して１次脱水ケーキを得る１次
   脱水工程と、 １次脱水ケーキにディスパーションまたはエマルション
   状態の高分子凝集剤からなる第２の凝集剤を添加して凝
   集を行い２次凝集フロックを生成させる２次凝集工程
   と、 ２次凝集フロックを脱水する２次脱水工程とを含む汚泥
   脱水方法。
2. 【請求項２】 第２の凝集剤が、懸濁重合により得られ
   たディスパーション、または乳化重合により得られたエ
   マルションである請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】 汚泥に第１の凝集剤を添加して１次凝集
   フロックを生成させる１次凝集部と、 １次凝集フロックを脱水して１次脱水ケーキを得る１次
   脱水機と、 １次脱水ケーキにディスパーションまたはエマルション
   状態の高分子凝集剤からなる第２の凝集剤を添加して２
   次凝集フロックを生成させる２次凝集部と、 ２次凝集フロックを脱水する２次脱水機とを含む汚泥脱
   水装置。