JP5369399B2 - 汚泥脱水方法 - Google Patents

Description

本発明は、各種産業排水の生物処理過程で発生する汚泥を電気浸透脱水装置で脱水する方法に係り、特に、電気浸透脱水前の汚泥の調質方法を改良して、著しく含水率の低い脱水汚泥を得る方法に関する。

各種産業排水の生物処理過程で発生する汚泥は多くの水分を含んでいるため、脱水処理した後、廃棄物として処分されている。従来、汚泥の脱水には、ベルトプレスやフィルタープレス等の加圧式脱水機や遠心脱水機などの機械的脱水装置が用いられてきたが、これらの脱水装置では、一部の汚泥（繊維質や砂分といった脱水し易い成分が多く含まれている汚泥）を除き、含水率を十分に低くすることはできず、得られる脱水汚泥の含水率は８０％程度が限度である。

これに対して、電気浸透脱水装置による電気浸透脱水処理であれば、被処理汚泥に通電して、マイナス荷電した汚泥を陽極側に引き寄せ、一方、汚泥の間隙水を陰極側に移動させて分離させながら加圧力をかけて脱水するため、機械的脱水処理の場合に比べて、脱水効率が高く、汚泥の含水率を更に低減することが可能である。

しかし、このような電気浸透脱水法であっても、下水初沈汚泥やし尿余剰汚泥のように繊維質を多く含んでいる汚泥であれば、含水率６０％前後にまで脱水することが可能であるが、繊維質が少ない食品系排水余剰汚泥や化学系排水余剰汚泥に対しては含水率６０％以下にまで脱水することは困難である。繊維質が少ない食品系排水余剰汚泥や化学系排水余剰汚泥では、通常の機械的脱水法を用いた場合、得られる脱水汚泥の含水率は８５〜８２％程度である。この脱水汚泥に対し更に電気浸透脱水を施すと含水率は７０％程度まで低下させることができるが、含水率を６０％以下にまで低減させることは困難であった。

従来、電気浸透脱水法における電気効率を高めるために、電気浸透脱水に供される汚泥を調質する方法については、次のような方法が提案されている。
(1) 生汚泥を水洗し、高分子凝集剤で濃縮後に電気浸透脱水を行うことにより、少ない消費電気量で効率良く脱水する方法（特許文献１）。
(2) 前処理（凝集・重力濾過脱水・汚泥の水洗）を行って汚泥を低電導度に改質後、電気浸透脱水することにより、少ない消費電気量で効率良く脱水する方法（特許文献２）。
(3) 電気浸透脱水に供する汚泥を加温することにより、汚泥の粘性の低下、電気伝導度の上昇を図り、効率化を図る方法（特許文献３）。

しかしながら、これらの方法は、いずれも、電気浸透脱水における電気効率を上げることを主目的とするものであり、脱水汚泥の更なる低含水率化を目的とした汚泥の調質については有効な方法が提供されていないのが現状である。

なお、特許文献４の第［００３４］段落には、通常の余剰汚泥を電気浸透脱水装置に導入する前に、塩化第二鉄などの凝集剤の添加が必須である旨の記載があり、また、特許文献５の実施例２などには、ポリ硫酸鉄と両性ポリマーによって処理した余剰汚泥をベルトプレス脱水機などで処理することが記載され、このときのポリ硫酸鉄の添加量は約２０重量％／ＳＳで、両性ポリマーの添加量は０．８４重量％／ＳＳ程度で、含水率約８０％の脱水ケーキを得ることが記載されているが、以下の理由により、非常に低い含水率にまで汚泥を脱水処理する場合や電気浸透脱水装置による汚泥の脱水処理では、従来、無機凝集剤の多量添加は行われていない。

(1) 無機凝集剤は鉄系、アルミニウム系を問わず、水和物を含んでいるため、多量に添加するとその無機凝集剤中の水和物の影響で、汚泥を含水率８０重量％程度にまでしか脱水できない。従って、更に低い含水率に脱水処理する場合には、これらの無機凝集剤を添加することは適当ではない。このことは有機分が少なく高分子凝集剤のみでも非常に低い含水率まで脱水処理できる汚泥に無機凝集剤を適用するとかえって含水率が高くなる場合があることにより裏付けられる。
(2) 電気浸透脱水の場合には、汚泥に無機凝集剤を添加すると汚泥を荷電中和するため、電気浸透脱水装置のプラス側に汚泥粒子をひきつける作用が弱まり、固液分離がかえって困難になる。更に、液中に電解質が増えるため、水を分離するために必要な電力量が増大する。
特開昭６０−９７０１１号公報 特公平３−２６１２０号公報 特許第３５７６２６９号公報 特許第３１８１５２１号公報 特開２００１−３３４２９９号公報

前述の如く、各種産業排水の生物処理過程で発生する汚泥は、脱水処理した後、廃棄物として処分されるが、その際、脱水汚泥の含水率が低い程、廃棄物処分量が少なくなり、処分費用が削減されるため、汚泥を高度に脱水処理することが望まれる。即ち、含水率７０％の汚泥と含水率６０％の汚泥では、その容量で２５％（含水率７０％の汚泥を１００容量とすると含水率６０％の汚泥では７５容量となる）という大きな差になり、汚泥廃棄処分費の面から見ても２５％という大きな差になる。

従って、汚泥の脱水処理により、例えば含水率６０％以下というような低含水率の脱水汚泥を得ることができるならば、汚泥廃棄処分費を大幅に低減することができるが、従来においては、繊維質や砂分といった脱水し易い成分を多く含まない汚泥であっても電気浸透脱水により常に安定して含水率６０％以下にまで脱水できる技術が確立されていないのが現状である。

本発明は上記従来の実状に鑑みてなされたものであって、各種産業排水の生物処理過程で発生する汚泥を電気浸透脱水装置により脱水処理する方法であって、繊維質や砂分といった脱水し易い成分を多く含まない汚泥であっても、著しく含水率の低い、例えば含水率６０％以下にまで高度に脱水することができる方法を提供することを目的とする。

本発明（請求項１）の汚泥脱水方法は、排水の生物処理で発生する汚泥を電気浸透脱水装置で脱水処理する方法において、該汚泥に鉄系無機凝集剤を添加した後に両性高分子凝集剤を添加して調質し、該調質後に該電気浸透脱水装置で脱水処理することを特徴とする。

請求項２の汚泥脱水方法は、請求項１において、前記鉄系無機凝集剤が、硫酸第二鉄、ポリ硫酸第二鉄、及び塩化第二鉄から選ばれる１種又は２種以上であることを特徴とする。

請求項３の汚泥脱水方法は、請求項１又は２において、鉄系無機凝集剤として硫酸第二鉄を用いることを特徴とする。

請求項４の汚泥脱水方法は、請求項１ないし３のいずれか１項において、前記汚泥のＳＳに対して鉄系無機凝集剤をＦｅ換算で５〜２０重量％添加することを特徴とする。

請求項５の汚泥脱水方法は、請求項２ないし４のいずれか１項において、前記汚泥のＳＳに対して両性高分子凝集剤を０．２〜１重量％添加することを特徴とする。

請求項６の汚泥脱水方法は、請求項１ないし５のいずれか１項において、含水率６０％以下の脱水汚泥を得ることを特徴とする。

本発明の汚泥脱水方法によれば、電気浸透脱水に供される汚泥に鉄系無機凝集剤を添加して調質することにより、繊維質や砂分といった脱水し易い成分を多く含まない汚泥であっても含水率６０％以下にまで高度に脱水することができ、脱水汚泥容量の低減で汚泥廃棄処分費を大幅に低減することができる。

なお、前述の如く、電気浸透脱水に供される汚泥に無機凝集剤を添加することが記載された特許文献はあるが、前述の理由により、電気浸透脱水に供される汚泥に多量の無機凝集剤を添加することは行われていないのが現状である。

本発明では、このように無機凝集剤の添加が行われていない、被電気浸透脱水汚泥に対して、無機凝集剤として鉄系無機凝集剤、特に硫酸第二鉄を用い、例えばＦｅ換算で５〜２０重量％と多量に添加することにより、従来危惧されていた無機凝集剤の水和物による脱水阻害の問題もなく、繊維質や砂分といった脱水し易い成分を多く含まない汚泥であっても含水率６０％以下の低含水率にまで電気浸透脱水できることを見出すことにより達成されたものである。このような効果は鉄系無機凝集剤に特有な効果であり、無機凝集剤であっても、アルミニウム系の無機凝集剤では、後述の比較例２に示すように、このような脱水効率向上効果は得られない。

以下に本発明の汚泥脱水方法の実施の形態を詳細に説明する。

本発明の汚泥脱水方法は、電気浸透脱水処理に供される汚泥に、予め無機凝集剤を添加して調質することを特徴とする。

本発明で用いる鉄系無機凝集剤としては特に制限はなく、硫酸第二鉄（ポリ硫酸第二鉄を含む）、硫酸第一鉄、塩化第二鉄、塩化第一鉄、鉄−シリカ無機高分子凝集剤等を用いることができるが、特に硫酸第二鉄が好ましい。これらの鉄系無機凝集剤は１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。

汚泥への鉄系無機凝集剤の添加量は、多過ぎても少な過ぎても、含水率の十分に低い脱水汚泥を得ることができないため、脱水処理する汚泥のＳＳに対するＦｅ換算の添加量として５〜２０重量％、特に７〜１５重量％とすることが好ましい。

また、本発明においては、鉄系無機凝集剤と共に高分子凝集剤を添加する。高分子凝集剤としては、両性高分子凝集剤（両性ポリマー）を用いる。両性高分子凝集剤としては、アミノ基若しくはアンモニウム塩基を有するモノマー、(メタ)アクリルアミド及び(メタ)アクリル酸若しくはその塩の共重合体が好ましく、アミノ基又はアンモニウム塩基を有す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４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３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４級アンモニウム塩などを挙げることができる（ここで、「（メタ）アクリル」とは「アクリル及び／又はメタクリル」を意味する。「（メタ）アクリロイル」についても同様である。）。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４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を特に好適に用いることができる。

また、(メタ)アクリル酸又はその塩としては、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特に好適に用いることができる。

両性高分子凝集剤には、さらに他のコモノマーを共重合することができる。他のコモノマーとしては、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。これらのコモノマーの共重合量は、通常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。

これらの両性高分子凝集剤は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。

このような高分子凝集剤を併用し、鉄系無機凝集剤添加後の汚泥に高分子凝集剤を添加することにより、強固な汚泥フロックを形成することができ、より一層の含水率の低減を図ることができる。

このような高分子凝集剤の添加量は、脱水処理する汚泥のＳＳに対して０．２〜１重量％程度とすることが好ましい。

なお、汚泥は、鉄系無機凝集剤を添加して、急速攪拌槽で滞留時間１〜５分で処理することが好ましく、また、高分子凝集剤添加においては、緩速攪拌槽で滞留時間１〜１０分で処理することが好ましい。

このようにして、鉄系無機凝集剤と高分子凝集剤を添加して汚泥を調質した後は、電気浸透脱水装置で電気浸透脱水処理する。

この調質汚泥の電気浸透脱水処理に際しては、電気浸透脱水に先立ち、調質汚泥を機械的脱水処理することが好ましい。一般的に市販されている電気浸透脱水装置は、機械的脱水部と電気浸透脱水部とを有するため、通常の電気浸透脱水装置を用いて機械的脱水及び電気浸透脱水処理を行うことができる。

この機械的脱水及び電気浸透脱水の処理条件には特に制限はないが、例えば次のような条件を採用することができる。
＜機械的脱水処理条件＞
加圧力：５０〜１０００ｋＰａ
脱水時間：１〜６０分
＜電気浸透脱水処理条件＞
加圧力：０．１〜２００ｋＰａ
通電量：ＤＣ２０〜１００Ｖ
脱水時間：５〜６０分

本発明によれば、このような脱水処理により繊維質が少ない食品系排水余剰汚泥や化学系排水余剰汚泥を脱水処理する場合であっても、含水率７０％以下、特に含水率６０％以下の低含水率にまで汚泥を効率的に脱水することができる。

本発明の汚泥脱水方法で脱水処理する汚泥としては特に制限はなく、各種産業排水の生物処理過程で発生するあらゆる汚泥に適用可能であるが、本発明では特に鉄系無機凝集剤と電気浸透脱水との組み合わせにより、繊維質や砂分といった脱水し易い成分を多く含まない汚泥であっても含水率６０％以下の低含水率に脱水することができることから、繊維質が少ない食品系排水余剰汚泥や化学系排水余剰汚泥の脱水処理に有効である。なお、これらの汚泥の繊維質分の含有量とは通常１０％未満程度である。

以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明する。

＜実施例１＞
食品系排水の余剰汚泥（ＭＬＳＳ５，０００ｍｇ／Ｌ，繊維質分の含有量７％）にポリ硫酸第二鉄（ポリ鉄）を５〜２０重量％（対ＳＳ，Ｆｅ換算）添加して２分急速攪拌した後、両性ポリマー（栗田工業（株）：クリベストＰ３５０）を０．８重量％（対ＳＳ）添加して１分緩速攪拌して調質した汚泥を、機械的脱水部と電気浸透脱水部とを有する電気浸透脱水装置により、下記条件で機械的脱水、次いで電気浸透脱水処理した。

＜機械的脱水処理条件＞
加圧力：１ｋｇｆ／ｃｍ^２（９８ｋＰａ）
脱水時間：２分
＜電気浸透脱水処理条件＞
加圧力：１ｋｇｆ／ｃｍ^２（９８ｋＰａ）
通電量：ＤＣ４０Ｖ
脱水時間：２０分

得られた脱水汚泥の含水率とポリ鉄添加量との関係を図１に示した。

＜比較例１＞
実施例１において、ポリ硫酸第二鉄を用いず、両性ポリマーの代りにカチオンポリマー（栗田工業（株）：クリフィックスＥＣ５４８）を０．８重量％（対ＳＳ）添加して汚泥の調質を行ったこと以外は同様にして余剰汚泥の脱水処理を行い、得られた脱水汚泥の含水率を図１に示した。

＜比較例２＞
実施例１において、ポリ硫酸第二鉄の代りにポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）を用い、ＰＡＣを汚泥のＳＳに対してＡｌ_２Ｏ_３換算で５〜２０重量％添加して汚泥の調質を行ったこと以外は同様にして余剰汚泥の脱水処理を行い、得られた脱水汚泥の含水率とＰＡＣ添加量との関係を図１に示した。

図１により、無機凝集剤として鉄系無機凝集剤であるポリ鉄を用いることが好ましく、ポリ鉄を汚泥のＳＳに対してＦｅ換算で１０重量％添加した場合に、汚泥の含水率は５８．７％と最も低い含水率となることが分かった。
また、比較例１と比較例２との対比により、無機凝集剤として鉄系無機凝集剤ではなく、アルミニウム系の無機凝集剤を用いると、かえって脱水汚泥の含水率が高くなることが分かる。

＜比較例３＞
比較例１において、電気浸透脱水装置の代りに、ベルトプレス脱水機を用い、電気浸透脱水処理を行わなかったこと以外は同様に脱水処理を行ったところ、得られた脱水汚泥の含水率は８５％であった。

実施例１及び比較例１，３で得られた脱水汚泥の含水率と、水処理施設の余剰汚泥を脱水処理して、このような含水率の脱水汚泥を排出する場合の汚泥廃棄処分量との関係を表１にまとめる。なお、汚泥廃棄物処分量は、比較例３（通常の加圧脱水処理）での処分量が１０ｍ^３／ｄａｙとして、汚泥廃棄物中の固形物量が同一となるよう脱水汚泥の含水率より算出した。

表１より、本発明によれば、汚泥を高度に脱水してその含水率を大幅に低減することにより、汚泥廃棄処分量を、カチオンポリマーを用いた加圧脱水のみを行う場合（比較例３）に比べて６３％、カチオンポリマーを用いた加圧脱水と電気浸透脱水とを行う場合（比較例１）に比べて２６％と、大幅に削減することができることが分かる。

＜実施例２＞
実施例１において、ポリ硫酸第二鉄の代りに塩化第二鉄を用い、塩化第二鉄を余剰汚泥のＳＳに対して１０重量％（Ｆｅ換算）添加して汚泥を調質したこと以外は同様にして脱水処理を行ったところ、得られた脱水汚泥の含水率は６４％であった。
この結果から、鉄系無機凝集剤としてはポリ硫酸第二鉄に限らず、塩化第二鉄も有効であるが、ポリ硫酸第二鉄の方が効果が高いことが分かる。

実施例１及び比較例１，２の結果を示すグラフである。

Claims (6)

1. 排水の生物処理で発生する汚泥を電気浸透脱水装置で脱水処理する方法において、該汚泥に鉄系無機凝集剤を添加した後に両性高分子凝集剤を添加して調質し、該調質後に該電気浸透脱水装置で脱水処理することを特徴とする汚泥脱水方法。
2. 請求項１において、前記鉄系無機凝集剤が、硫酸第二鉄、ポリ硫酸第二鉄、及び塩化第二鉄から選ばれる１種又は２種以上であることを特徴とする汚泥脱水方法。
3. 請求項１又は２において、鉄系無機凝集剤として硫酸第二鉄を用いることを特徴とする汚泥脱水方法。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項において、前記汚泥のＳＳに対して鉄系無機凝集剤をＦｅ換算で５〜２０重量％添加することを特徴とする汚泥脱水方法。
5. 請求項２ないし４のいずれか１項において、前記汚泥のＳＳに対して両性高分子凝集剤を０．２〜１重量％添加することを特徴とする汚泥脱水方法。
6. 請求項１ないし５のいずれか１項において、含水率６０％以下の脱水汚泥を得ることを特徴とする汚泥脱水方法。

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