JPS6258793B2

JPS6258793B2 -

Info

Publication number: JPS6258793B2
Application number: JP54082042A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Asada; Kohei Kobayashi; Toshiaki Iwama
Original assignee: Tsukishima Kikai Co Ltd
Current assignee: Tsukishima Kikai Co Ltd
Priority date: 1979-06-30
Filing date: 1979-06-30
Publication date: 1987-12-08
Also published as: JPS567683A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、下水汚泥、河川、湖沼、港湾、海域
等の底質、工場排水汚泥等の懸濁液の処理方法に
関する。特に、有機質を多く含む汚泥や微粒子分
の多い汚泥等の懸濁液の固形分を凝集分離するの
に適した処理方法に関するものである。懸濁液の処理方法として、凝集剤を添加し懸濁
質を凝集フロツクに形成させ固液分離し、あるい
は脱水機により脱水して脱水汚泥として体積を縮
少し、これをそのままあるいはセメント固化して
処分するか、あるいは焼却して灰として処分する
方法が一般に用いられている。懸濁液が有機質を
多く含み、且つ土粒子が粘土質やシルト質を多く
含む場合は、凝集も脱水性も悪く、脱水汚泥の固
化性も悪く、その処理方法に苦労しているのが現
状である。有機質を多く含む汚泥、たとえば下水処理工程
で発生する生汚泥、消化汚泥、あるいはそれらの
混合汚泥等の下水汚泥では、機械脱水し、その脱
水ケーキを投棄するか焼却処分している。この機
械脱水で汚泥の脱水過を容易にするために、最
も一般的な方法として、塩化第二鉄と消石灰が脱
水助剤に使用されている。しかしながら、これら
の使用量が多いために、脱水ケーキ量も多くな
り、焼却灰が多量に発生する。また水酸化第二
鉄、炭酸カルシウムの沈積により、脱水機の布
が目づまりして過機能を低下するなどの欠点が
ある。このような問題を解決するために、有機高
分子凝集剤を用いて汚泥を凝集しフロツクを形成
させ、これを脱水させる方法も使用されている。
この方法は、脱水ケーキ量が少なく、焼却灰の量
も少ないという利点がある。しかし、使用量も多
く、凝集フロツクの保水率が高く、水の分離が悪
く脱水ケーキの含水率も余り低下せず、液の濁
度も大きい。処理費が高価となる等の欠点があつ
た。高分子凝集剤に塩化第二鉄、消石灰等を併用す
る方法も行なわれているが、満足すべき結果が得
られていない。本発明者らは、叙上の欠点を改善するため研究
を続けてきたが、汚泥などの懸濁液の固形分のう
ちに、凝集させても保水性が高く水の分離が悪い
親水性有機質粒子、コロイド土粒子等が、水中で
電気的に負に帯電していることに着目し、これら
をカチオン系界面活性剤で前処理すれば、電気的
に結合してこれらの粒子の表面性状をかえること
ができないか、部分的にでも疎水化し保水性を減
少させ水分離性を良くすることができないかと、
多くの実験を行つた。そして、懸濁液にカチオン
系界面活性剤をカチオン系高分子凝集剤より前
か、同時に添加することにより、カチオン系界面
活性剤の効果が現われ、カチオン系高分子凝集剤
による固形分の凝集分離効果が著しく向上し、凝
集フロツクの形成、水分離性等が、非常に改善さ
れることを見出した。これらの知見をもとに、実
験を重ねて本発明を完成したものである。すなわち、本発明は、汚泥等の懸濁液に、カチ
オン系界面活性剤とカチオン系高分子凝集剤とを
油脂類を含まない水溶液の形にすると共に、カチ
オン系界面活性剤を添加したのちカチオン系高分
子凝集剤を添加するかカチオン系界面活性剤とカ
チオン系高分子凝集剤を同時に添加する添加順序
によつて添加混合して、該懸濁液の固形分を凝集
分離させることを特徴とする懸濁液の処理方法を
要旨とするものである。本発明でいう懸濁液とは、下水処理工程で発生
する生汚泥、消化汚泥、あるいはそれらの混合汚
泥等の下水汚泥、河川、湖沼、港湾、海域等の水
底に堆積する底質いわゆるヘドロ、工場等の排水
汚泥、工事排水汚泥、廃棄汚泥、スラツジ等であ
る。本発明で使用されるカチオン系界面活性剤は、
長鎖アルキル基を有する脂肪族あるいは脂環族の
モノアミン、ジアミン、トリアミン、アミドアミ
ン、ポリアミノエチルイミダゾリン、長鎖ヒドロ
キシアルキルジアミン、ロジンアミン、これらア
ミン類の酸化エチレン付加物、アミンオキサイド
等、これらのアミン系界面活性剤に塩酸、第二燐
酸、硝酸、硫酸、スルフアミン酸、蟻酸、酢酸な
どの酸を作用させた水溶性ないし水分散性の塩、
これらのアミン界面活性剤の第４級アンモニウム
塩等である。またアルキルピリジン、アルキルキ
ノリン、アルキルイソキノリン等も用いることが
できる。代表的な２、３の例をあげると、アミン系界面
活性剤では、牛脂アミン、半硬化あるいは硬化牛
脂アミン、大豆アミン、ココナツツアミン、ラウ
リルアミン、ステアリルアミン、オレイルアミ
ン、ロヂンアミン、それらのモノアミン類の酸化
エチレン付加物、牛脂ジアミン、半硬化あるいは
硬化牛脂ジアミン、大豆ジアミン、ココナツツジ
アミン、ステアリルプロピレンジアミン、オレイ
ルプロピレンジアミン、牛脂トリアミン、半硬化
あるいは硬化牛脂トリアミン、ヒドロキシステア
リルプロピレンジアミン、フエニルステアリルプ
ロピレンジアミン、それらのジアミン、トリアミ
ン等の酸化エチレン付加物、ポリアミノエチルス
テアリルイミダゾリン、ポリアミノエチルオレイ
ルイミダゾリン、オレイルアミドエタンアミン、
それらのイミダゾリンやアミドアミンの酸化エチ
レン付加物等である。これらのアミン系界面活性剤は、酸化エチレン
付加物の付加モル数が多い場合を除き、酸（前述
の塩酸、スルフアミン酸、酢酸など）を作用させ
て水溶性ないし水分散性の形にして使用される。
カチオン系界面活性剤の効果をたかめるために、
カチオン系界面活性剤と共にＫ、Na、Li、Sr、
NH₄、Ca、Mg、Zn、Fe、Ba、Al等の塩酸、硝
酸、硫酸、スルフアミン酸、酢酸などの水溶性塩
類を併用することがきる。本発明で使用されるカチオン系高分子凝集剤
は、従来公知のものを使用することができる。例
えばポリジアルキルアミノアルキルアクリレート
（メタクリレート）の第４級塩、ポリアミノメチ
ルアクリルアミド、ポリビニルピリジウム塩、ポ
リジアリルアンモニウム塩、ポリビニルイミダゾ
リン、ポリアミン、ポリエチレンイミン、ポリア
クリルアミドのカチオン性変性物、カチオン性共
重合物、キトサン等が用いられる。分子量は大き
いものが好ましい。また、イオン性については、高カチオン性で
も、中カチオン性のものでも、低カチオン性のも
のでも良好な結果が得られる。下水汚泥のように有機質汚泥では、高カチオン
性のものを使用するのが一般的であるが、本発明
の方法では、中カチオン性のものも、低カチオン
性のものも、高カチオン性のものと同様に良好な
結果が得られるのが大きな特長である。本発明において懸濁液に対するカチオン系界面
活性剤およびカチオン系高分子凝集剤の使用量
は、大体次の範囲内で使用される。カチオン系界面活性剤（不揮発分100重量％に
換算して）は、懸濁液の固形分の重量に対し0.01
〜５重量％、好ましくは0.05〜３重量％の割合で
使用される。0.01重量％を下まわる量では凝集効
果が十分でなく、また逆に５重量％をこえるとき
は添加量をふやした割には効果の向上が見られず
高価となる。カチオン系高分子凝集剤（不揮発分100重量％
に換算して）は、懸濁液の固形分の重量に対し
0.01〜５重量％、好ましくは0.05〜３重量％の割
合で使用される。0.01重量％を下まわる量では凝
集効果が十分でなく、また逆に５重量％をこえる
ときは添加量をふやした割には効果の向上が見ら
れず高価となる。本発明では、カチオン系界面活性剤とカチオン
系高分子凝集剤とのいづれも、油脂類を含まない
水溶液の形で用いられる。ここでいう油脂類と
は、鉱油、流動パラフイン、油脂等である。本発明における懸濁液へのカチオン系界面活性
剤とカチオン系高分子凝集剤との添加順序は、カ
チオン系界面活性剤を添加したのちカチオン系高
分子凝集剤を添加するか、カチオン系界面活性剤
とカチオン系高分子凝集剤とを同時に添加する方
法で行う。具体的には、次のようにするとよい。すなわ
ち、(1)懸濁液に、所要量のカチオン系界面活性剤
水溶液を添加混合し、次いで所要量のカチオン系
高分子凝集剤水溶液を添加混合する。あるいは、
(2)懸濁液に、カチオン系界面活性剤とカチオン系
高分子凝集剤との所要量を水に溶解した混合水溶
液の所要量を添加混合する。このようにして、懸濁液にカチオン系界面活性
剤とカチオン系高分子凝集剤とを添加混合し調質
した懸濁液の固形分は、直ちに凝集し大きなフロ
ツクを形成して固液分離する。形成されたフロツ
クは、丈夫で水分離性が良い。また分離水もきれ
いで濁度が低い等の従来高分子凝集剤のみでは得
られないすぐれた凝集分離効果が得られる。なお、添加順序を懸濁液にはじめにカチオン系
高分子凝集剤を添加してからカチオン系界面活性
剤を添加する方法も考えられるが、本発明のよう
な良好な結果は得られない。また本発明で、カチオン系界面活性剤とカチオ
ン系高分子凝集剤とを油脂類を含まない水溶液の
形で使用するのは、懸濁液にカチオン系界面活性
剤とカチオン系高分子凝集剤を添加混合して調質
した懸濁液の浮上汚泥を抑制し、また固液分離し
た分離水に油脂類の混入するのを防止するためで
ある。本発明の方法で、懸濁液にカチオン系界面活性
剤とカチオン系高分子凝集剤を添加混合すると、
懸濁液の固形分は直ちに凝集し、大きなフロツク
を形成して固液分離するが、さらに脱水機にかけ
て容易に固液を分離することができる。例えば、
脱水機で過すれば急速に過することができ、
従来の高分子凝集剤単独（カチオン系高分子凝集
剤を含む）に比べて脱水ケーキの含水率が低く、
液はきれいで濁度が小さい。過布の目づまり
も少なく、また脱水ケーキも過布から比較的容
易に剥離できる。本発明のカチオン系界面活性剤とカチオン系高
分子凝集剤とを併用する方法は、従来の高分子凝
集剤単独を使用する方法に比べ汚泥の種類によつ
て効果が低下することがなく良好な結果が得られ
る。本発明の方法によつて、このようにすぐれた結
果が得られる理由としては、次のような事が推量
される。懸濁液の中の固形分のうち、凝集しにくく、ま
た凝集しても水和性が強く凝集フロツクからの水
分離性の悪いものとしては、例えば親水性有機質
コロイド粒子、コロイド土粒子等がある。そし
て、これらは水中で電気的に負に帯電している。
カチオン系界面活性剤をカチオン系高分子凝集剤
より先にあるいは同時に懸濁液に添加混合する
と、先づ水中で正にイオン解離しているカチオン
系界面活性剤がそれらのコロイド粒子に電気的に
吸引結合し、コロイド粒子の表面における強い水
和を排除して、少くとも部分的に疎水化し凝集を
容易としたところに、カチオン系高分子凝集剤の
凝集作用が働らくため、懸濁液の固形分の凝集、
固液分離効果が著しく向上するものと思われる。本発明のカチオン系界面活性剤とカチオン系高
分子凝集剤とを併用する方法に、さらに添加剤と
して、ナフテン酸、ナフテン酸の金属石鹸、ポリ
エチレンオキサイド、ゼラチン、あるいはポリビ
ニルアルコールなどを併用するときには、懸濁液
の固形分の凝集効果を向上させることができる。
ナフテン酸は、商業上市販されているナフテン酸
で一般に酸価120以上のものである。これらは、
原油中に存在するもので石油精製の際に生産され
る。本発明で使用されるナフテン酸の金属石鹸は、
ナフテン酸の鉛、コバルト、マンガン、カルシウ
ム、亜鉛、銅、鉄、スズなどの金属石鹸である。
金属石鹸は、100％不揮発分のものも、ミネラル
スピリツトやキシロールなどの溶剤に溶解した溶
液のものも使用される。ポリエチレンオキサイドは、酸化エチレンの重
合物で、市販のポリエチレングリコールや高分子
のポリエチレンオキサイドを含み、その分子量は
180から数百万に達するもので、好ましくは分子
量約100万程度以下のものである。ゼラチンは、商業上市販されているゼラチンで
ある。また医薬用等に使用されているゼラチンカ
プセルも使用される。ポリビニルアルコールは、ポリ酢酸ビニルを鹸
化して得られるもので、鹸化度は85モル％以上の
もので平均重合度500〜2500程度のものである。ナフテン酸およびナフテン酸金属石鹸は、カチ
オン系界面活性剤水溶液中に添加分散させておい
て、他のものは水溶液の形で使用される。これら
の添加剤は、カチオン系界面活性剤やカチオン系
高分子凝集剤と混合しておいて使用することも、
それらと別々に使用することもできる。これら添
加剤は２種以上併用することもできる。これら添
加剤の使用量は、カチオン系界面活性剤の重量に
対し１〜200重量％好ましくは５〜150重量％の範
囲である。本発明の方法において、懸濁液の処理温度は、
常温が適用される。加温により凝集効果を早める
こともできる。また懸濁液の水素イオン濃度
（PH）は、アルカリ性から酸性までの広い範囲に
適用できるが、通常は弱アルカリ性から弱酸性の
範囲のものに適用される。アルカリ性や酸性が強
いものについては、酸やアルカリを用いてPHを調
節することが望ましい。本発明の方法で懸濁液を処理するときに無機系
の凝集剤、例えば消石灰、塩化第二鉄、塩化アル
ミ、硫酸アルミなどを併用することも可能であ
る。次に、本発明の懸濁液の処理方法における特徴
および効果を要約して説明する。 (1) 本発明の処理方法の特徴は、懸濁液の固形分
の凝集分離に、カチオン系界面活性剤とカチオ
ン系高分子凝集剤とを併用して用い、両者の懸
濁液への添加順序をカチオン系界面活性剤を先
に添加し次いでカチオン系高分子凝集剤を添加
するか、両者を同時に添加する方法をとつてい
るため、カチオン系界面活性剤の作用効果とカ
チオン系高分子凝集剤の作用効果が相乗して発
揮され、すぐれた凝集、固液分離効果を実現し
たことにある。汚泥等の懸濁液、とくに有機質汚泥等で、親
水性の有機質コロイド粒子、コロイド土粒子等
を多く含む場合は、凝集剤の効果が十分に発揮
できず、従来高分子凝集剤のみでは、凝集しに
くいか、凝集させても凝集したフロツクの形成
が良好でなく、保水性が高く水離れが悪い結果
が得られたが、本発明の処理方法では、親水性
有機質コロイド粒子、コロイド土粒子等（これ
らは水中で電気的に負に帯電し、また強く水和
している）に対し、カチオン系界面活性剤（水
中で正にイオン解離している）が選択的に電気
的に吸引結合し、それら粒子表面を少くとも部
分的に疎水化して水和を弱め、凝集を容易にす
るのでカチオン系高分子凝集剤の凝集効果を著
しく向上させることができる。更にまた、カチ
オン系界面活性剤とカチオン系高分子凝集剤と
に加えて、必要に応じてナフテン酸、ナフテン
酸金属石鹸、ポリエチレンオキサイド、ゼラチ
ンあるいはポリビニールアルコール等を添加す
ることにより、懸濁液の固形分の凝集脱水効果
を向上させることができる。 (2) 高分子凝集剤は、汚泥の種類によつて凝集効
果の良好なものと、良好でないものがあり、汚
泥選択性が大であるが、本発明の方法は、汚泥
選択性が少く、汚泥の種類によつて凝集効果が
低下することなく、一様に良好な結果が得られ
る。また本発明の方法によれば、高分子凝集剤
は、高カチオン性でなくても良く、中カチオン
性や低カチオン性のもので良好な結果を得るこ
とができる。 (3) フロツク強度が大きい。高分子凝集剤単独使
用に比べて、フロツク強度が増強できる。これ
により圧密性が高まり脱水性能が向上する。ま
た、高分子凝集剤単独使用では凝集困難な添加
量の低い場合でもフロツクを形成できる。また
フロツクを巨大にすることができる。 (4) 汚泥の固形分の疎水化能が大きく、フロツク
の保水量が小さくなり分離水量が大である。フロツクを形成する際の分離水が多くなるた
め、また離水速度が早いため脱水時の脱水性が
良く、処理能力が上昇する。また、分離水の濁
度が低い。 (5) 布に対し洗浄性、剥離性が向上する。 (6) 低温においてもフロツク形成能力は低下しな
いので低温での処理能力が従来のものに比べて
著しく上昇する。 (7) 懸濁液にカチオン系界面活性剤とカチオン系
高分子凝集剤とを油脂類を含まない水溶液の形
で添加混合して調質するので、調質懸濁液の上
澄工程中に生ずる浮上汚泥を抑制し、またその
前工程へ返送ないし循環させる該調質懸濁液ま
たは脱水工程時に生ずる分離水（液）が、沈
澱工程中の活性汚泥に保持されている菌体の生
育を阻害する原因物質を供給しない。本発明の処理方法は、上述のような、すぐれた
特徴と効果を有するので、下水汚泥、河川、湖
沼、港湾、海域等の底質ないし工場排出汚泥、産
業廃液スラツジ等の固液分離に適用することがで
きる。以下、２、３の実施例をあげて本発明の方法を
説明する。実施例１カチオン系高分子凝集剤ポリジアルキルアミノ
アルキルアクリレートの第４級アンモニウム塩ア
コフロツクC458（三井サイアナミツド有限会社
製）0.2重量％水溶液100重量部にカチオン系活性
剤牛脂モノアミンの酸化エチレン付加物のメチル
クロライド第４級塩（不揮発分50重量％）0.2重
量部を加えて撹拌混合し、凝集剤Ａを造る。下水混合生汚泥（固形分３重量％、固形分の灼
熱減量54重量％）に対し凝集剤Ａを種々の添加量
で添加し１分間混合してフロツクを形成させ、引
続いて過試験を行つた。これらの試験結果を表
−１に示す。比較のために実施例と同じ下水混合生汚泥につ
いてアコフロツクC458 0.2重量％水溶液単独で
実施例と同様に試験を行つた。それらの試験結果
を表−１に併記する。尚、表中のフロツク評価基準は次の通りであ
る。フロツク評価フロツク形態 ◎……良好なフロツク径10〜15mm 〇……やや大きなフロツク径５〜10mm △……３mm前後のフロツク細かく砕けやすい ×……微少フロツクまた、過試験方法は次の通りである。懸濁液（汚泥）100ｇに所定量の凝集剤を加
え、１分間撹拌しフロツクを形成させる。引続い
てこれを、ビーカー（約200ml）の上にポリプロ
ピレン製布をおいて、その布の上にあげ１分
間放置し、１分間に留出した水分を分離水量とし
た。

【表】実施例２実施例１で使用した凝集剤A100重量部にナフ
テン酸（酸価120）、ナフテン酸鉛キシロール溶液
（不揮発分50重量％）、ポリエチレングリコール
（重合度約400）、ポリエチレンオキサイド（分子
量約50万）、ゼラチンを夫々表−２に示す配合割
合で添加し十分に撹拌混合したものを下水消化汚
泥（固形分2.8重量％、固形分の灼熱減量60重量
％）と下水生汚泥（固形分2.5重量％、固形分の
灼熱減量70重量％）の２種類の下水汚泥に表−３
に示す割合で添加し、１分間混合してフロツクを
形成せしめ、実施例１と同様の試験を行つた。こ
れらの試験結果を表−３に示す。比較のためにアコフロツクC458 0.2重量％水
溶液についても同じ２種類の下水汚泥について実
施例同様の試験を行つた。それらの試験結果を表
−３に併記する。

【表】

【表】実施例３水100重量部に牛脂モノアミン酸化エチレン付
加物のメチルクロライドの第４級塩（不揮発分50
重量％）３重量部、硝酸アンモン１重量部を加え
て溶解しＢ液とする。また、水100重量部にカチ
オン系高分子凝集剤（アコフロツクC458）0.5重
量部を加えて溶解しＣ液とする。下水消化汚泥（固形分３重量％、固形分の灼熱
減量65重量％）に対し始めにＢ液を加えて１分混
合し、次にＣ液を加えて１分間混合してフロツク
を形成せしめ、実施例１と同様の試験を行つた。
汚泥に対し種々の添加量で行つた試験結果を表−
４に示す。

【表】実施例４水100重量部にアコフロツクC458 0.2重量部を
加えて溶解し、これに牛脂ジアミン0.6重量部、
牛脂トリアミン0.6重量部、酢酸0.4重量部を添加
溶解してＤ液を造る。下水消化汚泥（固形分3.5重量％、固形分の灼
熱減量50重量％）100重量部にＤ液８重量部を加
えたところ懸濁固形分を凝集して大きく、良好な
フロツクを形成し、水分離が良好であつた。実施例５水100重量部に牛脂ジアミン酸化エチレン付加
物のメチルクロライド４級塩（不揮発分50重量
％）３重量部、ポリエチレングリコール（重合度
400）0.5重量部、硝酸アンモン１重量部を加えて
撹拌混合溶解しＥ液を造る。実施例３に使用した
下水消化汚泥100重量部にＥ液１重量部を添加混
合し、引続いて実施例３で使用したＣ液を1.5重
量部添加混合したところ、直ちに懸濁固形分を凝
集して大きく、良好なフロツクを形成し、水分離
が良好であつた。

Claims

【特許請求の範囲】

１汚泥等の懸濁液に、カチオン系界面活性剤と
カチオン系高分子凝集剤とを油脂類を含まない水
溶液の形にすると共に、カチオン系界面活性剤を
添加したのちカチオン系高分子凝集剤を添加する
かカチオン系界面活性剤とカチオン系高分子凝集
剤を同時に添加する添加順序によつて添加混合
し、該懸濁液の固形分を凝集分離させることを特
徴とする懸濁液の処理方法。