JP3482973B2 - 下水の凝集処理方法 - Google Patents
下水の凝集処理方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は下水の凝集処理方法の改
良に関するものである。さらに詳しくいえば、本発明
は、無機凝集剤と両性有機高分子凝集剤を用いることに
より、懸濁物質を効果的に凝集させるとともに、脱水性
の良好な凝集物を与える下水の凝集処理方法に関するも
のである。 【０００２】 【従来の技術】下水の処理方法として、最初沈殿池の代
わりに、凝集処理によって、下水中に含まれる懸濁物質
の大部分を除去する方法が提案されている（特開平３−
９８６９９号公報）。この方法によれば、まず下水に無
機凝集剤を添加し、次いでアニオン系有機高分子凝集剤
を添加して凝集処理が行われる。しかしながら、前記方
法において用いられるアニオン系有機高分子凝集剤は懸
濁物質の凝集性には優れるものの、その凝集物の脱水性
については十分に満足しうるものではない。この脱水性
を向上させるためには、カチオン系有機高分子凝集剤の
使用が不可欠であるが、この場合、２種類の凝集剤を使
用することになり、管理上不都合である。また、カチオ
ン系有機高分子凝集剤においては、その凝集物は、アニ
オン系有機高分子凝集剤による凝集物よりも脱水性に優
れるものの、懸濁物質の凝集性は劣り、処理水濁度が高
くなるのを免れないという欠点がある。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
事情のもとで、懸濁物質を効果的に凝集させ、濁度の低
い処理水を与えるとともに、脱水性の良好な凝集物を与
える下水の凝集処理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、特定の組成と
物性を有する両性高分子共重合体が、アニオン系有機高
分子凝集剤と同等な懸濁物質の凝集性を示し、かつ凝集
物の脱水性はカチオン系有機高分子凝集剤使用時よりも
優れていること、そして、下水に無機凝集剤を添加した
のち、該両性高分子共重合体を有効成分として含有する
有機高分子凝集剤を添加することにより、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、下水に無機凝集剤を
添加・撹拌したのち、有機高分子凝集剤を添加して下水
中の懸濁物質を凝集し、固液分離するに当たり、該有機
高分子凝集剤として、（Ａ）一般式 【化５】[式中のＲ1は炭化水素基、Ｒ2及びＲ3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、(Ｘ1)-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Ｒ4は炭化水素基、Ｒ5及びＲ6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、(Ｘ2)-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Ｒ7は水素原子又はメチル基、Ｍは水素原子又は
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Ｒ8は水素原子又はメチル基である]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、各構成単位の含有量が （１）１５モル％≦(Ａ)単位＋(Ｂ)単位≦４０モル％ （２）０.１≦(Ａ)単位／[(Ａ)単位＋(Ｂ)単位]モル比
≦０.５ 及び （３）５モル％≦(Ｃ)単位≦１０モル％ の関係式を満たし、かつ１Ｎ−硝酸ナトリウム水溶液
中、温度３０℃での固有粘度が８.０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下水の凝集処理方法を提供す
るものである。 【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、例えば硫酸アルミニウム、ポリ塩化アルミ
ニウム、塩化第二鉄、ポリ硫酸鉄などを挙げることがで
きるが、これらの中で特にポリ塩化アルミニウムは他の
無機凝集剤よりも低添加量での凝集性に優れており、最
適な無機凝集剤である。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く、ま
たその添加量は、下水中の懸濁物質濃度に左右される
が、アルミニウムあるいは鉄として、おおよそ３〜１０
ｇ／ｍ3・下水の範囲にあるのがよい。該無機凝集剤添
加後の下水のpHは、通常添加前のpHより０.２〜０.５程
度低下するのみである。本発明方法においては、このよ
うに無機凝集剤を添加・撹拌したのち、有機高分子凝集
剤が添加される。この有機高分子凝集剤は、（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。 【０００７】前記一般式［１］及び［２］において、Ｒ
1及びＲ4は、例えば炭素数１〜４のアルキル基、ベンジ
ル基、ヒドロキシメチル基などの炭化水素基である。ま
た、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ5及びＲ6は炭素数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。該
炭素数１〜４のアルキル基としては、メチル基、エチル
基、ｎ−プロピル基、イソプロピル基、ｎ−ブチル基、
イソブチル基、ｓｅｃ−ブチル基及びｔ−ブチル基が挙
げられる。さらに、(Ｘ1)-及び(Ｘ2)-は塩素イオン、臭
素イオン、ヨウ素イオンなどのハロゲンイオン、ＨＳＯ
4 -、１／２ＳＯ4 2-、ＮＯ3 -、ＣＨ3ＳＯ4 -、Ｃ2Ｈ5ＳＯ
4 -、ＣＨ3ＣＯＯ-、ＨＣＯＯ-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は水素原子又はメチル基である。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エチルアミノエチル
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。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
四級化物やジエ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、アクリルアミド及びメタクリルアミドを挙げること
ができ、これらは単独で用いてもよいし、その両方を組
み合わせて用いてもよい。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、ビニルイミダゾール、アリルアミンなどを挙げるこ
とができる。 【０００８】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、アクリロニトニル、
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。また、該両性高分子共重合体は、各
構成単位の含有量が （１）１５モル％≦(Ａ)単位＋(Ｂ)単位≦４０モル％ （２）０.１≦(Ａ)単位／[(Ａ)単位＋(Ｂ)単位]モル比
≦０.５ 及び （３）５モル％≦(Ｃ)単位≦１０モル％ の関係式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。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
ナトリウム水溶液中、温度３０℃での測定値が８.０デ
シリットル／ｇ以上であればよいが、安定した効果を示
すには１０.０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
化ベンゾイルなどの水不溶性開始剤を用いて重合を行っ
てもよい。 【０００９】本発明方法において用いられる有機高分子
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。前記有機高分子
凝集剤は、下水に対して、該両性高分子共重合体が３〜
１０ｇ／ｍ3になるような割合で添加するのが好まし
い。本発明方法において処理対象となる下水には、一般
家庭や特定事業場からの排水の他、これらの排水の最初
沈殿池流出水、活性汚泥処理後の最終沈殿池流出水など
も含まれる。また、該有機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。本発明方法により下水を凝集処理するには、まず、
無機凝集剤を添加して混合・撹拌したのち、有機高分子
凝集剤を添加するか、あるいは該有機高分子凝集剤とと
もに造粒凝集槽に導入する。この造粒凝集槽としては、
槽下部若しくは底部に、無機凝集剤と有機高分子凝集剤
を含む下水流入管、あるいは無機凝集剤を含む下水流入
管と有機高分子凝集剤注入管を開口させ、槽上部に清登
水流出口を開口させた槽であって、槽内部に有する撹拌
羽根で前記槽内に供給される下水と有機高分子凝集剤と
を撹拌して懸濁物質を凝集・造粒する反応槽であれば適
用できる。具体的には特公平２−８７６１号公報にて提
案されている凝集反応槽などを挙げることができる。こ
のようにして造粒凝集槽にて生成させた造粒物は、その
まま、あるいは分離液を除去したのちに脱水機に供給
し、従来法と同様にして脱水を行う。該脱水機として
は、例えば遠心脱水機、真空脱水機、ベルトプレス型脱
水機、スクリュープレスなど、従来より使用されている
脱水機を挙げることができる。 【００１０】次に、本発明の好適な実施態様の１例を添
付図面に従って説明する。図１は本発明方法の１例を示
すフローチャートであって、下水はスクリーンを経て流
量調整池１に貯留される。調整池１内の下水は、懸濁物
質が沈殿しないように水中ポンプ１ａによって撹拌され
る。この調整池１内の下水はポンプ２ａ及び配管２ｂを
経て反応槽３の底部に導入され、撹拌機３Ａによって撹
拌される。この反応槽３へ、助剤希釈タンク４内の無機
凝集剤が助剤注入ポンプ５ａ及び配管５ｂを介して注入
され、下水はこの無機凝集剤と十分に混合される。無機
凝集剤と混合された下水は、次いで配管６を経て造粒凝
集槽７に導入される。この造粒凝集槽７へ、撹拌機８Ａ
を備えたポリマー溶解槽８内の有機高分子凝集剤がポン
プ８ａおよび配管（薬注管）８ｂを経て導入される。造
粒凝集槽７内で、撹拌機７Ａの回転により液が旋回され
るのに伴って、下水中の懸濁物質が凝集・造粒され、造
粒物となる。造粒凝集槽７で凝集されなかった液体は、
処理水として造粒凝集槽７の上部より越流し、配管９ａ
を経て処理水槽１０へ送られる。さらに、放流先の水質
基準によって、塩素滅菌したのちに処理水排出ポンプ１
０ａ及び配管１０ｂを経て放流されるか、あるいは塩素
滅菌せずに高次処理施設（図示せず）へ送られる。造粒
物は、小量の液とともに配管（排泥管）９ｂを経て脱水
機（図示せず）へ送られる。 【００１１】 【作用】本発明の作用機構は以下に示すように推定され
る。まず、無機凝集剤は分子量が極めて小さく、凝集フ
ロックを形成しないので、微細な懸濁物質と十分に反応
して、荷電の中和が行われる。この無機凝集剤による荷
電の中和が進行するに伴い、高分子凝集剤のカチオン基
が反応する懸濁物質表面のアニオン性部分が減少し、ア
ニオン基が反応する酸性の金属水酸化物が増加する。こ
のため、カチオン系有機高分子凝集剤を使用した場合に
は、懸濁物質を十分に補足できなくなり、処理水濁度は
高くなってしまう。また、アニオン系有機高分子凝集剤
を使用した場合には、アニオン基の反応性が大きすぎる
ために懸濁物質表面全体をアニオン系有機高分子凝集剤
が覆ってしまい、粗大フロック化することができなくな
る。一方、本発明で示す組成以外の両性有機高分子凝集
剤、例えばカチオン量の多い両性有機高分子凝集剤の場
合には、カチオン基の嵩高さの影響でアニオン基の懸濁
物質表面への反応性が低下してしまい、処理水濁度が高
くなる。また、アニオン量の多い両性有機高分子凝集剤
を用いると、ポリイオンコンプレックスを形成しやすく
なり、懸濁物質との反応速度が非常に低下してしまい、
やはり処理水濁度が高くなってしまう。これに対して、
本発明の特定の両性有機高分子凝集剤を用いると、アニ
オン基が懸濁物質表面に反応する際に、同一分子内に存
在する適量のカチオン基の作用によって、表面全体を凝
集剤で覆うということも、また、ほとんど反応しないと
いうこともなく、一部の基は懸濁物質表面と反応し、一
部の基はフリ−な状態で存在するということになる。こ
のフリ−なアニオン基は他の懸濁物質表面と反応した
り、また、他の凝集剤分子のカチオン基とイオン結合す
ることによって、次第に大きく強固なフロックを形成す
ることができる。一方、カチオン基の一部は加水分解に
よってアニオン基となり、前記の反応に関与する。この
ような凝集フロックは、造粒凝集槽内で造粒され、脱水
性の良好な造粒物となる。この造粒物を機械脱水するこ
とにより、効率のよい脱水処理を行うことができる。ま
た、懸濁物質の補足率が非常に高いため、清澄性の高い
分離水を得ることができる。 【００１２】 【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。なお、実施例及び比較例で使用した有
機高分子凝集剤を第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
の塩化メチル四級化物 ＤＡＡ(CH3Cl)：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 ＤＡＭ(HCl)：ジメチルアミノエチルメタクリレートの
塩酸塩 ＡＡｍ：アクリルアミド ＡＡ：アクリル酸 ＮａＡ：アクリル酸ナトリウム 【００１３】 【表１】【００１４】 【表２】 【００１５】実施例１〜８、比較例１〜６ Ｔ下水処理場の流入下水に、ポリ塩化アルミニウムを５
ｇ−Ａｌ／ｍ3注入し、反応槽内で撹拌・混合したの
ち、有機高分子凝集剤を注入する。この下水をただちに
直径５００mm中、高さ１５００mmの円筒形造粒凝集槽に
導く。上下二段の撹拌羽根で槽内を撹拌し、スラッジブ
ランケット層高さ１０００mm、清澄液部深さ５００mm、
下水通水量５ｍ3／hrで運転した。流入下水の性状は以
下のとおりであった。 ＳＳ：１６０mg／リットル 濁度：１００度 ＢＯＤ：１５０mg／リットル ＣＯＤＭｎ：９８mg／リットル 槽上部よりオーバーフローで排出される分離水の濁度を
測定し、懸濁物質の除去率を算出した。 実施例９〜４０、比較例７〜３０ 前述の操作で造粒凝集槽内で濃縮された造粒物を適宜引
き抜き、重力ろ過試験と圧搾脱水試験に供した。この重
力ろ過試験と圧搾脱水試験の操作は次のとおりである。
ＳＳ濃度を０.１％に調整した造粒物２００ミリリット
ルを３００ミリリットルビーカーに採り、そのまま、若
しくは造粒に用いた有機高分子凝集剤を０.１、０.２及
び０.３％／ＳＳ添加し、スパーテルで１８０rpmで３０
秒間撹拌したのち、ナイロンろ布を敷いたヌッチェロー
トに置いた内径５０mmの塩ビパイプに造粒物を注ぎ込
み、１０秒後のろ液量を測定し、またろ液の清澄性を目
視で判定した。ヌッチェロート上の造粒物はその一定量
をベルトプレス用ろ布に採り、面圧１kg／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。なお、剥離性については目視判定し
た。造粒凝集槽での懸濁物質の除去率の結果を第３表
に、重力ろ過試験と圧搾脱水試験の結果を第４表及び第
５表に示す。 【００１６】 【表３】 【００１７】 【表４】【００１８】 【表５】【００１９】これらの結果から、本発明で示す両性有機
高分子凝集剤の懸濁物質除去性は、アニオン系有機高分
子凝集剤と同等以上であることが確認された。また、本
凝集剤を使用して得られる造粒物の脱水性は、従来のカ
チオン系有機高分子凝集剤や他の組成の両性有機高分子
凝集剤よりも優れていることが確認された。 【００２０】 【発明の効果】本発明方法によると、このように無機凝
集剤と特定の組成を有する両性有機高分子凝集剤とを用
いて造粒凝集槽で懸濁物質の凝集・造粒を効率よく行う
ことで、脱水性の良好な造粒物と清澄性の高い分離液を
得ることができる。
良に関するものである。さらに詳しくいえば、本発明
は、無機凝集剤と両性有機高分子凝集剤を用いることに
より、懸濁物質を効果的に凝集させるとともに、脱水性
の良好な凝集物を与える下水の凝集処理方法に関するも
のである。 【０００２】 【従来の技術】下水の処理方法として、最初沈殿池の代
わりに、凝集処理によって、下水中に含まれる懸濁物質
の大部分を除去する方法が提案されている（特開平３−
９８６９９号公報）。この方法によれば、まず下水に無
機凝集剤を添加し、次いでアニオン系有機高分子凝集剤
を添加して凝集処理が行われる。しかしながら、前記方
法において用いられるアニオン系有機高分子凝集剤は懸
濁物質の凝集性には優れるものの、その凝集物の脱水性
については十分に満足しうるものではない。この脱水性
を向上させるためには、カチオン系有機高分子凝集剤の
使用が不可欠であるが、この場合、２種類の凝集剤を使
用することになり、管理上不都合である。また、カチオ
ン系有機高分子凝集剤においては、その凝集物は、アニ
オン系有機高分子凝集剤による凝集物よりも脱水性に優
れるものの、懸濁物質の凝集性は劣り、処理水濁度が高
くなるのを免れないという欠点がある。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
事情のもとで、懸濁物質を効果的に凝集させ、濁度の低
い処理水を与えるとともに、脱水性の良好な凝集物を与
える下水の凝集処理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、特定の組成と
物性を有する両性高分子共重合体が、アニオン系有機高
分子凝集剤と同等な懸濁物質の凝集性を示し、かつ凝集
物の脱水性はカチオン系有機高分子凝集剤使用時よりも
優れていること、そして、下水に無機凝集剤を添加した
のち、該両性高分子共重合体を有効成分として含有する
有機高分子凝集剤を添加することにより、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、下水に無機凝集剤を
添加・撹拌したのち、有機高分子凝集剤を添加して下水
中の懸濁物質を凝集し、固液分離するに当たり、該有機
高分子凝集剤として、（Ａ）一般式 【化５】[式中のＲ1は炭化水素基、Ｒ2及びＲ3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、(Ｘ1)-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Ｒ4は炭化水素基、Ｒ5及びＲ6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、(Ｘ2)-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Ｒ7は水素原子又はメチル基、Ｍは水素原子又は
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Ｒ8は水素原子又はメチル基である]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、各構成単位の含有量が （１）１５モル％≦(Ａ)単位＋(Ｂ)単位≦４０モル％ （２）０.１≦(Ａ)単位／[(Ａ)単位＋(Ｂ)単位]モル比
≦０.５ 及び （３）５モル％≦(Ｃ)単位≦１０モル％ の関係式を満たし、かつ１Ｎ−硝酸ナトリウム水溶液
中、温度３０℃での固有粘度が８.０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下水の凝集処理方法を提供す
るものである。 【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、例えば硫酸アルミニウム、ポリ塩化アルミ
ニウム、塩化第二鉄、ポリ硫酸鉄などを挙げることがで
きるが、これらの中で特にポリ塩化アルミニウムは他の
無機凝集剤よりも低添加量での凝集性に優れており、最
適な無機凝集剤である。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く、ま
たその添加量は、下水中の懸濁物質濃度に左右される
が、アルミニウムあるいは鉄として、おおよそ３〜１０
ｇ／ｍ3・下水の範囲にあるのがよい。該無機凝集剤添
加後の下水のpHは、通常添加前のpHより０.２〜０.５程
度低下するのみである。本発明方法においては、このよ
うに無機凝集剤を添加・撹拌したのち、有機高分子凝集
剤が添加される。この有機高分子凝集剤は、（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。 【０００７】前記一般式［１］及び［２］において、Ｒ
1及びＲ4は、例えば炭素数１〜４のアルキル基、ベンジ
ル基、ヒドロキシメチル基などの炭化水素基である。ま
た、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ5及びＲ6は炭素数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。該
炭素数１〜４のアルキル基としては、メチル基、エチル
基、ｎ−プロピル基、イソプロピル基、ｎ−ブチル基、
イソブチル基、ｓｅｃ−ブチル基及びｔ−ブチル基が挙
げられる。さらに、(Ｘ1)-及び(Ｘ2)-は塩素イオン、臭
素イオン、ヨウ素イオンなどのハロゲンイオン、ＨＳＯ
4 -、１／２ＳＯ4 2-、ＮＯ3 -、ＣＨ3ＳＯ4 -、Ｃ2Ｈ5ＳＯ
4 -、ＣＨ3ＣＯＯ-、ＨＣＯＯ-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は水素原子又はメチル基である。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エチルアミノエチル
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。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
四級化物やジエ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、アクリルアミド及びメタクリルアミドを挙げること
ができ、これらは単独で用いてもよいし、その両方を組
み合わせて用いてもよい。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、ビニルイミダゾール、アリルアミンなどを挙げるこ
とができる。 【０００８】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、アクリロニトニル、
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。また、該両性高分子共重合体は、各
構成単位の含有量が （１）１５モル％≦(Ａ)単位＋(Ｂ)単位≦４０モル％ （２）０.１≦(Ａ)単位／[(Ａ)単位＋(Ｂ)単位]モル比
≦０.５ 及び （３）５モル％≦(Ｃ)単位≦１０モル％ の関係式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。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
ナトリウム水溶液中、温度３０℃での測定値が８.０デ
シリットル／ｇ以上であればよいが、安定した効果を示
すには１０.０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
化ベンゾイルなどの水不溶性開始剤を用いて重合を行っ
てもよい。 【０００９】本発明方法において用いられる有機高分子
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。前記有機高分子
凝集剤は、下水に対して、該両性高分子共重合体が３〜
１０ｇ／ｍ3になるような割合で添加するのが好まし
い。本発明方法において処理対象となる下水には、一般
家庭や特定事業場からの排水の他、これらの排水の最初
沈殿池流出水、活性汚泥処理後の最終沈殿池流出水など
も含まれる。また、該有機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。本発明方法により下水を凝集処理するには、まず、
無機凝集剤を添加して混合・撹拌したのち、有機高分子
凝集剤を添加するか、あるいは該有機高分子凝集剤とと
もに造粒凝集槽に導入する。この造粒凝集槽としては、
槽下部若しくは底部に、無機凝集剤と有機高分子凝集剤
を含む下水流入管、あるいは無機凝集剤を含む下水流入
管と有機高分子凝集剤注入管を開口させ、槽上部に清登
水流出口を開口させた槽であって、槽内部に有する撹拌
羽根で前記槽内に供給される下水と有機高分子凝集剤と
を撹拌して懸濁物質を凝集・造粒する反応槽であれば適
用できる。具体的には特公平２−８７６１号公報にて提
案されている凝集反応槽などを挙げることができる。こ
のようにして造粒凝集槽にて生成させた造粒物は、その
まま、あるいは分離液を除去したのちに脱水機に供給
し、従来法と同様にして脱水を行う。該脱水機として
は、例えば遠心脱水機、真空脱水機、ベルトプレス型脱
水機、スクリュープレスなど、従来より使用されている
脱水機を挙げることができる。 【００１０】次に、本発明の好適な実施態様の１例を添
付図面に従って説明する。図１は本発明方法の１例を示
すフローチャートであって、下水はスクリーンを経て流
量調整池１に貯留される。調整池１内の下水は、懸濁物
質が沈殿しないように水中ポンプ１ａによって撹拌され
る。この調整池１内の下水はポンプ２ａ及び配管２ｂを
経て反応槽３の底部に導入され、撹拌機３Ａによって撹
拌される。この反応槽３へ、助剤希釈タンク４内の無機
凝集剤が助剤注入ポンプ５ａ及び配管５ｂを介して注入
され、下水はこの無機凝集剤と十分に混合される。無機
凝集剤と混合された下水は、次いで配管６を経て造粒凝
集槽７に導入される。この造粒凝集槽７へ、撹拌機８Ａ
を備えたポリマー溶解槽８内の有機高分子凝集剤がポン
プ８ａおよび配管（薬注管）８ｂを経て導入される。造
粒凝集槽７内で、撹拌機７Ａの回転により液が旋回され
るのに伴って、下水中の懸濁物質が凝集・造粒され、造
粒物となる。造粒凝集槽７で凝集されなかった液体は、
処理水として造粒凝集槽７の上部より越流し、配管９ａ
を経て処理水槽１０へ送られる。さらに、放流先の水質
基準によって、塩素滅菌したのちに処理水排出ポンプ１
０ａ及び配管１０ｂを経て放流されるか、あるいは塩素
滅菌せずに高次処理施設（図示せず）へ送られる。造粒
物は、小量の液とともに配管（排泥管）９ｂを経て脱水
機（図示せず）へ送られる。 【００１１】 【作用】本発明の作用機構は以下に示すように推定され
る。まず、無機凝集剤は分子量が極めて小さく、凝集フ
ロックを形成しないので、微細な懸濁物質と十分に反応
して、荷電の中和が行われる。この無機凝集剤による荷
電の中和が進行するに伴い、高分子凝集剤のカチオン基
が反応する懸濁物質表面のアニオン性部分が減少し、ア
ニオン基が反応する酸性の金属水酸化物が増加する。こ
のため、カチオン系有機高分子凝集剤を使用した場合に
は、懸濁物質を十分に補足できなくなり、処理水濁度は
高くなってしまう。また、アニオン系有機高分子凝集剤
を使用した場合には、アニオン基の反応性が大きすぎる
ために懸濁物質表面全体をアニオン系有機高分子凝集剤
が覆ってしまい、粗大フロック化することができなくな
る。一方、本発明で示す組成以外の両性有機高分子凝集
剤、例えばカチオン量の多い両性有機高分子凝集剤の場
合には、カチオン基の嵩高さの影響でアニオン基の懸濁
物質表面への反応性が低下してしまい、処理水濁度が高
くなる。また、アニオン量の多い両性有機高分子凝集剤
を用いると、ポリイオンコンプレックスを形成しやすく
なり、懸濁物質との反応速度が非常に低下してしまい、
やはり処理水濁度が高くなってしまう。これに対して、
本発明の特定の両性有機高分子凝集剤を用いると、アニ
オン基が懸濁物質表面に反応する際に、同一分子内に存
在する適量のカチオン基の作用によって、表面全体を凝
集剤で覆うということも、また、ほとんど反応しないと
いうこともなく、一部の基は懸濁物質表面と反応し、一
部の基はフリ−な状態で存在するということになる。こ
のフリ−なアニオン基は他の懸濁物質表面と反応した
り、また、他の凝集剤分子のカチオン基とイオン結合す
ることによって、次第に大きく強固なフロックを形成す
ることができる。一方、カチオン基の一部は加水分解に
よってアニオン基となり、前記の反応に関与する。この
ような凝集フロックは、造粒凝集槽内で造粒され、脱水
性の良好な造粒物となる。この造粒物を機械脱水するこ
とにより、効率のよい脱水処理を行うことができる。ま
た、懸濁物質の補足率が非常に高いため、清澄性の高い
分離水を得ることができる。 【００１２】 【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。なお、実施例及び比較例で使用した有
機高分子凝集剤を第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
の塩化メチル四級化物 ＤＡＡ(CH3Cl)：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 ＤＡＭ(HCl)：ジメチルアミノエチルメタクリレートの
塩酸塩 ＡＡｍ：アクリルアミド ＡＡ：アクリル酸 ＮａＡ：アクリル酸ナトリウム 【００１３】 【表１】【００１４】 【表２】 【００１５】実施例１〜８、比較例１〜６ Ｔ下水処理場の流入下水に、ポリ塩化アルミニウムを５
ｇ−Ａｌ／ｍ3注入し、反応槽内で撹拌・混合したの
ち、有機高分子凝集剤を注入する。この下水をただちに
直径５００mm中、高さ１５００mmの円筒形造粒凝集槽に
導く。上下二段の撹拌羽根で槽内を撹拌し、スラッジブ
ランケット層高さ１０００mm、清澄液部深さ５００mm、
下水通水量５ｍ3／hrで運転した。流入下水の性状は以
下のとおりであった。 ＳＳ：１６０mg／リットル 濁度：１００度 ＢＯＤ：１５０mg／リットル ＣＯＤＭｎ：９８mg／リットル 槽上部よりオーバーフローで排出される分離水の濁度を
測定し、懸濁物質の除去率を算出した。 実施例９〜４０、比較例７〜３０ 前述の操作で造粒凝集槽内で濃縮された造粒物を適宜引
き抜き、重力ろ過試験と圧搾脱水試験に供した。この重
力ろ過試験と圧搾脱水試験の操作は次のとおりである。
ＳＳ濃度を０.１％に調整した造粒物２００ミリリット
ルを３００ミリリットルビーカーに採り、そのまま、若
しくは造粒に用いた有機高分子凝集剤を０.１、０.２及
び０.３％／ＳＳ添加し、スパーテルで１８０rpmで３０
秒間撹拌したのち、ナイロンろ布を敷いたヌッチェロー
トに置いた内径５０mmの塩ビパイプに造粒物を注ぎ込
み、１０秒後のろ液量を測定し、またろ液の清澄性を目
視で判定した。ヌッチェロート上の造粒物はその一定量
をベルトプレス用ろ布に採り、面圧１kg／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。なお、剥離性については目視判定し
た。造粒凝集槽での懸濁物質の除去率の結果を第３表
に、重力ろ過試験と圧搾脱水試験の結果を第４表及び第
５表に示す。 【００１６】 【表３】 【００１７】 【表４】【００１８】 【表５】【００１９】これらの結果から、本発明で示す両性有機
高分子凝集剤の懸濁物質除去性は、アニオン系有機高分
子凝集剤と同等以上であることが確認された。また、本
凝集剤を使用して得られる造粒物の脱水性は、従来のカ
チオン系有機高分子凝集剤や他の組成の両性有機高分子
凝集剤よりも優れていることが確認された。 【００２０】 【発明の効果】本発明方法によると、このように無機凝
集剤と特定の組成を有する両性有機高分子凝集剤とを用
いて造粒凝集槽で懸濁物質の凝集・造粒を効率よく行う
ことで、脱水性の良好な造粒物と清澄性の高い分離液を
得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明方法の１例を示すフローチャート
である。 【符号の説明】 １ 流量調整池 ３ 反応槽 ４ 助剤希釈タンク ７ 造粒凝集槽 ８ ポリマー溶解槽 １０ 処理水槽
である。 【符号の説明】 １ 流量調整池 ３ 反応槽 ４ 助剤希釈タンク ７ 造粒凝集槽 ８ ポリマー溶解槽 １０ 処理水槽
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フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平７−256300（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)
特開 平２−78499（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−298300（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−246406（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
C02F 1/52 - 1/56
B01D 21/01
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】下水に無機凝集剤を添加・撹拌したのち、
有機高分子凝集剤を添加して下水中の懸濁物質を凝集
し、固液分離するに当たり、該有機高分子凝集剤とし
て、(Ａ)一般式 【化１】 [式中のＲ1は炭化水素基、Ｒ2及びＲ3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、(Ｘ1)-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Ｒ4は炭化水素基、Ｒ5及びＲ6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、(Ｘ2)-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Ｒ7は水素原子又はメチル基、Ｍは水素原子又は
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Ｒ8は水素原子又はメチル基である]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、各構成単位の含有量が （１）１５モル％≦(Ａ)単位＋(Ｂ)単位≦４０モル％ （２）０.１≦(Ａ)単位／[(Ａ)単位＋(Ｂ)単位]モル比
≦０.５ 及び （３）５モル％≦(Ｃ)単位≦１０モル％ の関係式を満たし、かつ１Ｎ−硝酸ナトリウム水溶液
中、温度３０℃での固有粘度が８.０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下水の凝集処理方法。
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Family Applications (1)
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- 1994-06-01 JP JP14236894A patent/JP3482973B2/ja not_active Expired - Fee Related
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