JPS5841919B2 - 汚泥の脱水方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は下水、し尿および各種産業排水を処理する際に
生じる有機性汚泥の脱水方法に関するものである。

従来、都市下水、産業排水などの処理で生じた汚泥は、
当該汚泥に脱水助剤として塩化第２鉄、硫酸第１鉄のよ
うな鉄塩および石灰を添加して真空脱水機！こより脱水
処理されている。

この場合、鉄塩および消石灰を汚泥固形分に対して各々
５〜１５％、１５〜５０φと多量に添加する必要があり
、その結果、発生汚泥量の増加、汚泥を焼却した場合の
焼却炉の腐蝕、灰分の増加などの問題を生じていた。

近年これらの問題を解決するために脱水助剤として各種
の有機高分子凝集剤が使用され、汚泥に当該有機高分子
凝集剤を添加し、反応させた後、遠心脱水機、ベルトプ
レス式脱水機、スクリュープレス式脱水機などで処理さ
れている。

しかしながら、これらの方法でも処理効果は充分でなく
、ケーキの含水率、固形分の回収率、処理速度などに満
足する結果が得られず、特に下水、し尿、産業排水の余
剰汚泥のような有機性物質を多量に含有する汚泥の場合
、脱水機としてベルトプレス式脱水機を用いると、沢布
に対する汚泥の剥離性が悪く、またスクリュープレス式
脱水機を用いると、脱離水と共に汚泥の一部がスクリー
ンからリークするなどの欠点を有している。

また汚泥の種類によっては有機高分子凝集剤を添加して
もスクリュープレス式脱水機で全く脱水処理できないも
のもある。

本発明はこれらの欠点を解決し、処理速度を速めると共
にケーキの含水率を低下させ、固形物の回収率を増加さ
せ、かつベルトプレス式脱水機における汚泥の剥離性を
向上させ、あるいはスクリュープレス式脱水機における
汚泥のリークを防止することを目的とするものである。

すなわち本発明は有機性汚泥に有機高分子凝集剤を添加
して汚泥中の固形物を凝集させて脱水処理するにあたり
、汚泥中の固形物の電荷を中和する量よりもさらに過剰
のカチオン性有機高分子凝集剤あるいはアニオン性有機
高分子凝集剤と、当該過剰分の有機高分子凝集剤の電荷
を中和する量の逆性のカチオン性有機高分子凝集剤ある
いはアニオン性有機高分子凝集剤とを添加して攪拌し、
両有機高分子凝集剤の反応によって生成される糸状の凝
固物質を固形物のフロックに共存させて凝集し、次いで
脱水処理することを特徴とする汚泥の脱水方法である。

以下に本発明の詳細な説明する。

前述したように特に下水、し尿、産業排水の余剰汚泥の
ような有機性物質を多量に含有する汚泥に有機高分子凝
集剤を添加し、汚泥中の固形分を凝集させた後に遠心脱
水機、ベルトプレス式脱水機、スクリュープレス式脱水
機などで処理する場合、処理効果を低下せしめている原
因のうち最も大きなものは有機高分子凝集剤を添加し、
攪拌した時に生成するフロックの性状にある。

すなわち生成するフロックの強度が小さく、さらに脱水
性が悪いことによる。

したがって生成するフロックのこれらの性状を改良する
事により前述の種々の欠点を解決することができる。

本発明者らはこの点に着目し、フロックの性状を改良す
べく種々の実験を行なった結果、汚泥に有機高分子凝集
剤を添加して汚泥中の固形物を凝集させる際に、汚泥に
汚泥中の固形物の電荷を中和する量よりもさらに過剰の
カチオン性有機高分子凝集剤あるいはアニオン性有機高
分子凝集剤と、当該過剰分の有機高分子凝集剤の電荷を
中和する量の逆性のカチオン性有機高分子凝集剤あるい
はアニオン性有機高分子凝集剤を添加して攪拌すると、
固形物が凝集してフロックが生成すると共に、過剰に添
加した両有機高分子凝集剤が反応し合って、糸状の凝固
物質が生成し、この糸状の凝固物質が同時に形成する固
形物のフロックに合体したり、あるいは当該凝固物質の
相互にからみ合ったものが当該フロックに合体してフロ
ックの複合体を形威し、これによりフロック強度が増大
すると共に脱水性が向上することを知見した。

従来より、汚泥中の固形物の電荷が負の電荷を有すると
き、当該汚泥を有機高分子凝集剤で凝集するにあたり、
まずアニオン性有機高分子凝集剤を汚泥に加え、よく攪
拌した後にカチオン性有機高分子凝集剤を加えて凝集さ
せると高分子凝集剤の使用量が低減できることが知られ
ており（特公昭３９−１７４９２）、また特に無機系の
汚泥を処理する際にアニオン性有機高分子凝集剤とカチ
オン性有機高分子凝集剤またはカチオン性無機凝集剤を
併用することも知られている（特開昭５０１１０９７２
）、しかしながら従来のこれらの方法はイオン的に逆性
の両有機高分子凝集剤を添加して凝集処理するとしても
、本発明のように前述した糸状の凝固物質を生成させな
いで凝集させるものであり、本発明の方法とは本質的に
異なり、かつ本発明の効果は前記した従来の方法より数
段と優れている。

本発明において生成する糸状の凝固物質は通常直径０．
１〜０．５朋、長さ０．５〜３０ｍｍの目視できる程度
の物理的強度の強い細長い糸状体である。

過剰の両有機高分子凝集剤が反応することにより例数こ
のような糸状の凝固物質が生成されるのか、いまのとこ
ろ理論的に解明されていないが、おそらく画商分子凝集
剤の親水基が反応により疎水性になるためと考えられる
。

いずれにしても過剰の両有機高分子凝集剤の存在により
確実に糸状の凝固物質が生成し、そして当該凝固物質が
汚泥のフロックに合体することにより、フロック強度が
飛躍的に増大し、かつフロックの脱水性が数段と向上し
、従来では脱水処理が非常に困難であった汚泥でも、効
果的に脱水処理することが可能となった０ 以下に本発明の実施態様を説明する。

本発明を実施するにあたり、まずカチオン性有機高分子
凝集剤とアニオン性有機高分子凝集剤を別々に水に溶解
して０．０５φ〜５係程度の両凝集剤の溶液を作成して
おく。

次に被処理汚泥を少量採取し、以下の予備テストにより
カチオン性有機高分子凝集剤とアニオン性有機高分子凝
集剤の添加量を決定する。

汚泥中の固形物が陽電荷の場合はアニオン性有機高分子
凝集剤を、また陰電荷の場合はカチオン性有機高分子凝
集剤を用い、固形物の電荷を中和するに要する有機高分
子凝集剤の添加量を求める。

この固形物の電荷を中和するに要する凝集剤の添加量は
、汚泥を単独の有機高分子凝集剤を添加して凝集させる
従来の方法における最適添加量に相当するもので、ヌツ
チェのテスト法、上澄水のＣ３Ｔ（Ｃａ−ｐｉｌｌａｒ
ｙ ５ｕｃｔｉｏｎ Ｔｉｍｅ ）値の測定、上澄水の
粘度の測度、およびフロック径の測定などの公知の方法
により決定する。

このようにして汚泥中の固形物の電荷を中和する量のカ
チオン性あるいはアニオン性の有機高分子凝集剤の添加
量が決定したら、これより過剰の同じ有機高分子凝集剤
を添加する。

この過剰の量としては汚泥中の固形物に対して重量比率
で０．２φ以上、好ましくは２φ以上添加するとよい。

なお過剰の量が０．２％以下であると前述した糸状の凝
固物質の生成量が少なく、所期の目的を達成できない。

次いで汚泥中の固形物の電荷を中和する量より過剰のカ
チオン性あるいはアニオン性有機高分子凝集剤が添加さ
れている汚泥中に、よく攪拌しながら今度は当該過剰の
有機高分子凝集剤の電荷を中和する量の逆性の有機高分
子凝集剤を添加する。

すなわち先に添加した有機高分子凝集剤がアニオン性の
ものであればカチオン性のものを、またカチオン性のも
のであればアニオン性のものを添加する。

なお過剰の有機高分子凝集剤の電荷を中和する量の逆性
の有機高分子凝集剤の添加量を求めるにあたっては前述
のごとく、ヌツチェのテスト法、上澄水のＣ８Ｔ値の測
定、上澄水の粘度の測定などの公知の方法で求めること
ができるＣすなわちヌツチェのテスト法では濾過時間の
もつとも短くなる時の添加量、上澄水のＣ８Ｔ値の測定
では浸透時間のもつとも短くなる時の添加量、上澄水の
粘度の測定では当該粘度のもつとも小さくなる時の添加
量を目安とするとよい。

このようにして過剰の有機高分子凝集剤を添加し、次い
でこの過剰分の有機高分子凝集剤を中和する量の逆性の
有機高分子凝集剤を添加して混合すると、糸状の凝固物
質が生威し、かつ前述のフロックの複合体が形成するの
を観察できる。

以上のような予備テストによって両有機高分子凝集剤の
添加量を求めたら、次に添加順序を決定するテストを行
なう。

すなわち汚泥の種類によっては両有機高分子凝集剤の添
加順序の違いにより生成するフロックの脱水性がかなり
異なる場合がある。

したがって、汚泥にアニオン性有機高分子凝集剤を先に
、カチオン性有機高分子凝集剤を後に添加したもの、そ
の逆のもの、両者を同時に添加したもののそれぞれ３種
について凝集処理し、それぞれのフロックをヌツチェの
テスト法などでその脱水性を測定し、一番脱水性が優れ
ている添加順序を求める。

以上のような予備テストによって両有機高分子凝集剤の
添加量および最適の添加順序を求めたら、実際の凝集処
理においてこの求めた量の画布機高分子を求めた添加順
序にしたがって添加する。

なお本発明に使用する凝集装置は従来と同様なものでよ
く、かつ攪拌条件なども従来とほとんど同様でさしつか
えない。

汚泥に予備テストによって求めた量の両有機高分子凝集
剤を添加し、攪拌すると前述したようなフロックの複合
体が生成するが、次いで当該フロックの複合体を公知の
方法、すなわち遠心分離機、ベルトプレス式脱水機、ス
クリュープレス式脱水機などを用いて脱水処理する。

次に本発明で用いる有機高分子凝集剤を説明する。

まずカチオン性有機高分子凝集剤としてはＮ。Ｎ′−ジ
メチルアミノアルキルアクリレートあるいはメタクリレ
ートでアルキル基の炭素数が２あるいは３のものの酸塩
、ビニルベンジルモノジトリメチルアンモニウムの酸塩
、アクリルアミドのカチオン変性物の酸塩、ビニルピリ
ジンおよびその置換誘導体、アクリルアミンおよびその
置換誘導体のようなカチオン性単量体の単一重合体およ
び共重合体などを使用する。

また上記のようなカチオン性単量体とアクリルアミド、
アクリロニトリル、アクリル酸アルキルエステルのよう
な単量体との共重合物、さらにポリビニルイミダシリン
の酸塩、キトサンの酸塩、澱粉のカチオン化物なども使
用できる。

またアニオン性有機高分子凝集剤としてはアクリル酸、
メタクリル酸およびそれらのアルカリ金属塩、アクリル
アミドのスルホメチル化物およびそのアルカリ金属塩、
ビニルベンゼンスルフォン酸、スチレンスルホン酸およ
びそのアルカリ金属塩、ビニルスルフォン酸およびその
アルカリ金属塩、無水マレイン酸などの単一重合体およ
び共重合体などを使用する。

また上記のようなアニオン性単量体とアクリルアミド、
アクリロニトリル、アクリル酸アルキルエステルのよう
に単量体との共重合物、さらにアルギン酸ソーダ、キチ
ンのアニオン変性物なども使用できる。

なお場合によってはこれらの両有機高分子凝集剤と共に
ＰＡＣ１硫酸バンド、塩化第２鉄、硫酸第１鉄、あるい
は石灰のような無機系の凝集剤を使用してもさしつかえ
ない。

以上説明したように、本発明は有機性汚泥に、汚泥中の
固形物の電荷を中和する量よりもさらに過剰のカチオン
性有機高分子凝集剤あるいはアニオン性有機高分子凝集
剤と、当該過剰分の有機高分子凝集剤の電荷を中和する
量の逆性のカチオン性有機高分子凝集剤あるいはアニオ
ン性有機高分子凝集剤を添加攪拌することによって、両
有機高分子凝集剤が反応し合って糸状の凝固物質を生成
し、さらに当該凝固物質が固形物のフロックにからみ合
って脱水性の優れたフロックの複合体を形成することが
できるので脱水性が向上し、たとえば脱水機としてベル
トプレス式脱水機を用いる場合は汚泥の剥離性が向上し
、またスクリュープレス式脱水機を用いる場合はスクリ
ーンから汚泥がリークすることがなくなり、さらに遠心
脱水機を用いる場合は固形物の回収率が向上する。

また従来では全く脱水処理ができなかった汚泥でも効果
的に脱水することができる。

以下に本発明の詳細な説明する。

実施例−１ 食品製造会社の菌体培養排水を凝集沈澱処理した時に発
生する汚泥（外、観赤褐色、ＰＨ６，３゜ＭＬＳ８４．
５％）を使用して横型遠心分離機による脱水処理を行な
った。

本汚泥を有機高分子凝集剤で凝集するにあたり、公知の
方法で予備的に有機高分子凝集剤の最適添加量を求めた
。

その結果、本汚泥の固形物はアニオン性であり、カチオ
ン性有機高分子凝集剤としてキトサン系高分子凝集剤（
分子量約５００，０００）を用いたところ最適添加量は
固形物に対して１．５φであった。

次に汚泥に当該最適添加量よりそれぞれ固形物に対して
１．５％（全体で３．０幅）、３．７悌（全体で５．２
φ）の過剰のキトサン系高分子凝集剤を添加し、次いで
これらの過剰のカチオン性有機高分子凝集剤の電荷を中
和するアニオン性有機高分子凝集剤の添加量を上澄水の
粘度を目安として求めた。

アニオン性有機高分子凝集剤としてポリアクＩＪ ｊし
酸ソーダ（分子量約８，０００，０００）を用いたが、
その量はそれぞれ固形物に対して０．６ ％および１．
５俤であった。

また、カチオン性有機高分子凝集剤を先に、アニオン性
有機高分子凝集剤を後に添加した方が生成フロックの脱
水性に関して最も優れていた。

このようにして求めた両有機高分子凝集剤の添加量で、
汚泥に先にカチオン性有機高分子凝集剤、次いでアニオ
ン性有機高分子凝集剤を加え、よく反応させその後遠心
分離機（回転数２．５０ Ｏｒｐｍ）で脱水処理した。

なお比較例として汚泥に最適添加量のカチオン性有機高
分子凝集剤のみを添加した場合、および最適添加量のカ
チオン性有機高分子凝集剤と固形物当たり０．３φのア
ニオン性有機高分子凝集剤を添加した場合、さらに固形
物当たり１．５袈のアニオン性有機高分子凝集剤のみを
添加した場合の３者について同じ条件で遠心分離機で脱
水処理した。

その結果を第１表に示す。本発明方法においては糸状の
凝固物質が生成し、それが固形物のフロックにからみ合
って、フロツ りの複合体が生成したが、従来法においては糸状の凝固
物質が全く生成しなかった０また、ポリアクリル酸ソー
ダのみを添加したものはフロックがほとんど生成せず、
その他の従来法においても、１．３ｍ８／Ｈ以上の速度
で汚泥水を処理すると脱離水にＳＳがリークした。

なお本発明方法では処理量を、それぞれ１．８ ｍ９／
Ｈｔ ２．７ ｍ８／ Ｈと増加しても脱離水にＳＳ
がリークせず、かつ得られたケーキの含水率も低下し、
かつＳＳの回収率も増加した○ 実施例−２ し尿処理場の余剰活性汚泥（外観茶褐色、ｐＨ７、２、
ＭＬＳ８１．８俤、強熱減量７６．１係）を使用して、
ベルトプレス式脱水機による脱水処理を行なった。

本汚泥を有機高分子凝集剤で凝集するにあたり、公知の
方法で予備的に有機高分子凝集剤の最適添加量を求めた
。

その結果本汚泥の固形物はアニオン性であり、カチオン
性有機高分子凝集剤として、Ｎ、Ｎ’−ジメチルアミノ
エチルメタクリレートを塩化メチルで４級化した分子量
約６．５００，０００の単一重合体（カチオン性凝集剤
Ａ）と、Ｎ、Ｎ’−ジメチルアミノエチルメタクリレー
トの塩酸塩４０モル饅とアクリルアミドを共重合した分
子量約７，０００，０００の共重合体（カチオン性凝集
剤Ｂ）を用いたところ、最適添加量はカチオン性凝集剤
Ａ、およびＢ共に固形物に対して１．２俤であった。

次に両者共に当該最適添加量よりそれぞれ固形物に対し
て１．３φ（全体で２．５φ）および３．８φ（全体で
５．０係）の過剰の、それぞれのカチオン性凝集剤を添
加し、次いでこれらの過剰のカチオン性有機高分子凝集
剤の電荷を中和するアニオン性有機高分子凝集剤の添加
量を上澄水のＣ３Ｔ値の測定値を目安にして求めた。

アニオン性有機高分子凝集剤としてアクリル酸ソーダ２
０モルφとアクリルアミドの分子量約９．０００，００
０の共重合物（アニオン性凝集剤Ａ）を用いたが、その
量はカチオン性凝集剤Ａの方はそれぞれ０．５ ％およ
び１．０φであり、またカチオン性凝集剤Ｂの方はそれ
ぞれ０．４％および０．８ ’％であった。

またアニオン性有機高分子凝集剤を先に、カチオン性有
機高分子凝集剤を後に添加した方が生成フロックの脱水
性が最も優れていた。

このよう、にして求めたそれぞれの画布機高分子凝集剤
の添加量で、スラッジに先にアニオン性有機高分子凝集
剤、次いでカチオン性有機高分子凝集剤を加え、よく反
応させ、その後ベルトプレス式脱水機で脱水処理した。

なお比較例としてスラッジに最適添加量のそれぞれのカ
チオン性有機高分子凝集剤のみを添加した場合、および
最適添加量のカチオン性凝集剤Ａにアニオン性凝集剤Ａ
ヲ０．３％（固形物当たり）添加した場合、および最適
添加量のカチオン性凝集剤Ｂにアニオン性凝集剤ＡをＯ
１２φ（固形物当たり）添加した場合について同じ条件
でベルトプレス式脱水機で脱水処理した。

以上の結果を第２表に示した。

本発明方法においては糸状の凝固物質が生威し、それが
固形物のフロックにからみ合って、フロックの複合体が
生成したが、従来法においては糸状の凝固物質が全く生
成しなかった。

また本発明方法においてはベルトプレス式脱水機におけ
る炉布からのケーキの剥離性が良好で処理量も２．５〜
３、０ ｍ３／ Ｈに対して、従来法はケーキの剥離性
が不良で処理量も２．０〜２．２ ｍ”／ Ｈと小さか
った。

実施例−３ 洗米排水を凝集沈殿処理した時に発生する汚泥（外観白
色、ｐＨ７，１、ＭＬＳ８１．６係、強熱減量８７．０
φ）を使用してスクリュープレス式脱水機による脱水処
理を行なった。

本汚泥を有機高分子凝集剤で凝集するにあたり、公知の
方法で予備的に有機高分子凝集剤の最適添加量を求めた
。

その結果本汚泥の固形物はアニオン性であり、カチオン
性有機高分子凝固剤としてＮ 、 Ｎ’−ジメチルアミ
ノエチルメククリレートの塩酸塩３５モル饅とアクリル
アミドを共重合した分子量約６，５００，０００の共重
合体（カチオン性凝集剤Ｃ）を用いたところ最適添加量
は固形物に対して２．１俤であった。

次に汚泥に当該最適添加量よりそれぞれ固形物に対して
１．５ ％ （全体で３．６係）、３．７係（全体で５
．８係）の過剰のカチ碕ネオン性凝集剤Ｃを添加し、次
いでこれらの過剰のカチオン性有機高分子凝集剤の電荷
を中和するアニオン性有機高分子凝集剤の添加量を上澄
水の粘度を目安として求めた。

アニオン性有機高分子凝集剤としてビニルベンゼンスル
フォン酸ソーダ３０モル饅とアクリルアミドを共重合し
た分子量約６，０００，０００の共重合体（アニオン性
凝集剤Ｂ）を用いたが、その量はそれぞれ固形物に対し
て０．９％および２．０優であった。

また、両有機高分子凝集剤を同時に添加したものが生成
フロックの脱水性に関して最も優れていた。

このようにして求めた両有機高分子凝集剤の添加量で、
スラッジに同時に両有機高分子凝集剤を加え、よく反応
させ、その後スクリュープレス式脱水機で脱水処理した
。

なお比較例としてスラッジに最適添加量のカチオン性凝
集剤Ｃのみを添加した場合、および最適添加量のカチオ
ン性凝集剤Ｃと固形物当たり０．５饅のアニオン性凝集
剤Ｂを添加した場合、さらに固形物当たり１．６俤のア
ニオン性凝集剤Ｂのみを添加した場合の３者について同
じ条件でスクリュープレス式脱水機で脱水処理した。

その結果を第３表に示す。本発明方法においては糸状の
凝固物質が生成し、それが固形物のフロックにからみ合
って、フロックの複合体が生成し、スクリュープレス式
脱水機で良好に脱水処理できたが、従来法は糸状の凝固
物質が全く生成せず、かつスクリュープレス式脱水機の
網目よりフロックが多量にリークし、実質的に脱水処理
が不可能であった。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 有機性汚泥に有機高分子凝集剤を添加して汚泥中の
   固形物を凝集させて脱水処理するにあたり、汚泥中の固
   形物の電荷を中和する量よりもさらに過剰のカチオン性
   有機高分子凝集剤あるいはアニオン性有機高分子凝集剤
   と、当該過剰分の有機高分子凝集剤の電荷を中和する量
   の逆性のカチオン性有機高分子凝集剤あるいはアニオン
   性有機高分子凝集剤とを添加して攪拌し、画布機高分子
   凝集剤の反応によって生成される糸状の凝固物質を固形
   物のフロックに共存させて凝集し、次いで脱水処理する
   ことを特徴とする汚泥の脱水方法。