(57)【要約】【課題】汚泥を、従来よりも安価に、かつ効率よく処理する方法を提供すること。【解決手段】汚泥に、第一の工程で分散剤水溶液を添加して土粒子を分散させ、第二の工程で、アニオン性高分子凝集剤水溶液を添加し、土粒子上の吸着点にポリマーを吸着させた後、第三の工程で、無機凝集剤を添加、攪拌してフロックを形成及び疎水化させた後、脱水機を使用して、脱水処理物を得る方法。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の工程で、汚泥に分散剤水溶液を添加して、土粒子を再分散させ、第二の工程で、アニオン性高分子凝集剤水溶液を添加し、土粒子上の吸着点に効率良くポリマーを吸着させた後、第三の工程で、無機凝集剤を添加、攪拌してフロックを形成及び疎水化させた後、脱水機を使用して、脱水処理物を得ることを特徴とする汚泥処理方法。
【請求項２】
第一の工程で、電解質を含む汚泥に分散剤水溶液を添加し、電解質の作用で凝集状態にある土粒子を再分散させ、第二の工程で、アニオン性高分子凝集剤水溶液を添加し、土粒子上の吸着点に効率良くポリマーを吸着させた後、第三の工程で、無機凝集剤を添加、攪拌してフロックを形成及び疎水化させた後、脱水機を使用して、脱水処理物を得ることを特徴とする汚泥処理方法。
【請求項３】
電解質を含む汚泥の含水比が、２００〜１０００％の範囲にある請求項２記載の処理工程を用いる汚泥処理方法。
【請求項４】
電解質を含む汚泥が港湾浚渫土であることを特徴とする請求項２記載の汚泥処理方法。
【請求項５】
第一の工程で添加される分散剤水溶液の有効固形分量が、汚泥乾燥固形分１００重量部に対し、０．１〜５．０重量部の範囲であり、第二の工程で添加されるアニオン性高分子凝集剤水溶液の有効固形分量が、汚泥乾燥固形分１００重量部に対し、０．１〜１．０重量部の範囲であり、第三の工程で添加される無機凝集剤の有効固形分量が、汚泥乾燥固形分１００重量部に対し、０．２〜２．０重量部の範囲であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の汚泥処理方法。
【請求項６】
第一の工程で用いる分散剤が、酸性ピロ燐酸ナトリウム、ピロ燐酸ナトリウム、トリポリ燐酸ナトリウム、四燐酸ナトリウム、メタ六燐酸ナトリウム、リグニンスルホン酸ナトリウム及びその他の塩、フミン酸ナトリウム及びその他の塩、ポリカルボン酸ナトリウム及びその誘導体の内の一種類又は、二種類以上の組み合わせからなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の汚泥処理方法。
【請求項７】
第二の工程で用いるアニオン性高分子凝集剤が、ポリアクリルアミド、ポリビニールアルコール、無水マレイン酸重合物、ポリアクリル酸エステル、グアガム、アクリルアミドとアクリル酸塩の共重合物、ポリスチレンスルホン酸、ポリアクリル酸、ポリビニルスルホン酸及びこれら誘導体類の内の一種類又は二種類以上の組み合わせからなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の汚泥処理方法。
【請求項８】
第三の工程で用いる無機凝集剤が、ポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）塩化第２鉄、硫酸アルミニウム、硫酸第一鉄、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、セメント、消石灰の内の一種類又は、二種類以上の組み合わせからなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の汚泥処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、河川・湖沼及び港湾の浚渫土、その他の汚泥を脱水機を使用して脱水処理する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
汚泥、例えば河川・湖沼及び港湾の浚渫土の処理方法は、無機凝集剤もしくは、高分子凝集剤又はこれら併用することにより行われている。すなわち、
▲１▼無機凝集剤又は高分子凝集剤をそれぞれ単独で添加し、浚渫土を処理する方法
▲２▼無機凝集剤を添加し、次いで高分子凝集剤を添加して浚渫土を処理する方法
▲３▼高分子凝集剤を添加し、次いで無機凝集剤を添加して浚渫土を処理する方法（特開平３−１６１０９９記載）
▲４▼高分子凝集剤を添加してフロックを形成させ、次いで後機械的破砕工程を経てフロックを破砕した後に、無機凝集剤を添加して浚渫土を処理する方法（特開平６−１３４５００記載）
の４種類の方法に代表される。
これら従来法のうち、▲１▼の処理方法は、各凝集剤が、浚渫土中に存在する懸濁物質のコロイド荷電を電気的に中和し、凝集させる処理方法である。▲２▼の処理方法は、無機凝集剤によって浚渫土中に存在する懸濁物質のコロイド荷電を電気的に中和し、次いで高分子凝集剤によって、中和された懸濁物質を高分子ポリマーで架橋し、凝集させる方法である。また▲３▼の処理方法は、高分子凝集剤の添加により、三次元網目構造を持つフロックを形成させ、次いで無機凝集剤の多価カチオンにより電気的に中和を行い、疎水性の高いフロックを形成させる方法であり、▲４▼の処理法は、▲３▼の処理法で形成された三次元網目構造を持つフロックを機械的に破砕した後、無機凝集剤で疎水性の高いフロックを形成させる方法である。
このような方法で処理された浚渫土は、沈殿槽内で静置させて沈降分離する方法又は、機械的に脱水する方法により固液分離される。
【０００３】
特許文献
１．特開平３−１６１０９９
２．特開平６−１３４５００
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術のうち、無機又は高分子凝集剤を個々に添加して、浚渫土を処理する方法では、沈降槽を用いた沈降分離や、フィルタープレスを用いた機械脱水処理による固液分離は可能であるが、圧搾力が加えられても形成されたフロックが壊れないような強いフロックを必要とするベルトプレス、ドラムプレス、スクリュープレス脱水機では処理することができない。
また、無機凝集剤を添加し、浚渫土中に存在する懸濁物質のコロイド荷電を電気的に中和し、次いで高分子凝集剤を添加・攪拌し、中和された懸濁物質を高分子ポリマーの架橋作用によって、凝集させる方法では、圧搾力が加えられる脱水機を使用することは可能であるが、フロックが弱く機械から漏れ、処理水側に多量の懸濁物質が漏れ出すため、処理効率が落ちるばかりでなく、使用薬剤も多くなり、コスト的に問題であった。
【０００５】
また高分子凝集剤を添加し、次いで無機凝集剤を添加して浚渫土を処理する方法（特開平３−１６１０９９）、並びに高分子凝集剤剤を添加して、フロックを形成させ、次いで、機械的破砕工程を経てフロックを破砕した後に、無機凝集剤を添加して浚渫土を処理する方法（特開平６−１３４５００）は、液層部分に電解質を殆ど含まず、コロイド荷電量が比較的高い浚渫土については、十分適応できるが、塩類を含む浚渫土や港湾浚渫及び河口付近における浚渫土（以下、港湾浚渫土と呼ぶ。）は、液層部分にＮａ＋、Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋、Ｃｌ−、ＳＯ４２−イオンに代表される電解質を多量に含んでいるため、粉末或は溶液で添加した高分子凝集剤の溶解速度及び分子の広がりが、抑制された状態になり、形成されるフロックは、攪拌、衝撃に極めて弱く、直ぐに微細化し、特許記載のフロック粒径範囲に調整することが難しい欠点があった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前述した従来法の欠点を克服し、各種の汚泥、例えば浚渫土を安価で、効率的に脱水処理する方法を確立すべく、鋭意研究を重ね、本発明を完成するに至った。
本発明の処理方法は、汚泥に、第一の工程で分散剤水溶液を添加し、電解質の作用で凝集状態にある土粒子を再分散させ、第二の工程でアニオン性高分子凝集剤水溶液を添加し、第三の工程で無機凝集剤を添加、攪拌して、フロックを形成及び疎水化させた後、脱水機を使用して、脱水処理物を得ることを特徴とする汚泥処理方法である。
そのさい、汚泥は、アニオン性高分子凝集剤のポリマー分子が、十分な広がりを得るために、アルカリ剤を添加し、ｐＨを８〜１１に調整しておくことがのぞましい。
本発明は、各種の汚泥に適用することができる。
【０００７】
本発明の処理方法における凝集・フロック形成メカニズムについては、現状では明確に分かっていないが、概ね、図１に示すメカニズムと推定される。
第一の工程で、電解質を含んだ汚泥に対し、分散剤の水溶液を添加すると、電解質の作用で凝集状態にある土粒子表面に分散剤が吸着し、土粒子全体を液層部内に均一に分散させる。そのさい土粒子（分散粒子）は、負イオンによって活性化される。第二の工程で、加えられるアニオン性高分子凝集剤は、この分散粒子上に効率良く吸着し、フロック化が進む。第三の工程で加えられる無機凝集剤の多価カチオンの効果でフロックを形成すると同時に、疎水化され、圧搾脱水に耐えられる強いフロックが出来あがると考えられる。
【０００８】
本発明の処理方法と従来の処理方法、特に特開平６−１３４５００及び平３−１６１０９９記載の処理方法とでは、次の点が大きく異なる。
汚泥の液層部分に電解質を殆ど含まない場合、特開平６−１３４５００記載の処理方法は、高分子凝集剤を添加した時に形成されるフロックは強いため、破砕によっても所定の粒径範囲にフロックを調整でき（微細な粒子が殆ど生じない）、無機凝集剤の添加で疎水化できる。しかし、液層部分にＮａ＋、Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋、Ｃｌ−、ＳＯ４２−イオンに代表される電解質が多量に含まれている汚泥の場合、高分子凝集剤を添加した時に形成されるフロックは弱いため、破砕工程ではもちろんのこと、通常の攪拌においても、容易に微細化し、所定の粒径に調整することが困難なばかりでなく、無機凝集剤を添加したときにフロックが崩れ、微細粒子になる欠点がある。
【０００９】
一方、本発明の処理方法は、汚泥液層部に存在する電解質の影響で凝集状態にある土粒子含む汚泥に対し、分散剤を添加することにより、分散状態に戻し、見かけ上、電解質を含んでいない状態の汚泥にする。これによって、第二の工程で加えられるアニオン性高分子凝集剤は、土粒子を凝集させ、微細なフロックを形成させること無く、この分散粒子上に効率良く吸着し、液相中に十分に広がる。第三の工程で加えられる無機凝集剤の多価カチオンは、土粒子を吸着した高分子凝集剤に作用し、フロックを形成すると同時に疎水化し、圧搾脱水に耐えられる強いフロックを形成させることができる。また、フロックを機械的に一定の粒径範囲に調整する困難さを排除し、非常に効率的な処理方法を達成できる。
本発明の処理法は、液層部分にＮａ＋、Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋、Ｃｌ−、ＳＯ４２−イオンに代表される電解質が多量に含まれている汚泥の場合、著しくその効果を発揮するが、電解質を含まない汚泥にも適用できる。
【００１０】
本発明の第一の工程で使用される分散剤は、酸性ピロ燐酸ナトリウム、ピロ燐酸ナトリウム、トリポリ燐酸ナトリウム、四燐酸ナトリウム、メタ六燐酸ナトリウム；リグニンスルホン酸ナトリウム及びその他の塩、例えばリグニンスルホン酸鉄塩，；フミン酸ナトリウム及びその他の塩、例えばフミン酸カリウム塩，；ポリカルボン酸ナトリウム及びその誘導体の何れを使用しても良いが、特にポリカルボン酸ナトリウム水溶液（（株）テルナイト製品；テルフロー）を使用することが望ましい。また、添加量は、汚泥の乾燥固形分１００重量部に対し、有効固形分量で０．１〜５．０重量部の範囲が好ましい。この範囲以下では、第二の工程で使用される高分子凝集剤の吸着効果を高めることができず、第三の工程において、無機凝集剤を添加したときに、良好なフロックが得られない。また、上記範囲以上では、同工程で使用する無機凝集剤の使用量が増え、コスト高の原因になる。
【００１１】
第二の工程で使用されるアニオン性高分子凝集剤は、弱アニオン性としては、ポリアクリルアミド、ポリビニールアルコール、無水マレイン酸重合物、ポリアクリル酸エステル、グアガム等があり、中及び高アニオン性としては、アクリルアミドとアクリル酸塩の共重合物、ポリスチレンスルホン酸、ポリアクリル酸、ポリビニルスルホン酸等があり、さらに、これらの誘導体類も用いることができる。これら高分子凝集剤の分子量としては、１２００〜１８００万程度のものが優れた効果を発揮する。
また、アニオン性高分子凝集剤の添加方法としては、粉末品を浚渫土の乾燥固形分１００に重量部に対し、有効固形分量で０．１〜１．０重量部の範囲添加するか、又は海水１００容量部に対し、０．３〜０．９０重量部の範囲で溶解した溶液を浚渫土の乾燥固形分１００重量部に対し、有効固形分量で０．１〜１．０重量部の範囲で添加しても良いし、固形分含有量４０％以上の液状タイプの高分子凝集剤を浚渫土の乾燥固形分１００重量部に対し、有効固形分量で０．１〜１．０重量部の範囲で添加しても良い。
【００１２】
さらに、第三の工程で添加される無機凝集剤としては、ポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）塩化第２鉄、硫酸アルミニウム、硫酸第一鉄、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、セメント、消石灰の内の一種類又は二種以上を用いることができる。中でもポリ塩化アルミニウム溶液が最も好ましく、浚渫土の乾燥固形分１００重量部に対し、有効固形分量で０．２〜２．０重量部の範囲で添加する。
本発明を以下に記述する実施例によってさらに詳細に説明するが、その内容に限定されない。
【００１３】
〔実施例１〕
電解質を含む汚泥処理方法について、従来法と本発明の処理方法との比較において実施した処理試験結果を以下に説明する。
本発明の処理方法
含水比５００％の港湾浚渫土の乾燥固形分量１００重量部に対し、
第一の工程：  アルカリ剤として、水酸化ナトリウム２０％溶液を１．０重量部添加し、攪拌機で十分に攪拌して、ｐＨを９．２に調整後、分散剤として、テルフロー（固形分含有量：３０％）を有効固形分量で０．１５〜０．７５重量部の範囲で添加量を変えて添加し、十分に攪拌を行う。
第二の工程：  液状タイプのアニオン性高分子凝集剤（固形分含有量：４０％）を有効固形分量で０．２〜０．４重量部の範囲で添加量を変えて添加し、十分に攪拌を行う。
第三の工程：  無機凝集剤として、ポリ塩化アルミニウム溶液を有効固形分量で０．８〜１．３重量部の範囲で添加量を変えて添加し、攪拌を行い、疎水性の強いフロックを得る。
得られたフロックを圧搾方式の脱水試験機を用いて脱水し、脱水スラッジの含水比、コーン指数を測定した。
【００１４】
〔比較例１〕
（〔０００２〕、▲２▼の方法）
含水比５００％の港湾浚渫土の乾燥固形分１００重量部に対し、
▲１▼ポリ塩化アルミニウム溶液を有効固形分量で０．０８重量部添加し、攪拌する。
▲２▼０．１（重量／容量％）濃度の高分子凝集剤溶液を有効固形分濃度で０．０２５又は０．０５重量部と添加量を変えて添加し、攪拌、凝集しフロックを得る。
【００１５】
〔比較例２〕
（特開平３−１６１０９９記載の方法）
含水比５００％の港湾浚渫土の乾燥固形分１００重量部に対し、
▲１▼高分子凝集剤の濃度０．１（重量／容量％）溶液を固形分濃度で０．０５〜０．２重量部の範囲で添加量を変えて添加し、攪拌する。
▲２▼ポリ塩化アルミニウム溶液を有効固形分で０．１又は、０．２重量部の範囲で添加量を変えて添加し、攪拌して凝集させる。
【００１６】
〔比較例３〕
（特開平６−１３４５００記載の方法）
含水比５００％の港湾浚渫土の乾燥固形分１００重量部に対し、
▲１▼０．１（重量／容量％）濃度の高分子凝集剤を固形分濃度で０．１又は、０．２重量部の範囲で添加量を変えて添加し、攪拌凝集させる。
▲２▼高速攪拌にてフロックの粒径を０．０１〜２．０ｍｍに調整する。ポリ塩化アルミニウム溶液を有効固形分量で０．１又は、０．  ２重量部の範囲で添加量を変えて添加し、攪拌して凝集させる。
得られたフロックを圧搾方式の脱水試験機を用いて脱水し、脱水スラッジの含水比、コーン指数を測定した。
なお、凝集物の脱水方法は、同容量の凝集物を、底面にろ紙を施した円筒セル容器に注ぎ入れ、上部から油圧シリンダーにつながるＯリング付きのピストンを押し込んで２００ｋＮ／ｍ２×１０分の条件で圧搾脱水する方法である。また、コーン指数は締固めた土のコーン指数試験方法〔ＪＩＳ  Ａ  １２２８〕に準拠し、測定した。
実験結果を表１に示す。
【００１７】
【表１】
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表１に示すように、本発明の処理法は、従来法に比較し脱水後のフロックの含水比、コーン指数測定値において、明らかな改善を示した。
【００１８】
〔実施例２〕
電解質を含む汚泥処理方法について、従来法と本発明の処理方法との比較において実施した処理試験結果を以下に説明する。
本発明の処理方法
含水比４００％の海成粘土の乾燥固形分量１００重量部に対し、
第一の工程：  アルカリ剤として、水酸化ナトリウム２０％溶液を１．０重量部添加し、攪拌機で十分に攪拌して、ｐＨを９．２に調整後、分散剤として、テルフロー（固形分含有量：３０％）を有効固形分量で０．１５〜０．６重量部の範囲で添加量を変えて添加し、十分に攪拌を行う。
第二の工程：  液状タイプのアニオン性高分子凝集剤（固形分含有量：４０％）を有効固形分量で０．２〜０．４重量部の範囲で添加量を変えて添加し、十分に攪拌を行う。
第三の工程：  無機凝集剤として、ポリ塩化アルミニウム溶液を有効固形分量で０．４〜０．９重量部の範囲で添加量を変えて添加し、攪拌を行い、疎水性の強いフロックを得る。
得られたフロックを圧搾方式の脱水試験機を用いて脱水し、脱水スラッジの含水比、コーン指数を測定した。
【００１９】
〔比較例４〕
（〔０００２〕▲２▼の方法）
含水比４００％の海成粘土の乾燥固形分１００重量部に対し、
▲１▼ポリ塩化アルミニウム溶液を有効固形分量で０．１重量部添加し、攪拌する。
▲２▼０．１（重量／容量％）濃度の高分子凝集剤溶液を有効固形分濃度で０．０５又は０．１重量部と添加量を変えて添加し、攪拌、凝集しフロックを得る。
得られたフロックを圧搾方式の脱水試験機を用いて脱水し、脱水スラッジの含水比、コーン指数を測定した。
なお、凝集物の脱水方法は、同容量の凝集物を、底面にろ紙を施した円筒セル容器に注ぎ入れ、上部から油圧シリンダーにつながるＯリング付きのピストンを押し込んで２００ｋＮ／ｍ２×１０分の条件で圧搾脱水する方法である。また、コーン指数は締固めた土のコーン指数試験方法〔ＪＩＳ  Ａ  １２２８〕に準拠し、測定した。
実験結果を表２に示す。
【００２０】
【表２】
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表２に示すように、本発明の処理法は、従来法に比較し、脱水後のフロックの含水比、コーン指数測定値において、明らかな改善を示した。
【００２１】
【発明の効果】
本発明によれば、汚泥液層部に存在する凝集状態にある土粒子含む汚泥に対し、分散剤を添加することにより、分散状態に戻し、第二の工程で加えられるアニオン性高分子凝集剤によって、土粒子を凝集させ、微細なフロックを形成させること無く、この分散粒子上にポリマーを効率良く吸着させ、液相中に十分に広がらせ、第三の工程で加えられる無機凝集剤の多価カチオンを、土粒子を吸着した高分子凝集剤に作用させ、フロックを形成すると同時に疎水化し、圧搾脱水に耐えられる強いフロックを形成させることができる。また、フロックを機械的に一定の粒径範囲に調整する困難さを排除し、非常に効率的な処理方法を達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の処理方法による、汚泥中の土粒子の凝集・フロック形成メカニズムを示す概念図である。
【図１】
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