JPH10249398A - 汚泥の脱水方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 汚泥の脱水方法において、脱水後のケーキの
含水率を大幅に低減することを課題とする。 【解決手段】 汚泥二段脱水法において、ポリアミジン
系高分子凝集剤を用いることを特徴とする汚泥の脱水方
法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は各種産業排水、およ
び下水、し尿処理等で生じた無機性および有機性の汚泥
の効率的な脱水方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】下水やし尿処理場、有機質産業廃水等か
ら生じる汚泥は複雑な構造を有する多数の有機物および
無機物の集合体であり、粒子サイズが小さくかつ水との
親和性も強いため、予備処理を行うことなく直接濾過や
遠心分離等の脱水処理にかけても水を効率よく分離する
ことは難しい。そのため通常は、脱水剤（以下、凝集剤
ということもある）の添加等により汚泥の脱水特性を高
めてから脱水処理を行う方法が採用されている。

【０００３】その中で一般的に高分子量のカチオン性高
分子凝集剤が広く用いられている。例えば、ジメチルア
ミノエチル（メタ）アクリレートの３級塩、または４級
アンモニウム塩のホモポリマーまたはアクリルアミド等
とのコポリマーが挙げられる。しかしながら、近年、下
水道の整備等により、汚泥発生量が増加し、汚泥中の有
機物量の増加、腐敗等の汚泥性状の悪化が進行してい
る。そのために、現在主として使用されている上記のよ
うなカチオン性高分子凝集剤には以下のような問題があ
り、処理方法の改善が求められている。

【０００４】すなわち（１）ケーキの含水率が低下せ
ず、その結果、埋立処分の場合にはケーキの運搬費用が
嵩み、焼却処分の場合には焼却炉のトラブルを起こしや
すく、焼却のための燃料費が嵩む。（２）凝集フロック
は大きいが強度が弱いために、重力濾過性が悪く汚泥の
処理量が上がらず、汚泥のＳＳが分離液にリークし、濾
布からのケーキの剥離性が悪く脱水機の運転トラブルを
起こしやすい。（３）汚泥の脱水処理が安定しない。こ
れらの問題を解決するため、特開平５−１９２５１３号
公報にはポリアミジン系カチオン性凝集剤が提案されて
いるが、ケーキ含水率は従来より低下するものの、凝集
力が弱いため、汚泥の処理量が上がらず、脱水処理が安
定しないという欠点を有し、改善が望まれている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】一般に、高分子凝集剤
を用いて汚泥脱水するには、汚泥の活性点に作用して汚
泥を疎水化（易脱水化）させる効果と、汚泥粒子との間
で架橋して粗大フロックを形成し重力脱水を容易にする
効果が必要とされているが、有機物の含有率が高い汚泥
や消化汚泥のごとく難脱水性の汚泥では、高分子凝集剤
に期待されるこれらの効果が十分に発揮されないことも
多い。また前述のアミジン系高分子凝集剤でも含水率低
下効果がそれほど大きくなく、剤の種類に関係なく、一
液処理では脱水性の改善におのずと限界がある。

【０００６】本発明は、二種以上の剤の組合せにより、
ケーキ含水率を大幅に低減できる汚泥の脱水方法を提供
することを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
に、本発明の汚泥の脱水方法は、汚泥に第１高分子凝集
剤を添加後、次に第２高分子凝集剤を添加、機械脱水す
る二段脱水法において、第１高分子凝集剤および第２高
分子凝集剤の少なくとも一方にポリアミジン系高分子凝
集剤を用いることを特徴とする。なお第１高分子凝集剤
添加後の脱水の有無についての制約は特にない。

【０００８】

【発明の実施形態】本発明においてポリアミジン系高分
子凝集剤は、カチオン性または両性のいずれでも良い。

【０００９】本発明において、ポリアミジン単位は
（１）（メタ）アクリロニトリル（２）Ｎ−ビニルカル
ボン酸アミド、Ｎ−イソプロペニルカルボン酸アミド、
Ｎ−ビニルカルボン酸イミドまたはＮ−イソプロペニル
カルボン酸イミドを共重合し、得られたコポリマーを加
水分解及びアミジン化することにより得られる。また両
性高分子凝集剤にするときは上記（１）（２）の他に
（メタ）アクリル酸を導入することに得られる。

【００１０】本発明に用いる他の共重合可能なモノマー
としては、適当なモノマー反応性比を有するものであれ
ば制限なく使用することができ、例えば、（メタ）アク
リルアミド、スチレン、メチル（メタ）アクリレート、
エチル（メタ）アクリレート、酢酸ビニル、Ｎ−ビニル
ピロリドン等のノニオン性単量体、ビニルスルホン酸、
２ーアクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸、
スチレンスルホン酸等のスルホン基を有する単量体また
はそのアルカリ金属塩等のアニオン性単量体、ジメチル
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）アクリルアミド等の３級塩若しくは４級
アンモニウム塩等のカチオン性単量体を挙げることがで
きる。なおノニオン性単量体はポリアミジン系高分子凝
集剤の分子量やイオン当量の調節等を主たる目的として
使用されるものである。

【００１１】本発明において、重合方法には特に制限は
なく、使用するモノマーおよび生成するポリマーの溶解
性等に応じて、溶液重合、懸濁重合、乳化重合等を選択
することができる。例えば、使用するモノマーも生成す
るポリマーも水溶性であれば、水溶液重合が可能であ
り、モノマーを水に溶解し、不活性ガスをバブリング
し、所定温度まで昇温した後、水溶性重合開始剤を添加
することによってポリマーを得ることができる。水溶液
重合により得られたポリマーは、そのまままたは単離し
た後、加水分解およびアミジン化反応に供することがで
きる。また、使用するモノマーの水への溶解度が小さい
ときは、懸濁重合、乳化重合等を用いることができる。
乳化重合においては、水中にモノマー、乳化剤、水溶性
の重合開始剤等を加え、不活性ガス雰囲気中で攪拌下に
加熱することによりポリマーを得ることができる。重合
開始剤としては、過硫酸アンモニウム、過硫酸カリウ
ム、２，２’−アゾビス（２−アミジノプロパン）二塩
酸塩等、一般的な開始剤を用いることができるが、アゾ
系化合物が特に好ましい。

【００１２】本発明において、上記のポリマーの水溶液
を酸またはアルカリの存在下に加熱することにより、ポ
リマー中の酸アミド単位または酸イミド単位を加水分解
してアミン単位とし、その後アミン単位とニトリル単位
間でアミジン化することにより、ポリアミジン系高分子
凝集剤が得られる。

【００１３】本発明のポリアミジン系高分子凝集剤は、
高分子量であることが好ましく光散乱法での重量平均分
子量が１００万以上必要とする。またポリアミジン系高
分子凝集剤のカチオン当量値（Ｃｖ）が３．０〜１０．
０ｍｅｑ／ｇ、アニオン当量値（Ａｖ）が０〜６．０ｍ
ｅｑ／ｇの時、凝集剤としての効果が発揮しやすくな
る。カチオン当量値（Ｃｖ）が３．０ｍｅｑ／ｇ未満で
は、吸着基の数が少なすぎることによる凝集力不足によ
って満足な脱水性能が得られがたい。またアニオン当量
値（Ａｖ）が６．０ｍｅｑ／ｇを越えるものでは、水へ
の溶解性が低下して凝集作用が有効に発揮され難くなる
ので好ましくない。

【００１４】本発明のアミジン系高分子凝集剤は水溶液
でも粉末でも使用可能であり、ポリマーの形態を制約さ
れるものではない。

【００１５】本発明での対象となる汚泥は、特に制限は
なく、下水、し尿、一般産業排水処理で生じる有機性汚
泥等に対し、好適に使用することができる。本発明にお
いての剤の組合せはアミジン系高分子凝集剤とアミジン
系高分子凝集剤、他のカチオン性ポリマー、アニオン性
ポリマー、両性ポリマー等と併用することができる。

【００１６】併用の仕方については溶解の際にブレンド
し、あるいは各々を別々に汚泥に添加して脱水に用いる
ことができるが、各々を別々に汚泥に添加して脱水に用
いる方が特に好ましい。また二種以上のポリマーを併用
するとき、相異なる分子量を持つポリマーで組合せるこ
とが好ましく、アミジン系高分子凝集剤の分子量は１０
０〜８００万であることが好ましい。

【００１７】また本発明において、無機多価電解質と併
用することができ、さらに必要に応じて、スルファミン
酸等の酸性物質を添加することができる。併用する無機
多価電解質としてはカルシウム塩、マグネシウム塩、鉄
塩、アルミニウム塩、具体的には、例えば、硫酸バン
ド、ポリ塩化アルミニウム、塩化第二鉄、硫酸第一鉄、
ポリ硫酸鉄等を挙げることができる。無機多価電解質の
使用方法は第１高分子凝集剤と同時に汚泥に添加しても
よいし、別々に添加しても構わないが、好ましくは無機
多価電解質を第１高分子凝集剤の添加に先だって添加し
た方がより効果的である。なお無機多価電解質の添加量
は処理コスト、含水率低下効果のバランスを考慮して、
汚泥の固形物（ＴＳ）に対し０．５〜１０重量％の範囲
から選択するのがよい。

【００１８】本発明での脱水方法における、汚泥の脱水
に用いる脱水機には特に制限はなく、通常の汚泥処理に
使用される機器を使用することができる。このような脱
水機としては、例えば、ベルトプレス脱水機、遠心脱水
機、フィルタープレス脱水機、スクリュープレス脱水
機、真空脱水機等を挙げることができる。

【００１９】汚泥に第１高分子凝集剤を添加、重力脱水
後、次に第２高分子凝集剤を添加、機械脱水する二段添
加法において、重力脱水可能な濃縮装置としては、例え
ば、スクリーン装置、真空濾過機、遠心分離機あるいは
ベルトプレス型脱水機等の如く、基本的に汚泥中固形物
の重力を利用して固液分離を行う方式を採用すべきであ
る。しかし機械的に圧力を加える機器ではコスト的に不
利であり、しかも汚泥を通常の機械脱水機で脱水する
と、生成したフロック汚泥への第２高分子凝集剤の混合
が困難となり、該第２高分子凝集剤を用いることによっ
てもたらされる優れた脱水性向上効果も有効に活用でき
なくなるので、本発明では、上記フロック汚泥の濃縮に
固液分離法を採用する。

【００２０】重力による固液分離装置としては、スクリ
ーン装置の他、ロータリードラムスクリーンあるいは回
転円筒造粒脱水装置があり、いずれの装置を用いて構わ
ない。なお機械脱水機として、ベルトプレス型脱水機を
使用する場合、この脱水機には大抵の場合、重力による
固液分離部が配備されているので、別途固液分離装置を
設ける必要がないという利点を享受できる。

【００２１】上記二段添加法で用いられる機械脱水機の
種類にも格別の制限はなく、例えばベルトプレス脱水
機、遠心脱水機、フィルタープレス脱水機、スクリュー
プレス脱水機、真空脱水機等を使用できるが、中でもベ
ルトプレス脱水機は、前述の如く重力による固液分離区
間が装置内に配備されているので、本発明の実施に特に
適した機械脱水機として推奨される。但し本発明におい
ては、複合の剤を用いて汚泥処理する際に、汚泥処理方
法に関係なく、少なくとも１つのポリアミジン系高分子
凝集剤を用いれば、汚泥の脱水性が根本的に改善される
ので、上記以外の機械脱水機であっても勿論支障なく適
用することが可能である。

【００２２】ポリアミジン系高分子凝集剤及び他の高分
子凝集剤の添加量は汚泥の種類や各凝集剤の組成によっ
て変動するので、一律に決めることはできないが、一般
的には汚泥の固形分（ＴＳ）に対して０．０５重量％以
上であれば十分である。上記二段添加法を用いる場合に
おいては、第１高分子凝集剤は一液凝集法で採用する場
合の適正添加量を超えて添加する必要はなく、処理コス
トの増大と含水率低下量のバランスから好ましくは０．
２〜２％程度の範囲で添加される。一方、第２凝集剤の
添加量は多ければ多いほど効果的であるが、処理コスト
の増大と含水率低下量のバランスから、好ましくは０．
４〜１％の添加量が採用される。

【００２３】本発明において被処理対象となる汚泥は、
高ＢＯＤ廃水を生物処理等したときに生成する汚泥をい
い、その例としては、下水・し尿処理場で発生する汚
泥；食品工場、畜産場、化学工場等から発生する汚水・
廃水の活性汚泥法処理により生成する余剰汚泥や初沈汚
泥；それらを混合した混合生汚泥；汚水・廃水の嫌気性
消化により生成する消化汚泥等、を包含する上位概念の
汚泥を意味しており、それらの中でも、難脱水性汚泥に
対しては本発明の効果が極めて有効に発揮される。

【００２４】本発明によって汚泥の脱水性が改善される
理由は必ずしも明確にされているわけではないが、汚泥
処理方法に関わらず、アミジン基のアミンは吸着力が強
いために、スラッジ形成時のフロック形成能力が良好で
あり、また脱水ケーキ形成時の剥離性が良好であるため
に脱水ケーキの脱水性が向上したものと考えている。

【００２５】

【実施例】以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に
説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限
を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範
囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であ
り、それらは全て本発明の技術的範囲に含まれる。

【００２６】［ポリアミジンおよびその他のカチオン性
または両性高分子凝集剤の合成例］既知の方法で、ポリ
Ｎ−ビニルホルムアミド（ＰＮＶＦ）とアクリロニトリ
ル（ＡＮ）を共重合、加水分解することによりポリアミ
ジンを得た。またジメチルアミノエチルメタクリレート
４級化物（４ＤＡＭ）、ジメチルアミノエチルアクリレ
ート４級化物（４ＤＡＡ）、ジメチルアミノエチルメタ
クリレート（３ＤＡＭ）、アクリルアミド（ＡＡｍ）お
よびアクリル酸（ＡＡ）を既知の方法で重合または共重
合させることにより得た。得られた高分子凝集剤の組
成、Ｃｖ値、Ａｖ値、分子量を表１に示した。

【００２７】

【表１】

【００２８】表１において、 4DAM;シ゛メチルアミノエチルメタクリレート4級化物 4DAA;シ゛メチルアミノエチルアクリレート4級化物 3DAM;シ゛メチルアミノエチルメタクリレート3級塩 組成は各々モノマーの重量%、カチオン当量値はpH3での値アミシ゛ン は三菱化学品を使用 実施例１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ 都市下水処理場から発生した消化汚泥Ａ（ｐＨ：７．
０、ＴＳ：２．１％、Ｍ−アルカリ度：３５００ｐｐ
ｍ）を、ベルトプレス型脱水機を用いて脱水処理した。

【００２９】アミジン系高分子凝集剤（ＡＭ−１）およ
びその他の高分子凝集剤（Ｃ−１）は０．２重量％水溶
液として使用した。また、これら各凝集剤の添加量は、
いずれも汚泥のＴＳに対する重量％として示した。

【００３０】アミジン系高分子凝集剤（ＡＭ−１）を、
上記消化汚泥のＴＳ当たり０．８重量％添加混合して粗
大フロック状汚泥を形成させ、ベルトプレス型脱水機の
重力脱水部で重力により固液分離した後、得られた濃縮
汚泥にアミジン系高分子凝集剤（ＡＭ−１）をＴＳ当た
り０．７重量％添加混合し、ベルトによって機械的に圧
搾脱水を行った。得られた機械脱水ケーキの含水率は７
４％であり、ベルトからの脱水ケーキの剥離性は良好で
あった（実施例１）。

【００３１】また第１高分子凝集剤としてアミジン系高
分子凝集剤（ＡＭ−１）を添加混合する前に、消化汚泥
に無機多価電解質としてポリ硫酸鉄を汚泥のＴＳ当たり
３重量％添加した以外は上記と全く同様にして実験を行
ったところ、最終的に機械的圧搾脱水を行って得た機械
脱水ケーキの含水率は７３％で、実施例１よりも更に含
水率は低くなっており、ベルトからの脱水ケーキの剥離
性は良好であった（実施例１ａ）。

【００３２】またアミジン系高分子凝集剤（ＡＭ−１）
を、上記消化汚泥のＴＳ当たり０．８重量％添加混合
後、実施例１の様な固液分離を行わずにアミジン系高分
子凝集剤（ＡＭ−１）をＴＳ当たり０．７重量％添加混
合し、ベルトによって機械的に圧搾脱水を行った。得ら
れた機械脱水ケーキの含水率は７７．４％であり、ベル
トからの脱水ケーキの剥離性は良好であった（実施例１
ｂ）。

【００３３】またカチオン性高分子凝集剤（Ｃ−１）を
上記消化汚泥のＴＳ当たり０．６重量％添加混合後、実
施例１の様な固液分離を行わずにアミジン系高分子凝集
剤（ＡＭ−１）をＴＳ当たり０．７重量％添加混合し、
ベルトによって機械的に圧搾脱水を行った。得られた機
械脱水ケーキの含水率は７７．７％であり、ベルトから
の脱水ケーキの剥離性は良好であった（実施例１ｃ）。

【００３４】比較例１ａ、１ｂ 比較例として、ポリアミジン系凝集剤を使わずに、第１
凝集剤、第２凝集剤共にカチオン性高分子凝集剤（Ｃ−
１、Ｃ−２）を使用した系で検討を行った。第１凝集剤
添加後の固液分離を行った場合（比較例１ａ）、固液分
離を行わない場合（比較例１ｂ）について、それぞれ同
様の実験を行った。

【００３５】結果は表２に示す通りである。本発明に従
って、汚泥二段脱水法において、ポリアミジン系高分子
凝集剤を用いた時のケーキ含水率は、比較例１ａ〜１ｂ
に比べて低く、かつ汚泥処理能力も高いことがわかる。

【００３６】

【表２】

【００３７】

【発明の効果】本発明は以上の様に構成されており、汚
泥二段脱水法においてポリアミジン系高分子凝集剤を使
用することにより、難脱水性汚泥を始めとする様々な汚
泥に対して卓越した凝集作用を発揮することができ、そ
れにより脱水ケーキの脱水効率を著しく高めると共に、
汚泥処理効率の向上にも寄与することができる。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 汚泥二段脱水法において、ポリアミジン
   系高分子凝集剤を用いることを特徴とする汚泥の脱水方
   法。
2. 【請求項２】 汚泥に第１高分子凝集剤を添加、重力脱
   水後、次に第２高分子凝集剤を添加、機械脱水する二段
   脱水法において、第１高分子凝集剤および第２高分子凝
   集剤の少なくとも一方にポリアミジン系高分子凝集剤を
   用いることを特徴とする汚泥の脱水方法。