(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原汚泥を膜分離装置で濃縮した濃縮汚泥に汚泥脱水剤を添加した後、脱水するとともに、脱水時に分離された分離液を原汚泥に返送する汚泥の脱水方法であって、
汚泥脱水剤として、両性系ディスパージョン型高分子凝集剤を用いることを特徴とする汚泥の脱水方法。
【請求項２】
両性系ディスパージョン型高分子凝集剤が、メタクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウムクロライドおよび／またはアクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウムクロライド；アクリルアミド；アクリル酸もしくはメタクリル酸を構造単位として含有するポリマー成分と、これを水中で分散させる分散剤とを含むものであることを特徴とする請求項１記載の汚泥の脱水方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、し尿処理、下水処理、ゴミ浸出水処理、一般排水処理等における汚泥処理にあたって、汚泥を脱水する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、汚泥の脱水には、カチオン系高分子凝集剤を単独で使用する方法、カチオン系高分子凝集剤とアニオン系高分子凝集剤を併用する方法、無機凝集剤と両性高分子凝集剤を併用する方法などが採用されている。
高分子凝集剤は、粉末型、エマルジョン型、ディスパージョン型などの形態で用いられている。
エマルジョン型の高分子凝集剤は、ポリマー成分を鉱物系の油により水中でエマルジョン化させたものである。
ディスパージョン型の高分子凝集剤は、ポリマー成分を分散剤を用いて水中で分散させたもので、アクリロイルオキシエチルジメチルベンジルアンモニウム塩を構造単位として含むポリマー成分を含むものが多く用いられている。
ディスパージョン型の高分子凝集剤の使用方法としては、カチオン系凝集剤を単独で使用する方法、カチオン系凝集剤とアニオン系凝集剤を併用する方法などがある。
【０００３】
粉末型の凝集剤には、粉塵が発生しやすいこと、定量供給が難しいこと、吸湿により固化しやすいことなどの問題がある。
エマルジョン型の高分子凝集剤では、これらの問題は生じないが、この凝集剤は、油分を含むため、膜分離装置を用いた処理装置の汚泥脱水に適用すると、この油分を原因として、膜分離装置においてフラックス低下、洗浄頻度増加、耐用期間が短くなるなどの問題が生じることがある。
カチオン系ディスパージョン型の高分子凝集剤は、脱水性能が不十分であり、その適用先は、フィルタープレスを用いた脱水などのごく限られた範囲に限定されていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、膜分離装置において良好な膜分離処理が可能となり、かつ脱水性能に優れた汚泥脱水方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の汚泥の脱水方法は、原汚泥を膜分離装置で濃縮した濃縮汚泥に汚泥脱水剤を添加した後、脱水するとともに、脱水時に分離された分離液を原汚泥に返送する汚泥の脱水方法であって、汚泥脱水剤として、両性系ディスパージョン型高分子凝集剤を用いることを特徴とする。
両性系ディスパージョン型高分子凝集剤としては、メタクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウムクロライドおよび／またはアクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウムクロライド；アクリルアミド；アクリル酸もしくはメタクリル酸を構造単位として含有するポリマー成分と、これを水中で分散させる分散剤とを含むものを用いるのが好ましい。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の汚泥の脱水方法の第１の実施形態を説明する。
図１は、本実施形態の脱水方法を適用可能な排水処理装置を示すものである。
この排水処理装置では、被処理水を経路Ｌ1を通して生物処理槽１に導入する。生物処理槽１内には、エゼクタ２によって空気が供給され、被処理水が生物処理される。
生物処理槽１で生成した原汚泥は、経路Ｌ2を通して循環槽３に導入され、経路Ｌ3を通して膜分離装置４に導入される。
膜分離装置４の分離膜としては、限外ろ過膜、精密ろ過膜が使用できる。
この分離膜としては、チューブラー型のものを用いることができる。なお、分離膜としては、中空糸型、スパイラル型などのものを用いることもできる。
【０００７】
膜分離装置４では、分離膜を透過したろ液が経路Ｌ5を通して系外に導出されるとともに、濃縮された汚泥が経路Ｌ4を通して循環槽３に返送される。
循環槽３内の濃縮汚泥の一部は、経路Ｌ6を通して余剰汚泥貯留槽５に導入され、経路Ｌ7を通して余剰汚泥貯留槽５から導出される。
経路Ｌ7内の汚泥には、汚泥脱水剤導入経路Ｌ8を通して、両性系ディスパージョン型高分子凝集剤からなる汚泥脱水剤が添加される。
【０００８】
両性系ディスパージョン型高分子凝集剤が添加された汚泥は、架橋、荷電中和されることなどにより凝集し、粗大かつ強固な凝集物となる。
この汚泥は、経路Ｌ7を通して脱水機６に導入される。脱水機６としては、ベルトプレス式、遠心分離式などのものが使用される。
この汚泥は、両性系ディスパージョン型高分子凝集剤によって凝集したものであるため、脱水機６での脱水によって、含水率が低く、剥離性に優れた脱水ケーキが得られる。
【０００９】
脱水機６での脱水によって汚泥から分離された分離液は、経路Ｌ9を通して分離液槽７に導入され、次いで返送経路Ｌ10を通して生物処理槽１に返送される。
【００１０】
本実施形態の脱水方法において汚泥脱水剤として用いられる両性系ディスパージョン型高分子凝集剤は、少なくともアニオン性の構造単位とカチオン性の構造単位とを含む両性のポリマー成分が、分散剤によって水中に分散したものである。
ポリマー成分は、アニオン性の構造単位とカチオン性の構造単位との共重合体を含み、さらに任意成分としてノニオン性の構造単位を含んでもよい。
【００１１】
アニオン性の構造単位としては、例えばアクリル酸（ＡＡ）、アクリル酸ナトリウム（ＮａＡ）、メタクリル酸、メタクリル酸ナトリウムなどを挙げることができる。
カチオン性の構造単位としては、例えばジメチルアミノエチルアクリレート（ＤＡＡ）、ジメチルアミノエチルメタクリレート（ＤＡＭ）、ジメチルアミノプロピルアクリレート、ジメチルアミノプロピルメタクリレート、ジメチルアミノプロピルアクリルアミド（ＤＡＰＡＡｍ）、およびそれらの四級化物などを挙げることができる。
四級化物としては、メタクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウムクロライド（ＤＡＭ(ＣＨ3Ｃl)）、アクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウムクロライド（ＤＡＡ(ＣＨ3Ｃl)）を挙げることができる。
ノニオン性の構造単位としては、例えばアクリルアミド（ＡＡｍ）、メタアクリルアミド、Ｎ，Ｎ’−ジメチル（メタ）アクリルアミドなどを挙げることができる。
これらの化合物の共重合体としては、ＤＡＡ／ＡＡ／ＡＡｍ共重合体、ＤＡＭ／ＡＡ／ＡＡｍ共重合体、ＤＡＰＡＡｍ／ＡＡ／ＡＡｍ共重合体、ＤＡＡ／ＡＡ共重合体、ＮａＡ／ＡＡｍ共重合体のマンニッヒ変性物などを挙げることができる。
【００１２】
特に、ＤＡＭ(ＣＨ3Ｃl)および／またはＤＡＡ(ＣＨ3Ｃl)；ＡＡｍ；ＡＡもしくはメタクリル酸を構造単位として含有するポリマー成分を使用するのが好ましい。
より具体的には、ＤＡＭ(ＣＨ3Ｃl)／ＤＡＡ(ＣＨ3Ｃl)／ＡＡｍ／ＡＡ共重合体を用いるのが好ましい。
ＤＡＭ(ＣＨ3Ｃl)およびＤＡＡ(ＣＨ3Ｃl)の構造を以下に示す。
【００１３】
【化１】
0003714283.tif 000002
【００１４】
【化２】
0003714283.tif 000003
【００１５】
両性系ディスパージョン型高分子凝集剤の分子量は、２０００００〜２００００００程度とすることができる。
【００１６】
分散剤としては、アクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウム塩化物；メタクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウム塩化物；無水マレイン酸／ブテン共重合物完全アミド化物を例示することができる。
分散剤の分子量は、１０００００〜１００００００程度とすることができる。
【００１７】
両性系ディスパージョン型高分子凝集剤中のポリマー成分濃度は１５〜３０重量％とするのが好ましく、分散剤の濃度は０．５〜１０重量％とするのが好ましい。
【００１８】
両性系ディスパージョン型高分子凝集剤は、アニオン性の構造単位（単量体）とカチオン性の構造単位（単量体）とを、分散剤とともに硫酸アンモニウム水溶液に溶解させ、分散重合法を用いて製造することができる。
例えばポリ(メタ)アクリル酸アミノエステル系ポリマーを製造するには、ポリ(メタ)アクリル酸アミノエステル系のカチオン性単量体と、カルボキシル基を持ったアニオン性単量体の混合物を、高分子分散剤とともに硫酸アンモニウム水溶液に溶解させて重合させる分散重合法によって重合させる方法をとることができる。
【００１９】
汚泥に対する汚泥脱水剤の添加量は、ポリマー成分の添加量が０．１〜１０重量％（％対ＳＳ）、好ましくは０．５〜５重量％（％対ＳＳ）となるように設定するのが好適である。
この添加量が上記範囲未満であると、汚泥の脱水性が低くなり、上記範囲を越えると、薬剤コストが上昇するため好ましくない。
【００２０】
汚泥脱水剤を汚泥に添加する際には、無機凝集剤を併せて添加することもできる。
この無機凝集剤としては、鉄塩（硫酸第一鉄、硫酸第二鉄、ポリ硫酸第二鉄、塩化第一鉄、塩化第二鉄）、アルミニウム塩（ポリ塩化アルミニウム、硫酸アルミニウム）などが使用可能である。
無機凝集剤の添加量は、１〜５０重量％（％対ＳＳ）とするのが好ましい。
【００２１】
両性系ディスパージョン型高分子凝集剤は、液状物であるため、送液ポンプ（図示略）により導入経路Ｌ8を通して添加される際に、容易に一定の流量で添加することができる。このため、添加量を正確にすることができる。
また、粉末型の凝集剤の問題点（粉塵が発生しやすい、吸湿により固化しやすいなど）が生じない。
【００２２】
本実施形態の脱水方法では、汚泥脱水剤として、油分を含まない凝集剤である両性系ディスパージョン型高分子凝集剤を用いるので、脱水機６からの分離液中に、膜汚染原因物質（油分など）が混入するのを防ぐことができる。
このため、エマルジョン型の凝集剤を用いる従来法に比べ、膜分離装置４においてフラックス低下等の問題が生じるのを防ぐことができる。
従って、膜分離装置４において良好な膜分離処理が可能となる。
【００２３】
分離液を生物処理槽１に返送するため、分離液に残留する両性系高分子凝集剤は、大量の懸濁物質と接触することにより、その粘性や付着性が低減された状態となる。
このため、分離液を膜分離装置４で処理しても、膜に対する高分子凝集剤の影響はほとんどない。従って、膜分離装置４において良好な膜分離処理が可能となる。
【００２４】
また、両性系ディスパージョン型高分子凝集剤を用いるので、汚泥を架橋する効果を高め、粗大かつ強固な凝集物を得ることができる。
従って、含水率が低く、剥離性に優れた脱水ケーキを得ることができる。
【００２５】
また、液状物である両性系ディスパージョン型高分子凝集剤を用いるので、粉末型の凝集剤の問題点（粉塵が発生しやすい、定量供給が難しい、吸湿により固化しやすいなど）が生じない。
【００２６】
以下、本発明の汚泥の脱水方法の第２の実施形態を説明する。
図２は、本実施形態の脱水方法を適用可能な排水処理装置を示すものである。
この排水処理装置では、被処理水を経路Ｌ1を通して生物処理槽１に導入する。
生物処理槽１で生成した原汚泥は、浸漬膜１ａ（膜分離装置）でろ過され、濃縮された濃縮汚泥が、経路Ｌ11を通して余剰汚泥貯留槽５に導入される。
浸漬膜１ａでろ過されたろ液は、経路Ｌ2を通して混和槽１３に導入される。
【００２７】
混和槽１３内のろ液には、無機凝集剤（鉄塩、アルミニウム塩など）およびアルカリ剤（水酸化ナトリウムなど）が経路Ｌ12を通して添加され、凝集物（汚泥）が生成する。
この汚泥は、ろ液とともに、経路Ｌ3を通して膜分離装置１４に導入される。
図示例において、膜分離装置１４の分離膜としては、浸漬膜１４ａが用いられている。この分離膜としては、限外ろ過膜、精密ろ過膜が使用できる。
【００２８】
膜分離装置１４では、浸漬膜１４ａを透過したろ液が経路Ｌ5を通して系外に導出されるとともに、濃縮された濃縮汚泥が経路Ｌ13を通して余剰汚泥貯留槽５に導入される。
余剰汚泥貯留槽５内の濃縮汚泥は、経路Ｌ7を通して貯留槽５から導出される。
経路Ｌ7内の汚泥には、汚泥脱水剤導入経路Ｌ8を通して、両性系ディスパージョン型高分子凝集剤である汚泥脱水剤が添加される。
【００２９】
汚泥脱水剤が添加された汚泥は、経路Ｌ7を通して脱水機６に導入され、脱水される。
脱水によって汚泥から分離された分離液は、経路Ｌ9を通して分離液槽７に導入され、次いで返送経路Ｌ10を通して生物処理槽１に返送される。
【００３０】
本実施形態の脱水方法では、汚泥脱水剤として、油分を含まない凝集剤である両性系ディスパージョン型高分子凝集剤を用いるので、脱水機６からの分離液中に、膜汚染原因物質が混入するのを防ぐことができる。
このため、膜分離装置４においてフラックス低下等の問題が生じるのを防ぎ、良好な膜分離処理が可能となる。
また、両性系ディスパージョン型高分子凝集剤を用いるので、含水率が低く、剥離性に優れた脱水ケーキを得ることができる。
【００３１】
【実施例】
(実施例１)
高負荷し尿処理における余剰汚泥（ＭＬＳＳ：２００００ｍｇ／Ｌ）に、汚泥脱水剤として、両性系ディスパージョン型高分子凝集剤およびポリ硫酸第二鉄を添加し、これを遠心脱水機を用いて脱水処理した。
脱水処理で得られた分離液のＣＦＣ−３１６（クロロフロロカーボン）抽出量を測定した。また脱水ケーキの含水率を測定した。
両性系ディスパージョン型高分子凝集剤としては、ポリマー成分２０重量％、分散剤（アクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウム塩化物）５重量％、硫酸アンモニウム２０重量％、水５５重量％からなるものを用いた。
ポリマー成分としては、ＤＡＭ(ＣＨ3Ｃl)／ＤＡＡ(ＣＨ3Ｃl)／ＡＡ／ＡＡｍ共重合体（共重合比（モル比）；ＤＡＭ(ＣＨ3Ｃl)：ＤＡＡ(ＣＨ3Ｃl)：ＡＡ：ＡＡｍ＝２０：１０：１０：６０）を用いた。試験結果を表１に示す。
【００３２】
（比較例１）
汚泥脱水剤として、両性系ディスパージョン型高分子凝集剤に代えて、エマルジョン型高分子凝集剤を用いること以外は、実施例１と同様の試験を行った。
エマルジョン型高分子凝集剤としては、ポリマー成分（ポリアクリル酸アミノエステル系ポリマー）４０重量％、油剤２０重量％、界面活性剤１０重量％、水３０重量％からなるものを用いた。試験結果を表１に併せて示す。
【００３３】
（比較例２）
汚泥脱水剤の添加を行わないこと以外は、実施例１と同様の試験を行った。試験結果を表１に併せて示す。
【００３４】
（比較例３）
汚泥脱水剤として、両性系ディスパージョン型高分子凝集剤に代えて、カチオン系ディスパージョン型高分子凝集剤を用いること以外は、実施例１と同様の試験を行った。
ポリマー成分としては、ＤＡＡ(ＣＨ3Ｃl)／ＡＡｍ共重合体（共重合比（モル比）；ＤＡＡ(ＣＨ3Ｃl)：ＡＡｍ＝４０：６０）を用いた。
【００３５】
【表１】
0003714283.tif 000004
【００３６】
表１より、エマルジョン型高分子凝集剤を汚泥脱水剤として用いた比較例１では、分離液がＣＦＣ−３１６抽出物質を多く含んでいたのに対し、両性系ディスパージョン型高分子凝集剤を用いた実施例１では、分離液中のＣＦＣ−３１６抽出物質量が、検出限界（１ｍｇ／Ｌ）以下であったことがわかる。
また、両性系ディスパージョン型高分子凝集剤を用いた実施例１では、カチオン系ディスパージョン型高分子凝集剤を用いた比較例３に比べ、脱水ケーキ含水率を低くすることができたことがわかる。
【００３７】
（実施例２）
図１に示す構成を有するし尿処理設備を用いて、汚泥の脱水処理を行った。この装置の仕様および運転方法は以下の通りである。
（１）被処理水量：６０ｋＬ／日
（２）処理設備の形式：高負荷脱窒素処理方式
（３）生物処理槽１の容量：４１０ｍ3（ＭＬＳＳ：１３０００ｍｇ／Ｌ）
（４）循環槽３の容量：４１ｍ3（ＭＬＳＳ：２００００ｍｇ／Ｌ）
（５）余剰汚泥脱水量：重量６００ｋｇ-ＳＳ／日、濃縮汚泥容量３０ｍ3／日
（６）膜分離装置４の分離膜：限外ろ過膜（有効面積：５４ｍ2、形式：チューブラー型、材質：ポリオレフィン製、分画分子量：２００００）
原汚泥の膜面流速：２ｍ／ｓｅｃ
（７）脱水機６の形式：ベルトプレス式
【００３８】
被処理水を生物処理槽１に導入し、生物処理槽１で生成した原汚泥を、循環槽３を経て膜分離装置４に導入した。
循環槽３内の濃縮汚泥の一部を、経路Ｌ6を通して余剰汚泥貯留槽５に導入し、導入経路Ｌ8を通して汚泥脱水剤を添加した汚泥を脱水機６で脱水した。
脱水機６で得られた分離液を、分離液槽７を経て、返送経路Ｌ10を通して生物処理槽１に返送した。
【００３９】
この運転の際、必要に応じて一時的に被処理水の供給を停止し、膜分離装置４に洗浄液を供給して約１時間循環洗浄する洗浄操作を行った。
洗浄液としては、アルカリ、次亜塩素酸ナトリウム混合液（ｐＨ＝１０、残留塩素４００ｍｇ／Ｌ）と、硫酸水溶液（ｐＨ＝２）とを用いた。
膜分離装置４において、フラックスを経時的に測定した。
また、極端なフラックス低下を防ぐために必要であった洗浄操作の回数（１日あたり）を測定した。試験結果を表２に示す。
【００４０】
（比較例４）
汚泥脱水剤として、両性系ディスパージョン型高分子凝集剤に代えて、エマルジョン型高分子凝集剤を用いること以外は、実施例２と同様の試験を行った。試験結果を表２に併せて示す。
【００４１】
【表２】
0003714283.tif 000005
【００４２】
表２より、両性系ディスパージョン型高分子凝集剤を用いた実施例２では、エマルジョン型高分子凝集剤を用いた比較例４に比べ、膜分離装置４におけるフラックスを高く維持するとともに、その洗浄回数を少なくすることができたことがわかる。
【００４３】
【発明の効果】
本発明の脱水方法では、汚泥脱水剤として、油分を含まない凝集剤である両性系ディスパージョン型高分子凝集剤を用いるので、脱水時に得られる分離液中に、膜汚染原因物質が混入するのを防ぐことができる。
このため、膜分離装置においてフラックス低下等の問題が生じるのを防ぎ、良好な膜分離処理が可能となる。
また、両性系ディスパージョン型高分子凝集剤を用いるので、含水率が低く、剥離性に優れた脱水ケーキを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】   本発明の汚泥の脱水方法の第１の実施形態を実施可能な排水処理装置を示す概略構成図である。
【図２】   本発明の汚泥の脱水方法の第２の実施形態を実施可能な排水処理装置を示す概略構成図である。
【符号の説明】
４・・・膜分離装置、Ｌ8・・・汚泥脱水剤導入経路、Ｌ10・・・返送経路
【図１】
0003714283.tif 000006
【図２】
0003714283.tif 000007