(57)【要約】【課題】脱水性が良好であり、遠心脱水機、スクリュープレス脱水機などの剪断力が強くかかる脱水機を用いる脱水においても、汚泥処理量が多く、含水率の低い脱水ケーキを得ることができる汚泥脱水剤及び汚泥脱水方法を提供する。【解決手段】ジアルキルアミノエチルメタクリレートのベンジルクロライド四級塩をカチオン性構成単位として５０モル％以上有するカチオン性ポリマーと、カチオン性構成単位２０〜３０モル％、アニオン性構成単位３０〜４５モル％及びノニオン性構成単位２５〜５０モル％を有し、かつ、カチオン性構成単位をアニオン性構成単位の０．５〜１モル倍有する両性ポリマーとを含有し、カチオン性ポリマーと両性ポリマーの重量比が３０／７０〜７０／３０である汚泥脱水剤、並びに、該カチオン性ポリマーと該両性ポリマーとを、重量比が３０／７０〜７０／３０となるように汚泥に添加して混合し、脱水機を用いて脱水する汚泥脱水方法。【選択図】　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ジアルキルアミノエチルメタクリレートのベンジルクロライド四級塩をカチオン性構成単位として５０モル％以上有するカチオン性ポリマーと、カチオン性構成単位２０〜３０モル％、アニオン性構成単位３０〜４５モル％及びノニオン性構成単位２５〜５０モル％を有し、かつ、カチオン性構成単位をアニオン性構成単位の０．５〜１モル倍有する両性ポリマーとを含有し、カチオン性ポリマーと両性ポリマーの重量比が３０／７０〜７０／３０であることを特徴とする汚泥脱水剤。
【請求項２】
ジアルキルアミノエチルメタクリレートのベンジルクロライド四級塩をカチオン性構成単位として５０モル％以上有するカチオン性ポリマーと、カチオン性構成単位を２０〜３０モル％、アニオン性構成単位を３０〜４５モル％及びノニオン性構成単位を２５〜５０モル％を有し、かつ、カチオン性構成単位をアニオン性構成単位の０．５〜１モル倍有する両性ポリマーとを、カチオン性ポリマーと両性ポリマーの重量比が３０／７０〜７０／３０となるように汚泥に添加して混合し、脱水機を用いて脱水することを特徴とする汚泥脱水方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、汚泥脱水剤及び汚泥脱水方法に関する。さらに詳しくは、本発明は、脱水性が良好であり、遠心脱水機、スクリュープレス脱水機などの剪断力が強くかかる脱水機を用いる脱水においても、脱水性が良好で、汚泥処理量が多く、含水率の低い脱水ケーキを得ることができる汚泥脱水剤及び汚泥脱水方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
各種の工場排水や、都市下水を処理すると、汚泥が発生する。汚泥は、含水率が高い上に、有機分も多く含まれることから、凝集剤を添加して懸濁物質を凝集させ、脱水機を用いて脱水することにより、固液分離し、減容することが行われている。また、脱水処理のために、さまざまな高分子凝集剤が検討されている。
例えば、下水、し尿処理場、有機性産業排水などより生じる有機質汚泥を効率的に処理する汚泥の脱水方法として、ｐＨ値が５〜８である有機質汚泥に対してカルボキシル基若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て脱水する汚泥の脱水方法が提案されている（特許文献１）。また、難脱水汚泥や難脱水条件においても、凝集能力が優れ、汚泥処理量が大きく、含水率の低下する性能が優れた汚泥脱水剤として、特定の溶液粘度のカチオン性高分子と、一部がアルカリにより中和されてなるアニオン性単量体を含む単量体を重合して得られる両性高分子、及び／又は、多官能性単量体を含む単量体を重合して得られる両性高分子の混合物からなる汚泥脱水剤が提案されている（特許文献２）。
しかし、これらの汚泥脱水方法又は汚泥脱水剤は、フィルタープレス、ベルトプレスなどの一定方向に圧搾圧力がかかる脱水機に対しては有効であるが、遠心脱水機、スクリュープレス脱水機などの多方向から剪断力が加わりながら脱水される機構を有する脱水機の場合には、十分に脱水される前に凝集フロックが破壊され、汚泥処理量、ケーキ含水率がともに不十分な結果となる。したがって、これらの剪断力が強くかかる脱水機においても、脱水効率を向上することができる脱水剤及び脱水方法の開発が望まれていた。
【特許文献１】
特開平２−３１８９９号公報
【特許文献２】
特開２０００−２１８２９７号公報
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、脱水性が良好であり、遠心脱水機、スクリュープレス脱水機などの剪断力が強くかかる脱水機を用いる脱水においても、脱水性が良好で、汚泥処理量が多く、含水率の低い脱水ケーキを得ることができる汚泥脱水剤及び汚泥脱水方法を提供することを目的としてなされたものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、高分子凝集剤として、ジアルキルアミノエチルメタクリレートのベンジルクロライド四級塩単位を５０モル％以上有するカチオン性ポリマーと、カチオン性単位２０〜３０モル％、アニオン性単位３０〜４５モル％及びびノニオン性単位２５〜５０モル％を有し、かつ、カチオン性単位をアニオン性単位の０．５〜１モル倍有する両性ポリマーを併用することにより、強い剪断力のかかる脱水機を用いても、良好な脱水性が発現することを見いだし、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、
（１）ジアルキルアミノエチルメタクリレートのベンジルクロライド四級塩をカチオン性構成単位として５０モル％以上有するカチオン性ポリマーと、カチオン性構成単位２０〜３０モル％、アニオン性構成単位３０〜４５モル％及びノニオン性構成単位２５〜５０モル％を有し、かつ、カチオン性構成単位をアニオン性構成単位の０．５〜１モル倍有する両性ポリマーとを含有し、カチオン性ポリマーと両性ポリマーの重量比が３０／７０〜７０／３０であることを特徴とする汚泥脱水剤、及び、
（２）ジアルキルアミノエチルメタクリレートのベンジルクロライド四級塩をカチオン性構成単位として５０モル％以上有するカチオン性ポリマーと、カチオン性構成単位を２０〜３０モル％、アニオン性構成単位を３０〜４５モル％及びノニオン性構成単位を２５〜５０モル％を有し、かつ、カチオン性構成単位をアニオン性構成単位の０．５〜１モル倍有する両性ポリマーとを、カチオン性ポリマーと両性ポリマーの重量比が３０／７０〜７０／３０となるように汚泥に添加して混合し、脱水機を用いて脱水することを特徴とする汚泥脱水方法、
を提供するものである。
さらに、本発明の好ましい態様として、
（３）脱水機が、遠心脱水機又はスクリュープレス脱水機である第２項記載の汚泥脱水方法、
を挙げることができる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明の汚泥脱水剤は、ジアルキルアミノエチルメタクリレートのベンジルクロライド四級塩をカチオン性構成単位として５０モル％以上有するカチオン性ポリマーと、カチオン性構成単位２０〜３０モル％、アニオン性構成単位３０〜４５モル％及びノニオン性構成単位２５〜５０モル％を有し、かつ、カチオン性構成単位をアニオン性構成単位の０．５〜１モル倍有する両性ポリマーとを含有し、カチオン性ポリマーと両性ポリマーの重量比が３０／７０〜７０／３０である汚泥脱水剤である。
本発明の汚泥脱水方法においては、ジアルキルアミノエチルメタクリレートのベンジルクロライド四級塩をカチオン性構成単位として５０モル％以上有するカチオン性ポリマーと、カチオン性構成単位２０〜３０モル％、アニオン性構成単位３０〜４５モル％及びノニオン性構成単位２５〜５０モル％を有し、かつ、カチオン性構成単位をアニオン性構成単位の０．５〜１モル倍有する両性ポリマーとを、カチオン性ポリマーと両性ポリマーの重量比が３０／７０〜７０／３０となるように汚泥に添加して混合し、脱水機を用いて脱水する。
本発明に用いるジアルキルアミノエチルメタクリレートに特に制限はないが、アルキル基の炭素数が１〜３のジアルキルアミノエチルメタクリレートを好適に用いることができる。アルキル基の炭素数が１〜３のジアルキルアミノエチルメタクリレートとしては、例えば、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メタクリレート、ジプロピルアミノエチルメタクリレート、ジイソプロピルアミノエチルメタクリレート、メチルエチルアミノエチルメタクリレート、メチルプロピルアミノエチルメタクリレート、エチルプロピルアミノエチルメタクリレートなどを挙げることができる。
【０００６】
本発明に用いるカチオン性ポリマーは、ジアルキルアミノエチルメタクリレートのベンジルクロライド四級塩をカチオン性構成単位として、５０モル％以上、より好ましくは７０モル％以上、さらに好ましくは９０モル％以上有する。ジアルキルアミノエチルメタクリレートのベンジルクロライド四級塩の構成単位が５０モル％未満であると、カチオン性ポリマーの疎水性が弱く、凝集フロックの強度が小さくなるおそれがある。本発明に用いるカチオン性ポリマーのジアルキルアミノエチルメタクリレートのベンジルクロライド四級塩以外の構成単位に特に制限はなく、例えば、他のカチオン性構成単位及びノニオン性構成単位を挙げることができる。他のカチオン性構成単位としては、例えば、ジアルキルアミノエチル（メタ）アクリレートのアルキルクロライド四級塩、ジアルキルアミノエチル（メタ）アクリレートのジメチル硫酸四級塩などを挙げることができる。ノニオン性構成単位としては、例えば、アクリルアミドなどを挙げることができる。
本発明に用いる両性ポリマーは、カチオン性構成単位２０〜３０モル％、より好ましくは２５〜３０モル％、アニオン性構成単位３０〜４５モル％、より好ましくは３２〜４０モル％、ノニオン性構成単位２５〜５０モル％、より好ましくは３０〜４０モル％を有し、かつ、カチオン性構成単位をアニオン性構成単位の０．５〜１モル倍、より好ましくは０．７〜０．９モル倍有する。各構成単位の割合と、カチオン性構成単位とアニオン性構成単位との割合が、上記の範囲から外れると、いずれの場合も、凝集フロックの強度が小さくなるおそれがある。
本発明に用いる両性ポリマーのカチオン性構成単位に特に制限はなく、例えば、ジアルキルアミノエチル（メタ）アクリレートのベンジルクロライド四級塩、ジアルキルアミノエチル（メタ）アクリレートのアルキルクロライド四級塩、ジアルキルアミノエチル（メタ）アクリレートのジメチル硫酸四級塩、ジアリルジアルキルアンモニウムクロライドなどを挙げることができる。アニオン性構成単位に特に制限はなく、例えば、（メタ）アクリル酸、イタコン酸、マレイン酸、２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸などを挙げることができる。ノニオン性構成単位に特に制限はなく、例えば、アクリルアミドなどを挙げることができる。
【０００７】
本発明においては、カチオン性ポリマーと両性ポリマーの重量比が３０／７０〜７０／３０であることが好ましく、４０／６０〜７０／３０であることがより好ましい。カチオン性ポリマーと両性ポリマーの重量比が３０／７０未満であると、懸濁物質粒子の微小フロックが十分に形成されない状態で両性ポリマーが作用し、ゲル化が生じて粗大化した良好な凝集フロックが形成されなくなるおそれがある。カチオン性ポリマーと両性ポリマーの重量比が７０／３０を超えると、微小フロックの凝集、粗大化が不十分となるおそれがある。
カチオン性ポリマーと両性ポリマーは、汚泥の性状、例えば、有機物量などに応じて最適の割合があるので、あらかじめ処理すべき汚泥について予備試験を行い、重量比３０／７０〜７０／３０の範囲の中で最適の割合を求めることが好ましい。カチオン性ポリマーと両性ポリマーの混合物を添加した汚泥に、強い撹拌を与えることにより、懸濁物質粒子の荷電の中和を迅速に行って微小フロックを形成し、両性ポリマーによる微小フロックの凝集による粗大化を効果的に進めることができる。あるいは、汚泥にカチオン性ポリマーを添加して懸濁物質粒子の荷電を中和して微小フロックを形成したのち、両性ポリマーを添加することもできる。
本発明方法において、カチオン性ポリマーと両性ポリマーの添加方法に特に制限はなく、例えば、カチオン性ポリマーと両性ポリマーを混合した１剤型薬剤として添加することができ、あるいは、カチオン性ポリマーと両性ポリマーを別々に２剤型薬剤として添加することもできる。いずれの型の薬剤を使用するかは、上記の条件を考慮して、適宜選択することができる。
本発明方法においては、必要に応じて、無機凝集剤を併用することができる。併用する無機凝集剤に特に制限はなく、例えば、ポリ硫酸第二鉄、硫酸アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム、塩化第二鉄、硫酸第一鉄などを挙げることができる。無機凝集剤を併用する場合は、汚泥に無機凝集剤を添加して撹拌したのち、カチオン性ポリマーと両性ポリマーを添加することが好ましい。
【０００８】
本発明方法において、凝集反応槽を用いる場合は、強い撹拌を与える凝集反応槽であることが好ましい。強い撹拌条件下で処理することにより、本発明方法の効果が十分に発揮される。強い撹拌の条件としては、例えば、回転数１００〜５００ｒｐｍ、周速２〜１０ｍ／ｓｅｃの条件が好ましい。本発明方法に用いる汚泥脱水機は、強い剪断力がはたらく脱水機であることが好ましい。強い剪断力がはたらく脱水機としては、例えば、遠心脱水機、スクリュープレス脱水機などを挙げることができる。
本発明においては、カチオン性ポリマーの構成単位の５０モル％以上がジアルキルアミノエチルメタクリレートのベンジルクロライド四級塩なので、負に帯電している懸濁物質粒子にカチオン性ポリマーが引き寄せられると、粒子の荷電が中和されるとともに、ジアルキルアミノエチルメタクリレートのベンジルクロライド四級塩の高い疎水性のために、生成する微小フロックの疎水性も高くなる。また、両性ポリマーとしてアニオン性構成単位の多いポリマーを用いることにより、微小フロックを橋かけ凝集してフロックを粗大化するときに、両性ポリマーのカチオン基とアニオン基が反応してポリイオンコンプレックスを生成し、繊維分としてはたらくために、凝集フロックの強度が増大し、凝集フロックから水分が抜ける通路が形成される。このために、汚泥の処理量を増加することができ、含水率の低い脱水ケーキを得ることができる。
【０００９】
【実施例】
以下に、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によりなんら限定されるものではない。
なお、実施例及び比較例において使用したポリマーの略号及び構成単位は下記のとおりである。
（１）カチオン性ポリマー
ＤＡＭＢＥ：ジメチルアミノエチルメタクリレートのベンジルクロライド四級化物のホモポリマー
ＤＡＡＢＥ：ジメチルアミノエチルアクリレートのベンジルクロライド四級化物８０モル％とアクリルアミド２０モル％のコポリマー
ＤＡＭＭＥ：ジメチルアミノエチルメタクリレートのメチルクロライド四級化物のホモポリマー
ＤＡＡＭＥ：ジメチルアミノエチルアクリレートのメチルクロライド四級化物８０モル％とアクリルアミド２０モル％のコポリマー
ＰＶＡ：Ｎ−ビニルホルムアミド５０モル％とアクリロニトリル５０モル％のコポリマーを加水分解し、環状アミジン構造を形成したポリマー
（２）両性ポリマー
ＤＡＡＡ：ジメチルアミノエチルアクリレートのメチルクロライド四級化物２９モル％、ジメチルアミノエチルメタクリレートのメチルクロライド四級化物１モル％、アクリルアミド３５モル％及びアクリル酸３５モル％のコポリマー
ＤＡＡＣ：ジメチルアミノエチルアクリレートのメチルクロライド四級化物１０モル％、ジメチルアミノエチルメタクリレートのメチルクロライド四級化物２０モル％、アクリルアミド６０モル％及びアクリル酸１０モル％のコポリマー
実施例１
化学工場余剰汚泥の机上脱水試験を行った。この汚泥の性状は、懸濁物質（ＳＳ）１．２重量％、ＶＳＳ／ＳＳ６８．５重量％であった。
容量３００ｍＬのポリビーカーに汚泥２００ｍＬを採取し、ＤＡＭＢＥ／ＤＡＡＡの４０／６０（重量比）混合物の０．４重量％水溶液８．４ｍＬをシリンジを用いて添加した。ポリマーの添加量は、汚泥中の懸濁物質１００重量部に対して１．４重量部である。撹拌速度５００ｒｐｍで２０秒間撹拌したのち、６０メッシュのナイロンろ布を敷いた内径９０ｍｍのブフナーロートに注いでろ過した。１０秒後のろ液量は、１４０ｍＬであった。ろ過終了後、ブフナーロート内のケーキを圧力９８ｋＰａで６０秒間圧搾した。得られた脱水ケーキの含水率は、７８．５重量％であった。
実施例２〜４
第１表に示すポリマーを第１表に示す量添加した以外は、実施例１と同様にして、脱水試験を行った。
比較例１
ポリマーとしてＤＡＡＢＥ／ＤＡＡＡの６０／４０（重量比）混合物を用いた以外は、実施例１と同様にして、脱水試験を行った。１０秒後のろ液量は１７４ｍＬであり、脱水ケーキの含水率は７８．６重量％であった。
比較例２〜５
第１表に示すポリマーを第１表に示す量添加した以外は、比較例１と同様にして、脱水試験を行った。
比較例６
容量３００ｍＬのポリビーカーに実施例１と同じ汚泥２００ｍＬを採取し、ポリ硫酸第二鉄の２０重量％水溶液２．４ｍＬをシリンジを用いて添加した。ポリ硫酸第二鉄の添加量は、汚泥中の懸濁物質１００重量部に対して２０重量部である。撹拌速度３００ｒｐｍで２０秒間撹拌したのち、ＤＡＡＭＥ／ＤＡＡＣの６０／４０（重量比）混合物の０．４重量％水溶液７．２ｍＬをシリンジを用いて添加した。ポリマーの添加量は、汚泥中の懸濁物質１００重量部に対して１．２重量部である。撹拌速度５００ｒｐｍで２０秒間撹拌したのち、６０メッシュのナイロンろ布を敷いた内径９０ｍｍのブフナーロートに注いでろ過した。１０秒後のろ液量は、１３６ｍＬであった。ろ過終了後、ブフナーロート内のケーキを圧力９８ｋＰａで６０秒間圧搾した。得られた脱水ケーキの含水率は、７９．１重量％であった。
比較例７
第１表に示すポリマーを第１表に示す量添加した以外は、比較例６と同様にして、脱水試験を行った。
実施例１〜４及び比較例１〜７の結果を、第１表に示す。
【００１０】
【表１】
2004121997.tif 000002
【００１１】
第１表に見られるように、本発明の汚泥脱水剤を用いた実施例１〜４では、ろ液量が多く、ろ過性が良好であり、得られた脱水ケーキの含水率もすべて７９重量％以下である。これに対して、カチオン性ポリマーをジメチルアミノエチルアクリレートのベンジルクロライド四級化物のホモポリマーに変えた比較例１では、同じ重量比の実施例３と比べると、脱水ケーキの含水率が高くなる。また、アニオン性構成単位が少ない両性ポリマーを用いた比較例２では、ろ過性は比較的良好であるが、脱水ケーキの含水率が高い。カチオン性ポリマーとして、ジメチルアミノエチルアクリレート又はジメチルアミノエチルメタクリレートのメチルクロライド四級化物のポリマーを用いた比較例３〜４では、ろ過性が悪く、脱水ケーキの含水率が高い。カチオン性ポリマーとして、ジメチルアミノエチルメタクリレートのメチルクロライド四級化物のポリマーを用い、アニオン性構成単位が少ない両性ポリマーを用いた比較例５では、ろ過性が非常に悪く、脱水ケーキの含水率が高い。比較例６〜７のように、ジメチルアミノエチルアクリレートのメチルクロライド四級化物のポリマーと、アニオン性構成単位の少ない両性ポリマーを用いると、ポリ硫酸第二鉄を併用することにより、脱水ケーキの含水率は低くなるが、ろ過性は依然としてよくない。
実施例５
下水処理場のオキシデーションディッチ汚泥を、スクリュープレス脱水機を用いて脱水した。この汚泥の性状は、蒸発残留物（ＴＳ）１．６重量％、ＶＴＳ／ＴＳ７４．０重量％、繊維分３．５重量％であった。
汚泥貯槽に導入される汚泥１ｍ３あたり、ＤＡＭＢＥ／ＤＡＡＡの４０／６０（重量比）の混合物を２５６ｇ添加した。ポリマーの添加量は、汚泥中の蒸発残留物（ＴＳ）１００重量部に対して１．６重量部である。この汚泥を、スクリュー径４００ｍｍのスクリュープレス脱水機を用いて、処理量３ｍ３／ｈで処理した。得られた脱水ケーキの含水率は、８５重量％であった。
実施例６〜８
第２表に示すポリマーを第２表に示す量添加し、第２表に示す処理量で処理した以外は、実施例５と同様にして、スクリュープレス脱水機による脱水試験を行った。
比較例８
汚泥貯槽に導入される汚泥１ｍ３に対して、ＰＶＡ／ＤＡＡＡの６０／４０（重量比）の混合物２４０ｇを添加し、処理量４ｍ３／ｈで処理した以外は、実施例５と同様にして、スクリュープレス脱水機による脱水試験を行った。脱水ケーキの含水率は、８４重量％であった。
比較例９
第２表に示すポリマーを第２表に示す量添加し、第２表に示す処理量で処理した以外は、比較例８と同様にして、スクリュープレス脱水機による脱水試験を行った。
実施例５〜８及び比較例８〜９の結果を、第２表に示す。
【００１２】
【表２】
2004121997.tif 000003
【００１３】
第２表に見られるように、カチオン性ポリマーと両性ポリマーの重量比が６０／４０である実施例７と比較例８〜９を比較すると、実施例７の方がポリマーの添加量が２０％少ないにもかかわらず、処理量はほぼ２倍近く、得られる脱水ケーキの含水率もほぼ３重量％低い。
【００１４】
【発明の効果】
本発明の汚泥脱水剤及び及び脱水方法によれば、懸濁物質の荷電中和が十分に行われ、疎水性が強く、強度が大きい凝集フロックが形成されるので、ろ過性が良好であり、含水率の低い脱水ケーキが得られ、汚泥の処理量を増大することができる。