(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維状物の横断面外周面に形成された凸部と凹部が、長手方向に沿って延在し、
当該凹部には、汚泥が接触する際に毛細管作用により水分を移送する水分移送路として作用する筋が繊維の長手方向に沿って延在して形成され、
当該繊維状物が、複数集合して成ることを特徴とする汚泥用脱水助剤。
【請求項２】
前記繊維状物又は繊維は、再生セルロース繊維であることを特徴とする、請求項１に記載の汚泥用脱水助剤。
【請求項３】
前記繊維状物又は繊維は、含水率が３０〜８０質量％の範囲にあることを特徴とする請求項１又は２に記載の汚泥用脱水助剤。
【請求項４】
前記繊維状物又は繊維は、１ｍｍ〜５０ｍｍの繊維長と、１μｍ〜１００μｍの繊維径とを有することを特徴とする、請求項１〜３の何れか１項に記載の汚泥用脱水助剤。
【請求項５】
前記繊維状物又は繊維は、その断面形状がＹ型、Ｘ型、Ｔ型のいずれかに形成されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の汚泥用脱水助剤。
【請求項６】
前記繊維状物又は繊維は、隣接する凸部の頂点を結ぶ接線と凹部の最深部の頂点までの距離が０．１〜５μｍの範囲に形成されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の汚泥用脱水助剤。
【請求項７】
前記繊維は、乾燥状態での比重が１．４以上であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の汚泥用脱水助剤。
【請求項８】
高分子凝集剤を有機性汚泥に添加して、有機性汚泥を凝集させた後、加圧脱水又は機械脱水する汚泥の脱水方法において、
繊維状物の横断面外周面に形成された凸部と凹部が、長手方向に沿って延在し、当該凹部には、汚泥が接触する際に毛細管作用により水分を移送する水分移送路として作用する筋が繊維の長手方向に沿って延在して形成され、当該繊維状物が複数集合して成る汚泥用脱水助剤を、汚泥濃縮工程、凝集工程、加圧脱水又は機械脱水工程の少なくとも１において、有機性汚泥に添加することを特徴とする汚泥の脱水方法。
【請求項９】
前記脱水助剤を高分子凝集剤と混合して調製した脱水助剤含有高分子凝集剤液を、前記凝集工程において有機性汚泥に添加して、当該有機性汚泥を凝集させた後、加圧脱水又は機械脱水することを特徴とする、請求項８に記載の汚泥の脱水方法。
【請求項１０】
前記凝集工程と前記加圧脱水又は機械脱水工程との間に、凝集した有機性汚泥を濾過濃縮する濾過濃縮工程をさらに具備することを特徴とする請求項８又は９に記載の汚泥の脱水方法。
【請求項１１】
有機性汚泥に高分子凝集剤を添加して凝集フロックを形成し、当該凝集フロックを脱水する汚泥の脱水装置であって、
当該有機性汚泥を貯留する汚泥貯留槽と、
当該有機性汚泥に高分子凝集剤を添加して凝集フロックを形成させる凝集槽と、
当該凝集フロックを脱水する加圧脱水機又は機械脱水機と、
当該高分子凝集剤を調製する高分子凝集剤溶解装置と、
繊維状物の横断面外周面に形成された凸部と凹部が、長手方向に沿って延在し、当該凹部には、汚泥が接触する際に毛細管作用により水分を移送する水分移送路として作用する筋が繊維の長手方向に沿って延在して形成され、当該繊維状物が複数集合して成る汚泥用脱水助剤を、有機性汚泥に添加する脱水助剤供給機と、を具備し、
当該脱水助剤供給機は、当該汚泥貯留槽、当該凝集槽、当該機械脱水機又は当該高分子凝集剤溶解装置の少なくとも１に、当該脱水助剤を供給することを特徴とする、汚泥脱水装置。
【請求項１２】
前記脱水助剤供給機は、前記脱水助剤を前記高分子凝集剤溶解装置に供給し、脱水助剤と高分子凝集剤とを混合して調製した脱水助剤含有高分子凝集剤液を前記凝集槽に添加することを特徴とする、請求項１１に記載の汚泥脱水装置。
【請求項１３】
前記凝集槽と前記加圧脱水機又は機械脱水機との間に、凝集した有機性汚泥を濾過濃縮する濾過濃縮部が設けられている、請求項１１又は１２に記載の汚泥脱水装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下水処理施設、し尿処理施設、その他排水処理施設から発生する汚泥を脱水処理する為に使用する脱水助剤、並びに、当該脱水助剤を用いた汚泥の脱水方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から下水処理施設、し尿処理施設、その他排水処理施設から発生する汚泥（以下「汚泥」という）に、有機高分子凝集剤を添加して機械脱水する処理が行われている。しかし、近年の生活様式の変化等により汚泥が難脱水性となったため、機械脱水処理を行っても汚泥の含水率を低下させることが難しくなっている。特に、オキシデーションディッチ処理された汚泥の脱水性は、混合生汚泥、活性汚泥の余剰汚泥、消化汚泥等に比較して脱水性が非常に悪い。これは、オキシデーションディッチ法におけるエアレーション時間が非常に長いため、硝化・脱窒が進行して、汚泥中の繊維分がかなり分解され、凝集の核となる汚泥中の繊維分が少なくなるためであると考えられている。更には、ベルトプレス脱水機やフィルタープレス脱水機のような加圧式脱水機を使用する場合には、ろ布からの脱水ケーキの剥離性が悪く、ろ布が目詰まりするため、ろ過不良を起し、安定した脱水ができなくなるばかりでなく、ろ布の洗浄に時間が掛かるといった問題も生じている。
【０００３】
し尿処理施設においては、生物処理の前段に設けられているスクリーンにより汚泥から殆どの夾雑物が除去されるため、発生する汚泥には繊維分が少なくなり、汚泥の含水率を低下させることが難しい。
【０００４】
また、廃棄物の再利用の観点から、汚泥のコンポスト化が推進されている。コンポスト化処理の場合、対象汚泥の含水率を４０〜６０％にする必要がある。また、コンポスト化においては、脱水処理で使用する薬剤等は生分解性（微生物で分解できる）であることが必要である。
【０００５】
汚泥の含水率を低下させる手段として、汚泥に繊維状物を混合した後に高分子凝集剤を添加して脱水する方法が提案されている。例えば、有機性汚泥に、合成繊維と凝集剤を添加した後、脱水処理する方法（特開２００２−２１９５００号公報）などが提案されている。当該方法では、従来の古紙裁断物を添加する方法と比較して、少ない添加量でも含水率が低い脱水ケーキが得られる。
【０００６】
汚泥に合成繊維を混合する方法では、ある程度のケーキ含水率の低減が可能である。しかし、本発明者の検討によれば、合成繊維の汚泥に対する濡れ性が不十分な場合には、槽内全体を十分に攪拌できる装置を具備していない汚泥貯留槽などへ合成繊維を投入する場合に、汚泥中での開繊が困難であり、合成繊維を汚泥中に均一に混合することができないことが判明した。また、合成繊維を汚泥中に均一に混合できたとしても、脱水機内で圧搾される時に汚泥から合成繊維が分離してしまい、脱水に寄与できないために安定した脱水処理ができないことが判明した。また、繊維状物の中には、微生物で分解され難いものもあり、コンポスト化には不向きな場合もある。
【０００７】
また、本発明者らが検討した結果、公知の合成繊維は、理由は明らかではないが、汚泥の性状によってはケーキ含水率を低減させる効果がほとんど得られない場合があり、合成繊維を添加するだけでは根本的な解決にはなっていないことが判明した。
【０００８】
合成繊維を用いて、脱水ケーキの含水率を低下させる技術は、上記のとおり検討されている。しかし、従来技術の殆どは、合成繊維の素材、太さ、及び長さを調節して含水率を低下させようとしている。しかし、本発明者らが検討した結果、単に合成繊維の素材、太さ及び長さを調節するだけでは、難脱水性汚泥を機械脱水しても脱水ケーキの含水率を十分に低下させることはできないことが判明した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００２−２１９５００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記公知技術の欠点を解決し、難脱水性の汚泥から含水率の低い脱水ケーキを得ることができる脱水助剤、並びに当該脱水助剤を用いる汚泥の脱水方法及び装置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】
上記課題を解決するために、本発明者らが鋭意研究した結果、繊維の断面形状が汚泥の脱水性に影響を与えることがわかった。本発明は、かかる知見に基づいてなされた新規な汚泥脱水法である。
【００１２】
本発明者らは、単繊維の横断面の外周部に凹凸部を５〜２０箇所有し、かつ前記凹部の繊維軸方向に連続的な条痕を連続的に有する繊維状物を汚泥用脱水助剤として使用すると、汚泥の脱水率が向上することを見いだした。汚泥用脱水助剤を構成する各繊維の横断面には、外周部に５〜２０箇の凹凸部が存在する。凹部には、繊維軸方向すなわち繊維の長手方向に連続する条痕すなわち筋が存在する。
【００１３】
したがって、本発明によれば、複数の繊維が集合してなり、各繊維の外周面に繊維の長手方向に沿って延在する５〜２０個の凹部を有し、当該凹部には、汚泥が接触する際に毛細管作用により水分を移送する水分移送路として作用する筋が繊維の長手方向に沿って延在する、ことを特徴とする汚泥用脱水助剤が提供される。
【００１４】
前記汚泥用脱水助剤において、前記繊維は、再生セルロース繊維であることが好ましい。前記繊維は乾燥状態ではなく、含水率が３０〜８０質量％の範囲にあることが好ましい。また、繊維の長さは１ｍｍ〜５０ｍｍであり、繊維径は１μｍ〜１００μｍであることが好ましい。
【００１５】
本発明によれば、前記汚泥用脱水助剤を用いる汚泥の脱水方法が提供される。本発明の汚泥の脱水方法は、有機性汚泥に、前記汚泥用脱水助剤を添加して混合した後に、高分子凝集剤を添加して有機性汚泥を凝集させ、次いで機械脱水する態様、有機性汚泥に、前記汚泥用脱水助剤と高分子凝集剤とを混合してなる脱水助剤含有高分子凝集剤液を添加して有機性汚泥を凝集させ、次いで機械脱水する態様、又は、有機性汚泥に、前記汚泥用脱水助剤と高分子凝集剤とを同時に添加して有機性汚泥を凝集させ、機械脱水する態様のいずれかを含む。
【００１６】
さらに、本発明によれば、前記汚泥用脱水助剤を用いる有機性汚泥を機械脱水する汚泥脱水装置が提供される。本発明の汚泥脱水装置は、汚泥貯留槽と、凝集槽と、機械脱水機と、有機性汚泥に前記汚泥脱水助剤を供給する脱水助剤供給機と、前記凝集槽に供給する高分子凝集剤を溶解する高分子凝集剤溶解装置と、を具備する。前記脱水助剤供給機は、前記汚泥貯留槽、前記凝集槽、前記機械脱水機又は前記高分子凝集剤溶解装置の１以上に配管を介して接続されている。前記高分子凝集剤溶解装置は、凝集槽に配管を介して接続されている。
【００１７】
本発明の汚泥脱水装置は、前記汚泥貯留槽の前段に汚泥濃縮槽を設けてもよい。前記汚泥濃縮槽は前記脱水助剤供給機に接続されていてもよい。また、本発明の汚泥脱水装置において、前記凝集槽と前記機械脱水機の間に、回転する一群の楕円板を備えたスリットセイバー、あるいは凝集槽出口から下方に傾斜したスクリーンなどの濾過濃縮部を設けてもよい。本発明の汚泥脱水装置において、前記機械脱水機として、スクリュープレス脱水機を用いることが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、特異な断面形状を有する繊維からなる汚泥脱水助剤を用いることにより、難脱水性の汚泥においても、従来の合成繊維を添加する方法と比較して少量の添加量で脱水ケーキの含水率を良好に低下させることができる。また、本発明の汚泥脱水助剤を用いることにより、加圧脱水の場合に、脱水ケーキを濾布から容易に剥離することができ、濾布の目詰まりを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の汚泥脱水装置の一例を示すフロー構成図。
【図２】本発明の汚泥脱水装置の他の例を示すフロー構成図。
【図３】本発明の汚泥脱水装置の他の例を示すフロー構成図。
【図４】脱水助剤Ａ，Ｂ，Ｅ，Ｇ（実施例）を構成する繊維の断面斜視図。
【図５】脱水助剤Ｃ，Ｄ（実施例）を構成する繊維の断面斜視図。
【図６】脱水助剤Ｆ（実施例）を構成する繊維の断面斜視図。
【図７】脱水助剤Ｈ（実施例）を構成する繊維の断面斜視図。
【図８】脱水助剤Ｉ（比較例）を構成する繊維の断面斜視図。
【図９】従来における脱水助剤Ｊ（市販品），Ｋを構成する繊維の断面斜視図。
【図１０】繊維径を示す脱水助剤を構成する繊維の断面図。
【図１１】筋を形成する凹部の最深部の頂点までの深さを示す脱水助剤を構成する繊維の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の汚泥用脱水助剤は、複数の繊維が集合してなり、各繊維の外周面に繊維の長手方向に沿って延在する５〜２０個の凹部を有し、当該凹部には、汚泥が接触する際に毛細管作用により水分を移送する水分移送路として作用する筋が繊維の長手方向に沿って延在するため、優れた吸水性、導水性が得られる。
【００２１】
従来から、肌着やスポーツウェア等の衣料分野において、発汗時の濡れによるべとつき感などの不快感を解消することを意図して、繊維に高吸水性を付与することが検討されている。水分は、繊維の表面から吸収されることから、吸収速度を速くするためには表面積を大きくし、大量の水分を吸着させれば良い。表面に凹凸が多いほど表面積は大きくなり、表面の凹部は、繊維内部に水分が浸透するまでの間、水分を留めておくことができる。このため、肌着やスポーツウェア等の衣料分野においては、Ｙ型、Ｘ型、あるいはＴ型の断面形状の繊維が好ましいとされている。しかしながら、本発明者らが検討したところ、Ｙ型、Ｘ型、あるいはＴ型の断面形状の繊維を裁断して汚泥の脱水に使用した場合、ある程度のケーキ含水率低減は認められるが、オキシデーションディッチ処理された汚泥のような、難脱水性汚泥に対しては必ずしも満足できる程に、脱水ケーキの含水率は低下しないことがわかった。理由は明らかではないが、その断面内に長いたわみ部分を有して凹部の開口部が広くなるために、細かい汚泥粒子により開口毛細路が閉塞されて、毛細路としての役割を果さなくなってしまうこと、機械脱水時に高い圧搾圧力に耐え切れずに、たわみ部分が破壊されてしまうことが原因であると推測される。
【００２２】
本発明の脱水助剤に用いる繊維は、外周面に繊維の長手方向に沿って延在する５個以上２０個以下、好ましくは１０個以下の凹部を有する。外周面の凹部が多くなり過ぎると、かえって開口部面積が狭くなり、脱水助剤としての機能を果さなくなるし、工業的に製造が困難でコスト的に好ましくない。なお、本発明の脱水助剤は、前記Ｙ型、Ｘ型、あるいはＴ型の断面形状の繊維外周面に凹部を設けることも可能である。しかしながら、このような繊維は、その断面内に長いたわみ部分を有しているために、機械脱水時に受ける圧搾圧力によってたわみ部分が破壊され易いので注意が必要である。
【００２３】
脱水助剤に用いる繊維は、同じ個数の凹部を有する繊維である必要は無く、５個以上の凹部を有する繊維を混合してもよい。また、脱水性を損なわない範囲で、５個未満の凹部を有する繊維を混合してもよい。
【００２４】
次に、繊維長手方向に延在する筋について説明する。繊維の長手方向に沿って延在する凹部の筋は、本発明の脱水助剤に汚泥が接触する際に、毛細管作用により水分を移送する水分移送路として作用する。本発明の脱水助剤は、当該毛細管作用のため、従来の繊維状物を用いる脱水助剤と比較して吸水性能が著しく向上する。この理由はいまだ明らかではないが、汚泥と脱水助剤の接触表面積がふえると共に、毛細管現象により汚泥から水分が吸引されながら移送されること、及び、脱水助剤の内部構造が水分子の通過に好適であるためと考えられる。
【００２５】
汚泥への添加、混合又脱水時の作業性の観点から、脱水助剤を構成する各繊維の長さは、１〜５０ｍｍ、好ましくは３〜２０ｍｍであり、繊維径は１μｍ〜１００μｍ、好ましくは５μｍ〜５０μｍ程度であることが望ましい。ここで「繊維径」とは、図１０に示すように、断面形状が対称であるか非対称であるかを問わず、凸部の頂点を結ぶ最長距離をいう。また、図１１に示すように隣接する凸部の頂点を結ぶ接線と凹部の最深部の頂点までの垂直距離（図１１の場合にはＤ１〜Ｄ３）が０．１〜５μｍの範囲であることが好ましい。
【００２６】
また、脱水助剤は、乾燥状態での比重が１．４以上であることが好ましい。比重が１．４未満の場合には、高濃度の汚泥を処理する場合や汚泥貯留槽の撹拌が緩やかな場合には、脱水助剤と汚泥との接触が悪くなり、また均一に混合するための時間が長くなる。
【００２７】
本発明の脱水助剤は、含水率が３０〜８０重量％であることが好ましく、４０〜７０重量％の範囲にあることがより好ましい。含水率が３０重量％以下では、汚泥との濡れ性が悪く、脱水助剤が不均一に分散された状態になる。また、後述の高分子凝集剤溶解槽に混合する場合には、高分子凝集剤が完全に溶解して溶解液が高粘度となることもあり、溶解槽内全体に脱水助剤を均一に分散させることが困難である。一方、含水率が８０重量％を超えると、繊維に含浸しない遊離の水分が多くなり、フィーダー等で機械的に供給する場合に定量供給が困難である。また、汚泥中に分散する脱水汚泥の繊維分の割合が少なくなるため、経済的に不利である。
【００２８】
脱水助剤の水分を調整する方法としては、以下の方法を好ましく用いることができる。乾式紡糸方法によって製造された繊維を用いる場合には、製造後の繊維にスプレーで水を噴霧するなどして含水率を調整した後に所定長さに裁断するか、又は裁断後に水を噴霧する。湿式紡糸方法によって製造された繊維を用いる場合には、溶媒置換し、洗浄後にローラー等で圧搾するか、乾燥させて水分を除去した後に所定長さに裁断するか、裁断後に乾燥させることができる。
【００２９】
本発明の脱水助剤を構成する繊維としては、再生セルロース繊維が特に好ましい。再生セルロース繊維としては、セルロースをベースポリマーとするビスコースレーヨン繊維、キュプラレーヨン繊維等の再生人造繊維、セルロースジアセテート繊維、セルローストリアセテート繊維などの半合成再生繊維などを挙げることができる。繊維に凸部や、頂点が筋状に延在する凹部を形成し、或いは含水率を調整し易い点から、ビスコースレーヨン繊維が特に好ましい。再生セルロース繊維は、生分解性を有しており、土壌中で分解して消失するので、脱水ケーキを肥料などに再利用する場合に好適である。生分解性を有していても、綿花、亜麻、羊毛などは、繊維長手方向に延在する筋すなわち水分移送路を有していないので、脱水助剤としての効果が期待できない。
【００３０】
本発明の方法において、汚泥に対する脱水助剤の添加量は、各汚泥の濃度に依存して変動する。一般的には、汚泥中のＳＳ（浮遊物質濃度）を１００として、０．１〜２０重量％、好ましくは１〜１０重量％を添加することが好ましい。脱水助剤の添加量が０．１重量％未満の場合には、本発明の効果が得られない。一方、２０重量％を超えると、汚泥中に脱水助剤を均一に混合させることが難しくなり、また経済的にも不利である。
【００３１】
本発明の脱水助剤を混合した汚泥の脱水処理は、通常の加圧脱水機、真空脱水機、ベルトプレス脱水機、遠心脱水機、スクリュープレス脱水機を用いて行うことができる。特に近年、スクリュープレス脱水機は、中規模の下水処理場において、難脱水性汚泥処理用の脱水機として採用されつつある。スクリュープレス脱水機で汚泥の脱水処理を行う場合には、長さ３〜２０ｍｍの脱水助剤を汚泥に添加することが好ましく、汚泥中のＳＳを１００として絶乾換算で１〜１０重量％の範囲で添加することが好ましい。一方、ベルトプレス脱水機や遠心脱水機を用いて脱水処理を行う場合でも、長さ３〜２０ｍｍの脱水助剤を好ましく用いることができ、汚泥中のＳＳを１００として１〜１０重量％の範囲で添加することが好ましい。
【００３２】
本発明の脱水助剤は、汚泥貯留槽に添加して汚泥と混合することが好ましい。汚泥貯留槽がない場合には、濃縮槽から引き抜かれた汚泥が脱水機に至るまでのいずれかの配管中の汚泥に脱水助剤を添加しても、汚泥濃縮工程前の汚泥に脱水助剤を添加してもよい。
【００３３】
脱水助剤を汚泥濃縮槽や汚泥貯留槽の汚泥に添加する場合には、前記添加量の範囲となるように一括投入することができる。また、配管中の汚泥に添加する場合には、常時又は間欠的に汚泥の流入、引抜きがあるために、汚泥の流入量、引抜き量に応じて脱水助剤を適宜追加してもよい。また、脱水機前で添加する場合には、脱水機に供給される汚泥流量に対して前記添加量の範囲となるように脱水助剤を添加すればよい。脱水助剤の添加は、凝集剤の添加前後どちらでも構わない。しかし、汚泥中へ脱水助剤を均一に混合させる点から、凝集剤の添加前に添加することがより好ましい。凝集剤を添加した後に、脱水助剤を汚泥に添加する場合には、凝集槽内の汚泥、凝集槽の下流に設けられている造粒濃縮槽内の汚泥、凝集槽からの汚泥を凝集ろ過した後の汚泥の何れの汚泥に添加してもよい。近年、ろ過濃縮部を有するスクリュープレス脱水機が開発されている。このタイプの脱水機の場合には、ろ過濃縮後、凝集汚泥が脱水機本体に供給される箇所に、同時に脱水助剤を添加してもよく、汚泥と脱水助剤との均一混合が可能である。脱水助剤は、繊維状（すなわち固形物）のまま汚泥に添加しても良いし、水を添加してスラリー状にした後に汚泥に添加しても良い。いずれの場合も、形状にあった供給装置を用いて定量添加が可能である。
【００３４】
また、脱水助剤を高分子凝集剤と同時に添加しても良い。具体的には、高分子凝集剤の溶解作業中あるいは溶解後に、高分子凝集剤溶解槽に脱水助剤を所定量投入して混合すればよい。高分子凝集剤溶解槽中に高分子凝集剤と共に均一に分散された脱水助剤は、凝集槽で汚泥が凝集フロックを形成する間に、凝集フロック内に取り込まれる。
【００３５】
本発明の汚泥の脱水方法に使用する装置のフロー構成図を、図１〜図３に示す。
図１は、機械脱水機としてベルトプレス脱水機４を用いた１例である。汚泥濃縮槽１で濃縮された汚泥は、汚泥濃縮槽１の底部から汚泥貯留槽２に送出され、所定時間、貯留される。その後、汚泥は、汚泥貯留槽２から凝集槽３に送出される。凝集槽３には、高分子凝集剤溶解装置６から高分子凝集剤が添加され、汚泥を凝集させて凝集フロックを形成する。次いで、凝集フロック（汚泥）は、脱水機４に送出され、脱水処理されて脱水ケーキを形成する。脱水助剤供給機５から、汚泥濃縮槽１、汚泥貯留槽２、凝集槽３及び高分子凝集剤溶解装置６の１以上に、脱水助剤を添加できるように配管が接続されている。脱水助剤を汚泥に添加する場所は、処理状況に応じて、別々に又は同時に複数の槽及び配管を選択してよい。凝集フロック（汚泥）に脱水助剤を添加すると、個々の汚泥と脱水助剤との接触が低下するので、高分子凝集剤の添加前あるいは高分子凝集剤の添加と同時に脱水助剤を汚泥に添加することが好ましい。このため、脱水助剤を汚泥濃縮槽１又は高分子凝集剤溶解装置６に添加することが特に好ましい。
【００３６】
図２は、機械脱水機としてスクリュープレス脱水機７を用い、凝集槽として２槽式凝集槽３−１及び３−２を用いた例である。脱水助剤の添加は、図１に示す実施形態と同様でよい。本実施形態の場合には、脱水助剤を第１凝集槽３−１に添加した後、第２凝集槽３−２に高分子凝集剤を添加して、汚泥と脱水助剤とを凝集フロック内に一緒に取り込むことが特に好ましい。
【００３７】
図３は、機械脱水機として、凝集槽３の後段に濾過濃縮部８が設けられているスクリュープレス脱水機７を用い、凝集槽として２槽式凝集槽３−１及び３−２を用いた例である。濾過濃縮部８にて、凝集槽３にて凝集された汚泥に含まれる水分を粗く脱水して、脱水助剤と汚泥を含む凝集フロックを濃縮する。濾過濃縮部８は、凝集槽と脱水機との間に配置された別個の装置、たとえば回転する一群の楕円板を備えたスリットセイバー、あるいは凝集槽出口から下方に傾斜したスクリーン、又は凝集槽内部に設けられたスリット付ろ過筒を有する造粒濃縮槽であってもよい。図３に示す実施形態において、脱水助剤の添加は、図２に示す実施形態と同様でよい。
【００３８】
高分子凝集剤としてはカチオン系高分子凝集剤あるいは両性高分子凝集剤、アニオン系高分子凝集剤、ノニオン系高分子凝集剤を用いることができる。カチオン系高分子凝集剤とは、カチオン性モノマー単位を必須成分として有するものであり、カチオン性モノマーの共重合体、カチオン性モノマーとノニオン性モノマーとの共重合体がある。カチオン性モノマーとしては、ジメチルアミノエチルアクリレート、ジメチルアミノエチルメタクリレート、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メタクリレートもしくはこれらの中和塩、４級塩などが挙げられる。また、分子内にアミジン単位を含有するカチオン系高分子凝集剤も使用することができる。ノニオン性モノマーとしては、アクリルアミド、メタクリルアミド、メタアクリロニトリル、酢酸ビニル等が挙げられる。
【００３９】
両性高分子凝集剤は、カチオン性モノマー単位、アニオン性モノマー単位及びノニオン性モノマー単位の共重合体である。アニオン性モノマーとしては、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、マレイン酸、フマル酸、２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸、２−メタクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸、及びこれらのアルカリ金属、アルカリ土類金属等の金属塩又はアンモニウム塩が挙げられる。
【００４０】
アニオン系高分子凝集剤としては、ポリアクリルアミド部分加水分解物、アニオン性モノマーの共重合体、アニオン性モノマーとアクリルアミド等のノニオン性モノマーとの共重合体が挙げられる。アニオン性モノマーとしては上記のものが挙げられ、これらアニオン性モノマーは単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。ノニオン性モノマーとしては上記のものが挙げられ、これらノニオン性モノマーは単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。共重合体として好ましいものは、アクリルアミド・アクリル酸塩共重合体、アクリルアミド・２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸共重合体である。
【００４１】
ノニオン系高分子凝集剤とは、上記のノニオン性モノマーの重合体又は共重合体であるが、好ましくはポリアクリルアミドである。
高分子凝集剤の形状は、粉末状又はエマルジョン状のいずれも使用することができる。
【００４２】
また、高分子凝集剤の添加方法として、汚泥にカチオン系高分子凝集剤を添加した後、アニオン系高分子凝集剤を添加する二剤法も適用できる。
さらに、無機凝集剤や有機高分子凝結剤を添加した後に高分子凝集剤を添加する方法も適用可能である。無機凝集剤としては、汚泥処理技術に一般に使用される硫酸バンド、ポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）、ポリ硫酸第２鉄（ポリ鉄）、塩化第２鉄あるいはこれらの混合物が使用可能である。有機高分子凝結剤としては、縮合系ポリアミン、ジシアンジアミド・ホルマリン縮合物、ポリエチレンイミン、ポリビニルイミダリン、ポリビニルピリジン、ジアリルアミン塩・二酸化硫黄共重合体、ポリジメチルジアリルアンモニウム塩、ポリジメチルジアリルアンモニウム塩・二酸化硫黄共重合体、ポリジメチルジアリルアンモニウム塩・アクリルアミド共重合体、ポリジメチルジアリルアンモニウム塩・ジアリルアミン塩酸塩誘導体共重合体、アリルアミン塩重合体などを用いることができる。縮合系ポリアミンの具体例としては、アルキレンジクロライドとアルキレンポリアミンとの縮合物、アニリンとホルマリンの縮合物、アルキレンジアミンとエピクロルヒドリンとの縮合物、アンモニアとエピクロルヒドリンとの縮合物などが挙げられる。エピクロルヒドリンと縮合するアルキレンジアミンとしては、ジメチルアミン、ジエチルアミン、メチルプロピルアミン、メチルブチルアミン、ジブチルアミンなどが挙げられる。
【００４３】
本発明の汚泥脱水方法において、汚泥処理技術に一般に使用される消泡剤や消臭剤を脱水助剤に予め含浸させておいても良い。また、他の天然繊維の粉砕物等を脱水助剤に混合しても良い。
【００４４】
本発明の汚泥脱水方法で脱水対象となる汚泥は、一般の排水処理、し尿処理、下水処理における活性汚泥処理工程から発生する汚泥であれは種類を問わない。特にオキシデーションディッチ法から発生する余剰汚泥や下水消化汚泥、し尿処理施設から発生する汚泥など、凝集性が不良で、脱水汚泥の含水率が低下し難い汚泥の脱水処理において、本発明の効果が最も発揮できる。
【実施例】
【００４５】
以下、実施例により本発明を詳細に説明する。
［脱水助剤の製造］
実施例で使用した脱水助剤は、下記の方法により製造した。
＜脱水助剤А＞
硫酸、硫酸ソーダ、硫酸亜鉛を含有する紡糸浴に、８．１ｗｔ％のセルロースを含むビスコース溶液（紡糸原液）を、円形断面を有する紡糸口金を通して連続して押し出して、セルロース繊維に紡糸した。次に、セルロース繊維を、硫酸を含む延伸−再生浴に導入して、延伸・再生して、再生セルロース糸条を得た。再生セルロース糸条をローラーで挟んで水切りし、含水率５８％に調整した後、長さ１０ｍｍに切断した。
＜脱水助剤Ｂ＞
再生セルロース糸条を長さ１ｍｍに切断した以外は、脱水助剤Ａと同様に処理した。
＜脱水助剤Ｃ＞
Ｙ型断面を有する紡糸口金を通して紡糸した以外は、脱水助剤Ａと同様に処理して、再生セルロース糸条を得た。再生セルロース糸条を乾燥機で１０５℃の温度で２時間乾燥させた後、長さ５ｍｍに切断し、水を噴霧して含水率４８％に調整した。
＜脱水助剤Ｄ＞
再生セルロース糸条を長さ１５ｍｍに切断した以外は、脱水助剤Ｃと同様に処理した。
＜脱水助剤Ｅ＞
再生セルロース糸条を長さ３８ｍｍに切断した以外は、脱水助剤Ａと同様に処理した。
＜脱水助剤Ｆ＞
セルローストリアセテートフレークを塩化メチレン／メタノール混合溶剤に溶解した紡糸原液を用い、再生セルロース糸条を得た。得られた再生セルロース糸条を長さ５ｍｍに切断した。
＜脱水助剤Ｇ＞
ローラーによる圧搾の代わりに再生セルロース糸条を乾燥機にて１０５℃で２時間乾燥させた後、長さ５ｍｍに切断した以外は、脱水助剤Ａと同様に処理した。
＜脱水助剤Ｈ＞
楕円断面を有する紡糸口金を通して連続紡糸して得られた再生セルロース糸条を乾燥機で１０５℃の温度で２時間乾燥させた後、長さ１０ｍｍに切断し、水を噴霧して含水率５４％に調整した以外は、脱水助剤Ａと同様に処理した。
＜脱水助剤Ｉ＞
脱水助剤Ｆの紡糸原液にポリエチレングリコールを添加し、Ｙ型断面を有する紡糸口金を通して連続して押し出して紡糸して得られた再生セルロース糸条を長さ５ｍｍに切断した以外は、脱水助剤Ａと同様に処理した。
＜脱水助剤Ｊ＞
市販のキュプラレーヨンフィラメントを長さ１０ｍｍに切断した。
＜脱水助剤Ｋ＞
８．１ｗｔ％のセルロースを含むビスコース溶液にポリエチレングリコールおよび炭酸ナトリウムを添加して調製した紡糸原液を用いた以外は、脱水助剤Ａと同様に処理して再生セルロース糸条を得た。再生セルロース糸条を乾燥機で１０５℃の温度で２時間乾燥させた後、長さ１０ｍｍに切断し、水を噴霧して含水率４３％に調整した。
【００４６】
脱水助剤の含水率は、調製したままの脱水助剤の重さ（ａ）ｇを計量し、当該脱水助剤を１０５℃で４時間乾燥させて脱水した後の脱水助剤の重さ（ｂ）ｇを計量し、（ａ−ｂ）／ａ×１００（％）の式より算出した。
【００４７】
繊維の凹部の数及び延在する筋の有無は、顕微鏡観察による目視で計数した。
本実施例において使用した脱水助剤の性状を表１に示す。
【００４８】
【表１】
0005658107.tif 000002
【００４９】
脱水助剤Ａ〜Ｋの繊維断面を含む斜視図を図４〜９に示す。
図４は、脱水助剤Ａ、Ｂ、Ｅ、Ｇの斜視図である。繊維断面に複数の凹部があり、凹部に繊維長手方向に延在する筋が存在する。
【００５０】
図５は、脱水助剤Ｃ、Ｄの斜視図である。繊維断面に複数の凹部があり、凹部に繊維長手方向に延在する筋が存在する。
図６は、脱水助剤Ｆの斜視図である。繊維断面に複数の凹部があり、凹部に繊維長手方向に延在する筋が存在する。。
【００５１】
図７は、脱水助剤Ｈの斜視図である。繊維断面に複数の凹部があり、凹部に繊維長手方向に延在する筋が存在する。
図８は、脱水助剤Ｉの斜視図である。繊維断面に複数の凹部があるが、繊維長手方向に沿って延在する筋が存在しない。
【００５２】
図９は、従来の技術を示す脱水助剤Ｊ、Ｋの斜視図である。繊維断面に凹部は無く、繊維長手方向に沿って延在する筋が存在しない。
［実施例１］    （本発明の脱水助剤有無による比較）
表２に示す性状を有するオキシデーションディッチ方式下水処理場から発生する余剰汚泥スラリーに、ＳＳを１００として絶乾重量で３wt％となるように脱水助剤Ａを添加して、汚泥スラリーを調整した。次に、高分子凝集剤（ジメチルアミノエチルアクリレートの塩化メチル四級化物／アクリルアミド共重合体、分子量４００万、水道水で０．２％に調整）を使用して脱水試験を行った。汚泥２００ｍｌを３００ｍｌのビーカーに入れ、高分子凝集剤を所定量添加した後、ビーカー間の移し変えを１０回行って汚泥を凝集させた。凝集した汚泥の大きさを測定した後、凝集した汚泥を６０メッシュのナイロンろ布に載せて、重力をかけて脱水し、３０秒後のろ過水量を測定した。重力ろ過後の汚泥を、２枚のろ布に挟み、ピストン型脱水機を用いて、２ｋｇ／ｃｍ２の圧力で１分間圧搾した。得られた脱水ケーキの剥離性の評価と含水率の測定を行った。剥離性の評価は、脱水後、２枚のろ布を開いたときに、ろ布から剥がれるケーキ量を目視測定し、ほぼ完全に剥離している場合を◎、半分程度が剥離している場合を△、半分程度より多いが完全には剥離していない場合を○、ろ布全面に付着して剥離していない場合を×と判定した。結果を表３に示す。
【００５３】
［比較例１及び２］
脱水助剤を添加せずに脱水試験を行った。実施例１と比較して、ケーキ含水率は２〜３ポイント高くなった。結果を表３に併記する。
【００５４】
【表２】
0005658107.tif 000003
【００５５】
【表３】
0005658107.tif 000004
【００５６】
［実施例２〜９］  （本発明の別の実施態様）
脱水助剤Ａの代わりに表４に示す脱水助剤を使用し、脱水助剤の添加率を変化させた以外は、実施例１と同様に試験を行った。結果を表４に示す。
【００５７】
［比較例３〜６］  （脱水助剤の比較）
脱水助剤Ｈ、Ｉ及びＫを添加して、実施例１と同様に脱水試験を行った。汚泥への分散は不良で、ケーキ含水率は２ポイント以上高くなった（実施例２と比較例５、６との比較、或いは実施例５、６と比較例４との比較）。結果を表４に併記する。
【００５８】
【表４】
0005658107.tif 000005
【００５９】
［実施例１０］  （本発明の脱水助剤有無による比較）
表５に示す性状の下水処理場から発生する消化汚泥に、脱水助剤ＣをＳＳを１００として絶乾重量で２wt％添加して汚泥スラリーを調製した。次に、高分子凝集剤（ジメチルアミノエチルアクリレートの塩化メチル四級化物重合体、分子量３００万、水道水で０．２％に調整）を使用して実施例１と同様に脱水試験を行った。結果を、表６に記載する。
【００６０】
［比較例７、８］
脱水助剤Ｃを添加せずに脱水試験を行った。実施例１０と比較してケーキ含水率は３ポイント以上高くなった。結果を表６に併記する。
【００６１】
【表５】
0005658107.tif 000006
【００６２】
【表６】
0005658107.tif 000007
【００６３】
［実施例１１〜１５］  （本発明の別の実施態様）
脱水助剤Ｃの代わりに表１に示す脱水助剤を使用した以外は、実施例１０と同様に試験を行った。結果を、表７に示す。
【００６４】
［比較例９〜１４］  （脱水助剤の比較）
脱水助剤Ｉ及びＪを添加して、実施例１０と同様に脱水試験を行った。汚泥への分散は不良で、ケーキ含水率は２ポイント以上高くなった。結果を、表７に併記する。
【００６５】
【表７】
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【００６６】
［実施例１６〜２１］（高分子凝集剤溶解液への添加及び本発明の脱水助剤有無による比較  スクリュープレス脱水機での実機試験）
＜ビーカー試験＞
実施例１で使用した高分子凝集剤の０．２％水溶液１Ｌを、ジャーテスターを用いて２００ｒｐｍで撹拌しながら、脱水助剤Ａ、Ｄ及びＥをそれぞれ絶乾重量で３ｇ（溶解した高分子凝集剤に対して１．５倍量）投入し、１時間撹拌を継続した。１時間後の液中脱水助剤の分散状態と流動性を観察した。結果を、表８に記載する。
＜実機試験＞
次に、高分子凝集剤溶解槽に、実施例１で使用した高分子凝集剤の０．２％水溶液（水道水）と、高分子凝集剤の１．５倍量の脱水助剤を投入し、撹拌、混合し脱水助剤含有高分子凝集剤液を調製した。
【００６７】
引き続き、表９に示す性状のし尿処理施設から発生する余剰汚泥と凝集沈澱汚泥の混合汚泥スラリーを、凝集槽を通して図２に示すスクリュープレス脱水機（スクリーン径３００ｍｍΦ）に供給して脱水した。凝集槽へは、調製した脱水助剤含有高分子凝集剤液をモーノポンプを用いて添加し、汚泥スラリーを凝集させた。スクリュープレス脱水機では、スクリュー回転数０．４ｒｐｍの条件で脱水を行い、凝集汚泥のパンチングメタルからの漏れの状態を観察し、脱水ケーキの含水率を測定した。結果を、表１０に記載する。
【００６８】
［比較例１４、１５］
高分子凝集剤単独で脱水し、脱水助剤を使用しなかった以外は実施例１６と同様に試験を行った。結果を、表１０に記載する。
【００６９】
【表８】
0005658107.tif 000009
【００７０】
【表９】
0005658107.tif 000010
【００７１】
【表１０】
0005658107.tif 000011
【００７２】
［比較例１６〜１７］
脱水助剤ＩとＪを使用した以外は、実施例１６〜２１と同様に高分子凝集剤と脱水助剤を混合した。結果を、表１１に示す。脱水助剤I及びJは、高分子凝集剤水溶液に均一に分散しなかったので、引き続く実機装置での試験は実施しなかった。
【００７３】
表１１に示すように、脱水助剤が均一に分散しなかったり、液の流動性が不良である場合には、脱水助剤含有高分子凝集剤液では薬注ポンプからの吐出量を一定に維持できないため、ポンプやその他の薬注ラインの閉塞を引き起こす可能性があり、このような使用には不適切であることがわかる。
【００７４】
【表１１】
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【符号の説明】
【００７５】
１：汚泥濃縮槽、２：汚泥貯留槽、３、３−１、３−２：凝集槽、４：ベルトプレス脱水機、５：脱水助剤供給機、６：高分子凝縮剤溶解装置、７：スクリュープレス脱水機、８：濾過濃縮部、９：脱水助剤供給路、１０：高分子凝集剤供給路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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