JP2991611B2 - 無機凝集剤と両性高分子凝集剤を併用する汚泥の脱水方法 - Google Patents

無機凝集剤と両性高分子凝集剤を併用する汚泥の脱水方法

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JP2991611B2 JP6078203A JP7820394A JP2991611B2 JP 2991611 B2 JP2991611 B2 JP 2991611B2 JP 6078203 A JP6078203 A JP 6078203A JP 7820394 A JP7820394 A JP 7820394A JP 2991611 B2 JP2991611 B2 JP 2991611B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は汚泥の脱水方法の改良に
関するものである。さらに詳しくいえば、本発明は、従
来法に比べて大幅に処理量を増やすことができるととも
に、低含水率のケーキを得ることのできる無機凝集剤と
両性高分子凝集剤を併用する汚泥の脱水方法に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】これまで、汚泥の脱水方法には、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、ケーキのろ布か
らの剥離性などの点で処理状態は必ずしも満足できるも
のではなく、改善が求められている。これら従来のカチ
オン性高分子凝集剤の欠点を改善する方法として、無機
凝集剤とポリマーとを併用する方法が種々提案されてい
るが、必ずしも十分に満足しうるものではない。例え
ば、(1)ポリ硫酸鉄を汚泥と反応させ、pH調整剤でpH
を4.5〜6にしたのち、高分子凝集剤(カチオン性ポ
リマー又はアニオン性ポリマー)で脱水する方法(特開
昭64−3160号公報)や、(2)無機凝集剤添加後
のpHが5〜8の汚泥に対し、両性ポリマーを使用して凝
集脱水する方法(特開昭63−158200号公報)な
どが開示されている。しかしながら、前記(1)の方法
においては、カチオン性ポリマーを使用する場合には、
ポリ硫酸鉄がカチオン性を有するため、ケーキ含水率は
低下しても凝集性が大幅に劣り、フロックが弱く、処理
量が上がらないし、また、アニオン性ポリマーを使用す
る場合には、ポリ硫酸鉄とポリマーとが反応し、大きな
フロックは得られるものの、フロックが弱く、処理量の
改善にはほとんど寄与しないなどの問題がある。一方、
前記(2)の方法においては、無機凝集剤添加後pHが5
〜8では、汚泥の荷電の中和が不十分であるため、ケー
キの含水率は従来のカチオン性高分子凝集剤による単独
の処理と大差がなく、効果の向上は僅かである。このよ
うに、無機凝集剤を汚泥に添加して高分子凝集剤で処理
を行う提案はされているものの、まだ十分に満足しうる
技術には至っていないのが実状である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
従来技術が有する欠点を克服し、従来法に比べて大幅に
処理量を増やすことができるとともに、低含水率のケー
キを得ることのできる無機凝集剤と両性高分子凝集剤を
併用する汚泥の脱水方法を提供することを目的としてな
されたものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記目的
を達成するために鋭意研究を重ねた結果、まず、汚泥に
無機凝集剤を添加し、該添加後のpHを5未満にしたの
ち、特定の両性高分子凝集剤を添加して凝集させ、機械
的に汚泥を脱水することにより、その目的を達成しうる
ことを見い出した。本発明は、かかる知見に基づいて完
成したものである。
【0005】すなわち、本発明は、次の各項の発明より
なる。 (1)汚泥に無機凝集剤を添加し、次いで両性高分子凝
集剤を添加して凝集させ、機械的に汚泥を脱水させるに
当たり、無機凝集剤添加後の汚泥のpHを5未満にした
のち、該両性高分子凝集剤として、(A)一般式
【化5】 [式中のRは炭化水素基またはヒドロキシアルキル
基、R及びRはそれぞれ炭素数1〜4のアルキル基
であり、それらはたがいに同一でも異なっていてもよ
く、(Xは陰イオンである]で表されるカチオン
性構成単位と、(B)一般式
【化6】 [式中のRは炭化水素基またはヒドロキシアルキル
基、R及びRはそれぞれ炭素数1〜4のアルキル基
であり、それらはたがいに同一でも異なっていてもよ
く、(Xは陰イオンである]で表されるカチオン
性構成単位と、(C)一般式
【化7】 [式中のRは水素原子又はメチル基、Mは水素原子、
アンモニウムイオン又はアルカリ金属イオンである]で
表されるアニオン性構成単位と、(D)一般式
【化8】 [式中のR及びRはそれぞれ水素原子又はメチル基
であり、それらはたがいに同一でも異なっていてもよ
く、R10は水素原子又は炭素数1〜3のアルキル基で
ある]で表されるノニオン性構成単位とを必須構成単位
とする共重合体であって、組成モル比が 0.5≦(B)単位/[(A)単位+(B)単位]<1.0 及び (C)単位/「(A)単位+(B)単位]>0.8 の関係を満たし、かつ1N−硝酸ナトリウム又は1N−
塩化ナトリウム水溶液中、温度30℃での固有粘度が
2.0デシリットル/g以上である両性高分子共重合体
を有効成分とするものを添加することを特徴とする無機
凝集剤と両性高分子凝集剤を併用する汚泥の脱水方法。 (2)(A)単位の含有量が10〜20モル%である第
(1)項記載の無機凝集剤と両性高分子凝集剤を併用す
る汚泥の脱水方法。
【0006】以下、本発明を詳細に説明する。本発明方
法において用いられる無機凝集剤の種類については特に
制限はなく、従来汚泥の脱水方法に慣用されているもの
の中から任意のものを選択して用いることができる。こ
の無機凝集剤の具体例としては、ポリ塩化アルミニウ
ム、硫酸アルミニウム、塩化第二鉄、硫酸第一鉄、ポリ
硫酸鉄、その他一般の水処理で用いられている多価金属
塩などが挙げられる。これらの無機凝集剤は1種用いて
もよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。必要
とする前記無機凝集剤の量は、汚泥の種類や汚泥性状に
よって異なるが、本発明においては、該無機凝集剤を添
加した後の汚泥のpHが5未満になるまで添加することが
必要である。このpHが5以上では無機凝集剤により汚泥
の中和が不充分で、脱水ケーキの含水率が高く、本発明
の意図する効果は得られない。該無機凝集剤のみでpH5
未満にしてもよいが、最初に多めの無機凝集剤を加え、
その後アルカリ剤でpH5未満になるようにpHを調整して
もよい。また、無機凝集剤と有機酸や鉱酸を併用してpH
を5未満にしてもよい。
【0007】本発明方法においては、このように無機凝
集剤を添加し、かつ添加後のpHを5未満にしたのち、両
性高分子凝集剤が添加される。この両性高分子凝集剤
は、(A)一般式
【化9】 [式中のR1、R2、R3及び(X1)-は前記と同じ意味を
もつ]で表されるカチオン性構成単位と、(B)一般式
【化10】 [式中のR4、R5、R6及び(X2)-は前記と同じ意味を
もつ]で表されるカチオン性構成単位と、(C)一般式
【化11】 [式中のR7及びMは前記と同じ意味をもつ]で表され
るアニオン性構成単位と、(D)一般式
【化12】 [式中のR8、R9及びR10は前記と同じ意味をもつ]で
表されるノニオン性構成単位とを必須構成単位とする両
性高分子共重合体を有効成分とするものである。
【0008】前記一般式[1]及び[2]において、R
1及びR4は、例えばメチル基、エチル基、ベンジル基な
どの炭化水素基又はヒドロキシメチル基などのヒドロキ
シアルキル基である。また、R2、R3、R5及びR6はメ
チル基やエチル基などの炭素数1〜4のアルキル基であ
り、該R2とR3、R5とR6は、それぞれにおいてたがい
に同一であってもよいし、異なっていてもよい。さら
に、(X1)-及び(X2)-はCl-、Br-、I-、HS
4 -、1/2SO4 2-、NO3 -、CH3COO-、HCO
-、CH3SO4 -、C25SO4 -などの陰イオンであ
る。一方、一般式[3]において、R7は水素原子又は
メチル基、Mは水素原子又はナトリウムやカリウムなど
のアルカリ金属イオンである。また、一般式[4]にお
いて、R8及びR9は、それぞれ水素原子又はメチル基で
あり、それらはたがいに同一であってもよいし、異なっ
ていてもよく、R10は水素原子又はメチル基、エチル
基、プロピル基などの炭素数1〜3のアルキル基であ
る。前記(A)単位である一般式[1]で表されるカチ
オン性構成単位を形成するカチオン性モノマーはジアル
キルアミノエチルメタクリレートの四級アンモニウム塩
であり、このようなものの具体例としては、ジメチルア
ミノエチルメタクリレートの塩化メチル四級化物やジメ
チルアミノエチルメタクリレートの塩化ベンジル四級化
物などを挙げることができ、これらは1種用いてもよい
し、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
【0009】前記(B)単位である一般式[2]で表さ
れるカチオン性構成単位を形成するカチオン性モノマー
はジアルキルアミノエチルアクリレートの四級アンモニ
ウム塩であり、このようなものの具体例としては、ジメ
チルアミノエチルアクリレートの塩化メチル四級化物や
ジメチルアミノエチルアクリレートの塩化ベンジル四級
化物などを挙げることができ、これらは1種用いてもよ
いし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。また、前
記(C)単位である一般式[3]で表されるアニオン性
構成単位を形成するアニオン性モノマーとしては、例え
ばアクリル酸、メタクリル酸及びそれらのアンモニウム
塩、アルカリ金属塩を挙げることができ、それらは1種
用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよ
い。一方、前記(D)単位である一般式[4]で表され
るノニオン性構成単位を形成するノニオン性モノマーと
しては、例えばアクリルアミド、メタクリルアミド、ジ
メチルアクリルアミド、イソプロピルアクリルアミドな
どを挙げることができ、これらは1種用いてもよいし、
2種以上を組み合わせて用いてもよい。
【0010】該両性高分子共重合体は、前記(A)、
(B)、(C)、及び(D)構成単位を必須単位として
含有するものであるが、これらの単位を形成するモノマ
ーと共重合可能な他のモノマーとを所望に応じ共重合さ
せたものであってもよい。この共重合可能な他のモノマ
ーの中で、カチオン性モノマーとしては、例えばジアル
キルアミノエチル(メタ)アクリレート若しくはこれら
の塩酸塩、硫酸塩、硝酸塩、酢酸塩などの三級モノマ
ー、ジアルキルアミノエチル(メタ)アクリルアミド若
しくはこれらの塩酸塩、硫酸塩、硝酸塩、酢酸塩などの
三級モノマー、ジアルキルアミノプロピル(メタ)アク
リルアミド若しくはこれらの塩酸塩、硫酸塩、硝酸塩、
酢酸塩などの三級モノマー及び塩化メチル、臭化メチ
ル、ヨウ化メチル、ジメチル硫酸、塩化ベンジル、臭化
ベンジルなどの四級化剤を反応させた四級アンモニウム
塩モノマー、ビニルピリジン、ビニルピリジンの四級化
誘導体、ビニルイミタゾール、アリルアミンなどを挙げ
ることができる。また、アニオン性モノマーとしては、
例えばビニルスルホン酸、2−アクリルアミド−2−メ
チルプロパンスルホン酸、マレイン酸など、及びそれら
のアルカリ金属塩を挙げることができ、一方、ノニオン
性モノマーとしては、例えばスチレン、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
ルキルなどを挙げることができる。これらの共重合可能
な他のモノマーは1種用いてもよいし、2種以上を組み
合わせて用いてもよい。
【0011】該両性高分子共重合体における各構成単位
の含有量は(A)単位が5〜20モル%、(B)単位が
10〜40モル%、(C)単位が15〜40モル%及び
(D)単位が10〜70モル%の範囲にあるのが望まし
い。さらに、本発明においては、該構成単位の含有割合
は、モル比で 0.5≦(B)単位/[(A)単位+(B)単位]<1.0 及び (C)単位/[(A)単位+(B)単位]>0.8 の関係を満たすことが必要である。各構成単位の含有割
合が前記関係式を満たさない場合は、本発明の目的が達
せられない。また、該(D)単位も重要な成分で、前記
範囲内にあることが重要で、この範囲を逸脱すると、
(A)及び(B)のカチオン性構成単位と(C)のアニ
オン性構成単位とが有効に作用しにくく、好ましくな
い。該両性高分子共重合体の分子量については、分子量
の指標である固有粘度で示すと、1N−硝酸ナトリウム
又は1N−塩化ナトリウム水溶液中、温度30℃での測
定値が2デシリットル/g以上であることが必要である
が、安定した脱水処理を達成するには5デシリットル/
g以上が好ましい。この両性高分子共重合体の重合方法
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などを用いることができる。ま
た、逆相の懸濁重合であれば、重合開始剤として前記と
同様なものを用いることができるし、一方逆相エマルシ
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などの水不溶性開
始剤を用いて重合を行ってもよい。
【0012】本発明方法において用いられる両性高分子
凝集剤は、前記のようにして得られた両性高分子共重合
体を有効成分とするものであって、その製品形態につい
ては特に制限はなく、粉末、溶液、エマルションなど、
目的に応じて任意に選ぶことができる。この両性高分子
凝集剤が有効に作用する汚泥としては、例えば下水、し
尿、一般産業排水処理で生じる有機性汚泥及び凝集沈殿
汚泥を含む混合汚泥などを挙げることができるが、特に
対象は限定されるものではない。また、該両性高分子凝
集剤の使用に際しては、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、混合一液としたり、硫酸
水素ナトリウム、硫酸ナトリウム、スルファミン酸な
ど、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よい。本発明方法においては、この
ようにして凝集された汚泥を機械的に脱水するが、この
際使用する脱水機については特に制限はなく、例えばベ
ルトプレス脱水機、遠心脱水機、スクリュープレス脱水
機、フィルタープレス脱水機などを用いることができ
る。
【0013】
【作用】特公昭58−15491号公報に記載されてい
るように、カチオン性モノマー単位として、(B)単位
を含むポリマーは、カチオン性モノマー単位として
(A)単位を含むポリマーより凝集性が良く、必要添加
量が下がることが知られている。この理由は、前記公報
に記載されているとおり、モノマーの共重合反応性比よ
り、(B)単位を形成するモノマーは比較的均一ないし
ランダムに重合体に取り込まれやすいのに対し、(A)
単位を形成するモノマーはブロック的に重合体に取り込
まれやすい。したがって、本発明の(A)、(B)、
(C)及び(D)単位を必須構成単位として含有するポ
リマーにすることにより、優れた性能が出る理由は、
(1)凝集性の良い(B)単位を含んでいるため、凝集
性が高く、添加量の低減が図られていること、(2)反
応性の異なる(A)単位と(B)単位とが、今回見い出
した一定の範囲の比において、(C)単位のアニオン性
基が効果的に働くようなポリマーの組成分布になってい
ることが考えられるが、詳細は必ずしも明らかではな
い。
【0014】
【実施例】次に、実施例により本発明をさらに詳細に説
明するが、本発明はこれらの例によってなんら限定され
るものではない。 製造例1 第1表及び第2表に、それぞれ本発明に係わるポリマー
及び比較ポリマーを示す。以下に、これらのポリマーの
代表的な製造例を示す。第1表及び第2表に示す組成
で、2.0モル/リットルに調整したモノマー水溶液を
室温にて20分間窒素ガスバブリングを行い、全モノマ
ーに対して0.01〜0.20モル%の過硫酸カリウムを
加え、40〜50℃で6〜10時間重合させた。次い
で、得られたポリマー水溶液ゲルを細断して、多量のア
セトンに投入したのち、ろ過して粉末化した。最後に真
空乾燥を行い、白色の粉末ポリマーを得た。なお、固有
粘度[η]は常法に従い、1N−NaNO3水溶液中、
30℃の条件にて測定した。結果を第1表及び第2表に
示す。第1表及び第2表に示す記号は次を意味する。 DAM(CH3Cl):ジメチルアミノエチルメタクリレ
ートのメチルクロリド四級化物 DAA(CH3Cl):ジメチルアミノエチルアクリレー
トのメチルクロリド四級化物 AA:アクリル酸 AAm:アクリルアミド DAM(Me2SO4):ジメチルアミノエチルメタクリレ
ートのジメチル硫酸四級化物 DAA(BzCl):ジメチルアミノエチルアクリレート
のベンジルクロリド四級化物 DAM(1/2H2SO4):ジメチルアミノエチルメタク
リレートの硫酸塩
【0015】
【表1】
【0016】
【表2】
【0017】実施例1 下水処理場混合生汚泥(pH6.4、SS1.92%)を用
い、ヌッチェテスト及び圧搾テストを行った。操作は次
のとおりである。300ミリリットルビーカーに汚泥2
00ミリリットルをとり、これに10wt%ポリ塩化アル
ミニウム3500ppmを加え、750rpmで15秒間撹拌
した。その際のpHは4.4であった。次いで0.2wt%に
調整したポリマー水溶液を所定量加え、タービン羽根を
備えた撹拌機で200rpm、30秒間撹拌した。その際の
フロック径を測定したのち、ナイロンろ布を敷いたブフ
ナーロートに、内径5cmのポリ塩化ビニルパイプを置
き、その中へ凝集させた汚泥を注ぎ込み、10秒後のろ
液量を測定するとともに、その際のろ液の清浄性を目視
で評価した。ろ過後の汚泥については、その一定量をベ
ルトプレス用ろ布にはさみ、面圧0.5kg/cm2、1.0k
g/cm2で1分間圧搾を行い、脱水ケーキのろ布からの剥
離性及びケーキ含水率を測定した。剥離性については、
ろ布からケーキをヘラでかき取ったのち、高圧水でろ布
に付着している固形物を洗い出して、その洗浄液をろ過
し、回収した固形物を乾燥して重量を測定することによ
り、次の式で表した。 剥離性(%)=W2/(W1+W2)×100 ただし、W1はろ布に付着していた固形物の乾燥重量
(g)、W2はヘラでかき取ったケーキの乾燥重量
(g)である。結果を第3表に示す。 比較例1 実施例1と同じ汚泥を用い、10wt%ポリ塩化アルミニ
ウムの添加量を1500ppmとし、かつpH5.6にて、実
施例1と同様な方法で操作を行った。結果を第3表に示
す。 比較例2 実施例1と同じ汚泥及び比較ポリマーを用い、実施例1
と同様な方法で操作を行った結果を第3表に示す。
【0018】
【表3】
【0019】実施例2 下水処理場余剰汚泥(pH6.2、SS0.96%)を用
い、38wt%塩化第二鉄を2000ppm加え、汚泥pHを
4.6としたこと以外は、実施例1と同様な方法で操作
を行った。結果を第4表に示す。 比較例3 実施例2と同じ汚泥を用い、38wt%塩化第二鉄の添加
量を1000ppmとし、かつpH5.3にて、実施例2と同
様な方法で操作を行った。結果を第4表に示す。 比較例4 実施例2と同じ汚泥及び比較ポリマーを用い、実施例2
と同様な方法で操作を行った。結果を第4表に示す。
【0020】
【表4】
【0021】
【発明の効果】本発明の汚泥の脱水方法は、(1)フロ
ック強度が強く、ろ布からの剥離が良い、(2)ケーキ
含水率が低い、(3)汚泥の処理量が多い、(4)汚泥
種や汚泥性状の変化に対して、安定した処理効果が得ら
れる、などの特徴を有している。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川口 忍 京都府京都市東山区一橋野本町11番地の 1 三洋化成工業株式会社内 (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 佐藤 茂 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 大清水 久夫 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 松島 尚司 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 (56)参考文献 特開 平7−223000(JP,A) 特開 平3−189000(JP,A) 特開 平5−269500(JP,A) 特開 平4−59100(JP,A) 特開 平4−322800(JP,A) 特開 平2−180700(JP,A) 特開 平3−293100(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C02F 11/00 - 11/20 B01D 21/01

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】汚泥に無機凝集剤を添加し、次いで両性高
    分子凝集剤を添加して凝集させ、機械的に汚泥を脱水さ
    せるに当たり、無機凝集剤添加後の汚泥のpHを5未満
    にしたのち、該両性高分子凝集剤として、(A)一般式 【化1】 [式中のRは炭化水素基またはヒドロキシアルキル
    基、R及びRはそれぞれ炭素数1〜4のアルキル基
    であり、それらはたがいに同一でも異なっていてもよ
    く、(Xは陰イオンである]で表されるカチオン
    性構成単位と、(B)一般式 【化2】 [式中のRは炭化水素基またはヒドロキシアルキル
    基、R及びRはそれぞれ炭素数1〜4のアルキル基
    であり、それらはたがいに同一でも異なっていてもよ
    く、(Xは陰イオンである]で表されるカチオン
    性構成単位と、(C)一般式 【化3】 [式中のRは水素原子又はメチル基、Mは水素原子、
    アンモニウムイオン又はアルカリ金属イオンである]で
    表されるアニオン性構成単位と、(D)一般式 【化4】 [式中のR及びRはそれぞれ水素原子又はメチル基
    であり、それらはたがいに同一でも異なっていてもよ
    く、R10は水素原子又は炭素数1〜3のアルキル基で
    ある]で表されるノニオン性構成単位とを必須構成単位
    とする共重合体であって、組成モル比が 0.5≦(B)単位/[(A)単位+(B)単位]<1.0 及び (C)単位/[(A)単位+(B)単位]>0.8 の関係を満たし、かつ1N−硝酸ナトリウム又は1N−
    塩化ナトリウム水溶液中、温度30℃での固有粘度が
    2.0デシリットル/g以上である両性高分子共重合体
    を有効成分とするものを添加することを特徴とする無機
    凝集剤と両性高分子凝集剤を併用する汚泥の脱水方法。
  2. 【請求項2】(A)単位の含有量が10〜20モル%で
    ある請求項1記載の無機凝集剤と両 性高分子凝集剤を併
    用する汚泥の脱水方法。
JP6078203A 1994-03-24 1994-03-24 無機凝集剤と両性高分子凝集剤を併用する汚泥の脱水方法 Expired - Lifetime JP2991611B2 (ja)

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