JPH06239B2

JPH06239B2 - 有機性汚泥の脱水方法

Info

Publication number: JPH06239B2
Application number: JP63335035A
Authority: JP
Inventors: 康裕大井; 茂佐藤; 勝寿久保; 康彦渡辺
Original assignee: Sanyo Chemical Industries Ltd
Current assignee: Sanyo Chemical Industries Ltd
Priority date: 1988-12-29
Filing date: 1988-12-29
Publication date: 1994-01-05
Anticipated expiration: 2009-01-05
Also published as: JPH02180700A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、無機凝集剤と両性有機高分子凝集剤を用いた
有機性汚泥の脱水方法に関する。

〔従来の技術〕

従来、下水、し尿または有機性産業廃水などの処理によ
り生ずる有機性汚泥の脱水方法として、無機凝集剤と有
機高分子凝集剤を汚泥に添加して処理する方法が提案さ
れている（特開昭60-129200号）。

特開昭60-129200号は、無機凝集剤を添加したのち、カ
チオンポリマーとアニオンポリマーとを含む組成物から
なる両性高分子凝集剤を添加して脱水処理する方法であ
る。

しかし、この方法は汚泥の荷電中和を十分に行うため無
機凝集剤を増加すると、凝集性が著しく低下し、以後の
脱水処理が行えなくなるという問題点がある。

また、上記カチオンポリマーとアニオンポリマーとに代
えて、カチオン基とアニオン基とを備えた両性高分子凝
集剤を添加する方法も提案されている（特開昭63-15820
0号）。この方法は、無機凝集剤添加後のpH値が５〜８
である有機性汚泥に対して両性有機高分子凝集剤を添加
し、次いで脱水処理する方法である。

しかし、この方法も両性有機高分子凝集剤の種類によっ
ては強固な凝集フロックが生成しないため、機械脱水す
るときの単位時間当りの処理量を大きくすることができ
ず、また脱水ケーキの含水率も十分低下させることがで
きないという問題点がある。

またこの方法では、カチオン当量値／アニオン当量値の
比が1.5〜8.0の両性有機高分子凝集剤が好ましいとして
いるが、カチオン当量値がアニオン当量値より高い両性
有機高分子凝集剤は必ずしも優れた効果を有するとはい
えない。さらに一般的にアニオン当量値を測定するため
に、pH１０付近でコロイド滴定することにしているが、
このpHでは３級塩はカチオン性が失われるため、アニオ
ン基がそのまま測定されるのに対し、４級化物の場合は
カチオン基が失われないため、アニオン基はカチオン基
と相殺されて、実際の量より少なく測定される。このほ
か３級塩および４級化物のいずれの場合もエステル部分
が加水分解により切断され、カチオン基が高分子鎖より
取れて、高分子鎖の残基がアニオン基となるため、カチ
オン性有機高分子凝集剤でも両性有機高分子凝集剤とし
て検出される可能があり、効果のあるものを正確に特定
できないという問題点がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明の目的は、上記のような問題点を解決するため、
単位時間当りの汚泥の処理能力が大きく、ＳＳ（懸濁固
形物）の回収率が高くて、ろ布からの脱水ケーキの剥離
性が良好であり、かつ脱水ケーキの含水量を低減できる
有機性汚泥の脱水方法を提案することである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、有機性汚泥に無機凝集剤を添加し、さらに両
性有機高分子凝集剤を添加したのち脱水する方法におい
て、両性有機高分子凝集剤が、pH３におけるコロイド当
量値（ａ値）が1.0〜3.7meq/g、pH７におけるコロイド
当量値（ｂ値）が-0.35〜-3.5meq/gであり、かつアニオ
ン量／カチオン量の比を示す（ａ−ｂ）／ａの値が1.2
〜2.0であることを特徴とする有機性汚泥の脱水方法で
ある。

本発明において処理対象となる有機性汚泥は特に限定さ
れないが、例えばし尿の嫌気性消化汚泥、し尿の好気性
消化汚泥、し尿浄化槽汚泥、し尿消化脱離液、下水、各
種産業廃水の活性汚泥処理における余剰汚泥、下水の最
初沈殿池汚泥、し尿、下水等の三次処理で発生する凝集
汚泥、各種産業廃水の凝集汚泥などの有機性汚泥をあげ
ることができる。

本発明で使用する無機凝集剤としては、塩化第二鉄、硫
酸アルミニウム、塩化アルミニウム、ポリ塩化アルミニ
ウム、ポリ硫酸鉄などをあげることができる。これらの
無機凝集剤の添加量は使用する化合物の種類にもよる
が、処理対象となる有機性汚泥のpHが3.0〜5.0の範囲に
なるように添加するのが好ましい。例えば塩化第二鉄や
ポリ硫酸鉄などの鉄系の無機凝集剤はpH3.5〜4.5、硫酸
アルミニウム、塩化アルミニウム、ポリ塩化アルミニウ
ムなどのアルミニウム系の無機凝集剤はpH4.0〜5.0にな
るように添加した時に最も高い添加効果を示す。無機凝
集剤の添加後のpHが５より大きいときは、酸を添加して
pHを調整してもよい。

本発明の両性有機高分子凝集剤としては、カチオン量を
示すpH３でコロイド滴定したコロイド当量値（ａ値）が
1.0〜3.7meq/g、アニオン量とカチオン量の差を示すpH
７でコロイド滴定したコロイド当量値（ｂ値）が-0.35
〜-3.5meq/gであり、かつアニオン量／カチオン量の比
を示す（ａ−ｂ）／ａの値が1.2〜2.0の範囲にあるもの
を使用する。

pH３の条件下では、両性有機高分子中のアニオン基はほ
とんど解離せず、逆に、カチオン基は大部分解離するも
のと考えられるので、pH３の条件下でコロイド滴定して
求めたコロイド当量値は、両性有機高分子の全カチオン
量とみなすことができる。

一方、アニオンのコロイド当量値は、通常pH10.5で滴定
するが、このpHでは両性有機高分子中のカチオン基が加
水分解してアニオン基となる場合があるため、本発明に
おいてはpH７で滴定した値を用いる。この場合、両性有
機高分子中のカチオン基とアニオン基は両者とも解離す
るため、コロイド滴定の結果はカチオンとアニオンが相
殺された余分のアニオン量が測定されることになる。し
たがつて、両性有機高分子中の全アニオン量はpH３で滴
定されたカチオン量とpH７で滴定されたアニオン量の絶
対値の和とみなすことができる。pH３で滴定したカチオ
ン量(a)は正の数で表され、pH７で滴定したアニオン量
(b)は負の数として表されるので、両性有機高分子凝集
剤中の全アニオン量は（ａ−ｂ）となる。

このため本発明で用いる（ａ−ｂ）／ａが1.2〜2.0の両
性有機高分子凝集剤は、分子中にアニオン基がカチオン
基より多く分布した凝集剤である。

本発明で使用できる両性有機高分子凝集剤としては、pH
３におけるコロイド当量値(a)が1.0〜3.7meq/g、pH７に
おけるコロイド当量値(b)が-0.35〜-3.5meq/gで、かつ
アニオン量／カチオン量比（（ａ−ｂ）／ａ）が1.2〜
2.0の範囲にある両性有機高分子であればいずれのもの
でも使用できる。このようなものとして、例えばアニオ
ン性のモノマー成分およびカチオン性のモノマー成分の
共重合体、アニオン性のモノマー成分、カチオン性のモ
ノマー成分およびノニオン性のモノマー成分の共重合
体、あるいはアニオン性のモノマー成分とノニオン性の
モノマー成分の共重合体のマンニッヒ変性物またはホフ
マン分解物などをあげることができる。

アニオン性のモノマー成分としては、例えばアクリル酸
(AA)、アクリル酸ナトリウム(NaA)、メタクリル酸、メ
タクリル酸ナトリウムなどをあげることができる。カチ
オン性のモノマー成分としては、例えばジメチルアミノ
エチルアクリレート、ジメチルアミノエチル（メタ）ア
クリレート(DAM)、ジメチルアミノプロピル（メタ）ア
クリレート、およびそれらの四級化物などをあげること
ができる。四級化物としては、具体的にはジメチルアミ
ノエチルアクリレートメチルクロライド四級化物(DAA)
などをあげることができる。ノニオン性のモノマー成分
としては、例えばアクリルアミド(AAm)、メタアクリル
アミド、N,N'-ジメチル（メタ）アクリルアミドなどを
あげることができる。また、これらの化合物の共重合体
として、具体的にはDAA/AA/AAm共重合体（仕込みモル比
で例えば25/35/40)、DAM/AA/AAm共重合体（同25/35/4
0)、DAA/AA/AAm共重合体（同15/25/60、同20/40/40、同
35/50/15）、DAA/AA共重合体（同40/60)、またはNaA/AA
m共重合体のマンニッヒ変性物などをあげることができ
る。

以上のような両性有機高分子凝集剤は、ＳＳに対して0.
4〜1.0重量％の割合で添加するのが好ましい。

本発明により有機性汚泥を脱水処理するには、まず、無
機凝集剤を汚泥に添加して混合撹拌した後、両性有機高
分子凝集剤を添加し、混合撹拌して凝集を行う。混合撹
拌は、撹拌槽における撹拌羽根による撹拌に限らず、配
管中の流れによるものでもよい。撹拌機を備えた撹拌槽
の場合、目安として撹拌羽根の周速を0.5〜5m/secとす
る。

次に、上記の凝集により生成したフロックをそのまま、
または分離水を除去したのち、脱水機に供給し、従来法
と同様にして脱水を行う。脱水機としては遠心脱水機、
真空脱水機、ベルトプレス型脱水機、スクリユープレス
またはフイルタプレス等の従来より使用されている脱水
機が使用可能である。

本発明の脱水方法の作用機構は以下のとおり推定され
る。

まず、無機凝集剤は分子量が非常に小さく、凝集フロッ
クを形成しないので、汚泥粒子表面や内部のアニオン性
を有する粘質物と十分反応することができ、あわせてpH
の低下によつて、タンパク質、多糖類等の粘質物のカル
ボキシル基が非イオン化することにより荷電の中和が行
われる。

無機凝集剤による荷電中和が進行するにつれ、汚泥粒子
の抱える水分は減少すると同時に、高分子凝集剤のカチ
オン基が反応する吸着点は減少し、一方、アニオン基の
吸着、反応する酸性の金属水酸化物が増加する。このた
めカチオン性有機高分子凝集剤やカチオン量の多い両性
有機高分子凝集剤を使用した場合は、機械脱水可能な強
さのフロックを生成することができなくなる。またアニ
オン性有機高分子凝集剤を使用した場合は、アニオン基
の吸着、反応性が大きすぎるため、１つの汚泥粒子にア
ニオン性有機高分子凝集剤が貼り付いた状態になるとと
もに、アニオン性有機高分子自身が収縮、析出し、他の
粒子を架橋、集合させ、粗大フロック化することができ
なくなる。

これに対して両性有機高分子凝集剤を用いた場合は、ア
ニオン基が汚泥粒子に反応、吸着するとき、同一分子内
にカチオン基があるために、凝集剤が汚泥に貼り付か
ず、一部の基はフリーな状態で存在することになる。

このような両性有機高分子凝集剤のフリーな基が互いに
吸着し合つて架橋することにより、汚泥粒子を結び付
け、大きく強固な凝集フロックを形成する。

このような凝集フロックは脱水性が良好であり、これを
機械脱水することにより、効率のよい脱水処理を行うこ
とができる。

〔発明の効果〕

以上の通り、本発明によれば、無機凝集剤およびアニオ
ン量がカチオン量より多い両性有機高分子凝集剤を用い
て脱水するようにしたので、有機性汚泥の脱水処理にお
いて、単時間当りの処理能力を大きく、ＳＳの回収率を
高く、ろ布からの脱水ケーキの剥離性を良く、かつ脱水
ケーキの含水量を低くすることができる。このため脱水
ケーキの焼却に必要な燃料費や脱水ケーキの運搬費など
の費用を節約することができる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について説明する。なお、％は重
量％を示している。また、実施例および比較例で使用し
た両性有機高分子凝集剤を第１表に、比較例で使用した
高分子凝集剤組成物を第２表にまとめて示す。各実施例
および比較例では、第１表または第２表に示した高分子
凝集剤の中から選択したものを使用した。

実施例１下水処理場の活性汚泥処理の余剰汚泥をベルトプレス用
ろ布による脱水試験に供した。その性状は、固形分濃度
(SS)9200mg/、有機質分（対SS)83.2％、繊維質分（対
SS)0.2％で、非常に脱水し難い汚泥であつた。

試験は、汚泥200mlを300mlビーカーに採取し、第３表に
示す無機凝集剤および両性有機高分子凝集剤を順次添加
して反応させ凝集汚泥を得た。この凝集汚泥をろ過面積
19.6cm²のろ布を用いて重力ろ過し、20秒後のろ液量を
測定した。

この操作を両性有機高分子凝集剤の添加量を４〜５点変
えて行い、重力ろ過ろ液量が最大となる添加量（最適添
加量）を求めた。最適添加量の条件で、重力ろ過物を0.
5、1.0、または1.5kg/cm²の圧搾圧力で、120秒間圧搾脱
水し、脱水ケーキの剥離性と脱水ケーキ含水率を測定し
た。結果を第３表に示す。

比較例１実施例１で用いた両性有機高分子凝集剤の代りに第４表
に示す高分子凝集剤を用いた以外は実施例１と同様に行
つた。結果を第４表に示す。

実施例２実施例１と同じ下水処理場の余剰汚泥につき、ベルトプ
レス脱水機を用いて脱水処理し、脱水ケーキ含水率およ
び処理量を測定した。試験に供した汚泥の性状は、固形
分濃度(SS)8200mg/、有機質分（対SS)82.6％、繊維質
分（対SS)0.2％であつた。

上記汚泥に無機凝集剤として塩化第二鉄をＳＳに対して
鉄原子が3.2％になるように加え（この時のpHは4.0であ
つた）、さらに両性有機高分子凝集剤としてAR-1をＳＳ
に対して0.55％になるように加えて凝集処理した。

凝集処理後ろ布幅400mmのベルトプレス脱水機を用いて
脱水処理し、脱水ケーキの含水量と汚泥の処理量を測定
した。なお脱水機のろ布張力は、脱水最大面圧0.5〜1.5
kg/cm²の間で変更し、脱水ケーキ剥離性が安定している
条件とした。また、給泥量を増減し、このときのろ布走
行速度は重力ろ過部、圧搾脱水部で、汚泥がサイトリー
クを生じない最低のろ布速度に設定した。結果を第１図
に示す。

第１図からわかるように、ベルトプレスの標準処理量10
0kg・DS/m²・hにおける含水率は75.0％であつた。また含
水率80％としたときの処理量は、198kg・DS/m²・hであつ
た。

比較例２実施例２の塩化第二鉄の添加量を3.2％から1.6％に低減
し（pHは5.2）、また両性有機高分子凝集剤AR-1に代え
てAC-1を1.1％添加した以外は実施例２と同様に行つ
た。結果を第１図に示す。

比較例３比較例２で使用したAC-1に代えてCR-2を0.65％添加した
以外は比較例２と同様に行つた。結果を第１図に示す。

比較例４凝集剤としてC-1を単独で使用（添加量はSSに対して0.6
5％）した以外は実施例２と同様に行つた。結果を第１
図に示す。

第１図より、比較例２および３の標準処理量100kg・DS/m
²・hにおける含水率はそれぞれ81.4％、82.5％、また含
水率80％時の処理量は、それぞれ76kg・DS/m²・hおよび66
kg・DS/m²・hであり、実施例２の方が含水率で約７％改善
され、処理量で2.5〜3.0倍の能力を有していることがわ
かる。

実施例３し尿処理場の汚泥の遠心脱水において、固形分の回収率
が95％以上となる最大処理量を求めた。

試験に供した汚泥の性状は、固形分濃度(SS)23300mg/
、有機質分（対SS)72.8％、繊維質分（対SS)6.0％で
あつた。

上記汚泥に無機凝集剤として塩化第二鉄および有機高分
子凝集剤としてAR-1を添加して、定格３ｍ^３/h(SS=2000
0mg/の場合）の遠心脱水機を用いて脱水処理した。汚
泥処理量は３ｍ^３/hから徐々に増加した。なお、無機凝
集剤および両性有機高分子凝集剤の添加量は、予備試験
で求めた最適添加量とした。結果を第５表に示す。

比較例５〜６実施例３で使用したAR-1の代りにCR-2（比較例５）また
はC-2（比較例６）を用いた以外は実施例３と同様に行
つた。結果を第５表に示す。

実施例４、比較例７実施例１と同じ下水処理場の余剰汚泥を再度採取し、第
１表および第６表に示す高分子凝集剤を用いて、第７表
の添加量で実施例１と同様の方法により試験を行つた。
結果を第７表に示す。

第７表において、試験番号１、２の実施例では、20秒後
のろ液量が多く、圧搾脱水ケーキの剥離性も良く、脱水
ケーキ含水率は80％以下とすることが可能である。これ
に対して試験番号３〜８の特開昭63-158200号に相当す
る比較例では、20秒後のろ液量がいずれも実施例より少
ない。特に塩化第二鉄（FeCl₃)添加量の多いpH４の条件
では、実施例との差が著しい。圧搾脱水ケーキの剥離性
は、0.5kg/cm²の圧搾条件で普通、一部良いとの評価で
あるが、1.0kg/cm²ではいずれも悪い。従つて剥離を考
慮した達成可能含水率は83％以上となり、実施例と著し
い差がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例２および比較例２〜４の結果を示すグラ
フである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者久保勝寿東京都新宿区西新宿３丁目４番７号栗田工業株式会社内 (72)発明者渡辺康彦東京都新宿区西新宿３丁目４番７号栗田工業株式会社内 (56)参考文献特開昭63−158200（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】有機性汚泥に無機凝集剤を添加し、さらに
両性有機高分子凝集剤を添加したのち脱水する方法にお
いて、両性有機高分子凝集剤が、pH３におけるコロイド
当量値（ａ値）が1.0〜3.7meq/g、pH７におけるコロイ
ド当量値（ｂ値）が-0.35〜-3.5meq/gであり、かつアニ
オン量／カチオン量の比を示す（ａ−ｂ）／ａの値が1.
2〜2.0であることを特徴とする有機性汚泥の脱水方法。