JP5622261B2

JP5622261B2 - 下水汚泥の処理方法

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Publication number: JP5622261B2
Application number: JP2010035495A
Authority: JP
Inventors: 安典谷口; 相曾　淳; 淳相曾
Original assignee: Hymo Corp
Current assignee: Hymo Corp
Priority date: 2010-02-22
Filing date: 2010-02-22
Publication date: 2014-11-12
Anticipated expiration: 2030-02-22
Also published as: JP2011167651A

Description

本発明は、下水汚泥の処理方法に関するものであり、詳しくは分散型高分子凝集剤と希釈水を配管中に供給し前記配管中で接触させ、混合し調製された希釈液を、汚泥処理設備における濃縮機に供給し凝集操作および濃縮操作をすることを特徴とする下水汚泥の処理方法に関する。

高分子凝集剤は通常、溶解設備を用いて２００倍以上に希釈して使用するため、溶解設備は比較的大きくなり設置場所などに苦慮していたという背景がある。設置面積が少なく、新に溶解槽を設置する場所がない処理施設に適した分散型有機高分子凝集剤の溶解設備が望まれている。

下水、し尿または各種産業排水から発生する汚泥は、色々な原因によって難脱水化している。また、脱水ケーキを最終処分するための乾燥、焼却に要するエネルギーを極力少なくすることが重要になっているため、脱水ケーキの含水率をできるだけ低くすることが重要な課題になっている。この課題を解決するための有効な凝集方法が求められていて、複数の有機高分子凝集剤を組み合わせて使用する多くの提案がなされている。例えば、従来のカチオン系有機高分子凝集剤単独使用に変えて、カチオン系有機高分子凝集剤とアニオン系有機高分子凝集剤の併用（特許文献１あるいは特許文献２）などがそれに当たり、汚泥の種類や脱水機に応じて最適の方法を選択して現在は幅広く用いられている。しかしながら、これらの方法は複数の有機高分子凝集剤を用いるため、今まで１つの溶解設備しかもたない処理施設では、新たに溶解設備を増設する必要があり、増設する場所がない場合は、これらの方法を採用することができなかった。それを解決する方法として、液状有機高分子凝集剤をラインミキサーで効率的に供給する設備は、それに当たるが（特許文献３）、この方法について、設備を再現し検証した結果、ラインミキサーから排出される液状有機高分子凝集剤の溶解液の粘度は完全に溶解したときの７０％以下であり、目視でも未溶解なものが確認された。この状態では、所定以上の添加量を要して経済的でないばかりでなく、未溶解のものが配管設備や脱水機などに付着して問題になることが推測される。
特開平１０−２４９３９９号公報特開２００１−２８６８９８号公報特開平７−３２８３１９号公報

本発明が解決しようとする課題は、従来の溶解設備を用いた溶解方法と同等の溶解性能が得られ、しかも狭い場所でも用いることのできる溶解設備よって調整された分散型高分子凝集剤の希釈液を提供し、その希釈液を用い機械的濃縮設備により濃縮操作を経た後、汚泥を脱水するという従来に較べ効率の良い汚泥処理方法を提供することにある。

上記課題を解決するため検討を重ねた結果、本発明者等は以下に述べる発明に到達した。すなわち請求項１の発明は、分散型高分子凝集剤として、疎水性単量体と、カチオン性単量体、アニオン性単量体、およびポリオキシエチレン鎖を有する単量体から選択される一種あるいは二種との共重合物からなる油溶性高分子を配合する、粘度が２７０〜５００ｍＰａ・ｓの油中水型高分子エマルジョン原液であり、該油中水型高分子エマルジョンを構成する高分子のカチオン性単量体として、アクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウム塩化物、メタクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウム塩化物から選択される一種以上を６０〜９０モル％含有し、重量平均分子量が５００万〜１０００万である油中水型高分子エマルジョン原液と希釈水を配管中に供給し前記配管中で接触させ、混合し調製された希釈液を、汚泥処理設備における濃縮機に供給し凝集操作および濃縮操作をすることを特徴とする下水汚泥の処理方法である。

請求項２の発明は、前記分散型高分子凝集剤と前記希釈水を配管中で接触させる手段にＴ字型継手を用い、前記希釈水の流水方向に対し前記分散型高分子凝集剤と前記希釈水が接触する部分から手前１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下の位置に希釈水の流速を高めるとともに乱流を発生させる機能を有するノズルを設置することを特徴とする請求項１に記載の下水余剰汚泥の処理方法である。

請求項３の発明は、前記ノズルが、羽型ノズルであることを特徴とする請求項２に記載の下水余剰汚泥の処理方法である。

請求項４の発明は、前記分散型高分子凝集剤と前記希釈水が接触する点から手前２００ｍｍ以内の前記分散型高分子凝集剤の配管に逆止弁を設置することを特徴とする請求項４に記載の下水余剰汚泥の処理方法である。

本発明の下水汚泥の処理方法は、分散型高分子凝集剤と希釈水を配管中に供給し前記配管中で接触させ、混合し調製された希釈液を、汚泥処理設備における濃縮設備に供給し凝集操作および濃縮操作をすることを特徴とする。前記濃縮機凝集混合槽が遠心濃縮機である場合、ライン中に前記希釈液を注入し、凝集、遠心濃縮を連続して行うことができる。またベルト濃縮機の場合は、前記希釈液を汚泥凝集混合槽に供給し、凝集操作を行った後、濃縮操作を実施する。脱水操作をする前に汚泥を濃縮することにより、脱水効果を向上させ、しかもケーキ含水率も低下させることができる。本発明の処理方法は、下水処理場のように多量の汚泥を処理しなければならない施設では有効な方法と期待される。例えば大都市の汚泥処理センターのような施設では、各下水処理場から送られてくる余剰汚泥と最初沈殿池から発生する汚泥すなわち、混合生汚泥を濃縮し、その後脱水を行う設備に対して有効な方法と考えられる。

本発明においては、油中水型エマルジョンを分散型高分子凝集剤として使用し、この油中水型エマルジョンに疎水性単量体と、カチオン性単量体、アニオン性単量体、およびポリオキシエチレン鎖を有する単量体から選択される一種との共重合物からなる油溶性高分子を配合することが好ましい。すなわち前記油溶性高分子を添加することにより、ライン中で希釈水と混合し、希釈液を調製する場合など、溶解性が向上し、未溶解分散粒子の発生を抑えることができる。

本発明の効果としては、小規模な設置面積の場所においても分散型高分子凝集剤の希釈液が容易に調製できる。下水処理場などでは高分子凝集剤のよう溶解水に処理水を使用する場合が多い。一般的に処理水は塩濃度が高いなど水道水と比較して水質が悪いため、凝集剤の劣化も早いが、水道水は高価なため使用できない場合がある。本発明のライン溶解の場合、溶解して使用されるまでが短時間のため、劣化はほとんどないと考えられる。よって、バッチ式で溶解して使用する場合とは異なる性能が期待できる。

本発明の汚泥処理方法においては、凝集混合槽に希釈液を供給し汚泥を凝集させた後、汚泥の機械的濃縮設備に移送し濃縮操作を行い一旦、タンクなどに貯留する。その後他の汚泥と混合し汚泥を脱水する操作も行うことができる。すなわち下水処理場のように大量の汚泥を効率的に処理する場合、効率よく汚泥を処理することができるという利点がある。下水処理場の余剰汚泥の場合は通常無薬注であるが、汚泥の季節変動などにより凝集状態が悪化した場合に高分子凝集剤を添加し、濃縮設備によって濃縮し、その後濃縮された汚泥に高分子凝集剤を添加し、脱水機に供給し脱水すれば回収率を１０％ポイント程度向上
させることができ、その結果電気代を節約することが期待できる。さらに回収率の向上によって返流水の負荷が軽減されることによって、生物処理のブロアーの電気代も軽減することが期待できる。

本発明においては分散型高分子凝集剤を使用するため、希釈液を調製する際に容易にできる。配管中で分散型高分子凝集剤と希釈水を接触、混合させるだけで分散粒子はある程度溶解し、残りの分散粒子はそのまま汚泥脱水機に供給される。汚泥脱水機においては、希釈液と未溶解の分散粒子の混合物が投入され、汚泥と未溶解の分散粒子が混煉され、この際未溶解の分散粒子が溶解していき、その結果新しい凝集フロックも生成し、汚泥の凝集工程において良い影響を与える。すなわち攪拌によっては解された凝集フロックも際凝集するという効果が期待できる。

上記基本的な形態を更に確実にするために本発明においては、下記のような手段を追加設置することができる。すなわち本発明で使用する分散型高分子凝集剤の希釈液は、希釈水配管にＴ字型継ぎ手を接続し、前記希釈水配管と分散型高分子凝集剤配管を前記Ｔ字型継ぎ手によって連結し、希釈水の流水方向に対し前記Ｔ字型継ぎ手から手前１０ｍｍ以上、１００ｍｍ以下の位置に水の流速を高めるとともに乱流を発生させる機能を有するノズルを前記希釈水配管内に設置し、前記分散型高分子凝集剤と前記希釈水を配管中で接触、混合させ、その後ラインミキサーで希釈することによって調製することができる。

従来、分散型に限らず粉末型においても高分子凝集剤の希釈液を調製するには、攪拌機付の溶解タンクに溶解水を投入し、攪拌機を回転させながら粗大粒子が発生しないように高分子凝集剤を少しずつ添加し、分散させ一定時間攪拌し希釈液を調製する。この設備は、希釈液を一度に数ｔ〜十数ｔと調製するため大きなタンクと強力なモーターが必要であり、設置面積もある程度の広さを確保する必要がある。上記設備に較べ本発明のように調整すれば、設置面積と設備費用が大きく削減できる。例えば汚泥を１時間当たり１０ｔ供給し脱水操作をする場合、汚泥固形分濃度が４質量％であり、対汚泥固形分１質量％の添加量、０．２質量％で高分子凝集剤を供給しようとすると、１２時間分で２４ｔの溶解液を調製する必要がある。０．３質量％溶液でも１６ｔ要する。

しかし一方、上記と同様の汚泥、添加量、溶解濃度で高分子凝集剤を供給する場合、１分あたりの供給量は０．２質量％で３３．３Ｋｇ／分であるが、分散型高分子凝集剤と希釈水を混合し、希釈液を調製する本発明の方式では、分散型高分子凝集剤の原液濃度を４０質量％とし、比重を１とすると上記流量は１６７ｍＬ／分となり、小型のポンプで十分対応可能である。今希釈水を３３．３Ｌ／分で供給すると、希釈水配管の内径を１．５ｃｍの場合、流速は１８．５ｍ／分となり、分散型高分子凝集剤の原液をこの速度の１０分の１一で供給し、流量を上記１６７ｍＬ／分にする。この場合希釈水配管と分散型高分子凝集剤配管をＴ字型継ぎ手によって連結した場合、分散型高分子凝集剤配管の内径は、３．４ｍｍとなる。従って前記Ｔ字型継ぎ手と分散型高分子凝集剤配管とが接する点から２００ｍｍ以内に逆止弁を設置すれば、配管内に残る原液の量は約１．８ｃｃと僅かである。

本発明においては、希釈水の流水方向に対しＴ字型継ぎ手から手前１０ｍｍ以上、１００ｍｍ以下の位置に水の流速を高めるとともに乱流を発生させる機能を有するノズルを前記希釈水配管内に設置し、管内で希釈水に接触した場合、分散型高分子凝集剤の不溶粒子（表面だけ溶解し内部は未溶解した粒子、いわゆるダマあるいはフィッシュアイ）の発生を抑える仕組みを設置することができる。この仕組みにより管内で分散型高分子凝集剤粒子を流速が速く、乱流を起こしている水流の中に分散させ不溶粒子の発生を最小限にするとともに、ラインミキサーでの混合、希釈をより効率的に行うことができる。このような機能を有する具体的な部材としては株式会社ノリタケカンパニーリミテド製などがある。

その後、散型高分子凝集剤粒子と希釈水の混合した状態の懸濁液をラインミキサーに通し粒子を溶解させ希釈液を調製する。このラインミキサーは、ポンプに較べ比較的低価格であり、構造が単純で重量も軽く取り扱いも良く使い勝手が非常によく好適である。具体的な例としては冷化工業株式会社製、カルマンミキサーシリーズ−Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，ＫＳ２，ＫＴ２などである。溶解が一基では不足する場合は、二基直列に連結することもできる。

本発明で使用する分散型高分子凝集剤には、油中水型高分子エマルジョンと塩水中高分子分散液がある。このうち塩水中高分子分散液は、硫酸アンモニウムのような多価アニオン塩の水溶液を調製し、この中にカチオン性単量体、あるいは非イオン性単量体からなる混合物を仕込み、また、両性水溶性重合体の場合はアニオン性単量体をしこみ、分散剤として該塩水溶液に可溶な高分子分散剤を共存させ攪拌下、分散重合し合成することができる。

次に分散剤について説明する。高分子分散剤としては、非イオン性あるいはカチオン性高分子のいずれでも使用可能であるが、カチオン性高分子のほうがより好ましい。カチオン性高分子としては、アクリル系カチオン性単量体、たとえば、（メタ）アクリル酸ジメチルアミノエチルやジメチルアミノプロピル（メタ）アクリルアミドなどの無機酸や有機酸の塩、あるいは塩化メチルや塩化ベンジルによる四級アンモニウム塩とアクリルアミドとの共重合体である。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塩化物、（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塩化物、（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塩化物、（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塩化物、（メタ）アクリロイルオキシ２−ヒドロキシプロピルジメチルベンジルアンモニウム塩化物、（メタ）アクリロイルアミノプロピルジメチルベンジルアンモニウム塩化物などがあげられ、これら単量体と非イオン性単量体との共重合体でも良い。またジメチルジアリルアンモニウム塩化物重合体などジアリルアミン系重合体でも使用できる。

非イオン性高分子の例としては、上記非イオン性単量体の（共）重合体、ポリビニルアルコ−ル、スチレン／無水マレイン酸共重合物あるいはブテン／無水マレイン酸共重合物の完全アミド化物などである。

上記イオン性高分子の分子量としては、５、０００から３００万、好ましくは５万から１５０万である。また、非イオン性高分子分の分子量としては、１，０００〜１００万であり、好ましくは１，０００〜５０万である。これら高分子分散剤の単量体に対する添加量は、１／１００〜１／１０であり、好ましくは２/１００〜５／１００である。

重合時の温度は、５〜５０℃であり、好ましくは１５〜４０℃である。５０℃より高くすると重合の制御は難しく、急激な温度上昇や重合液の塊状化などが起きて、高重合度で安定な分散液は生成しない。

一方、油中水型高分子エマルジョンは、イオン性単量体、あるいはイオン性単量体、共重合可能な単量体及びこれら単量体に対し生成した重合体が水溶性を保つモル比で添加した架橋性単量体を含有する単量体混合物を水、少なくとも水と非混和性の炭化水素からなる油状物質、油中水型エマルジョンを形成するに有効な量とＨＬＢを有する少なくとも一種類の界面活性剤を混合し、強攪拌し油中水型エマルジョンを形成させ重合することにより合成する。

また分散媒として使用する炭化水素からなる油状物質の例としては、パラフィン類あるいは灯油、軽油、中油などの鉱油、あるいはこれらと実質的に同じ範囲の沸点や粘度などの特性を有する炭化水素系合成油、あるいはこれらの混合物があげられる。含有量としては、油中水型エマルジョン全量に対して２０質量％〜５０質量％の範囲であり、好ましくは２０質量％〜３５質量％の範囲である。

油中水型エマルジョンを形成するに有効な量とＨＬＢを有する少なくとも一種類の界面活性剤の例としては、ＨＬＢ１〜８のノニオン性界面活性剤であり、その具体例としては、ソルビタンモノオレ−ト、ソルビタンモノステアレ−ト、ソルビタンモノパルミテ−トなどがあげられる。これら界面活性剤の添加量としては、油中水型エマルジョン全量に対して０．５〜１０質量％であり、好ましくは１〜５質量％の範囲である。

この場合、高ＨＬＢ界面活性剤により乳化させ油中水型エマル
ジョンを形成させ重合したエマルジョンは、このままで水となじむので転相剤
を添加する必用がない。これら界面活性剤のＨＬＢは、９〜２０のもの、好ま
しくは１１〜２０のものを使用する。そのような界面活性剤の例としては、カ
チオン性界面活性剤やＨＬＢ９〜１５のノニオン性界面活性剤であり、ポリオ
キシエチレンポリオキシプロピレンアルキルエ−テル系、ポリオキシエチレン
アルコールエ−テル系などである。

低ＨＬＢの界面活性剤により乳化、重合した場合は重合後転相剤と呼ばれる親水性界面化成剤を添加して油の膜で被われたエマルジョン粒子が水になじみ易くし、中の水溶性高分子が溶解しやすくする処理を行い、水で希釈しそれぞれの用途に用いる。親水性界面活性剤の例としては、カチオン性界面活性剤やＨＬＢ９〜１５のノニオン性界面活性剤であり、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンアルキルエ−テル系、ポリオキシエチレンアルコールエ−テル系などである。

重合は窒素雰囲気下にて、重合開始剤、例えば２、２’−アゾ
ビス（アミジノプロパン）二塩化水素化物または２、２’−アゾビス〔２−
（５−メチル−２−イミダゾリン−２−イル）プロパン〕二塩化水素化物のよ
うな水溶性アゾ系重合開始剤、あるいは過硫酸アンモニウムおよび亜硫酸水素
ナトリウム併用のような水溶性レドックス系重合開始剤を添加し、撹拌下ラジ
カル重合を行う。

分散型高分子凝集剤を製造する場合、原料となる単量体としては、三級アミノ含有単量体の塩化メチルや塩化ベンジルによる四級化物である（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塩化物、（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塩化物、（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塩化物、（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塩化物、（メタ）アクリロイルオキシ２−ヒドロキシプロピルジメチルベンジルアンモニウム塩化物、（メタ）アクリロイルアミノプロピルジメチルベンジルアンモニウム塩化物などである。また一般式（２）で表されるジメチルジアリルアンモニウム系単量も使用可能であり、その例としてジメチルジアリルアンモニウム塩化物、ジアリルメチルベンジルアンモニウム塩化物などである。

両性水溶性重合体を製造する場合には、前記カチオン性と非イオン性単量体に加えて、さらに一般式（３）で表されるアニオン性単量体を共重合する。その例としては、スルホン基でもカルボキシル基でもさしつかいなく、両方を併用しても良い。スルホン基含有単量体の例は、ビニルスルホン酸、ビニルベンゼンスルホン酸あるいは２−アクリルアミド２−メチルプロパンスルホン酸などである。またカルボキシル基含有単量体の例は、メタクリル酸、アクリル酸、イタコン酸、マレイン酸あるいはｐ−カルボキシスチレンなどである。

非イオン性単量体の例としては、（メタ）アクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミド、酢酸ビニル、アクリロニトリル、アクリル酸メチル、（メタ）アクリル酸２−ヒドロキシエチル、ジアセトンアクリルアミド、Ｎ−ビニルピロリドン、Ｎ−ビニルホルムアミド、Ｎ−ビニルアセトアミド、アクリロイルモルホリン、アクリロイルピペラジンなどがあげられる。

本発明で使用する油中水型高分子エマルジョンは、架橋性単量体あるいは熱架橋性単量体を共存させ架橋性水溶性高分子とすることもできる。そのような架橋性単量体の例としてメチレンビスアクリルアミドやエチレングルコ−ルジ（メタ）アクリレ−トなどの複数の重合性二重結合を有する単量体、あるいはＮ、Ｎ−ジメチルアクリルアミド単量体などの熱架橋性単量体があげられる。添加量としては単量体混合物全モル数に対し０．０００５〜０．１モル％であり、好ましくは０．００１０〜０．０５％であり、更に好ましくは０．００１５〜０．０３％である。また、重合度を調節するためイソプロピルアルコールを対単量体０．１〜５質量％など併用すると効果的である。

本発明で使用する油中水型高分子エマルジョンは、液粘性があまり高いと汚泥中に分散しにくくなり好ましくない。そのため油中水型高分子エマルジョンは、数１０〜１０，０００ｍＰａ・ｓであることが好ましいが、さらに好ましくは５０〜５，０００ｍＰａ・ｓである。また油中水型高分子エマルジョンを構成するカチオン性及び／又は両性水溶性重合体の分子量としては、３００万〜２０００万であることが好ましいが、さらに好ましくは５００万〜１０００万である。

しかし汚泥は一般的に高濃度であり、従って分散液を汚泥中に効率的に混合することが重要な要素となる。そのため油中水型高分子エマルジョン添加時、強力攪拌すれば良好な凝集状態を得ることができるが、脱水現場では常にこの条件を得ることができるとは限らない。本発明ではこの点を改良するため検討を加え、前記油中水型エマルジョンに疎水性単量体と、カチオン性単量体、アニオン性単量体、およびポリオキシエチレン鎖を有する単量体から選択される一種あるいは二種との共重合物からなる油溶性高分子を油中水型高分子エマルジョンに添加しておけば、汚泥への分散性およびエマルジョンの溶解性が改善できることが分かった。

以下油溶性高分子に関して説明する。本発明で使用する油溶性高分子は、疎水性単量体とカチオン性基を有する単量体、アニオン性基を有する単量体、または分子中にポリオキシエチレン鎖を有する単量体から選択される一種あるいは二種との共重合によって製造することができる。疎水性単量体は、スチレンやα−メチルスチレンなど芳香環やアルキル基の付加した芳香環を有する単量体やα−オレフィンなど炭素数６〜２０の芳香環あるいは脂肪族ビニル化合物である。また炭素数４〜１８のアルキル基を持つアルキル（メタ）アクリレートも使用することができる。

アルキル（メタ）アクリレートの具体例としては以下のものがある。すなわちアクリル酸ブチル、アクリル酸２−エチルヘキシル、アクリル酸ラウリル、アクリル酸ステアリル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸２−エチルヘキシル、メタクリル酸ラウリル、メタクリル酸ステアリルなどである。

カチオン性基を有する単量体は、ジアルキルアミノアルキルアクリルアミドあるいはジアルキルアミノアルキル（メタ）アクリレートなどである。ジアルキルアミノアルキルアクリルアミドの具体例としては、ジメチルアミノプロピルアクリルアミド、ジエチルアミノプロピルアクリルアミドなどである。またジアルキルアミノアルキル（メタ）アクリレートの具体例としては、ジメチルアミノエチルメタクリレート、ジエチルアミノエチルメタクリレート、ジメチルアミノエチルアクリレートなどがあげられる。

アニオン性基を有する単量体の例としては、メタクリル酸あるいはアクリル酸である。また分子中にポリオキシエチレン鎖を有する単量体の例としては、ポリオキシエチレン（メタ）アクリレートであり、ポリオキシエチレンの重合度として３〜２０である。

これら疎水性単量体とカチオン性基を有する単量体、アニオン性基を有する単量体、あるいは分子中にポリオキシエチレン鎖を有する単量体との共重合の組み合わせのうち、最も好ましいのは疎水性単量体としてアクリル酸２−エチルヘキシルあるいはアクリル酸ラウリル、カチオン性単量体としてジメチルアミノエチルメタクリレート、アニオン性基を有する単量体としてメタクリル酸あるいはアクリル酸、ポリオキシエチレン鎖を有する単量体としてポリオキシエチレン（メタ）アクリレートであり、ポリオキシエチレンの重合度として４〜１０であると最も好ましい。

油溶性高分子中の疎水性単量体のモル比は、好ましくは６０〜９５モル％であり、更に好ましくは８０〜９５モル％である。一方カチオン性基を有する単量体、アニオン性基を有する単量体、ポリオキシエチレン鎖を有する単量体のモル比は、好ましくは５〜４０モル％であり、更に好ましくは５〜２０モル％である。

油溶性高分子は前記単量体混合物を調整後、通常の重合法によって行なうことが出来る。重合法としては溶液重合、塊状重合、懸濁重合などがあげられる。好ましい方法は重合操作、取り扱いが容易な溶液重合である。溶液重合の場合、単量体濃度は質量％で２０〜８０％、好ましくは４０〜６０％で重合する。その場合の重合溶媒は非極性の有機溶媒が好ましい。すなわち芳香族や脂肪族炭化水素であり、特に好ましいのは油中水型エマルジョン重合に分散媒として使用する有機溶媒と同じ有機溶媒を使用すると便利であり、沸点１９０°Ｃないし２３０°Ｃのパラフィンあるいはイソパラフィンが好ましい。

本発明の油溶性高分子の添加法は、任意に使用することができる。すなわち油溶性高分子を重合後、油中水型高分子エマルジョンに適切な量を加え分散する。あるいは特にカチオン性油溶性高分子を添加する場合は、単量体油中水型分散液に予めカチオン性油溶性高分子中のアミノ基に比例した量の酸を添加しておき、重合後カチオン性油溶性高分子を添加することもできる。好ましくは予め酸を添加しておき、重合後カチオン性油溶性高分子を添加する。その他の油溶性高分子を使用する場合は、特に制限はない。

上記のように添加する酸は、カチオン性油溶性高分子のアミノ基を中和、解離させカチオン性油溶性高分子の分散性を増強させ、分散安定剤としての機能を向上させるためである。またもう一つの目的として重合後の油中水型分散液ｐＨを調整し水溶性高分子の劣化防止などである。このような目的で使用する酸は、水相内水溶性高分子や分散液形態保持に悪影響を及ぼすことがなければどのようなものを用いても良い。具体的には、こはく酸、酢酸、クエン酸、アジピン酸などがあげられる。

添加する酸の量は、カチオン性油溶性高分子の分子中アミノ基に対し、重合前の油中水型単量体分散液あるいは重合後の油中水型高分子分散液に３０モル％以上添加する。また好ましくは３０モル％以上、１０００モル％以下であり、更に好ましくは５０モル％以上、５００モル％以下である。

本発明で使用する油溶性高分子は、油中水型高分子エマルジョンを水により希釈する場合、水とのなじみが向上し油溶性高分子無添加時より希釈液を早く調製することができる。エマルジョン粒子表面には油の膜が存在し、水とは交じり難く水溶性高分子は、簡単には溶解していかない。これを助けるのがいわゆる転相剤であるが、これら転相剤は、一般的にはＨＬＢの高い、すなわち親水性界面活性剤であり、低分子の化合物である。親水性界面活性剤は油とは混じらず、エマルジョン粒子表面から剥離していく油の膜を水中に分散させていくのを助ける。本発明で使用する油溶性高分子は、油の中にも溶解していくのでエマルジョン粒子表面の油の膜中にも存在すると推定される。そのため水で希釈する場合は、希釈液が早く調製でき、また希釈せず分散液の状態で汚泥などに添加する場合も汚泥中の水分によって速やかに希釈、溶解していき、その結果優れた凝集効果を発現するものと思われる。

ここで汚泥の濃縮機に関して説明をする。現状ではベルト濃縮機と遠心濃縮機の２機種が主流であり、脱水機と同じく、ベルト濃縮機の場合は凝集混合槽で汚泥と凝集剤を凝集混合させてからベルト濃縮機へ供給し濃縮後、他の汚泥と混合し脱水操作を実施する。また遠心濃縮機の場合は直接濃縮機に供給され濃縮機内で混合される。この様な機械濃縮設備は下水処理場のように大量の汚泥を効率的に処理する場合、次の汚泥脱水を効率よく処理することが利点であり他業種の処理施設では一般的ではない。ベルト濃縮機の場合は混合生汚泥、余剰汚泥など汚泥の種類にかかわらず汚泥凝集混合槽で汚泥と凝集剤を混合させてから濃縮機に供給する。凝集剤添加量は対汚泥固形分０．２〜０．４％程度である。遠心濃縮機の場合、凝集剤を添加する場合は対汚泥固形分０．０３〜０．２％程度であり、直接遠心濃縮機に供給する。

遠心濃縮機の場合は、混合生汚泥には凝集剤を通常０．１％程度添加するが余剰汚泥は、通常凝集剤無薬注でよい。下水処理場の余剰汚泥を無薬注の条件により濃縮設備によって濃縮し、その後濃縮された汚泥に高分子凝集剤を添加し、脱水機に供給し脱水すれば回収率を１０％ポイント程度向上させることが期待でき、その結果電気代を節約することが期待できる。さらに回収率の向上によって返流水の負荷が軽減されることによって、生物処理のブロアーの電気代も軽減することが期待できる。通常、余剰汚泥の遠心濃縮設備には薬注設備はないが、本発明のライン溶解によって調製された分散型高分子凝集剤の希釈液を使用すれば、場所もとらないため簡単に設置することも可能である。

（実施例）以下、実施例および比較例によって本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例に制約されるものではない。

（合成例１）攪拌機および温度制御装置を備えた反応槽に沸点１９０°Ｃないし２３０°Ｃのイソパラフィン２４．７５ｇにジメチルアミノエチルメタクリレート（以下ＤＭＭと略記）５．４８ｇ（３０モル％）、ラウリルアクリレート（炭素数１２、以下ＬＡと略記）１９．５２ｇ（７０モル％）、３−メルカプト１，２−プロパンジオール０．２５ｇ、ジメチル−２，２−アゾビスイソブチレート（和光純薬製Ｖ−６０１）０．５ｇ（対単量体２質量％）を仕込み溶解させた。単量体溶液の温度を７０〜７３℃に保ち、窒素置換を３０分行い、重合反応を開始させた。反応温度を７１±２℃で５時間重合させ反応を完結させた。ゲルパーミエーションクラマトグラフィー法による重量平均分子量は８１００であった。これを試作−１とする。

（合成例２）攪拌機および温度制御装置を備えた反応槽に沸点１９０°Ｃないし２３０°Ｃのイソパラフィン２４．７５ｇにポリオキシエチレンメタクリレート（ポリオキシエチレンの重合度６）１３．６ｇ（３５モル％）、アクリル酸２−エチルヘキシル１８．６０ｇ（６５モル％）、３−メルカプト１，２−プロパンジオール０．１６ｇ、ジメチル−２，２−アゾビスイソブチレート（和光純薬製Ｖ−６０１）０．５ｇ（対単量体２質量％）を仕込み溶解させた。単量体溶液の温度を７０〜７３℃に保ち、窒素置換を３０分行い、重合反応を開始させた。反応温度を７１±２℃で５時間重合させ反応を完結させた。ゲルパーミエーションクラマトグラフィー法による重量平均分子量は７５００であった。これを試作−２とする。

（合成例３）攪拌機および温度制御装置を備えた反応槽に沸点１９０°Ｃないし２３０°Ｃのイソパラフィン２４．７５ｇにメタクリル酸１１．３ｇ（３５モル％）、アクリル酸２−エチルヘキシル４４．８ｇ（６５モル％）、３−メルカプト１，２−プロパンジオール０．２８ｇ、ジメチル−２，２−アゾビスイソブチレート（和光純薬製Ｖ−６０１）０．５ｇ（対単量体２質量％）を仕込み溶解させた。単量体溶液の温度を７０〜７３℃に保ち、窒素置換を３０分行い、重合反応を開始させた。反応温度を７１±２℃で５時間重合させ反応を完結させた。ゲルパーミエーションクラマトグラフィー法による重量平均分子量は６２００であった。これを試作−３とする。

（合成例４）攪拌機および温度制御装置を備えた反応槽に沸点１９０°Ｃないし２３０°Ｃのイソパラフィン２４．７５ｇにポリオキシエチレンメタクリレート（ポリオキシエチレンの重合度６）６．３ｇ（２０モル％）、アクリル酸２−エチルヘキシル２４．４ｇ（７５モル％）、ジメチルアミノエチルメタクリレート１．４ｇ（５モル％）、３−メルカプト１，２−プロパンジオール０．１６ｇ、ジメチル−２，２−アゾビスイソブチレート（和光純薬製Ｖ−６０１）０．５ｇ（対単量体２質量％）を仕込み溶解させた。単量体溶液の温度を７０〜７３℃に保ち、窒素置換を３０分行い、重合反応を開始させた。反応温度を７１±２℃で５時間重合させ反応を完結させた。ゲルパーミエーションクラマトグラフィー法による重量平均分子量は８５００であった。これを試作−４とする。

合成例１〜４で作成した油溶性高分子試作−１〜油溶性高分子試作−４の各々を表１に記載する油中水型高分子エマルジョンに、液総量に対し１質量％添加し、水溶性高分子濃度４０質量％の試験用エマルジョン凝集剤ＥＭ−１〜ＥＭ−３を調整した。また油溶性高分子試作−１〜油溶性高分子試作−４を添加していない油中水型高分子エマルジョンＥＭ−５も調製した。さらに油溶性高分子を添加していない塩水中分散液タイプＤＩ−１も調製した。その結果を表１に示す。

（表１）

ＤＭＱ：アクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウム塩化物
ＤＭＣ：メタクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウム塩化物
ＡＡＭ：アクリルアミド、ＡＡＣ：アクリル酸、
ＭＢＡ：メチレンビスアクリルアミド（単量体総量に対する質量％）
ＥＭ：油中水型エマルジョン、ＤＩ：塩水中分散液
エマルジョン凝集剤粘度：ｍＰａ・ｓ、

図１は本発明の希釈・濃縮・脱水システムである。希釈水供給ポンプ２を稼働し、図に示していない水槽より希釈水配管１を通して２０Ｌ／ｍｉｎの速度で希釈水を供給し、図に示していない分散型高分子凝集剤原液タンクより配管８を通して分散型高分子凝集剤原液供給ポンプ９を稼働し、油中水型エマルジョンＥＭ−１を１００ｍＬ／ｍｉｎの速度で供給した。希釈水は希釈水流量調節バルブ４、乱流を発生させる機能を有するノズル５を通過し、Ｔ字型継ぎ手６において、逆止弁１０を通過した分散型高分子凝集剤原液と合流し、混合・希釈が行われ、ラインミキサー７においてほぼ希釈が行われ、汚泥凝集混合槽１２へ供給される。汚泥は、図に示していない汚泥貯留槽より配管１１を通して汚泥凝集混合槽１２へ供給され、攪拌・混合され配管１４を通し図に示していない汚泥脱水機へ移送され脱水処理が実施される。上記の条件で希釈水と分散型高分子凝集剤原液を供給した場合の希釈倍率は２００倍である。バッチ式高分子凝集剤希釈槽１３は、比較のため用いられ、図１の希釈システムフローに示すプロペラ回転によるバッチ式高分子凝集剤希釈槽１３により１時間攪拌し希釈液を調整することができる。

次に上記希釈システムにより調製した希釈液を直接汚泥処理装置に供給し汚泥脱水試験を実施した。下水混合生汚泥（余剰汚泥と最初沈殿汚泥の混合物、ｐＨ７．５４、ｓｓ分１１，０００ｍｇ／Ｌ）を用い、１１ｍ^３／ｈｒで上記汚泥を攪拌機の付いた汚泥凝集混合槽に供給する。また水道水により４０Ｌ／ｍｉｎの速度で希釈水を供給し、原液タンクより油中水型エマルジョンＥＭ−１を２００ｍＬ／ｍｉｎの速度で供給することにより、原液４０質量％を０．２質量％に希釈するよう各ポンプを設定した。その後ラインミキサーより排出される油中水型エマルジョンＥＭ−１希釈液を１８３Ｌ／ｈｒで前記汚泥凝集混合槽に供給した（対ｓｓ分０．３質量％の添加量に相当）。この凝集汚泥を図に示していないベルト濃縮機によって濃縮操作を行い、濃縮汚泥貯槽に移送した。濃縮後の汚泥は３０，７４０ｍｇ／Ｌであった。同様にＥＭ−３に関しても同様な試験を実施した。結果を表２に示す。

（比較例１）
図１の希釈システムフローに示す攪拌機の付いた高分子凝集剤希釈槽に５ｍ^３の水道水を仕込み、油中水型エマルジョンＥＭ−１を２Ｌ／ｍｉｎの速度で１２．５分間供給し０．２質量％希釈液を調製した。１時間攪拌し希釈液を調製した後、実施例１で使用したものと同じ下水混合生汚泥を用い、１１ｍ^３／ｈｒで上記汚泥を汚泥凝集混合槽に供給し、前記０．２質量％希釈液を１８３Ｌ／ｈｒで前記汚泥凝集混合槽に供給した（対ｓｓ分０．３質量％の添加量に相当）。この凝集汚泥を図に示していないベルト型濃縮機によって濃縮操作を行い、濃縮汚泥貯槽に移送した。濃縮後の汚泥は２９，３００ｍｇ／Ｌであった。
同様にＥＭ−３およびＤＩ−１に関しても同様な試験を実施した。結果を表２に示す。

１時間攪拌し希釈液を調製したため、高分子凝集剤の物性がやや劣化したと推定され、ライン中で希釈しそのまま汚泥処理に使用した希釈液に較べ凝集効果が低下し沈殿分離が十分進まず濃縮が低下していることが分かる。

(表２)
脱離水中のＳＳ分：ｍｇ／Ｌ、ケーキ含水率：質量％、薬注量：対ｓｓ質量％

図２のような希釈・濃縮・脱水システムを用い汚泥処理試験を行った。希釈水供給ポンプ２を稼働し、図に示していない水槽より希釈水配管１を通して２０Ｌ／ｍｉｎの速度で希釈水を供給し、図に示していない分散型高分子凝集剤原液タンクより配管８を通して分散型高分子凝集剤原液供給ポンプ９を稼働し、油中水型エマルジョンＥＭ−１を１００ｍＬ／ｍｉｎの速度で供給した。希釈水は希釈水流量調節バルブ４、乱流を発生させる機能を有するノズル５を通過し、Ｔ字型継ぎ手６において、逆止弁１０を通過した分散型高分子凝集剤原液と合流し、混合・希釈が行われ、ラインミキサー７においてほぼ希釈が行われ、
遠心濃縮機１５へ供給される。汚泥供給１１が行われ、凝集、濃縮操作が実施される。

実施例１と同様な操作で行う。下水余剰汚泥（ｐＨ６．４８、ｓｓ分１０，３００ｍｇ／Ｌ）を用い、１１ｍ^３／ｈｒで上記汚泥を遠心濃縮機１５に供給する。また水槽より４０Ｌ／ｍｉｎの速度で希釈水を供給し、原液タンクより油中水型エマルジョンＥＭ−２を２００ｍＬ／ｍｉｎの速度で供給しすることにより、原液４０質量％を０．１９質量％に希釈するように各ポンプを設定した。前記遠心濃縮機１５にラインミキサーより排出される油中水型エマルジョンＥＭ−２希釈液を３０．５Ｌ／ｈｒで前記汚泥凝集混合槽に供給した（対ｓｓ分０．０５質量％の添加量に相当）。供給し濃縮操作を実施し濃縮汚泥貯槽に移送した。濃縮後の汚泥濃度は、２８，８００ｍｇ／Ｌであった。同様にＥＭ−４およびＥＭ−５に関しても同様な試験を実施した。結果を表３に示す。

（比較例２）
図１の希釈システムフローに示す攪拌機の付いた高分子凝集剤希釈槽に５ｍ^３の水道水を仕込み、油中水型エマルジョンＥＭ−２を２Ｌ／ｍｉｎの速度で１２．５分間供給し０．１９質量％希釈液を調製した。希釈液を調製した後、実施例１で使用したものと同じ下水混合生汚泥を用い、１１ｍ^３／ｈｒで上記汚泥を遠心濃縮機１５に供給し、ラインミキサーより排出される油中水型エマルジョンＥＭ−２希釈液を３０．５Ｌ／ｈｒで前記汚泥凝集混合槽に供給し（対ｓｓ分０．０５質量％の添加量に相当）、濃縮操作を実施し濃縮汚泥貯槽に移送した。濃縮後の汚泥濃度は、２７，８００ｍｇ／Ｌであった。同様にＥＭ−４およびＥＭ−５に関しても同様な試験を実施した。結果を表３に示す。

（表３）
脱離水中のＳＳ分：ｍｇ／Ｌ、ケーキ含水率：質量％、薬注量：対ｓｓ質量％

分散型高分子凝集剤の希釈液を調製し、汚泥凝集槽に汚泥と希釈液を供給し、その後ベルト濃縮機による濃縮、汚泥脱水を実施するためのシステム図である。分散型高分子凝集剤の希釈液を調製し、遠心濃縮機に汚泥と希釈液を供給し、その後機械的濃縮、汚泥脱水を実施するためのシステム図である。

１希釈水
２希釈水供給ポンプ
３流量計２
４希釈水流量調節バルブ
５乱流を発生させる機能を有するノズル
６Ｔ字型継ぎ手
７ラインミキサー
８分散型高分子凝集剤
９分散型高分子凝集剤供給ポンプ
１０逆止弁
１１汚泥の供給
１２汚泥凝集混合槽
１３バッチ式高分子凝集剤希釈槽
１４凝集処理後、ベルト濃縮機、その後汚泥脱水機へ移送
１５遠心濃縮機、
１６汚泥脱水機へ移送

Claims

分散型高分子凝集剤として、疎水性単量体と、カチオン性単量体、アニオン性単量体、およびポリオキシエチレン鎖を有する単量体から選択される一種あるいは二種との共重合物からなる油溶性高分子を配合する、粘度が２７０〜５００ｍＰａ・ｓの油中水型高分子エマルジョン原液であり、該油中水型高分子エマルジョンを構成する高分子のカチオン性単量体として、アクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウム塩化物、メタクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウム塩化物から選択される一種以上を６０〜９０モル％含有し、重量平均分子量が５００万〜１０００万である油中水型高分子エマルジョン原液と希釈水を配管に供給し前記配管中で接触させ、混合し調製された希釈液を、汚泥処理設備における遠心濃縮機に供給し凝集操作および濃縮操作をすることを特徴とする下水余剰汚泥の処理方法。
前記分散型高分子凝集剤と前記希釈水を配管中で接触させる手段にＴ字型継手
を用い、前記希釈水の流水方向に対し前記分散型高分子凝集剤と前記希釈水が接触する部分から手前１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下の位置に希釈水の流速を高めるとともに乱流を発生させる機能を有するノズルを設置することを特徴とする請求項１に記載の下水余剰汚泥の処理方法。
前記ノズルが、羽型ノズルであることを特徴とする請求項２に記載の下水余剰汚泥の処理方法。
前記分散型高分子凝集剤と前記希釈水が接触する点から手前２００ｍｍ以内の前記分散型高分子凝集剤の配管に逆止弁を設置することを特徴とする請求項２に記載の下水余剰汚泥の処理方法。