JP5427985B2 - 汚泥脱水剤および汚泥脱水方法 - Google Patents
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Description
汚泥の脱水処理では、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て混合し、汚泥粒子をフロック化する方法が広く用いられている。この際、高分子凝集剤は水溶液の形態で使用するため、高分子凝集剤は水溶解性が高いことが必要である。
(1)ジアルキルアミノエチルメタクリレートのベンジルクロライド4級塩を構成単位とするカチオン性ポリマーと、両性ポリマーの混合物からなる脱水剤を用いる汚泥脱水方法(特許文献1)。
(2)ノニオン性またはアニオン性高分子凝集剤と、両性高分子凝集剤の混合物からなる脱水剤を用いる汚泥脱水方法(特許文献2)。
また、本発明の汚泥脱水剤は、前記両性ポリマーが、カチオン性構成単位、アニオン性構成単位、ノニオン性構成単位からなり、前記カチオン性構成単位が前記アニオン構成単位の0.5モル倍以上であることが好ましい。
また、前記アニオン性ポリマー中のアニオン性構成単位が20モル%以下であることが好ましい。
また、前記カチオン性ポリマーが10〜60質量%、前記両性ポリマーが15〜40質量%、前記ノニオン性またはアニオン性ポリマーが10〜30質量%、アミジンポリマーが15〜40質量%(ただし、各ポリマーの合計が100質量%である。)であることが好ましい。
また、本発明の汚泥脱水方法は、前記脱水機が圧入式スクリュープレス型脱水機であることが好ましい。
また、本発明の汚泥脱水方法によれば、粒径が大きく強度の高いフロックを安定して形成させることができ、SS量が少ない処理水および含水率の低い脱水ケーキが得られる。
<汚泥脱水剤>
本発明の汚泥脱水剤(以下、「本汚泥脱水剤」という。)は、ジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリレートのベンジルクロライド4級塩モノマーに由来する構成単位を50モル%以上有するカチオン性ポリマー(以下、「ポリマー(C)」という。)と、両性ポリマー(以下、「ポリマー(R)」という。)と、ノニオン性またはアニオン性ポリマー(以下、「ポリマー(NA)」という。)とを含有する。
各々のアルキル基の炭素数が1〜3のジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリレートとしては、例えば、ジメチルアミノメチル(メタ)アクリレート、ジエチルアミノメチル(メタ)アクリレート、ジプロピルアミノメチル(メタ)アクリレート、ジイソプロピルアミノメチル(メタ)アクリレート、メチルエチルアミノメチル(メタ)アクリレート、メチルプロピルアミノメチル(メタ)アクリレート、エチルプロピルアミノメチル(メタ)アクリレート、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、ジプロピルアミノエチル(メタ)アクリレート、ジイソプロピルアミノエチル(メタ)アクリレート、メチルエチルアミノエチル(メタ)アクリレート、メチルプロピルアミノエチル(メタ)アクリレート、エチルプロピルアミノエチル(メタ)アクリレート、ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリレート、ジエチルアミノプロピル(メタ)アクリレート、ジプロピルアミノプロピル(メタ)アクリレート、ジイソプロピルアミノプロピル(メタ)アクリレート、メチルエチルアミノプロピル(メタ)アクリレート、メチルプロピルアミノプロピル(メタ)アクリレート、エチルプロピルアミノプロピル(メタ)アクリレートが挙げられる。
モノマー(c1)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。
モノマー(c2)は、本汚泥脱水剤の効果を損なわないモノマーであれば特に制限はなく、例えば、以下のモノマーが挙げられる。
モノマー(c21):モノマー(c1)以外のカチオン性モノマー。
モノマー(c22):ノニオン性モノマー。
モノマー(c21)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。
モノマー(c22)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。
ポリマー(R)におけるカチオン構成単位(r1)の含有量は、アニオン構成単位(r2)の0.5モル倍以上が好ましく、1.0モル倍以上がより好ましく、2.0モル倍以上がさらに好ましい。また、カチオン構成単位(r1)の前記含有量は、アニオン構成単位(r2)の10.0モル倍以下が好ましく、5.0モル倍以下がより好ましく、3.0モル倍以下がさらに好ましい。カチオン構成単位(r1)の含有量がアニオン構成単位(r2)の0.5モル倍以上であれば、フロックの粒径が大きく、また強度が高くなりやすい。また、カチオン構成単位(r1)の含有量がアニオン構成単位(r2)の10.0モル倍以下であれば、大きなフロック粒径、強いフロック強度を保持しやすい。
モノマー(r1)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。
モノマー(r2)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。
モノマー(r3)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。
モノマー(n1)は、1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
モノマー(a1)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。
X−としては、例えば、塩化物イオン、臭化物イオン、硫酸イオン、酢酸イオン、水酸化物イオンが挙げられる。中でも塩化物イオンが好ましい。
方法(i):各モノマーを水に溶解させたモノマー水溶液を、熱によりラジカルを発生する開始剤(レドックス開始剤、アゾ系開始剤など。)を用いて共重合させる水溶液断熱重合方法。
方法(ii):各モノマーを水に溶解させたモノマー水溶液を均一なシート状にし、光開始剤を用いて可視光または紫外光を照射して共重合させる水溶液光重合方法。
本汚泥脱水剤は、アミジンポリマーを含有する場合とそうでない場合のいずれの場合も、各ポリマーを混合した1剤型薬剤とすることが好ましい。
本発明の汚泥脱水方法(以下、「本汚泥脱水方法」という。)は、前述した本汚泥脱水剤を用いて汚泥処理を行う方法である。本汚泥脱水方法が対象とする汚泥としては、有機汚泥、特に下水処理場あるいはし尿処理場、食品工場などの廃水処理施設より生じる汚泥が好適である。本汚泥脱水剤を前記汚泥に加えることで、フロック粒径、フロック強度、処理速度(ろ過速度)、処理水中のSS量、脱水ケーキ含水率のバランス性などが安定したフロックを形成できる。
本汚泥脱水剤の添加方法としては、汚泥脱水剤を水に溶解させた後、汚泥に添加する方法が好ましい。場合によっては、本汚泥脱水剤を粉末のまま汚泥に添加してもよい。また、本汚泥脱水剤は、アミジンポリマーを含有する場合とそうでない場合のいずれの場合も、ポリマー(C)、ポリマー(R)、ポリマー(NA)、および必要に応じてアミジンポリマーを混合した1剤型薬剤として添加することが好ましい。
また、本汚泥脱水剤に加えて、本汚泥脱水剤の水への溶解性を向上させるために酸性物質を添加してもよい。酸性物質としては、例えば、スルファミン酸が挙げられる。
脱水機としては、例えば、フィルタープレス型脱水機、スクリュープレス型脱水機、圧入式スクリュープレス型脱水機、真空脱水機、ベルトプレス型脱水機、遠心脱水機、多重円板型脱水機が挙げられる。本汚泥脱水方法では、安定してフロック粒径とフロック強度を保ちやすく、処理水中のSS量を少なくし、脱水ケーキの含水率を低くすることが容易である点から、圧入式スクリュープレス型脱水機が好ましい。
無機凝結剤としては、例えば、硫酸バンド、ポリ塩化アルミニウム、塩化第2鉄、硫酸第1鉄、硫酸第2鉄、ポリ鉄(ポリ硫酸鉄、ポリ塩化鉄など)が挙げられる。
有機凝結剤としては、例えば、ポリアミン、ポリジアリルジメチルアンモニウムクロライド、カチオン性界面活性剤が挙げられる。
以下の製造例で得られた各ポリマーについては、下記に示す0.5%塩粘度、および0.5%不溶解分量の測定を行った。該測定には、粉末状の汚泥脱水剤を用いた。
[0.5%塩粘度の測定]
製造例で得られたポリマーの2.38gを4%NaCl水溶液に溶解し、0.5%ポリマー水溶液の500gを調製した。B型粘度計(東機産業社製)を用い、温度25℃、回転速度60rpmの条件で、前記0.5%ポリマー水溶液の攪拌を開始してから5分後の0.5%塩粘度を測定した。
前記0.5%ポリマー水溶液の全量(500g)を、直径20cm、80メッシュの篩でろ過し、篩上の残留物(不溶解分)の水分を拭き取り、その質量を測定した。
[モノマー]
カチオン性モノマー:
N,N−ジメチルアミノエチルメタクリレート塩化ベンジル4級塩(以下、「DML水溶液」という。)、三菱レイヨン社製、純度:60%。
N,N−ジメチルアミノエチルメタクリレート塩化メチル4級塩(以下、「DMC水溶液」という。)、大阪有機化学工業社製、純度:80%。
N,N−ジメチルアミノエチルアクリレート塩化メチル4級塩(以下、「DME水溶液」という。)、大阪有機化学工業社製、純度:80%。
アニオン性モノマー:
アクリル酸(以下、「AA液」という。)、三菱化学社製、純度:100%。
ノニオン性モノマー:
アクリルアミド(以下、「AAM水溶液」という。)、ダイヤニトリックス社製、純度:50%。
DAROCUR 1173(以下、「D−1173」という。)、Ciba社製。
次亜リン酸(以下、「HPA」という。)、関東化学社製。
DML水溶液の960.0gを、2000mL褐色耐熱瓶に投入し、1mol/L硫酸により全モノマー濃度48%、pH4.5となるように調整し、総質量1200gになるように蒸留水を加え、モノマー水溶液(DML=100.0(モル%))を調製した。さらに、D−1173およびHPAを、前記モノマー水溶液の総質量に対して、それぞれ500ppmおよび15ppmとなるように投入し、これに窒素ガスを30分間吹き込みながら水溶液の温度を20℃に調節した。その後、モノマー水溶液をステンレス反応容器に移し、容器の下方から17℃の水を噴霧しながら、ケミカルランプを用いて、容器の上方から5W/m2の照射強度で、表面温度計が40℃になるまで光を照射した。表面温度計が40℃に到達した後は、3W/m2の照射強度で30分間光を照射した。さらにモノマーの残存量を低減させるために、照射強度を50W/m2にして10分間光を照射した。これにより、含水ゲル状のポリマーを得た。
得られた含水ゲル状のポリマーを容器から取り出し、小型ミートチョッパーを用いて解砕した。これを温度60℃で16時間乾燥した後、粉砕して粉末状のカチオン性ポリマー(ポリマーC−1)を得た。
各モノマーの割合を表1に示すように変更した以外は、製造例1と同様の操作を行い、カチオン性ポリマー(ポリマーC−2)を得た。
各モノマーの割合を表1に示すように変更した以外は、製造例1と同様の操作を行い、カチオン性ポリマー(ポリマーC’−1)を得た。
モノマー水溶液をDML水溶液からDMC水溶液に変更した以外は、製造例1と同様の操作を行い、カチオン性ポリマー(ポリマーC’−2)を得た。
DME水溶液の463.6g、AAM水溶液の272.2g、AA液の69.0gを、2000mL褐色耐熱瓶に投入し、1mol/L硫酸により全モノマー濃度48%、pH2.6となるように調整し、総質量1200gになるように蒸留水を加え、モノマー水溶液(DME:AAM:AA=40.0:40.0:20.0(モル%))を調製した。さらに、D−1173およびHPAを、前記モノマー水溶液の総質量に対して、それぞれ60ppmおよび50ppmとなるように投入した。以下、製造例1と同様の操作を行い、両性ポリマー(ポリマーR−1)を得た。
各モノマーの割合を変更した以外は、製造例1と同様の操作を行い、両性ポリマー(ポリマーR−2)を得た。
DML水溶液の429.9g、DME水溶液の117.2g、AAM水溶液の224.1g、AA液の52.5gを、2000mL褐色耐熱瓶に投入し、1mol/L硫酸により全モノマー濃度48%、pH2.6となるように調整し、総質量1200gになるように蒸留水を加え、モノマー水溶液(DML:DME:AAM:AA=33.3:13.3:43.3:10.0(モル%))を調製した。さらに、D−1173およびHPAを、モノマー水溶液の総質量に対して、それぞれ60ppmおよび40ppmとなるように投入した。以下、製造例1と同様の操作を行い、両性ポリマー(ポリマーR−3)を得た。
AAM水溶液の1035.4g、AA液の58.3gを、2000mL褐色耐熱瓶に投入し、pH調整は行わずに全モノマー濃度48%、総質量1200gになるように蒸留水を加え、モノマー水溶液(AAM:AA=90.0:10.0(モル%))を調製した。さらに、D−1173およびHPAを、モノマー水溶液の総質量に対して、それぞれ60ppmおよび70ppmとなるように投入した。以下、製造例1と同様の操作を行い、アニオン性ポリマー(ポリマーA−1)を得た。
各モノマーの割合を変更した以外は、製造例1と同様の操作を行い、アニオン性ポリマー(ポリマーA−2)を得た。
製造例1〜9で得られた各ポリマーにおける各々のモノマーに由来する構成単位の割合を、各モノマーの仕込み量から計算した。また、0.5%塩粘度、0.5%不溶解分量を測定した。その結果を表1に示す。
KP−7000(アミジンポリマー)、ダイヤニトリックス社製。
[実施例1〜6]
下水処理場でのオキシデーションディッチの余剰汚泥を用い、次のように脱水試験を実施した。
500mLビーカーに前記汚泥の300mLを採取した。次いで、表1に記載のポリマーを表2に記載の各混合比率で0.3%に溶解して汚泥脱水剤水溶液を調製し、該汚泥脱水剤水溶液を表2に記載の濃度になるよう添加した後、スパチュラで30秒間攪拌混合してフロックを形成させ、汚泥の脱水処理を行った。
用いたポリマーを表2に示す通りに変更した以外は、実施例1〜6と同様にしてフロックを形成させ、汚泥の脱水処理を行った。
実施例および比較例における脱水処理の評価は、以下に示す通りに行った。
(フロック粒径、ろ過性能、ろ過水のSS量)
各例においてフロックを形成させた後に攪拌を止め、フロック粒径を目視により測定した。その後、予めろ布を敷いたヌッチェに凝集した汚泥を移し、ろ過性能(10秒間のろ過水量)を測定した。このとき、60秒間ろ過した後のろ過水のSS量を目視により以下の基準で評価した。
− :ろ過水がほとんど透き通っており、浮遊物はほぼ見られない(SS量目安:50ppm以下)。
+ :ろ過水に一部濁りが見られ、浮遊物がわずかに存在する(SS量目安:50〜100ppm)。
++ :ろ過水に部分的に濁りが見られ、浮遊物がところどころ存在する(SS量目安:100〜200ppm)。
+++ :ろ過水に多数の濁りが見られ、浮遊物が全体的に存在する(SS量目安:200〜500ppm)。
++++:ろ過水に全体的に多数の濁りが見られ、浮遊物が全体的に存在し、一部粗大な大きさで存在する(SS量目安:500〜1000ppm)。
× :ろ過水が完全に濁り、粗大な浮遊物が多数存在する(SS量目安:1000ppm以上)。
さらに、ろ過濃縮した汚泥(フロック)をろ布上で50回転がし、フロックの強度(団粒性)を以下の基準で評価した。
◎:ろ布上で転がすことにより水が切れ、フロックが数個の団子状になる。
○:ろ布上で転がすことにより水が切れ、フロックが一塊状になる。
△:ろ布上で転がすことにより水が切れるが、フロックが崩れ塊状にならない。
×:ろ布上で転がすことにより、凝集汚泥が崩れて流れ、ドロドロになる。
その後、0.1MPaの圧力でプレス脱水し、脱水ケーキを得た。この脱水ケーキの含水率を、常法((財)日本下水道協会編、「下水道試験法上巻1997年度版」p296−297)により測定した。
実施例および比較例における各試験結果を表2に示す。
Claims (7)
- 廃水処理施設より生じる汚泥の脱水処理に用いる汚泥脱水剤であって、
ジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリレートのベンジルクロライド4級塩モノマーに由来する構成単位を50モル%以上有するカチオン性ポリマー10〜70質量%と、両性ポリマー15〜50質量%と、ノニオン性またはアニオン性ポリマー10〜40質量%(ただし、各ポリマーの合計が100質量%である。)と、を含有することを特徴とする汚泥脱水剤。 - 前記両性ポリマーが、カチオン性構成単位、アニオン性構成単位、ノニオン性構成単位からなり、前記カチオン性構成単位が前記アニオン構成単位の0.5モル倍以上である請求項1に記載の汚泥脱水剤。
- 前記アニオン性ポリマー中のアニオン性構成単位が20モル%以下である請求項1または2に記載の汚泥脱水剤。
- さらに、アミジンポリマーを含有する請求項1〜3のいずれか一項に記載の汚泥脱水剤。
- 前記カチオン性ポリマーが10〜60質量%、前記両性ポリマーが15〜40質量%、前記ノニオン性またはアニオン性ポリマーが10〜30質量%、アミジンポリマーが15〜40質量%(ただし、各ポリマーの合計が100質量%である。)である請求項4に記載の汚泥脱水剤。
- 請求項1〜5のいずれか一項に記載の汚泥脱水剤を、廃水処理施設より生じる汚泥に添加混合し、脱水機を用いて脱水する汚泥脱水方法。
- 前記脱水機が圧入式スクリュープレス型脱水機である請求項6に記載の汚泥脱水方法。
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