(57)【要約】【課題】一般的な土木工事で発生する汚泥、その他の難脱水性の汚泥に対しても、従来技術以上の脱水効果を得ることができ、得られる脱水ケーキの含水率の更なる低減が可能であると共に、ろ過速度の向上が可能な汚泥脱水剤及び汚泥脱水方法を提供する。【解決手段】固有粘度３ｄｌ／ｇ以下のアニオン性有機高分子凝集剤を含む、土木・建設工事で発生する余剰汚泥、または下水、屎尿、鉄鋼排水、紙パルプ排水、食品工場排水、自動車工場排水、石油化学工場排水、機械工場排水の処理で発生する汚泥の脱水剤。好ましくはこのアニオン性有機高分子凝集剤と、無機凝集剤及び／又はカチオン性有機高分子凝集剤とを含む。汚泥に固有粘度３ｄｌ／ｇ以下のアニオン性有機高分子凝集剤を添加して凝集処理した後、無機凝集剤及び／又はカチオン性有機高分子凝集剤を添加して凝集処理し、その後脱水処理する汚泥脱水方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
土木・建設工事で発生する余剰汚泥、または下水、屎尿、鉄鋼排水、紙パルプ排水、食品工場排水、自動車工場排水、石油化学工場排水、機械工場排水の処理で発生する汚泥の脱水剤であって、固有粘度３ｄｌ／ｇ以下のアニオン性有機高分子凝集剤を含む汚泥脱水剤。
【請求項２】
前記アニオン性有機高分子凝集剤と、無機凝集剤及び／又はカチオン性有機高分子凝集剤とを含む請求項１に記載の汚泥脱水剤。
【請求項３】
前記アニオン性有機高分子凝集剤を溶解濃度１０重量％以上の水溶液として含む請求項１又は２に記載の汚泥脱水剤。
【請求項４】
前記汚泥が、ＣＳＴ／ｄｓ値が５０ｓｅｃ／％以上の難脱水性の汚泥である請求項１ないし３のいずれか１項に記載の汚泥脱水剤。
【請求項５】
土木・建設工事で発生する余剰汚泥、または下水、屎尿、鉄鋼排水、紙パルプ排水、食品工場排水、自動車工場排水、石油化学工場排水、機械工場排水の処理で発生する汚泥に、固有粘度３ｄｌ／ｇ以下のアニオン性有機高分子凝集剤を添加して凝集処理した後脱水処理する汚泥脱水方法。
【請求項６】
汚泥に前記アニオン性有機高分子凝集剤を添加して凝集処理した後、無機凝集剤及び／又はカチオン性有機高分子凝集剤を添加して凝集処理し、その後脱水処理する請求項５に記載の汚泥脱水方法。
【請求項７】
前記アニオン性有機高分子凝集剤を溶解濃度１０重量％以上の水溶液として添加する請求項５又は６に記載の汚泥脱水方法。
【請求項８】
前記汚泥が、ＣＳＴ／ｄｓ値が５０ｓｅｃ／％以上の難脱水性の汚泥である請求項５ないし７のいずれか１項に記載の汚泥脱水方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に浚渫工事、ボーリング工事、杭工事、地中連続壁工事、シールド工事等の土木・建設工事で発生する余剰汚泥の脱水に好適な汚泥脱水剤及び汚泥脱水方法に関するものであり、詳しくは、低分子量のアニオン性有機高分子凝集剤、或いは低分子量のアニオン性有機高分子凝集剤と汎用的な無機凝集剤及び／又はカチオン性有機高分子凝集剤を用いて、低含水率の脱水ケーキを効率的に得る汚泥脱水剤及び汚泥脱水方法に関する。
本発明は、上記の土木・建設工事で発生する余剰汚泥に限らず、下水、屎尿、鉄鋼排水、紙パルプ排水、食品工場排水、自動車工場排水、石油化学工場排水、機械工場排水の処理で発生する汚泥にも適用可能である。
【背景技術】
【０００２】
浚渫工事、ボーリング工事、杭工事、地中連続壁工事、シールド工事等の土木・建設工事で発生する余剰汚泥の脱水には、脱水剤として無機凝集剤のポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）が適用されることが多い。
ＰＡＣは汚泥に添加されると水中で水酸化アルミニウムを形成し、汚泥中の懸濁物質を巻き込みながら微細なフロックとなることで脱水作用を示す。
しかしながら、ＰＡＣによる脱水性の向上効果には限界があり、一定量以上添加しても汚泥の脱水性はそれ以上改善されない。
これは、ＰＡＣが形成する水酸化アルミニウムの等電点（最適ｐＨ値）はｐＨ５．８前後であるのに対し、ＰＡＣを一定量以上添加すると酸性のＰＡＣそのもののｐＨによって適正ｐＨ域を超えてしまうため、脱水性の更なる改善効果が期待できないことによる。
このようなことから、少量のＰＡＣ添加では脱水性の改善が見込めない汚泥に対しては、ＰＡＣの適用は不適切である。
【０００３】
特許文献１には、土木工事で発生する汚泥に対して無機凝集剤と共に、アニオン性有機高分子凝集剤、もしくはアニオン性高分子凝集剤及びカチオン系有機凝集剤を脱水剤として添加する方法が提案されている。特許文献１では、アニオン性有機高分子凝集剤としては分子量が１０００万以上、固有粘度にして１５ｄｌ／ｇ以上のものが好ましいとされ、実施例では、分子量１５００万のものを使用している。
【０００４】
特許文献２には、土木工事で発生する汚泥に対して、前段でアニオン性有機高分子凝集剤を、後段でカチオン性有機高分子凝集剤を脱水剤として添加する方法が提案されている。特許文献２で用いる各有機高分子凝集剤は、溶解濃度が０．２〜１．０％程度であることから、その分子量は共に１０００万程度、固有粘度にして１５ｄｌ／ｇ程度の粉末状の有機高分子凝集剤を適用していると推測される。
【０００５】
このように、特許文献１，２で使用される有機高分子凝集剤は、分子量が１０００万程度、固有粘度にして１５ｄｌ／ｇ程度であることから、一般的な濃度０．１〜０．２％で溶解させても、得られる高分子溶液の粘性が高いため、以下のような問題がある。
（１）  汚泥そのものの粘性を増加させ、水抜けが悪化する。
（２）  粘性の増加で、汚泥中の懸濁物質粒子との反応速度が遅くなり、懸濁物質の凝結性が悪化する。
（３）  （１），（２）により、脱水不良が生じ、十分に脱水された脱水ケーキが得られない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−２７２３０６号公報
【特許文献２】特開２００８−１１４１４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
脱水処理で得られる脱水ケーキは産業廃棄物として処分されることが多く、脱水不良が生じると脱水ケーキ中に水分が残存することで、産廃処理する脱水ケーキ量が増加する。つまり産廃費用がかさむため、脱水ケーキの含水率を低減する脱水方法が求められる。
【０００８】
また、脱水機の中でも、フィルタープレスは、得られる脱水ケーキの含水率が非常に低く効率的な脱水手段であるが、バッチ式で行われるため、連続式の脱水機と比較すると脱水処理速度が劣る。よって脱水処理が不良になることで脱水処理が土木工事の律速となることがあることから、フィルタープレスによる脱水処理ではろ過速度の向上も求められる。
【０００９】
しかしながら、特許文献１，２のような従来の脱水方法では、前述の通り、上記の要求特性を満たすことはできない。
【００１０】
本発明は従来技術の問題点を克服し、一般的な土木工事で発生する汚泥、その他の難脱水性の汚泥に対しても、従来技術以上の脱水効果を得ることができ、得られる脱水ケーキの含水率の更なる低減が可能であると共に、ろ過速度の向上が可能な汚泥脱水剤及び汚泥脱水方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、固有粘度が３ｄｌ／ｇ以下の低分子量のアニオン性有機高分子凝集剤を用い、好ましくはこれを無機凝集剤及び／又はカチオン性有機高分子凝集剤と組み合わせて用いることにより、難脱水性の汚泥であっても、効率的に脱水処理することができることが分かり、本発明に到達した。
即ち、本発明は以下を要旨とする。
【００１２】
［１］土木・建設工事で発生する余剰汚泥、または下水、屎尿、鉄鋼排水、紙パルプ排水、食品工場排水、自動車工場排水、石油化学工場排水、機械工場排水の処理で発生する汚泥の脱水剤であって、固有粘度３ｄｌ／ｇ以下のアニオン性有機高分子凝集剤を含む汚泥脱水剤。
【００１３】
［２］前記アニオン性有機高分子凝集剤と、無機凝集剤及び／又はカチオン性有機高分子凝集剤とを含む［１］に記載の汚泥脱水剤。
【００１４】
［３］前記アニオン性有機高分子凝集剤を溶解濃度１０重量％以上の水溶液として含む［１］又は［２］に記載の汚泥脱水剤。
【００１５】
［４］前記汚泥が、ＣＳＴ／ｄｓ値が５０ｓｅｃ／％以上の難脱水性の汚泥である［１］ないし［３］のいずれかに記載の汚泥脱水剤。
【００１６】
［５］土木・建設工事で発生する余剰汚泥、または下水、屎尿、鉄鋼排水、紙パルプ排水、食品工場排水、自動車工場排水、石油化学工場排水、機械工場排水の処理で発生する汚泥に、固有粘度３ｄｌ／ｇ以下のアニオン性有機高分子凝集剤を添加して凝集処理した後脱水処理する汚泥脱水方法。
【００１７】
［６］汚泥に前記アニオン性有機高分子凝集剤を添加して凝集処理した後、無機凝集剤及び／又はカチオン性有機高分子凝集剤を添加して凝集処理し、その後脱水処理する［５］に記載の汚泥脱水方法。
【００１８】
［７］前記アニオン性有機高分子凝集剤を溶解濃度１０重量％以上の水溶液として添加する［５］又は［６］に記載の汚泥脱水方法。
【００１９】
［８］前記汚泥が、ＣＳＴ／ｄｓ値が５０ｓｅｃ／％以上の難脱水性の汚泥である［５］ないし［７］のいずれかに記載の汚泥脱水方法。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、難脱水性の汚泥であっても、優れた脱水効果を得ることができ、脱水性とろ過速度の向上で低含水率の脱水ケーキを効率的に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施例II−１，比較例II−１，３のＰＡＣ添加量と凝集汚泥のＣＳＴ／ｄｓとの関係を示すグラフである。
【図２】実施例II−２，比較例II−２，４のＤＡＤＭＡＣ添加量と凝集汚泥のＣＳＴ／ｄｓとの関係を示すグラフである。
【図３】実施例III−１，比較例III−１のＰＡＣ添加量と凝集汚泥のＣＳＴ／ｄｓとの関係を示すグラフである。
【図４】実施例III−２，比較例III−２のＤＡＭ添加量と凝集汚泥のＣＳＴ／ｄｓとの関係を示すグラフである。
【図５】実施例III−３，比較例III−３のＤＡＤＭＡＣ添加量と凝集汚泥のＣＳＴ／ｄｓとの関係を示すグラフである。
【図６】実施例III−４，比較例III−４のエピクロ添加量と凝集汚泥のＣＳＴ／ｄｓとの関係を示すグラフである。
【図７】実施例VI−１，比較例VI−１のＰＡＣ添加量と凝集汚泥のＣＳＴ／ｄｓとの関係を示すグラフである。
【図８】実施例VI−２，比較例VI−２のＤＡＤＭＡＣ添加量と凝集汚泥のＣＳＴ／ｄｓとの関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００２３】
［作用機構］
本発明で用いる固有粘度３ｄｌ／ｇ以下のアニオン性有機高分子凝集剤は、従来、一般的な汚泥処理に用いられる分子量１０００万程度、固有粘度にして１５ｄｌ／ｇ程度、或いはそれ以上のアニオン性有機高分子凝集剤に比べて分子量は非常に小さいものである。このような低分子量アニオン性有機高分子凝集剤は、２０重量％程度の溶解濃度の水溶液として用いることができ、しかも、このような高濃度高分子溶液であっても粘性は低く、汚泥の粘性を増加させることで水抜けを悪化させるおそれがない。また、粘性が低いため、汚泥中の懸濁物質粒子との反応速度が速く、懸濁物質の凝結性を効果的に高めることができ、脱水性の向上、ろ過速度の向上で、低含水率の脱水ケーキを効率的に得ることができる。
【００２４】
しかも、低分子量アニオン性有機高分子凝集剤であれば、製品有り姿として２０重量％程度の水溶品を適用することができ、固形の高分子量アニオン性有機高分子凝集剤を０．１重量％程度の濃度に溶解する手間やアニオン性有機高分子凝集剤を溶解するための水が不要となり、薬品タンクの設置等において省スペース化が可能である。
【００２５】
また、このような低分子量アニオン性有機高分子凝集剤と無機凝集剤及び／又はカチオン性有機高分子凝集剤を併用した場合には、無機凝集剤又はカチオン性有機高分子凝集剤のみによる処理の場合に比べて、より一層優れた凝結作用で脱水効果をより一層高めることができる。
【００２６】
アニオン性有機高分子凝集剤と無機凝集剤及び／又はカチオン性有機高分子凝集剤を併用した場合の脱水性の向上効果の作用機構の詳細は明らかではないが、次のように推測される。
まず汚泥中の粘土粒子の正に帯電する端面に対してアニオン性有機高分子凝集剤のアニオン性基が吸着する。そして粘土粒子に対してアニオン性有機高分子凝集剤のノニオン性基が物理吸着することによって汚泥中の固形分を一次凝結させる。次に、カチオン成分である無機凝集剤及び／又はカチオン性有機高分子凝集剤の添加によって、汚泥中で負に帯電した粘土粒子の層面、もしくは先に添加したアニオン性有機高分子凝集剤のアニオン性基に対して、カチオン成分のカチオン性基が更に吸着し二次凝結をすることでカチオン成分単独で使用する場合よりも効果的な凝結作用が働き、高い脱水効果が得られる。
【００２７】
＜難脱水性の汚泥＞
本発明で処理対象とする汚泥は、土木・建設工事で発生する余剰汚泥、または下水、屎尿、鉄鋼排水、紙パルプ排水、食品工場排水、自動車工場排水、石油化学工場排水、機械工場排水の処理で発生する汚泥である。本発明の脱水剤は、ＰＡＣのみによる処理では十分な脱水性を得ることができない難脱水性の汚泥に対しても有効である。
【００２８】
本発明において、難脱水性の汚泥とはＣＳＴ（Capillary  Suction  Time）測定法（濾過・圧搾技術マニュアル  日本粉体工業技術協会編  ｐ305〜309）により評価したＣＳＴ値を汚泥中の総固形分濃度ｄｓで除したＣＳＴ／ｄｓ（ｓｅｃ／％）の値が５０ｓｅｃ／％以上の汚泥を指す。
ＣＳＴ測定では汚泥中の自由水が毛管現象によってろ紙を一定距離浸透する時間：ＣＳＴ値を測定する。ＣＳＴ値は汚泥の脱水性の指標となり、時間が短いほど脱水性に優れることを示す。
【００２９】
無処理でＣＳＴ／ｄｓの値が５０ｓｅｃ／％以上の汚泥は、シールド工事で発生する汚泥に対して標準仕様のＰＡＣを標準設計添加量の２５ｋｇ／ｓｓ−ｔ添加しても、十分な脱水効果が得られないことから、「難脱水性の汚泥」と定義する。
【００３０】
このような難脱水性の汚泥は、例えば、主に浚渫工事、ボーリング工事、杭工事、地中連続壁工事、シールド工事等の土木・建設工事、もしくは下水、屎尿、紙パルプ排水、食品工場排水、石油化学工場排水の処理等で発生する。
【００３１】
＜アニオン性有機高分子凝集剤＞
本発明で用いるアニオン性有機高分子凝集剤は、固有粘度３ｄｌ／ｇ以下のものである。固有粘度が３ｄｌ／ｇ以下のアニオン性有機高分子凝集剤は、分子量３００万以下の低分子量の水溶液アニオン性有機高分子凝集剤であり、５〜５０重量％、好ましくは１０〜４０重量％程度の比較的高濃度の水溶液（高分子溶液）として汚泥に添加することができる。
アニオン性有機高分子凝集剤の固有粘度が３ｄｌ／ｇを超えると、得られる高分子溶液の粘性が高いため、
（１）  汚泥そのものの粘性を増加し水抜けが悪化する
（２）  汚泥中の懸濁物質粒子との反応性が遅くなり、懸濁物質の凝結性が悪化する
ことから所期の効果が得られない
【００３２】
本発明で用いるアニオン性有機高分子凝集剤の固有粘度は、２．５ｄｌ／ｇ以下であることがより好ましい。アニオン性有機高分子凝集剤の固有粘度の下限は、通常０．１ｄｌ／ｇである。固有粘度が０．１ｄｌ／ｇ以下のアニオン性有機高分は懸濁物質に対して分散剤として作用し、凝集剤として機能しない。
【００３３】
ここで、アニオン性有機高分子凝集剤の固有粘度とは、１規定の硝酸ナトリウム水溶液中で３０℃で測定した値である。
【００３４】
本発明で用いるアニオン性有機高分子凝集剤としては、上記固有粘度を満たすものであればよく特に制限はないが、アニオン性有機高分子凝集剤としての効果を得る上で、ポリマー中にアニオン性基を５ｍｏｌ％以上、特に１０ｍｏｌ％以上含有するものが好ましい。アニオン性基の含有量が５ｍｏｌ％未満ものは、アニオン性有機高分子凝集剤としての効果が得られない場合がある。
【００３５】
アニオン性有機高分子凝集剤の原料としてのアニオン性モノマーとしては、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、フマール酸、イタコン酸等のカルボン酸や、スチレンスルホン酸、ビニルスルホン酸、アリールスルホン酸、２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸、３−アリロキシ−２−ヒドロキシプロパンスルホン酸等のスルホン酸あるいはこれらの塩等が例示される。
【００３６】
アニオン性有機高分子凝集剤は、これらのアニオン性モノマーの１種又は２種以上のホモポリマー又はコポリマー（アニオン性基含有量１００ｍｏｌ％）であってもよく、上記アニオン性モノマーの１種又は２種以上と、アクリルアミドやメタクリルアミド等のノニオン性モノマーの１種又は２種以上とのコポリマーであってもよい。アニオン性有機高分子凝集剤がアニオン性モノマーとノニオン性モノマーとのコポリマーの場合、アニオン性基を５〜９０ｍｏｌ％、ノニオン性基を１０〜９５ｍｏｌ％含むものが好ましい。
【００３７】
アニオン性有機高分子凝集剤は１種のみを用いてもよく、モノマー組成や固有粘度の異なるものの２種以上を併用してもよい。
【００３８】
前述の通り、アニオン性有機高分子凝集剤は５〜５０重量％程度の水溶液として汚泥に添加される。
【００３９】
＜無機凝集剤＞
アニオン性有機高分子凝集剤と併用する無機凝集剤としては、塩化アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）、硫酸アルミニウム（硫酸バンド）、アルミン酸ソーダ、塩化第一鉄、塩化第二鉄、硫酸鉄、消石灰、塩化カルシウム、ホウ酸ソーダ、珪酸ソーダ等の水溶性金属塩が挙げられるが、特に価数の高いアルミニウム塩が効率的であり、好適に使用される。
無機凝集剤は１種のみを用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００４０】
＜カチオン性有機高分子凝集剤＞
アニオン性有機高分子凝集剤と併用するカチオン性有機高分子凝集剤としては、カチオン性有機高分子凝集剤としての効果を得る上で、ポリマー中にカチオン性基を５ｍｏｌ％以上、特に１０ｍｏｌ％以上含有するものが好ましい。カチオン性基の含有量が５ｍｏｌ％未満であると、カチオン性有機高分子凝集剤としての効果が得られない場合がある。
【００４１】
カチオン性有機高分子凝集剤の原料としてのカチオン性モノマーとしては、アクリレート系、メタクリレート系、ジアリルアミン系、アルキルアミン・エピクロルヒドリン縮合物系、イミン系、ポリビニルアミジン系、アクリルアミドのマンニッヒ変性物系の化合物あるいはこれらの塩もしくは四級化物等が例示される。
【００４２】
カチオン性有機高分子凝集剤としては、例えばアクリルアミドやメタクリルアミド等のノニオン性モノマの１種又は２種以上と上記のカチオン性モノマーの１種又は２種以上とのコポリマー（好ましくはカチオン性基含有量５ｍｏｌ％以上、特に１０ｍｏｌ％以上で、ノニオン性基含有量５ｍｏｌ％以上、特に１０ｍｏｌ％以上）や、カチオン性モノマーの１種又は２種以上のみからなるホモポリマー又はコポリマー（カチオン性基含有量１００ｍｏｌ％）が挙げられる。
【００４３】
なお、カチオン性有機高分子凝集剤の固有粘度には特に制限はなく、汎用の固有粘度０．１〜１５ｄｌ／ｇ程度のものを用いることができる。
ここで、カチオン性有機高分子凝集剤の固有粘度は１規定の硝酸ナトリウム水溶液中で３０℃で測定した値である。
【００４４】
カチオン性有機高分子凝集剤は１種のみを用いてもよく、モノマー組成や固有粘度等の異なるものの２種以上を併用してもよい。
【００４５】
カチオン性有機高分子凝集剤は通常０．１〜５０重量％程度の水溶液として汚泥に添加される。
【００４６】
＜凝集・脱水方法＞
本発明においては、汚泥に前述のアニオン性有機高分子凝集剤のみを添加して凝集、脱水処理してもよいし、アニオン性有機高分子凝集剤と無機凝集剤及び／又はカチオン性有機高分子凝集剤とを併用添加して凝集、脱水処理してもよい。無機凝集剤及び／又はカチオン性有機高分子凝集剤を併用する場合、その添加順序としては、アニオン性有機高分子凝集剤を添加した後、無機凝集剤及び／又はカチオン性有機高分子凝集剤を添加してもよく、無機凝集剤及び／又はカチオン性有機高分子凝集剤を添加した後アニオン性有機高分子凝集剤を添加してもよいが、望ましくは、アニオン性有機高分子凝集剤を先に添加して凝集処理した後、無機凝集剤及び／又はカチオン性有機高分子凝集剤を添加して凝集処理する方法が、脱水効果の面で好ましい。
【００４７】
従って、本発明の汚泥脱水剤がアニオン性有機高分子凝集剤と無機凝集剤及び／又はカチオン性有機高分子凝集剤を含む場合、アニオン性有機高分子凝集剤と無機凝集剤及び／又はカチオン性有機高分子凝集剤とは別薬剤として含まれる。
【００４８】
汚泥脱水剤としてアニオン性有機高分子凝集剤のみを用いる場合、アニオン性有機高分子凝集剤の添加量は汚泥性状によって異なり、特に制限はないが、ＣＳＴ／ｄｓ値５０〜５００ｓｅｃ／％程度の難脱水性の汚泥の場合、純分（アニオン性有機高分子凝集剤）の添加量として０．０１〜１ｋｇ／ｍ３程度添加して２０秒〜５分程度撹拌等により混合して凝集処理し、その後脱水処理することが好ましい。
【００４９】
汚泥脱水剤としてアニオン性有機高分子凝集剤と無機凝集剤及び／又はカチオン性有機高分子凝集剤とを用いる場合、各凝集剤の添加量は汚泥性状によって異なり特に制限はないが、ＣＳＴ／ｄｓ値５０〜５００ｓｅｃ／％程度の難脱水性の汚泥の場合、アニオン性有機高分子凝集剤を純分（アニオン性有機高分子凝集剤）の添加量として０．０１〜１ｋｇ／ｍ３程度添加して２０秒〜５分程度撹拌等により混合して凝集処理した後、無機凝集剤の場合は純分（無機凝集剤）として０．１〜５ｋｇ／ｍ３程度、カチオン性有機高分子凝集剤の場合は純分（カチオン性有機高分子凝集剤）として０．１〜５ｋｇ／ｍ３程度添加して２０秒〜５分程度撹拌等により混合して凝集処理した後、脱水処理することが好ましい。
【００５０】
汚泥脱水剤と汚泥との混合は、移送配管内で行ってもよく、別途設けた凝集反応槽で行ってもよい。また、遠心脱水機のように混合機構を有する脱水機であれば、脱水前の混合工程を省略することができる。
【００５１】
凝集反応槽としては、撹拌羽のついた縦型の一般的な凝集反応槽を用いることができ、特別な反応装置は必要としない。また、適用できる脱水機にも特に制限はなく、多重円盤脱水機、スクリュープレス脱水機、回転加圧（ロータリー）脱水機、フィルタープレス脱水機、ベルトプレス脱水機、遠心脱水機等、様々な脱水機を適用することができるが、本発明の汚泥脱水剤を用いる汚泥脱水方法では、特にろ過速度の向上効果に優れるため、ろ過速度が重視されるフィルタープレス脱水機による脱水が好ましい。
【００５２】
本発明によれば、このような脱水処理により、従来の汚泥脱水剤及び汚泥脱水方法に比較して低含水率の脱水ケーキを効率的に得ることができる。得られた脱水ケーキは焼却処分又は埋め立て処分などに供される。
【実施例】
【００５３】
以下に、実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。
【００５４】
［脱水性の評価方法］
汚泥の脱水性は、ＣＳＴ（Capillary  Suction  Time）測定法により、以下の条件で評価した。
・ろ紙：Ｗｈａｔｍａｎ社製「クロマトグラフィー用ペーパー  Ｎｏ．１７」
１０５℃にて１時間乾燥後のろ紙を用いた。
・測定：凝集汚泥中のろ水が毛管現象によってろ紙を１ｃｍ浸透する時間（ＣＳＴ）を測定し、この値を被処理汚泥の総固形分濃度ｄｓで除した値（ＣＳＴ／ｄｓ（ｓｅｃ／％））を求めた。
なお、凝集汚泥のＣＳＴ／ｄｓ値は１０ｓｅｃ／％以下であると実現場においても十分な脱水性を得ることができるとしており、１０ｓｅｃ／％以下が目標値となる。
【００５５】
［被処理汚泥］
処理した難脱水性汚泥の性状は下記表１の通りである。
【００５６】
【表１】
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【００５７】
［凝集剤］
凝集剤としては以下のものを用いた。
【００５８】
＜アニオン性有機高分子凝集剤＞
下記表２に示す固有粘度及びアニオン性基含有量のアクリルアミド−アクリル酸ナトリウム共重合体を用いた。
【００５９】
【表２】
2018114456.tif 000004
【００６０】
＜無機凝集剤＞
ＰＡＣ：ポリ塩化アルミニウム１０〜１１重量％水溶液（タイパック（大明化学工業株式会社））
【００６１】
＜カチオン性有機高分子凝集剤＞
ＤＡＤＭＡＣ：ポリジアリルジメチルアンモニウムクロライド（固有粘度：０．７ｄｌ／ｇ、カチオン性基含有量：１００ｍｏｌ％）
ＤＡＭ：ポリ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（固有粘度：０．５ｄｌ／ｇ、カチオン性基含有量：１００ｍｏｌ％）
エピクロ：アルキルアミン−エピクロルヒドリン重縮合物（固有粘度：０．１ｄｌ／ｇ、カチオン性基含有量：１００ｍｏｌ％）
【００６２】
［難脱水性の汚泥に対するアニオン性有機高分子凝集剤単独処理の効果の検証：実施例Ｉ−１〜１０、比較例Ｉ−１，２］
＜試験方法＞
汚泥Ａ（無処理時のＣＳＴ／ｄｓ：１２４（ｓｅｃ／％））に対して、表３に記載のアニオン性有機高分子凝集剤を表３に示す溶解濃度の水溶液として、表３に記載の純分添加量（アニオン性有機高分子凝集剤としての添加量）となるように添加して３０秒撹拌した。得られた凝集汚泥をＣＳＴ測定の試料として脱水性を評価し、結果を表３に示した。
なお、表３に記載のＣＳＴ／ｄｓ値はアニオン性有機高分子凝集剤の純分で０．６ｋｇ／ｍ３まで添加した中で最小値を示したＣＳＴ／ｄｓ値を表記している。また、純分添加量は、ＣＳＴ／ｄｓ値が最小値を示した時のアニオン性有機高分子凝集剤添加量である。
【００６３】
【表３】
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【００６４】
＜考察＞
表３より以下のことが分かる。
無処理の汚泥ＡのＣＳＴ／ｄｓ値が１２４ｓｅｃ／％であるのに対して、実施例Ｉ−１〜１０で用いた固有粘度３．０ｄｌ／ｇ以下の低分子量のアニオン性有機高分子凝集剤では、ほぼ全ての条件でＣＳＴ／ｄｓ値が４０ｓｅｃ／％以下と、対無処理比で７０%近い脱水性の改善効果を示した。一方で、比較例Ｉ−１，２で用いた固有粘度１４．０ｄｌ／ｇ以上のアニオン性有機高分子凝集剤を単独で添加した場合は実施例のような良好な脱水性の改善効果は確認できない。
本実施例より固有粘度３．０ｄｌ／ｇ以下の低分子量のアニオン性有機高分子凝集剤を適用することで、良好な脱水性の改善効果が得られることが分かる。
【００６５】
アニオン性有機高分子凝集剤を単独で添加して脱水性を改善する効果のあるものを適用すれば、無機凝集剤又はカチオン性有機高分子凝集剤と併用した場合により良好な脱水処理効果が得られると推定されることから、以下にその効果を検証する。
【００６６】
［難脱水性の汚泥に対する無機凝集剤又はカチオン性有機高分子凝集剤との併用効果の検証：実施例II−１，２、比較例II−１〜４］
＜試験方法＞
無機凝集剤としてＰＡＣ、カチオン性有機高分子凝集剤としてＤＡＤＭＡＣを用い、ＤＡＤＭＡＣは１０重量％の水溶液として用いた。
【００６７】
難脱水性の汚泥Ａに対して、表４に記載のアニオン性有機高分子凝集剤を溶解濃度０．２重量％の水溶液として純分添加量が０．０７５ｋｇ／ｍ３となるように添加して３０秒撹拌した後に、ＰＡＣ又はＤＡＤＭＡＣを添加量を変えて添加して３０秒撹拌し、得られた凝集汚泥をＣＳＴ測定の試料として脱水性を評価した。
【００６８】
ここでは、アニオン性有機高分子凝集剤による泥水の希釈倍数を統一するため、実施例で用いたアニオン性有機高分子凝集剤の溶解濃度も比較例の溶解濃度の上限と同じ０．２重量％とした。
【００６９】
ＰＡＣ添加量又はＤＡＤＭＡＣ添加量と凝集汚泥の評価結果との関係を図１，２にそれぞれ示す。
【００７０】
【表４】
2018114456.tif 000006
【００７１】
＜考察＞
図１，２に示すように、実施例II−１，２では、ＰＡＣ、ＤＡＤＭＡＣを添加せずともアニオン性有機高分子凝集剤を添加したのみでＣＳＴ／ｄｓ＝１０ｓｅｃ／％以下が達成できる。
一方で比較例II−１〜４では、ＰＡＣ、ＤＡＤＭＡＣの添加量を増加させることでＣＳＴ／ｄｓを低減させることは可能であるが、実施例と比較すると脱水効果に劣る。
【００７２】
これらの結果から、無機凝集剤又はカチオン性有機高分子凝集剤と併用した場合においても、高分子量のアニオン性有機高分子凝集剤よりも低分子量のアニオン性有機高分子凝集剤の方が脱水効果に優れることが分かる。
【００７３】
そこで、低分子量アニオン性有機高分子凝集剤をカチオン成分である無機凝集剤又はカチオン性有機高分子凝集剤に併用した場合の脱水効果を以下に検証した。
【００７４】
［難脱水性の汚泥に対するカチオン成分と低分子量アニオン性有機高分子凝集剤の併用効果の検証：実施例III−１〜４、比較例III−１〜４］
＜試験方法＞
無機凝集剤としてＰＡＣ、カチオン性有機高分子凝集剤としてＤＡＭ、ＤＡＤＭＡＣ、又はエピクロを用い、ＤＡＭとＤＡＤＭＡＣは溶解濃度１０重量％の水溶液、エピクロは溶解濃度５０重量％の水溶液として用いた。
【００７５】
実施例III−１〜４では、難脱水性の汚泥Ｂに、アニオン性有機高分子凝集剤Ｎｏ．７（固有粘度：２．３ｄｌ／ｇ、アニオン性基含有量：８１ｍｏｌ％）を溶解濃度１５．０重量％の水溶液として、純分添加量０．２３ｋｇ／ｍ３となるように添加して３０秒撹拌した後に、表５に示す無機凝集剤又はカチオン性有機高分子凝集剤を添加量を変えて添加して３０秒撹拌した。得られた凝集汚泥をＣＳＴ測定の試料として脱水性を評価した。
比較例III−１〜４では、アニオン性有機高分子凝集剤を添加せず、汚泥Ｂに対して表５に示す無機凝集剤又はカチオン性有機高分子凝集剤を添加量を変えて添加して３０秒撹拌した。得られた凝集汚泥をＣＳＴ測定の試料として脱水性を評価した。
【００７６】
【表５】
2018114456.tif 000007
【００７７】
無機凝集剤添加量又は各カチオン性有機高分子凝集剤添加量と凝集汚泥の評価結果との関係を図３〜６にそれぞれ示す。
【００７８】
＜考察＞
図３〜６に示すように、無機凝集剤又はカチオン性有機高分子凝集剤のみを使用した場合は凝集汚泥のＣＳＴ／ｄｓ＝１０ｓｅｃ／％を得るための必要添加量はＰＡＣの場合１５ｋｇ／ｍ３以上、カチオン性有機高分子凝集剤の場合は純分添加濃度で１．５ｋｇ／ｍ３以上である（比較例III−１〜４）。一方で、低分子量アニオン性有機高分子凝集剤と無機凝集剤又はカチオン性有機高分子凝集剤を併用した場合は、ＰＡＣでは３ｋｇ／ｍ３、カチオン性有機高分子凝集剤では純分添加濃度で０．５ｋｇ／ｍ３以下で１０ｓｅｃ／％を達成できる（実施例III−１〜４）。
【００７９】
以上より、無機凝集剤又はカチオン性有機高分子凝集剤のみを使用するよりも、低分子量のアニオン性有機高分子凝集剤を併用した方が、無機凝集剤又はカチオン性有機高分子凝集剤の添加量、更には凝集剤の総添加量を大幅に削減できることが分かる。
上記のような効果を得る作用機構については、前述の通り推測される。
【００８０】
本実施例より本発明で用いる低分子量のアニオン性有機高分子凝集剤は種々難脱水性の汚泥に適用可能であることが分かる。また併用するカチオン成分はその組成を問わず、カチオン成分単独で脱水処理するよりもカチオン成分の必要添加量を低減した上で良好な脱水効果が得られることがわかる。
【００８１】
［難脱水性の汚泥に対するアニオン性有機高分子凝集剤単独でのフィルタープレスによる脱水効果の検証：実施例IV−１、比較例IV−１〜３］
＜試験方法＞
以下の実験室用フィルタープレスを使用し、以下の条件で難脱水性の汚泥Ａの脱水試験を行った。
試験用フィルタープレス：丸型フィルタープレス（日鉄住金環境株式会社）
濾過面積：０．００８ｍ２
濾室容積：０．２５１Ｌ
濾布：１０００ｃｍ３／ｃｍ２／ｍｉｎのポリプロピレン濾布
試験方法：脱水剤を混合した供試汚泥をろ室に５ｋｇｆ／ｃｍ２の圧力で連続的に圧入し、１時間後に試験終了し、得られた脱水ケーキの含水率より、脱水性とろ過速度（脱水速度）を評価した。
試料調整：難脱水性の汚泥Ａに対してアニオン性有機高分子凝集剤又はＰＡＣを単独で添加し、６０秒撹拌した。得られた凝集汚泥をフィルタープレスろ過試験用の試料として供した。なお、実施例IV−１、比較例IV−１，２では、表６に記載のアニオン性有機高分子凝集剤を表６に示す溶解濃度で表６に示す純分添加量となるように添加した。比較例IV−３ではＰＡＣを表６に示す添加量で添加した。
【００８２】
【表６】
2018114456.tif 000008
【００８３】
＜考察＞
表６に示すように、本発明の低分子量のアニオン性有機高分子凝集剤を用いた実施例IV−１と、従来の高分子量のアニオン性有機高分子凝集剤を用いた比較例IV−１，２を比較すると、実施例IV−１の方がケーキ含水率、脱水速度がそれぞれ５％以上、２０％以上優れる。また、比較例IV−３のように、泥水式シールド工法で発生する汚泥の脱水処理として標準仕様のＰＡＣを標準設計添加量の２５ｋｇ／ｓｓ−ｔ添加した場合よりも、実施例IV−１では良好な脱水処理が可能であることも分かる。
これらの結果から、固有粘度３ｄｌ／ｇ以下のアニオン性有機高分子凝集剤であれば、アニオン性有機高分子凝集剤の単独処理でも十分な脱水処理が可能であることが分かる。
【００８４】
［難脱水性の汚泥に対するカチオン成分と低分子量アニオン性有機高分子凝集剤併用でのフィルタープレスによる脱水効果の検証：実施例Ｖ−１，２、比較例Ｖ−１〜４］
＜試験方法＞
実施例IV−１で用いたものと同じ実験室用フィルタープレス、濾室、濾布を使用し、難脱水性の汚泥Ｂの脱水試験を行った。
試験方法：脱水剤を混合した供試汚泥をろ室に６ｋｇｆ／ｃｍ２の圧力で連続的に圧入し、２時間後に試験終了し、得られた脱水ケーキの含水率より、脱水性とろ過速度（脱水速度）を評価した。
試料調整：
（アニオン性有機高分子凝集剤とカチオン成分を併用する場合）
汚泥Ｂに対して表７に示すアニオン性有機高分子凝集剤を表７に示す溶解濃度で表７に示す純分添加量となるように添加し、６０秒撹拌した後に、ＰＡＣ又はＤＡＤＭＡＣを溶解濃度１０重量％の水溶液として表７に示す純分添加量となるように添加し、６０秒撹拌した。得られた凝集汚泥をフィルタープレスろ過試験用の試料として供した。
（カチオン成分のみ添加する場合）
汚泥Ｂに対してＰＡＣ又はＤＡＤＭＡＣを溶解濃度１０重量％の水溶液として表７に示す純分添加量となるように添加し、６０秒撹拌した。得られた凝集汚泥をフィルタープレスろ過試験用の試料として供した。
【００８５】
【表７】
2018114456.tif 000009
【００８６】
＜考察＞
表７に示すように、本発明に従って低分子量のアニオン性有機高分子凝集剤をカチオン成分と併用した場合（実施例Ｖ−１，２）は、高分子量のアニオン性有機高分子凝集剤とカチオン成分を併用した場合（比較例Ｖ−１，２）と標準仕様のＰＡＣ処理した場合（比較例Ｖ−３）よりも１０％近くケーキ含水率を低減でき、かつ脱水速度も１ｋｇ−ｄｓ／ｍ２／ｈ以上速くすることができる。
本実施例より、本発明によれば、実機に近い条件においても難脱水性の汚泥に対して良好な脱水性が得られることがわかる。
【００８７】
［通常の脱水性の汚泥に対する低分子量アニオン性有機高分子凝集剤とカチオン成分との併用効果の検証：実施例VI−１，２、比較例VI−１，２］
＜試験方法＞
無機凝集剤としてＰＡＣ、カチオン性有機高分子凝集剤としてＤＡＤＭＡＣを用い、ＤＡＤＭＡＣは１０重量％の水溶液として用いた。
【００８８】
実施例VI−１，２では、通常の脱水性の汚泥Ｃに、アニオン性有機高分子凝集剤Ｎｏ．７（固有粘度：２．３ｄｌ／ｇ、アニオン性基含有量：８１ｍｏｌ％）を溶解濃度１５．０重量％の水溶液として、純分添加量０．１５ｋｇ／ｍ３となるように添加して３０秒撹拌した後に、表８に示す無機凝集剤又はカチオン性有機高分子凝集剤を添加量を変えて添加して３０秒撹拌した。得られた凝集汚泥をＣＳＴ測定の試料として脱水性を評価した。
比較例VI−１，２では、アニオン性有機高分子凝集剤を添加せず、汚泥Ｃに対して表８に示す無機凝集剤又はカチオン性有機高分子凝集剤を添加量を変えて添加して３０秒撹拌した。得られた凝集汚泥をＣＳＴ測定の試料として脱水性を評価した。
【００８９】
【表８】
2018114456.tif 000010
【００９０】
無機凝集剤添加量又は各カチオン性有機高分子凝集剤添加量と凝集汚泥の評価結果との関係を図７、８にそれぞれ示す。
【００９１】
＜考察＞
図７，８に示すように、無機凝集剤又はカチオン性有機高分子凝集剤のみを使用した場合は凝集汚泥のＣＳＴ／ｄｓ＝１０ｓｅｃ／％を得るための必要添加量はＰＡＣの場合１５ｋｇ／ｍ３以上、カチオン性有機高分子凝集剤の場合は純分添加濃度で１．５ｋｇ／ｍ３以上である（比較例VI−１，２）。一方で、低分子量アニオン性有機高分子凝集剤と無機凝集剤又はカチオン性有機高分子凝集剤を併用した場合は、ＰＡＣでは５ｋｇ／ｍ３、カチオン性有機高分子凝集剤では純分添加濃度で０．１ｋｇ／ｍ３以下で１０ｓｅｃ／％を達成できる（実施例VI−１，２）。
【００９２】
本実施例より本発明で用いる低分子量のアニオン性有機高分子凝集剤は通常の脱水性の汚泥に対してもカチオン成分単独で添加するよりも良好な脱水性を得ることができ、適用可能であることが分かる。
【図１】
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【図２】
2018114456.tif 000012
【図３】
2018114456.tif 000013
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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