JP3458456B2 - 汚泥脱水法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は、金属塩が多く含まれて
いる汚泥を凝集・脱水処理する方法に関するものであ
る。 【０００２】 【従来の技術】図１に示すように脱水性を改善する目的
で汚泥の負電荷を低下させ中和させるために、金属塩を
添加した汚泥にカチオン性の凝集剤を添加して凝集脱水
する方法が知られている。 【０００３】また、（１）カチオン性の凝集剤とアニオ
ン性の凝集剤を二段に添加して凝集脱水する方法や、
（２）カチオン性の凝集剤とアニオン性の凝集剤を含む
混合両性高分子凝集剤あるいは分子内両性高分子凝集剤
を添加して凝集脱水する方法が提案されている。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】しかし、汚泥の負電荷
を十分低下させるために、金属塩剤の添加量を増加する
と、従来のカチオン性の凝集剤では、十分な凝集力がな
くなるか、またはフロックを作っても弱く、ろ水性、含
水率が改良されない。 【０００５】また、二段添加法は、処理が複雑となり、
処理コストを上昇させる。両性高分子凝集剤は、十分な
性能を発現させるためには溶解ｐＨの調整または汚泥系
の適性なｐＨが限定されており、また、脱水ケーキの含
水量を十分低下させるためには金属塩を多く必要とし、
必ずしも十分な処理とはいえない。 【０００６】本発明者らは、このような問題点を解決す
るために、鋭意研究した結果、本発明に到達した。 【０００７】 【課題を解決するための手段】本発明は多官能性モノマ
ーを全モノマーに対して、０．０００５ｗｔ％から０．
００３ｗｔ％の範囲で加えて重合して得られたカチオン
性ビニル系重合体を、金属塩を添加し汚泥の負電荷を低
下させた汚泥に加え、フロックを形成させ脱水すること
を特徴とする汚泥脱水方法である。 【０００８】 【作用】金属塩を含水率を改善させる目的で添加した汚
泥に、従来の高分子凝集剤を添加すると、汚泥中の無機
金属塩の影響で高分子が糸鞠化起こすと考えられ、十分
な凝集性能が出ないものと考えられる。 【０００９】しかし、多官能性モノマーを加えて重合し
て得られたビニル重合体の場合、金属塩を含む汚泥に添
加しても糸鞠化を防止しまたは少なくなり、凝集沈澱や
脱水処理に十分な引き締まったフロックを形成し、脱水
ケーキの含水量を低下させることができるものと考えら
れる。 【００１０】以下本発明について詳しく説明する。 【００１１】本発明に用いられるカチオン性ビニル系重
合体としては、非イオン性ビニルモノマー１種または２
種以上とカチオン性ビニルモノマー１種または２種以上
に多官能性モノマー１種または２種以上を加えて重合し
て得られた共重合物、及びカチオン性ビニルモノマー１
種または２種以上に多官能性モノマー１種または２種以
上を加えて重合して得られた共重合物がある。 【００１２】さらに非イオン性モノマー１種または２種
以上に多官能性モノマー１種または２種以上加えて重合
して得られた共重合物を形成させた後、その官能基を変
性することにより最終的にカチオン性ポリマーとする方
法でも良い。 【００１３】たとえば、あらかじめメチレンビスアクリ
ルアミドを加えてアクリルアミドを重合させポリアクリ
ルアミドとした後、これをマンニッヒ反応、ホフマン分
解反応などによりカチオン性ポリマーとする方法などが
含まれる。 【００１４】本発明に用いられるビニル系モノマーとし
ては、（イ）非イオン性、（ロ）カチオン性で水溶性の
ものが用いられる。その具体例は、次の通りである。 【００１５】（イ）非イオン性ビニルモノマー （メタ）アクリルアミド、ビニルメチルエーテル、ビニ
ルエチルエーテルなど。 【００１６】（ロ）カチオン性ビニルモノマー 下記に示す（１―Ａ），（２―Ａ），（３―Ａ），（４
―Ａ）の群から選ばれたものである。 【００１７】（１―Ａ）第４級窒素含有（メタ）アクリ
レート［（メタ）アクリレートとはアクリレート、メタ
クリレートを指す。以下同様。］ 【００１８】（ｉ）（メタ）アクリロイロキシアルキル
トリアルキルアンモニウム塩たとえば２―（メタ）アク
リロイロキシエチルトリメチルアンモニウムクロリド、
２―（メタ）アクリロイロキシエチルトリメチルアンモ
ニウムメトサルフェート、２―（メタ）アクリロイロキ
シエチルトリエチルアンモニウムエトサルフェート、３
―（メタ）アクリロイロキシプロピルジメチルエチルア
ンモニウムメトサルフェートなど。 【００１９】（ｉｉ）（メタ）アクリロイロキシヒドロ
キシアルキルトリアルキルアンモニウム塩たとえば３―
メタクリロイロキシ―２―ヒドロキシプロピルトリメチ
ルアンモニウムクロリド、３―メタクリロイロキシ―２
―ヒドロキシプロピルメチルジエチルアンモニウムクロ
リド、３―メタクリロイロキシ―２―ヒドロキシプロピ
ルトリメチルアンモニウムメトサルフェートなど。 【００２０】（２―Ａ）第３級窒素含有（メタ）アクリ
レートと酸との塩 【００２１】（ｉ）ジアルキルアミノアルキル（メタ）
アクリレートの塩たとえば２―ジメチルアミノエチル
（メタ）アクリレート硫酸塩、２―ジエチルアミノエチ
ル（メタ）アクリレート塩酸塩など。 【００２２】（ｉｉ）ジアルキルアミノヒドロキシアル
キル（メタ）アクリレートの塩たとえば３―ジメチルア
ミノ―２―ヒドロキシプロピル（メタ）アクリレート塩
酸塩、３―ジエチルアミノ―２―ヒドロキシプロピル
（メタ）アクリレート硫酸塩など。 【００２３】（３―Ａ）第４級窒素含有（メタ）アクリ
ルアミド 【００２４】（ｉ）（メタ）アクリルアミドアルキルト
リアルキルアンモニウム塩たとえば３―アクリルアミド
プロピルトリメチルアンモニウムクロリド、２―（メ
タ）アクリロイルアミノエチルトリメチルアンモニウム
メトサルフェートなど。 【００２５】（ｉｉ）（メタ）アクリルアミドヒドロキ
シアルキルトリアルキルアンモニウム塩たとえば３―
（メタ）アクリロイルアミノ―２―ヒドロキシルプロピ
ルトリメチルアンモニウムクロリド、３―（メタ）アク
リロイルアミノエチルトリメチルアンモニウムメトサル
フェートなど。 【００２６】（４―Ａ）第３級窒素含有（メタ）アクリ
ルアミドと酸との塩 【００２７】（ｉ）ジアルキルアミノアルキル（メタ）
アクリルアミドの塩たとえば２―ジメチルアミノエチル
（メタ）アクリルアミド塩酸塩、２―ジエチルアミノプ
ロピル（メタ）アクリルアミド硫酸塩など。 【００２８】（ｉｉ）ジアルキルアミノヒドロキシアル
キル（メタ）アクリルアミドの塩たとえば３―ジメチル
アミノ―２―ヒドロキシプロピル（メタ）アクリルアミ
ド酢酸塩、３―ジエチルアミノ―２―ヒドロキシプロピ
ル（メタ）アクリルアミド硫酸塩など。 【００２９】また、多官能性モノマーとしては、Ｎ，
Ｎ’―メチレンビスアクリルアミド、Ｎ，Ｎ’―メチレ
ンビスメタアクリアミド、ポリエチレングリコールジ
（メタ）アクリレート、ポリプロピレングリコールジ
（メタ）アクリレート、ジビニルベンゼンなどのジビニ
ル化合物、メチロールメタアクリルアミドなどのビニル
系メチロール化合物、アクロレインなどのビニル系アル
デヒド化合物、メチルアクリルアミドグリコレートメチ
ルエーテルなどのビニル系化合物が挙げられる。 【００３０】本発明に用いられる重合体の多官能性モノ
マーは、水溶性ビニルモノマー全量に対して０．０００
５〜０．００３ｗｔ％の割合で配合し共重合したもので
ある。 【００３１】多官能性モノマーが０．０００５ｗｔ％未
満では通常用いられている高分子凝集剤と同等程度の効
果のものしか得られず、また０．００３ｗｔ％を越える
と汚泥に対する添加量が過大となり現実的な添加量の範
囲では、効果が認められなくなる。 【００３２】本発明に用いられるカチオン性ビニル系重
合体のカチオン度（カチオン性高分子凝集剤物性表示法
と分析法―３、高分子凝集剤工業会による）は１ｍｅｑ
／ｇ以上、好ましくは１．５ｍｅｑ／ｇ以上が特に有効
である。 【００３３】汚泥に添加するあるいは含まれる金属塩と
しては、ポリ塩化アルミニウム、硫酸バンド、塩化第２
鉄、硫酸第１鉄、硫酸第２鉄、ポリ鉄、アルミン酸ソー
ダが挙げられる。汚泥中には、これらの金属塩が１種ま
たは２種類以上含まれていても良い。 【００３４】これらの金属塩の添加量ならびに含有量
は、処理対象の汚泥の性状により適性値は変化するが、
汚泥に対し、１５００ｐｐｍから４０００ｐｐｍが経済
性からも一般に好ましい範囲である。 【００３５】本発明に用いられる重合体は、通常使用さ
れている公知の重合法によって共重合することができ
る。 【００３６】特に、疎水性界面活性剤と有機溶媒中で前
記水溶性ビニルモノマーと小量の多官能性モノマーとを
共重合する方法が好ましい。 【００３７】また、必要に応じて連鎖移動剤、キレート
剤等を用いることができる。また、多官能基モノマーは
重合前・重合中・重合後のいずれの時期に添加しても良
い。 【００３８】たとえば、水溶性ビニルモノマーと多官能
性モノマーを含む水溶液と、ＨＬＢが３〜６である疎水
性界面活性剤を含む有機分散媒とを混合し乳化させた
後、ラジカル重合触媒の存在下、温度３０〜８０℃で重
合させ油中水型カチオン性重合体エマルションを製造す
る方法がある（特願昭６１―２３６２５０号）。 【００３９】この油中水型エマルションに親水性界面活
性剤を添加して水に混合し、水中油型のエマルションに
転相し使用する。 【００４０】また、本発明のカチオン性ポリマーを得る
方法としては、あらかじめポリマーを形成させたあと、
その官能基を変性することにより、最終的にカチオン性
ポリマーとする方法でも良い。 【００４１】例えば、あらかじめアクリルアミドを重合
させポリアクリルアミドとした後、これをマンニッヒ反
応、ホフマン分解反応などによりカチオン性ポリマーと
する方法などが含まれる。 【００４２】本発明において使用する重合体の形状とし
ては、粉状でも、エマルション、サスペンション等の液
状品であっても良いが、水分散性の良好なエマルション
が好ましい。 【００４３】このような重合体を金属塩を添加しあるい
は含まれる汚泥に添加し、攪拌混合すると締まった堅い
フロックが得られる。 【００４４】金属塩の添加時期については、重合体の添
加前に添加して混合攪拌する、あるいは重合体とともに
添加する場合のどちらでもよい。 【００４５】重合体を汚泥に添加、攪拌、混合する方法
は、処理する汚泥の条件によって変わるので特定されな
いが、例えば本重合体を有効成分で０．２ｗｔ％に溶解
したものを汚泥の蒸発残留物（下水道試験法による）に
対して重合体有効成分で０．１ｗｔ％以上、５ｗｔ％以
下好ましくは２〜０．３ｗｔ％程度添加し、急速攪拌を
短時間行いフロックを形成させ、これを脱水するなどの
方法が挙げられる。 【００４６】以下、実施例をあげ、さらに具体的に説明
する。 【００４７】 【実施例及び比較例】ジメチルアミノエチルアクリレー
トの塩化メチル４級化物（ＤＭＡＥＡ）２４０．０ｇ、
及びアクリルアミド（ＡＭＤ）１６０．０ｇ、及びメチ
レンビスアクリルアミド（ＭＢＡ）０ｇ（Ｓａｍｐｌｅ
Ａ，０ｗｔ％）、０．００４ｇ（Ｓａｍｐｌｅ Ｂ，
０．００１ｗｔ％）、０．０１ｇ（Ｓａｍｐｌｅ Ｃ，
０．００２５ｗｔ％）、０．０２ｇ（Ｓａｍｐｌｅ
Ｄ，０．００５ｗｔ％）を蒸留水３０７ｇに溶解した水
溶液をＨＬＢ４．２のノニオン系界面活性剤１５．４ｇ
をパラフィン油２０４．７ｇ中に注ぎ、ホモジナイザー
にて乳化させた。 【００４８】これを窒素ガスにて脱気し、水溶性アゾ触
媒を添加しカチオン性ビニル系重合体を重合させた。 【００４９】ジメチルアミノエチルアクリレートの塩化
メチル４級化物（ＤＭＡＥＡ）２３３．１ｇ，及びアク
リル酸ナトリウム（ＮａＡｃ）３２．３ｇ，アクリルア
ミド（ＡＭＤ）１３４．５ｇを蒸留水３０７ｇに溶解し
た水溶液をＨＬＢ４．２のノニオン系界面活性剤１５．
４ｇをパラフィン油２０４．７ｇ中に注ぎ、ホモジナイ
ザーにて乳化させた。 【００５０】これを窒素ガスにて脱気し、水溶性アゾ触
媒を添加し両性ビニル重合体を重合させた（Ｓａｍｐｌ
ｅ Ｅ）。 【００５１】これらの重合物を食品工場から採取した汚
泥（ＴＳ（蒸発残留物）０．６４％，ＳＳ（浮遊物質）
０．５８％，ＶＴＳ（蒸発残留物の強熱減量）７８．４
４％，ＶＳＳ（浮遊物質の強熱減量）８５．２５％）１
５０ｍｌを採取し、金属塩としてポリ鉄（Ｆｅ³⁺を１１
％以上含有するポリ鉄原液）を汚泥全量に対し１５００
ｐｐｍ添加して攪拌した後，ついで上記のように重合し
た各カチオン性ビニル系重合体および両性ビニル重合体
を汚泥ＴＳに対して０．６％添加し，ＣＳＴミキサーで
１０００ｒｐｍ，３０秒間攪拌した後、フロックサイズ
を目視にて判定し、次に６０ｍｅｓｈのスクリーン上に
注ぎ１０秒後の濾水量をメスシリンダーにて測定した。 【００５２】更に、スクリーン上に残った汚泥を円沈管
式遠心分離器で２０００ｒｐｍ，５分間脱水することに
より含水率を測定した。 【００５３】これらの結果とポリ鉄を添加していない場
合の結果を第１表に示す。 【００５４】第１表より、本発明の方法によれば汚泥を
効率よく脱水できる。 【００５５】ジメチルアミノエチルアクリレートの塩化
メチル４級化物（ＤＭＡＥＡ）３００．０ｇ、及びアク
リルアミド（ＡＭＤ）１００．０ｇ、及びメチレンビス
アクリルアミド（ＭＢＡ）０ｇ（Ｓａｍｐｌｅ Ｆ，０
ｗｔ％）、０．００４ｇ（Ｓａｍｐｌｅ Ｇ，０．００
１ｗｔ％）、０．０１ｇ（Ｓａｍｐｌｅ Ｈ，０．００
２５ｗｔ％）、０．０２ｇ（Ｓａｍｐｌｅ Ｉ，０．０
０５ｗｔ％）を蒸留水３０７ｇに溶解した水溶液をＨＬ
Ｂ４．２のノニオン系界面活性剤１５．４ｇをパラフィ
ン油２０４．７ｇ中に注ぎ、ホモジナイザーにて乳化さ
せた。 【００５６】これを窒素ガスにて脱気し、水溶性アゾ触
媒を添加しカチオン性ビニル系重合体を重合させた。 【００５７】ジメチルアミノエチルアクリレートの塩化
メチル４級化物（ＤＭＡＥＡ）２３５．５ｇ，及びアク
リル酸ナトリウム（ＮａＡｃ）１６．３ｇ，アクリルア
ミド（ＡＭＤ）１４８．１０ｇを蒸留水３０７ｇに溶解
した水溶液をＨＬＢ４．２のノニオン系界面活性剤１
５．４ｇをパラフィン油２０４．７ｇ中に注ぎ、ホモジ
ナイザーにて乳化させた。 【００５８】これを窒素ガスにて脱気し、水溶性アゾ触
媒を添加し両性ビニル重合体を重合させた（Ｓａｍｐｌ
ｅ Ｊ）。 【００５９】これらの重合物を下水処理場から採取した
混合汚泥（ＴＳ １．８５％，ＳＳ１．６８％，ＶＴＳ
６５．４５％，ＶＳＳ ６５．２９％）３００ｍｌを
ビーカーに取り、金属塩としてポリ塩化アルミニウム
（Ａｌ₂Ｏ₃として１０％含有するポリ塩化アルミニウム
原液）を汚泥全量に対し２０００ｐｐｍ添加し攪拌した
後，ついで上記のように重合した各カチオン性ビニル系
重合体および両性ビニル重合体を汚泥ＴＳに対し０．６
％添加し，三枚羽ミキサーで４００ｒｐｍ，３０秒間攪
拌した後、フロックサイズを目視にて判定し、次に６０
ｍｅｓｈのスクリーン上に注ぎ１０秒後の濾水量をメス
シリンダーにて測定した。 【００６０】更に、スクリーン上に残った汚泥を加圧式
脱水試験機で０．０５，０．１０，０．１５，０．２０
ｋｇ／ｃｍ²の各面圧力で１分間ずつ加圧脱水し含水率
を測定した。これらの結果とＡｌ₂Ｏ₃として１０％含有
するポリ塩化アルミニウム原液を添加していない場合の
結果を第２表に示す。 【００６１】 【表１】【００６２】 【表２】 【００６３】 【発明の効果】本発明の方法によれば汚泥を効率よく脱
水できる。

【図面の簡単な説明】 【図１】一般的な処理フロー図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 町田 益造 横浜市栄区笠間町1190番地 三井サイテ ック株式会社 大船技術研究所内 (56)参考文献 特開 昭64−85199（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−200897（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−180700（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−16599（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−313998（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−313997（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−314000（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C02F 11/12 - 11/14

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 有機汚泥に、ポリ塩化アルミニウム、硫
   酸バンド、塩化第２鉄、硫酸第１鉄、硫酸第２鉄、ポリ
   鉄、アルミン酸ソーダから選ばれる金属塩を添加し、汚
   泥の負電荷を低下させた後、多官能性モノマーを全モノ
   マーに対して０．０００５ｗｔ％から０．００３ｗｔ％
   の範囲で加えて重合して得られたカチオン性ビニル系重
   合体を加え、フロックを形成させ脱水することを特徴と
   する汚泥脱水方法。