(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機汚泥を連続真空濾過脱水処理するにあたり、塩化第二鉄、カチオン性基を有する高分子凝集剤および石灰を組み合わせて添加混合することにより汚泥の前処理を行う方法において、塩化第二鉄の添加混合と同時および／またはその後にカチオン性基を有する高分子凝集剤を添加混合し、その後石灰を添加混合することを特徴とする汚泥の脱水方法。
【請求項２】
カチオン性基を有する高分子凝集剤の添加量が、汚泥ＳＳあたり０．１〜０．５重量％であることを特徴とする請求項１に記載の汚泥の脱水方法。
【請求項３】
カチオン性基を有する高分子凝集剤の分子構造が、下記式（１）で表される水溶性カチオン性ビニル単量体またはその混合物を含有する単量体の重合物から本質的に成ることを特徴とする請求項１あるいは請求項２に記載の汚泥の脱水方法。
【化１】
0003772287.tif 000005
（但し、式中、ＡはＯまたはＮＨ；ＢはＣ2 Ｈ4 、Ｃ3 Ｈ6 、Ｃ3 Ｈ5 ＯＨ；Ｒ1 ，はＨまたはＣＨ3 ；Ｒ2 ，Ｒ3 は炭素数１〜４のアルキル基；Ｒ4 は水素、メチル基またはベンジル基；Ｘ- はアニオン性対イオンを表す。）
【請求項４】
カチオン性基を有する高分子凝集剤がＮ−ビニルカルボン酸アミド（共）重合物の加水分解物から本質的に成ることを特徴とする請求項１あるいは請求項２に記載の汚泥の脱水方法。
【請求項５】
カチオン性基を有する高分子凝集剤がジメチルジアリルアンモニウムクロリド（共）重合物から本質的に成ることを特徴とする請求項１あるいは請求項２に記載の汚泥の脱水方法。
【請求項６】
カチオン性基を有する高分子凝集剤のコロイド当量値が２．０ｍｅｑ／ｇ以上であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の汚泥の脱水方法。
【請求項７】
カチオン性基を有する高分子凝集剤の１規定食塩水中における固有粘度が３〜１０ｄｌ／ｇであることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の汚泥の脱水方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機汚泥を連続真空濾過脱水処理するにあたり、無機凝集剤の使用量を削減し、ケーキ発生量を低減するとともに、ケーキ中の有機物含有量を増すことによりコンポスト化などのケーキ処分法を容易にする汚泥の脱水方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
汚泥にカチオン性高分子凝集剤を添加し撹拌したのち、無機凝集剤たとえば塩化第二鉄を添加し、連続真空濾過脱水処理する方法は公知である（特開昭６３−２６７５００号公報）。
【０００３】
また塩化第二鉄を添加したのちにノニオン性高分子凝集剤を添加し、最後に石灰を添加して連続真空濾過脱水処理する技術も開示されている。
【０００４】
Ｎ−ビニルホルムアミドまたはＮ−ビニルアセトアミドを必須モノマー成分としてなるポリマーを加水分解して得られるビニルアミン単位を有するポリマー（特開昭５８−２３８０９号公報、特開昭５９−３９４００号公報）や、Ｎ−ビニルカルボン酸アミドとアクリロニトリルを必須成分としてなるポリマーを加水分解して得られるアミジン単位を有するポリマー（持開平５−１９２５１３号公報）は、汚泥の凝集脱水剤として良好な性能を示すことが知られてる。ポリジメチルジアリルアンモニウムクロリドも凝集剤として広く知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
汚泥にカチオン性高分子凝集剤を添加し撹拌したのち、無機凝集剤たとえば塩化第二鉄を添加し、連続真空濾過脱水処理する方法はケーキの剛性が低く剥離性が悪い。
【０００６】
塩化第二鉄を添加したのちにノニオン性高分子凝集剤を添加し、最後に石灰を添加して連続真空濾過脱水処理する方法はノニオン性高分子凝集剤を多量に添加すると凝集汚泥がフロック状となり濾布表面に付着せずケーキがずり落ちる欠点が有り、過少では塩化第二鉄および石灰の添加量を減らせず、コントロールが難しいという欠点があった。
本発明においてはコントロールに苦労することなく塩化第二鉄および石灰の添加量を減らすことを目的とする。
本発明の目的は、有機汚泥を連続真空濾過脱水処理するにあたり、無機凝集剤の使用量を削減し、ケーキ発生量を低減するとともにケーキ中の有機物含有量を増すことによりコンポスト化等のケーキ処分法を容易にする汚泥の脱水方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１の発明は、有機汚泥を連続真空濾過脱水処理するにあたり、塩化第二鉄、カチオン性基を有する高分子凝集剤および石灰を組み合わせて添加混合することにより汚泥の前処理を行う方法において、塩化第二鉄の添加混合と同時および／またはその後にカチオン性基を有する高分子凝集剤を添加混合し、その後石灰を添加混合することを特徴とする汚泥の脱水方法である。
【０００８】
本発明の請求項２の発明は、請求項１に記載の汚泥の脱水方法において、カチオン性基を有する高分子凝集剤の添加量が、汚泥ＳＳあたり０．１〜０．５重量％であることを特徴とする。
【０００９】
本発明の請求項３の発明は、請求項１あるいは請求項２に記載の汚泥の脱水方法において、カチオン性基を有する高分子凝集剤の分子構造が、下記式（１）で表される水溶性カチオン性ビニル単量体またはその混合物を含有する単量体の重合物から本質的に成ることを特徴とする。
【００１０】
【化２】
0003772287.tif 000002
【００１１】
（但し、式中、ＡはＯまたはＮＨ；ＢはＣ2 Ｈ4 、Ｃ3 Ｈ6 、Ｃ3 Ｈ5 ＯＨ；Ｒ1 ，はＨまたはＣＨ3 ；Ｒ2 ，Ｒ3 は炭素数１〜４のアルキル基；Ｒ4 は水素、メチル基またはベンジル基；Ｘ- はアニオン性対イオンを表す。）
【００１２】
本発明の請求項４の発明は、請求項１あるいは請求項２に記載の汚泥の脱水方法において、カチオン性基を有する高分子凝集剤がＮ−ビニルカルボン酸アミド（共）重合物の加水分解物から本質的に成ることを特徴とする。
【００１３】
本発明の請求項５の発明は、請求項１あるいは請求項２に記載の汚泥の脱水方法において、カチオン性基を有する高分子凝集剤がジメチルジアリルアンモニウムクロリド（共）重合物から本質的に成ることを特徴とする。
【００１４】
本発明の請求項６の発明は、請求項１から請求項５のいずれかに記載の汚泥の脱水方法において、カチオン性基を有する高分子凝集剤のコロイド当量値が２．０ｍｅｑ／ｇ以上であることを特徴とする。
【００１５】
本発明の請求項７の発明は、請求項１から請求項５のいずれかに記載の汚泥の脱水方法において、カチオン性基を有する高分子凝集剤の１規定食塩水中における固有粘度が３〜１０ｄｌ／ｇであることを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の第一の限定は、有機汚泥を連続真空濾過脱水処理するにあたり、塩化第二鉄、カチオン性基を有する高分子凝集剤および石灰を組み合わせて添加混合することにより汚泥の前処理を行う方法において、塩化第二鉄の添加混合と同時および／またはその後にカチオン性基を有する高分子凝集剤を添加混合し、その後石灰を添加混合することを特徴とする汚泥の脱水方法である。
ここに言う連続真空濾過脱水処理とは下水の汚泥処理施設で多用されているオリバーフィルター又はベルトフィルターなどの脱水機による処理を指す。
【００１７】
本発明の目的は上記連続真空濾過脱水処理において通常用いられている塩化第二鉄および石灰の使用量を半減させ、汚泥の焼却処理により発生する灰分の量を大幅に低減し、最終廃棄処理場に送られる廃棄物の量が減少することから処分場の延命ができる利点を目的とするものである。
【００１８】
前記有機汚泥としては各種汚泥が対象となりうるが現在連続真空濾過脱水処理を使用しているのは下水処理場のみであり、下水の嫌気性消化汚泥・初沈汚泥・活性汚泥の余剰汚泥またはこれらの混合汚泥が本発明の対象となる。
【００１９】
ここに言うカチオン性基を有する高分子凝集剤としては、ジアルキルアミノアルキル（メタ）アクリレートの塩または四級化物、ジアルキルアミノアルキル（メタ）アクリルアミドの塩または四級化物、ジアルキルジアリルアンモニウム塩、などのカチオン性単量体を含有する単量体の（共）重合物が挙げられ、該カチオン性単量体の単独重合体あるいはアクリルアミドなどとの共重合体またはアクリル酸などの共重合によりアニオン性基を導入した両性高分子凝集剤などが好ましく用いられる。
【００２０】
またＮ−ビニルホルムアミド・アクリロニトリル共重合物の加水分解物なども好ましく用いられる。
更にジメチルジアリルアンモニウム塩（共）重合物なども好ましく用いられる。
【００２１】
上記カチオン性基を有する高分子凝集剤に替えてポリアクリルアミド系あるいはポリアクリル酸ヒドラジッド系などのノニオン性高分子凝集剤を用いた場合はフロックが過大となって濾布に付着しないか微細フロックと成って濾過脱水不能と成りやすく、実用に耐えない。
【００２２】
塩化第二鉄とカチオン性基を有する高分子凝集剤の添加順序は塩化第二鉄で汚泥を調質した後にカチオン性基を有する高分子凝集剤が添加されることが好ましく、実装置ではカチオン性基を有する高分子凝集剤の混和槽を新設することが経済的に困難であることから塩化第二鉄とカチオン性基を有する高分子凝集剤の同時添加となる。
【００２３】
塩化第二鉄で汚泥を調質する前にカチオン性高分子凝集剤などのカチオン性基を有する高分子凝集剤を添加すると汚泥に均等にカチオン性高分子凝集剤などが分配されない。
【００２４】
石灰は濾過助材およびＰＨ調整剤として必須のものであり、フロックを適度の粒径にそろえると共に機材の腐食を防止する作用もある。
【００２５】
塩化第二鉄は通常３８％水溶液として市販されており、汚泥ＳＳあたり有姿５％（純分１．９％）以上添加され、石灰はこの塩化第二鉄によるＰＨ低下を補正する量以上添加される。
石灰を濾過助材として使用する場合は多量添加を必要とするが、各種の濾過助材を併用することにより添加量の必要量を減ずることができる。
【００２６】
本発明の第二の限定は、請求項１に記載の汚泥の脱水方法において、カチオン性基を有する高分子凝集剤の添加量が汚泥ＳＳあたり０．１〜０．５重量％であることを特徴とする。
【００２７】
０．１重量％以下であるとフロックができず濾過不良となり、０．５重量％以上であると粗大フロックとなって濾布に付着しなくなるおそれが発生するうえ経済的にメリットが無い。
【００２８】
本発明の第三の限定は、請求項１あるいは請求項２に記載の汚泥の脱水方法において、カチオン性基を有する高分子凝集剤の分子構造が、前記式（１）で表される水溶性カチオン性ビニル単量体またはその混合物を含有する単量体の重合物から本質的に成ることを特徴とする。
【００２９】
本発明の第四の限定は、請求項１あるいは請求項２に記載の汚泥の脱水方法において、カチオン性基を有する高分子凝集剤がＮ−ビニルカルボン酸アミド（共）重合物の加水分解物から本質的に成ることを特徴とする。
Ｎ−ビニルホルムアミド・アクリロニトリル共重合物の加水分解物が、これらの中で最も好ましく用いられる。
【００３０】
本発明の第五の限定は、請求項１あるいは請求項２に記載の汚泥の脱水方法において、カチオン性基を有する高分子凝集剤がジメチルジアリルアンモニウムクロリド（共）重合物から本質的に成ることを特徴とする。
【００３１】
本発明の第六の限定は、請求項１から請求項５のいずれかに記載の汚泥の脱水方法において、カチオン性基を有する高分子凝集剤のコロイド当量値が２．０ｍｅｑ／ｇ以上であることを特徴とする。
カチオンのコロイド当量値が低いと塩化第二鉄で調質した汚泥が適度の大きさのフロックを形成しない。
【００３２】
本発明の第七の限定は、請求項１から請求項５のいずれかに記載の汚泥の脱水方法において、カチオン性基を有する高分子凝集剤の１規定食塩水中における固有粘度が３〜１０ｄｌ／ｇであることを特徴とする。
固有粘度が３ｄｌ／ｇ以下であると生成フロックが微小に過ぎ濾過脱水が困難であり、固有粘度が１０ｄｌ／ｇ以上であるとフロックサイズが過大となり濾布に付着しない。
【００３３】
【実施例】
次に実施例によって、本発明を具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例に制約されるものではない。
【００３４】
（実施例１〜４）
撹拌機を備えつけた５ｍ3 のＰＥタンクに、嫌気性消化汚泥４０％、初沈生汚泥４０％、余剰汚泥２０％の混合汚泥（ＳＳ：２６０００ｍｇ／ｌ）を採り、表１に記載した量の塩化第二鉄を添加撹拌したのち、表１記載の高分子凝集剤（ポリマーと称す）を添加撹拌し、最後に表１に記載した量の石灰をスラリー状で添加撹拌し、汚泥の調質を完了した。
しかるのち該調質を完了した汚泥をポンプによりベルトフィルターに供給し真空濾過脱水をおこなった。
塩化第二鉄は（ＦｅＣｌ3 ３８％溶液）原液を添加し、高分子凝集剤（ポリマー）は０．２％水溶液を添加し、石灰は２０％スラリーで添加した。
ベルトフィルターのドラム回転速度は一周７分２２秒である。
脱水処理結果を表１に示す。
【００３５】
なお、表１および後述する表２中の試料とは高分子凝集剤（ポリマー）のことであり以下の組成である。
試料−１：メタクリロイロキシエチルトリメチルアンモニウムクロリド単独重合体（固有粘度８．６dl/g、コロイド当量値４．８meq/g ）
試料−２：アクリロイロキシエチルジメチルベンジルアンモニウムクロリド・アクリロイロキシエチルトリメチルアンモニウムクロリド・アクリルアミド共重合体（固有粘度９．６dl/g、コロイド当量値２．８meq/g ）
試料−３：アクリロイロキシエチルトリメチルアンモニウムクロリド・アクリルアミド共重合体（固有粘度６．４dl/g、コロイド当量値４．５meq/g ）
試料−４：アクリロイロキシエチルトリメチルアンモニウムクロリド・アクリルアミド共重合体（固有粘度９．４dl/g、コロイド当量値３．５meq/g ）
試料−５：Ｎビニルホルムアミド・アクリロニトリル共重合物の塩酸加水分解物（固有粘度３．４dl/g、コロイド当量値５．５meq/g ）
試料−６：ポリジメチルジアリルアンモニウムクロリド（固有粘度３．３dl/g、コロイド当量値６．５meq/g ）
試料−７：市販アクリルアミド単独重合体（固有粘度９．７dl/g）
試料−８：市販ポリアクリル酸ヒドラジド（固有粘度９．１dl/g）
【００３６】
（比較例１〜２）
表１記載の高分子凝集剤（ポリマー）（試料−７、試料−８）を用いた以外は実施例１〜４と同様にして脱水試験を行った結果を表１に示す。
【００３７】
（比較例３）
高分子凝集剤（ポリマー）を用いず、塩化第二鉄および石灰の添加量を２倍にした以外は実施例１〜４と同様にして脱水試験を行った結果を表１に示す。
【００３８】
（比較例４）
高分子凝集剤（ポリマー）を用いなかった以外は実施例１〜４と同様にして脱水試験を行った結果を表１に示す。
【００３９】
【表１】
0003772287.tif 000003
【００４０】
表１から、有機汚泥に（メタ）アクリル系カチオン性水溶性高分子（試料−１〜試料−４）を塩化第二鉄および石灰と併用して添加した実施例１〜４は、塩化第二鉄および石灰の添加量を半分に減らした状態で剥離性良く運転でき、ケーキの保有する水分も減少したことが判る。
これに対して、市販アクリルアミド単独重合体（試料−７）を用いた比較例１や市販ポリアクリル酸ヒドラジド（試料−８）を用いた比較例２は、塩化第二鉄および石灰の添加量を半分に減らした状態では剥離不可であった。高分子凝集剤（ポリマー）を用いず、塩化第二鉄および石灰の添加量を２倍にした以外は実施例１〜４と同様にして脱水試験を行った比較例３は剥離性良く運転できたが、ケーキの保有する水分が多い。高分子凝集剤（ポリマー）を用いなかった以外は実施例１〜４と同様にして脱水試験を行った比較例４は、剥離不可であった。
【００４１】
（実施例５〜１３）
２リットルのポリビーカーに、嫌気性消化汚泥５０％初沈生汚泥３５％余剰汚泥１５％の混合汚泥（ＳＳ：３０，０００ｍｇ／ｌ）を採り、表２記載量の塩化第二鉄を添加攪拌したのち表２記載の高分子凝集剤（ポリマー）を添加攪拌し、最後に表２記載量の石灰をスラリー状で添加攪拌し汚泥の調質を完了した。
汚泥サンプリング量は１リットル、攪拌条件は各々の薬剤添加後２００ｒｐｍ１分間のジャーテスト攪拌を行った。しかるのち該調質を完了した汚泥を用いて、下水試験法の第４章「一般汚泥試験、第１４節  脱水試験  ４  リーフテスト」の記載に準じて試験を行った。真空圧は−４００ｍｍＨｇ。リーフ面積９５ｃｍ2 。リーフを調質汚泥に浸漬する時間は１分間、その後リーフを引き上げ１分間吸引処理する。最後に、リーフに形成された湿ケーキの重量、濾液量、ケーキの剥離性、さらに１０５℃２４時間乾燥した乾ケーキ重量より含水率を求めた。結果を表２に記載する。
【００４２】
（比較例５〜６）
表２記載の高分子凝集剤（ポリマー）（試料−７、試料−８）を用いた以外は実施例７〜１３と同様にして脱水試験を行った結果を表２に示す。
【００４３】
（比較例７）
高分子凝集剤（ポリマー）を用いず、実施例５と同様にして脱水試験を行った結果を表２に示す。
【００４４】
（比較例８）
高分子凝集剤（ポリマー）を用いなかった以外は実施例６〜１３と同様にして脱水試験を行った結果を表２に示す。
【００４５】
【表２】
0003772287.tif 000004
【００４６】
表２から、有機汚泥に（メタ）アクリル系カチオン性水溶性高分子（試料−１〜試料−４）を塩化第二鉄および石灰と併用して添加した実施例５〜１１や、Ｎビニルホルムアミド・アクリロニトリル共重合物の塩酸加水分解物（試料−５）やポリジメチルジアリルアンモニウムクロリド（試料−６）を塩化第二鉄および石灰と併用して添加した実施例１２〜実施例１３は、汚泥処理量が増大し、塩化第二鉄および石灰の添加量を半分に減らすこともできる。
これに対して市販アクリルアミド単独重合体（試料−７）を用いた比較例５や市販ポリアクリル酸ヒドラジド（試料−８）を用いた比較例６は、塩化第二鉄および石灰の添加量を半分に減らした状態では剥離不可であった。高分子凝集剤（ポリマー）を用いず、実施例５と同様にして脱水試験を行った比較例７は、汚泥処理量が減少する。高分子凝集剤（ポリマー）を用いなかった以外は実施例６〜１３と同様にして脱水試験を行った比較例８は剥離不可であった。
【００４７】
【発明の効果】
カチオン性高分子凝集剤添加により塩化第二鉄および石灰の添加量を半分に減らした状態でも良好な汚泥処理効果を示す。
本発明の汚泥の脱水方法により、有機汚泥を連続真空濾過脱水処理するにあたり、無機凝集剤の使用量を削減し、ケーキ発生量を低減するとともにケーキ中の有機物含有量を増すことができ、コンポスト化などのケーキ処分法を容易に適用できる。