特許 7427534 汚泥の脱水方法

(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】

(24)【登録日】2024-01-26

(45)【発行日】2024-02-05

(54)【発明の名称】汚泥の脱水方法

(51)【国際特許分類】

   C02F 11/147 20190101AFI20240129BHJP

   B01D 21/01 20060101ALI20240129BHJP

【ＦＩ】

C02F11/147 ZAB

B01D21/01 111

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2020101459

(22)【出願日】2020-06-11

(65)【公開番号】P2021194573

(43)【公開日】2021-12-27

【審査請求日】2023-03-06

(73)【特許権者】

【識別番号】000004400

【氏名又は名称】オルガノ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001210

【氏名又は名称】弁理士法人ＹＫＩ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】加藤 歩

(72)【発明者】

【氏名】中村 慎司

【審査官】山崎 直也

(56)【参考文献】

【文献】特開２００７－０２９７６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－２８６８９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１１８８５３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ０２Ｆ １１／００－１１／２０

Ｃ０２Ｆ １／５２－ １／５６

Ｂ０１Ｄ ２１／０１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

汚泥に対して、カチオン基として下記一般式（１）もしくは（２）によって示される化学構造単位を含むポリアリルアミンまたはその塩からなる少なくとも１種の第一のカチオン性高分子凝集剤と、ジメチルアミノエチルメタクリレート系高分子凝集剤（ＤＡＭ）、ジメチルアミノエチルアクリレート系高分子凝集剤（ＤＡＡ）、およびベンジルクロライド系高分子凝集剤（ＢＣ）のうちの少なくとも１つである第二のカチオン性高分子凝集剤と、を添加し、その後、アニオン性高分子凝集剤を添加して脱水することを特徴とする汚泥の脱水方法。

【化1】

（ｎは、１０～１５００）
（１）

【化2】

（ｎは、１５～９０００）
（２）

【請求項2】

請求項１に記載の汚泥の脱水方法であって、
前記第一のカチオン性高分子凝集剤と前記第二のカチオン性高分子凝集剤とを質量比で８０～２００：１６０～４０の範囲で添加することを特徴とする汚泥の脱水方法。

【請求項3】

請求項１または２に記載の汚泥の脱水方法であって、
前記ポリアリルアミンの重量平均分子量が、１．５万以上であることを特徴とする汚泥の脱水方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、汚泥の脱水方法に関する。

【背景技術】

【0002】

下水処理、屎尿処理およびその他の各種産業廃水処理等において発生する有機性汚泥は難脱水性のものが多く、このような有機性汚泥に汚泥脱水剤を添加して脱水処理して得られる脱水ケーキの含水率は高い場合が多い。含水率が高い脱水ケーキを焼却処理する際の焼却燃料の増加や最終処分量の増大等、処分費、環境負荷の点等から、得られる脱水ケーキの含水率のさらなる低減が望まれている。

【0003】

従来、有機性汚泥を凝集処理して脱水する際に用いられているカチオン性高分子凝集剤としては、例えばジメチルアミノエチルメタクリレート系、ジメチルアミノエチルアクリレート系、ポリアミジン系が用いられていたが、さらなる脱水効果の改善のために、特許文献１～３に示すような提案がなされている。

【0004】

特許文献１には、１０００～５０００の平均分子量を有するアリルアミン重合体またはその塩からなる少なくとも１つ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、脱水処理を行うことが記載されている。

【0005】

特許文献２には、カチオン性高分子化合物と、カチオン系単位としてアリルアミンを含む両性高分子凝集剤とを添加混合して調製される汚泥脱水剤が記載されている。

【0006】

特許文献３には、有機性汚泥に無機凝集剤を添加した後、両性高分子凝集剤を添加して脱水処理を行うことが記載されている。

【0007】

しかし、従来の汚泥脱水剤はいずれも十分に満足し得るものとは言えず、例えば特許文献１に記載されるアリルアミン重合体と両性高分子凝集剤との組み合わせでは、得られる脱水ケーキの含水率を十分に下げることはできない。両性高分子凝集剤はその組成比に限界があるため、カチオン／アニオン比を最適化することができず、凝集性、脱水性能を両方満足するのは難しい。また、特許文献３に記載されている汚泥に無機凝集剤を添加した後に両性高分子凝集剤を添加する方法では、含水率はある程度低減することができるが、無機凝集剤自体が汚泥となってしまう問題や、無機凝集剤による装置の腐食等が指摘されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【文献】特許第４０６９１６３号公報

【文献】特許第２９８３２７９号公報

【文献】特許第３６３３７２６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

本発明の目的は、難脱水性の汚泥についても効率的に脱水処理して低含水率の脱水ケーキを得ることができる汚泥の脱水方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明は、汚泥に対して、カチオン基として下記一般式（１）もしくは（２）によって示される化学構造単位を含むポリアリルアミンまたはその塩からなる少なくとも１種の第一のカチオン性高分子凝集剤と、ジメチルアミノエチルメタクリレート系高分子凝集剤（ＤＡＭ）、ジメチルアミノエチルアクリレート系高分子凝集剤（ＤＡＡ）、およびベンジルクロライド系高分子凝集剤（ＢＣ）のうちの少なくとも１つである第二のカチオン性高分子凝集剤と、を添加し、その後、アニオン性高分子凝集剤を添加して脱水する、汚泥の脱水方法である。

【化1】

（ｎは、１０～５５００）
（１）

【化2】

（ｎは、１５～９０００）
（２）

【0012】

前記汚泥の脱水方法において、前記第一のカチオン性高分子凝集剤と前記第二のカチオン性高分子凝集剤とを質量比で８０～２００：１６０～４０の範囲で添加することが好ましい。

【0013】

前記汚泥の脱水方法において、前記ポリアリルアミンの重量平均分子量が、１．５万以上であることが好ましい。

【発明の効果】

【0014】

本発明により、難脱水性の汚泥についても効率的に脱水処理して低含水率の脱水ケーキを得ることができる汚泥の脱水方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】実施例４、比較例４における、ポリアリルアミンの添加量（ｍｇ／Ｌ）による含水率（％）の変化を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0016】

本発明の実施の形態について以下説明する。本実施形態は本発明を実施する一例であって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。

【0017】

本発明の実施形態に係る汚泥の脱水方法は、汚泥に対して、カチオン基として下記一般式（１）もしくは（２）によって示される化学構造単位を含むポリアリルアミンまたはその塩からなる少なくとも１種の第一のカチオン性高分子凝集剤と、第二のカチオン性高分子凝集剤と、を添加し、その後、アニオン性高分子凝集剤を添加して脱水する方法である。

【0018】

【化3】

（ｎは、１０～５５００）
（１）

【0019】

【化4】

（ｎは、１５～９０００）
（２）

【0020】

例えば、まず汚泥に第一のカチオン性高分子凝集剤および第二のカチオン性高分子凝集剤を添加し、その後、アニオン性高分子凝集剤を添加混合することにより、汚泥の凝集フロックを形成し、得られた凝集物を固液分離すればよい。なお、第一のカチオン性高分子凝集剤および第二のカチオン性高分子凝集剤の添加順序は、どちらが先でもよい。

【0021】

本実施形態に係る汚泥の脱水方法によって、難脱水性の汚泥についても効率的に脱水処理して低含水率の脱水ケーキを得ることができる。

【0022】

下記一般式（１）において、ｎは、１０～５５００であり、１５０～３５００であることが好ましい。

【0023】

下記一般式（２）において、ｎは、１５～９０００であり、２５０～５５００であることが好ましい。

【0024】

ポリアリルアミンの重量平均分子量は、特に制限はないが、１．５万以上であることが好ましく、１．５万～３０万の範囲であることがより好ましい。ポリアリルアミンの重量平均分子量が１．５万未満であると、汚泥が十分に凝集しない場合があり、３０万を超えると、ポリアリルアミン自体が水を抱水し、十分に含水率が低下しない場合がある。

【0025】

第二のカチオン性高分子凝集剤としては、例えば、ジメチルアミノエチルメタクリレート系高分子凝集剤（ＤＡＭ）、ジメチルアミノエチルアクリレート系高分子凝集剤（ＤＡＡ）、ベンジルクロライド系高分子凝集剤（ＢＣ）、ポリアミジン、エピクロロヒドリン・ジメチルアミン縮合物、ジシアンジアミン・ホルムアルデヒド縮合物等が挙げられ、汚泥の脱水効果が高い等の点から、ポリジメチルアミノエチルメタクリレート系高分子凝集剤（ＤＡＭ）、ジメチルアミノエチルアクリレート系高分子凝集剤（ＤＡＡ）、およびベンジルクロライド系高分子凝集剤（ＢＣ）のうちの少なくとも１つであることが好ましい。ジメチルアミノエチルメタクリレート系高分子凝集剤（ＤＡＭ）は、ジメチルアミノエチルメタクリレートの単独重合体、ジメチルアミノエチルメタクリレートの四級化物の単独重合体、ジメチルアミノエチルメタクリレートとアクリルアミドとの共重合体、およびジメチルアミノエチルメタクリレートの四級化物とアクリルアミドとの共重合体のうちの少なくとも１つを含む凝集剤である。ジメチルアミノエチルアクリレート系高分子凝集剤（ＤＡＡ）は、ジメチルアミノエチルアクリレートの単独重合体、ジメチルアミノエチルアクリレートの四級化物の単独重合体、ジメチルアミノエチルアクリレートとアクリルアミドとの共重合体、ジメチルアミノエチルアクリレートの四級化物とアクリルアミドとの共重合体のうちの少なくとも１つを含む凝集剤である。

【0026】

【化5】

【化6】

（ｘは、例えば、０～２０００００、ｙは、例えば、５０～１２００００である。）
ジメチルアミノエチルメタクリレート系高分子凝集剤（ＤＡＭ）

【0027】

【化7】

【化8】

（ｘは、例えば、０～２０００００、ｙは、例えば、５０～１２００００である。）
ジメチルアミノエチルアクリレート系高分子凝集剤（ＤＡＡ）

【0028】

第二のカチオン性高分子凝集剤の重量平均分子量は、特に制限はないが、１万～１５００万の範囲であることが好ましく、１０万～１０００万の範囲であることがより好ましい。第二のカチオン性高分子凝集剤の重量平均分子量が１万未満であると、汚泥が十分に凝集しない場合があり、１５００万を超えると、高分子凝集剤自体が水を抱水し、十分に含水率が低下しない場合がある。

【0029】

アニオン性高分子凝集剤としては、例えば、ポリアクリルアミド系（アクリルアミドとアクリル酸塩との共重合物）、メタアクリル酸系等が挙げられ、コスト等の点から、ポリアクリルアミド系が好ましい。

【0030】

アニオン性高分子凝集剤の重量平均分子量は、特に制限はないが、１００万～４０００万の範囲であることが好ましく、５００万～３０００万の範囲であることがより好ましい。アニオン性高分子凝集剤の重量平均分子量が１００万未満であると、汚泥が十分に凝集しない場合があり、４０００万を超えると、アニオン性高分子凝集剤自体が水を抱水し、十分に含水率が低下しない場合がある。

【0031】

本実施形態に係る汚泥の脱水方法において、第一のカチオン性高分子凝集剤と第二のカチオン性高分子凝集剤とを質量比で８０～２００：１６０～４０の範囲で添加することが好ましく、１２０～２００：１２０～４０の範囲で添加することがより好ましい。第一のカチオン性高分子凝集剤と第二のカチオン性高分子凝集剤との質量比がこの範囲外であると、汚泥の含水率が十分に低減しない場合がある。

【0032】

本実施形態に係る汚泥の脱水方法において、第一のカチオン性高分子凝集剤と第二のカチオン性高分子凝集剤の合計の添加量、または第一のカチオン性高分子凝集剤の添加量、または第二のカチオン性高分子凝集剤の添加量は、汚泥のＳＳ量に対して０．５～１０質量％の範囲であることが好ましく、１～５質量％の範囲であることがより好ましい。第一のカチオン性高分子凝集剤と第二のカチオン性高分子凝集剤の合計の添加量が汚泥のＳＳ量に対して０．５質量％未満であると、汚泥が凝集しない場合があり、１０質量％を超えると、汚泥の含水率が十分に低減しない場合がある。

【0033】

本実施形態に係る汚泥の脱水方法において、アニオン性高分子凝集剤の添加量は、汚泥のＳＳ量に対して０．０１～２質量％の範囲であることが好ましく、０．０５～１質量％の範囲であることがより好ましい。アニオン性高分子凝集剤の添加量が汚泥のＳＳ量に対して０．０１質量％未満であると、アニオン性高分子凝集剤の不足により汚泥が凝集しない場合があり、２質量％を超えると、アニオン性高分子凝集剤の過多により水に粘性が生じ、汚泥が十分に脱水されない場合がある。

【0034】

脱水の対象となる汚泥は、有機性汚泥および無機性汚泥のうちの少なくとも１つを含む。有機性汚泥は、下水処理、屎尿処理およびその他の各種産業廃水処理等の有機物を含む排水の処理において発生する汚泥であり、無機性汚泥は、無機物を含む排水の処理において発生する汚泥である。

【0035】

本実施形態に係る汚泥の脱水方法において、カチオン基として上記一般式（１）もしくは（２）によって示される化学構造単位を含むポリアリルアミンまたはその塩からなる少なくとも１種の第一のカチオン性高分子凝集剤と、第二のカチオン性高分子凝集剤と、アニオン性高分子凝集剤と、を含む汚泥脱水剤として製剤化し、この汚泥脱水剤を汚泥に対して添加して脱水してもよい。例えば、カチオン基として上記一般式（１）もしくは（２）によって示される化学構造単位を含むポリアリルアミンまたはその塩からなる少なくとも１種の第一のカチオン性高分子凝集剤と第二のカチオン性高分子凝集剤とを含む製剤と、アニオン性高分子凝集剤を含む製剤と、の２剤を含む汚泥脱水剤とすればよい。

【0036】

汚泥の脱水の際の温度は、特に制限はないが、例えば、１０～４０℃の範囲とすればよい。

【0037】

汚泥の脱水の際のｐＨは、特に制限はないが、例えば、ｐＨ３～ｐＨ１０の範囲とすればよい。

【0038】

汚泥の脱水の際に、第一のカチオン性高分子凝集剤、第二のカチオン性高分子凝集剤、アニオン性高分子凝集剤の他に、無機凝集剤、有機凝結剤、合成繊維等を添加してもよい。

【0039】

固液分離の方法としては、特に制限はないが、例えば、自然沈降分離、膜分離、ベルトプレス脱水機、スクリュープレス脱水機、遠心脱水機、フィルタープレス脱水機、多重円盤脱水機、真空脱水機、電気浸透脱水機等が挙げられる。

【実施例】

【0040】

以下、実施例および比較例を挙げ、本発明をより具体的に詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。

【0041】

［汚泥性状］
処理対象とした汚泥について、下水試験法に基づいて、導電率（ＥＣ）、蒸発残留物、蒸発残留物（ＴＳ）の強熱減量（ＶＴＳ）、浮遊（懸濁）物質（ＳＳ）、浮遊物質（ＳＳ）の強熱減量（ＶＳＳ）を測定した。今回使用した汚泥の性状を表１に示す。

【0042】

【表1】

【0043】

［使用した薬品］
実施例および比較例で使用したポリアリルアミン（第一のカチオン性高分子凝集剤）、カチオン性高分子凝集剤（第二のカチオン性高分子凝集剤）、両性高分子凝集剤、アニオン性高分子凝集剤の性状に関して、表２に示す。

【0044】

【表2】

【0045】

［実験方法］
（１）フロック径
フロック径は、所定の高分子凝集剤を加え、よく撹拌した後の汚泥フロックを目視にて計測した。
（２）ケーキ含水率
（１）にて形成された汚泥フロックを手絞りにより脱水し、脱水ケーキの形成を行った。この脱水ケーキを１０５℃で終夜（１２時間）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。

【0046】

＜実施例１、比較例１＞
表１に示す性状の有機性汚泥３００ｍＬを容量５００ｍＬのビーカーに採り、それに０．３質量％水溶液のポリアリルアミンを所定量加え、よく撹拌した。次に０．３質量％水溶液の第二のカチオン性高分子凝集剤を所定量加え、よく撹拌した。最後にアニオン性高分子凝集剤を加え、よく撹拌し、汚泥フロックを形成した。

【0047】

次いで、汚泥フロックを手絞りにより脱水し、脱水ケーキを形成した。その脱水ケーキを温度１０５℃で終夜乾燥した後、脱水ケーキ中の水分量を計測してケーキ含水率（質量％）とした。結果を表３に示す。

【0048】

【表3】

【0049】

比較例１－１～１－３より、カチオン性高分子凝集剤単独、ポリアリルアミン単独の条件よりも、ポリアリルアミン（第一のカチオン性高分子凝集剤）と第二のカチオン性高分子凝集剤併用の条件の方が含水率が低いことがわかる。

【0050】

以上の結果より、ポリアリルアミン（第一のカチオン性高分子凝集剤）と第二のカチオン性高分子凝集剤を併用することによって、相乗効果により脱水性が改善することが明らかとなった。

【0051】

＜実施例２＞
ポリアリルアミンの重量平均分子量を変えた以外は実施例１と同様にして、脱水試験を実施した。結果を表４に示す。

【0052】

【表4】

【0053】

実施例２－１～２－３より、ポリアリルアミンの重量平均分子量が５０００以下の場合（ポリアリルアミン塩酸塩重合体Ａ～Ｃ）は、実施例２－４，２－５に比べて２剤併用による相乗効果がやや劣っており、含水率は８７．４％以上となった。

【0054】

一方で、実施例２－１、２－２よりポリアリルアミンの重量平均分子量が１．５万以上の場合は、２剤併用による相乗効果が見られ、特に重量平均分子量が１．５万のポリアリルアミン塩酸塩重合体Ｄを用いた実施例２－１では、含水率は８５．６％以下と大きく低減した。

【0055】

＜実施例３、比較例３＞
併用する高分子凝集剤の種類を変えて、脱水試験を実施した。結果を表５に示す。

【0056】

【表5】

【0057】

比較例３－１より、カチオン性高分子凝集剤単独、比較例３－２～３－３より、ポリアリルアミン塩酸塩重合体と併用する第二の高分子凝集剤がカチオン基とアニオン基を同一分子内に有する両性高分子凝集剤では、フロックが形成しない、またはフロックを形成しても含水率が非常に高い結果となった。なお、比較例３－３は、上記特許文献１の実施例を比較例とした。

【0058】

一方で、ポリアリルアミンと併用する高分子凝集剤がカチオン性高分子凝集剤の場合では、どの剤を用いても含水率の低減効果が見られたが、特にベンジルクロライド系の高分子凝集剤（カチオンＢ）を用いた実施例３－１では、含水率が８４．０％と最も脱水効果が高かった。

【0059】

＜実施例４、比較例４＞
ポリアリルアミンとカチオン性高分子凝集剤（第二のカチオン性高分子凝集剤）の添加比率を変えて、脱水試験を実施した。結果を表６に示す。

【0060】

【表6】

【0061】

その結果、図１に示すように、ポリアリルアミン：カチオン性高分子凝集剤の添加比率が１６０：８０のときに最も脱水効果の向上が見られた。

【0062】

このように、実施例の汚泥の脱水方法によって、難脱水性の汚泥についても効率的に脱水処理して低含水率の脱水ケーキを得ることができた。

【図1】