(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機性汚泥に対して、１０００〜５０００の平均分子量を有し、カチオン基として以下の一般式（Ｉ）によって示される化学構造単位を備えるアリルアミン重合体もしくはその塩からなる少なくとも１種のカチオン性高分子と、
カチオン基よりもアニオン基を多く含む両性高分子凝集剤とを添加して脱水することを特徴とする有機性汚泥の脱水方法。
【化１】
0004069163.tif 000017
（前記一般式（Ｉ）において、Ｒ１，Ｒ２は、それぞれ水素原子、メチル基またはシクロヘキシル基を表す。）
【請求項２】
前記両性高分子凝集剤は、
１分子内におけるカチオン基として示される化学構造単位の含有量に対するアニオン基として示される化学構造単位の含有量のモル比が、１．０１以上、３．００以下であることを特徴とする請求項１記載の有機性汚泥の脱水方法。
【請求項３】
前記カチオン基として示される化学構造単位は、アミノ基である第１〜第３級アミンもしくはその塩であり、
前記アニオン基として示される化学構造単位は、カルボキシル基もしくはその塩であることを特徴とする請求項２記載の有機性汚泥の脱水方法。
【請求項４】
前記カチオン基として示される化学構造単位は、アミノ基である第４級アンモニウム塩であり、
前記アニオン基として示される化学構造単位は、カルボキシル基もしくはその塩であることを特徴とする請求項２記載の有機性汚泥の脱水方法。
【請求項５】
前記両性高分子凝集剤は、
さらに非イオンである（メタ）アクリルアミドを５０モル％未満含有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の有機性汚泥の脱水方法。
【請求項６】
１０００〜５０００の平均分子量を有し、カチオン基として以下の一般式（Ｉ）によって示される化学構造単位を備えるアリルアミン重合体もしくはその塩からなる少なくとも１種のカチオン性高分子と、
カチオン基よりもアニオン基を多く含む両性高分子凝集剤とを含む混合組成物からなることを特徴とする有機性汚泥の脱水用凝集剤。
【化２】
0004069163.tif 000018
（前記一般式（Ｉ）において、Ｒ１，Ｒ２は、それぞれ水素原子、メチル基またはシクロヘキシル基を表す。）
【請求項７】
１０００〜５０００の平均分子量を有し、カチオン基として以下の一般式（Ｉ）によって示される化学構造単位を備えるアリルアミン重合体もしくはその塩からなる少なくとも１種のカチオン性高分子と、
カチオン基よりもアニオン基を多く含む両性高分子凝集剤とを、乳化混合しまたは懸濁物とした１液混合組成物からなることを特徴とする有機性汚泥の脱水用凝集剤。
【化３】
0004069163.tif 000019
（前記一般式（Ｉ）において、Ｒ１，Ｒ２は、それぞれ水素原子、メチル基またはシクロヘキシル基を表す。）
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機性汚泥の脱水方法および有機性汚泥の脱水用凝集剤に関する。
【０００２】
【従来の技術】
下水、し尿または有機性産業廃水などの処理によって発生する有機性汚泥は、凝集処理によってフロックを形成し、形成されたフロックをたとえばスクリュープレス型脱水機、ベルトプレス型脱水機、フィルタープレス型脱水機またはスクリューデカンターなどの脱水装置を用いて脱水し、いわゆる脱水ケーキと呼ばれる脱水汚泥とされる。このように生成された脱水ケーキは、主に焼却処分されている。
【０００３】
有機性汚泥の脱水において、凝集処理は、有機性汚泥の回収率および脱水ケーキに含まれる水分量（以後、ケーキ含水率と呼ぶ）に関る技術であり、近年の生活環境の変遷に伴う有機性汚泥の増加に対応して回収率を向上するとともに焼却負荷の軽減のためのケーキ含水率低減等を目的として、従来以下に示すようないくつかの方法が行われている。
【０００４】
（１）ポリジメチルアミノエチル（メタ）アクリレートもしくはその４級化合物、またはジメチルアミノエチル（メタ）アクリレートもしくはその４級化合物と（メタ）アクリルアマイドの共重合物などのカチオン性高分子凝集剤を使用する方法。
（２）たとえば特開昭６０−１２９２２公報に開示される無機凝集剤添加後、カチオン性有機高分子凝集剤とアニオン性有機高分子凝集剤とを使用する方法、またはたとえば特開昭６３−１５８２００公報に開示される無機凝集剤添加後、カチオン基とアニオン基とを併せ持つ両性有機高分子凝集剤を使用する方法。
（３）特殊なカチオンポリマー、たとえばポリビニルアミジンなどを単独または無機凝集剤と併せて使用する方法などである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前述した従来技術には、以下のような問題がある。前述した（１）に示すカチオン性高分子凝集剤の単独添加による方法は、遠心脱水機の出現とともに実用化され、改良が加えられてベルトプレス型脱水機にも利用される最も一般的な方法である。この方法は、有機性汚泥の回収率が９７〜９８％と高いけれども、ケーキ含水率が８１〜８４％と水分量が高いので、焼却に多量の燃料を必要とし焼却時間も長くかかるという問題がある。また、消化槽の採用など、近時汚泥処理技術の変化によって、この方法では充分な性能が発揮できないという状況に至っている。すなわち消化槽内に長時間滞留させて消化分解された消化汚泥は、繊維分が極端に減少し高濃度で沈降性が非常に悪く水洗を行っても脱水が困難である。またｐＨも上昇し高濃度で高分子凝集剤との混和性が悪く、しかもマイナス電荷の高分子物質が蓄積されているためカチオン性高分子凝集剤の使用が従来に比べ多く必要である。
【０００６】
前述した（２）に示す無機凝集剤と両性高分子凝集剤とを併用する方法は、高圧ベルトプレス型脱水機の出現により注目されるとともに、消化槽の普及に伴い遠心脱水機にも採用されるに至っている。この方法は、フロックの粘度をコントロールし易く、初期濾水性能が高く、有機性汚泥の回収率が９９％以上であり、ケーキ含水率も比較的低い水準の７９〜８２％であり、優れた処理方法である。しかしながら、無機凝集剤として無機塩を多量に使用するので、スラッジの発生量が多く、脱水ケーキ中にスラッジが多量に含まれるので、脱水ケーキを焼却処分した際に灰分が多量に発生し、灰分を埋立て処分するべき埋立地の不足する我国では適用に問題がある。そのため、更に溶融炉によって骨材に加工する方法などが試みられている。
【０００７】
前述した（３）に示す特殊なカチオン性高分子凝集剤を単独使用する方法では、ケーキ含水率が７８〜８１％であり、無機凝集剤と併用する方法では、ケーキ含水率が７７〜７９％であり、また前述した（２）の方法に比べて無機凝集剤の添加量を２分の１から３分の１に減らすことができるという利点がある。しかしながら、特殊なカチオン性高分子凝集剤は、その価格が高いので、処理費用が増大するという問題があり、また消化汚泥に対しては、前述のようなケーキ脱水率を得ることができないという問題がある。
【０００８】
発生汚泥の減容化、汚泥中の病原菌低減および消化ガスの有効利用などの観点から、今後嫌気性消化処理が下水の処理方法として一層重要視されると考えられるけれども、最近の下水の質的変化に伴い嫌気性消化汚泥の脱水処理が非常に困難になりつつあり、カチオン性高分子凝集剤の単独添加では、充分な脱水性能を発揮するに至らず、そのケーキ含水率は、８３〜８５％が限界である。したがって、輸送に難点があり焼却に多量の燃料を必要とし焼却時間も長くかかるという問題がある。
【０００９】
本発明者らは、長年にわたる低分子ポリマーに関する検討を通じて得られた低分子領域の高カチオンポリマーの実用レベルでの有効制御に係る知見に基づいて本発明に至ったものである。
【００１０】
本発明の目的は、無機塩を使用しないまたは使用量を限界まで低減することによってスラッジの発生量を低減し、単位時間あたりの汚泥処理能力を高め、回収率を高めて乾燥処理負荷を低減し、ケーキ含水率を引下げて焼却時の燃料消費を削減するとともに発生ＣＯ2量を低減することのできる有機性汚泥の脱水方法および有機性汚泥の脱水用凝集剤を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、有機性汚泥に対して、１０００〜５０００の平均分子量を有し、カチオン基として以下の一般式（Ｉ）によって示される化学構造単位を備えるアリルアミン重合体もしくはその塩からなる少なくとも１種のカチオン性高分子と、カチオン基よりもアニオン基を多く含む両性高分子凝集剤とを添加して脱水することを特徴とする有機性汚泥の脱水方法である。
【００１２】
【化４】
0004069163.tif 000002
【００１３】
（前記一般式（Ｉ）において、Ｒ1，Ｒ2は、それぞれ水素原子、メチル基またはシクロヘキシル基を表す。）
【００２３】
本発明に従えば、低分子量のカチオン性高分子化合物とカチオン基よりもアニオン基を多く含む両性高分子凝集剤とを有機性汚泥に添加して脱水処理を行う。低分子量のカチオン性高分子化合物は、有機性汚泥の内部まで容易に作用して微細で均一な凝集物を形成し、有機性汚泥に包含されている水分を外部に放出され易くする。またカチオン基よりもアニオン基を多く含む両性高分子凝集剤の添加によって、凝集物を大きく成長させることができる。したがって、有機性汚泥の効率的な回収を可能にするとともに、凝集物の脱水によって得られる脱水ケーキのケーキ含水率を減少させることを可能にする。
【００２４】
また有機性汚泥が、生、余剰または消化の種類に関らず無機塩を用いないか、またはごく少量の使用で効率的に脱水することができるので、スラッジの発生量が少なく、脱水ケーキの焼却処理後の灰分残量低減を実現することができる。このように無機塩を用いないかまたは少量使用なので、スラッジは少量しか発生しないけれども、発生するスラッジをメタン発酵させてメタンガスを回収することによって、燃料電池と組合せて新しいエネルギ源としての活用も可能であり、環境に優しい処理方法として環境浄化に寄与することができる。
【００２７】
また本発明は、前記両性高分子凝集剤は、
１分子内におけるカチオン基として示される化学構造単位の含有量に対するアニオン基として示される化学構造単位の含有量のモル比が、１．０１以上、３．００以下であることを特徴とする。
【００２８】
本発明に従えば、両性高分子凝集剤は、１分子内におけるカチオン基として示される化学構造単位の含有量に対するアニオン基として示される化学構造単位の含有量のモル比が、適正範囲に選択されるので、凝集物の大きさを成長し易くし、凝集物の表面の粘性を適度に保つので、良好な脱水性を有する凝集物を得ることを可能にする。
【００２９】
また本発明は、前記カチオン基として示される化学構造単位は、アミノ基である第１〜第３級アミンもしくはその塩であり、前記アニオン基として示される化学構造単位は、カルボキシル基もしくはその塩であることを特徴とする。
【００３０】
また本発明は、前記カチオン基として示される化学構造単位は、アミノ基である第４級アンモニウム塩であり、
前記アニオン基として示される化学構造単位は、カルボキシル基もしくはその塩であることを特徴とする。
【００３１】
本発明に従えば、その作用機構は明らかではないが、使用される低分子量の高カチオンポリマーの作用が著しく激しいため、一般のアニオン性高分子凝集剤やカチオン型両性高分子凝集剤では凝集剤自体が捕捉されて不溶化する貼り付き現象が現れ十分に作用しない。本発明に記した両性高分子凝集剤はこの問題をクリアして有機性汚泥の脱水に必要な凝集物を形成するものである。
【００３２】
また本発明は、前記両性高分子凝集剤は、さらに非イオンである（メタ）アクリルアミドを５０モル％未満含有することを特徴とする。
【００３３】
本発明に従えば、両性高分子凝集剤は、適正量の非イオン性成分を導入する（メタ）アクリルアミドにより貼り付き現象の起こらない最適なものを選択し、凝集脱水処理を容易にすることができる。
【００３４】
また本発明は、１０００〜５０００の平均分子量を有し、カチオン基として以下の一般式（Ｉ）によって示される化学構造単位を備えるアリルアミン重合体もしくはその塩からなる少なくとも１種のカチオン性高分子と、カチオン基よりもアニオン基を多く含む両性高分子凝集剤とを含む混合組成物からなることを特徴とする有機性汚泥の脱水用凝集剤である。
【化５】
0004069163.tif 000003
（前記一般式（Ｉ）において、Ｒ１，Ｒ２は、それぞれ水素原子、メチル基またはシクロヘキシル基を表す。）
【００３５】
また本発明は、１０００〜５０００の平均分子量を有し、カチオン基として以下の一般式（Ｉ）によって示される化学構造単位を備えるアリルアミン重合体もしくはその塩からなる少なくとも１種のカチオン性高分子と、カチオン基よりもアニオン基を多く含む両性高分子凝集剤とを、乳化混合しまたは懸濁物とした１液混合組成物からなることを特徴とする有機性汚泥の脱水用凝集剤である。
【化６】
0004069163.tif 000004
（前記一般式（Ｉ）において、Ｒ１，Ｒ２は、それぞれ水素原子、メチル基またはシクロヘキシル基を表す。）
【００３６】
本発明に従えば、有機性汚泥の脱水用凝集剤は、１０００〜５０００の平均分子量を有するカチオン性高分子とカチオン基よりもアニオン基を多く含む両性高分子凝集剤とを含む混合組成物、または前記カチオン性高分子と前記両性高分子凝集剤とを乳化混合または懸濁物とした１液混合組成物からなる。この脱水用凝集剤は、有機性汚泥に添加する作業を極めて容易にし、添加によって有機性汚泥を効率的に回収し、ケーキ含水率の低い脱水ケーキを得ることができる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
本発明の有機性汚泥の脱水方法は、有機性汚泥に対して１０００〜５０００００、好ましくは３０００〜２０００００の平均分子量を有するカチオン性高分子と、カチオン基よりもアニオン基を多く含む（以後、便宜上アニオンリッチと表す）両性高分子凝集剤とを添加して脱水するものである。本発明における前記カチオン性高分子は、種々の形態をとることができる。
【００３８】
前記カチオン性高分子の第１の形態は、カチオン基として以下の一般式（ＩＩ）によって示される化学構造単位（以後、カチオン基として示される化学構造単位のことを便宜上カチオン単位と呼ぶ）を備えるビニルアミン重合体またはその塩である。
【００３９】
【化７】
0004069163.tif 000005
【００４０】
（前記一般式（ＩＩ）において、Ｒ３，Ｒ４は、それぞれ水素原子、メチル基またはシクロヘキシル基を表す。）
【００４１】
前記カチオン性高分子の第２の形態は、以下の一般式（Ｉ）によって示されるカチオン単位を備えるアリルアミン重合体もしくはその塩である。
【００４２】
【化８】
0004069163.tif 000006
【００４３】
（前記一般式（Ｉ）において、Ｒ１，Ｒ２は、それぞれ水素原子、メチル基またはシクロヘキシル基を表す。）
【００４４】
前記カチオン性高分子の第３の形態は、以下の一般式（ＩＩＩ）または（ＩＶ）によって示されるカチオン単位を備えるジアリルアミン重合体もしくはその塩である。
【００４５】
【化９】
0004069163.tif 000007
【００４６】
【化１０】
0004069163.tif 000008
【００４７】
（前記一般式（ＩＩＩ），（ＩＶ）において、Ｒ5は、水素原子、メチル基またはベンジル基を表す。）
【００４８】
前記カチオン性高分子の第４の形態は、以下の一般式（Ｖ）または（ＶＩ）によって示されるカチオン単位を備えるジアリルアミン４級アンモニウム塩の重合体である。
【００４９】
【化１１】
0004069163.tif 000009
【００５０】
【化１２】
0004069163.tif 000010
【００５１】
（前記一般式（Ｖ），（ＶＩ）において、Ｒ6，Ｒ7は、それぞれメチル基またはベンジル基を表し、Ｘは、Ｃｌ，Ｂｒ，Ｆ，Ｉ，ＨＳＯ4を表す。）
【００５２】
前記カチオン性高分子の第５の形態は、前記一般式（Ｉ）および前記一般式（ＩＩＩ）または（ＩＶ）によって示されるカチオン単位を備えるアリルアミンおよびジアリルアミンの共重合体またはその塩である。
【００５３】
カチオン性高分子が、前記第１〜第５の形態の重合体であることの好ましい理由は、カチオンコロイド当量値（Ｃｖ値）が、６．０以上の高カチオン重合体であること、また比較的低分子量のものが安定的に得られやすいことなどを挙げることができる。
【００５４】
以下にカチオン性高分子の分子量の範囲限定理由について説明する。平均分子量が１０００未満であると、凝集作用が弱いので、微細な凝集体の形成が不充分であり、アニオンリッチな両性高分子凝集剤を添加しても凝集体の成長が起こりがたい。平均分子量が５０００００を超えると、混和性が悪化し、初期凝集体のより大きい抱水性が最終的にケーキ含水率を大きくする。したがって、平均分子量を１０００〜５０００００とした。
【００５５】
アニオンリッチな両性高分子凝集剤は、アニオン性モノマーおよびカチオン性モノマーの共重合体であり、１分子内におけるカチオン単位の含有量に対するアニオン基として示される化学構造単位（以後、アニオン基として示される化学構造単位のことを便宜上アニオン単位と呼ぶ）の含有量のモル比（アニオン単位のモル濃度／カチオン単位のモル濃度）が、１．０１以上、３．００以下である。カチオン単位は、アミノ基である第１〜第３級アミンもしくはその塩、またはアミノ基である第４級アンモニウム塩であることが望ましく、アニオン単位は、カルボキシル基もしくはその塩であることが望ましい。アミン塩としては、通常塩酸が多用されるけれども、その他の酸も使用することができる。またアニオンリッチな両性高分子凝集剤は、非イオンである（メタ）アクリルアミドを５０モル％未満含有してもよい。
【００５６】
以下に前記モル比（アニオン単位のモル濃度／カチオン単位のモル濃度）の範囲限定理由について説明する。前記モル比が、１．０１未満であると、凝集体の成長が阻害され、３．００を超えると、凝集体表面の粘度が増大して脱水性を阻害する。したがって、１．０１以上、３．００以下とした。
【００５７】
前述したような両性高分子凝集剤には、ジメチルアミノエチル（メタ）アクリレート／アクリレート／（メタ）アクリルアマイドの共重合物、アリルアミン／マレイン酸の共重合物またはジアリルアミン／マレイン酸の共重合物である凝集剤などを挙げることができる。
【００５８】
有機性汚泥に対してカチオン性高分子とアニオンリッチな両性高分子凝集剤を添加して脱水することによって、汚泥を効率的に回収し、脱水ケーキのケーキ含水率を減少させることのできる理由については、未だ明確ではないけれども、以下のように考えられる。
【００５９】
低分子量のカチオン性高分子は、有機性汚泥の内部まで容易に浸透して微細で均一なより疎水性の凝集体を形成するとともに、汚泥に包含されている水分を外部に放出され易くし、後の処理での脱水効果を高めるように作用し、アニオンリッチな両性高分子凝集剤は、カチオン性高分子によって微細均一に形成される凝集体を大きく成長させる作用を有する。すなわち、カチオン性高分子は、低分子量による効果と相乗的に作用し、有機性汚泥の表面の電荷を瞬間的に中和するか、またはフリーアミンの場合には有機性汚泥の表面に何らかの物理化学的結合をすることにより、均一で微細な初期凝集体（フロック）を形成する。このフロックは、他に方法によって形成される大きいフロックに比べて抱水性が少なく、無機凝集剤によって生成される沈澱物に類似するけれども、金属類のように水和性を持たないので、より脱水に適している。
【００６０】
カチオン性高分子とアニオンリッチな両性高分子凝集剤とは、有機性汚泥に対して、まずカチオン性高分子が添加され次いでアニオンリッチな両性高分子凝集剤が添加される順序であってもよく、同時に添加されてもよく、またはまずアニオンリッチな両性高分子凝集剤が添加され次いでカチオン性高分子が添加される順序であってもよい。
【００６１】
まずカチオン性高分子が添加され次いでアニオンリッチな両性高分子凝集剤が添加される順序であるとき、カチオン性高分子によって均一で微細な初期凝集体が形成され、その初期凝集体がアニオンリッチな両性高分子凝集剤によって大きく成長される。
【００６２】
カチオン性高分子とアニオンリッチな両性高分子凝集剤とが同時に添加されるとき、極端に多い極性基を有する低分子量のカチオン性高分子は、わずかのタイムラグで有機性汚泥に対して有効に先行作用して初期凝集体を形成し、形成された初期凝集体はアニオンリッチな両性高分子凝集剤によって大きく成長される。
【００６３】
まずアニオンリッチな両性高分子凝集剤が添加され次いでカチオン性高分子が添加されるとき、未反応のまま有機性汚泥と近接するアニオンリッチな両性高分子凝集剤の層を低分子量のカチオン性高分子が容易に通過して汚泥に達し、均一微細な凝集体の形成と、凝集体の成長とが同時進行の形で生じると考えられる。
【００６４】
また本発明の他の実施の形態は、１０００〜５０００００の平均分子量を有し、前記一般式（ＩＩ）によって示されるカチオン単位を備えるビニルアミン重合体もしくはその塩、前記一般式（Ｉ）によって示されるカチオン単位を備えるアリルアミン重合体もしくはその塩、前記一般式（ＩＩＩ）または（ＩＶ）によって示されるカチオン単位を備えるジアリルアミン重合体もしくはその塩、および前記一般式（Ｖ）または（ＶＩ）によって示されるカチオン単位を備えるジアリルアミン４級アンモニウム塩の重合体からなる群から選択される少なくとも１種のカチオン性高分子と、アニオンリッチな両性高分子凝集剤とを含む混合組成物からなる有機性汚泥の脱水用凝集剤または、前記カチオン性高分子とアニオンリッチな両性高分子凝集剤とを、公知の方法で乳化混合し、または低分子ポリマーと両性高分子の性質を利用して塩溶液中に懸濁物とした１液混合組成物からなる有機性汚泥の脱水用凝集剤である。
【００６５】
本実施の形態の有機性汚泥の脱水用凝集剤は、低分子量のカチオン性高分子とアニオンリッチな両性高分子凝集剤との混合組成物として生成され、または低分子量のカチオン性高分子とアニオンリッチな両性高分子凝集剤とが、乳化混合または懸濁物とされた１液混合組成物として生成される。この脱水用凝集剤は、単体として取扱うことができるので、有機性汚泥に対する添加作業が極めて容易に行われる。このように、取扱いが容易であり、添加によって有機性汚泥の効率的回収および脱水ケーキのケーキ含水率低減を実現することのできる脱水用凝集剤が提供される。
【００６６】
（実施例）
以下に本発明の実施例を説明するけれども、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。実施例の説明では、部は重量部の意味に用いられ、％は重量％に意味に用いられる。また本実施例において、有機性汚泥の処理能力は、フロックの濾過速度を評価の指標とし、脱水性は、ケーキ含水率を評価の指標とした。また凝集体であるフロック粒径とフロック形成後の処理水ＳＳ（Suspended Solid：浮遊物質）についても測定した。各評価指標とフロック粒径および処理水ＳＳの測定方法について以下に説明する。
【００６７】
（１）濾過速度；有機性汚泥２００ミリリットル（ｍＬ）を容量３００ｍＬのビーカーに採り、有機性汚泥に対して所定量の高カチオン性高分子および／または両性高分子凝集剤を添加し、回転速度：２００ｒｐｍ、回転時間：２０秒で攪拌してフロックを形成させた。フロックをヌッチェ（ろ布：シキシマカンパス（株）製ポリエステルＴ１１７９Ｌ、通気度８０００ｃｃ／ｍｉｎ／ｃｍ2）で常圧濾過し、濾過時間が、１０秒、２０秒、３０秒および６０秒経過した時点におけるろ液量をそれぞれ測定した。
（２）ケーキ含水率；（１）において述べた濾過処理によってヌッチェのろ布上に形成されるケーキを採取し、０．５ｋｇ／ｃｍ2の加圧力を負荷しながら６０秒間脱水して脱水ケーキを形成した。その脱水ケーキを温度１２０℃で９０分間乾燥した後、脱水ケーキ中の水分量を測定してケーキ含水率とした。
（３）フロック粒径；（１）において述べた濾過速度測定のフロックが形成された時点におけるフロックの粒径を、目視によりフロック粒径表にて比定した。
（４）処理水ＳＳ；（１）において述べた濾過速度測定のフロックが形成後の上澄み液を採取し、積分球式濁度計によって測定した。
【００６８】
また本発明の実施例および実施例との比較を目的として比較例において使用したカチオン性高分子、アニオンリッチ両性高分子凝集剤およびアニオン性高分子凝集剤を合わせて表１に示す。
【００６９】
【表１】
0004069163.tif 000011
【００７０】
本実施例では、以後、カチオン性高分子、両性高分子凝集剤およびアニオン性高分子凝集剤を表１中に示す「品名又は仮称」によって表記する。
【００７１】
（実施例１）
有機性汚泥として、下水処理場Ａ（大阪府下）の１００％消化汚泥２００ｍＬ（２％ポリ塩化鉄入り）を、容量３００ｍＬのビーカーに採り、まず前記有機性汚泥に対して、カチオン性重合体の塩であるＰＡＡ−Ｄ１１−ＨＣｌを３０ｐｐｍ添加し、回転速度：２００ｒｐｍ、回転時間：６０秒で攪拌して微細なフロックを形成させた。以後、この初めに添加する化合物（薬液）を第１段薬液と呼ぶ。次いでフロックの形成された有機性汚泥に対して、ポリアクリル酸エステル系両性高分子凝集剤両性Ｓを１００ｐｐｍ添加し、回転速度：２００ｒｐｍ、回転時間：２０秒で攪拌してフロックを成長させた。この２番目に添加する化合物（薬液）を、以後、第２段薬液と呼ぶ。
【００７２】
（実施例２〜１０）
第１段薬液に、実施例２にはＰＡＡ−Ｄ１１（中和）を用い、実施例３にはＰＡＳ−１２０−Ｌを用い、実施例４にはＰＡＳ−Ｈ１０Ｌを用い、実施例５にはＰＡＡ−０１を用い、実施例６にはＰＡＡ−０５を用い、実施例７にはＰＡＡ−０３−ＨＣｌを用い、実施例８にはＰＡＡ−０５−ＨＣｌを用い、実施例９にはＰＶＡｍを用い、実施例１０にはＰＤＡ−ＨＣｌを用いたことが異なる以外は、実施例１と同様にして有機性汚泥を処理した。
【００７３】
（比較例１〜４）
比較例１〜３では、第１段薬液に分子量が５０００００を超える高分子量のカチオン性重合体であるＰＶＡを１５０ｐｐｍ，カチオンＡを１００ないし１５０ｐｐｍ用い、第２段薬液を用いないこと以外は、実施例１と同様にして有機性汚泥を処理した。比較例４では、第２段薬液にアニオン性高分子凝集剤ＡＦ−４１を用いる以外は、実施例１と同様にして有機性汚泥を処理した。
【００７４】
実施例１〜１０および比較例１〜４について、濾過速度、ケーキ含水率、フロック粒径および処理ＳＳを測定した結果を合わせて表２に示す。
【００７５】
【表２】
0004069163.tif 000012
【００７６】
（実施例１１）
有機性汚泥として、下水処理場Ｂ（大阪府下）の生汚泥：消化汚泥＝３：１の汚泥２００ｍＬ（３％ポリ塩化鉄入り）を、容量３００ｍＬのビーカーに採り、前記有機性汚泥に対して、第１段薬液としてカチオン性重合体の塩であるＰＡＡ−Ｄ１１−ＨＣｌを２５ｐｐｍ添加し、回転速度：２００ｒｐｍ、回転時間：６０秒で攪拌して微細なフロックを形成させた。次いで第２段薬液としてポリアクリル酸エステル系両性高分子凝集剤両性Ｓを１００ｐｐｍ添加し、回転速度：２００ｒｐｍ、回転時間：２０秒で攪拌してフロックを成長させた。
【００７７】
（実施例１２〜１８）
第１段薬液に、実施例１２にはＰＡＳ−１２０−Ｌを用い、実施例１３にはＰＡＳ−Ｈ１０Ｌを用い、実施例１４にはＰＡＡ−０１を用い、実施例１５にはＰＡＡ−０３を用い、実施例１６にはＰＡＡ−０３−ＨＣｌを用い、実施例１７にはＰＡＡ−０５−ＨＣｌを用い、実施例１８にはＰＶＡｍを用いたことが異なる以外は、実施例１１と同様にして有機性汚泥を処理した。
【００７８】
（比較例５〜９）
比較例５〜７では、第１段薬液に分子量が５０００００を超える高分子量のカチオン性重合体であるＰＶＡを１００ｐｐｍ，カチオンＢを１００ないし１５０ｐｐｍ用い、第２段薬液を用いないこと以外は、実施例１と同様にして有機性汚泥を処理した。比較例８では、第１段薬液にＰＶＡｍを用い、第２段薬液にアニオン性高分子凝集剤ＡＦ−４１を用いる以外は、実施例１１と同様にして有機性汚泥を処理し、比較例９では、第１段薬液にＰＶＡを用い、第２段薬液にアニオン性高分子凝集剤ＡＦ−４１を用いる以外は、実施例１１と同様にして有機性汚泥を処理した。
【００７９】
実施例１１〜１８および比較例５〜９について、濾過速度、ケーキ含水率、フロック粒径および処理ＳＳを測定した結果を合わせて表３に示す。
【００８０】
【表３】
0004069163.tif 000013
【００８１】
（実施例１９）
有機性汚泥として、下水処理場Ｃ（兵庫県下）の生汚泥：消化汚泥＝６：４の無機塩完全無添加の汚泥２００ｍＬを、容量３００ｍＬのビーカーに採り、前記有機性汚泥に対して、第１段薬液としてカチオン性重合体の塩であるＰＡＡ−Ｄ１１−ＨＣｌを７５ｐｐｍ添加し、回転速度：２００ｒｐｍ、回転時間：６０秒で攪拌して微細なフロックを形成させた。次いで第２段薬液としてポリアクリル酸エステル系両性高分子凝集剤両性Ｓを７５ｐｐｍ添加し、回転速度：２００ｒｐｍ、回転時間：２０秒で攪拌してフロックを成長させた。
【００８２】
（実施例２０〜２４）
実施例２０では、第２段薬液にポリアクリル酸エステル系両性高分子凝集剤両性Ｔを用いる以外は実施例１９と同様に、実施例２１〜２３では、第１段薬液にＰＡＡ−０５、ＰＡＡ−０５−ＨＣｌおよびＰＶＡｍをそれぞれ用いる以外は実施例１９と同様に、実施例２４では、第１段薬液にＰＶＡｍを用い、第２段薬液に両性Ｔを用いる以外は実施例１９と同様にして、有機性汚泥を処理した。
【００８３】
（比較例１０〜１３）
比較例１０〜１３では、第１段薬液に分子量が５０００００を超える高分子量のカチオン性重合体であるカチオンＢ、ＰＶＡをそれぞれ１５０ないし２００ｐｐｍ用い、第２段薬液を用いないこと以外は、実施例１９と同様にして有機性汚泥を処理した。
【００８４】
実施例１９〜２４および比較例１０〜１３について、濾過速度、ケーキ含水率、フロック粒径および処理ＳＳを測定した結果を合わせて表４に示す。
【００８５】
【表４】
0004069163.tif 000014
【００８６】
前記表１〜表４には、カチオン性高分子を第１段薬液として添加し、アニオンリッチな両性高分子凝集剤を第２段薬液として添加する場合についての結果を示す。本発明の実施例では、濾過速度が速く単位時間あたりの汚泥処理能力が向上しており、またケーキ含水率は、ほとんどが７０％台であり、優れた脱水性が実現された。さらに処理ＳＳも比較例に比べて全般に低い値であり、回収率の向上が認められた。
【００８７】
一方、第１薬液として高分子量のカチオン性重合体を用い第２薬液を用いない比較例、または第１薬液として適正分子量のカチオン性重合体を用いるけれども第２薬液としてアニオン性高分子凝集剤を用いるような比較例では、濾過速度が遅いかケーキ含水率が高いかのいずれかまたはその両方であった。
【００８８】
（実施例２５）
有機性汚泥として、下水処理場Ｄ（大阪府下）の生汚泥：消化汚泥＝１：１の無機塩完全無添加の汚泥２００ｍＬを、容量３００ｍＬのビーカーに採り、前記有機性汚泥に対して、第１段薬液としてポリアクリル酸エステル系両性高分子凝集剤両性Ｓを１００ｐｐｍ添加し、回転速度：２００ｒｐｍ、回転時間：２０秒で攪拌し、次いで第２段薬液としてカチオン性重合体の塩であるＰＡＡ−Ｄ１１−ＨＣｌを５０ｐｐｍ添加し、回転速度：２００ｒｐｍ、回転時間：６０秒で攪拌してフロックを形成するとともにそのフロックを成長させた。
【００８９】
（比較例１４〜１８）
比較例１４〜１８では、第１段薬液に分子量が５０００００を超える高分子量のカチオン性重合体であるカチオンＢを１００ないし２００ｐｐｍ、ＰＶＡを１５０ないし２００ｐｐｍ用い、第２段薬液を用いないこと以外は、実施例２５と同様にして有機性汚泥を処理した。
【００９０】
実施例２５および比較例１４〜１８について、濾過速度、ケーキ含水率、フロック粒径および処理ＳＳを測定した結果を合わせて表５に示す。
【００９１】
【表５】
0004069163.tif 000015
【００９２】
前記表５には、アニオンリッチな両性高分子凝集剤を第１段薬液として添加し、カチオン性高分子を第２段薬液として添加する場合についての結果を示す。本発明の実施例では、濾過速度が速く単位時間あたりの汚泥処理能力が向上しており、ケーキ含水率は７６．２％という低い値であり優れた脱水性が実現され、処理ＳＳも低減されており回収率の向上が認められた。
【００９３】
一方、第１段薬液として高分子量のカチオン性重合体を用い第２段薬液を用いない比較例では、濾過速度が遅いかケーキ含水率が高いかのいずれかまたはその両方であった。
【００９４】
（実施例２６）
有機性汚泥として、下水処理場Ｅ（奈良県下）の余剰汚泥：消化汚泥＝１：１の無機塩完全無添加の汚泥２００ｍＬを、容量３００ｍＬのビーカーに採り、前記有機性汚泥に対して、カチオン性重合体の塩であるＰＡＡ−Ｄ１１−ＨＣｌを１００ｐｐｍ、ポリアクリル酸エステル系両性高分子凝集剤両性Ｓを５０ｐｐｍ含む混合組成物からなる脱水用凝集剤を添加し、回転速度：２００ｒｐｍ、回転時間：６０秒で攪拌してフロックを形成させた。
【００９５】
（実施例２７）
実施例２７では、脱水用凝集剤が、カチオン性重合体の塩であるＰＡＡ−Ｄ１１−ＨＣｌを１００ｐｐｍ、ポリアクリル酸エステル系両性高分子凝集剤両性Ｔを５０ｐｐｍ含む混合組成物からなること以外は、実施例２６と同様にして有機性汚泥を処理した。
【００９６】
（実施例２８）
実施例２８では、脱水用凝集剤が、カチオン性重合体の塩であるＰＡＡ−Ｄ１１−ＨＣｌ（０．２％水溶液に調整したもの）を１２０ｐｐｍと、ポリアクリル酸エステル系両性高分子凝集剤両性Ｓ（０．２％水溶液に調整したもの）を７０ｐｐｍとを、混合した１液混合組成物からなること以外は、実施例２６と同様にして有機性汚泥を処理した。
【００９７】
（実施例２９）
実施例２９では、脱水用凝集剤が、カチオン性重合体の塩であるＰＡＡ−Ｄ１１−ＨＣｌを１２０ｐｐｍと、ポリアクリル酸エステル系両性高分子凝集剤両性Ｔを７０ｐｐｍとを混合した１液混合組成物からなること以外は、実施例２６と同様にして有機性汚泥を処理した。
【００９８】
（比較例１９〜２２）
比較例１９では、５０００００を超える高分子量のカチオン性重合体であるカチオンＣのみが添加され、比較例２２では、５０００００を超える高分子量のカチオン性重合体であるＰＶＡのみが添加され、比較例２０，２１では、５０００００を超える高分子量のカチオン性重合体であるカチオンＣと、ポリアクリル酸エステル系両性高分子凝集剤両性Ｔまたは両性Ｓとが同時に添加されること以外は、実施例２６と同様にして有機性汚泥を処理した。
【００９９】
実施例２６〜２９および比較例１９〜２２について、濾過速度、ケーキ含水率、フロック粒径および処理ＳＳを測定した結果を合わせて表６に示す。
【０１００】
【表６】
0004069163.tif 000016
【０１０１】
前記表６には、カチオン性高分子とアニオンリッチな両性高分子凝集剤とを同時に添加する場合についての結果を示す。本発明の実施例では、濾過速度が速く単位時間あたりの汚泥処理能力が向上しており、またケーキ含水率は７０％台であり、優れた脱水性が実現された。さらに処理ＳＳも比較例に比べて全般に低い値であり、回収率の向上が認められた。
【０１０２】
一方、高分子量のカチオン性重合体のみしか添加しない、あるいは高分子量のカチオン性重合体とアニオンリッチな両性高分子凝集剤とを同時添加するような比較例では、濾過速度が遅く、またケーキ含水率が高かった。
【０１０３】
【発明の効果】
本発明によれば、低分子量のカチオン性高分子化合物とカチオン基よりもアニオン基を多く含む両性高分子凝集剤とを有機性汚泥に添加して脱水処理を行う。低分子量のカチオン性高分子化合物は、有機性汚泥の内部まで容易に作用して微細で均一な凝集物を形成し、有機性汚泥に包含されている水分を外部に放出され易くする。またカチオン基よりもアニオン基を多く含む両性高分子凝集剤の添加によって、凝集物を大きく成長させることができる。したがって、有機性汚泥の効率的な回収を可能にするとともに、凝集物の脱水によって得られる脱水ケーキのケーキ含水率を減少させることを可能にする。
【０１０４】
また有機性汚泥が、生、余剰または消化の種類に関らず無機塩を用いないか、またはごく少量の使用で効率的に脱水することができるので、スラッジの発生量が少なく、脱水ケーキの焼却処理後の灰分残量低減を実現することができる。このように無機塩を用いないかまたは少量使用なので、スラッジは少量しか発生しないけれども、発生するスラッジをメタン発酵させてメタンガスを回収することによって、燃料電池と組合せて新しいエネルギ源としての活用も可能であり、環境に優しい処理方法として環境浄化に寄与することができる。
【０１０５】
また本発明によれば、カチオン性高分子の平均分子量がより好ましい範囲に選択されることによって、充分微細かつ均一で強固な凝集物が形成されるので、有機性汚泥に包含されている水分の放出作用が強化されて一層優れたケーキ含水率低減効果を得ることができる。
【０１０６】
また本発明によれば、両性高分子凝集剤は、１分子内におけるカチオン基として示される化学構造単位の含有量に対するアニオン基として示される化学構造単位の含有量のモル比が、適正範囲に選択されるので、凝集物の大きさを成長し易くし、凝集物の表面の粘性を適度に保つので、良好な脱水性を有する凝集物を得ることを可能にする。
【０１０７】
また本発明によれば、その作用機構は明らかではないが、使用される低分子量の高カチオンポリマーの作用が著しく激しいため、一般のアニオン性高分子凝集剤やカチオン型両性高分子凝集剤では凝集剤自体が捕捉されて不溶化する貼り付き現象が現れ十分に作用しない。本発明に記した両性高分子凝集剤はこの問題をクリアして有機性汚泥の脱水に必要な凝集物を形成するものである。
【０１０８】
また本発明によれば、両性高分子凝集剤は、適正量の非イオン成分を導入する（メタ）アクリルアミドにより貼り付き現象の起こらない最適なものを選択し、凝集脱水処理を容易にすることができる。
【０１０９】
また本発明によれば、有機性汚泥の脱水用凝集剤は、１０００〜５０００の平均分子量を有するカチオン性高分子とカチオン基よりもアニオン基を多く含む両性高分子凝集剤とを含む混合組成物、または前記カチオン性高分子と前記両性高分子凝集剤とを乳化混合または懸濁物とした１液混合組成物からなる。この脱水用凝集剤は、有機性汚泥に添加する作業を極めて容易にし、添加によって有機性汚泥を効率的に回収し、ケーキ含水率の低い脱水ケーキを得ることができる。