JP4661998B2 - 汚泥脱水方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、汚泥脱水方法に関する。さらに詳しくは、本発明は、下水、し尿、産業排水などより生ずる生物処理汚泥が含まれる有機性汚泥を、安定して効率的に脱水することができる汚泥脱水方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、都市下水やし尿処理などから発生する生物処理汚泥を含む有機性汚泥は、有機物含有量の増加や腐敗などにより、汚泥脱水に必要な脱水剤の添加率が増加し、脱水ケーキの含水率が高く、汚泥処理量も低く抑えざるを得ないなど、難脱水化の傾向にある。これらの難脱水性汚泥に対しては、従来より、種々の脱水方法が試みられている。
例えば、特開昭６３−１５８２００号公報には、脱水ケーキの含水率が低く、ろ布剥離性が良好な汚泥の脱水方法として、無機凝集剤添加後のpH値が５〜８である有機質汚泥に対して両性有機高分子凝集剤を添加し、次いで脱水する汚泥の脱水方法が提案されている。また、特公平３−４７１６０号公報には、生成するフロックの強度が大きく、脱水が容易で、ケーキの含水率が低く、懸濁物質の分離水への流出が少ない有機性汚泥の脱水法として、余剰汚泥に硫酸バンドなどの金属塩を使用して凝集処理し、さらに第４級アンモニウム基を有するカチオン性高分子凝集剤を添加して脱水する方法が提案されている。さらに、特公平６−２３９号公報には、汚泥の処理能力が大きく、懸濁物質の回収率が高く、ろ布からの脱水ケーキの剥離性が良好であり、脱水ケーキの含水量を低減することができる有機性汚泥の脱水方法として、有機性汚泥に無機凝集剤を添加し、さらに特定のコロイド当量値とアニオン量／カチオン量の比を有する両性有機高分子凝集剤を添加したのち、脱水する方法が提案されている。このような２種以上の薬剤を併用して脱水する方法は、難脱水性汚泥の脱水性改善に効果があり、広く用いられるようになっている。しかし、これらの従来の技術には、薬品コストが高い、効果に汎用性が乏しい、設備や作業が煩雑になるなどの問題点がある。
このために、下水、し尿、産業排水などから生ずる生物処理汚泥を含む有機性汚泥に広く適用することができ、少量の薬剤の添加により効果的に脱水して、フロックの強度が大きく、ろ布からの剥離性が良好で、含水率の低いケーキを得ることができる汚泥脱水方法が求められていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、下水、し尿、産業排水などより生ずる生物処理汚泥が含まれる有機性汚泥を、安定して効率的に脱水することができる汚泥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、上記の課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、有機性汚泥に対して、第四級アンモニウム基を有するモノマー単位、(メタ)アクリルアミド単位及び第四級アンモニウム基を有するモノマー単位の数以上の(メタ)アクリル酸単位を有し、固有粘度が５ｄＬ／ｇ以上であり、ηsp／ｃ＝［η］＋ｋ'ｃにおけるｋ'の値が３０〜５０ｄＬ2／ｇ2であり、水溶液が特定の曳糸長と１ｒｐｍ外挿粘度を有する両性ポリマー及び無機凝集剤を添加して脱水することにより、極めて良好で安定した脱水を行い得ることを見いだし、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、
（１）有機性汚泥に対して、(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クロライド単位、(メタ)アクリルアミド単位及びアクリル酸若しくはアクリル酸ナトリウム単位を有し、(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クロライドの構造単位の数がアクリル酸若しくはアクリル酸ナトリウム構造単位の数未満であり、０.１モル／Ｌの塩酸水溶液を用いてｐＨ３に調整した１モル／Ｌの硝酸ナトリウム水溶液を溶媒として３０℃で測定した固有粘度が７〜８.３ｄＬ／ｇであり、ηsp／ｃ＝［η］＋ｋ'ｃにおける勾配ｋ'の値が３０〜４０ｄＬ2／ｇ2あり、３０℃における０.４重量％水溶液の曳糸長が６０〜７０ｍｍであり、３０℃における０.２重量％水溶液の１ｒｐｍ外挿粘度が２,０００〜３,０００ｍＰａ・ｓである両性ポリマー及び無機凝集剤を添加して脱水することを特徴とする汚泥脱水方法、
を提供するものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明の汚泥脱水方法においては、有機性汚泥に対して、一般式［１］、一般式［２］及び一般式［３］で表される構造単位を有し、一般式［１］で表される構造単位の数が一般式［３］で表される構造単位の数未満であり、０.１モル／Ｌの塩酸水溶液を用いてpH３に調整した１モル／Ｌの硝酸ナトリウム水溶液を溶媒として３０℃で測定した固有粘度が５dL／ｇ以上であり、ηsp／ｃ＝［η］＋ｋ'ｃにおける勾配ｋ'の値が３０〜５０dL2／ｇ2であり、３０℃における０.４重量％水溶液の曳糸長が５５〜７５mmであり、３０℃における０.２重量％水溶液の１rpm外挿粘度が１,５００〜３,５００mPa・ｓである両性ポリマーを添加して脱水する。
【化３】
一般式［１］において、Ｒ1は水素又はメチル基であり、Ｒ2は水素、メチル基、エチル基又はベンジル基であり、３個のＲ2はそれぞれ同一でも異なっていてもよく、Ｘは酸素又はイミノ基であり、Ｙはエチレン基、プロピレン基、トリメチレン基又は２−ヒドロキシトリメチレン基であり、Ｚは塩素、臭素、ヨウ素、１／２ＳＯ4又はＣＨ3ＳＯ4である。
【０００６】
一般式［１］で表される構造単位を与えるモノマーとしては、例えば、(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クロライド、(メタ)アクリロイルオキシエチルジメチルベンジルアンモニウムクロライド、(メタ)アクリロイルオキシ−２−ヒドロキシプロピルトリメチルアンモニウムクロライドなどの(メタ)アクリロイルオキシアルキル第四級アンモニウム塩、(メタ)アクリロイルオキシエチルジメチルアミン硫酸塩又は塩酸塩、(メタ)アクリロイルオキシプロピルジメチルアミン塩酸塩などの(メタ)アクリロイルオキシアルキル第三級アミン塩、(メタ)アクリロイルアミノプロピルトリメチルアンモニウムクロライド、(メタ)アクリロイルアミノプロピルトリメチルアンモニウムメチルサルフェートなどの(メタ)アクリロイルアミノアルキル第四級アンモニウム塩などを挙げることができる。これらのモノマーは、１種を単独で用いることができ、あるいは、２種以上を組み合わせて用いることもできる。これらの中で、(メタ)アクリロイルオキシアルキル第四級アンモニウム塩は脱水効果に優れるので好適に用いることができ、アクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウムクロライド及びメタクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウムクロライドを特に好適に用いることができる。
一般式［２］において、Ｒ3は水素又はメチル基である。一般式［２］で表される構造単位を与えるモノマーは、(メタ)アクリルアミドである。アクリルアミド及びメタクリルアミドは、それぞれ１種を単独で用いることができ、あるいは、両者を組み合わせて用いることもできる。
【０００７】
一般式［３］において、Ｒ4は水素又はメチル基であり、Ｍは水素、アルカリ金属又はアルカリ土類金属である。一般式［３］で表される構造単位を与えるモノマーとしては、例えば、(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリル酸ナトリウム、(メタ)アクリル酸カリウム、(メタ)アクリル酸アンモニウム、(メタ)アクリル酸カルシウムなどを挙げることができる。これらの中で、アクリル酸及びアクリル酸ナトリウムを好適に用いることができる。
本発明方法において用いる両性ポリマーは、一般式［１］で表される構造単位の数が、一般式［３］で表される構造単位の数未満である。一般式［１］で表される構造単位の数が一般式［３］で表される構造単位の数以上であると、凝集が不十分となったり、含水率が低下しないなど、十分な脱水効果が得られないおそれがある。
本発明方法に用いる一般式［１］、一般式［２］及び一般式［３］で表される構造単位を有する両性ポリマーは、これらの構造単位以外の構造単位を有することができる。一般式［１］、一般式［２］及び一般式［３］以外の構造単位を与えるモノマーとしては、例えば、ビニルピロリドン、マレイン酸、アクリル酸メチルなどを挙げることができる。一般式［１］、一般式［２］及び一般式［３］で表される構造単位以外の構造単位は、２０モル％以下であることが好ましく、１０モル％以下であることがより好ましい。
【０００８】
本発明方法に用いる両性ポリマーは、０.１モル／Ｌの塩酸水溶液を用いてpH３に調整した１モル／Ｌの硝酸ナトリウム水溶液を溶媒として３０℃で測定した固有粘度［η］が５dL／ｇ以上、より好ましくは７dL／ｇ以上であり、ηsp／ｃ＝［η］＋ｋ'ｃにおける勾配ｋ'が３０〜５０dl2／ｇ2、より好ましくは３０〜４０dl2／ｇ2である。
両性ポリマーの濃度の異なる溶液を数種調製し、あるいは、両性ポリマーの溶液を逐次希釈しつつ、オストワルド粘度計、ウベローデ型粘度計、キャノン−フェンスケ粘度計などの毛管粘度計を用いて、溶媒の粘度及び濃度の異なる溶液の粘度を測定する。溶媒の粘度がη0、濃度ｃ（ｇ／dL）の溶液の粘度がηであるとき、比粘度ηsp＝（η−η0）／η0を濃度ｃで除した商である粘度数ηsp／ｃを濃度ｃに対してプロットすると、近似的にηsp／ｃ＝［η］＋ｋ'ｃで表される直線が得られる。得られた直線をｃ→０に外挿した切片［η］（dL／ｇ）が固有粘度であり、直線の勾配がｋ'（dL2／ｇ2）である。
固有粘度［η］が５dL／ｇ以上、勾配ｋ'が３０〜５０dL2／ｇ2の両性ポリマーを添加することにより、汚泥が効果的に凝集して良好な脱水性が得られる。両性ポリマーの固有粘度［η］が５dL／ｇ未満であっても、勾配ｋ'が３０〜５０dL2／ｇ2を外れても、脱水性が不良となるおそれがある。勾配ｋ'が脱水性に影響する理由は明らかではないが、勾配ｋ'が小さいことは粘度の濃度依存性が小さいことを意味する。すなわち、濃度が高くなってもポリマー分子同士の相互作用が小さいと考えられる。したがって、勾配ｋ'の小さいポリマーは、汚泥粒子とより反応しやすいポリマーであると考えることができる。
【０００９】
本発明方法に用いる両性ポリマーの製造方法に特に制限はなく、例えば、水溶液重合法、乳化重合法、懸濁重合法などを挙げることができる。水溶液重合法の場合、モノマー濃度が１０〜８０重量％であるようなモノマー水溶液を調製し、系内を不活性ガスで置換したのち、重合開始剤を加えて２０〜６０℃程度で数時間重合を行うことが好ましい。使用する重合開始剤としては、例えば、ペルオキソ二硫酸カリウム、ペルオキソ二硫酸アンモニウムなどのペルオキソ二硫酸塩、過酸化ベンゾイルなどの有機過酸化物、アゾビスシアノバレリン酸、２,２'−アゾビス(２−アミジノプロパン)二塩酸塩などのアゾ系化合物などを挙げることができる。さらに、過酸化水素、ペルオキソ二硫酸カリウム、ペルオキソ二硫酸アンモニウムなどの過酸化物と、亜硫酸水素ナトリウム、二亜硫酸ナトリウム、硫酸第一鉄などの還元剤を組み合わせたレドックス開始剤を使用することもできる。レドックス開始剤を用いることにより、あるいは、連鎖移動剤を添加することにより、容易に勾配ｋ'が３０〜５０dL2／ｇ2である両性ポリマーを得ることができる。
本発明方法に用いる両性ポリマーは、モノマーに光重合増感剤を加えたのち、紫外線などを照射する光重合法によって製造することもできる。光重合増感剤としては、例えば、ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテルなどを挙げることができる。これらの光重合増感剤は、１種を単独で用いることができ、あるいは、２種以上を組み合わせて用いることもできる。光重合増感剤を使用した光重合法によれば、容易に勾配ｋ'が３０〜５０dL2／ｇ2である両性ポリマーを得ることができる。
【００１０】
本発明に用いる両性ポリマーの３０℃における０.４重量％水溶液の曳糸長は５５〜７５mmであり、より好ましくは６０〜７０mmである。曳糸長は、例えば、協和界面科学(株)製の曳糸長測定器などを用いて測定することができる。ポリマーの０.４重量％水溶液約１００mLをビーカーに採り、曳糸長測定器のガラス製回転楕円体をその長径に相当する液面下１１mmまで浸漬し、１０〜１５秒間浸漬を続けたのち、上昇速度１５.２mm／ｓで引き上げ、糸が切れるまでの液面からの上昇距離を曳糸長とする。
曳糸長は、ポリマーの分子量と分子量分布の影響を受け、一般に、分子量が高くなるほど、また、分子量分布が広くなるほど、曳糸長は長くなる。有機性汚泥を脱水する場合、分子量が高く、分子量分布が狭いポリマーが有効とされている。したがって、脱水に供するポリマーの曳糸長には適正範囲があり、しかもその範囲はポリマー組成によって異なる。ポリマー中にアニオンモノマー単位をカチオンモノマー単位と同数以上有する両性ポリマーは、３０℃における０.４重量％水溶液の曳糸長が５５〜７５mmであるとき、優れた脱水効果を発揮する。
【００１１】
本発明に用いる両性ポリマーの３０℃における０.２重量％水溶液の１rpm外挿粘度は、１,５００〜３,５００mPa・ｓであり、より好ましくは２,０００〜３,０００である。１rpm外挿粘度は、ＪＩＳ Ｋ ７１１７に準じて測定することができる。ポリマーの０.２重量％水溶液約５００mLをビーカーに採り、Ｂ型粘度計を用い、スピンドル回転数を変えて粘度を数点測定し、回転数１rpmに外挿して１rpm外挿粘度を求める。スピンドルは、通常２号を用いるが、粘度によっては３号を用いる場合もある。スピンドル回転数は、６、１２、３０及び６０rpmとし、スピンドル作動後、各々５分、３分、２分、１分後の粘度を読み取る。
１rpm外挿粘度は、ポリマー分子同士の相互作用の強弱を示す指標である。１rpm外挿粘度が低いポリマーは、分子同士の相互作用が弱く、凝集フロックが粗大化しない。１rpm外挿粘度の高いポリマーは、分子同士の相互作用が強く、強撹拌しないと汚泥粒子と反応しない。したがって、脱水性能に優れるポリマーは、ポリマー分子同士の相互作用とポリマー分子と汚泥粒子の反応性のバランスがよいポリマーである。３０℃における０.２重量％水溶液の１rpm外挿粘度が１,５００〜３,５００mPa・ｓのポリマーは、ポリマー分子同士の相互作用とポリマー分子と汚泥粒子の反応性のバランスがよく、優れた脱水効果を発揮する。
本発明方法において、両性ポリマーの添加方法に特に制限はないが、下水、し尿、産業排水の処理で生じる有機性汚泥、すなわち、いわゆる生汚泥、余剰汚泥、混合生汚泥、消化汚泥、凝集沈殿・浮上汚泥及びこれらの混合物を処理する場合には、０.１〜０.４重量％水溶液として添加することが好ましい。両性ポリマーの添加量にも特に制限はないが、汚泥固形分１００重量部に対して両性ポリマー１〜２重量部を添加することが好ましい。
【００１２】
本発明方法においては、両性ポリマーを単独で汚泥脱水に使用することもできるが、鉄塩、アルミニウム塩などの無機多価金属塩を含む無機凝集剤を併用することが好ましい。無機凝集剤を併用することにより、脱水効果を高めることができる。併用する無機凝集剤に特に制限はなく、例えば、塩化第二鉄、ポリ硫酸鉄、ポリ塩化アルミニウム、硫酸アルミニウムなどを挙げることができる。併用する無機凝集剤の添加量に特に制限はないが、汚泥固形分１００重量部に対して無機凝集剤１０〜５０重量部を添加することが好ましい。
本発明方法に用いる脱水機に特に制限はなく、例えば、遠心力を利用する遠心脱水機、多数のロールの間に２枚のろ布を連続的に移動させ、１台の機械で重力によるろ過と圧搾及び圧縮による脱水を行うベルトプレス脱水機、ろ布に付着させた汚泥中の水分を真空により吸引し脱水する真空脱水機、圧力をかけて圧搾することにより脱水する加圧脱水機などを挙げることができる。これらの中で、ベルトプレス脱水機を特に好適に用いることができる。
本発明の汚泥脱水方法によれば、従来の高分子凝集剤を用いる脱水方法に比べて、脱水ケーキの含水率を低減することができるとともに、汚泥性状の変動に対して安定した処理が可能である。このような効果を奏することから、本発明の汚泥脱水方法は、下水、し尿、産業排水の処理で生じる広範囲の有機性汚泥の処理に極めて有用であり、特に従来脱水が困難であった有機分含有量（ＶＳＳ／ＳＳ）の高い汚泥、腐敗度の高い汚泥に対して、際だった効果を発揮する。
【００１３】
【実施例】
以下に、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によりなんら限定されるものではない。
なお、製造例において、得られたポリマーの曳糸長と１rpm外挿粘度は、下記の方法により測定した。
（１）曳糸長
曳糸長測定器［協和界面科学(株)］を用いて、３０℃において測定する。ポリマーの０.４重量％水溶液１００mLをビーカーに採り、曳糸長測定器のガラス製回転楕円体をその長径に相当する液面下１１mmまで浸漬し、１０〜１５秒間浸漬を続けたのち、上昇速度１５.２mm／ｓで引き上げ、糸が切れるまでの液面からの上昇距離を測定する。
（２）１rpm外挿粘度
ＪＩＳ Ｋ ７１１７に準じ、Ｂ型粘度計と２号又は３号スピンドルを用い、ポリマーの０.２重量％水溶液について、３０℃で測定する。スピンドル回転数６０rpm、３０rpm、１２rpm及び６rpmで粘度を測定し、回転数１rpmに外挿して、１rpm外挿粘度を求める。
また、実施例及び比較例において、脱水ケーキの剥離性と造粒性は、下記の基準により判定した。
（１）脱水ケーキの剥離性
良好：脱水ケーキの９０重量％以上が剥離される。
やや劣る：脱水ケーキの６０重量％以上９０重量％未満が剥離される。
不良：脱水ケーキの６０重量％未満が剥離される。
（２）造粒性
良好：ポリマー添加量を増すとフロック径が大きくなっていき、３０秒撹拌後もフロック径を保っている。
やや劣る：ポリマー添加量を増すとフロック径は大きくなるが、すぐにばらばらになってしまう。
不良：ポリマー添加量を増してもフロック径が大きくならない。
製造例１
アクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウムクロライド４６.４８ｇ（０.２４モル）、アクリルアミド１９.９０ｇ（０.２８モル）、アクリル酸２０.１８ｇ（０.２８モル）及び脱イオン水１０８.４４ｇを３００mLビーカーに採り、氷浴中で窒素ガスを流量５００mL／分で３０分間通気し、モノマー混合液中の溶存酸素ガスを除去した。次いで、あらかじめ窒素ガスで置換した２０cm角×１０cm深さのガラス製フタ付きステンレス鋼製容器にモノマー混合液を移し、ベンゾインイソプロピルエーテル６９.２mg（対モノマー８００ppm）をメタノール５mLに溶解した溶液を添加し、中心波長３６５ｎｍの紫外線を照射して光重合を行った。重合中、ステンレス鋼製容器は１５℃に保った。１時間後、ゲル状になったポリマーを取り出し、アセトン精製、真空乾燥、破砕を行って粉末ポリマーを得た。このポリマーは、固有粘度８.３dL／ｇ、ｋ'３２.３dL2／ｇ2、曳糸長６１mm、１rpm外挿粘度２,２８０mPa・ｓであった。このポリマーを、ポリマーＡ−１とする。
製造例２
アクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウムクロライド３４.８６ｇ（０.１８モル）、アクリルアミド１４.９３ｇ（０.２１モル）、アクリル酸１５.１３ｇ（０.２１モル）及び脱イオン水１３０.０８ｇを３００mLビーカーに採り、氷浴中で窒素ガスを流量５００mL／分で３０分間通気し、モノマー混合液中の溶存酸素ガスを除去した。次いで、あらかじめ窒素ガスで置換した２０cm角×１０cm深さのガラス製フタ付きステンレス鋼製容器にモノマー混合液を移し、ベンゾインイソプロピルエーテル３９.０mg（対モノマー６００ppm）をメタノール５mLに溶解した溶液を添加し、中心波長３６５ｎｍの紫外線を照射して光重合を行った。重合中、ステンレス鋼製容器は１５℃に保った。１時間後、ゲル状になったポリマーを取り出し、アセトン精製、真空乾燥、破砕を行って粉末ポリマーを得た。このポリマーは、固有粘度７.８dL／ｇ、ｋ'３９.３dL2／ｇ2、曳糸長６０mm、１rpm外挿粘度２,９８０mPa・ｓであった。このポリマーを、ポリマーＡ−２とする。
製造例３
アクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウムクロライド４４.９３ｇ（０.２３２モル）、メタクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウムクロライド１.６６ｇ（０.００８モル）、アクリルアミド１９.９０ｇ（０.２８モル）、アクリル酸２０.１８ｇ（０.２８モル）及び脱イオン水１０３.３３ｇを３００mLセパラブルフラスコに採り、氷浴中で窒素ガスを流量５００mL／分で３０分間通気し、モノマー混合液中の溶存酸素ガスを除去した。重合開始剤として、ペルオキソ二硫酸アンモニウム４.７７mg（対モノマー５５ppm）と二亜硫酸ナトリウム３.０３mg（対モノマー３５ppm）を、それぞれ脱イオン水５mLに溶解した溶液を添加し、２０℃に加温して熱重合を行った。重合中の最高温度は、６０℃であった。１５時間後にゲル状になったポリマーを取り出し、アセトン精製、真空乾燥、破砕を行って粉末ポリマーを得た。このポリマーは、固有粘度７.５dL／ｇ、ｋ'３７.４dL2／ｇ2、曳糸長６２mm、１rpm外挿粘度２,７４０mPa・ｓであった。このポリマーを、ポリマーＡ−３とする。
製造例４
ベンゾインイソプロピルエーテルの添加量を、２５９.７mg（対モノマー３,０００ppm）とした以外は、製造例１と全く同じ条件でポリマーを製造した。得られたポリマーは、固有粘度４.９dL／ｇ、ｋ'２０.２dL2／ｇ2、曳糸長４５mm、１rpm外挿粘度１,６６０mPa・ｓであった。このポリマーを、ポリマーＢ−１とする。
製造例５
製造例１と同量のアクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウムクロライド、アクリルアミド、アクリル酸及び脱イオン水を３００mLセパラブルフラスコに採り、氷浴中で窒素ガスを流量５００mL／分で３０分間通気し、モノマー混合液中の溶存酸素ガスを除去した。重合開始剤として、２,２'−アゾビス(２−アミジノプロパン)二塩酸塩［和光純薬工業(株)、Ｖ−５０］８６.６mg（対モノマー１,０００ppm）を添加し、４０℃に加温して熱重合を行った。１５時間後、ゲル状になったポリマーを取り出し、アセトン精製、真空乾燥、破砕を行って粉末ポリマーを得た。このポリマーは、固有粘度８.５dL／ｇ、ｋ'４５.２dL2／ｇ2、曳糸長７６mm、１rpm外挿粘度６,９５０mPa・ｓであった。このポリマーを、ポリマーＢ−２とする。
製造例６
製造例３と同量のアクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウムクロライド、メタクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウムクロライド、アクリルアミド、アクリル酸及び脱イオン水を３００mLセパラブルフラスコに採り、氷浴中で窒素ガスを流量５００mL／分で３０分間通気し、モノマー混合液中の溶存酸素ガスを除去した。重合開始剤として、２,２'−アゾビス(２−アミジノプロパン)二塩酸塩［和光純薬工業(株)、Ｖ−５０］８６.７mg（対モノマー１,０００ppm）を添加し、４０℃に加温して熱重合を行った。１５時間後、ゲル状になったポリマーを取り出し、アセトン精製、真空乾燥、破砕を行って粉末ポリマーを得た。このポリマーは、固有粘度７.０dL／ｇ、ｋ'５２.８dL2／ｇ2、曳糸長７８mm、１rpm外挿粘度２,４２０mPa・ｓであった。このポリマーを、ポリマーＢ−３とする。
製造例７
製造例３と同量のアクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウムクロライド、メタクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウムクロライド、アクリルアミド、アクリル酸及び脱イオン水を３００mLセパラブルフラスコに採り、氷浴中で窒素ガスを流量５００mL／分で３０分間通気し、モノマー混合液中の溶存酸素ガスを除去した。次いで、あらかじめ窒素ガスで置換した２０cm角×１０cm深さのガラス製フタ付きステンレス鋼製容器にモノマー混合液を移し、ベンゾインイソプロピルエーテル８６.７mg（対モノマー１,０００ppm）をメタノール５mLに溶解した溶液を添加し、中心波長３６５ｎｍの紫外線を照射して光重合を行った。重合中、ステンレス鋼製容器は１５℃に保った。１時間後、ゲル状になったポリマーを取り出し、アセトン精製、真空乾燥、破砕を行って粉末ポリマーを得た。このポリマーは、固有粘度８.１dL／ｇ、ｋ'３２.３dL2／ｇ2、曳糸長８２mm、１rpm外挿粘度２,７２０mPa・ｓであった。このポリマーを、ポリマーＢ−４とする。
製造例８
重合中の最高温度が４０℃を超えないように、重合中、重合容器気相に冷却した窒素ガスを通気した以外は、製造例３と全く同じ条件でポリマーを製造した。得られたポリマーは、固有粘度７.８dL／ｇ、ｋ'４４.９dL2／ｇ2、曳糸長５４mm、１rpm外挿粘度１,４００mPa・ｓであった。このポリマーを、ポリマーＢ−５とする。
製造例１〜８で得られた両性ポリマーＡ−１〜Ａ−３及びＢ−１〜Ｂ−５のモノマー仕込み組成と、ポリマーの物性を第１表にまとめて示す。
【００１４】
【表１】
【００１５】
製造例１〜３で得られたポリマーＡ−１〜Ａ−３は、固有粘度５dL／ｇ以上、ｋ'３０〜５０dL2／ｇ2、曳糸長５５〜７５mm、１rpm外挿粘度１,５００〜３,５００mPa・ｓという条件を満たすポリマーである。製造例４で得られたポリマーＢ−１は、固有粘度５dL／ｇ未満、ｋ'３０dL2／ｇ2未満、曳糸長５５mm未満である。製造例５で得られたポリマーＢ−２は、曳糸長が７５mmを超え、１rpm外挿粘度が３,５００mPa・ｓを超える。製造例６で得られたポリマーＢ−３は、ｋ'が５０dL2／ｇ2を超え、曳糸長が７５mmを超える。製造例７で得られたポリマーＢ−４は、曳糸長が７５mmを超える。製造例８で得られたポリマーＢ−５は、曳糸長５５mm未満、１rpm外挿粘度１,５００mPa・ｓ未満である。
実施例１
下水処理場の余剰汚泥を用いて、ベルトプレス脱水機適用机上試験を行った。用いた汚泥の性状は、pH８.４、電気伝導率９２ｍＳ／ｍ、ＳＳ０.７４重量％、ＶＳＳ／ＳＳ８６.７重量％、繊維分／ＳＳ６.４重量％であった。
汚泥２００mLを３００mLビーカーに採り、ハンドミキサーを用いて３５０rpmで撹拌しながら、塩化第二鉄を濃度１,５００mg／Ｌになるように添加し、さらに２０秒間撹拌した。次いで、ポリマーＡ−１の０.２重量％水溶液５mLを添加し、スパーテルを用いて１８０rpmの回転数で３０秒間撹拌した。
ナイロンろ布を敷いたブフナーロートに内径５cmの塩ビ製円筒を置き、その中へ凝集した汚泥を一気に注ぎ込んだ。２０秒後の重力ろ液量は、１２６mLであった。さらに、ナイロンろ布上に堆積した汚泥をベルトプレス用ろ布に採り、９８kPaの圧力で１分間圧搾を行った。ナイロンろ布からの脱水ケーキの剥離性は、良好であった。脱水ケーキの含水率は、８２.０重量％であった。
圧搾後のケーキ径と乾燥後のケーキ重量から、ケーキ１cm2あたりの重量を求め、ベルトプレス型脱水機への換算係数３を掛けて処理量を算出すると、汚泥の予測処理量は７８kg／ｍ・ｈとなった。
実施例２
ポリマーＡ−１の代わりに、ポリマーＡ−２を用いた以外は、実施例１と同様にして試験を行った。２０秒後の重力ろ液量は、１２２mLであった。脱水ケーキの剥離性は良好であり、含水率は８１.９重量％であった。汚泥の予測処理量は、７２kg／ｍ・ｈとなった。
比較例１
ポリマーＡ−１の代わりに、ポリマーＢ−１を用いた以外は、実施例１と同様にして試験を行った。２０秒後の重力ろ液量は、４２mLであった。脱水ケーキの剥離性は良好であり、含水率は８２.７重量％であった。汚泥の予測処理量は、４６kg／ｍ・ｈとなった。
比較例２
ポリマーＡ−１の代わりに、ポリマーＢ−２を用いた以外は、実施例１と同様にして試験を行った。２０秒後の重力ろ液量は、７４mLであった。脱水ケーキの剥離性は良好であり、含水率は８１.９重量％であった。汚泥の予測処理量は、５８kg／ｍ・ｈとなった。
実施例１〜２及び比較例１〜２の結果を、第２表に示す。
【００１６】
【表２】
【００１７】
第２表に見られるように、実施例１〜２で用いたポリマーＡ−１とポリマーＡ−２は、２０秒後の重力ろ液量が多く、優れた脱水性能を有し、実機においても処理量が多いことが予測される。特に、ポリマーＡ−１は脱水性能に優れている。これに対して、比較例１〜２で用いたポリマーＢ−１とポリマーＢ−２は、脱水性能が不十分である。
実施例３
浄水管理センターの余剰汚泥を用いて、ベルトプレス脱水機適用机上試験を行った。用いた汚泥の性状は、pH６.４３、電気伝導率７３８ｍＳ／ｍ、ＳＳ０.７３重量％、ＶＳＳ／ＳＳ８６.２重量％、繊維分／ＳＳ１８.５重量％であった。
汚泥２００mLを３００mLビーカーに採り、ハンドミキサーを用いて３５０rpmで撹拌しながら、塩化第二鉄を濃度１,５００mg／Ｌになるように添加し、さらに２０秒間撹拌した。次いで、ポリマーＡ−３の０.２重量％水溶液３mLを添加し、スパーテルを用いて１８０rpmの回転数で３０秒間撹拌した。
ナイロンろ布を敷いたブフナーロートに内径５cmの塩ビ製円筒を置き、その中へ凝集した汚泥を一気に注ぎ込んだ。２０秒後の重力ろ液量は、１６０mLであった。さらに、ナイロンろ布上に堆積した汚泥をベルトプレス用ろ布に採り、９８kPaの圧力で１分間圧搾を行った。ナイロンろ布からの脱水ケーキの剥離性は、良好であった。脱水ケーキの含水率は、８５.５重量％であった。汚泥の予測処理量は、６６kg／ｍ・ｈとなった。
比較例３
ポリマーＡ−３の代わりに、ポリマーＢ−３を用いた以外は、実施例３と同様にして試験を行った。２０秒後の重力ろ液量は、１４０mLであった。脱水ケーキの剥離性はやや劣り、含水率は８６.２重量％であった。汚泥の予測処理量は、５５kg／ｍ・ｈとなった。
比較例４
ポリマーＡ−３の代わりに、ポリマーＢ−４を用いた以外は、実施例３と同様にして試験を行った。２０秒後の重力ろ液量は、１３８mLであった。脱水ケーキの剥離性は不良であり、含水率は８６.３重量％であった。汚泥の予測処理量は、５１kg／ｍ・ｈとなった。
比較例５
ポリマーＡ−３の代わりに、ポリマーＢ−５を用いた以外は、実施例３と同様にして試験を行った。２０秒後の重力ろ液量は、１２６mLであった。脱水ケーキの剥離性は不良であり、含水率は８６.３重量％であった。汚泥の予測処理量は、５８kg／ｍ・ｈとなった。
実施例３及び比較例３〜５の結果を、第３表に示す。
【００１８】
【表３】
【００１９】
第３表に見られるように、実施例３で用いたポリマーＡ−３は、２０秒後の重力ろ液量が多く、優れた脱水性能を有し、実機においても処理量が多いことが予測される。これに対して、比較例３〜５で用いたポリマーＢ−３、ポリマーＢ−４及びポリマーＢ−５は、２０秒後の重力ろ液量がやや少なく、脱水ケーキの剥離性が劣り、脱水ケーキの含水率もやや高く、実機における処理量も少ないことが予測される。
実施例４
浄水センターの余剰汚泥を用いて、造粒濃縮／ベルトプレス脱水機机上試験を行った。用いた汚泥の性状は、pH６.１、電気伝導率３４４ｍＳ／ｍ、ＳＳ１.１０重量％、ＶＳＳ／ＳＳ８４.２重量％、繊維分／ＳＳ４.３重量％であった。
汚泥２００mLを３００mLビーカーに採り、ハンドミキサーを用いて７５０rpmで撹拌しながら、塩化第二鉄を濃度１,５００mg／Ｌになるように添加し、さらに２０秒間撹拌した。次いで、ポリマーＡ−１の０.２重量％水溶液８mLを添加し、スパーテルを用いて１８０rpmの回転数で３０秒間撹拌した。
フロック上面が液面に出る程度まで、ナイロンろ布を用いて上澄液をデカンテーションし、スパーテルで凝集フロックを破壊したのち、さらにポリマーＡ−１の０.２重量％水溶液４mLを添加し、汚泥をビーカー壁面に押しつけるように撹拌して造粒を行った。造粒性は、良好であった。次に、ナイロンろ布を敷いたブフナーロートに内径５cmの塩ビ製円筒を置き、その中へ凝集した汚泥を一気に注ぎ込んでろ過した。ナイロンろ布上に堆積した汚泥をベルトプレス用ろ布に採り、９８kPaの圧力で１分間圧搾を行った。ナイロンろ布からの脱水ケーキの剥離性は、良好であった。脱水ケーキの含水率は、８３.５重量％であった。汚泥の予測処理量は、１２０kg／ｍ・ｈとなった。
実施例５
ポリマーＡ−１の水溶液の代わりに、ポリマーＡ−２の０.２重量％水溶液６mLを添加し、スパーテルで凝集フロックを破壊したのち、さらにポリマーＡ−２の０.２重量％水溶液４mLを添加した以外は、実施例４と同様にして試験を行った。造粒性は、良好であった。脱水ケーキの剥離性は良好であり、含水率は８３.７重量％であった。汚泥の予測処理量は、１１０kg／ｍ・ｈとなった。
比較例６
ポリマーＡ−１の水溶液の代わりに、ポリマーＢ−１の０.２重量％水溶液１０mLを添加し、スパーテルで凝集フロックを破壊したのち、さらにポリマーＢ−１の０.２重量％水溶液４mLを添加した以外は、実施例４と同様にして試験を行った。しかし、造粒しなかったので、重力ろ過以降の試験には進まなかった。
比較例７
ポリマーＡ−１の水溶液の代わりに、ポリマーＢ−２の０.２重量％水溶液８mLを添加し、スパーテルで凝集フロックを破壊したのち、さらにポリマーＢ−２の０.２重量％水溶液４mLを添加した以外は、実施例４と同様にして試験を行った。しかし、造粒しなかったので、重力ろ過以降の試験には進まなかった。
実施例４〜５及び比較例６〜７の結果を、第４表に示す。ただし、ポリマーの添加量は、汚泥２００mLに対する１回目と２回目との添加量の合計で示した。
【００２０】
【表４】
【００２１】
第４表に見られるように、実施例４〜５で用いたポリマーＡ−１とＡ−２は、造粒性が良好であり、優れた脱水性能を有し、実機においても処理量が多いことが予測される。これに対して、比較例３〜５で用いたポリマーＢ−１とＢ−２では、造粒しない。
実施例６
化学工場の余剰汚泥と凝沈汚泥の混合汚泥を用いて、造粒濃縮／ベルトプレス脱水機机上試験を行った。用いた汚泥の性状は、pH６.６、電気伝導率３０７ｍＳ／ｍ、ＳＳ１.５３重量％、ＶＳＳ／ＳＳ４５.４重量％、繊維分／ＳＳ０.７重量％であった。
汚泥２００mLを３００mLビーカーに採り、ハンドミキサーを用いて７５０rpmで撹拌しながら、ポリ硫酸鉄を濃度３,０００mg／Ｌになるように添加し、さらに２０秒間撹拌した。次いで、ポリマーＡ−３の０.２重量％水溶液１２mLを添加し、スパーテルを用いて１８０rpmの回転数で３０秒間撹拌した。
フロック上面が液面に出る程度まで、ナイロンろ布を用いて上澄液をデカンテーションし、スパーテルで凝集フロックを破壊したのち、さらにポリマーＡ−３の０.２重量％水溶液６mLを添加し、汚泥をビーカー壁面に押しつけるように撹拌して造粒を行った。造粒性は、良好であった。次に、ナイロンろ布を敷いたブフナーロートに内径５cmの塩ビ製円筒を置き、その中へ凝集した汚泥を一気に注ぎ込んでろ過した。ナイロンろ布上に堆積した汚泥をベルトプレス用ろ布に採り、９８kPaの圧力で１分間圧搾を行った。ナイロンろ布からの脱水ケーキの剥離性は、良好であった。脱水ケーキの含水率は、８１.３重量％であった。汚泥の予測処理量は、１２８kg／ｍ・ｈとなった。
比較例８
ポリマーＡ−３の水溶液の代わりに、ポリマーＢ−３の０.２重量％水溶液１４mLを添加し、スパーテルで凝集フロックを破壊したのち、さらにポリマーＢ−３の０.２重量％水溶液７mLを添加した以外は、実施例６と同様にして試験を行った。造粒性は、やや劣っていた。脱水ケーキの剥離性は良好であり、含水率は８１.４重量％であった。汚泥の予測処理量は、１１５kg／ｍ・ｈとなった。
比較例９
ポリマーＡ−３の水溶液の代わりに、ポリマーＢ−４の０.２重量％水溶液１６mLを添加し、スパーテルで凝集フロックを破壊したのち、さらにポリマーＢ−４の０.２重量％水溶液８mLを添加した以外は、実施例６と同様にして試験を行った。造粒性は、不良であった。脱水ケーキの剥離性は良好であり、含水率は８１.７重量％であった。汚泥の予測処理量は、１１０kg／ｍ・ｈとなった。
比較例１０
ポリマーＡ−３の水溶液の代わりに、ポリマーＢ−５の０.２重量％水溶液１２mLを添加し、スパーテルで凝集フロックを破壊したのち、さらにポリマーＢ−５の０.２重量％水溶液６mLを添加した以外は、実施例６と同様にして試験を行った。造粒性は、やや劣っていた。脱水ケーキの剥離性は良好であり、含水率は８２.３重量％であった。汚泥の予測処理量は、１１０kg／ｍ・ｈとなった。
実施例６及び比較例８〜１０の結果を、第５表に示す。ただし、ポリマーの添加量は、汚泥２００mLに対する１回目と２回目との添加量の合計で示した。
【００２２】
【表５】
【００２３】
第５表に見られるように、実施例６で用いたポリマーＡ−３は、造粒性が良好であり、優れた脱水性能を有し、実機においても処理量が多いことが予測される。これに対して、比較例８〜１０で用いたポリマーＢ−３、Ｂ−４及びＢ−５は、造粒性が劣り、実機における処理量も少ないことが予測される。
【００２４】
【発明の効果】
本発明の汚泥脱水方法によれば、従来の高分子凝集剤を用いる脱水方法に比べて、脱水ケーキの含水率を低減することができるとともに、汚泥性状の変動に対して安定した処理が可能である。このような効果を奏することから、本発明の汚泥脱水方法は、下水、し尿、産業排水の処理で生じる広範囲の有機性汚泥（いわゆる生汚泥、余剰汚泥、混合生汚泥、消化汚泥、凝集沈殿、浮上汚泥及びこれらの混合物）処理に極めて有用であり、特に従来脱水が困難であった有機分含有量（ＶＳＳ／ＳＳ）の高い汚泥、腐敗度の高い汚泥に対して、際だった効果を発揮する。
【発明の属する技術分野】
本発明は、汚泥脱水方法に関する。さらに詳しくは、本発明は、下水、し尿、産業排水などより生ずる生物処理汚泥が含まれる有機性汚泥を、安定して効率的に脱水することができる汚泥脱水方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、都市下水やし尿処理などから発生する生物処理汚泥を含む有機性汚泥は、有機物含有量の増加や腐敗などにより、汚泥脱水に必要な脱水剤の添加率が増加し、脱水ケーキの含水率が高く、汚泥処理量も低く抑えざるを得ないなど、難脱水化の傾向にある。これらの難脱水性汚泥に対しては、従来より、種々の脱水方法が試みられている。
例えば、特開昭６３−１５８２００号公報には、脱水ケーキの含水率が低く、ろ布剥離性が良好な汚泥の脱水方法として、無機凝集剤添加後のpH値が５〜８である有機質汚泥に対して両性有機高分子凝集剤を添加し、次いで脱水する汚泥の脱水方法が提案されている。また、特公平３−４７１６０号公報には、生成するフロックの強度が大きく、脱水が容易で、ケーキの含水率が低く、懸濁物質の分離水への流出が少ない有機性汚泥の脱水法として、余剰汚泥に硫酸バンドなどの金属塩を使用して凝集処理し、さらに第４級アンモニウム基を有するカチオン性高分子凝集剤を添加して脱水する方法が提案されている。さらに、特公平６−２３９号公報には、汚泥の処理能力が大きく、懸濁物質の回収率が高く、ろ布からの脱水ケーキの剥離性が良好であり、脱水ケーキの含水量を低減することができる有機性汚泥の脱水方法として、有機性汚泥に無機凝集剤を添加し、さらに特定のコロイド当量値とアニオン量／カチオン量の比を有する両性有機高分子凝集剤を添加したのち、脱水する方法が提案されている。このような２種以上の薬剤を併用して脱水する方法は、難脱水性汚泥の脱水性改善に効果があり、広く用いられるようになっている。しかし、これらの従来の技術には、薬品コストが高い、効果に汎用性が乏しい、設備や作業が煩雑になるなどの問題点がある。
このために、下水、し尿、産業排水などから生ずる生物処理汚泥を含む有機性汚泥に広く適用することができ、少量の薬剤の添加により効果的に脱水して、フロックの強度が大きく、ろ布からの剥離性が良好で、含水率の低いケーキを得ることができる汚泥脱水方法が求められていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、下水、し尿、産業排水などより生ずる生物処理汚泥が含まれる有機性汚泥を、安定して効率的に脱水することができる汚泥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、上記の課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、有機性汚泥に対して、第四級アンモニウム基を有するモノマー単位、(メタ)アクリルアミド単位及び第四級アンモニウム基を有するモノマー単位の数以上の(メタ)アクリル酸単位を有し、固有粘度が５ｄＬ／ｇ以上であり、ηsp／ｃ＝［η］＋ｋ'ｃにおけるｋ'の値が３０〜５０ｄＬ2／ｇ2であり、水溶液が特定の曳糸長と１ｒｐｍ外挿粘度を有する両性ポリマー及び無機凝集剤を添加して脱水することにより、極めて良好で安定した脱水を行い得ることを見いだし、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、
（１）有機性汚泥に対して、(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クロライド単位、(メタ)アクリルアミド単位及びアクリル酸若しくはアクリル酸ナトリウム単位を有し、(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クロライドの構造単位の数がアクリル酸若しくはアクリル酸ナトリウム構造単位の数未満であり、０.１モル／Ｌの塩酸水溶液を用いてｐＨ３に調整した１モル／Ｌの硝酸ナトリウム水溶液を溶媒として３０℃で測定した固有粘度が７〜８.３ｄＬ／ｇであり、ηsp／ｃ＝［η］＋ｋ'ｃにおける勾配ｋ'の値が３０〜４０ｄＬ2／ｇ2あり、３０℃における０.４重量％水溶液の曳糸長が６０〜７０ｍｍであり、３０℃における０.２重量％水溶液の１ｒｐｍ外挿粘度が２,０００〜３,０００ｍＰａ・ｓである両性ポリマー及び無機凝集剤を添加して脱水することを特徴とする汚泥脱水方法、
を提供するものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明の汚泥脱水方法においては、有機性汚泥に対して、一般式［１］、一般式［２］及び一般式［３］で表される構造単位を有し、一般式［１］で表される構造単位の数が一般式［３］で表される構造単位の数未満であり、０.１モル／Ｌの塩酸水溶液を用いてpH３に調整した１モル／Ｌの硝酸ナトリウム水溶液を溶媒として３０℃で測定した固有粘度が５dL／ｇ以上であり、ηsp／ｃ＝［η］＋ｋ'ｃにおける勾配ｋ'の値が３０〜５０dL2／ｇ2であり、３０℃における０.４重量％水溶液の曳糸長が５５〜７５mmであり、３０℃における０.２重量％水溶液の１rpm外挿粘度が１,５００〜３,５００mPa・ｓである両性ポリマーを添加して脱水する。
【化３】
【０００６】
一般式［１］で表される構造単位を与えるモノマーとしては、例えば、(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クロライド、(メタ)アクリロイルオキシエチルジメチルベンジルアンモニウムクロライド、(メタ)アクリロイルオキシ−２−ヒドロキシプロピルトリメチルアンモニウムクロライドなどの(メタ)アクリロイルオキシアルキル第四級アンモニウム塩、(メタ)アクリロイルオキシエチルジメチルアミン硫酸塩又は塩酸塩、(メタ)アクリロイルオキシプロピルジメチルアミン塩酸塩などの(メタ)アクリロイルオキシアルキル第三級アミン塩、(メタ)アクリロイルアミノプロピルトリメチルアンモニウムクロライド、(メタ)アクリロイルアミノプロピルトリメチルアンモニウムメチルサルフェートなどの(メタ)アクリロイルアミノアルキル第四級アンモニウム塩などを挙げることができる。これらのモノマーは、１種を単独で用いることができ、あるいは、２種以上を組み合わせて用いることもできる。これらの中で、(メタ)アクリロイルオキシアルキル第四級アンモニウム塩は脱水効果に優れるので好適に用いることができ、アクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウムクロライド及びメタクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウムクロライドを特に好適に用いることができる。
一般式［２］において、Ｒ3は水素又はメチル基である。一般式［２］で表される構造単位を与えるモノマーは、(メタ)アクリルアミドである。アクリルアミド及びメタクリルアミドは、それぞれ１種を単独で用いることができ、あるいは、両者を組み合わせて用いることもできる。
【０００７】
一般式［３］において、Ｒ4は水素又はメチル基であり、Ｍは水素、アルカリ金属又はアルカリ土類金属である。一般式［３］で表される構造単位を与えるモノマーとしては、例えば、(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリル酸ナトリウム、(メタ)アクリル酸カリウム、(メタ)アクリル酸アンモニウム、(メタ)アクリル酸カルシウムなどを挙げることができる。これらの中で、アクリル酸及びアクリル酸ナトリウムを好適に用いることができる。
本発明方法において用いる両性ポリマーは、一般式［１］で表される構造単位の数が、一般式［３］で表される構造単位の数未満である。一般式［１］で表される構造単位の数が一般式［３］で表される構造単位の数以上であると、凝集が不十分となったり、含水率が低下しないなど、十分な脱水効果が得られないおそれがある。
本発明方法に用いる一般式［１］、一般式［２］及び一般式［３］で表される構造単位を有する両性ポリマーは、これらの構造単位以外の構造単位を有することができる。一般式［１］、一般式［２］及び一般式［３］以外の構造単位を与えるモノマーとしては、例えば、ビニルピロリドン、マレイン酸、アクリル酸メチルなどを挙げることができる。一般式［１］、一般式［２］及び一般式［３］で表される構造単位以外の構造単位は、２０モル％以下であることが好ましく、１０モル％以下であることがより好ましい。
【０００８】
本発明方法に用いる両性ポリマーは、０.１モル／Ｌの塩酸水溶液を用いてpH３に調整した１モル／Ｌの硝酸ナトリウム水溶液を溶媒として３０℃で測定した固有粘度［η］が５dL／ｇ以上、より好ましくは７dL／ｇ以上であり、ηsp／ｃ＝［η］＋ｋ'ｃにおける勾配ｋ'が３０〜５０dl2／ｇ2、より好ましくは３０〜４０dl2／ｇ2である。
両性ポリマーの濃度の異なる溶液を数種調製し、あるいは、両性ポリマーの溶液を逐次希釈しつつ、オストワルド粘度計、ウベローデ型粘度計、キャノン−フェンスケ粘度計などの毛管粘度計を用いて、溶媒の粘度及び濃度の異なる溶液の粘度を測定する。溶媒の粘度がη0、濃度ｃ（ｇ／dL）の溶液の粘度がηであるとき、比粘度ηsp＝（η−η0）／η0を濃度ｃで除した商である粘度数ηsp／ｃを濃度ｃに対してプロットすると、近似的にηsp／ｃ＝［η］＋ｋ'ｃで表される直線が得られる。得られた直線をｃ→０に外挿した切片［η］（dL／ｇ）が固有粘度であり、直線の勾配がｋ'（dL2／ｇ2）である。
固有粘度［η］が５dL／ｇ以上、勾配ｋ'が３０〜５０dL2／ｇ2の両性ポリマーを添加することにより、汚泥が効果的に凝集して良好な脱水性が得られる。両性ポリマーの固有粘度［η］が５dL／ｇ未満であっても、勾配ｋ'が３０〜５０dL2／ｇ2を外れても、脱水性が不良となるおそれがある。勾配ｋ'が脱水性に影響する理由は明らかではないが、勾配ｋ'が小さいことは粘度の濃度依存性が小さいことを意味する。すなわち、濃度が高くなってもポリマー分子同士の相互作用が小さいと考えられる。したがって、勾配ｋ'の小さいポリマーは、汚泥粒子とより反応しやすいポリマーであると考えることができる。
【０００９】
本発明方法に用いる両性ポリマーの製造方法に特に制限はなく、例えば、水溶液重合法、乳化重合法、懸濁重合法などを挙げることができる。水溶液重合法の場合、モノマー濃度が１０〜８０重量％であるようなモノマー水溶液を調製し、系内を不活性ガスで置換したのち、重合開始剤を加えて２０〜６０℃程度で数時間重合を行うことが好ましい。使用する重合開始剤としては、例えば、ペルオキソ二硫酸カリウム、ペルオキソ二硫酸アンモニウムなどのペルオキソ二硫酸塩、過酸化ベンゾイルなどの有機過酸化物、アゾビスシアノバレリン酸、２,２'−アゾビス(２−アミジノプロパン)二塩酸塩などのアゾ系化合物などを挙げることができる。さらに、過酸化水素、ペルオキソ二硫酸カリウム、ペルオキソ二硫酸アンモニウムなどの過酸化物と、亜硫酸水素ナトリウム、二亜硫酸ナトリウム、硫酸第一鉄などの還元剤を組み合わせたレドックス開始剤を使用することもできる。レドックス開始剤を用いることにより、あるいは、連鎖移動剤を添加することにより、容易に勾配ｋ'が３０〜５０dL2／ｇ2である両性ポリマーを得ることができる。
本発明方法に用いる両性ポリマーは、モノマーに光重合増感剤を加えたのち、紫外線などを照射する光重合法によって製造することもできる。光重合増感剤としては、例えば、ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテルなどを挙げることができる。これらの光重合増感剤は、１種を単独で用いることができ、あるいは、２種以上を組み合わせて用いることもできる。光重合増感剤を使用した光重合法によれば、容易に勾配ｋ'が３０〜５０dL2／ｇ2である両性ポリマーを得ることができる。
【００１０】
本発明に用いる両性ポリマーの３０℃における０.４重量％水溶液の曳糸長は５５〜７５mmであり、より好ましくは６０〜７０mmである。曳糸長は、例えば、協和界面科学(株)製の曳糸長測定器などを用いて測定することができる。ポリマーの０.４重量％水溶液約１００mLをビーカーに採り、曳糸長測定器のガラス製回転楕円体をその長径に相当する液面下１１mmまで浸漬し、１０〜１５秒間浸漬を続けたのち、上昇速度１５.２mm／ｓで引き上げ、糸が切れるまでの液面からの上昇距離を曳糸長とする。
曳糸長は、ポリマーの分子量と分子量分布の影響を受け、一般に、分子量が高くなるほど、また、分子量分布が広くなるほど、曳糸長は長くなる。有機性汚泥を脱水する場合、分子量が高く、分子量分布が狭いポリマーが有効とされている。したがって、脱水に供するポリマーの曳糸長には適正範囲があり、しかもその範囲はポリマー組成によって異なる。ポリマー中にアニオンモノマー単位をカチオンモノマー単位と同数以上有する両性ポリマーは、３０℃における０.４重量％水溶液の曳糸長が５５〜７５mmであるとき、優れた脱水効果を発揮する。
【００１１】
本発明に用いる両性ポリマーの３０℃における０.２重量％水溶液の１rpm外挿粘度は、１,５００〜３,５００mPa・ｓであり、より好ましくは２,０００〜３,０００である。１rpm外挿粘度は、ＪＩＳ Ｋ ７１１７に準じて測定することができる。ポリマーの０.２重量％水溶液約５００mLをビーカーに採り、Ｂ型粘度計を用い、スピンドル回転数を変えて粘度を数点測定し、回転数１rpmに外挿して１rpm外挿粘度を求める。スピンドルは、通常２号を用いるが、粘度によっては３号を用いる場合もある。スピンドル回転数は、６、１２、３０及び６０rpmとし、スピンドル作動後、各々５分、３分、２分、１分後の粘度を読み取る。
１rpm外挿粘度は、ポリマー分子同士の相互作用の強弱を示す指標である。１rpm外挿粘度が低いポリマーは、分子同士の相互作用が弱く、凝集フロックが粗大化しない。１rpm外挿粘度の高いポリマーは、分子同士の相互作用が強く、強撹拌しないと汚泥粒子と反応しない。したがって、脱水性能に優れるポリマーは、ポリマー分子同士の相互作用とポリマー分子と汚泥粒子の反応性のバランスがよいポリマーである。３０℃における０.２重量％水溶液の１rpm外挿粘度が１,５００〜３,５００mPa・ｓのポリマーは、ポリマー分子同士の相互作用とポリマー分子と汚泥粒子の反応性のバランスがよく、優れた脱水効果を発揮する。
本発明方法において、両性ポリマーの添加方法に特に制限はないが、下水、し尿、産業排水の処理で生じる有機性汚泥、すなわち、いわゆる生汚泥、余剰汚泥、混合生汚泥、消化汚泥、凝集沈殿・浮上汚泥及びこれらの混合物を処理する場合には、０.１〜０.４重量％水溶液として添加することが好ましい。両性ポリマーの添加量にも特に制限はないが、汚泥固形分１００重量部に対して両性ポリマー１〜２重量部を添加することが好ましい。
【００１２】
本発明方法においては、両性ポリマーを単独で汚泥脱水に使用することもできるが、鉄塩、アルミニウム塩などの無機多価金属塩を含む無機凝集剤を併用することが好ましい。無機凝集剤を併用することにより、脱水効果を高めることができる。併用する無機凝集剤に特に制限はなく、例えば、塩化第二鉄、ポリ硫酸鉄、ポリ塩化アルミニウム、硫酸アルミニウムなどを挙げることができる。併用する無機凝集剤の添加量に特に制限はないが、汚泥固形分１００重量部に対して無機凝集剤１０〜５０重量部を添加することが好ましい。
本発明方法に用いる脱水機に特に制限はなく、例えば、遠心力を利用する遠心脱水機、多数のロールの間に２枚のろ布を連続的に移動させ、１台の機械で重力によるろ過と圧搾及び圧縮による脱水を行うベルトプレス脱水機、ろ布に付着させた汚泥中の水分を真空により吸引し脱水する真空脱水機、圧力をかけて圧搾することにより脱水する加圧脱水機などを挙げることができる。これらの中で、ベルトプレス脱水機を特に好適に用いることができる。
本発明の汚泥脱水方法によれば、従来の高分子凝集剤を用いる脱水方法に比べて、脱水ケーキの含水率を低減することができるとともに、汚泥性状の変動に対して安定した処理が可能である。このような効果を奏することから、本発明の汚泥脱水方法は、下水、し尿、産業排水の処理で生じる広範囲の有機性汚泥の処理に極めて有用であり、特に従来脱水が困難であった有機分含有量（ＶＳＳ／ＳＳ）の高い汚泥、腐敗度の高い汚泥に対して、際だった効果を発揮する。
【００１３】
【実施例】
以下に、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によりなんら限定されるものではない。
なお、製造例において、得られたポリマーの曳糸長と１rpm外挿粘度は、下記の方法により測定した。
（１）曳糸長
曳糸長測定器［協和界面科学(株)］を用いて、３０℃において測定する。ポリマーの０.４重量％水溶液１００mLをビーカーに採り、曳糸長測定器のガラス製回転楕円体をその長径に相当する液面下１１mmまで浸漬し、１０〜１５秒間浸漬を続けたのち、上昇速度１５.２mm／ｓで引き上げ、糸が切れるまでの液面からの上昇距離を測定する。
（２）１rpm外挿粘度
ＪＩＳ Ｋ ７１１７に準じ、Ｂ型粘度計と２号又は３号スピンドルを用い、ポリマーの０.２重量％水溶液について、３０℃で測定する。スピンドル回転数６０rpm、３０rpm、１２rpm及び６rpmで粘度を測定し、回転数１rpmに外挿して、１rpm外挿粘度を求める。
また、実施例及び比較例において、脱水ケーキの剥離性と造粒性は、下記の基準により判定した。
（１）脱水ケーキの剥離性
良好：脱水ケーキの９０重量％以上が剥離される。
やや劣る：脱水ケーキの６０重量％以上９０重量％未満が剥離される。
不良：脱水ケーキの６０重量％未満が剥離される。
（２）造粒性
良好：ポリマー添加量を増すとフロック径が大きくなっていき、３０秒撹拌後もフロック径を保っている。
やや劣る：ポリマー添加量を増すとフロック径は大きくなるが、すぐにばらばらになってしまう。
不良：ポリマー添加量を増してもフロック径が大きくならない。
製造例１
アクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウムクロライド４６.４８ｇ（０.２４モル）、アクリルアミド１９.９０ｇ（０.２８モル）、アクリル酸２０.１８ｇ（０.２８モル）及び脱イオン水１０８.４４ｇを３００mLビーカーに採り、氷浴中で窒素ガスを流量５００mL／分で３０分間通気し、モノマー混合液中の溶存酸素ガスを除去した。次いで、あらかじめ窒素ガスで置換した２０cm角×１０cm深さのガラス製フタ付きステンレス鋼製容器にモノマー混合液を移し、ベンゾインイソプロピルエーテル６９.２mg（対モノマー８００ppm）をメタノール５mLに溶解した溶液を添加し、中心波長３６５ｎｍの紫外線を照射して光重合を行った。重合中、ステンレス鋼製容器は１５℃に保った。１時間後、ゲル状になったポリマーを取り出し、アセトン精製、真空乾燥、破砕を行って粉末ポリマーを得た。このポリマーは、固有粘度８.３dL／ｇ、ｋ'３２.３dL2／ｇ2、曳糸長６１mm、１rpm外挿粘度２,２８０mPa・ｓであった。このポリマーを、ポリマーＡ−１とする。
製造例２
アクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウムクロライド３４.８６ｇ（０.１８モル）、アクリルアミド１４.９３ｇ（０.２１モル）、アクリル酸１５.１３ｇ（０.２１モル）及び脱イオン水１３０.０８ｇを３００mLビーカーに採り、氷浴中で窒素ガスを流量５００mL／分で３０分間通気し、モノマー混合液中の溶存酸素ガスを除去した。次いで、あらかじめ窒素ガスで置換した２０cm角×１０cm深さのガラス製フタ付きステンレス鋼製容器にモノマー混合液を移し、ベンゾインイソプロピルエーテル３９.０mg（対モノマー６００ppm）をメタノール５mLに溶解した溶液を添加し、中心波長３６５ｎｍの紫外線を照射して光重合を行った。重合中、ステンレス鋼製容器は１５℃に保った。１時間後、ゲル状になったポリマーを取り出し、アセトン精製、真空乾燥、破砕を行って粉末ポリマーを得た。このポリマーは、固有粘度７.８dL／ｇ、ｋ'３９.３dL2／ｇ2、曳糸長６０mm、１rpm外挿粘度２,９８０mPa・ｓであった。このポリマーを、ポリマーＡ−２とする。
製造例３
アクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウムクロライド４４.９３ｇ（０.２３２モル）、メタクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウムクロライド１.６６ｇ（０.００８モル）、アクリルアミド１９.９０ｇ（０.２８モル）、アクリル酸２０.１８ｇ（０.２８モル）及び脱イオン水１０３.３３ｇを３００mLセパラブルフラスコに採り、氷浴中で窒素ガスを流量５００mL／分で３０分間通気し、モノマー混合液中の溶存酸素ガスを除去した。重合開始剤として、ペルオキソ二硫酸アンモニウム４.７７mg（対モノマー５５ppm）と二亜硫酸ナトリウム３.０３mg（対モノマー３５ppm）を、それぞれ脱イオン水５mLに溶解した溶液を添加し、２０℃に加温して熱重合を行った。重合中の最高温度は、６０℃であった。１５時間後にゲル状になったポリマーを取り出し、アセトン精製、真空乾燥、破砕を行って粉末ポリマーを得た。このポリマーは、固有粘度７.５dL／ｇ、ｋ'３７.４dL2／ｇ2、曳糸長６２mm、１rpm外挿粘度２,７４０mPa・ｓであった。このポリマーを、ポリマーＡ−３とする。
製造例４
ベンゾインイソプロピルエーテルの添加量を、２５９.７mg（対モノマー３,０００ppm）とした以外は、製造例１と全く同じ条件でポリマーを製造した。得られたポリマーは、固有粘度４.９dL／ｇ、ｋ'２０.２dL2／ｇ2、曳糸長４５mm、１rpm外挿粘度１,６６０mPa・ｓであった。このポリマーを、ポリマーＢ−１とする。
製造例５
製造例１と同量のアクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウムクロライド、アクリルアミド、アクリル酸及び脱イオン水を３００mLセパラブルフラスコに採り、氷浴中で窒素ガスを流量５００mL／分で３０分間通気し、モノマー混合液中の溶存酸素ガスを除去した。重合開始剤として、２,２'−アゾビス(２−アミジノプロパン)二塩酸塩［和光純薬工業(株)、Ｖ−５０］８６.６mg（対モノマー１,０００ppm）を添加し、４０℃に加温して熱重合を行った。１５時間後、ゲル状になったポリマーを取り出し、アセトン精製、真空乾燥、破砕を行って粉末ポリマーを得た。このポリマーは、固有粘度８.５dL／ｇ、ｋ'４５.２dL2／ｇ2、曳糸長７６mm、１rpm外挿粘度６,９５０mPa・ｓであった。このポリマーを、ポリマーＢ−２とする。
製造例６
製造例３と同量のアクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウムクロライド、メタクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウムクロライド、アクリルアミド、アクリル酸及び脱イオン水を３００mLセパラブルフラスコに採り、氷浴中で窒素ガスを流量５００mL／分で３０分間通気し、モノマー混合液中の溶存酸素ガスを除去した。重合開始剤として、２,２'−アゾビス(２−アミジノプロパン)二塩酸塩［和光純薬工業(株)、Ｖ−５０］８６.７mg（対モノマー１,０００ppm）を添加し、４０℃に加温して熱重合を行った。１５時間後、ゲル状になったポリマーを取り出し、アセトン精製、真空乾燥、破砕を行って粉末ポリマーを得た。このポリマーは、固有粘度７.０dL／ｇ、ｋ'５２.８dL2／ｇ2、曳糸長７８mm、１rpm外挿粘度２,４２０mPa・ｓであった。このポリマーを、ポリマーＢ−３とする。
製造例７
製造例３と同量のアクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウムクロライド、メタクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウムクロライド、アクリルアミド、アクリル酸及び脱イオン水を３００mLセパラブルフラスコに採り、氷浴中で窒素ガスを流量５００mL／分で３０分間通気し、モノマー混合液中の溶存酸素ガスを除去した。次いで、あらかじめ窒素ガスで置換した２０cm角×１０cm深さのガラス製フタ付きステンレス鋼製容器にモノマー混合液を移し、ベンゾインイソプロピルエーテル８６.７mg（対モノマー１,０００ppm）をメタノール５mLに溶解した溶液を添加し、中心波長３６５ｎｍの紫外線を照射して光重合を行った。重合中、ステンレス鋼製容器は１５℃に保った。１時間後、ゲル状になったポリマーを取り出し、アセトン精製、真空乾燥、破砕を行って粉末ポリマーを得た。このポリマーは、固有粘度８.１dL／ｇ、ｋ'３２.３dL2／ｇ2、曳糸長８２mm、１rpm外挿粘度２,７２０mPa・ｓであった。このポリマーを、ポリマーＢ−４とする。
製造例８
重合中の最高温度が４０℃を超えないように、重合中、重合容器気相に冷却した窒素ガスを通気した以外は、製造例３と全く同じ条件でポリマーを製造した。得られたポリマーは、固有粘度７.８dL／ｇ、ｋ'４４.９dL2／ｇ2、曳糸長５４mm、１rpm外挿粘度１,４００mPa・ｓであった。このポリマーを、ポリマーＢ−５とする。
製造例１〜８で得られた両性ポリマーＡ−１〜Ａ−３及びＢ−１〜Ｂ−５のモノマー仕込み組成と、ポリマーの物性を第１表にまとめて示す。
【００１４】
【表１】
製造例１〜３で得られたポリマーＡ−１〜Ａ−３は、固有粘度５dL／ｇ以上、ｋ'３０〜５０dL2／ｇ2、曳糸長５５〜７５mm、１rpm外挿粘度１,５００〜３,５００mPa・ｓという条件を満たすポリマーである。製造例４で得られたポリマーＢ−１は、固有粘度５dL／ｇ未満、ｋ'３０dL2／ｇ2未満、曳糸長５５mm未満である。製造例５で得られたポリマーＢ−２は、曳糸長が７５mmを超え、１rpm外挿粘度が３,５００mPa・ｓを超える。製造例６で得られたポリマーＢ−３は、ｋ'が５０dL2／ｇ2を超え、曳糸長が７５mmを超える。製造例７で得られたポリマーＢ−４は、曳糸長が７５mmを超える。製造例８で得られたポリマーＢ−５は、曳糸長５５mm未満、１rpm外挿粘度１,５００mPa・ｓ未満である。
実施例１
下水処理場の余剰汚泥を用いて、ベルトプレス脱水機適用机上試験を行った。用いた汚泥の性状は、pH８.４、電気伝導率９２ｍＳ／ｍ、ＳＳ０.７４重量％、ＶＳＳ／ＳＳ８６.７重量％、繊維分／ＳＳ６.４重量％であった。
汚泥２００mLを３００mLビーカーに採り、ハンドミキサーを用いて３５０rpmで撹拌しながら、塩化第二鉄を濃度１,５００mg／Ｌになるように添加し、さらに２０秒間撹拌した。次いで、ポリマーＡ−１の０.２重量％水溶液５mLを添加し、スパーテルを用いて１８０rpmの回転数で３０秒間撹拌した。
ナイロンろ布を敷いたブフナーロートに内径５cmの塩ビ製円筒を置き、その中へ凝集した汚泥を一気に注ぎ込んだ。２０秒後の重力ろ液量は、１２６mLであった。さらに、ナイロンろ布上に堆積した汚泥をベルトプレス用ろ布に採り、９８kPaの圧力で１分間圧搾を行った。ナイロンろ布からの脱水ケーキの剥離性は、良好であった。脱水ケーキの含水率は、８２.０重量％であった。
圧搾後のケーキ径と乾燥後のケーキ重量から、ケーキ１cm2あたりの重量を求め、ベルトプレス型脱水機への換算係数３を掛けて処理量を算出すると、汚泥の予測処理量は７８kg／ｍ・ｈとなった。
実施例２
ポリマーＡ−１の代わりに、ポリマーＡ−２を用いた以外は、実施例１と同様にして試験を行った。２０秒後の重力ろ液量は、１２２mLであった。脱水ケーキの剥離性は良好であり、含水率は８１.９重量％であった。汚泥の予測処理量は、７２kg／ｍ・ｈとなった。
比較例１
ポリマーＡ−１の代わりに、ポリマーＢ−１を用いた以外は、実施例１と同様にして試験を行った。２０秒後の重力ろ液量は、４２mLであった。脱水ケーキの剥離性は良好であり、含水率は８２.７重量％であった。汚泥の予測処理量は、４６kg／ｍ・ｈとなった。
比較例２
ポリマーＡ−１の代わりに、ポリマーＢ−２を用いた以外は、実施例１と同様にして試験を行った。２０秒後の重力ろ液量は、７４mLであった。脱水ケーキの剥離性は良好であり、含水率は８１.９重量％であった。汚泥の予測処理量は、５８kg／ｍ・ｈとなった。
実施例１〜２及び比較例１〜２の結果を、第２表に示す。
【００１６】
【表２】
第２表に見られるように、実施例１〜２で用いたポリマーＡ−１とポリマーＡ−２は、２０秒後の重力ろ液量が多く、優れた脱水性能を有し、実機においても処理量が多いことが予測される。特に、ポリマーＡ−１は脱水性能に優れている。これに対して、比較例１〜２で用いたポリマーＢ−１とポリマーＢ−２は、脱水性能が不十分である。
実施例３
浄水管理センターの余剰汚泥を用いて、ベルトプレス脱水機適用机上試験を行った。用いた汚泥の性状は、pH６.４３、電気伝導率７３８ｍＳ／ｍ、ＳＳ０.７３重量％、ＶＳＳ／ＳＳ８６.２重量％、繊維分／ＳＳ１８.５重量％であった。
汚泥２００mLを３００mLビーカーに採り、ハンドミキサーを用いて３５０rpmで撹拌しながら、塩化第二鉄を濃度１,５００mg／Ｌになるように添加し、さらに２０秒間撹拌した。次いで、ポリマーＡ−３の０.２重量％水溶液３mLを添加し、スパーテルを用いて１８０rpmの回転数で３０秒間撹拌した。
ナイロンろ布を敷いたブフナーロートに内径５cmの塩ビ製円筒を置き、その中へ凝集した汚泥を一気に注ぎ込んだ。２０秒後の重力ろ液量は、１６０mLであった。さらに、ナイロンろ布上に堆積した汚泥をベルトプレス用ろ布に採り、９８kPaの圧力で１分間圧搾を行った。ナイロンろ布からの脱水ケーキの剥離性は、良好であった。脱水ケーキの含水率は、８５.５重量％であった。汚泥の予測処理量は、６６kg／ｍ・ｈとなった。
比較例３
ポリマーＡ−３の代わりに、ポリマーＢ−３を用いた以外は、実施例３と同様にして試験を行った。２０秒後の重力ろ液量は、１４０mLであった。脱水ケーキの剥離性はやや劣り、含水率は８６.２重量％であった。汚泥の予測処理量は、５５kg／ｍ・ｈとなった。
比較例４
ポリマーＡ−３の代わりに、ポリマーＢ−４を用いた以外は、実施例３と同様にして試験を行った。２０秒後の重力ろ液量は、１３８mLであった。脱水ケーキの剥離性は不良であり、含水率は８６.３重量％であった。汚泥の予測処理量は、５１kg／ｍ・ｈとなった。
比較例５
ポリマーＡ−３の代わりに、ポリマーＢ−５を用いた以外は、実施例３と同様にして試験を行った。２０秒後の重力ろ液量は、１２６mLであった。脱水ケーキの剥離性は不良であり、含水率は８６.３重量％であった。汚泥の予測処理量は、５８kg／ｍ・ｈとなった。
実施例３及び比較例３〜５の結果を、第３表に示す。
【００１８】
【表３】
第３表に見られるように、実施例３で用いたポリマーＡ−３は、２０秒後の重力ろ液量が多く、優れた脱水性能を有し、実機においても処理量が多いことが予測される。これに対して、比較例３〜５で用いたポリマーＢ−３、ポリマーＢ−４及びポリマーＢ−５は、２０秒後の重力ろ液量がやや少なく、脱水ケーキの剥離性が劣り、脱水ケーキの含水率もやや高く、実機における処理量も少ないことが予測される。
実施例４
浄水センターの余剰汚泥を用いて、造粒濃縮／ベルトプレス脱水機机上試験を行った。用いた汚泥の性状は、pH６.１、電気伝導率３４４ｍＳ／ｍ、ＳＳ１.１０重量％、ＶＳＳ／ＳＳ８４.２重量％、繊維分／ＳＳ４.３重量％であった。
汚泥２００mLを３００mLビーカーに採り、ハンドミキサーを用いて７５０rpmで撹拌しながら、塩化第二鉄を濃度１,５００mg／Ｌになるように添加し、さらに２０秒間撹拌した。次いで、ポリマーＡ−１の０.２重量％水溶液８mLを添加し、スパーテルを用いて１８０rpmの回転数で３０秒間撹拌した。
フロック上面が液面に出る程度まで、ナイロンろ布を用いて上澄液をデカンテーションし、スパーテルで凝集フロックを破壊したのち、さらにポリマーＡ−１の０.２重量％水溶液４mLを添加し、汚泥をビーカー壁面に押しつけるように撹拌して造粒を行った。造粒性は、良好であった。次に、ナイロンろ布を敷いたブフナーロートに内径５cmの塩ビ製円筒を置き、その中へ凝集した汚泥を一気に注ぎ込んでろ過した。ナイロンろ布上に堆積した汚泥をベルトプレス用ろ布に採り、９８kPaの圧力で１分間圧搾を行った。ナイロンろ布からの脱水ケーキの剥離性は、良好であった。脱水ケーキの含水率は、８３.５重量％であった。汚泥の予測処理量は、１２０kg／ｍ・ｈとなった。
実施例５
ポリマーＡ−１の水溶液の代わりに、ポリマーＡ−２の０.２重量％水溶液６mLを添加し、スパーテルで凝集フロックを破壊したのち、さらにポリマーＡ−２の０.２重量％水溶液４mLを添加した以外は、実施例４と同様にして試験を行った。造粒性は、良好であった。脱水ケーキの剥離性は良好であり、含水率は８３.７重量％であった。汚泥の予測処理量は、１１０kg／ｍ・ｈとなった。
比較例６
ポリマーＡ−１の水溶液の代わりに、ポリマーＢ−１の０.２重量％水溶液１０mLを添加し、スパーテルで凝集フロックを破壊したのち、さらにポリマーＢ−１の０.２重量％水溶液４mLを添加した以外は、実施例４と同様にして試験を行った。しかし、造粒しなかったので、重力ろ過以降の試験には進まなかった。
比較例７
ポリマーＡ−１の水溶液の代わりに、ポリマーＢ−２の０.２重量％水溶液８mLを添加し、スパーテルで凝集フロックを破壊したのち、さらにポリマーＢ−２の０.２重量％水溶液４mLを添加した以外は、実施例４と同様にして試験を行った。しかし、造粒しなかったので、重力ろ過以降の試験には進まなかった。
実施例４〜５及び比較例６〜７の結果を、第４表に示す。ただし、ポリマーの添加量は、汚泥２００mLに対する１回目と２回目との添加量の合計で示した。
【００２０】
【表４】
第４表に見られるように、実施例４〜５で用いたポリマーＡ−１とＡ−２は、造粒性が良好であり、優れた脱水性能を有し、実機においても処理量が多いことが予測される。これに対して、比較例３〜５で用いたポリマーＢ−１とＢ−２では、造粒しない。
実施例６
化学工場の余剰汚泥と凝沈汚泥の混合汚泥を用いて、造粒濃縮／ベルトプレス脱水機机上試験を行った。用いた汚泥の性状は、pH６.６、電気伝導率３０７ｍＳ／ｍ、ＳＳ１.５３重量％、ＶＳＳ／ＳＳ４５.４重量％、繊維分／ＳＳ０.７重量％であった。
汚泥２００mLを３００mLビーカーに採り、ハンドミキサーを用いて７５０rpmで撹拌しながら、ポリ硫酸鉄を濃度３,０００mg／Ｌになるように添加し、さらに２０秒間撹拌した。次いで、ポリマーＡ−３の０.２重量％水溶液１２mLを添加し、スパーテルを用いて１８０rpmの回転数で３０秒間撹拌した。
フロック上面が液面に出る程度まで、ナイロンろ布を用いて上澄液をデカンテーションし、スパーテルで凝集フロックを破壊したのち、さらにポリマーＡ−３の０.２重量％水溶液６mLを添加し、汚泥をビーカー壁面に押しつけるように撹拌して造粒を行った。造粒性は、良好であった。次に、ナイロンろ布を敷いたブフナーロートに内径５cmの塩ビ製円筒を置き、その中へ凝集した汚泥を一気に注ぎ込んでろ過した。ナイロンろ布上に堆積した汚泥をベルトプレス用ろ布に採り、９８kPaの圧力で１分間圧搾を行った。ナイロンろ布からの脱水ケーキの剥離性は、良好であった。脱水ケーキの含水率は、８１.３重量％であった。汚泥の予測処理量は、１２８kg／ｍ・ｈとなった。
比較例８
ポリマーＡ−３の水溶液の代わりに、ポリマーＢ−３の０.２重量％水溶液１４mLを添加し、スパーテルで凝集フロックを破壊したのち、さらにポリマーＢ−３の０.２重量％水溶液７mLを添加した以外は、実施例６と同様にして試験を行った。造粒性は、やや劣っていた。脱水ケーキの剥離性は良好であり、含水率は８１.４重量％であった。汚泥の予測処理量は、１１５kg／ｍ・ｈとなった。
比較例９
ポリマーＡ−３の水溶液の代わりに、ポリマーＢ−４の０.２重量％水溶液１６mLを添加し、スパーテルで凝集フロックを破壊したのち、さらにポリマーＢ−４の０.２重量％水溶液８mLを添加した以外は、実施例６と同様にして試験を行った。造粒性は、不良であった。脱水ケーキの剥離性は良好であり、含水率は８１.７重量％であった。汚泥の予測処理量は、１１０kg／ｍ・ｈとなった。
比較例１０
ポリマーＡ−３の水溶液の代わりに、ポリマーＢ−５の０.２重量％水溶液１２mLを添加し、スパーテルで凝集フロックを破壊したのち、さらにポリマーＢ−５の０.２重量％水溶液６mLを添加した以外は、実施例６と同様にして試験を行った。造粒性は、やや劣っていた。脱水ケーキの剥離性は良好であり、含水率は８２.３重量％であった。汚泥の予測処理量は、１１０kg／ｍ・ｈとなった。
実施例６及び比較例８〜１０の結果を、第５表に示す。ただし、ポリマーの添加量は、汚泥２００mLに対する１回目と２回目との添加量の合計で示した。
【００２２】
【表５】
第５表に見られるように、実施例６で用いたポリマーＡ−３は、造粒性が良好であり、優れた脱水性能を有し、実機においても処理量が多いことが予測される。これに対して、比較例８〜１０で用いたポリマーＢ−３、Ｂ−４及びＢ−５は、造粒性が劣り、実機における処理量も少ないことが予測される。
【００２４】
【発明の効果】
本発明の汚泥脱水方法によれば、従来の高分子凝集剤を用いる脱水方法に比べて、脱水ケーキの含水率を低減することができるとともに、汚泥性状の変動に対して安定した処理が可能である。このような効果を奏することから、本発明の汚泥脱水方法は、下水、し尿、産業排水の処理で生じる広範囲の有機性汚泥（いわゆる生汚泥、余剰汚泥、混合生汚泥、消化汚泥、凝集沈殿、浮上汚泥及びこれらの混合物）処理に極めて有用であり、特に従来脱水が困難であった有機分含有量（ＶＳＳ／ＳＳ）の高い汚泥、腐敗度の高い汚泥に対して、際だった効果を発揮する。
Claims (1)
- 有機性汚泥に対して、(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クロライド単位、(メタ)アクリルアミド単位及びアクリル酸若しくはアクリル酸ナトリウム単位を有し、(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クロライドの構造単位の数がアクリル酸若しくはアクリル酸ナトリウム構造単位の数未満であり、０.１モル／Ｌの塩酸水溶液を用いてｐＨ３に調整した１モル／Ｌの硝酸ナトリウム水溶液を溶媒として３０℃で測定した固有粘度が７〜８.３ｄＬ／ｇであり、ηsp／ｃ＝［η］＋ｋ'ｃにおける勾配ｋ'の値が３０〜４０ｄＬ2／ｇ2あり、３０℃における０.４重量％水溶液の曳糸長が６０〜７０ｍｍであり、３０℃における０.２重量％水溶液の１ｒｐｍ外挿粘度が２,０００〜３,０００ｍＰａ・ｓである両性ポリマー及び無機凝集剤を添加して脱水することを特徴とする汚泥脱水方法。
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