JPH0231899A - 汚泥の脱水方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、下水、し尿処理場、有機性産業排水等よシ生
じる有機質汚泥を効率的に処理する汚泥の脱水方法に関
する。

〔従来の技術〕

従来より、下水、し尿処理場及び有機性産業排水等より
生じる有機質汚泥は、高分子凝集剤を添加してスクリュ
ーデカンタ−、ベルトプレス等で脱水する処理方法が採
用されている。脱水処理された汚泥（以下「脱水ケーキ
」という）は埋め立て等に用いられることもあるが、主
に焼却処分される。焼却において脱水ケーキ中の水分の
蒸発に燃料の大部分が使用され、一般に脱水ケーキ中の
水分が１ｅＩＩ低下すると燃料の１０−程度が節約可能
である。

しかるに、近年水処理の高度化、水処理対象排水の性状
の変化、多様化等によシ汚泥が脱水しＳい性状のものと
なって焼却処分における燃料費が増大しており、脱水ケ
ーキの低含水率化が要望されている。

有機質汚泥は イ、８Ｂ粒子径が小さく、強度が弱い、更に低比重であ
ること 口、親水性であゆ、多量の内部保留水、表面付着水を含
有していること ハ、腐敗性有機物を含有し、粘着性が強いことからその
ｔまでは殆ど脱水することができず、通常は有機系高分
子凝集剤を添加してスクリューデカンタ−、ベルトプレ
ス、スクリュープレス等の汚泥脱水機で脱水処理されて
いる。

しかし、汚泥の性状にも依るが、これらの方法では脱水
ケーキの含水率を充分建低下させることができない。オ
た、最近、下水処理施設だお−ても分流式の流入方式が
増加しているために汚泥中の有機質が増加する傾向にあ
り、特にベルトプレス型脱水機を用いた場合ベルトから
の脱水ケーキの剥離が不良となり、この為含水率を比較
的高い状態で脱水を止めなければならな込状況にある。

これらの問題点を解消するものとして無機凝集剤と有機
高分子凝集剤を併用する方法（特開昭５８−５１９９８
号公報及び特開昭５９−１６５９９号公報等）が提案さ
れている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

特開昭５８−５１９９８号公報にはポリ硫酸鉄（無機凝
集剤）と有機高分子凝集剤を併用し有機高分子凝集剤と
してノニオン性、アニオン性もしくはカチオン性のもの
を単独で使用する方法が記載されて込るものの、この方
法では生成するフロックの粒径は概して小さくて強度が
不充分で脱水ケーキは塊状になり易いため脱水ケーキの
含水率を低下させることが困難である。

また、特開昭５９−１６５９９号公報には無機凝集剤と
有機高分子凝集剤を併用し、しかも有機高分子凝集剤と
してポリアクリルアミド系ポリマーのマンニッヒ変性物
（カチオン性）トアニオン性有機高分子凝集剤を用いる
方法が記載されているものの、この方法では脱水ケーキ
のＰ有刺離性が不充分である場合が多く脱水ケーキの含
水率低下も困難である。

本発明の目的は特定の有機高分子凝集剤を用いて十分な
大きさの粒径と強度を有するブロックを生成させ、脱水
ケーキの含水率が低く、Ｐ有刺離性が良好な汚泥の脱水
方法を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の要旨は、ｐＨ値が５〜８である有機質汚泥に対
して両性高分子凝集剤とアクリレート系カチオン性高分
子凝集剤とを添加し、次いで脱水することを特徴とする
汚泥の脱水方法にある。

本発明にお込て用すられる両性高分子凝集剤とは、分子
内にアニオン性基としてカルボキシル基まだはその塩を
有し、カチオン性基として第三級アミン、その中和塩、
四級塩等を有する高分子凝集剤を？’ｈ、これらのイオ
ン性成分の他にノニオン性成分が含まれているものであ
ってもよい。従って、この画性高分子凝集剤は通常、前
記のカチオン性基、アニオン性基や更にノニオン性基を
有するモノマー単位を重合することによって得られるも
のであるが、構成単位となるアニオン性七ツマー単位と
してはアクリＶ酸、メタクリル酸もしくはこれらのアル
カリ金属塩等を、又、カチオン性の化ツマー単位として
はジメチルアミノエチル（メタ）アクリレート、ジエチ
ルアミノエチ／Ｌ／（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、ジエチルアミノ
プロビル（メタ）アクリルアミド、もしくはこれらの中
和塩、四級塩等を挙げることができ、更に、ノニオン性
のモノマー単位としては（メタ）アクリルアミド、Ｎ、
Ｎ−ジメチｖ（メタ）アクリルアミド、Ｎ、Ｎ−ジエチ
ル（メタ）アクリルアミド等を挙げることができる。

本発明で用いられるアクリレート系カチオン性高分子凝
集剤とは、−分子内にアクリレート構造とカチオン性基
（第５級アミン、その中和塩、４級塩等）とを同時に有
するカチオン性モノマーから得られるものであり、ノニ
オン性モノマーが共重合されているものであってもよい
。

アクリレート構造を有するカチオン性モノマーとしては
ジエチルアミノエチルアクリレート、ジエチルアミノエ
チルアクリレート、もしくはこれらの中和塩、４級塩等
を挙げることができ、必要に応じて共重合されるノニオ
ン性のモノマーとしては（メタ）アクリルアミド、Ｎ、
Ｎ−ジメチ／Ｌ／（メタ）アクリルアミド、Ｎ、Ｎ−ジ
エチ／Ｉ／（メタ）アクリルアミド等を挙げることがで
きる。

本発明は上記二種類の高分子凝集剤を併用することを特
徴とする。このよう３組合せが顕著な効果を示す理由は
明らかではないが、両性高分子凝集剤が分子内での正負
両イオンの吸引、反発により立体的に安定な構造をとる
可能性があり、粘着度の強い汚泥と反応しても脱水性並
びにＰ右利離性が良好に維持できること、またアクリレ
ート系カチオン性高分子凝集剤は親水性が強く、腐敗性
の有機物に対して本良く凝集反応を示すことが考えられ
、それらの機能が相互に補完しあって、優れた効果を発
揮するものと考えることができる。

尚、前記二種類の凝集剤をそれぞれ単独で用いた場合や
アクリレート系カチオン性高分子凝集剤の代わシにメタ
クリレート系カチオン凝集剤を用いた場合は、いずれも
本願発明の方法で達成されるような充分な汚泥脱水性能
が得られないのである。又、アクリレート系カチオン性
高分子凝集剤を併用する代わシに前記両性高分子凝集剤
中にアクリレート構造を有するカチオン性七ツマ−を共
重合させた両性高分子凝集剤を単独で使用することも考
えられるが、かかる両性高分子凝集剤はそもそも製造す
ることが困難なのである。

本発明において処理対象となる有機質汚泥とは高ＢＯＤ
排水の生物処理等により発生する汚泥をい＼、その例と
しては下水、し尿処理場で発生する汚泥、食品工業、化
学工業等において発生する汚泥等を挙げることができる
。

また汚泥のｐ］ｌｉ値は５〜８の範囲であるが、ｐＨ値
がこの範囲を越える場合は前記高分子凝集剤を加えてフ
ロックを生成させたときのフロックの径が小さく、甚だ
しい場合は全く凝集せず、従って脱水効率が著しく低下
しあるいは全く脱水でき々いので好ましくない。したが
って汚泥のｐＨ値が５〜８の範囲にある場合は特にｐＨ
調整を必要としないが、それ以外の場合はアルカリ又は
酸くよってｐＨ調整する必要がある。

ｐＨ調整用のアルカリとしては苛性ソーダ、苛性カリ、
消石灰、アンモニア等を用いることができるが、この中
では苛性ソーダ、消石灰が好ましい。また酸としては硫
酸、塩酸、酢酸、スルファミノ酸等を用いることができ
るが、この中で硫酸、塩酸が好まし込。なお、汚泥のｐ
Ｔｌは６〜７であることがより好ましい。

本発明において前記二種類の凝集剤を汚泥に加える方法
は特に限定されるものではない。一つの方法は各々の凝
集剤が常識的にはソ同時に汚泥と反応できるように加え
ることであり、例えば各々の凝集剤を別々に水に溶解し
て、これをはソ同時に汚泥に加えてよくかくはん混合す
。

るようにしてもよいし、さらに開側には各々の凝集剤を
あらかじめ混合してお−てこれを溶解して用いてもよい
。

別の方法として先にアクリレート系カチオン性高分子凝
集剤を汚泥に加えてよくかくはん混合した後両性高分子
凝集剤を加えて汚泥と反応させることも有効である。し
かし逆に先に両性高分子凝集剤を加えた後にアクリレー
ト系カチオン性高分子凝集剤を加えると期待した凝集性
能が得られない場合が多く注意を要する。

各々の凝集剤の使用比率や汚泥に対する添加量は凝集剤
の種類や汚泥の性状によって、最適条件が異なるため、
あらかじめ実用に供する前にビーカー等に汚泥を採取し
て、これに各々の凝集剤の量を種々変更して添加し、最
も良好な凝集性能や脱水性が得られる条件を選定するの
がよい。しかし通常の場合は２種の凝集剤のどちらかの
使用比率が全体の２０重量％以下になると汚泥の凝集性
能ある込は脱水性が悪化することが多い。

また凝集剤の汚泥に対する総添加量は特に限定され々い
が、適切な範囲は汚泥中のＳＳ成分に対しておよそ０．
５〜５Ｍ量係である。添加量が少ない場合は凝集性能が
低下するが、多過ぎる場合も汚泥が再分散することがあ
って好ましい結果が得られな−ことが多ｂ０ 一般に高分子凝集剤の性能は、イオン性、イオン当量値
、分子量、化学構造等によって支配されるが、本発明で
用いられる前記二種類の凝集剤は前述の化学構造および
イオン性を有していればよく、イオン当量値や分子量は
特に限定されるものではな−。

しかし、凝集性や脱水性を考慮すると両性高分子凝集剤
のカチオン当量値Ｏｖは１．０〜４．０ｍａｑ　／　ｆ
　、アニオン当量［Ａｖは０．５〜２．０　ｍｅｑ／　
ｆ　、　Ｏｖ／Ａｖ　の比は１．５〜ａ　Ｏの範囲にあ
ることが好ましく、Ｏｖが１．５〜ｌ　８　ｍｅｑ／　
ｆ　、Ａｖがα４〜ｔ　ａ　ｍｅｑ／ｌ、　Ｏｖ／Ａｖ
が１．８〜ＺＯの範囲にあることがより好ましい。上記
ＡＴ　値およびＯｖ値の範囲は凝集剤の水に対する溶解
性、汚泥に対する凝集性能、凝集フロックの脱水性を考
慮して総合的に決定されるものであるが、−殻内にはＯ
ｖおよびＡｖが低くなり過ぎた場合は凝集性能が低下し
、高くなシ過ぎた場合は凝集性能自体は良好であるが、
フロックの脱水性が悪化する傾向にある。Ｃｖ／Ａｖの
比が前記下限よシ小さ込場合は凝集剤自体の溶解性が著
しく悪化し、又、上限を越えた場合は凝集性能が低下す
る。凝集剤の水に対する溶解性、汚泥に対する凝集性能
、凝集フロックの脱水性等は凝集剤の組成、分子量によ
って変動するが、それらを考慮しても上記Ｃｖ、Ａｖの
範囲をはずれると概して満足できる結果が得られ難く慶
る。

又、アクリレート系カチオン性高分子凝集剤のカチオン
当量値Ｃマは１．　Ｏｍｅｑ／　を以上であることが好
ましく、２．０ｍｅｑ／ｆ以上であることがよシ好まし
込。Ｑｖがｔ　Ｏｍａｑ　／　１未満の場合は汚泥の凝
集性能および脱水性能が低下する傾向を示す。Ｏｖ値の
上限は特に限定される本のではなく、むしろ高い方が好
ましい傾向にあるが、通常のアクリレート系凝集剤の場
合は分子量との関係から必然的に６ｍｅｑ／ｌ　程度が
限界となる。

々か本発明におけ石高分子凝集剤のカチオン当量値Ｏｖ
およびアニオン当量値ＡＶは以下に示すコロイド滴定法
によって求めることができる。

（１）　　カチオン当量値の測定 ！、コニカルビーカーに脱イオン水９０ｆｎｔをと夛、
試料５００　ｐｐｍ溶液１０−を加え、塩酸水溶液でｐ
ＨをＸＯとし、約１分間攪拌する。次に、トルイジンプ
Ｖ−指示薬を２〜３滴加え、Ｎ／４００％ポリビニル硫
酸カリウム試薬（Ｎ／４００ｐＰＶＥｉＫ）で滴定する
。

滴定速度は２ゴ／分とし、検水が青から赤紫色に変色、
１０秒間以上保持する時点を終点とする。

■、試料５００　ｐｐｍ水溶液の調製 試料α２９（乾量換算しない）を精秤し、共栓付三角コ
ルベンにとり、脱イオン水１００−で溶解する。この２
５ゴを１００耐メスフラスコにて脱イオン水でメスアッ
プする。

■、計算法 カチオン当量値（ｍｅｑ／ｒ　） （２）アニオン当量値の測定 ■、コニカルビーカーに脱イオン水９ｏ−をとり、Ｎ／
［Ｑ＄苛性ソーダ水溶液Ｑ、５−を加え、攪拌下Ｎ　／
　２００１４メチＶグリコールキトサン試液５−を滴下
し、１分間以上攪拌する。次に、試料の５００　ｐｐｍ
水溶液１０ｄをゆつくシ滴下し、滴下後さらに５分間以
上攪拌した後、ト々イジンプルー指示薬を２〜３滴加え
、ｍ／４ｏｏ％ポリビニル硫酸カリウム試薬（Ｎｌａｏ
ｏｆｉｐＶ日Ｋ）で滴定する。

滴定速度は２−７分とし、検水が青から赤紫色に変色、
１０秒間以上保持する時点を終点とする。

々お、上記操作に於いて、試料を添加しない場合をブラ
ンク試験とする。

■、試料の５００　ｐｐｍ水溶液の調製試料α１９（乾
量換算しない）を精秤し、共栓付三角コルベンにとシ、
脱イオン水１００−に溶解する。この５０−を１０ロー
メスフラスコにて脱イオン水でメスアップする。

■、計算法 アニオン当量値（ｍｅｐ／ｙ　） 本発明においては汚泥に対して前記二段類の凝集剤を添
加しフロックを形成させた後、公知の手法によシ脱水す
るが、脱水機としてはたとえばスクリュープレス型脱水
機、フィＶタープレス型脱水機、ベルトプレス型脱水機
、スクリューデカンタ−等を使用することができる。

〔′ｊ！施例〕

以下実施例により本発明を説明する。

なお実施例においては第１表に示す高分子凝集剤をα５
重量％の水溶液として使用した。

実施例１ ｐＨ＆５，８８１．８％、灼熱減量（以下「ＶＴ８Ｊと
込う）７Ｌ１％Ｍアルカリ度６１７ｒｒｑ／ｌなる性状
のし尿余剰汚泥に対して両性高分子凝集剤Ｒ−１とアク
リレート系カチオン性高分子凝集剤Ｅ−１を各１，５チ
添加後よく攪拌してフロックを生成させ、スクリューデ
カンタ−によシ脱水試験を行なった。結果を第２表に示
したが、生成したフロックは十分な大きさと強度を有し
ておシ、脱水ケーキはフレーク状で粘着性が少なくケー
キ含水率、８Ｂ回収率共に良好であった。

実施例２ 実施例１と同様の汚泥をｍ−、又、両性高分子凝集剤と
してＲ−１を、アクリレート系カチオン性高分子凝集剤
としてｉ−２を用りて実施例１と同様のテストを行なっ
た。その結果第２表に示すような良好な結果が得られた
。

比較例１〜９ 実施例１と同様の汚泥を用い、高分子凝集剤として第２
表に記載した各種のものを使用して実施例１と同様のテ
ストを行す第２表の結果を得た。

比較例１は実施例１で用いた両性高分子凝集剤を単独で
用いた場合であるが、実施例１に比較してフロック粒径
が小さくなシ脱水性能が大巾に悪化、ケーキ形状も塊状
になる等実施例１とは明らかに異々る結果となった。比
較例２は実施例１で用いたアクリレート系カチオン性高
分子凝集剤を単独で用ＩＡた場合であるが、この場合は
フロック径がさらに小さくなりケーキの脱水性も悪かっ
た。比較例３及び４はメタクリレート系カチオン性高分
子凝集剤を単独で用いた場合であるが、この場合も実施
例１や２のような良好な結果は得られなかった。比較例
５及び６は実施例１のカチオン凝集剤をアクリレートか
らメタクリレートに置き替えたものである。

この場合は比較例１〜４よりケーキ含水率はやや低下し
ているものの、実施例１ないし２の水準とは明らかな差
が認められた。

比較例７及び８はアニオン性高分子凝集剤を単独で用い
た場合であるが、この場合はほとんど有効なフロックを
形成しない状態であった。

比較例９はポリアクリルアミドのマンニッヒ変成物を添
加したものであるが、この場合もケーキ含水率低減の面
で実施例の水準に及ばなかつた。

実施例３及び４ Ｐｌｌ［＆９．８８１０１　ＶＴ８７５．３Ｌ、Ｍアル
カリ度ｓｙｓｗｙ／Ｌなる性状のし尿余剰汚泥に対して
、第３表に示した高分子凝集剤の組合せを各々０．５％
づつ添加後攪拌してフロックを生成させ、フィルタープ
レスによる脱水試験を行なった。ｂずれの場合もケーキ
のＰ有刺離性が良好であシケーキ含水率も低く良好な結
果が得られた。

実施例５〜９ 実施例３と同様の汚泥に対して、第５表に示した組合せ
の高分子凝集剤を各々α７俤ずつ添加し、その他は実施
例３と同様のテストを行なった。実施例５〜９椿参−〈
は両性高分子凝集剤をＲ−１とし、それと組合せるアク
リレート系カチオン性高分子凝集剤の種類を！−１から
８−５まで変更したものであ）、込ずれの場合もケーキ
のＰ有刺離性、ケーキ含水率とも良好であった。

実施例１０及び比較例１０．１１ ｐＨ４，２，Ｅ！８１．５．ＶＴＥ１８（１％、Ｍアル
カリ度８２２ｗ１／Ｌなる性状の有機質汚泥に対して苛
性ソーダを添加してｐＨ値を７．０とした後、高分子凝
集剤Ｒ−１および比−１を各々（Ｌ７係づつ添加してフ
ロックを形成させぺＭドブレスによる脱水試験を実施し
たところ良好な結果が得られた。

一方、汚泥のｐａ値を４．２のままで凝集剤を添加した
場合は脱水性が不充分であった（比較例１０）。又、苛
性ソーダの添加ｔを増して汚。

泥のｐＨ値を８より高くすると凝集性が著しく低下した
（比較例１１）。

実施例１１．１２及び比較例１２．１５実施例１０と同
じ汚泥を周込苛性ソーダでｐＨ＆５に調節したのち、高
分子凝集剤Ｒ−８と２−１を各々α７チづつ加えた場合
（５Ｊｉ！施例１１）とＲ−８とｆｆ１−２を各々α７
チづつ加えた場合（実施例１２）の凝集性を実施例１と
同じ方法で評価した。その結果いづれの場合もフロック
の粒径は４〜５■と大きく、ケーキ含水率はそれぞれ７
８％及び７９チと良好であった。

一方、Ｒ−８を単独で汚泥に対してＣＬ７％（比較例１
２）および１．４慢（比較例１３）１？Ａ加した場合は
いづれも粒径は１〜２ｗａと小さくケーキ含水率もそれ
ぞれ８６４．８５チと高い水準であった。

第 表 （注３） 汚泥中の８ ８分に対する添加量 〔発明の効果〕 本発明の方法によれば、下水、し尿処理場、有機性産業
排水等よシ生じる有機質汚泥の凝集・脱水処理において
凝集フロックの粒径を大きくかつ十分カ強度をもつもの
として、脱水ケーキの水分を低減せしめ、同時にＰ有刺
離性も良好に維持することができる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ｐＨ値が５〜８である有機質汚泥に対してカルボキシル
   基もしくはその塩を含む両性高分子凝集剤とアクリレー
   ト系カチオン性高分子凝集剤とを添加し、次いで脱水す
   ることを特徴とする汚泥の脱水方法。