JP2006015209A

JP2006015209A - 下水消化汚泥の脱水方法

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Publication number: JP2006015209A
Application number: JP2004194197A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Mori; 嘉男森
Original assignee: Toagosei Co Ltd
Current assignee: Toagosei Co Ltd
Priority date: 2004-06-30
Filing date: 2004-06-30
Publication date: 2006-01-19
Anticipated expiration: 2024-06-30
Also published as: JP5038587B2

Abstract

【課題】下水消化汚泥に対して、凝集性及びろ過性に優れるフロックを得ることができ、且つ脱水ケーキの含水率を低下させることができる汚泥の脱水方法の提供。
【解決手段】下水消化汚泥に、無機凝集剤を添加した後、カチオン当量値が３．５ｍｅｑ／ｇ以上でかつアニオン当量値が１．０ｍｅｑ／ｇ以下を有する両性高分子からなる両性高分子凝集剤を添加する汚泥の脱水方法。
【選択図】なし

Description

本発明は、凝集力及び脱水性に優れ、濾過速度が速く、優れたフロックを得ることができるという各種凝集脱水性能に優れる、下水消化汚泥の脱水方法に関するものである。

下水、し尿処理場及び有機性産業排水等より生じる有機質汚泥は、高分子凝集剤を添加して、スクリュープレス、スクリューデカンター及びベルトプレス等の脱水装置を使用して脱水される。
脱水処理後の汚泥ケーキは、埋め立てや焼却処分されるが、汚泥ケーキ中の含水率を１％低下させることで、焼却で使用する燃料の１０％程度をコストダウンすることができるため、汚泥ケーキ中の含水率を低下させるために、種々の検討が行われている。
ところで、下水処理場において、汚泥中に含まれる有機分含有量が多い場合には、有機質汚泥に嫌気性処理がなされる。近年において、有機質汚泥を嫌気性処理して得られる消化汚泥は、繊維分が極端に低いことや、腐敗性粘着性物質を含むため、従来の脱水方法では脱水し難い性状となっている。

消化汚泥の脱水方法としては、例えば、無機凝集剤としてポリ硫酸鉄を用い、これにノニオン、アニオン、又はカチオン性高分子凝集剤を単独で添加してフロックを形成し脱水する方法（特許文献１）や、無機凝集剤を添加後、ｐＨを５〜８に調節し、これに両性高分子凝集剤を添加する方法（特許文献２）があるが、凝集剤を多量に使用する必要があるため、凝集剤の使用コストが高くなったり、汚泥脱水性能が不十分となることがあった。
最近では、消化汚泥の処理方法として、ポリアミジンを使用する方法（特許文献３）や、無機凝集剤とアクリレート系カチオン高分子凝集剤を併用する方法（特許文献４）が知られている。前者のポリアミジンを使用する方法は、ポリアミジンの高いカチオン性により、前記した汚泥脱水方法に対して優れた方法であり、後者の無機凝集剤とアクリレート系カチオン高分子凝集剤を併用する方法も、前記した汚泥脱水方法に対して優れた方法である。しかしながら、得られるフロックが、凝集性及びろ過性の点で不十分で、脱水ケーキの含水率も不十分であり、かつ凝集剤の使用量を多量にせざるを得ないといった問題を有している。

特開昭５８−５１９９８号公報（特許請求の範囲）特開昭６３−１５８２００号公報（特許請求の範囲）特開平５−１９２５１３号公報（特許請求の範囲）特開平７−２１４１００号公報（特許請求の範囲）

本発明者らは、下水消化汚泥に対して、凝集性及びろ過性に優れるフロックを得ることができ、且つ脱水ケーキの含水率を低下させることが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。

本発明者は、前記課題を解決するため種々の検討を行った結果、下水消化汚泥に対して、無機凝集剤と、特定のカチオン当量及びアニオン当量を有する両性高分子凝集剤を添加することで、前記課題を解決し得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）アクリル酸と表し、アクリロニトリル又はメタクリロニトリルを（メタ）アクリロニトリルと表す。

本発明は、下水消化汚泥に、無機凝集剤を添加した後、カチオン当量値が３．５ｍｅｑ／ｇ以上でかつアニオン当量値が１．０ｍｅｑ／ｇ以下を有する両性高分子凝集剤を添加する汚泥の脱水方法に関する。
以下、それぞれの構成要件について説明する。

１．下水消化汚泥
本発明が適用できる下水消化汚泥としては、下水処理場で発生する有機質汚泥を嫌気性消化処理したものであれば種々の汚泥に適用可能である。有機質汚泥としては特に制限は無く、具体的には、初沈汚泥と余剰汚泥の混合生汚泥を消化処理したもの等が挙げられる。

２．無機凝集剤
無機凝集剤としては、汚泥の脱水で通常使用されるものを使用することができる。具体的には、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挙げることができる。

３．両性高分子凝集剤
本発明において、両性高分子凝集剤としては、カチオン当量値（以下「Ｃｖ」という）が３．５ｍｅｑ／ｇ以上でかつアニオン当量値（以下「Ａｖ」という）が１．０ｍｅｑ／ｇ以下を有する両性高分子（以下単に両性高分子という）を使用する。
Ｃｖとしては、３．８〜５．５ｍｅｑ／ｇが好ましく、Ａｖとしては、０．１〜０．９ｍｅｑ／ｇが好ましい。
Ｃｖが３．５ｍｅｑ／ｇ未満では、汚泥の荷電中和が不十分となるため、脱水が不十分となり、且つフロックの造粒性が不足してしまい、Ａｖが１．０ｍｅｑ／ｇを超えると、フロックの造粒性が乏しく、両性高分子凝集剤を多量に使用せざるを得なくなってしまう。

尚、本発明において、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って求めた値をいう。

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５００ｐｐｍ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

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５００ｐｐｍ溶液１０ｍｌを加え、苛性ソーダ水溶液でｐＨ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。

(3)計算法

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重合体であれば種々の高分子が使用できる。

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。

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。

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、アルキル(メタ）アクリレート、アルコキシアルキル（メタ）アクリレート、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。
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。

本発明における好ましい単量体の組合せとしては、[1]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、[2]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[3]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級塩と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。

本発明では、前記した中でも、カチオン性単量体としてアクリレートを使用したアクリレート系両性高分子が、単量体の共重合性に優れる高分子であり、汚泥脱水性能に優れるためより好ましい。

両性高分子におけるカチオン性単量体単位及びカチオン性単量体単位の共重合割合としては、前記Ｃｖ及びＡｖを満たす様に適宜設定すれば良く、全構成単量体単位を基準として、カチオン性単量体単位を５０〜９９．５モル％、アニオン性単量体単位が０．５〜１５モル％及びノニオン性単量体単位を０〜４９．５モル％を有する高分子であることが好ましい。

両性高分子の製造方法については特に制限はなく、前記した単量体を使用して、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、レドックス系の重合開始剤等を用いて、熱ラジカル重合を行なう方法や、ベンゾイン及びアセトフェノン型の光重合開始剤を用いて紫外線照射により光ラジカル重合を行なうこともできる。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。

得られたゲル状の重合体は、その後、公知の方法で切断・細断する。細断した重合体は、バンド式乾燥機、回転式乾燥機、遠赤外線式乾燥機及び振動流動式乾燥機等の乾燥機を使用し、温度６０〜１５０℃程度で乾燥し、ロール式粉砕機等で粉砕して粉末状の共重合体とされ、粒度調整される。
本発明の両性高分子としては、粉末状品のものが好ましく使用される。

本発明における両性高分子は、分子量の指標である０．５％塩粘度が１０〜１２０ｍＰａ・ｓのものが好ましく、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。
本発明において０．５％塩粘度とは、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で測定した値をいう。

本発明の両性高分子凝集剤としては、前記両性高分子に加え、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。

４．汚泥の脱水方法
本発明は、下水消化汚泥に、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汚泥の脱水方法である。
フロックの形成方法は、公知の方法に従えば良い。

無機凝集剤の汚泥に対する添加割合としては、５００〜５０，０００ｐｐｍが好ましく、ＴＳに対しては０．０１〜２０質量％が好ましい。

本発明においては、無機凝集剤を添加した後、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。

両性高分子凝集剤の汚泥に対する添加割合としては、５０〜１，０００ｐｐｍが好ましく、ＴＳに対しては０．１〜５質量％が好ましい。両性高分子凝集剤と後記するその他の高分子凝集剤を併用する場合は、全高分子凝集剤の合計量が前記添加割合を満たすことが好ましい。

本発明においては、無機凝集剤及び両性高分子凝集剤の他、必要に要に応じて、有機カチオン性化合物、カチオン性高分子凝集剤及びアニオン性高分子凝集剤を併用することができる。

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。

カチオン性高分子凝集剤としては、前記したカチオン性単量体の単独重合体及び前記したカチオン性単量体及びノニオン性単量体の共重合体等を挙げることができる。

アニオン性高分子凝集剤としては、前記したアニオン性単量体の単独重合体及び前記したアニオン性単量体及びノニオン性単量体の共重合体等を挙げることができる。

汚泥脱水剤を添加した後の攪拌速度及び攪拌時間等は、従来行われている脱水条件に従えば良い。

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。

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できる。

又、本発明の汚泥脱水剤は、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、さらに汚泥脱水剤を添加した後、又は汚泥脱水剤と共に、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。

本発明の汚泥の脱水方法によれば、下水消化汚泥に対して、凝集性及びろ過性に優れたフロックを得ることができ、且つ脱水ケーキの含水率を低下させることが可能となる。

本発明は、下水消化汚泥に、無機凝集剤を添加した後、前記両性高分子からなる両性高分子凝集剤を添加する汚泥の脱水方法である。
前記両性高分子としては、カチオン性単量体単位を５０〜９９．５モル％、アニオン性単量体単位が０．５〜１５モル％及びノニオン性単量体単位を０〜４９．５モル％を有する高分子が好ましく、又アクリレート系両性高分子が好ましい。

＜実施例１、２及び比較例１、２＞
高分子凝集剤としては、下記表１に示す単量体を水溶液重合し、得られたゲル状重合体を切断・細断し、乾燥したものを使用した。
尚、表１のＤＡＣはジメチルアミノエチルアクリレートのメチルクロライド４級塩、ＡＡはアクリル酸、ＡＭはアクリルアミドを意味する。

３００ｍｌビーカーに入れた下水消化汚泥（ＴＳ＝１．８質量％）２００ｍｌに対しポリ硫酸鉄１，０００ｐｐｍを添加して攪拌機を用い１５０ｒｐｍにて３０秒間攪拌した。続いて表１に記載の高分子凝集剤の０．２％水溶液を固形分換算で２００ｐｐｍ添加し、同様に１８０秒間攪拌して汚泥フロックを生成させその粒径を測定した。
その後、８０メッシュの網をフィルターとして用い、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た。
得られたケーキをミニベルトプレス機にて圧搾脱水し（面圧０．５ｋｇ／ｃｍ、３段）、含水率を測定した。これらの結果を表２に示す。

実施例と比較例から明らかな様に、いずれの実施例の汚泥脱水方法も、Ａｖが本願発明で規定する範囲を超えるの両性凝集剤を用いた場合（比較例１）、及びアニオン基を有しないカチオン性高分子凝集剤（比較例２）と比較し、フロック粒径が大きく、濾過速度にすぐれ且つ含水率も減少している。

本発明の汚泥の脱水方法は、下水消化汚泥の脱水方法として有用である。

Claims

下水消化汚泥に、無機凝集剤を添加した後、カチオン当量値が３．５ｍｅｑ／ｇ以上でかつアニオン当量値が１．０ｍｅｑ／ｇ以下を有する両性高分子からなる両性高分子凝集剤を添加することを特徴とする汚泥の脱水方法。
前記両性高分子が、カチオン性単量体単位を５０〜９９．５モル％、アニオン性単量体単位が０．５〜１５モル％及びノニオン性単量体単位を０〜４９．５モル％を有する高分子からなる請求項１記載の汚泥の脱水方法。
前記両性高分子が、アクリレート系両性高分子である請求項１又は請求項２記載の汚泥の脱水方法。