JP4149795B2 - 汚泥脱水剤 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は新規な組成の汚泥脱水剤およびそれを用いた汚泥の処理方法に関するものであり、さらに詳しくは、下水、し尿処理場等で発生する、特に難脱水性の有機性汚泥に対して優れた脱水性能を発揮する汚泥脱水剤に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
都市下水やし尿処理場から発生する汚泥は、有機分の高含有化が進み、また汚泥の集中処理による輸送時間の増大などが重なって、ますます難脱水となってきている。一方、脱水ケーキの最終処分としての乾燥、焼却に要するエネルギーを極力少なくすることが望ましく、脱水ケーキの低含水率化が重要な課題となっている。この課題に対応するため、従来のカチオン性高分子凝集剤単独の使用に代わって種々の工夫が提案されてきた。例えば、無機凝集剤とカチオン性高分子凝集剤の併用、カチオン性高分子凝集剤とアニオン性高分子凝集剤の併用、無機凝集剤と両性高分子凝集剤の併用などがそれに当たる。しかし、これらはいずれも十分な方法とは言えず、それぞれに一長一短がある。
【０００３】
また、ポリアミジン系のカチオン性高分子凝集剤はカチオン価が高いことから、優れた凝集性を発揮することで知られており、種々の凝集剤と組み合わせて使用され、余剰汚泥等の難脱水性汚泥にも高い性能を示している。特開平７−２２３０００号には、アミジン単位を含むカチオン性水溶性ポリマーと特定の両性水溶性ポリマーと酸性物質との組み合わせが、都市下水やし尿処理から発生する難脱水性汚泥を効率よく脱水できる汚泥脱水剤として提案されている。
【０００４】
しかしながら、アミジン単位を含むカチオン性水溶性ポリマーは、消化汚泥のようなｐＨの高い汚泥に対して脱水性能が低下するなど、当該特許の汚泥脱水剤は有効ｐＨ範囲が狭いなどの欠点を有する。対策として、汚泥ｐＨをあらかじめ調節することが考えられるが、余分な操作が増えることになる。あるいは、脱水剤成分中の酸性物質含有量を増加することが考えられるが、相対的に汚泥脱水剤中のポリマー成分量が少なくなるため限度がある。また、低ｐＨ領域では両性高分子のアニオン性基が解離せず、十分な機能を発揮できなくなるという問題も生じる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような従来の汚泥脱水剤が有する欠点を克服し、消化汚泥などを含む広い範囲の性状の汚泥に対して効率よく脱水することができる汚泥脱水剤を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは前記目的を達成するために鋭意研究を重ねた結果、アミジン単位を含むカチオン性ポリマーと両性ポリマーと酸性物質の組成物に、さらにジアリルモノアルキルアンモニウムクロライドまたはジアリルジアルキルアンモニウムクロライドを環化重合して得られるカチオン性水溶性ポリマーを加えることによって、消化汚泥を始め種々の性状の汚泥を効率よく脱水する適用範囲の極めて広い汚泥脱水剤となることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００７】
すなわち、本発明は（Ａ）アミジン単位を含むカチオン性水溶性ポリマー、（Ｂ）ジアリルモノアルキルアンモニウムクロライドまたはジアリルジアルキルアンモニウムクロライドを環化重合して得られるカチオン性水溶性ポリマー、（Ｃ）カチオン性ビニル系モノマーとアニオン性ビニル系モノマーとノニオン性ビニル系モノマーとを共重合して得られる両性水溶性ポリマーと（Ｄ）酸性物質とを含むことを特徴とする汚泥脱水剤に関するものである。
【０００８】
Ａ成分のアミジン単位を含むカチオン性水溶性ポリマーは下記一般式（１）で表され、アミジン単位を主体とし、さらに（メタ）アクリロニトリル、ビニルカルボン酸アミド類、ビニルアミン類等共重合可能な他のモノマーを共重合させて得られる。本ポリマー中にアミジン単位は２０〜９０モル％を含有されていることが好ましい。Ｂ成分のポリマーは下記一般式（２）で表され、例えばジアリルモノメチルアンモニウムクロライド、ジアリルジメチルアンモニウムクロライド、ジアリルモノエチルアンモニウムクロライド、ジアリルジエチルアンモニウムクロライドなどのモノマーを環化重合して得ることができる。Ｃ成分の両性水溶性ポリマーは下記一般式（３）で表され、カチオン性ビニル系モノマーとアニオン性ビニル系モノマーとノニオン性ビニル系モノマーとを共重合させることによって得られる。カチオン性ビニル系モノマーとしては、ジアルキルアミノアルキルアクリレート、ジアルキルアミノアルキルメタクリレート、ジアルキルアミノアルキルアクリルアミドなどの３級化物あるいは４級化物が挙げられ、例えばジメチルアミノエチルメタクリレート、ジメチルアミノエチルアクリレート、ジメチルアミノプロピルアクリルアミドの３級化物あるいは４級化物の１種または２種以上の組み合わせが具体例として挙げられるが、これらに限定されない。アニオン性ビニル系モノマーとしては、アクリル酸、メタクリル酸、ビニルスルホン酸、３−メタクリロイルオキシプロパンスルホン酸およびこれらのアルカリ金属塩、アンモニウム塩などが挙げられるが、これらに限定されない。これらのアニオン性ビニル系モノマーは１種あるいは２種以上組み合わせて用いることができる。ノニオン性ビニル系モノマーとしては、例えばアクリルアミド、メタクリルアミドなどのビニル基含有アミド類、さらにはビニル基含有ニトリル類、（メタ）アクリル酸のアルキルエステル類などが挙げられるが、これらに限定されない。これらのノニオン性ビニル系モノマーは１種あるいは２種以上を組み合わせて用いることができる。Ｄ成分の酸性物質としては、例えばスルファミン酸、硫酸水素ナトリウム、クエン酸、コハク酸、アジピン酸などを用いることができるがこれに限定されない。
【０００９】
【化１】

【化２】

【化３】

【００１０】
本発明の汚泥脱水剤中のＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ各成分の構成比率には、特に制限はないが、好ましくはＡの構成比率に対するＢの比率はＡ：Ｂ＝１：１〜１：０．１の範囲で選択される。本発明の汚泥脱水剤は、基本的に各成分を混合した形で、これを溶解し、汚泥に添加して用いるが、各成分を別々に同時に汚泥に添加して用いることも可能である。
【００１１】
本発明の汚泥脱水剤は、上述したとおり、汚泥種類の適用範囲が広いことが特徴である。アミジン単位を含むカチオン性ポリマーは、カチオン基が１級アミン構造を有するため、汚泥ｐＨがアルカリ側に傾くほどイオン解離ができにくくなり、そのカチオン性を失う。従って、消化汚泥のようなｐＨの高い汚泥に対しては十分な脱水効果を示さないなどの欠点を有する。これに対し、本発明の汚泥脱水剤は、ジアリルモノ（ジ）アルキルアンモニウムクロライドの環化ポリマーをさらに添加することによって、ｐＨの高い汚泥についても凝集状態が良好で、含水率の低い脱水ケーキが得られることを見出し、ポリアミジンを含む汚泥脱水剤の従来の問題点を解決したものである。すなわち、本発明の汚泥脱水剤は、対象とする汚泥の種類については特に制限はなく、下水、し尿及び一般産業廃水処理などで生じる広い範囲の有機性汚泥に対して十分な脱水効果を示し、汚泥の適用範囲が広いことが特徴である。
【００１２】
【実施例】
次に、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの例によって限定されるものではない。なお、各実施例、比較例に使用したポリマーおよび汚泥脱水剤を表−１、表−２に示した。
表中の略号は以下の化合物を表す。
ＤＡＤＭＡＣ：ジアリルジメチルアンモニウムクロライド
ＤＭＳ：ジメチルアミノエチルメタクリレート／硫酸塩（３級塩）
ＤＭＣ：ジメチルアミノエチルメタクリレート／メチルクロライド（４級塩）
ＤＡＣ：ジメチルアミノエチルアクリレート／メチルクロライド（４級塩）
ＡＡＭ：アクリルアミド
ＡＡ ：アクリル酸
ＳＦＡ：スルファミン酸
【００１３】
【表−１】

【表−２】

【００１４】
実施例１〜３
下水余剰汚泥（ｐＨ：５．５４、ＴＳ：０．７４％、ＳＳ：０．６９％、ＶＴＳ：５６．１％）２００ｍｌを３００ｍｌのビーカーに採取し、水に溶解させた本発明組成Ｐ−１を量を変えて添加し、ジャーテスターにて回転数３００ｒｐｍで６０秒間凝集フロックを形成させた。その後、ヌッチェ（ろ過面積４０ｃｍ^２／使用ろ布１６メッシュ）で６０秒間ろ過試験を行い、さらにプレス機によって圧力４０ｋｐａで６０秒間加圧し、ケーキ水分を測定した。得られた結果を総合評価点数とともに表−３に示した。
実施例４〜６
実施例２において、汚泥脱水剤としてＰ−１の代わりにＰ−２、Ｐ−３、Ｐ−５を用いた以外は同様の試験を行った。結果を表−３に示した。
比較例１〜２
実施例４において、汚泥脱水剤Ｐ−２の代わりに比較組成Ｒ−１、Ｒ−２をそれぞれ用いた以外は同様の試験を行った。結果を表−３に示した。
実施例１〜６、比較例１〜２の結果から、供試汚泥に対して、本発明品Ｐ−１は凝集剤添加率１．３％で、ケーキ水分７９．４％、総合評価点５点であった。
その他の実施例についても良好な結果が得られた。比較例はいずれも総合評価点３点以下で、ケーキ水分で劣った。
以下、表−３〜８において、凝集剤添加率：対ＴＳ重量％、総合評価点数：５→最良，４→良，３→普，２→やや悪，１→悪（２点以下は脱水に不適）を表す。
【表−３】

【表−４】

【００１５】
実施例１２〜１３
下水農業集落廃水汚泥（ｐＨ：６．０１、ＴＳ：１．９７％、ＳＳ：１．９１％、ＶＴＳ：８０．９％）を用い、水に溶解させた本発明組成Ｐ−２を量を変えて添加した以外は実施例７と同様の試験を行った。得られた結果を総合評価点数とともに表−５に示した。
実施例１４〜１５
実施例１３において、汚泥脱水剤Ｐ−２の代わりにＰ−４、Ｐ−６を用いた以外は同様の試験を行った。結果を表−５に示した。
比較例５〜６
実施例１２において、汚泥脱水剤Ｐ−２の代わりにＲ−２を用い、添加率を変えた以外は同様の試験を行った。結果を表−５に示した。
実施例１２〜１５、比較例５〜６の結果、本発明組成のＰ−２はろ過性、ケーキ水分ともに良好であり、総合評価点は５点であった。Ｐ−４、Ｐ−６はそれに次いで良好であった。Ｒ−２はフロック形成状態が劣った。
【表−５】

【００１６】
実施例１６〜１７
下水消化汚泥（ｐＨ：７．６３、ＴＳ：２．０７％、ＳＳ：１．９８％、ＶＴＳ：６３．４％）１００ｍｌを２００ｍｌのビーカーに採取し、水に溶解させた本発明組成Ｐ−２を量を変えて添加し、ジャーテスターにて回転数１，０００ｒｐｍで６０秒間、凝集フロックを形成させ、小型遠心濾過機で回転数４，０００ｒｐｍにて６０秒間、遠心脱水試験を行った。得られた結果を総合評価点数とともに表−６に示した。
実施例１８〜１９
実施例１７において、汚泥脱水剤Ｐ−２の代わりにＰ−４、Ｐ−６を用いた以外は全く同様の試験を行った。結果を表−６に示した。
比較例７〜８
実施例１７において、汚泥脱水剤Ｐ−２の代わりにＲ−１、Ｒ−２を用いた以外は同様の試験を行った。結果を表−６に示した。
実施例１６〜１９、比較例７〜８の結果、ｐＨの高い本汚泥に対して、本発明組成Ｐ−２、Ｐ−６は凝集性およびＳＳ回収率に優れ、ケーキ水分も良好な結果が得られ、総合評価点は５点であった。比較例はすべての結果で劣り、総合評価点１点であった。
【表−６】

【００１７】
実施例２０〜２１
下水農業集落廃水汚泥（ｐＨ：６．４９、ＴＳ：２．１８％、ＳＳ：２．０９％、ＶＴＳ：７８．４％）を用いて、水に溶解させた本発明組成Ｐ−２を量を変えて添加し、実施例１７と同様の試験を行った。得られらた結果を総合評価点数とともに表−７に示した。
実施例２２〜２３
実施例２１において、汚泥脱水剤Ｐ−２の代わりにＰ−４、Ｐ−６を用いた以外は同様の試験を行った。結果を表−５に示した。
比較例９〜１０
実施例２１において、汚泥脱水剤Ｐ−２の代わりにＲ−１、Ｒ−２を用いた以外は同様にして試験を行った。結果を表−７に示した。
実施例２０〜２３、比較例９〜１０の結果、本汚泥に対して、本発明組成Ｐ−２はＳＳ回収率及びケーキ水分共に良好で総合評価点は５点であった。比較例はすべて総合評価点２点であった。
【００１８】
実施例２４〜２５
下水消化汚泥（ｐＨ：８．０２、ＴＳ：２．２１％、ＳＳ：２．０７％、ＶＴＳ：６７．３％）を用いて、水に溶解させた本発明組成Ｐ−２を量を変えて添加し、実施例２１と同様の試験を行った。得られらた結果を総合評価点数とともに表−８に示した。
【表−７】

実施例２６〜２７
実施例２５において、汚泥脱水剤Ｐ−１の代わりにＰ−３、Ｐ−５を用いた以外は同様の試験を行った。結果を表−８に示した。
比較例１１〜１２
実施例２５において、汚泥脱水剤Ｐ−１の代わりにＲ−１、Ｒ−２を用いた以外は同様にして試験を行った。結果を表−８に示した。
実施例２４〜２６、比較例１１〜１２の結果、ｐＨの高い本汚泥に対して、本発明組成Ｐ−５の総合評価点は５点であり、ＳＳ回収率、ケーキ水分共に良好であったが、比較例はフロック性及び回収性が劣り、総合評価点１点であった。
【表−８】

【００１９】
【発明の効果】
本発明の汚泥脱水剤および汚泥処理方法は、実施例で詳細に明示したとおり、下水、し尿汚泥等の幅広い性状の汚泥に対し、従来の汚泥脱水剤および汚泥処理方法と比較して、凝集性が良好で、ケーキ含水率の明らかな低減効果が認められた。本発明により、処理対象汚泥のｐＨに左右されず、広い範囲の性状の汚泥に対して、安定した凝集性能および脱水性能を持続することが可能となり、従来技術の問題点を解決することができた。

Claims (1)

1. （Ａ）アミジン単位を含むカチオン性水溶性ポリマー、（Ｂ）ジアリルモノアルキルアンモニウムクロライドまたはジアリルジアルキルアンモニウムクロライドを環化重合して得られるカチオン性水溶性ポリマー、（Ｃ）カチオン性ビニル系モノマーとアニオン性ビニル系モノマーとノニオン性ビニル系モノマーとを共重合して得られる両性水溶性ポリマーと（Ｄ）酸性物質とを含むことを特徴とする汚泥脱水剤。