JPH07508924A - 主に水を含有する汚泥の浄化方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 主に水を含有する汚泥の浄化方法 本発明は、主に水を含有する汚泥、特に、林業の廃水汚泥の浄化方法に関する。

本発明においては、汚泥の脱水特性が、汚泥の機械的脱水を行う前に向上する。

家庭以外に、製造業、特に林業においても、廃水が生じる。紙の製造は、希釈さ れた水懸濁物から行われ、ここでは、水が補助駆動媒体（ｄｒｉｖｉｎｇ　ａ＋ ｅｄｉｕａ＋）である。

廃水は、使用した原料に起因する、種々の量の溶解したおよび固形の有機物質お よび無機物質を含有する。このようにして、廃水は、廃水が排出される先の水系 を汚染する。

固形の不溶性物質は、水を濁らせ、そして水系の底部に汚泥層を形成する。有機 物質は、溶解していようと固形であろうと、水系の酸素を消費し、水を着色し、 そして直接的または間接的に、水系に味またはにおいを与える。

廃水を浄化する一つの方法は、フロキュレーションである。フロキュレーション またはコアグレージョンは、適切な化学物質を添加することにより、水に含有さ れている粒子のいわゆるζ電位を変化させることにより、増進され得る。これら の添加は、固形物質の活性部位に影響を及ぼすだけであるため、通常、極めて少 量の化学物質が必要とされる（すなわち、一般に０．１−ＩＩｎｇ／ｌである） 。凝集剤の分子量が大きいときには、この凝集剤は、同時に保護コロイドとして も機能している。

非常に多くの凝集剤が市販されている。それらの凝集剤は、水溶性であるが、希 釈されたときには加水分解し、そして不溶性固形物質、またはＡｔ（ＯＨ）！の ようなコロイド状物質を形成し得る。凝集剤は、単独でまたは粒子と結合して、 一般に両性的性質を有する（すなわち反対符号の電荷の基を含む）か、あるいは 、塩基および酸の塩であるため、そのような凝集剤は、環境のｐＨ値に従って、 アニオン的およびカチオン的のいずれにも作用し得る。両方の両性基が、分子で または薄片状凝塊（ｆｌａｋｅ　ｃｏｎｇｌｏｆｆｌｅｒａｔｅ）でのみ寄与す るときには、特定の水素イオン濃度を必要とし、物質または薄片の等電点に達し てしまう。この場合、ζ電位は±ＯｍＶ付近である。

凝集剤が、それ自体で、例えば、＾１（０１（）！、Ｆｅ（ＯＨ）ｓ、および５ １０２のような薄片を形成する場合は、溶解した物質が、これらの薄片に吸収さ れ、そしてこのことにより浄化すべき水から分離し得る。例として、腐植土およ び着色物質のＡＩ（ＯＨ）、の薄片への吸収が、挙げられ得る。

以下に、いくつかの通常の凝集剤を列記する：樹脂にかわは、主にＮａのアビエ チン酸塩である。この樹脂にかわは、ζ電位に対して、負に寄与する。このよう に、樹脂にかわの作用は、アニオン性である。

−（」エグヱ立ンの主要因子は、＋３の電荷を有するヘキサアコアアルミニウム イオンの加水分解生成物であり、そして電荷の大きさおよび符号は、環境のｐ［ （値に依存する。ミョウバンは、ζ電位に対して、正に寄与する。このように、 ミョウバンの作用は、カチオン性である。

これら両方を使用し、そして酸性度を調整することにより、±ｈ＋Ｖの値の付近 のζ電位を調整し、そしてこのことによりフロキュレーションを行うことが可能 である。

合成凝集剤は、以下のように分類され得る：ｍポリマー、例えば、ポリビニルア ルコール、ポリエチレンオキシド。

乙土之且ポリマー、いわゆる高分子電解質ニー　ポリアクリレート、ポリメタク リレートのようなアニオン性ポリマー −４級アンモニウム化合物のようなカチオン性ポリマー−蛋白質のような効果を 有する、アニオン性およびカチオン性基のコポリマー。

イオン性基および非イオン性基のコポリマー、例えば、部分的にケン化されたポ リアクリルアミド。

化学処理においては、分離した粒子が互いに吸着し合い、そして従来の機械的方 法により水から分離され得るほど大きな固形粒子を形成するような、コロイド状 懸濁物の不安定化（コアグレージョンともいう）が第１の課題である。

このようにして、いわゆる溶解物質の一部も、化学処理で除去されることは明ら かである。

水の化学処理では、通常、水溶液中で３価のイオンを形成する無機塩を用いる。

これらの無機塩には、アルミニウム塩および第二鉄塩が包含される。化学的に適 切な条件では、これらの塩は、水中でゼラチン状の水酸化物高分子沈澱（フロッ ク）を形成する。

荷電した、水酸化物の重合分子Ｍｅ−（ＯＨ）ｙ’−が形成されるように、塩基 の存在下でカチオン性電解質を添加すると、コロイドはその表面にこれらの分子 を吸着し、そしてζ電位が低下する。粒子を衝突させ、そして凝集させるような ζ電位としては、一般に、値は一３ｆｆｌｖ〜＋・・５ＴｎＶの範囲をとり得る と考えられる。

ミョウバンは、４．５〜７．５以内のｐＦＩ範囲で最も良く凝集する。ミョウバ ンは、本来、水溶液中では酸性物質であるため、ｐＨ値を最適範囲に維持するた めに、しばしば、塩基の添加が必要である。アルミン酸ナトリウムは、本来、塩 基性である。このため、ミョウバンおよびアルミン酸塩を組み合わせて用いるこ とにより、他の化学物質を用いる場合のようないかなるｐＨの調整もせずに、良 好な結果が得られ得る。

ミョウバンを、充分な塩基性を有する水に添加すると、水酸化アルミニウムが直 ちに形成される。この分子は、直ちに、１０ｎａ＋のオーダーの直鎖状高分子を 形成する。このことは、濁り度として観測される。この水酸化物高分子は、直ち に、コロイド状粒子の負に荷電した表面に吸着し、そしてコロイド状分子を被覆 する。不純物粒子が存在しないときには、水酸化物高分子は互いにフロックを形 成する。

このことは、水の浄化に関しては、当然非効率的である。

ミョウバンおよび鉄塩の補助で形成された、フロック状の沈澱は、小さなもので あり得、そしてそのような沈澱は、きわめて容易に分解する。活性化ケイ酸は、 沈澱物を補強している：同様の結果は、長鎖の高分子電解質化学物質（凝集助剤 ）の添加により得られる。しかし、一般に、このことの主目的は、広く散乱して いる小さなフロックを寄せ集め、そしてフロックの比表面を減少さ・・せ、その ことにより固形粒子の沈降速度を上昇させることである。

コロイドの不安定化はまた、処理すべき水にカチオン性高分子電解質を添加する ことにより行われ得る。このような高分子電解質は、いかなるｐＨの変化もなく 、系を等電点まで到達させる。このようなポリマーは、ミョウバンより１０〜１ ５倍効果的な凝集剤であるが、それらはまだ、この目的のためには明らかにより 高価である。従って、カチオン性高分子電解質は、例えば、特にミョウバンを用 いる１次フロキュレーションを増進するために、主には非常に少量用いられる。

フロキュレーンヨン助剤として用いられる高分子電解質は、一般に、それらの起 源（天然または合成）およびイオン性（カチオン性、アニオン性、非イオン性、 またはコポリマー）に従って分類される。例示すると、澱粉は天然物であり、そ してカチオン性ポリアクリル酸およびアニオン性ポリアクリルアミドは、合成物 である。分子量は１５０００〜１５００００００の間で変化し、そして長さは、 約５０００〜２００００ｒ＋ｍの間である。

フィンランド国特許出願第８９０５３３号は、ａ）無機沈澱剤、ｂ）アニオン性 ポリマー、およびＣ）カチオン性ポリマーを廃水に添加することによる廃水処理 方法を記載している。

この処理、すなわち添加の順序は、この特許出願では発明の一部である。

フィンランド国特許出願第８３０４９２号は、・固相および液相の分離を増進す るような化学物質を用いて濾過ケーキを形成するための発明を記載している。こ の出願によれば、分子量の大きい高分子電解質をまず添加し、そして最後に無機 物質または分子量の小さい高分子電解質を添加する。

本発明は、適切なタイプの凝集剤とポリマー性化学物質との組み合わせにより、 汚泥、特に林業廃水汚泥からの固形物質の分離をより効果的にする改善に関する 。

林業では、廃水の生物学的浄化の結果として、汚泥剰余物が形成され、これは通 常、繊維汚泥または樹皮汚泥と共に処理される。最も一般的な方法は、これらの 汚泥を混合し、有機高分子電解質を用いてコンディショニングし、機械的に（例 えば、フィルターベルトプレスを用いて）水を除去し、そして燃焼により乾燥（ ＝水が機械的に除去された）汚泥を廃棄する方法である。生物処理汚泥（ｂｉｏ ｓｌｕｄｇｅ）からの水の分離は、非常に困難であり、そしてしばしばこの状況 は、処理する混合物中の生物処理汚泥の量が変化するという事実により悪化する 。その場合には、機械的脱水工程前に添加される、コンディショニング化学物質 （ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ　ｃｈｅｍｉｃａｌ）の重要性がさらに高まる。

フィンランドでは、（ポリ）硫酸第二鉄またはポリ塩化アルミニウムを高分子電 解質と共に用いることは一般的である。その場合、この無機凝集剤を最初に添加 し、そして後の工程で高分子電解質を添加する。この方法により、より良好な乾 燥結果が得られ、そして化学物・質コストを節約し得る。

林業汚泥のコンディショニングにおいて、異なる時点で硫酸第二鉄およびカチオ ン性高分子電解質を添加することに関しては、出版物もある［Ｔａｐｐｉ　Ｊ、 　１９８５．　Ｃｈｅｍ、　Ｅｎｇ、　１９８５コ。

日本国特許第８９３０８８２５３号および同第０２１８０７００号によれば、第 二鉄またはアルミニウム化学物質を両性ポリマー（＝異なるタイプのポリマーの 混合物）と共に用いる、有機汚泥の処理により、汚泥からの水の分離が改善され 、そして汚泥ケーキを濾布から取り除き易くなる。化学物質消費量も低下する。

無機凝集剤および有機ポリマーの混合物は、例えば、廃水の濁りを除去するため に用いられてきたが、高分子電解質と共には用いられず、高分子電解質は別途添 加される［米国特許第４９０２７７９号、同第５０３５８０８号］。凝集剤混合 物子高分子電解質の系を用いた、林業汚泥の処理については、いかなる出願も見 出されない。

本発明の目的は、汚泥の脱水特性の強化（これにより、後の機械的脱水の効率を さらに促進し、そして増大させる）により、主に水を含有する汚泥、特に林業廃 水汚泥の浄化方法を提供することである。

本発明の主要な特徴は、添付の特許請求の範囲から明らかである。

本発明によれば、驚くべきことに、第１・の添加工程（ａ）で、第二鉄塩の代わ りに、分子量が１ｏｏｏｏｏｏ未満の有機ポリマーを第二鉄塩に添加した混合物 を用いるとき、分子量が３００００００を超え、そして第２に添加工程（ｂ）で 添加する有機高分子電解質の量を、汚泥の脱水特性を損なわずに低減し得ること が観察された。本発明によれば、この高分子電解質の量を低減しない場合には、 汚泥の脱水特性が向上することも観察された。

本発明に従って用いる凝集剤混合物の第二鉄塩は、好ましくは、硫酸第二鉄およ び／またはポリ硫酸第二鉄である。

この凝集剤混合物は、好ましくは、第二鉄塩の水溶液および有機ポリマーの水溶 液から形成される。第二鉄塩の水溶液は、好ましくは、約１２重量％の第二鉄塩 を含有する。

この凝集性混合物は、第二鉄塩および有機ポリマーを、好ましくは１：０．０１ 〜ｌ：０．３３の比率で含有する。

上記有機ポリマーは、好ましくは、ポリ（塩化ジメチルジアリルアンモニウム） および／またはポリエピアミンである。

上記高分子電解質は、好ましくは、カチオン性、アニオン性、または非イオン性 ポリアクリルアミドおよび／またはポリアミンである。

以下、実施例を用いて、以下の添付の図面を参照しながら、本発明をさらに詳細 に説明する。

図１は、乾燥固形分とＣＳＴとの間の相関を示すグラフであり、そして 図２〜４は、実施例に記載の参考試験で得られた結果を示すグラフである。

水の、汚泥からの分離性は、得られ得るケーキの乾燥固形分含有量により、およ びＣ３Ｔ　（毛管吸引時間）値によっても説明される・Ｃ３Ｔ値が低いほど、水 は汚泥から分離し易い。

低いＣ３Ｔ値はまた、高分子電解質の過剰投与により得られるが、その場合、水 の分離は必ずしも良好ではないことに注意しなければならない。乾燥固形分含有 量とＣ３Ｔとの間の相関を、図１の曲線により示す。

Ｃ３Ｔと乾燥固形分含有量との間には相関がある：　Ｃ３Ｔが低下すると、乾燥 固形分含有量は増大する。従って、Ｃ３Ｔは、非常に迅速な、化学物質および化 学物質投与量の大まかな比較方法である。

以下の実施例で用いる百分率は、重量百分率である。

実１目引上 この実施例では、林業プラントからの汚泥混合物を用０た。この汚泥混合物は、 乾燥固形分含有量から計算して４０％の生物処理汚泥を含有していた。汚泥混合 物の乾燥固形分含有量は１．４％であった。第１の工程では、本発明による凝集 性混合物を、ポリ硫酸第二鉄（参考）の代わりに用い、そして後の添加工程では 、高分子電解質の量を減らした。

用いた高分子電解質は、カチオン性ポリアクリルアミド（商品名Ｍｉｌｌｆｌｏ ｃ　Ｑ３９）であった。

この凝集性混合物は、ポリ硫酸第二鉄ＰＦＳ（１２％水溶液）およびポリ塩化ジ メチルジアリルアンモニウム（４０％水溶液）（略してポリマーまたはｐ−ＤＭ ＤＡＣ）の混合物であった。

この凝集性混合物中のポリ硫酸第二鉄とポリマーとの重量比は、以下の通りであ った： ＰＦＳ　ｐ−ＤＶＤＡＣ 凝集性混合物１１：０．１３ 凝集性混合物２　１　：　０．０１６ 第１工程でＰＦＳのみを用いることにより、参考試験を行った。凝集剤の投与量 は、全ての化学物質添加方法におし）で、１１３＋ｎｇ／ｇ（汚泥混合物の乾燥 固形分）であった。

結果を図２に示す。ここで、参考試験は（ａ）、凝集性混合物１は（ｂ）、そし て凝集性混合物２は（Ｃ）である。この結果によれば、第２工程で乾燥固形分（ 図２の横軸）（こ対して添加すべき高分子電解質の量は、第１工程で本発明の凝 集性混合物が用いられるときには、明らかに、最終結果を損なわずに低減され得 る。他方、ＰＦＳのみを用いるときには、脱水結果は一様でなく、そして時には 非常に劣る。

実ＪＬ外」工 この実施例においては、出発条件として他の林業プラントからの汚泥混合物を用 いた。この汚泥混合物は、１．５％の乾燥固形分を含有し、そして４０％の活性 汚泥プラントからの剰余汚泥および６０％の繊維汚泥を含有す、・るというもの であった。

参考試験では、ポリ硫酸第二鉄（ＰＦＳ）を、第１工程で、１２％のＦｅを含有 する水溶液として用いた。　′試験のために、実施例１に従って、上記のＰＦＳ およびポリマー性ｐ−ＤＶＤＡＣを含有する、凝集剤混合物３および４を調製し た。凝集剤混合物の重量比は、以下の通りであった：ＰＦＳ　ｐ−ＤＭＤＡＣ 凝集剤混合物３１：０．０２ 凝集剤混合物４１：０．０３ ３つの化学物質添加方法を用いてコンディショニングしたときはいずれも、上記 の投与後、同様の高分子電解質投与ｆｉｒ　（ｌａ＋ｇ／ｇである）を用いた。

高分子電解質は、０．５％水溶液のカチオン性ポリアクリルアミドであった。高 分子電解質の商品名は、Ｆｅｎｎｏｐｏｌ　Ｋ１３５１であり、そしてその分子 量は、３　Ｘ　ｔｏ’を超える。

結果を図３に示す。ここで、参考試験の結果は（Ａ）であり、凝集剤混合物３を 用いて得た結果は（Ｂ）であり、そして凝集剤混合物４を用いて得た結果は（Ｃ ）である。図から、高分子電解質投与量が、３試験全てで同一である場合には、 凝集混合物３および４を用いるときに、ＰＦＳのみを用いるよりも、より高い汚 泥乾燥固形分含有量が得られることを見出し得る。特に、比較的高いＰＦＳ投与 量により、本質的な改良が得られ得る。

実ＪＬ医」− この実施例では、第３のプラントの汚泥混合物を用いた。

この汚泥混合物は、上記の実施例においてよりも、生物処理汚泥が少なく、４％ の乾燥固形分しか含有していなかった。

参考として凝集剤ＰＦＳ（１２％水溶液）を用い、そして本発明による凝集剤と して、以下のＰＦＳおよびｐ−ＤＭＤＡＣ（４０％水溶液）の混合物（以下の比 率を有する）を用いた。

ＰＦＳ　ポリマー 凝集剤混合物５１：Ｏ，１８ 凝集剤混合物６１：０．２５ 凝集剤混合物７１：０．３３ 凝集剤混合物の投与量は、１０〜１５ａ＋ｇ／ｇ　（乾燥固形分）であった。凝 集剤投与後の高分子電解質としては、ポリアクリルアミドの０．５％水溶液を用 いた。この高分子電解質の商品名は、Ｆｅｎｎｏｐｏｌ　Ｋ２Ｏ２である。

結果を図４に示す。ここで、参考試験は（１）であり、ここで、結果１．は投与 量１０＋ｎｇ／ｇを用いて得られ、そして結果Ｉｂは投与量１５ｎｇ／ｇを用い て得られた。凝集剤混合物５の結果は（Ｉ＋）であり、ここでは、投与量は１１ ０ｆｆ１／ｇであった。凝集剤混合物６については、投与量１０＋ｎｇ／ｇおよ び１４ｎ＋ｇ／ｇに対応して、結果ＩＩ１．およびＩＩＩ、が得られた。凝集剤 混合物７は（Ｉ■）であり、そして投与量はｌｏ＋ｎｇ／ｇであった。

図から、ＰＦＳおよびＰＦＳに対して混合され・た有機ポリマーの量が増大する と、本質的に汚泥の脱水特性が向上すること、すなわち、Ｃ３Ｔ値が低下するこ とが見出され得る。従って、高分子電解質の量は、顕著に低減され得る。

ＩＧ　１ ＦＩＧ　２ ＦＩＧ　３ ＩＧ４ フロントページの続き （８１）指定国　ＥＰ（ＡＴ、ＢＥ、ＣＨ，ＤＥ。

ＤＫ、ＥＳ、ＦＲ，ＧＢ、ＧＲ，ＩＥ、ＩＴ、ＬＵ、ＭＣ，ＮＬ、　ＰＴ、ＳＥ ）、０Ａ（ＢＦ、ＢＪ、ＣＦ、ＣＧ、　ＣＩ、　ＣＭ、　ＧＡ、　ＧＮ、　ＭＬ 、　ＭＲ，ＮＥ、ＳＮ。

ＴＤ、　ＴＧ）、　ＡＴ、　ＡＵ、　ＢＢ、　ＢＧ、　ＢＲ，ＢＹ。

ＣＡ、ＣＨ，ＣＺ、ＤＥ、ＤＫ、ＥＳ、ＦＩ、ＧＢ、ＨＵ、ＪＰ、ＫＰ、ＫＲ， ＫＺ、ＬＫ、ＬＵ、ＭＧ、ＭＮ、　ＭＷ、　ＮＬ、　Ｎｏ、　ＮＺ、　ＰＬ、　 ＰＴ、　ＲＯ，ＲＵ。

ＳＤ、ＳＥ、ＳＫ、ＵＡ、ＵＳ、ＶＮ

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. １．主に水を含有する、林業廃水汚泥を浄化する方法であって、該汚泥の機械的 脱水を行う工程を包含し、該脱水工程前に、脱水特性を強化するために、以下の 順序で：ａ）第二鉄塩、および、それ自体凝集性を有しそして分子量が１０００ ０００未満である有機ポリマーを含有する、水含有凝集性混合物を用いて、そし て ｂ）分子量が３００００００を超える高分子電解質を用いて、該汚泥を処理する ことを特徴とする、方法。
2. ２．前記凝集性混合物の第二鉄塩が、硫酸第二鉄および／またはポリ硫酸第二鉄 であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. ３．前記有機ポリマーがポリ（塩化ジメチルジアリルアンモニウム）および／ま たはポリエピアミンであることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
4. ４．前記高分子電解質が、カチオン性、アニオン性、または非イオン性ポリアク リルアミドおよび／またはポリアミンであることを特徴とする、請求項１に記載 の方法。
5. ５．前記凝集性混合物の第二鉄塩：有機ポリマーの比が１：０．０１〜１：０． ３３であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
6. ６．前記水を含有する凝集性混合物が、前記第二鉄塩の水溶液および前記有機ポ リマーの水溶液の混合物を含有することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
7. ７．前記第二鉄塩の水溶液が、約１２重量％の第二鉄イオンを含有することを特 徴とする、請求項６に記載の方法。