JP2006291024A - 汚泥脱水剤組成物および汚泥脱水方法 - Google Patents

Abstract

【課題】脱水用汚泥、特に難脱水汚泥に対し強固で水切れの良いフロックを生成させることができ、汚泥脱水機による脱水工程において脱水処理量の増加、及び脱水されたケーキの含水率を低下させることができる汚泥脱水剤組成物及び汚泥脱水方法を提供する。
【解決手段】塩水溶液中で該塩水溶液に可溶な高分子分散剤共存下で、分散重合法により製造した粒径100μm以下の微粒子の分散液からなるカチオン性高分子と、アニオン性単量体とカチオン性単量体のモル比Ａ／Ｃ＝１．０〜４．０である両性高分子からなる組成物を脱水用汚泥に混合、攪拌して生成させた凝集物を脱水機により脱水することにより解決できる。
【選択図】なし

Description

本発明は汚泥脱水剤組成物および汚泥脱水方法に関する。

従来、今年増加しているスクリュウプレス、多重円盤型脱水機等強固で水切れの良い、大きな凝集フロックを必要とする脱水機に対応する為の汚泥の脱水方法としては、１）カチオン性有機高分子凝集剤と両性有機高分子凝集剤の混合物を汚泥に添加し、次いで脱水する方法、２）アクリレート系カチオン性凝集剤と両性高分子凝集剤を添加し、次いで脱水する方法、あるいは無機凝集剤を併用する方法等が知られてるが、いずれの方法においても現在増加している難脱水汚泥を脱水する際、必ずしも満足のいく結果が得られていないのが現状である。

また近年汚泥の減容化がもとめられると共に、脱水ケーキをコンポスト化する際、ケーキ中の重金属による植生への悪影響を避ける為に、無機凝集剤を極力使用せず、有機性の高分子凝集剤のみを使用して脱水する方法がますます望まれるようになっている。

また汚泥脱水の運転管理の面からは従来良く使われてきたカチオン性有機高分子凝集剤とアニオン性有機高分子凝集剤の併用（２液法）は、２液のバランスの調整に手間がかかり、また薬品添加量も多く必要とするため、敬遠される傾向にある。
特開平９−５７２９９ 特開平２−３１８９９

本発明は脱水方法に関する。脱水用汚泥、特に有機成分の多い難脱水性汚泥に対して強固なフロックを生成させることが可能であり、良好な汚泥脱水処理を行うことが出来る汚泥脱水剤組成物および汚泥脱水方法に関する。

各種カチオン凝集剤と両性高分子凝集剤を併用する処方の場合も、スクリュープレス、多重円盤型脱水機、ロータリープレス等強固な凝集フロックを必要とする脱水機が増加しているため有機分の多い難脱水性汚泥の脱水性向上には更なる進歩が求められている。

従って本発明は難脱水性汚泥の脱水において、今年増加している強固で水切れの良い凝集フロックを必要とする脱水機にも対応でき、汚泥処理量、脱水ケーキ含水率の低下を可能にすることが出来る汚泥脱水剤を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を行った結果、塩水溶液中で該塩水溶液に可溶な高分子分散剤共存下で、分散重合法により製造した粒径１００μｍ以下の微粒子からなる分散液のカチオン性高分子とアニオン性単量体単位のカチオン性単量体単位に対するモル比Ａ／Ｃ＝１．０〜４．０である両性高分子とを一定の混合割合にて混合してなる汚泥脱水剤組成物を汚泥に添加、攪拌することにより非常に強固で水切れの良好なフロックを生成させることができ、汚泥の処理量増加と含水率の低下が達成可能なことを見出した。

本発明の請求項１のビニル系カチオン性高分子と、（メタ）アクリル系単量体混合物を重合して得たアニオン性構成単位のカチオン性構成単位に対するモル比がＡ／Ｃ＝１．０〜４．０である両性高分子を混合してなり、分散重合法により製造した粒径１００μｍ以下の高分子微粒子からなる高分子分散液である汚泥脱水剤組成物は、特に高濃度汚泥中に添加、攪拌する場合にも分散性が早いために締まった強固なフロックを生成でき、汚泥の処理量の増加および脱水ケーキ含水率の低下効果を発揮できる。

本発明の汚泥脱水剤組成物は、請求項２のビニル系カチオン性高分子と請求項３の両性高分子の混合割合を任意に調整することにより、幅広い汚泥種に対して良好な凝集、脱水効果を発揮できる。例えば各種余剰汚泥単独の脱水処理の場合にはカチオン性高分子の割合を多く、また余剰汚泥と凝集沈殿汚泥の混合汚泥の場合には無機成分の含有量が増加するが、この場合は両性高分子の割合を多くすることにより、締まった強固なフロックを生成させることができる。

本発明の請求項１〜４記載の汚泥脱水剤組成物を汚泥に添加し、脱水することにより、従来法では成し得なかった有機成分が多い多種の汚泥、例えば各種余剰汚泥、製紙スラッジ汚泥、下水混合生汚泥、下水消化汚泥等に対し締まった強固なフロックを生成することにより、近年増加しているスクリュープレス型、多重円盤型、ロータリープレス型脱水機に対応可能となった。

本発明で使用するビニル系カチオン性高分子および（メタ）アクリル系単量体混合物を重合して得たアニオン性構成単位のカチオン性構成単位に対するモル比がＡ／Ｃ＝１．０〜４．０である両性高分子は塩水溶液中で該塩水溶液に可溶な高分子分散剤共存下で、分散重合法により製造した粒径１００μｍ以下の高分子微粒子からなる高分子分散液を使用する。

その理由として特に高濃度汚泥中に高分子凝集剤を添加、攪拌する際、粉末あるいはエマルジョン型の高分子の場合は溶解液の粘性が高く、その結果汚泥中への分散性が悪く、良好な凝集フロックが生成しない場合が多いのに対し、本発明の高分子分散液を溶解した溶解液は、見かけ粘性が低く汚泥中への分散性が良いために良好なフロックを生成できる。また製造上の面からは粉末同士の混合は、粉末粒子自体の比重差などのため均一に混合することは難しい。また溶解性も粉末に比べると極めて容易である。

塩水溶液中に分散した高分子微粒子分散液からなる水溶性重合体は、特開昭６２−１５２５２号公報などによって製造することができる。この方法は、カチオン性単量体あるいはカチオン性単量体と比イオン性単量体を、塩水溶液中で該塩水溶液に可溶なイオン性高分子からなる分散剤共存下で、攪拌しながら製造された粒径１００μｍ以下の高分子微粒子の分散液からなるものである。イオン性高分子からなる分散剤は、ジメチルジアリルアンモニウム塩化物、（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化物の単独重合体や、非イオン性単量体との共重合体を使用する。塩水溶液を構成する無機塩類は、硫酸アルミニウム、燐酸水素アンモニウム、燐酸水素ナトリウム、燐酸水素カリウム等を例示することができ、これらの塩を濃度１５％以上の水溶液として用いることが好ましい。

カチオン性高分子と両性高分子を混合する際の重量比は３０：７０〜９０：１０が好ましく良好な凝集効果を発揮することができるが、より好ましくは４０：６０〜８０：２０である。例えば該混合物による脱水用汚泥が凝集沈殿汚泥を多量に含む場合は、汚泥中に無機凝集剤が多く存在するので、この場合は両性高分子の割合が多いと良好な凝集が得られる。一方脱水用汚泥が各種余剰汚泥のように有機成分の割合が多く、難脱水性の場合にはカチオン性高分子の割合が高い方が良好な凝集フロックを生成する。

本発明で用いるカチオン性高分子は、カチオン性単量体としてジメチルアミノエチル（メタ）アクリレート等、ジアリルアルキルアミン等の３級塩、塩化メチル等のハロゲン化アルキル等、あるいは塩化ベンジルなどのハロゲン化アリール化合物による４級化物等が挙げられ、これらのカチオン性ビニル系単量体は１種を単独で用いることができ、２種以上を組み合わせて用いることもできる。また必用に応じて共重合されるノニオン性単量体としては、（メタ）アクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチル（メタ）アクリルアミド、Ｎ，Ｎジエチル（メタ）アクリルアミド等があげられる。またはＮ−ビニルカルボン酸アミドと（メタ）アクリロニトリルからなる単量体混合物を重合し、その後酸により加水分解し製造したアミジン構造単位を有するカチオン性高分子等があげられる。

上記に述べたビニル系カチオン性高分子は、カチオン性構成単位の全構成単位に対する割合が１０〜１００モル％であれば良い。例えば製紙スラッジ汚泥のようなＳＳ当たりカチオン要求量が低い汚泥にはカチオン等量値（以下Ｃｖと記す）が低いカチオン性高分子が適し、各種余剰汚泥等ＳＳ当たりのカチオン要求量が高い汚泥に対してはＣｖが高いものが適す。

本発明において用いる両性高分子は、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）アクリレートたとえばジメチルアミノエチル（メタ）アクリレートあるいはジメチルアミノプロピル（メタ）アクリルアミド等の塩化メチル等のハロゲン化アルキルあるいは塩化ベンジル等のハロゲン化アリール化合物等による４級化物等があげられる。

アニオン性単量体としては、（メタ）アクリル酸あるいはそのナトリウム塩等のアルカリ金属塩またはアンモニウム塩、マレイン酸あるいはそのアルカリ金属塩、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クリルアルカンスルホン酸あるいはそのアルカリ金属塩またはアンモニウム塩等があげられる。

また両性高分子は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、（メタ）アクリルアミド、N−ビニルホルムアミド、Nビニルアセトアミド、ジメチルアクリルアミド等が挙げられる。また本発明で使用する両性高分子の水溶性を阻害しない範囲でアクリロニトリル、酢酸ビニル、（メタ）アクリル酸アルキル等の油溶性単量体も使用できる。

両性高分子としては、アニオン性構成単位のカチオン性構成単位に対するモル比A/Cが１．０〜４．０（以下アニオンリッチ両性と記す）であり、全構成単位に対するカチオン性構成単位が２〜３０モル％、アニオン性構成単位が４〜６０モル％であることが好ましく、より好ましくはアニオン性構成単位のカチオン性構成単位に対するモル比が１．１〜２．５である。本発明において両性高分子のＣｖ及びアニオン当量値（以下Ａｖと記す）は該モル比の範囲であれば特に制限は無い。すなわちカチオン性構成単位のアニオン性構成単位に対するモル比が１．０〜４．０であれば各汚泥種に応じてカチオン性高分子との混合物によりその強い凝集効果を発揮出来るからである。例えばＳＳ当たりのカチオン要求量が非常に低い製紙スラッジ汚泥等にはＣｖ、Ａｖが低い両性高分子の混合物によりスクリュウプレス等強固な凝集フロックが要求される脱水機にも耐えうる強固なフロックを生成出来る。一方各種の余剰汚泥等ＳＳ当たりのカチオン要求量が高い汚泥に対してはＣｖが高いカチオン高分子とＣｖ、Ａｖが比較的高い両性高分子の混合物により強固なフロックを生成出来る。

本発明におけるカチオン性高分子、および両性高分子の塩水溶液粘度（４％食塩水中に高分子濃度が０．５％になるように完全溶解したときの粘度を２５℃において回転粘度計にて測定）は１０ｍＰａ・Ｓ以上、１６０ｍＰa・S以下、好ましくは１５ｍＰａ・Ｓ以上、１４０ｍＰａ・S以下であればその効果を発揮することが出来る。すなわち塩水溶液粘度が低いポリマー同士を混合した場合はベルトプレス型脱水機等、巨大なフロックを生成しなくとも水切れ、剥離、含水率の向上を脱水機に適合し、塩水溶液粘度が比較的高い場合はスクリュウプレスに代表される強固で巨大な凝集フロックを必要とする脱水機に適合する。

また汚泥濃度、混合攪拌強度によっても適合する塩水溶液粘度の汚泥脱水組成物を任意で使い分けることが出来る。すなわち汚泥濃度が高く、比較的弱い攪拌条件の場合には低い塩水溶液粘度のカチオン性高分子及び両性高分子からなる組成物が適し、一方攪拌強度が強い遠心脱水機等には高い塩水溶液粘度のカチオン性高分子及び両性高分子から成る組成物が適す。

本発明において用いる塩水中で該水溶液に可溶な高分子分散剤共存下で、分散重合法により製造した粒径１００μm以下の高分子微粒子からなる高分子分散液を汚泥に添加する際は、任意に希釈した水溶液または原液であっても良いが、好ましくは添加時の溶液量や粘性を考慮すると０．２〜０．５質量％で添加する。

また溶解液のｐＨが５〜９になるとイオンコンプレックスを生成するので、これが生成した状態で汚泥に添加すると効果が低下する。従って前記ビニル系カチオン高分子と前記両性高分子の各高分子濃度を足した濃度を基準として０．２質量％で溶解した場合、溶解液のｐＨが２〜４であることが好ましい。そのため分散液中に十分酸があれば問題ないが、酸が不足している場合は追加する。酸は硫酸、塩酸、スルハミン酸、酢酸、マレイン酸、アジピン酸、クエン酸などでよい。

またアニオン性構成単位のカチオン性構成単位に対するモル比がＡ／Ｃが１以下の両性高分子とカチオン性高分子の混合により成る汚泥脱水組成物の場合は、以下実施例にも示すが良好な凝集、脱水効果は得られないことが確認されている。

以下に実施例をあげて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれら実施例により限定されるものではない。

（汚泥脱水剤組成物の調製）
特開昭６２−１５２５１号公報等によって合成された下記表１のような組成の高分子分散を合成し、それぞれを一定比率で混合し、汚泥脱水剤組成物を調製した。結果を表１に示す。

（表１）

ＣＸ：カチオンリッチ両性ポリマー
ＡＸ：アニオンリッチ両性ポリマー
Ｃ：カチオンポリマー、ＡＡｍ：アクリルアミド、ＡＡｃ：アクリル酸
ＤＡＡ：トリメチルエチルアクリレートアンモニウムクロリッド
ＤＡＭ：トリメチルエチルメタクリレートアンモニウムクロリッド
ＰＶＡＭ：アミジン系高分子
Ａ／Ｃ比：アニオンモノマー／カチオンモノマーのモル比、Ｃ１〜Ｃ５はＣｖ値を記載してある、
０．５％塩粘度：０．５％塩水溶液中に４重量％完全溶解後にＢ型粘度計により２５℃の条件において測定された粘度

下水処理場（オキシデーションディッチ方式）より発生する余剰汚泥（汚泥性状がｐＨ６．６、ＳＳ：８２５０、ＴＳ：８５００）について遠心脱水機を対象とした凝集濾過試験及び圧搾試験を実施した。当脱水用汚泥の性状は２００メッシュオン残留物が１．３重量％／ＳＳ、有機成分がＳＳに対して８６．４重量％であり有機成分の割合が多く、また汚泥粒子も小さい為難脱水汚泥であった。３００ｍ１容のポリプロピレン製ビーカーに汚泥を２００ｍ１入れた後、Ｃ４及びＡＸの７：３混合物（ＡＣ−１）の溶解液を添加し、１０００ｒｐｍ、３０秒間の攪拌により汚泥を凝集させた。その後フロックの大きさを観察後、６０メッシュの濾布付きビーカーにより濾過速度を調べた。また濾過後の凝集物を１ｋｇf／ｃｍ2の圧搾圧力で３０秒間プレス脱水後に脱水ケーキの含水率を求めた。

その結果、０．９４％／ＴＳの添加率の条件において７９．３％重量％の含水率が得られた。またＡＣ−２の溶解液を添加し、同様の凝集、脱水試験を行ったところ同じく良好なフロック形成、濾過速度が得られ、ケーキ含水率は０．９４％／ＴＳにおいて７９．２重量％の値が得られた。またＡＣ−３に至っては本実施例中で最も良好なフロック形成、濾過速度が得られ、ケーキ含水率は０．９４％／ＴＳにおいて７８．９％の値が得られた。これらの結果を表２に示す。

比較試験としてカチオンリッチ両性（モル比Ｃ／Ａの値が１より大）とカチオンより成る汚泥脱水剤組成物及びカチオン性高分子に関して実施した。これらの結果を表３に示す。

（表２）実施例１

（表３）比較試験１

し尿処理場より発生する余剰汚泥（汚泥性状がｐＨ６．８、ＳＳ：１３５００ｍｇ／１、ＴＳ：１５５００ｍｇ／１、ＶＳＳ：７６．３％）についてスクリュウプレス型脱水機を対象とした凝集濾過試験及び圧搾試験を実施した。３００ｍ１容のポリプロピレン製ビーカーに汚泥を２００ｍ１入れた後、Ｃ４及びAX２の７：３（ＡＣ−１）混合物の溶解液を添加し、３００ｒｐｍ、３０秒間の攪拌により汚泥を凝集させ、フロックの大きさを観察後、４０メッシュの濾布付きビーカーにより濾過速度を調べた。

その結果、大きく良好なフロックが得られると共に、非常に早い濾過速度が得られた。また濾過後の凝集物を１．５ｋｇｆ／ｃｍ2の圧搾圧力で６０秒間プレス脱水後に脱水ケーキの含水率を求めたところ０．７７％／ＴＳの添加率の条件において７６．４重量％の含水率が得られた。またＡＣ−２の溶解液を添加し、同様の凝集、脱水試験を行ったところ同じく良好なフロック形成、濾過速度が得られ、ケーキ含水率は０．７７％／ＴＳにおいて７６．５重量％の値が得られた。またＣ５及びＡＸ３の７：３混合物に至っては本実施例中で最も良好なフロック形成、濾過速度が得られ、ケーキ含水率では０．７７％／ＴＳにおいて７６．２重量％の値が得られた。

比較試験としてカチオンリッチ両性（モル比Ｃ／Ａの値が１より大）とカチオン
より成る汚泥脱水剤組成物及びカチオン性高分子に関して実施した。これらの結果を表５に示す。

（表４）実施例２

（表５）比較試験２

食品会社より発生する余剰汚泥（汚泥性状がｐＨ６．９、ＳＳ：９５００ｍｇ／１、ＴＳ：１０２５０ｍｇ／１、ＶＳＳ：８０．３％）について多重円盤型脱水機を対象とした凝集濾過試験及び圧搾試験を実施した。３００ｍ１容のポリプロピレン製ビーカーに汚泥を２００ｍ１入れた後、Ｃ３及びＡＸ３の７：３混合物の溶解液を添加し、３００ｒｐｍ、３０秒間の攪拌により汚泥を凝集させ、フロックの大きさを観察後、４０メッシュの濾布付きビーカーにより濾過速度を調べた。

その結果、大きく良好なフロックが得られると共に、非常に早い濾過速度が得られた。また濾過後の凝集物を１．０ｋｇｆ／ｃｍ2の圧搾圧力で３０秒間プレス脱水後に脱水ケーキのケーキ含水率を調べたところ０．８６％／ＴＳの添加率において８０．３重量％の含水率が得られた。またＡＣ−２の溶解液を添加し、同様の凝集、脱水試験を行ったところ良好なフロック形成、濾過速度が得られ、ケーキ含水率では０．９０％／ＴＳの添加率において７９．９％の値が得られた。またＡＣ−３は本実施例中で最も良好なフロック形成、濾過速度が得られ、ケーキ含水率では０．８６％／ＴＳにおいて７９．２％が得られた。これらの結果を表６に示す。

比較試験としてカチオンリッチ両性（モル比Ｃ／Ａの値が１より大）とカチオンより成る汚泥脱水剤組成物及びカチオン性高分子に関して実施した。これらの結果を表７に示す。

（表６）実施例３

（表７）比較試験３

本発明の汚泥脱水剤組成物及び汚泥脱水方法は下水処理場、し尿処理場、及び各工場より発生する脱水用汚泥を脱水機により脱水する際に、強固で水切れの良いフロックを生成させることができるため幅広い脱水機に対応出来ると共に、従来の汚泥脱水用高分子凝集剤に比べ汚泥処理量の増加及び汚泥脱水ケーキの含水率を大幅に低減することが可能になるため、産業上の利用価値は非常に高い。

Claims (6)

1. ビニル系カチオン性高分子と、（メタ）アクリル系単量体混合物を重合して得たアニオン性構成単位のカチオン性構成単位に対するモル比がＡ／Ｃ＝１．０〜４．０である両性高分子からなる混合物であり、前記ビニル系カチオン性高分子及び前記両性高分子が塩水溶液中で該塩水溶液に可溶な高分子分散剤共存下で、分散重合法により製造した粒径１００μｍ以下の微粒子からなる分散液であることを特徴とする汚泥脱水剤組成物。
2. 前記ビニル系カチオン性高分子の全構成単位に対するカチオン性構成単位の割合が１０モル％〜１００モル％であることを特徴とする請求項１に記載の汚泥脱水剤組成物。
3. 前記両性高分子の全構成単位に対するカチオン性構成単位の割合が２〜３０モル％、アニオン性構成単位の割合が４〜６０モル％であることを特徴とする請求項１に記載の汚泥脱水剤組成物。
4. 前記ビニル系カチオン高分子と前記両性高分子の重量比が３０：７０〜９０：１０であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の汚泥脱水剤組成物。
5. 前記ビニル系カチオン高分子と前記両性高分子の各高分子濃度を足した濃度を基準として０．２質量％に溶解した時のｐＨが２〜４であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の汚泥脱水剤組成物。
6. 汚泥に対して、請求項１〜５のいずれかに記載の汚泥脱水剤組成物を添加し、次いで脱水することを特徴とする汚泥脱水方法。