特許 6600574 高分子凝集剤、高分子凝集剤を用いた汚泥の脱水方法および脱水装置。

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6600574

(24)【登録日】2019年10月11日

(45)【発行日】2019年10月30日

(54)【発明の名称】高分子凝集剤、高分子凝集剤を用いた汚泥の脱水方法および脱水装置。

(51)【国際特許分類】

   B01D 21/01 20060101AFI20191021BHJP

   C02F 11/14 20190101ALI20191021BHJP

【ＦＩ】

   B01D21/01 107A

   C02F11/14

【請求項の数】7

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2016-16888(P2016-16888)

(22)【出願日】2016年2月1日

(65)【公開番号】特開2017-136514(P2017-136514A)

(43)【公開日】2017年8月10日

【審査請求日】2018年6月4日

(73)【特許権者】

【識別番号】591030651

【氏名又は名称】水ｉｎｇ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100100354

【弁理士】

【氏名又は名称】江藤 聡明

(72)【発明者】

【氏名】高橋 広治

(72)【発明者】

【氏名】安永 利幸

【審査官】 辰己 雅夫

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−００６１５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０９６１９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０５０８３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１８３８８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−９６２１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１２／１０８３１２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１０／１０６８３８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１２−１３９６２８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ０１Ｄ２１／００−２１／３４

Ｃ０２Ｆ１１／００−１１／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

有機性廃棄物の生物処理後の汚泥の凝集処理のために該汚泥に添加される高分子凝集剤であって、
ポリアミジンと、アミノアルキル（メタ）アクリレートを含む重合体との質量比が、１０：９０〜９０：１０の範囲である混合物であり、
前記有機性廃棄物の生物処理後の汚泥が、食品廃棄物のメタン発酵処理後の消化液であることを特徴とする高分子凝集剤。

【請求項2】

前記アミノアルキル（メタ）アクリレートを含む重合体が、ジメチルアミノエチルメタクリレート単独重合体、アクリルアミド・ジメチルアミノエチルアクリレート共重合体およびアクリルアミド・アクリル酸・ジメチルアミノエチルアクリレート共重合体からなる群から選択される少なくとも一種以上であることを特徴とする請求項１に記載の高分子凝集剤。

【請求項3】

有機性廃棄物の生物処理後の汚泥に高分子凝集剤を添加し、該高分子凝集剤が添加された汚泥の撹拌により凝集物を得て、該凝集物を脱水処理する汚泥の脱水方法において、
前記有機性廃棄物の生物処理後の汚泥が、食品廃棄物のメタン発酵処理後の消化液であり、
前記高分子凝集剤が、請求項１又は２に記載の高分子凝集剤であり、
前記高分子凝集剤の添加および前記撹拌が、
前記生物処理後の汚泥に高分子凝集剤の必要添加量の一部を添加して第１の撹拌を行い、
該第１の撹拌後に前記必要添加量の残部を添加して前記第１の撹拌よりも遅い速度で第２の撹拌を行うことによりなされることを特徴とする汚泥の脱水方法。

【請求項4】

前記高分子凝集剤の必要添加量の一部と前記残部との比が、１０：９０〜９０：１０の範囲であることを特徴とする請求項３に記載の汚泥の脱水方法。

【請求項5】

前記第１の撹拌が、２００ｒｐｍ以上であり、
前記第２の撹拌が、２００ｒｐｍ未満であることを特徴とする請求項３又は４に記載の汚泥の脱水方法。

【請求項6】

前記第２の撹拌と前記脱水処理との間に、
前記凝集物を濃縮する濃縮工程を有し、該濃縮工程中あるいは濃縮工程後前記脱水処理の前に無機凝集剤を添加することを特徴とする請求項３〜５の何れか１項に記載の汚泥の脱水方法。

【請求項7】

有機性廃棄物の生物処理後の汚泥に、請求項１又は２に記載の高分子凝集剤の必要添加量の一部を添加するための第１の凝集剤添加手段と、
該第１の凝集剤添加手段により前記高分子凝集剤の前記一部が添加された汚泥中に該高分子凝集剤の一部を分散させるために必要な速度で撹拌し得る第１撹拌手段と、
該撹拌により前記高分子凝集剤の一部が分散した分散汚泥に、前記高分子凝集剤の必要添加量の残部を添加するための第２の凝集剤添加手段と、
前記汚泥の凝集物を得るために、前記第２の凝集剤添加手段により前記高分子凝集剤の残部が添加された分散汚泥を前記第１撹拌手段よりも遅い速度で撹拌し得る第２撹拌手段と、
該第２撹拌手段の撹拌により得られた前記凝集物を脱水する脱水手段と、を有し、
前記高分子凝集剤の必要量の一部と前記残部との比が、１０：９０〜９０：１０の範囲であり、
前記有機性廃棄物の生物処理後の汚泥が、食品廃棄物のメタン発酵処理後の消化液であることを特徴とする汚泥の脱水装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、汚泥に添加される高分子凝集剤に関し、特に、有機性廃棄物の生物処理後の汚泥の凝集処理のためにこの汚泥に添加される高分子凝集剤、この高分子凝集剤を用いた汚泥の脱水方法および脱水装置に関する。

【背景技術】

【0002】

し尿処理場や下水処理場等において有機物含有排水の浄化処理を行うと、浄化された処理水とともに有機性汚泥が発生する。有機性汚泥には凝集剤を添加する凝集処理が施され、脱水機等による脱水処理が施されて脱水ケーキとなる。

【0003】

また、従来、食品廃棄物のメタン発酵処理により発生するメタンガスを含むバイオガスの回収が実施されており、バイオガス回収後の消化液中の固形物が脱水されて脱水ケーキとなる。

【0004】

また、回収されたバイオガス中のメタンガスのエネルギーは発電や後述する脱水ケーキの焼却のために用いられている。

【0005】

脱水ケーキは、セメントや埋め立ての材料とされ、あるいは焼却処理されることにより処分されるが、いずれの方法で処分されるにしても脱水ケーキの重量および容積を削減するため、脱水ケーキの含水率を可能な限り低下させることが求められている。

【0006】

排水の浄化処理により生じる有機性汚泥の中には難脱水性のものもあり、かかる難脱水性の有機性汚泥由来の脱水ケーキの含水率を低下させたいというニーズがある。
特に、下水処理場等の汚泥処理施設で発生する余剰汚泥に対してさらに嫌気性消化を施した消化汚泥は、一般に負のコロイド値が高く、凝集させるためには多量の凝集剤の添加が必要となる。これは、食品廃棄物のメタン発酵処理後の消化液中の固形物についても当てはまる。

【0007】

また、消化汚泥や上記メタン発酵処理後の消化液中の固形物中の浮遊物質ＳＳ（Ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ Ｓｏｌｉｄｓ）の粒子径は小さく、繊維分が少ないので強固なフロックを形成し難く、したがって、脱水処理後の脱水ケーキの含水率が低下しにくいという問題がある。

【0008】

さらに、消化汚泥およびメタン発酵処理後の消化液中の固形物に基づく脱水ケーキは脱水処理時にベルトプレス等の脱水手段からの脱水ケーキの剥離性が悪く、脱水処理の作業性の低下の要因ともなっている。

【0009】

そこで、脱水ケーキの含水率を低下させるため、下水消化汚泥の脱水方法が、特許文献１及び特許文献２に提案されている。

【0010】

具体的には、特許文献１には、消化汚泥に無機系凝集剤およびアクリレート系カチオン高分子凝集剤を添加して凝集フロックを生成させた後、脱水処理を行う消化汚泥の脱水方法が開示され、これによれば、消化汚泥にカチオン系凝集剤としてアクリレート系カチオン高分子凝集剤を添加することでフロックの粗大化が促され、従来よりも添加する無機凝集剤の添加量を抑えつつ脱水ケーキの含水率の低下が実現される。

【0011】

特許文献２には、消化汚泥にカチオンポリマーを添加して凝集処理を行い、凝集した汚泥を重力脱水し、重力脱水した汚泥に無機凝集剤を加えて調質し、調質汚泥に両性ポリマーを添加して脱水処理を行う消化汚泥の脱水方法が開示され、これによれば、消化汚泥へのカチオンポリマーの添加後の重力脱水処理により消化汚泥が濃縮され、濃縮された消化汚泥に無機凝集剤を添加することで、最初に消化汚泥に無機凝集剤が添加される場合に生じる問題、例えば炭酸ガスの発生、汚泥中の液体と無機凝集剤の反応による無機凝集剤の消費が回避される。

【0012】

特許文献３には、汚泥と高分子凝集剤の混合の仕方に特徴を有する汚泥の凝集方法が開示され、具体的には、汚泥を第１の高分子凝集剤溶液と混合して高速撹拌し、さらに第２の高分子凝集剤溶液を混合して低速撹拌を行い、凝集フロックを形成する汚泥の凝集方法である。

【0013】

これによれば、消化汚泥に対して第１の高分子凝集剤を添加して高速撹拌し、次に第２の高分子凝集剤を添加して低速撹拌することで、高速撹拌により第１の高分子凝集剤が汚泥の細部まで行き渡り、その後の低速撹拌によって第１の高分子凝集剤が混合された汚泥に第２の高分子凝集剤が緩やかに接触し、凝集フロックが成長する。

【0014】

即ち、高分子凝集剤と汚泥との均一な混合および凝集フロックの成長が実現され、凝集剤添加量を抑制しつつ脱水後に得られる脱水ケーキの含水率を低下させることが可能となる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0015】

【特許文献1】特開平７−２１４１００号公報

【特許文献2】特開平９−０２４４００号公報

【特許文献3】国際公開第２０１２／１０８３１２号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0016】

しかしながら、特許文献１の消化汚泥の脱水方法によれば、従来よりも添加する無機凝集剤の量は低減されているものの、消化汚泥の凝結のために高分子凝集剤の１０倍以上の量の無機凝集剤を凝集処理の最初に添加することが必須であり、相変わらず脱水ケーキの含水率を低下させるために多量の凝集剤の使用が必要となる問題がある。

【0017】

また、特許文献２によれば、汚泥粒子の荷電の中和および強固なフロックの形成のためにカチオンポリマーの１０倍超の量の無機凝集剤の添加が必要となり、特許文献１と同じ問題がある。

【0018】

特許文献３は、本願の出願人の特許出願に係る発明であり、これによれば、無機凝集剤を添加する必要がなく、凝集剤添加量を抑制しつつ脱水ケーキの含水量を低下させることができるが、同一種類の高分子凝集剤が２度に分けて添加される方法を開示するのみであり、脱水ケーキの物性については何ら詳細を開示していない。

【0019】

本発明は、上記従来の課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、添加量を全体として削減しつつ脱水ケーキ含水率の低減を実現することができ、且つ脱水ケーキの剥離性を向上しうる、有機性廃棄物の生物処理後の汚泥の凝集処理用の高分子凝集剤、その高分子凝集剤を用いた汚泥の脱水方法およびその汚泥の脱水方法に用いる装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0020】

上記目的を達成するための請求項１に記載の発明は、有機性廃棄物の生物処理後の汚泥の凝集処理のために該汚泥に添加される高分子凝集剤であって、ポリアミジンと、アミノアルキル（メタ）アクリレートを含む重合体との質量比が、１０：９０〜９０：１０の範囲である混合物であり、前記有機性廃棄物の生物処理後の汚泥が、食品廃棄物のメタン発酵処理後の消化液であることを特徴とする。

【0021】

この構成によれば、高分子凝集剤が所定の撹拌条件下で有機性廃棄物の生物処理後の汚泥に添加された場合に、従来よりも凝集物の内部まで高分子凝集剤を行き渡らせることが可能となるので、得られた凝集物の水の抜け道となる細孔も発達し、その脱水性も良好なものとなる。

【0022】

したがって、凝集剤の添加量を全体として削減しつつ得られた脱水ケーキの含水率を低下させることができる。また、得られた脱水ケーキの剥離性も向上する。

【0023】

本発明に係る高分子凝集剤の好ましい態様は以下の通りである。

【0024】

（１）アミノアルキル（メタ）アクリレートを含む重合体が、ジメチルアミノエチルメタクリレート単独重合体、アクリルアミド・ジメチルアミノエチルアクリレート共重合体およびアクリルアミド・アクリル酸・ジメチルアミノエチルアクリレート共重合体からなる群から選択される少なくとも一種以上である。

【0025】

また、上記目的は、有機性廃棄物の生物処理後の汚泥に高分子凝集剤を添加し、該高分子凝集剤が添加された汚泥の撹拌により凝集物を得て、該凝集物を脱水処理する汚泥の脱水方法において、前記有機性廃棄物の生物処理後の汚泥が、食品廃棄物のメタン発酵処理後の消化液であり、前記高分子凝集剤が、請求項１又は２に記載の高分子凝集剤であり、前記高分子凝集剤の添加および前記撹拌が、前記生物処理後の汚泥に高分子凝集剤の必要添加量の一部を添加して第１の撹拌を行い、該第１の撹拌後に前記必要添加量の残部を添加して前記第１の撹拌よりも遅い速度で第２の撹拌を行うことによりなされることを特徴とする汚泥の脱水方法によっても達成される。

【0026】

この構成によれば、有機性廃棄物の生物処理後の汚泥に添加された高分子凝集剤を従来よりも凝集物の内部まで行き渡らせることが可能となるので、得られた凝集物の水の抜け道となる細孔も発達し、その脱水性も良好なものとなる。

【0027】

したがって、凝集剤の添加量を全体として削減しつつ得られた脱水ケーキの含水率を低下させることができる。また、得られた脱水ケーキの剥離性も向上する。

【0028】

さらに、高分子凝集剤の必要添加量の残部が添加され、第１の撹拌よりも遅い速度で第２の撹拌が行われることで、汚泥粒子の凝集が進み、脱水に適した大きさの凝集物が生成する。このとき、本発明の高分子凝集剤が用いられることで、凝集物の内部まで高分子凝集剤が行き渡り、水の抜け道となる細孔が良く発達しているため、脱水性が良好な凝集物となっている。

【0029】

したがって、凝集剤の添加量を全体として削減しつつ得られた脱水ケーキの含水率を低下させることができる。また、得られた脱水ケーキの剥離性も向上する。

【0030】

本発明に係る汚泥の脱水方法の好ましい態様は以下の通りである。

【0031】

（１）高分子凝集剤の必要添加量の一部とその残部との比が、１０：９０〜９０：１０の範囲である。
（２）第１の撹拌が、２００ｒｐｍ以上であり、第２の撹拌が、２００ｒｐｍ未満である。
（３）第２の撹拌と脱水処理との間に、凝集物を濃縮する濃縮工程を有し、該濃縮工程中あるいは濃縮工程後脱水処理の前に無機凝集剤を添加することを含む。

【0032】

これにより、無機凝集剤の添加によりさらに強固なフロックが形成されるとともに、汚泥の凝集物とともに存在する分離液と無機凝集剤が反応して添加した無機凝集剤が消費されることがなくなり、無機凝集剤の添加量をも削減することが可能となる。

【0033】

さらに、上記目的は、有機性廃棄物の生物処理後の汚泥に、請求項１又は２に記載の高分子凝集剤の必要添加量の一部を添加するための第１の凝集剤添加手段と、該第１の凝集剤添加手段により前記高分子凝集剤の前記一部が添加された汚泥中に該高分子凝集剤の一部を分散させるために必要な速度で撹拌し得る第１撹拌手段と、該撹拌により前記高分子凝集剤の一部が分散した分散汚泥に、前記高分子凝集剤の必要添加量の残部を添加するための第２の凝集剤添加手段と、前記汚泥の凝集物を得るために、前記第２の凝集剤添加手段により前記高分子凝集剤の残部が添加された分散汚泥を前記第１撹拌手段よりも遅い速度で撹拌し得る第２撹拌手段と、該第２撹拌手段の撹拌により得られた前記凝集物を脱水する脱水手段と、を有し、前記高分子凝集剤の必要量の一部と前記残部との比が、１０：９０〜９０：１０の範囲であり、前記有機性廃棄物の生物処理後の汚泥が、食品廃棄物のメタン発酵処理後の消化液であることを特徴とする汚泥の脱水装置によっても達成される。

【0034】

この構成によれば、有機性廃棄物の生物処理後の汚泥に添加された高分子凝集剤を従来よりも凝集物の内部まで行き渡らせることが可能となるので、得られた凝集物の水の抜け道となる細孔も発達し、その脱水性も良好なものとなる。

【0035】

したがって、凝集剤の添加量を全体として削減しつつ得られた脱水ケーキの含水率を低下させることができる。また、得られた脱水ケーキの剥離性も向上する。

【発明の効果】

【0036】

本発明によれば、有機性廃棄物の生物処理後の汚泥に添加された高分子凝集剤を従来よりも凝集物の内部まで行き渡らせることが可能となるので、得られた凝集物の水の抜け道となる細孔も発達し、その脱水性も良好なものとなる。

【0037】

したがって、凝集剤の添加量を全体として削減しつつ得られた脱水ケーキの含水率を低下させることができる。したがって、脱水ケーキの埋め立て地への運搬コストや、焼却コストを節約することができる。また、得られた脱水ケーキの剥離性が向上することで、脱水手段における脱水ケーキの閉塞が未然に防止され、脱水手段のメンテナンス間隔を長くとることも可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0038】

【図1】本発明の第１実施の形態に係る汚泥の脱水装置１０の模式図である。

【図2】本発明の第２実施の形態に係る汚泥の脱水装置５０の模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0039】

次に、本発明の実施の形態について図に基づいて詳細に説明する。

【0040】

（第１実施の形態）
図１は、本実施の形態に係る汚泥の脱水装置１０を示す模式図である。図１に示すように、汚泥の脱水装置１０は、汚泥１が投入される第１撹拌槽１２と、第１撹拌槽１２に高分子凝集剤２の必要添加量の一部を添加するための第１の凝集剤添加手段１４と、第１撹拌槽の下流に位置する第２撹拌槽１６と、第２撹拌槽１６に高分子凝集剤２の必要添加量の残部を添加するための第２の凝集剤添加手段１７と、第２撹拌槽１６の下流に位置する脱水手段１８と、を有する。

【0041】

汚泥１は、有機性廃棄物の生物処理後の汚泥である。有機性廃棄物は、有機物を含有する廃棄物をいい、性状は液状であっても、固形物であってもよい。固形物の場合、水等の液体と混合されて流動可能な状態となったのちに生物処理に供されることが好ましい。有機性廃棄物としては、食品工場からの排水、下水、食品廃棄物（生ごみ等）、家畜排せつ物等が例示される。

【0042】

生物処理は、好気性処理および嫌気性処理の双方を含む。好気性処理は、従来公知の好気性生物処理を適用することができ、具体的には、有機性廃棄物を槽内に受け入れ、撹拌しながら曝気する処理が例示される。より具体的には、下水処理において用いられる、浮遊生物処理法（活性汚泥法）や生物膜処理法（回転円板法、好気性ろ床法、流動床法）が挙げられる。

【0043】

嫌気性処理は、嫌気性環境下で生育する嫌気性菌の代謝作用によって有機物をメタンガスや炭酸ガスに分解する処理である。したがって、嫌気性菌としてはメタン生成菌が例として挙げられる。嫌気性処理は、より具体的には、嫌気性固定床法、嫌気性流動床法、ＵＡＳＢ法、ＥＧＳＢ法等による処理が挙げられる。

【0044】

高分子凝集剤２は、ポリアミジンと、アミノアルキル（メタ）アクリレートを主成分とする重合体と、の混合物である。

【0045】

なお、嫌気性処理としてメタン生成菌によるメタン発酵がなされた汚泥１は、一般に７，０００ｓｅｃ以上のＣＳＴを有しており、かかるＣＳＴを有する汚泥に対して本発明は特に有効である。

【0046】

高分子凝集剤２の必要添加量とは、汚泥１から、適切な脱水処理を施すための凝集物４を生じさせるために必要な高分子凝集剤２の添加量をいい、汚泥１のＳＳの固形量（ｇ）に対する高分子凝集剤２の固形量（ｇ）の百分率で表すことができる。

【0047】

高分子凝集剤２の必要添加量は、１．０％以上５．０％以下の範囲であり、好ましくは２．０％以上３．０％以下の範囲である。

【0048】

本発明で用いられるポリアミジンは、Ｎ−ビニルホルムアミド及びアクリロニトリルを共重合し、得られた共重合体を塩酸酸性下、加水分解した後に熱処理を行うことにより、分子内側鎖の一級アミノ基とシアノ基が環化されてアミジン環が形成された下記化学式（Ｉ）

【化I】

【0049】

で表される繰り返し単位を有する重合体である。ポリアミジンは繰り返し単位（Ｉ）以外の他の繰り返し単位を有していてもよいが、繰り返し単位（Ｉ）の含有割合は５０モル％以上であり、８０モル％以上が好ましく、１００モル％でもよい。

【0050】

アミノアルキル（メタ）アクリレートを主成分とする重合体は、アミノアルキル（メタ）アクリレート系カチオン単量体の単独重合体又はアミノアルキル（メタ）アクリレート系カチオン単量体とアニオン性単量体若しくはノニオン性単量体との共重合体である。

【0051】

アミノアルキル（メタ）アクリレート系カチオン単量体の例としては、ジメチルアミノエチル（メタ）アクリレート、ジエチルアミノエチル（メタ）アクリレート、ジエチルアミノ−２−ヒドロキシプロピル（メタ）アクリレート等のジアルキルアミノアルキル（メタ）アクリレートの塩酸塩、硫酸塩等の３級塩；ジアルキルアミノアルキル（メタ）アクリレートの塩化メチル付加物等のハロゲン化アルキル付加物及び塩化ベンジル等のハロゲン化アリール付加物等の４級塩；Ｎ，Ｎ−ジメチル（メタ）アクリルアミド等のジアルキル（メタ）アクリルアミド等の塩酸塩及び硫酸塩等の３級塩；ジアルキル（メタ）アクリルアミドの塩化メチル付加物等のハロゲン化アルキル付加物及び塩化ベンジル付加物等のハロゲン化アリール付加物等の４級塩が挙げられる。

【0052】

ノニオン性単量体の例としては、（メタ）アクリルアミド、スチレン、アクリロニトリル、酢酸ビニル、アルキル（メタ）アクリレート等が挙げられる。これらの中でも（メタ）アクリルアミドが好ましい。

【0053】

アニオン性単量体としては、（メタ）アクリル酸及びこのナトリウム塩等のアルカリ金属塩又はアンモニウム塩；マレイン酸；アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸等のアクリルアミドアルキルアルカンスルホン酸及びこのアルカリ金属塩又はアンモニウム塩等が挙げられる。

【0054】

いずれの単量体も、単独又は２種以上で使用することができる。

【0055】

重合体の重合方法は特に限定されず、沈殿重合、塊状重合や、分散重合、水溶液重合等が挙げられる。

【0056】

また重合体とともに、溶解性の向上、溶解液の保存安定性向上の目的で固体酸を用いても構わない。固体酸としてはスルファミン酸、酸性亜硫酸ソーダ等が挙げられる。

【0057】

高分子凝集剤２において、ポリアミジンとアミノアルキル（メタ）アクリレートを主成分とする重合体の質量比は、１０：９０〜９０：１０である。なお、この数値は、両者の合計量を１００質量％としたときの質量比である。

【0058】

ポリアミジンの質量比が１０質量％未満であると後述する脱水ケーキ３８の含水率低減効果が充分に得られず、９０質量％を超えると後述する第２撹拌槽１６における高分子凝集剤２の必要添加量の残部の添加後の凝集物の成長が不十分となり、脱水手段３６での圧搾等に耐える強固なフロックを形成しなくなる。

【0059】

上記質量比の範囲において、ポリアミジンとアミノアルキル（メタ）アクリレートを主成分とする重合体との質量比は、汚泥１の性状や使用する脱水手段３６に応じて任意に調整することができる。

【0060】

本発明における高分子凝集剤２は、水に溶解した水溶液として用いられる。水溶液の濃度は特に限定されないが０．０５〜１．５％が好ましい。

【0061】

第１撹拌槽１２は、槽内の溶液を撹拌するための第１撹拌手段２０と、高分子凝集剤２の注入部を有する。

【0062】

第１撹拌手段２０は、槽内の汚泥１を撹拌可能なものであれば、どのようなものであっても良いが、本実施の形態においては、モータによって回転される撹拌軸にインペラ（撹拌翼）を取り付けたものが用いられる。

【0063】

高分子凝集剤２は、高分子凝集剤貯槽２２に液体の状態で貯留されている。高分子凝集剤２は、その必要添加量の一部が、経路２４を介して第１撹拌槽１２に添加される。経路２４にはポンプ２６が設けられており、ポンプ２６の駆動が制御されることで第１撹拌槽１２に添加される高分子凝集剤２の必要添加量の一部の量が制御される。

【0064】

したがって、第１の凝集剤添加手段１４は、経路２４およびポンプ２６により構成されている。

【0065】

第２撹拌槽１６は、槽内の溶液を撹拌するための第２撹拌手段２８と、高分子凝集剤２の注入部を有する。

【0066】

第２撹拌手段２８は、本実施の形態においては、第１撹拌手段２０同様、モータによって回転される撹拌軸にインペラ（撹拌翼）を取り付けたものである。

【0067】

高分子凝集剤２は、その必要添加量の残部が、高分子凝集剤貯槽２２から経路３０を介して第２撹拌槽１６に添加される。経路３０にはポンプ３２が設けられており、ポンプ３２の駆動が制御されることで第２撹拌槽１６に添加される高分子凝集剤２の必要添加量の残部の量が制御される。すなわち、第２の凝集剤添加手段１７は、経路３０およびポンプ３２により構成されている。

【0068】

第１撹拌槽１２における撹拌、および第２撹拌槽１６における撹拌を通じて生じた凝集物４および分離液５の混合物３４は、下流の脱水手段３６に送られる。

【0069】

脱水手段３６は、混合物３４から分離液５を除去し、さらに凝集物が集合してなる凝集物塊からの脱水を行う手段である。具体的には、ベルトプレス型脱水機、スクリュープレス型脱水機、遠心脱水機、フィルタープレス型脱水機など従来公知の脱水機が挙げられる。なかでも、ベルトプレス型脱水機、スクリュープレス型脱水機を用いることが好ましい。

【0070】

脱水処理後、脱水手段３６からは脱水ケーキ３８と液部４０とがそれぞれ排出される。

【0071】

次に、汚泥の脱水装置１０を用いた汚泥の脱水方法を、以下に説明する。

【0072】

［高分子凝集剤の必要添加量の一部の添加および第１の撹拌工程］
有機性廃棄物の生物処理後の汚泥１は、第１撹拌槽１２に投入される。第１撹拌槽１２には、さらに高分子凝集剤２の必要添加量の一部が添加される。高分子凝集剤２の必要添加量の一部とは、この一部と第２撹拌槽１６に添加される高分子凝集剤２の必要添加量の残部との質量比が、１０：９０〜９０：１０の範囲となる量であり、好ましくは、２０：８０〜８０：２０の範囲となる量である。なお、この数値は、両者の合計量、すなわち、高分子凝集剤２の必要添加量を１００質量％としたときの質量比である。

【0073】

第１撹拌槽１２に添加される高分子凝集剤２の上記一部の質量比が、１０質量％未満では凝集剤が不足して凝集が不十分となり、さらに、第２撹拌槽１６に添加される高分子凝集剤２の上記残部の質量比が９０質量％超では第２撹拌槽１６に生じる凝集物によるフロックが巨大化しやすいために好ましくない。

【0074】

また、第１撹拌槽１２に添加される高分子凝集剤２の上記一部の質量比が９０質量％を超える場合には、第２撹拌槽１６に添加される高分子凝集剤２の上記残部の質量比が１０質量％未満となり、脱水手段３６による物理的脱水に耐える強固なフロックを形成しなくなるため、好ましくない。

【0075】

高分子凝集剤２は、第１撹拌手段２０により撹拌されている汚泥１中に添加される。第１撹拌手段２０の撹拌速度、すなわち、インペラの回転速度は、第１の凝集剤添加手段１４により添加される高分子凝集剤２の必要添加量の一部を槽内の汚泥１中に分散させるために必要な速度であればどのような回転速度であってもよいが、早い速度の撹拌により、汚泥１と高分子凝集剤２とを十分反応をさせ、細かな汚泥粒子とするため、好ましくは２００ｒｐｍ以上であり、より好ましくは、５００ｒｐｍ以上である。

【0076】

第１撹拌手段２０による撹拌により、汚泥１は高分子凝集剤２の上記一部が分散した分散汚泥３となり、分散汚泥３は下流の第２撹拌槽１６に送られる（以上、高分子凝集剤の必要添加量の一部の添加および第１の撹拌工程）。

【0077】

［高分子凝集剤の必要添加量の残部の添加および第２の撹拌工程］
分散汚泥３が流入した第２撹拌槽１６において、高分子凝集剤２の必要添加量の残部が添加される。

【0078】

高分子凝集剤２は、第２撹拌手段２８により撹拌されている分散汚泥３中に添加される。第２撹拌手段２８の撹拌速度、すなわち、インペラの回転速度は、分散汚泥３を分離液と凝集物に分離させるために必要な速度であればどのようなものであってもよい。具体的には、第１撹拌手段２０のインペラの回転速度よりも遅い回転速度であり、好ましくは２００ｒｐｍ以下であり、特に好ましくは５０ｒｐｍ〜１５０ｒｐｍの範囲である。

【0079】

第２撹拌手段２８による撹拌により、分散汚泥３は凝集物４と分離液５との混合物３４となり、混合物３４は下流の脱水手段３６に送られる（以上、高分子凝集剤の必要添加量の残部の添加および第２の撹拌工程）。

【0080】

［脱水工程］
第２撹拌槽１６の下流に送られた混合物３４は、脱水手段３６による脱水処理に供される。

【0081】

脱水手段３６において、分離液５が物理的に除去され、凝集物４が物理的に密着して凝集塊となる。さらに、この凝集塊からさらに圧搾等により内部の水分が絞り出されて脱水ケーキ３８となり、経路４２を介して脱水手段３６から排出される。なお、脱水手段３６において除去された分離液５および凝集塊から絞り出された水分は、液部４０として経路４４を介して脱水手段３６から排出される（以上、高分子凝集剤の必要添加量の残部の添加および第２の撹拌工程）。

【0082】

したがって、本実施の形態によれば、第１撹拌槽１２において、第２の撹拌よりも速い速度で第１の撹拌が行われることで、汚泥１と添加された高分子凝集剤２の必要添加量の一部との分散も十分なものとなり、汚泥１の粘度が低下する。また、早い速度の撹拌により汚泥粒子の過度な成長が阻害されて細かな汚泥粒子が得られる。

【0083】

さらに、第２撹拌槽１６において、高分子凝集剤２の必要添加量の残部が添加され、第１の撹拌よりも遅い速度で第２の撹拌が行われることで、汚泥粒子の凝集が進み、脱水に適した大きさの凝集物４が生成する。このとき、本発明の高分子凝集剤２が用いられことで、凝集物４の内部まで高分子凝集剤２が行き渡り、水の抜け道となる細孔が良く生成しているため、脱水性が良好な凝集物４となっている。

【0084】

したがって、凝集剤の添加量を全体として削減しつつ得られた脱水ケーキ３８の含水率を低下させることができる。また、得られた脱水ケーキ３８の剥離性も向上する。

【0085】

なお、本実施の形態では、第２撹拌槽１６の直ぐ下流に脱水手段３６が設けられており、［高分子凝集剤の必要添加量の残部の添加および第２の撹拌工程］により生じた混合物３４が直接［脱水工程］に供されることになるが、これに限定されるものではなく、別の態様をとることも可能である。

【0086】

（第２実施の形態）
以下に、第２撹拌槽１６の下流の構成を変更した汚泥の脱水装置５０を、図２に基づいて説明する。図２において上述の図１に示した実施の形態と同様の要素には、同一の符号を付しその説明を省略する。図２は、本実施の形態に係る汚泥の脱水装置５０の模式図である。

【0087】

図２に示すように、本実施の形態に係る汚泥の脱水装置５０は、第２撹拌槽２０と脱水手段３６との間に、第２撹拌槽１６において生じた凝集物を濃縮する濃縮手段５２を有する点において上記第１実施の形態に係る汚泥の脱水装置１０と異なる。

【0088】

濃縮手段５２は、ロータリースクリーン、傾斜スクリーン、濾布走行式脱水機等の公知の重力脱水機を用いることができる。また、濃縮手段５２は、無機凝集剤注入部を有する。無機凝集剤６は、無機凝集剤貯槽５４に液体の状態で貯留されている。無機凝集剤６は経路５６を介して濃縮手段５２に添加される。経路５６にはポンプ５８が設けられており、ポンプ５８の駆動が制御されることで濃縮手段５２に添加される無機凝集剤６の添加量が制御される。

【0089】

無機凝集剤６は、塩化第二鉄、ポリ硫酸第二鉄（ポリ鉄）、硫酸バンド、ポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）、塩化アルミニウム等、公知のものを用いることができる。

【0090】

無機凝集剤６の添加量は、汚泥１のＳＳの固形量（ｇ）に対する無機凝集剤６の固形量（ｇ）の百分率で表して、例えば、１％以上５％以下の範囲であり、好ましくは２％以上３％以下の範囲である。

【0091】

次に、本実施の形態に係る汚泥の脱水装置５０を用いた汚泥の脱水方法を、上記第１実施の形態と異なる工程について主に説明する。

【0092】

上記第１実施の形態同様、汚泥１は、第１撹拌槽１２における［高分子凝集剤の必要添加量の一部の添加および第１の撹拌工程］に供され、分散汚泥３となる。次に、分散汚泥３は、第２撹拌槽１６において［高分子凝集剤の必要添加量の残部の添加および第２の撹拌工程］に供され、凝集物４と分離液５との混合物３４となる。この混合物３４は、第２撹拌槽１６の下流の濃縮手段５２に送られる。

【0093】

［凝集物濃縮工程］
濃縮手段５２において、混合物３４中の分離液５は重力に従って排出され、排出された分離液５は経路６０を介して液部４０に合流する。また、濃縮手段５２の途中位置において、無機凝集剤貯槽５４から経路５６を介して無機凝集剤６が混合物３４に添加される。無機凝集剤６の添加により、凝集物４はさらに強固なフロックとなり、下流の脱水手段３６に送られる（以下、凝集物濃縮工程）。

【0094】

その後、脱水手段３６において凝集物４は［脱水工程］に供され、脱水工程後に生じた脱水ケーキ３６および液部４０がそれぞれ脱水手段３６から排出される。

【0095】

したがって、本実施の形態によれば、無機凝集剤６が濃縮手段５２中の、濃縮中の混合物３４又は濃縮後の凝集物４に対して添加されることで、濃縮前の混合物３４に対して添加される場合と比べて、分離液５と反応して消費される無機凝集剤６の割合が小さくなる。

【0096】

よって、無機凝集剤６が添加される場合に、無機凝集剤６の添加量をも削減することが可能となる。

【0097】

なお、本発明は上記実施の形態に限定されることはなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、上記実施の形態において、第１撹拌槽１２において汚泥１は高分子凝集剤２の必要添加量の一部と混合・撹拌されているが、第１撹拌槽１２を有さない構成をとることも可能である。その場合汚泥の脱水装置は、第１撹拌槽１２に代えて第１撹拌手段としてスタティックミキサーを有しており、高分子凝集剤貯槽２２の高分子凝集剤２の必要添加量の一部は、スタティックミキサーの上流位置にて汚泥１に添加される。

【0098】

また、本発明の汚泥の脱水方法をバッチ式の汚泥の脱水装置により実施する場合、上記実施の形態とは異なり、第１撹拌槽および第２撹拌槽を一つの撹拌槽で代用することも可能である。この場合、第１撹拌手段および第２撹拌手段も一つの撹拌手段を用いることができ、高分子凝集剤貯槽２２からのこの一つの撹拌槽への高分子凝集剤２の添加も、一系統の経路を介して行うことができる。

【0099】

さらに、上記第２実施の形態において、無機凝集剤６は濃縮手段５２の途中位置において添加されているが、これに限るものではなく、例えば、高分子凝集剤２の必要添加量の一部が添加される前、あるいはその添加後において添加することができる。また、脱水手段３６が濃縮部を有する場合には、濃縮された凝集物塊に直接添加することができる。

【0100】

なお、上記実施の形態において、高分子凝集剤２は、第１の凝集剤添加手段１４および第２の凝集剤添加手段１７によって添加されているが、手作業により行われることとしてもよい。

【0101】

以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。

【実施例】

【0102】

［実施例１］
有機性廃棄物としての食品廃棄物に対してメタン生成菌によるメタン発酵を行い、液状の汚泥（ｐＨ７．４４、ＳＳ２７．５ｇ／Ｌ、ＶＳＳ６１．２％、ＣＳＴ１２，５００ｓｅｃ、コロイド荷電量−４．２８ｍｅｑ／Ｌ）を得た。

【0103】

（なお、ＳＳは、水に含まれる粒子を孔径１μｍのガラス繊維ろ紙またはＭＦ膜ろ紙でろ過し、その粒子の乾物重量（ｇ／Ｌ）で表すものであり、ＶＳＳ（Ｖｏｌａｔｉｌｅ ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ ｓｏｌｉｄｓ）とは、ＳＳを強熱したときに揮発する物質をいい、ＳＳを求めた後に試料を６００±２５℃で３０分間強熱し、残渣の質量を測定して求められる。

【0104】

ＣＳＴとは、Ｃａｐｉｌｌａｒｙ Ｓｕｃｔｉｏｎ Ｔｉｍｅ（毛細管吸引時間（単位：ｓｅｃ））の略語であり、ＣＳＴ試験とは、汚泥の脱水性の良否を判断する目的で行われる試験であって、ろ紙上の筒に少量の凝集汚泥を入れ、汚泥中の水分が毛細管現象によってろ紙に吸引され円周方向に拡大していくとき、同心円の２点間を通過する時間（ｓｅｃ）を測定するものである。上記液状の汚泥のＣＳＴ値は、下水試験方法 ２０１２年版 上巻、第７２８頁、第５編 第１５節 ３．ＣＳＴ試験の項目に従って測定して得た。

【0105】

コロイド荷電量とは、汚泥を遠心分離し、その上澄液にトルイジンブルー指示薬を加えて、ポリビニル硫酸カリウム溶液で滴定して求めたものである。）

【0106】

この汚泥２００ｍｌを５００ｍｌ容のビーカーにとり、ポリアミジン（分子量３００万）とジメチルアミノエチルメタクリレート重合体（分子量４００万）を５０／５０の比率で含む高分子凝集剤の０．２％水溶液を１．８％対ＳＳとなるように添加し、市販のハンドミキサーを使用して８００ｒｐｍで３０秒間第１の撹拌を行った。

【0107】

次に、上記高分子凝集剤水溶液を０．７％対ＳＳとなるように第１の撹拌後の汚泥に対して添加し、ジャーテスターを使用して８０ｒｐｍで１分間撹拌して凝集フロック（凝集物）を生成させた。凝集フロックの大きさを測定した後、凝集フロックと分離液の混合物を６０メッシュのナイロン濾布で重力脱水した。

【0108】

重力ろ過後の汚泥を２枚の濾布に挟みピストン型脱水機を用いて、２ｋｇ／ｃｍ^２の圧力で１分間圧搾し、脱水ケーキを得た。脱水前の凝集フロックの大きさ、ならびに、脱水ケーキの含水率および脱水ケーキの剥離性を測定した結果を、表１に示す。

【0109】

［実施例２〜６、比較例１〜８］
高分子凝集剤の種類および質量比、高分子凝集剤の必要添加量の一部および残部、ならびに第１の撹拌および第２の撹拌の回転数を表１の条件としたこと以外は上記実施例と同じ条件のもとで液状の汚泥を処理し、脱水ケーキを得た。脱水前の凝集フロックの大きさ、ならびに、脱水ケーキの含水率および脱水ケーキの剥離性を測定した結果を、表１に示す。

【0110】

［測定方法］
１．凝集フロックの大きさ（フロック径）
フロックの大きさは、ノギスで測定した。

【0111】

２．ケーキ含水率
下水試験方法 ２０１２年版 上巻、第７１５頁〜７１６頁、第５編 第６節 蒸発残留物及び含水率（固形分及び水分）の項目の記載に従って行った。

【0112】

３．ケーキ剥離性
濾布への脱水ケーキの剥離状況を目視で確認した。

【0113】

【表1】

【0114】

※１：「高分子凝集剤」は、各試験区分において用いた高分子凝集剤と含まれる化合物の質量比を示す。ここで、Ａはポリアミジン（分子量３００万）、Ｂはジメチルアミノエチルメタクリレート重合体（分子量４００万）、Ｃはアクリルアミド・ジメチルアミノエチルアクリレート共重合体（分子量５００万）、およびＤはアクリルアミド・アクリル酸・ジメチルアミノエチルアクリレート共重合体（分子量４００万）をそれぞれ意味する。
※２：「添加率％対ＳＳ」は、第１の撹拌の前に、各試験区分の処理に提供された液状の汚泥のＳＳの固形量（ｇ）あたりに添加された高分子凝集剤の固形量（ｇ）の割合を百分率で示したものである。
※３：「撹拌回転数ｒｐｍ」は、第１の撹拌の際のハンドミキサーの回転数を示す。
※４：「添加率％対ＳＳ」は、第１の撹拌の後に、各試験区分の処理に提供された液状の汚泥のＳＳの固形量（ｇ）あたりに添加された高分子凝集剤の固形量（ｇ）の割合を百分率で示したものである。
※５：「撹拌回転数ｒｐｍ」は、第２の撹拌の際のジャーテスターの回転数を示す。
※６：「フロック径ｍｍ」は、「［測定方法］ １．凝集フロックの大きさ（フロック径）」の測定方法により測定された、第２の撹拌後に生じた凝集物の大きさを示す。
※７：「ケーキ含水率％」は、「［測定方法］２．ケーキ含水率」の測定方法により測定された、脱水ケーキの含水率を示す。
※８：「ケーキ剥離性」は、「［測定方法］ ３．ケーキ剥離性」の測定方法により測定された、脱水ケーキの剥離性をいう。◎は非常に良い（＝ほぼ剥離する）、○は良い（＝大体剥離する）、△は悪い（＝剥離しづらい）、×は非常に悪い（＝全然剥離しない）状態をそれぞれ示す。

【0115】

［結果］
比較例５〜７と実施例１〜６の対比に示されるとおり、高分子凝集剤としてそれぞれ、ポリアミジン（分子量３００万）のみ、ジメチルアミノエチルメタクリレート重合体（分子量４００万）のみ、アクリルアミド・ジメチルアミノエチルアクリレート共重合体（分子量５００万）のみを添加した試験区分（比較例５〜７）は、２種類の高分子の組み合わせよりなる高分子凝集剤を添加した試験区分（実施例１〜６）と比較して、脱水ケーキの含水率が高くなり、脱水ケーキの剥離性も悪い結果となった。

【0116】

また、２種類の高分子を高分子凝集剤として添加した試験区分（比較例８）であっても、第１の撹拌の撹拌回転数が８０ｒｐｍと小さい場合には、第１の撹拌の撹拌回転数が８００ｒｐｍと大きい試験区分（実施例６）と比較して脱水ケーキの含水率が大きくなり、その剥離性も悪い結果となった。

【0117】

さらに、２種類の高分子を高分子凝集剤として添加した試験区分であっても、撹拌を高速撹拌（８００ｒｐｍ）の１段階のみで行った試験区分（比較例１〜２）や撹拌を低速撹拌の１段階のみで行った試験区分（比較例３）は、実施例１〜６の試験区分と比較して脱水ケーキの含水率が大きくなり、且つ脱水ケーキの剥離性が悪くなる結果となった。

【0118】

また、２種類の高分子を高分子凝集剤として添加した試験区分であっても、アミノアルキル（メタ）アクリレートを主成分とする重合体の質量比が１０質量％を下回る試験区分（比較例４）は、実施例１〜６の試験区分と比較して脱水ケーキの含水率が大きくなり、且つ脱水ケーキの剥離性が悪くなる結果となった。

【0119】

そのうえ、２種類の高分子を高分子凝集剤として添加した試験区分間においても、ポリアミジンとアミノアルキル（メタ）アクリレートを主成分とする重合体との質量比が３０：７０〜７：３０の範囲の試験区分（実施例３〜４）においてケーキ含水率およびケーキ剥離性が良好なものとなることが示された。特に、ポリアミジンとアミノアルキル（メタ）アクリレートを主成分とする重合体との質量比がともに５０％の試験区分（実施例１〜２）においてケーキ含水率およびケーキ剥離性が特に良好なものとなることが示された。

【符号の説明】

【0120】

２ 高分子凝集剤
１０、５０ 汚泥の脱水装置
１４ 第１の凝集剤添加手段
２０ 第１撹拌手段
１７ 第２の凝集剤添加手段
２８ 第２撹拌手段
３６ 脱水手段

【図1】

【図2】