JPS6051600A - 汚泥の凝集処理方法 - 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】 本発明は各種産業廃水処理、］・水・し尿処理場等より
発生する汚泥の凝集性状を改質強化することによって、
汚泥脱水機における濾過・脱水の促進及びケーキ剥離性
の改良をはかる新規な汚泥の処理方法に関するものであ
る。

近年、濾過圧搾脱水機による汚泥の脱水に水溶性高分子
電解質を利用することが急速に普及して来た。

これは汚泥を構成する微細粒子に高分子電解質が架橋吸
着して汚泥の粒子構造を強化しながら疎大粒子状のフロ
ックを形成し、その際大量の分離水をフロックの外部に
解放する性質を利用したものである。

通常、汚泥の微細粒子の表面は電荷を帯び、粒子同士は
静電気的斥力によって安ンｉに分散し、ていることが多
いから、粒子表面の電荷と反対符号の電荷を有する水溶
性のイオン性高分子即ち高分子電解質を適用して粒子と
の間に静電気的相互作用が働くようにする方が凝集効果
を上げやすい。例えば、有機性汚泥は一般に構成する粒
子群が負の電荷を帯びて′安定に分散していることが多
いからカチオン性の高分子電解質を適用すると効果的で
あることが広く知られている。

従来の無機系凝集剤（例えば塩化第二鉄、硫酸パン土な
ど）と比較した場合、有機性高分子電解質を使用する一
般的利点として ■　生成するフロックが大きく、濾過性が大巾に改善さ
れる。

■　添加量が少なく、凝集剤によるケーキの増量がない
。

■　ケーキの発熱量が高い。

■　腐食や重金属混入など二次公害発生の危険がない。

などが知られており、高分子電解質の有用性は広く認め
られている。

しかしながら、高分子電解質を使用して生成するフロッ
クは一般に綿状の圧縮性に富む性状を示し、濾過性が大
巾に改善される反面、圧搾作用下では圧力作用の及ばな
い方向へ向けてフロックが変形されやすくなる。従って
圧搾脱水工程で汚泥のリークやｐ布の目詰り、脱水ケー
キの剥離性不良などの好ましくない現象を起しゃすいた
め、圧搾力を制限せざる′ｆＣ得なくなり汚泥の水分を
十分に絞り切ることができなくなる欠点があった。無機
系凝集剤或いはこれと消石灰を併用する方法は一般に生
成するフロックは小さいが緻密な構造となり濾過性が高
分子電解質より劣るものの、汚泥の圧縮性が改善される
ので圧搾効果を上げやすいという利点があるために無機
系凝集剤特有の欠点があるにもがかわらず、下水処理場
などで未だ大量に使用されているのが実情である。一方
、高度な廃水処理方式が普及するＫつれて難濾過性の化
物処理汚泥（活性汚泥）の発生量は増大しており、まだ
、エネルギー問題に端を発して乾燥、焼却などこれらの
最終処分に消費するエネルギーは極力節約する技術の確
立が強く望まれているところであり、更に安全性が特に
要求される脱水ケーキのコンポスト化、緑農地還元など
廃棄物の有効利用の見地からも有機性高分子凝集剤の有
用性を活かして脱水ケーキをよ′り一層低含水率にする
意義は大きいものがある。

高分子電解質単独使用の利点を活かし、欠点を補う方法
として次の方法が有効であることが認められている。そ
の（りは無機系凝集剤と高分子電解質を汚泥と別々に作
用するように適用する方法であり、濾過性の向上とフロ
ックの圧縮性状を改善する効果があり、脱水性とケーキ
剥離性が高分子電解質単独使用の場合より改善される。

しかし無機系凝集剤の使用は機４Ａの腐食性ｐ液の散性
化、脱水ケーキの増量、乾燥焼却処分の困難性などの欠
点および脱水ケーキのコンポスト化、緑農地還元など有
価物の回収を図る場合には二次公害を起すおそれがある
などの欠点がある。その（２）は互にイオン性の異る２
種類の水溶性高分子電解質を別々に添加すを方法であり
、例えばアニオン性高分子電解質を汚泥に先に添加反応
させたのちカチオン性高分子電解質を添加し汚泥中の固
形物を凝集させる方法（４’！　公明３９−１７４９２
　）および汚泥中の固形物の表面電荷を中和するより過
剰に反対電荷を有する高分子電解質を先に添加混合し、
次いで先に添加した高分子電解質の過剰分の電荷を中和
する量の逆性の高分子電解質を添加し、高分子電解質同
士の反応生成物を凝集汚泥に共存させて汚泥の改質をは
かる方法（特開昭５６−８７５００）があり、それぞれ
高分子凝集剤単独、使用の場合よりフロックの性状が強
化されて有効であることが多く、しばしば汚泥処理に適
用されている。

しかしイオン性の相反する２種類の水溶性高分子電解質
を同一の溶解槽で溶解すると高分子を担体にして両極性
基間で化学量論的に中和反応が進行し、不溶性の物質を
生ずるため定量ポンプを閉塞するなどして汚泥に送液す
ることが困難となり、１だそれぞれ高分子電解質のイオ
ン活性が失われて凝集効果が発揮されなくなる。

このだめそれぞれの高分子電解質を別々に溶解する必要
があること、一般に高分子溶液は粘性が高いので汚泥へ
の分散および汚泥粒子表面への拡散が遅いことから、そ
れぞれの高分子電解質と汚泥との反応を十分にとる必要
上、この方法は凝集反応装置が大型化すること、高分子
電解質単独の場合より添加率が増大するなどの作業上お
よび経済上の欠点があった。

さらに凝集性状を改善する方法としてイオン性の異る高
分子電解質同士の複合体にＪ２って凝集効果の改善をは
かることが提案されている。

例えば、ポリアクリルアミドのアニオン変性物に特定の
カチオン性高分子電解質（ポリ−２−メチル−Ｎ−ビニ
ルイミダゾール）の一部を水溶液中で反応させて複合体
とし°、これを懸濁物に添加して凝集性能を改善する方
法（特公昭４７−１９５２２）、あるいはアニオン性高
分子電解質に第二級、第三級アミノ基よりなるカチオン
性高分子電解質を水溶液中で反応させて変性したうえ、
これを悉濁物に添加して＆集性能を改良する方法（特公
昭４９−３３７４２）がある。

両者はいずれもアニオン性高分子電解質の一部にカチオ
ン性高分子電解質を導入して変性した複合体の水溶液を
使用するものであるから複合体に占めるカチオン性高分
子の比率に限界があり、これが一定量以上に増大すると
高分子間の化学量論的な反応によって水に溶けにくくな
りついには不溶性物質を析出するに至るものである。

したがって複合体水溶液の調整がＩｔシ（、しかもアニ
オン性高分子に結合するカチオン性高分子の比率が少量
に限定されるだめ、カチオン性高分子電解質が適する有
機性汚泥に対しては凝集効果が上り忙くい欠点がある。

本発明は上記のような従来の凝集処理方法の欠点を解消
するだめのもので、アニオン性高分子電解質およびカチ
オン性高分子電解質に対して、該アニオン性高分子電解
質の極性基が水中で解離しない程度のＰＨ（ＰＨ３，０
以下）になるよう如無機酸ないし有機酸を添加して酸性
の高分子電解質溶液を作成し汚泥に提供するものであり
、アニオンとカチオンのイオン性の異る高分子電解質同
士を配合してなるにもかかわらず単一溶解槽で容易に水
に溶解できること、およびその水溶液の少量を大量のス
ラーリー状汚泥に添加することによって大きく、シかも
締って強度の高いフロックを形成してヂ過脱水性を改善
することができるとともに、脱水ケーキの性状が高分子
電解質特有の粘性がなくきわめてずぐれたケーキ剥離性
を有すること、およびケーキが団塊にならず容易に破砕
できるなど、従来にないすぐれた効果を有する凝集処理
方法を提供することを目的としている。

本発明の凝集処理方法におけるアニオン性高分子電解質
としてはポリアクリルアミド加水分解物、アクリルアミ
ドアクリル酸塩共重合物あるいはこれらにスルホン酸塩
を導入した変性物、ポリアクリル酸塩などから選択され
、その分子量は少くとも２００万以上を必要とし、でき
る限り高分子量であることが好ましい。アニオン変性率
は特に制限はないが、通常５〜３０モル係の変性物が適
用される。カチオン性の高分子電解質としてはポリメタ
クリル酸ジアルキルアミノアルキルエステル、ポリメタ
クリル酸トリアルキルアンモニオエチル塩およびこれら
とアクリルアミドの共重合物などのポリアクリル酸エス
テル系、ポリジアリル４級アンモニウム塩、あるいはポ
リビニルイミダシリンおよびこれとアクリルアミドの共
重合物、ポリアクリルアミドマンニッヒ変性物、ポリビ
ニルピリジニウム塩およびこれとアクリルアミドの共重
合物、キトツ゛ン等から選択される。その分子量は少く
とも１万以上を必要とし、できる限り高分子量であるこ
とが夕ｒましい。カチオン変性率は少くとも５モルチ以
上の変性物が好ましい。本発明において高分子電解質水
溶液を汚泥に添加した場合のアニオン性及びカチオン性
高分子電解質はそれぞれが汚泥と反応するほかに高分子
電解質同士の反応生成物が開力してこれらの協同によっ
て汚泥の改質が達成されるもので、アニオン性高分子電
解質とカチオン性高分子電解質の混合割合は有効成分比
で１：１０〜５：１（重量比）の範囲が好ましく、この
範囲を越えると高分子電解質同士の反応生成物による汚
泥の改質効果が減少する。この混合比率については対象
とする汚泥の性状によって上記比率の範囲内で自由に選
定できるが、一般に有機性汚泥に対してはカチオン性高
分子電解質の割合が多い方が効果的で、カチオ／性高分
子電解質／アニオン性高分子電解質−１０／１〜１／１
の範囲で適用され、無機性汚泥の割合が多い場合にはそ
の比率に応じてカチオン作品分子電解質／アニオン性高
分子電解質＝２／１〜１１５の範囲で適用すると効果的
である〇 本発明において高分子電解質水溶液作成に使用する酸は
塩酸、硫酸、アミドスルホン酸等の無機酸、蓚酸、酒石
酸、リンゴ酸、クエン酸などのカルボン酸類等から選択
さ八る。−また実用上、高分子電解質は０．３〜２．０
％濃度の水溶液として使用されるので酸としてはアミド
スルホン酸のごとく少量で水溶液のＰＨ低下効果が大き
く、強酸型でしかも機材の腐食性が少ないものが好４Ｌ
＜、ｔた迅速に溶解できるように粉末または顆粒状であ
ることが望ましい。なお必要によってはこれに少量の防
錆剤を配合しても良い。

高分子電解質溶液中に占める酸の割合はあ１り多すぎて
もまた少なすぎても好１しくなく、水溶液がアニオン性
高分子電解り１のＭＰｆｌＬ　ＰＨ以下になるように、
しかも後記するようにこれを汚泥に添加混合した際に非
イオン性高分子変性物が容易にアニオン性高分子どして
再び解離できるようなＰＨ環境すなわちＰＨ２，０〜３
．０となるように酸を添加する゛ことが好ましい。

このように高分子電解質水溶液作成においては対象とす
る汚泥の性状および処理目的に応じて広範囲に高分子電
解質および酸を選択することが可能であり、これを構成
する単位成分も必要に応じて１種類に限定することなく
複数のものを適用することができる。

高分子電解質および酸の形状は粉末（または顆粒状）で
も液状でもよく溶解手順としては酸と高分子電解質を水
中に同時に、または最初に酸、次いで高分子電解質とい
う順で別々に添加しても良い。両者を水中に分散し、攪
拌混合する場合に酸が高分子電解質よりもはるかに速や
かに溶解するため、高分子電解質のうちのアニオン性高
分子電解質が徐々に膨潤、拡散、溶解する際にその酸が
アニオン性高分子電解質の極性基の解離を抑制するので
アニオン性高分子電解質は酸性水溶液下で非イオン性の
水溶性高分子に変質される。すなわち、−例としてコロ
イド滴定法で測定したアクリルアミド・アクリル酸塩共
重合物（アニオン変性率２０モル襲）水溶液のＰＨと解
離の関係を第１図に示す。この場合、アクリルアミド・
アクリル酸塩共重合物の活性基は非解離性の官能基であ
るアミド基および解離性の極性基であるカルボキシル基
によって構成され、それぞれが水との親和性全イＪする
ことによって溶解されるがＰＨが中性付近ではカルボキ
シル基の解離によって電荷がアニオン性の高分子電解質
として存在する。

この場合、酸によってＰＨを低下させるとカルボキシル
基の解離がしだいに抑制さｉ’Ｌ　ＰＨ３、０以下では
ほぼ非イオン性の水溶性高分子ｅＣ変質されることが判
る。したがって本発明ではアニオン性高分子を水中でこ
のように変質できるように、すなわち水溶液のＰＨが３
．０以下となるように酸を添加することによってアニオ
ンイクー高分子電解質を非イオン性水溶性変性物とし、
もう一方の高分子電解質で布るカチオン性水浴性高分子
を同じ溶解槽で相溶しっ＼容易にかつ完全に溶解するこ
とができるものである。

また第２図の曲線Ａはアニオン性高分子電解質水溶液の
ＰＨと粘度の関係を示すものでポリアクリルアミドアニ
オン変性物がＰＨの低下とともに同一分子量のポリアク
リルアミド（非イオン性）の粘度（曲線Ｂ）に近似する
傾向を例示したものである。

このようにアニオン性高分子電解質は酸性水溶液中で非
イオン性に変性されるとともに変性前のアニオン性高分
子電解質より粘度が大巾に低下し、しかも水に対する溶
解性は維持されるから、酸性溶液中での非イオン性水溶
性変性物とカチオン性高分子との相溶物は比較的高濃度
とすることができる。

一般に高分子電解質の溶解濃度は０．１〜０．５重量優
に調整されるが、本発明におけるアニオン性およびカチ
オン性高分子電解質の相溶物濃度は前述のように０．３
〜２．０チ程度の高濃度で実用的に使用することが可能
である。

アニオン性およびカチオン性高分子電解質相溶物の汚泥
に対する添加率は汚泥の種類や性状、汚泥の濃度にもよ
るが通常汚泥に対して０．００１〜０．０５重量−の範
囲で使用して所望の効果を上げることができる。

−このように調整した高分子電解質相溶物を汚泥に適用
することにより生成されるフロックの強度が改善され、
汚泥の脱水工程における濾過、脱水性および脱水ケーキ
の剥離性の向上が達成される理由については必ずしも定
見があるわけではないが、次のように考えられる。すな
わち酸による解離抑制効果によって非イオン性高分子に
変質゛されたアニオン性高分子電解質と酸によって解離
を抑制されないカチオン性高分子電解質の相溶物が大量
のスラリーに提供され混和されると相溶物の酸濃度が希
釈され或いは酸成分が汚泥に吸着されてＰＨが上列、シ
、汚泥との反応途次において非イオン性高分子変性物は
アニオン性高分子電解質としての機能を回復しつつ汚泥
粒子の架橋吸着に参与し、一方力チオン性高分子電解質
は汚泥粒子表面との静電気的相互作用および架橋吸着作
用によって凝集に参与しこれらが協同してフロックの形
成に寄与するためであると考えられる。このため汚泥が
強い酸性を呈するとき１ｄＰＨ′ｆ：適当に調整して高
分子電解質組成物を有効に適用させる必要がある。更に
特筆すべきことは、これと同時に解離機能を回復したア
ニオン性高分子がカチオン性高分子とも汚泥粒子の界面
で高分子間反応を生じて不溶性物質を析出し、これが凝
集粒子の表面を強固にコーティングするためフロックは
引き締って容易に圧密化され、これらの相乗効果が発揮
されてフロックの強度と圧縮性状を著しく改善するもの
と考えられるが詳細な機描については明らかではない。

またこのような高分子間反応によって不溶性物質が生じ
Ｚと高分子電解質の粘性は著しく減少するもので、これ
はイオン性の異る高分子電解質の水溶ｏ、ｆＩ：６Ｉ５
合することによって容易に確かめることができる。

また凝集粒子の表面をこの不溶性物質でコーティングす
ることによって、７０ツクは水との親和性が減って疎水
化し、脱水機で圧搾され／こ際、フロック内部の水も容
易に解放されることとなって脱水効果が上がるとともに
脱水ケーＡ・は粘稠性が失われてきわめて剥離性がよく
なり、しかも破砕され易い性状に改質されるものである
。

以上のべたごとく、アニオン性およびカチオン性高分子
電解質および酸から成る高分子電解質溶液であって、そ
の水溶液のＰＨが５．０以下を呈するようにして溶解す
ると、・アニオン性およびカチオン性高分子電解質同士
が溶解時に反応して不溶性になることなく、通常の単一
成分からなる高分子電解質と同様にその１−ま水に溶解
して所望の濃度に調整することができるから溶液の調整
が簡単かつ容易で、従来のアニオン性高分子電解質およ
びカチオン性高分子電解質を別々に添加する二液添加法
あるいは予め調製した両者の複合体を使用する方法のご
とく、溶液調整作業の煩雑さ、反応装置の大型化などの
不便不都合がなく、しかも凝集反応においては汚泥に対
する特異な改質効果によりｐ通説水性にすぐれたフロッ
クが生成され、脱水効、果、が上がること訃よび脱ｉケ
ーキは含水率が低く剥離性にすぐれ、破砕し易く取扱い
が容易であることなどの種々の利点を有している。

次に本発明、汚泥の凝集処理方法による汚泥改質の効果
を実証する実施例を示す。

実施例１ アニオン性高分子電解質として、アニオン変性率１５モ
ルチのアクリルアミド・アクリル酸共重合物、カチオン
性高分子電解質としてカチオン変性率１００モルチのポ
リメチルジエチルアミノエチルメタクリレートホモポリ
マーごとき割合で溶解を行った。

溶解方法としてはアミドスルホン酸、粉末状アニオン性
高分子電解質および粉末状カチオン性高分子電解質を順
次ディス・ぐ−ザーを用い薬品溶解槽に散布し、３　６
　０　ｒｐｍのアシテ−ターにより約１時間攪拌溶解を
行った。溶解濃度はアニオン・カチオン相溶物０．４％
、その際の溶液ＰＨは２．２ヲ示Ｌ／ｆｃ　。

１時間攪拌后溶解はほぼ完全に行われ、反応析出物等は
認められなかった。上記同時溶解物を試料１とし、し尿
処理場余剰汚泥（汚泥濃度２．−５％、粗繊維分６チ、
灰分２５％）についてベルトプレス型脱水機による脱水
処理結果を表２に示す。但し比較例の試料２ｉｉ力チオ
ン性高分子電解質単独を、また試料３はアニオン性高分
子電解質七カチオン性高分子電解質をそれぞれ別々に汚
泥に添加する場合を示す。

表　−１ 実施例２ アニオン性高分子電解質としてアニオン変性率１５モル
チのアクリルアミド・アクリル酸共重合物、カチオン性
高分子電解質としてカチオン変性率８５モルチのメタク
リル酸ジエチルアミノエチルアクリルアミド共重合物、
酸として市販の塩酸（ＨＣＩ分３５チ　）を使用し、表
３のごとき割合で溶解を行った。

溶解方法としては塩酸を薬品溶解槽に添加し、次いでデ
ィスパーザ−を用い粉末状アニオン性高分子電解質およ
びカチオン性高分子電解質を上記薬品溶解槽に散布し１
．３６０ｒｐｍアジテータ−によシ約１時間攪拌溶解を
行った。

溶解濃度は、アニオン・カチオン相溶物０．４多その際
の溶液ＰＨは２．１を７ドした。１時間攪拌后溶解は１
１ぼ完全に行われ、反応析出物等は認められなかった。

上記同時溶解物を試料４および５とし、食品工場　余剰
汚泥（汚泥濃度３襲　灰分２０％）に添加して、ベルト
プレス脱水機にて脱水処理した結果を表３に示す。但し
比較例の試料６はカチオン性高分子電解質単独を、また
試料７はカチオン性高分子電解質および硫酸ノくン土を
別々に汚泥に添加する場合を示す。

表　−６ 表　−４

【図面の簡単な説明】

第１図はアニオン変性率２８モルチのアクルアミド・ア
クリル酸共重合物水溶液のＰＨと解離の関係を示すグラ
フ、第２図はポリアクリルアミドアニオン変性物および
ポリアクリルアミドのＰＨと粘度の関係を示すグラフで
ある。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　汚泥に高分子電解質を添加し固形分を凝集させ
   て脱水処理、するにあたり、アニオン性高分子電解質、
   カチオン性高分子電解質、および酸よりなる水溶液であ
   って、ＰＨが３．０以下を呈する水溶液を汚泥に添加し
   汚泥中の固形分を凝集させて脱水処理することを’ｌ＆
   徴とする汚泥の処理方法。
2. （２）　前記水溶液中のアニオン性高分子電解質とカチ
   オン性高分子電解質の有効成分の２Ｉｆ量割合が１：１
   ０〜５：１の範囲である特許請求範囲第１項記載の汚泥
   の処理方法。