JP4804707B2 - 汚泥の脱水処理方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は下水処理場あるいは食品工業、化学工業等の廃水処理施設より生じる汚泥の脱水処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
下水処理場、製紙工業、食品工業等では、沈降分離、生物処理等の方法により廃水の浄化処理を行っている。
一般に、まず不純物を沈殿させて水と分離し、ここで沈殿した汚泥を回収し、スクリュウデカンター、ベルトプレス等を用いて脱水する。その後、脱水処理された汚泥（以下、脱水ケーキという）は焼却処分される。
汚泥の脱水処理を効率的に行う目的で、汚泥に高分子凝集剤を添加し混合することにより汚泥粒子をフロック化させてから、脱水処理を行う方法が広く用いられている。焼却処理等を効率よく行うために、汚泥に対してより効率よく脱水処理を行う、すなわち脱水ケーキの含水率を低減させることが求められている。
高分子凝集剤を添加して混合することにより汚泥粒子をフロック化させる場合、引き続いて良好で安定した脱水処理を行う為には、第一に大きなフロックを形成して、汚泥粒子と水を容易に分離させることが重要である。
しかし、例えば下水処理場の場合は近年の水処理の高度化、汚泥の集中処理等による腐敗、合流処理から分流式への変化により、また食品工業、化学工業等の産業廃水の場合は生産品目の変動にともなう汚泥の質の大きな変化により、汚泥に安定したフロックを安定して形成させることが困難となっている。
【０００３】
これまでに、汚泥に大きく安定したフロックを形成させ、良好な脱水処理を実現する目的で様々な脱水処理方法が提案されている。
例えば、上記の方法において用いる高分子凝集剤の分子量を大きくする、また組成もしくは構造を変えることにより、汚泥に大きなフロックを形成させる試みがなされている。
具体的には、高分子凝集剤としてアニオン性高分子凝集剤とカチオン性高分子凝集剤の混合物を用いる方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。また、３級カチオン原料、アクリル酸、アクリルアミドの共重合物を用いた両性高分子凝集剤を用いる方法が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
下水処理場で発生する汚泥、食品工業、化学工業等の廃水処理において発生する汚泥等の有機質汚泥に無機凝集剤を添加した後、両性高分子凝集剤を添加することにより、脱水ケーキの含水率を低減する試みも提案されている（例えば、特許文献３、４参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開昭５８−２１５４５４号公報
【特許文献２】
特開昭６２−２０５１１２号公報
【特許文献３】
特開昭６３−１５８２００号公報
【特許文献４】
特開平２−１８０７００号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、高分子凝集剤の分子量を高くすると、汚泥と凝集剤の反応性が低下することによりフロックの粘性が増加し、脱水効率がむしろ低下することが多々ある。また特許文献１に記載の発明では、凝集剤の水溶解性が低いことにより凝集剤の使用量が標準の数倍以上まで増加し、経済的でない。特許文献２に記載の発明では、汚泥の質が変動すると安定したフロックを形成することが困難になる。特許文献３または４に記載の発明では、用いる無機凝集剤の種類または添加量が変動すると、両性高分子凝集剤を添加した後のフロック形成が不十分で、良好な脱水処理が困難になる。
上記のように、汚泥の脱水処理方法においては数々の高分子凝集剤及び使用方法が提案されているが、汚泥に大きく安定なフロックを形成させ、脱水ケーキの含水率の低減を安定して実現するような脱水処理方法の提案は困難であった。
【０００６】
本発明は前記課題を解決するためになされたもので、汚泥に対する凝集剤添加率を増加させることなく、特に食品工業等で発生する余剰汚泥等の難脱水性の汚泥に対し、安定で大きなフロックを形成させることができ、かつ脱水ケーキの含水率を安定して低減するような汚泥の脱水処理方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、種々イオン性の高分子凝集剤を特定の比率で混在させた高分子凝集剤を用いることにより各イオン性の高分子凝集剤に相乗効果を発揮させ、汚泥に安定で大きなフロックを生成させることが可能になることを見出した。さらに、汚泥の脱水処理を実施するにあたり、あらかじめ汚泥に無機凝集剤を添加した後に上記の高分子凝集剤を用いてフロックを形成し脱水処理することにより、大幅に脱水ケーキの含水率が低下することを見出した。
すなわち、本発明の汚泥の脱水処理方法は、ノニオン性又はアニオン性高分子凝集剤と、該ノニオン性又はアニオン性高分子凝集剤と同量以上の両性高分子凝集剤との混合物を含有し、前記ノニオン性又はアニオン性高分子凝集剤が、アクリルアミドと、アクリル酸およびそのアルカリ金属塩から選ばれるビニル化合物とからなる重合体で、前記ビニル化合物の割合が２０モル％以下である高分子凝集剤を水溶液と成し、
汚泥に対し無機凝集剤を添加した後に、前記高分子凝集剤の水溶液を添加することを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の汚泥の脱水処理方法においては、汚泥に対し無機凝集剤を添加した後に、高分子凝集剤を添加する。
まず、余剰汚泥などの汚泥に対し、無機凝集剤を添加した後、可変型攪拌機等を用いて攪拌混合する。なお、無機凝集剤を添加するときの温度や、無機凝集剤を添加してから後述の高分子凝集剤を添加するまでの時間等は特に限定されないが、室温が好ましい。
本発明で使用する無機凝集剤としては、硫酸バンド、塩化第二鉄、硫酸第一鉄、ポリ硫酸鉄等、市販のものを用いることができる。
【０００９】
ついで、高分子凝集剤を添加する。このことにより、汚泥にフロックが生成される。
前記高分子凝集剤は、ノニオン性又はアニオン性高分子凝集剤と、両性高分子凝集剤とを含有する。
ノニオン性又はアニオン性高分子凝集剤としては、アクリルアミド系組成物を用いる。アクリルアミド系組成物は、アクリルアミドモノマーあるいはアクリルアミドの同時加水分解物と、アクリルアミドモノマーと共重合しうる重合性モノマーとの混合物を重合させて重合体を得ることにより製造されうる。重合方法は、沈殿重合、塊状重合、分散重合、水溶液重合等が挙げられるが、特に限定されるものではない。
前記ノニオン性又はアニオン性高分子凝集剤の分子量は数百万以上で、広く高分子凝集剤として用いられているものであれば、特に限定されるものではない。
【００１０】
前記ノニオン性又はアニオン性高分子凝集剤は、アクリルアミド系モノマー単位と、アニオン構成単位としてカルボキシル基またはそのアルカリ金属塩を有するビニル化合物とからなるものが好ましい。前記アニオン構成単位としては、例えばアクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸等が挙げられるが、中でもアクリル酸の使用が好ましい。また、これらの１種もしくは２種以上を使用することができる。
本発明においては、ノニオン性又はアニオン性高分子凝集剤中のアニオン構成単位は２０モル％以下である。なお、ノニオン性高分子凝集剤とはアニオン構成単位が２モル％以下のものである。アニオン構成単位が２０モル％より多いと、両性高分子凝集剤と混合した際に溶解不良となり好ましくない。
【００１１】
前記高分子凝集剤に用いられる両性高分子凝集剤とは、分子内にアニオン性基としてカルボキシル基ないし、スルホン酸基等を有し、カチオン性基として第三級アミン、その中和塩、四級塩等を有する高分子凝集剤をいい、これらのイオン成分の他にノニオン性成分が含まれているものであってもよい。
両性高分子凝集剤に用いられるカチオン性モノマー単位としては、ジメチルアミノエチル（メタ）アクリレート、ジエチルアミノエチル（メタ）アクリレート、ジメチルアミノプロピル（メタ）アクリルアミド、ジエチルアミノプロピル（メタ）アクリルアミド、アリルジメチルアミンもしくはこれらの中和塩、四級塩等が挙げられ、またノニオン性のモノマー単位としては（メタ）アクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチル（メタ）アクリルアミド等を挙げることができる。重合方法は、沈殿重合、塊状重合や、分散重合、水溶液重合等が挙げられるが、特に限定されるものではない。
両性高分子凝集剤の分子量は数百万以上で広く高分子凝集剤として用いられているものであれば、特に限定されるものではない。
【００１２】
前記高分子凝集剤において、ノニオン性又はアニオン性高分子凝集剤と両性高分子凝集剤との混合比率は、ノニオン性又はアニオン性高分子凝集剤に対して両性高分子凝集剤が同量以上である。さらに、ノニオン性又はアニオン性高分子凝集剤対両性高分子凝集剤が、質量比で１対９９から５０対５０であることが好ましい。
前記高分子凝集剤には、水溶解性を向上させるために固体酸を加えても構わない。固体酸としてはスルファミン酸、酸性亜硫酸ソーダ等が挙げられる。なお、前記高分子凝集剤は、水溶液と成して用いる。
【００１３】
本発明の汚泥の脱水処理方法においては、引き続き、公知の方法により脱水を完了することができる。すなわち、フロックの生成した汚泥をスクリュープレス型脱水機、フィルタープレス型脱水機、ベルトプレス型脱水機、スクリューデカンター等を用いて脱水することにより、汚泥の脱水処理を完了することができる。さらに、得られた脱水ケーキを焼却すること等により、汚泥を最終処分することができる。
【００１４】
本発明の方法においては、汚泥に無機凝集剤を添加した後に、高分子凝集剤を添加することにより、汚泥を改質してからフロックを形成させることができ、安定したフロック化を行うことができる。さらに、特定の組成を有する高分子凝集剤を用いることにより、従来の脱水処理方法では効率的な脱水が困難であった食品工業の余剰汚泥等において、大きく、安定したフロックを生成させることができる。したがって、脱水ケーキの含水率を効率よく低減させることができる。
本発明の汚泥の脱水処理方法によれば、下水処理場あるいは食品工業、化学工業の廃水処理施設等より生じる汚泥の脱水処理を、安定して効率よく行うことができる。
【００１５】
【実施例】
以下、本発明を実施例および比較例によってさらに詳細に説明するが、これらは本発明を何ら限定するものではない。
（実施例１〜６、比較例１〜６）
ｐＨ：６．３、ＳＳ粒子径：０．９６％、強熱減量（以下、ＶＴＳという）：８６．５％なる性状の食品余剰汚泥を用いて、脱水試験を実施した。
予め、ノニオン性又はアニオン性高分子凝集剤として表１に記載のＮ１、Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、両性高分子凝集剤として表１に記載のＲ１、Ｒ２、カチオン性高分子凝集剤として表１に記載のＫ３を、表２に示す割合で混合し、高分子凝集剤を調製した。ノニオン性又はアニオン性高分子凝集剤においては、アクリルアミド系モノマー単位としてアクリルアミド（ＡＡｍ）を、アニオン構成単位としてアクリル酸（ＡＡ）を用いた。
なお、実施例４、比較例４においては、固体酸としてスルファミン酸を配合した。これらの高分子凝集剤を、それぞれ０．３質量％水溶液と成して使用した。無機凝集剤としては、ポリ硫酸鉄または硫酸バンドを、水で１０倍に希釈して使用した。
【００１６】
【表１】

【００１７】
まず、５００ｍｌのビーカーに上記の汚泥を３００ｍｌ採取し、表２に示す種類および分量の無機凝集剤を添加して、攪拌機を用いて２０秒間混合した。
次いで、表２に示す種類および分量の高分子凝集剤水溶液を添加した。その後、ヒネリカイ型の攪拌機を用い６００ｒｐｍの回転数で３０秒間混合し、フロックを生成させた。生成したフロックの粒径（フロック粒径）を目視により測定した。
引き続き、凝集した汚泥をろ布を敷いたヌッチェに移して、ろ過性能（１０秒間のろ液量）を測定した。
1分経過後にヌッチェを外し、０．１ＭＰａの圧力でプレス脱水し、脱水ケーキの含水率を求めた。試験結果を表２に示す。
【００１８】
【表２】

【００１９】
表２から明らかなように、実施例１〜６では、何れも生成したフロックは十分な大きさを有し脱水ケーキの含水率も低く良好な結果が得られた。また無機凝集剤の種類を変えても、試験成績に大きな変化はなかった。
しかし、無機凝集剤を汚泥に添加しなかった以外は実施例１、２と同様に脱水試験を行った比較例１、２では、フロックは小さく、ろ液量が少なかった。また脱水ケーキの含水率も高く実施例１、２と比較すると試験成績が劣っていた。
高分子凝集剤として、カチオン性高分子凝集剤を用いた比較例３では、フロックも小さく著しく悪い結果であった。アニオン性高分子凝集剤としてアニオン構成単位が２５％のＡ４を含有する高分子凝集剤を用いた比較例４は、フロック粒径、ろ過性、含水率とも著しく悪い結果であった。
高分子凝集剤として、両性高分子凝集剤のみを用いた比較例５、６は、アニオン性高分子凝集剤および両性高分子凝集剤を含む高分子凝集剤を使用した場合に比べて劣位な結果であった。このうち、無機凝集剤として硫酸バンドを用いた比較例６は、比較例５よりも悪い結果となった。すなわち無機凝集剤の変動に対しフロック形成が安定しなかった。
【００２０】
（実施例７〜９、比較例７〜１２）
ｐＨ：５．５、ＳＳ粒子径：２．６９％、ＶＴＳ：７９．８％なる性状の下水混合汚泥を用いて脱水試験を実施した。
無機凝集剤を表３に示す種類と分量で用い、高分子凝集剤を表３に示す種類と分量で用いた以外は、実施例１〜６、比較例１〜６と同様の方法で汚泥にフロックを生成させた。生成したフロックの粒径（フロック粒径）を目視により測定し、引き続き、実施例１〜６、比較例１〜６と同様にろ過性能を測定した。
１分間ろ過濃縮した汚泥をろ布上で３０回転がしてフロックの強度（団粒性）を評価した。フロックの強度は◎、○、△、×で示した。
◎：濾布上で転がすことにより水が切れ、凝集汚泥が数個の団子状になる
○：濾布上で転がすことにより水が切れ、凝集汚泥が一塊状になる
△：濾布上で転がすことにより水が切れるが、凝集汚泥が崩れ塊状にならない
×：濾布上で転がすことにより、凝集汚泥が崩れ流れドロドロになる
その後、ヌッチェを外し、０．１ＭＰａの圧力でプレス脱水し、脱水ケーキの含水率を求めた。試験結果を表３に示す。
【００２１】
【表３】

【００２２】
実施例７〜９では、何れの場合も生成したフロックは十分な大きさと強度を有し、脱水ケーキの含水率も低く良好な結果が得られた。また無機凝集剤の種類を変えても、試験成績に大きな変化はなかった。
無機凝集剤を汚泥に添加しなかった以外は実施例７と全く同様にして脱水試験を行った比較例７では、表３に示すように凝集フロックは小さく、且つフロック強度も弱かった。また脱水ケーキの含水率も高く試験成績が劣っていた。
高分子凝集剤としてカチオン性高分子凝集剤を用いた比較例８は、フロックも小さく著しく悪い結果であった。
アニオン性高分子凝集剤として、アニオン構成単位が２５モル％である表１に記載のＡ４を用いて、実施例７と同じ方法で脱水試験を実施した比較例９では、フロックが小さく、強度も弱く、脱水ケーキの含水率が高かった。
高分子凝集剤として、両性高分子凝集剤のみを用いて脱水試験を実施した比較例１０、１１は、アニオン性高分子凝集剤と両性高分子凝集剤を含む高分子凝集剤を使用した場合に比べて試験成績が劣っていた。無機凝集剤として硫酸バンドを用いた比較例１１は、比較例１０よりも悪い結果となり、すなわち無機凝集剤の種類の変動に対しフロック形成が安定しなかった。
アニオン性高分子凝集剤とカチオン性高分子凝集剤を含む高分子凝集剤を使用した比較例１２は、実施例７〜９に比べて試験成績が劣っていた。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の汚泥の脱水処理方法によれば、汚泥に対する凝集剤添加率を増加させることなく、特に従来の方法では効果的な脱水処理が困難であった食品工業等で発生する余剰汚泥等に対し、安定で大きなフロックを形成させることができ、かつ脱水ケーキの含水率を安定して低減することができる。

Claims (1)

1. ノニオン性又はアニオン性高分子凝集剤と、該ノニオン性又はアニオン性高分子凝集剤と同量以上の両性高分子凝集剤との混合物を含有し、前記ノニオン性又はアニオン性高分子凝集剤が、アクリルアミドと、アクリル酸およびそのアルカリ金属塩から選ばれるビニル化合物とからなる重合体で、前記ビニル化合物の割合が２０モル％以下である高分子凝集剤を水溶液と成し、
   汚泥に対し無機凝集剤を添加した後に、前記高分子凝集剤の水溶液を添加することを特徴とする汚泥の脱水処理方法。