汚泥の濃縮方法
【課題】
ベルト濃縮装置による汚泥濃縮操作を実施する際、凝集汚泥の分離液の発泡性を著しく低下させ、また汚泥の凝集性、濃縮性を向上させることが可能な汚泥濃縮方法を提供する。
【解決手段】
ベルト濃縮装置による濃縮を実施する際に、特定の構造単位を有するカチオン性または両性水溶性高分子からなる油中水系高分子エマルジョンを添加、攪拌して凝集させた後に濃縮装置にて濃縮することにより達成できる。前記水溶性高分子は、油中水型エマルジョン重合時に架橋性単量体を共存させ重合したものであることがより好ましく、また重量平均分子量が３００万〜１５００万であることが好ましい。
ベルト濃縮装置による汚泥濃縮操作を実施する際、凝集汚泥の分離液の発泡性を著しく低下させ、また汚泥の凝集性、濃縮性を向上させることが可能な汚泥濃縮方法を提供する。
【解決手段】
ベルト濃縮装置による濃縮を実施する際に、特定の構造単位を有するカチオン性または両性水溶性高分子からなる油中水系高分子エマルジョンを添加、攪拌して凝集させた後に濃縮装置にて濃縮することにより達成できる。前記水溶性高分子は、油中水型エマルジョン重合時に架橋性単量体を共存させ重合したものであることがより好ましく、また重量平均分子量が３００万〜１５００万であることが好ましい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は汚泥の濃縮方法に関し、詳しくは、ベルト型濃縮装置により脱水用の汚泥を濃縮する際、特定の構造単位を含有するカチオン性または両性水溶性高分子の油中水型エマルジョンを使用することを特徴とする汚泥の濃縮方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年地球規模で提唱されているＣＯ２低減を実現させるために、排水処理分野ではさまざまな試みが検討されているが、汚泥脱水の場合、脱水用の汚泥濃度を高くすることにより、汚泥脱水時における処理量の向上、含水率の低下及び脱水時に消費される電力コストの低減を図ることが出来る。
【０００３】
汚泥濃縮装置は浮上濃縮装置、遠心濃縮装置、ベルト濃縮装置が代表的であるが、中でも比較的安価で消費電力が少ないベルト濃縮装置による濃縮が最近増加している。ベルト濃縮の際には一般にカチオン性高分子を使用して凝集フロックを生成させた後、この凝集汚泥を移動する濾過用のベルト上に流し込んで凝集濾液を濾過し、汚泥を濃縮する方法が採られている。
【０００４】
しかしながら、ベルト濃縮装置による濃縮に粉末状カチオン性高分子を使用した場合、各種の汚泥に対する凝集力が十分ではないため良好な処理量が得られない場合が多い。
【０００５】
また、濾過された濾液に多量の泡が発生して、しばしば濾液の貯留槽のセンサーに誤作動を起こして濃縮操作に支障が生じ、また返送された濾液により曝気槽に泡が生じて生物処理及び余剰汚泥の濃縮性が悪化するケースも多く発生している。
【０００６】
この発泡の抑制には従来、消泡剤を添加する方法が採られてきたが、この方法を用いる場合、新たに薬品コスト及び消泡剤を添加するポンプ及び装置のコストが生じ、また消泡剤添加の調整管理が必要になるため敬遠される傾向にあり、今後ますます濃縮の際の濾液の発泡性を、コストをかけることなく抑制する方法が望まれるようになってきている。
【特許文献１】特開平７−１９５０９８号公報
【特許文献２】特開平９−２９９９９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ベルト濃縮装置による濃縮を行う際はカチオン性高分子を使用して水切れの良いフロックを生成させる必要があるが、濾過性が十分でないと濃縮性が悪化してしまう。また濾液にしばしば泡が発生するため、濾液貯留槽におけるセンサーの誤作動、生物処理槽に返送する際に発泡が生じて沈降性の悪化を引き起こす等の支障が生じてしまう。そのため濾液に発泡を生じさせることなく濃縮用汚泥を高い濃縮率で濃縮させる方法が求められている。本発明はベルト濃縮装置により汚泥濃縮を実施する際に、汚泥を凝集させ分離した濾液の発泡を生じさせることなく、ベルト濃縮装置による汚泥濃縮を可能にすることが可能な汚泥濃縮方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意検討を行った結果、ベルト型濃縮装置により脱水用の汚泥を濃縮する際、下記一般式（１）〜（４）いずれか一種の構造単位を含有するカチオン性または両性水溶性高分子の油中水型エマルジョンを使用することにより、濃縮用汚泥の濃縮比を向上し、また濃縮用汚泥を凝集させ分離した濾液の発砲性を低減することが可能であることを発見し本発明に到達した。
【化１】
一般式（１）
Ｒ１は水素又はメチル基、Ｒ２、Ｒ３は炭素数１〜３のアルキルあるいはアルコキシル基、Ｒ４は水素、炭素数１〜３のアルキル基、アルコキシル基あるいはベンジル基であり、同種でも異種でも良い、Ａは酸素原子またはＮＨ、Ｂは炭素数２〜４のアルキレン基またはアルコキシレン基を表わす、Ｘ１−は陰イオンをそれぞれ表わす。
【化２】
一般式（２）
Ｒ５、Ｒ６は水素又はメチル基、Ｒ７、Ｒ８は炭素数１〜３のアルキル基、アルコキシ基あるいはベンジル基、Ｘ２−は陰イオンをそれぞれ表わす。
【化３】
一般式（３）
【化４】
一般式（４）
Ｒ９、Ｒ１０、Ｒ１１は水素又はメチル基、Ｚ−は陰イオンをそれぞれ表わす。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係るカチオン性または両性水溶性高分子の油中水型エマルジョンを濃縮用汚泥に添加し、攪拌して凝集フロックを生成させた後、ベルト濃縮装置にて濃縮することにより、濃縮性を向上させることができるとともに、濃縮し分離した濾液の発泡を著しく抑制できる。
【００１０】
この濃縮性の向上は、油中水型高分子エマルジョンが各種の架橋型構造を持たせることが可能なため、難凝集性の汚泥に対しても良好な凝集力を発揮することが出来ることに因るものと考えられる。
【００１１】
またこの濾液の発泡を著しく抑制する効果は、従来型である粉末高分子には全くないことを考慮すると、おそらく油中水型エマルジョンに含まれるオイル及びノニオン性界面活性剤に因るものであると考えられる。本発明に係るカチオン性または両性水溶性高分子の油中水型高分子エマルジョンは、分子構造を自在に変化させることができるため幅広い汚泥種に対して良好な凝集、濃縮効果を発揮できる。例えば繊維分が少ない、いわゆる難脱水性汚泥の場合には油中水型エマルジョン重合時に架橋性単量体を共存させ重合し、製造した架橋型水溶性高分子を使用し、繊維分が多く脱水しやすい汚泥に対しては、油中水型エマルジョン重合時に架橋性単量体を共存させることなく重合し、製造した直鎖型水溶性高分子を使用することで大きな凝集フロックを生成させることができる結果、濾過速度が速くなり良好な濃縮性能を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明で使用するカチオン性または両性水溶性高分子の油中水型高分子エマルジョンは、３００万〜１５００万の重量平均分子量のものが好ましく、幅広い汚泥種に対して良好な凝集をさせることが可能であるが、各種余剰汚泥や下水混合生汚泥等にはおおよそ３００万〜６００万の分子量のものが適合する。また、低い添加量においての濃縮を目的とする場合は、３００万〜１０００万の分子量を有するカチオン性または両性水溶性高分子の油中水型エマルジョンを使用することが好ましい。なお本発明における平均分子量を求める際は光散乱分析法を用いて測定を行った。
【００１３】
また、カチオン性または両性水溶性高分子の油中水型高分子エマルジョンのカチオン度としては主に各種余剰汚泥、下水混合生汚泥に対しては２０〜１００モル％のものが望ましいが、４０〜９０モル％のものを使用したほうが低添加量で良好な濃縮効果を発現する例が多い。
【００１４】
一般式（１）あるいは一般式（２）で表される（メタ）アクリル系あるいはジアリルアミン系両性油中水型高分子からなる油中水型エマルジョンは製造時、カチオン性単量体としてジメチルアミノエチル（メタ）アクリレート等あるいはジアリルアルキルアミン等の３級塩、または塩化メチル等のハロゲン化アルキル等、あるいは塩化ベンジルなどのハロゲン化アリール化合物による４級化物等が挙げられ、これらのカチオン性ビニル系単量体は１種を単独で用いることができ、２種以上を組み合わせて用いることもできる。また必用に応じて共重合されるノニオン性単量体としては、（メタ）アクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチル（メタ）アクリルアミド、Ｎ，Ｎジエチル（メタ）アクリルアミド等があげられる。
【００１５】
上記に述べたカチオン性水溶性高分子は、カチオン性構成単位の全構成単位に対する割合が２０〜１００モル％であれば良い。例えば余剰汚泥の割合が高い下水混合生汚泥ではＳＳ当たりカチオン要求量が高いため、カチオン当量値（以下Ｃｖと記す）が高いカチオン性水溶性高分子が適す。また余剰汚泥の比率が低い下水混合生汚泥の場合は、ＳＳ当たりのカチオン要求量が低いためＣｖが低いものが適す。
【００１６】
本発明においては両性高分子を使用しても良好な濃縮効果を達成できる場合があるが、カチオン性単量体としてはジアルキルアミノアルキル（メタ）アクリレートたとえばジメチルアミノエチル（メタ）アクリレートあるいはジメチルアミノプロピル（メタ）アクリルアミド等の塩化メチル等のハロゲン化アルキルあるいは塩化ベンジル等のハロゲン化アリール化合物等による４級化物等カチオン性水溶性高分子と同様である。アニオン性単量体としては、（メタ）アクリル酸あるいはそのナトリウム塩等のアルカリ金属塩またはアンモニウム塩、マレイン酸あるいはそのアルカリ金属塩、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クリルアルカンスルホン酸あるいはそのアルカリ金属塩またはアンモニウム塩等があげられる。
【００１７】
また両性高分子は必要に応じてノニオン性単量体を共重合したものであっても良い。ノニオン性単量体としては、（メタ）アクリルアミド、Ｎ−ビニルホルムアミド、Ｎ−ビニルアセトアミド、ジメチルアクリルアミド等が挙げられる。また本発明で使用する両性高分子の水溶性を阻害しない範囲でアクリロニトリル、酢酸ビニル、（メタ）アクリル酸アルキル等の油溶性単量体も使用できる。
【００１８】
一般式（３）で表されるポリビニルアミンおよびポリビニルアミン繰り返し単位を有する水溶性共重合物に関して説明する。ポリビニルアミン系水溶性高分子の製造法に関しては、特開平６−６５３２９号公報に開示されている。本発明で使用するポリビニルアミンおよびポリビニルアミン繰り返し単位を有する水溶性共重合物は、Ｎ−ビニルホルムアミド重合物あるいは共重合体を重合体中のホルミル基を酸あるいは苛性アルカリにより変性することにより容易に得ることができる。すなわちＮ−ビニルホルムアミドと他の共重合可能な単量体とのモル比が、通常５０：５０〜１００：０の混合物、好ましくは、８０：２０〜１００：０の混合物をラジカル重合開始剤の存在下、重合することにより製造される。
【００１９】
また、酸性変性に使用される変性剤としては、強酸性に作用する化合物ならばいずれも使用することが可能であり、例えば、塩酸、臭素酸、フッ化水素酸、硫酸、硝酸、燐酸、スルファミン酸、アルカンスルホン酸等が挙げられる。変性剤の使用量は、重合体中のホルミル基に対して、通常０．１〜２倍モルの範囲から目的の変性率に応じて適宜選択される。苛性アルカリとしては水酸化ナトリウムや水酸化カリウムが使用される。また、変性反応は通常４０〜１００℃の条件で実施される。重合体中のビニルアミン繰り返し単位は、１０〜１００モル％であり、好ましくは３０〜１００モル％であり、更に好ましくは５０〜１００モル％である。
【００２０】
一般式（４）で表されるポリビニルアミジンおよびビニルアミジン繰り返し単位を有する水溶性共重合物は、以下のようなものである。Ｎ−ビニルホルムアミドとアクリロニトリル共重合体を酸により加水分解し、一級アミノ基を生成させ、そのご隣接するアクリロニトリルのシアノ基と反応することにより生成する。すなわちＮ−ビニルホルムアミドとアクリロニトリルのモル比が、通常５０：５０〜６０：４０の混合物をラジカル重合開始剤の存在下、重合する。その後、酸により加水分解する。酸性変性に使用される変性剤としては、強酸性に作用する化合物ならばいずれも使用することが可能であり、塩酸やスルファミン酸等が挙げられる。変性剤の使用量は、重合体中のホルミル基に対して、通常０．１〜２倍モルの範囲から目的の変性率に応じて適宜選択される。また、変性反応は通常４０〜１００℃の条件で実施される。重合体中のアミジン繰り返し単位は、２０〜１００モル％であり、好ましくは３０〜１００モル％であり、更に好ましくは５０〜１００モル％である。
【００２１】
本発明のカチオン性または両性水溶性高分子からなる油中水型エマルジョンは、
重合時に構造改質剤、すなわち架橋性単量体を添加し構造変性した高分子を製造することができる。この架橋性単量体は、単量体総量に対し０．０００１〜０．０１００質量％、好ましくは０．０００３〜０．００５０モル％存在させる。架橋性単量体の例としては、Ｎ，Ｎ−メチレンビス（メタ）アクリルアミド、トリアリルアミン、ジメタクリル酸エチレングリコール、ジメタクリル酸ジエチレングリコール、ジメタクリル酸トリエチレングリコール、ジメタクリル酸テトラエチレングリコール、ジメタクリル酸―１，３−ブチレングリコール、ジ（メタ）アクリル酸ポリエチレングリコール、Ｎ−ビニル（メタ）アクリルアミド、Ｎ−メチルアリルアクリルアミド、アクリル酸グリシジル、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、アクロレイン、グリオキザール、ビニルトリメトキシシランなどがあるが、この場合の架橋剤としては、水溶性ポリビニル化合物がより好ましく、最も好ましいのはＮ，Ｎ−メチレンビス（メタ）アクリルアミドである。またギ酸ナトリウム、イソプロピルアルコール等の連鎖移動剤を併用して使用することも架橋性を調節する手法として効果的である。
【００２２】
本発明におけるカチオン性あるいは水溶性高分子の塩水溶液粘度（４％食塩水中に高分子濃度が０．５％になるように完全溶解したときの粘度を２５℃において回転粘度計にて測定）は５ｍＰａ・Ｓ以上、１２０ｍＰa・Ｓ以下、好ましくは１０ｍＰａ・Ｓ以上、８０ｍＰａ・Ｓ以下であればその効果を発揮することが出来る。一般に塩水溶液粘度が低いカチオン性高分子または両性高分子は弱攪拌条件の攪拌槽に適合し、塩水溶液粘度が高いカチオン性高分子または両性高分子は強攪拌条件の攪拌槽に適合する。これらを重量平均分子量で表せば、前述のように３００万〜１５００万であり、好ましくは５００万〜１０００万である。
【００２３】
また汚泥濃度によっても適合する塩水溶液粘度の汚泥脱水組成物を任意で使い分けることができる。すなわち汚泥濃度が高く、比較的弱い攪拌条件の場合には分散性の良好な低い塩水溶液粘度のカチオン性高分子及び両性高分子からなる組成物が適し、汚泥濃度が低い場合では比較的強い攪拌条件では塩水溶液粘度の比較的高いカチオン性高分子及び両性高分子が適す。
【００２４】
本発明において用いる油中水型高分子エマルジョンを汚泥に添加する際は、状況に応じた濃度の水溶液にすることが適しており、添加時の溶液量や粘性を考慮すると０．２〜０．５質量％溶液で添加する方法が好ましい。
【００２５】
以下に実施例をあげて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれら実施例により限定されるものではない。
【００２６】
（汚泥脱水剤組成物の調製）
下記表１のような組成の高分子を一定比率で混合し、汚泥脱水剤組成物を調製した。
【００２７】
（表１）
モル比＊；全モノマーに対するモル比。ＭＢＡＡのみ全モノマーに対する質量
換算割合（ｐｐｍ）
Ｐ：粉末タイプ
ＥＣ；油中水型エマルジョン高分子（カチオン性）
ＥＣＸ：カチオンとアニオンのモル比が１より大きい両性高分子
ＥＡＸ：カチオンとアニオンのモル比が１より小さい両性高分子
Ｃ１〜Ｃ３；粉末高分子（カチオン性）
ＡＡｍ：アクリルアミド、ＡＡｃ：アクリル酸
ＤＡＡ：アクリル酸ジメチルアミノエチルメチルクロリド四級化物
ＤＡＭ：メタクリル酸ジメチルアミノエチルメチルクロリド四級化物
ＭＢＡＡ：メチレンビスアクリルアミド
０．５％塩粘度：０．５％塩水溶液中に４重量％完全溶解後にＢ型粘度計により２５℃の条件において測定された粘度
重量平均分子量：静的光散乱による分子量測定装置による
【実施例１】
【００２８】
下水処理場より発生する下水余剰汚泥（汚泥性状がｐＨ６．５、ＳＳ：９２５０ｍｇ／Ｌ、ＴＳ：９７５０ｍｇ／Ｌ、ＶＳＳ：８４．４％／ＳＳ）についてベルト濃縮機を対象とした凝集濾過試験及び濾過の発泡性試験を実施した。この汚泥を３００ｍＬ容のポリプロピレン製ビーカーに汚泥を２００ｍＬ入れた後、油中水型高分子エマルジョンＥＣ１〜ＥＣ−７及びＥＣＸ−１、ＥＡＸ−２の０．２％（Ｗ／Ｖ）溶解液を所定量添加し、ビーカー移し替え攪拌にて往復１０回攪拌後に敷島カンバス社製の濾布であるＴ−１１７９Ｌの上に内径６２ｍｍの円筒を置き、その中に上記攪拌操作により生成した凝集物を注ぎ込み、経過時間毎の濾過量を記録した。また発泡性は、ビーカーにて採取した濾液１００ｍＬを採取して、シリンダーに入れ、上下に激しく往復２０回攪拌して、１０秒後に液面上部の泡の厚さを計測した。
【００２９】
その結果、濃縮性においてはＥＣ−６、ＥＣ−７による濃縮効果が最も優れ、０．４３質量％／ＳＳの添加率の条件において良好なフロック形成と濾過速度が得られ、濃縮倍率は３．２倍であった。架橋性単量体であるメチレンビスアクリルアミドの含有量が多いＥＣ−７は、濾過速度は最も優れ、濃縮倍率では３．３倍という高い値を示したものの、必要添加量が多くなる傾向が見られた。
また両性ポリマーではカチオンリッチ（アニオンに比べカチオンの割合が高い）両性であればアニオンリッチ両性に較べ良好な濃縮結果を示したがＥＣ−６、ＥＣ−７には及ばなかった。また架橋性単量体を含まないＥＣ−１〜ＥＣ−５のポリマーは比較的少ない添加量で凝集する傾向が見られたが、濃縮性はＥＣ−６、ＥＣ−７には及ばなかった。しかしながら塩粘度が３２ｍＰａ・ｓであるＥＣ−２は、架橋性単量体を含まないＥＣ−１〜ＥＣ−５の中では０．４２質量％／ＳＳにおける濃縮倍率で２．９倍という最も良好な濃縮性を示した。また、ろ過後の濾液の発泡性を上記方法により確認した結果、すべてのポリマーにおいて泡の厚さが２ｍｍ以下であり、発泡性は殆ど無かった。これらの結果を表−２に示す。
【００３０】
比較試験として、従来品である粉末カチオン高分子による濃縮試験を実施した。これらの結果を表３に示す。
【００３１】
（表２）実施例１
【００３２】
（表３）比較試験１
【実施例２】
【００３３】
下水処理場より発生する下水混合生汚泥（汚泥性状がｐＨ５．２、ＳＳ：１１５００ｍｇ／Ｌ、ＴＳ：１３０００ｍｇ／Ｌ、ＶＳＳ：８１．５質量％／ＳＳ）についてベルト濃縮機を対象とした凝集濾過試験及び濾過の発泡性試験を実施した。この汚泥を３００ｍＬ容のポリプロピレン製ビーカーに汚泥を２００ｍＬ入れた後、油中水型高分子エマルジョン０．２％（Ｗ／Ｖ）溶解液を所定量添加し、ビーカー移し替え攪拌にて往復１０回攪拌後に敷島カンバス社製の濾布であるＴ−１１７９Ｌの上に内径６２ｍｍの円筒を置き、その中に上記攪拌操作により生成した凝集物を注ぎ込み、経過時間毎のろ過量を記録した。また発泡性は、ビーカーにて採取した濾液１００ｍＬを採取して、シリンダーに入れ、上下に激しく往復２０回攪拌して、１０秒後に液面上部の泡の厚さを計測した。
【００３４】
その結果、濃縮性においてはＥＣ−６が最も優れ、０．３０質量％／ＴＳの添加率の条件において良好なフロック形成と濾過速度が得られ、２．８倍の濃縮倍率が得られたが、架橋性単量体であるメチレンビスアクリルアミドの含有量が多いＥＣ−７は、濾過速度は最も優れるものの、必要添加量が多くなる傾向が見られた。
また実施例１の余剰汚泥と違い両性ポリマーの凝集性は不良であった。また架橋性単量体を含まないＥＣ−１〜ＥＣ−５のポリマーは比較的少ない添加量で凝集する傾向が見られ、添加量０．３質量％／ＴＳにおける濃縮倍率は２．５倍の濃縮倍率が得られたが濃縮性でＥＣ−６には及ばなかった。しかしながら塩粘度が３２ｍＰａ・ｓであるＥＣ−２は実施例１と同様架橋性単量体を含まないＥＣ−１〜ＥＣ−５の中では最も良好な濃縮性を示した。また、濾過後の濾液の発泡性を上記方法により確認した結果、すべてのポリマーにおいて泡の厚さが２ｍｍ以下であり、発泡性は殆ど無かった。これらの結果を表４に示す
【００３５】
比較試験として、従来品である粉末カチオン高分子をによる濃縮試験を実施した。 これらの結果を表５に示す。
【００３６】
（表４）実施例２
【００３７】
（表５）比較試験２
【実施例３】
【００３８】
下水処理場より発生する下水消化汚泥（汚泥性状がｐＨ７．４、ＳＳ：１１２５０ｍｇ／Ｌ、ＴＳ：１２５００ｍｇ／Ｌ、ＶＳＳ：７１．５％／ＳＳ）についてベルト濃縮機を対象とした凝集濃縮試験及びろ過の発泡性試験を実施した。当該汚泥３００ｍＬ容のポリプロピレン製ビーカーに汚泥を２００ｍＬ入れた後、油中水型高分子エマルジョン０．２％（Ｗ／Ｖ）溶解液を所定量添加し、ビーカー移し替え攪拌にて往復１０回攪拌後に敷島カンバス社製のろ布であるＴ−１１７９Ｌの上に内径６２ｍｍの円筒を置き、その中に上記攪拌操作により生成した凝集物を注ぎ込み、経過時間毎のろ過量を記録した。
尚、ビーカーにて採取した濾液１００ｍＬを採取して、シリンダーに入れ、上下に激しく往復２０回攪拌して、１０秒後に液面上部の泡の厚さを計測した。
【００３９】
その結果、濃縮性においては実施例１、及び２と同様にＥＣ−６が最も優れ、０．６４％／ＴＳの添加率の条件において良好なフロック形成と濾過速度が得られ、２．６７倍の濃縮倍率が得られたが、架橋性単量体であるメチレンビスアクリルアミドの含有量が多いＥＣ−７は、濾過速度は最も優れるものの、必要添加量が多くなる傾向が見られた。
また実施例２と同様に実施例１の余剰汚泥と違い両性ポリマーの凝集性は不良であった。また架橋性単量体を含まないＥＣ−１〜ＥＣ−５のポリマーは比較的少ない添加量で凝集する傾向が見られたが濃縮性でＥＣ−６には及ばなかった。しかしながら塩粘度が３２ｍＰａ・ｓであるＥＣ−２は実施例１と同様架橋性単量体を含まないＥＣ−１〜ＥＣ−５の中では最も良好な濃縮性を示し、０．５６％／ＴＳの添加率において２．１３倍の濃縮率を示した。
また、ろ過後のろ液の発泡性を上記方法により確認した結果、すべてのポリマーにおいて泡の厚さが２ｍｍ以下であり、発泡性は殆ど無かった。これらの結果を表４に示す
【００４０】
比較試験として、従来品である粉末カチオン高分子による濃縮試験を実施した。 結果より、下水消化汚泥においては従来品である粉末ポリマーの発泡性は比較例１（下水余剰汚泥）、比較例２（下水混合生汚泥）に比べ高いことが確認された。これらの結果を表７に示す。
【００４１】
（表６）実施例３
【００４２】
（表７）比較試験３
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明の汚泥濃縮方法は下水処理場、し尿処理場、各種処理場等より発生する脱水用汚泥をベルト濃縮装置にて濃縮する際に、油中水型エマルジョンタイプ高分子凝集剤を使用することにより、濾液の発泡を抑制することが可能である。
その結果、濾液貯留槽のセンサーの誤作動を防止し、また生物処理槽に返送された際の発泡を抑制することもできる。また架橋性水溶性高分子の使用が可能になるなど油中水型エマルジョンタイプ特有の効果が期待でき、凝集性が良好なため濃縮性を向上させることができる。さらに油中水型エマルジョンタイプであるため、作業時粉塵の発生がなく、作業環境を大幅に改善することができる。従って産業上の利用価値は非常に高い。
【技術分野】
【０００１】
本発明は汚泥の濃縮方法に関し、詳しくは、ベルト型濃縮装置により脱水用の汚泥を濃縮する際、特定の構造単位を含有するカチオン性または両性水溶性高分子の油中水型エマルジョンを使用することを特徴とする汚泥の濃縮方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年地球規模で提唱されているＣＯ２低減を実現させるために、排水処理分野ではさまざまな試みが検討されているが、汚泥脱水の場合、脱水用の汚泥濃度を高くすることにより、汚泥脱水時における処理量の向上、含水率の低下及び脱水時に消費される電力コストの低減を図ることが出来る。
【０００３】
汚泥濃縮装置は浮上濃縮装置、遠心濃縮装置、ベルト濃縮装置が代表的であるが、中でも比較的安価で消費電力が少ないベルト濃縮装置による濃縮が最近増加している。ベルト濃縮の際には一般にカチオン性高分子を使用して凝集フロックを生成させた後、この凝集汚泥を移動する濾過用のベルト上に流し込んで凝集濾液を濾過し、汚泥を濃縮する方法が採られている。
【０００４】
しかしながら、ベルト濃縮装置による濃縮に粉末状カチオン性高分子を使用した場合、各種の汚泥に対する凝集力が十分ではないため良好な処理量が得られない場合が多い。
【０００５】
また、濾過された濾液に多量の泡が発生して、しばしば濾液の貯留槽のセンサーに誤作動を起こして濃縮操作に支障が生じ、また返送された濾液により曝気槽に泡が生じて生物処理及び余剰汚泥の濃縮性が悪化するケースも多く発生している。
【０００６】
この発泡の抑制には従来、消泡剤を添加する方法が採られてきたが、この方法を用いる場合、新たに薬品コスト及び消泡剤を添加するポンプ及び装置のコストが生じ、また消泡剤添加の調整管理が必要になるため敬遠される傾向にあり、今後ますます濃縮の際の濾液の発泡性を、コストをかけることなく抑制する方法が望まれるようになってきている。
【特許文献１】特開平７−１９５０９８号公報
【特許文献２】特開平９−２９９９９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ベルト濃縮装置による濃縮を行う際はカチオン性高分子を使用して水切れの良いフロックを生成させる必要があるが、濾過性が十分でないと濃縮性が悪化してしまう。また濾液にしばしば泡が発生するため、濾液貯留槽におけるセンサーの誤作動、生物処理槽に返送する際に発泡が生じて沈降性の悪化を引き起こす等の支障が生じてしまう。そのため濾液に発泡を生じさせることなく濃縮用汚泥を高い濃縮率で濃縮させる方法が求められている。本発明はベルト濃縮装置により汚泥濃縮を実施する際に、汚泥を凝集させ分離した濾液の発泡を生じさせることなく、ベルト濃縮装置による汚泥濃縮を可能にすることが可能な汚泥濃縮方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意検討を行った結果、ベルト型濃縮装置により脱水用の汚泥を濃縮する際、下記一般式（１）〜（４）いずれか一種の構造単位を含有するカチオン性または両性水溶性高分子の油中水型エマルジョンを使用することにより、濃縮用汚泥の濃縮比を向上し、また濃縮用汚泥を凝集させ分離した濾液の発砲性を低減することが可能であることを発見し本発明に到達した。
【化１】
一般式（１）
Ｒ１は水素又はメチル基、Ｒ２、Ｒ３は炭素数１〜３のアルキルあるいはアルコキシル基、Ｒ４は水素、炭素数１〜３のアルキル基、アルコキシル基あるいはベンジル基であり、同種でも異種でも良い、Ａは酸素原子またはＮＨ、Ｂは炭素数２〜４のアルキレン基またはアルコキシレン基を表わす、Ｘ１−は陰イオンをそれぞれ表わす。
【化２】
一般式（２）
Ｒ５、Ｒ６は水素又はメチル基、Ｒ７、Ｒ８は炭素数１〜３のアルキル基、アルコキシ基あるいはベンジル基、Ｘ２−は陰イオンをそれぞれ表わす。
【化３】
一般式（３）
【化４】
一般式（４）
Ｒ９、Ｒ１０、Ｒ１１は水素又はメチル基、Ｚ−は陰イオンをそれぞれ表わす。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係るカチオン性または両性水溶性高分子の油中水型エマルジョンを濃縮用汚泥に添加し、攪拌して凝集フロックを生成させた後、ベルト濃縮装置にて濃縮することにより、濃縮性を向上させることができるとともに、濃縮し分離した濾液の発泡を著しく抑制できる。
【００１０】
この濃縮性の向上は、油中水型高分子エマルジョンが各種の架橋型構造を持たせることが可能なため、難凝集性の汚泥に対しても良好な凝集力を発揮することが出来ることに因るものと考えられる。
【００１１】
またこの濾液の発泡を著しく抑制する効果は、従来型である粉末高分子には全くないことを考慮すると、おそらく油中水型エマルジョンに含まれるオイル及びノニオン性界面活性剤に因るものであると考えられる。本発明に係るカチオン性または両性水溶性高分子の油中水型高分子エマルジョンは、分子構造を自在に変化させることができるため幅広い汚泥種に対して良好な凝集、濃縮効果を発揮できる。例えば繊維分が少ない、いわゆる難脱水性汚泥の場合には油中水型エマルジョン重合時に架橋性単量体を共存させ重合し、製造した架橋型水溶性高分子を使用し、繊維分が多く脱水しやすい汚泥に対しては、油中水型エマルジョン重合時に架橋性単量体を共存させることなく重合し、製造した直鎖型水溶性高分子を使用することで大きな凝集フロックを生成させることができる結果、濾過速度が速くなり良好な濃縮性能を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明で使用するカチオン性または両性水溶性高分子の油中水型高分子エマルジョンは、３００万〜１５００万の重量平均分子量のものが好ましく、幅広い汚泥種に対して良好な凝集をさせることが可能であるが、各種余剰汚泥や下水混合生汚泥等にはおおよそ３００万〜６００万の分子量のものが適合する。また、低い添加量においての濃縮を目的とする場合は、３００万〜１０００万の分子量を有するカチオン性または両性水溶性高分子の油中水型エマルジョンを使用することが好ましい。なお本発明における平均分子量を求める際は光散乱分析法を用いて測定を行った。
【００１３】
また、カチオン性または両性水溶性高分子の油中水型高分子エマルジョンのカチオン度としては主に各種余剰汚泥、下水混合生汚泥に対しては２０〜１００モル％のものが望ましいが、４０〜９０モル％のものを使用したほうが低添加量で良好な濃縮効果を発現する例が多い。
【００１４】
一般式（１）あるいは一般式（２）で表される（メタ）アクリル系あるいはジアリルアミン系両性油中水型高分子からなる油中水型エマルジョンは製造時、カチオン性単量体としてジメチルアミノエチル（メタ）アクリレート等あるいはジアリルアルキルアミン等の３級塩、または塩化メチル等のハロゲン化アルキル等、あるいは塩化ベンジルなどのハロゲン化アリール化合物による４級化物等が挙げられ、これらのカチオン性ビニル系単量体は１種を単独で用いることができ、２種以上を組み合わせて用いることもできる。また必用に応じて共重合されるノニオン性単量体としては、（メタ）アクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチル（メタ）アクリルアミド、Ｎ，Ｎジエチル（メタ）アクリルアミド等があげられる。
【００１５】
上記に述べたカチオン性水溶性高分子は、カチオン性構成単位の全構成単位に対する割合が２０〜１００モル％であれば良い。例えば余剰汚泥の割合が高い下水混合生汚泥ではＳＳ当たりカチオン要求量が高いため、カチオン当量値（以下Ｃｖと記す）が高いカチオン性水溶性高分子が適す。また余剰汚泥の比率が低い下水混合生汚泥の場合は、ＳＳ当たりのカチオン要求量が低いためＣｖが低いものが適す。
【００１６】
本発明においては両性高分子を使用しても良好な濃縮効果を達成できる場合があるが、カチオン性単量体としてはジアルキルアミノアルキル（メタ）アクリレートたとえばジメチルアミノエチル（メタ）アクリレートあるいはジメチルアミノプロピル（メタ）アクリルアミド等の塩化メチル等のハロゲン化アルキルあるいは塩化ベンジル等のハロゲン化アリール化合物等による４級化物等カチオン性水溶性高分子と同様である。アニオン性単量体としては、（メタ）アクリル酸あるいはそのナトリウム塩等のアルカリ金属塩またはアンモニウム塩、マレイン酸あるいはそのアルカリ金属塩、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クリルアルカンスルホン酸あるいはそのアルカリ金属塩またはアンモニウム塩等があげられる。
【００１７】
また両性高分子は必要に応じてノニオン性単量体を共重合したものであっても良い。ノニオン性単量体としては、（メタ）アクリルアミド、Ｎ−ビニルホルムアミド、Ｎ−ビニルアセトアミド、ジメチルアクリルアミド等が挙げられる。また本発明で使用する両性高分子の水溶性を阻害しない範囲でアクリロニトリル、酢酸ビニル、（メタ）アクリル酸アルキル等の油溶性単量体も使用できる。
【００１８】
一般式（３）で表されるポリビニルアミンおよびポリビニルアミン繰り返し単位を有する水溶性共重合物に関して説明する。ポリビニルアミン系水溶性高分子の製造法に関しては、特開平６−６５３２９号公報に開示されている。本発明で使用するポリビニルアミンおよびポリビニルアミン繰り返し単位を有する水溶性共重合物は、Ｎ−ビニルホルムアミド重合物あるいは共重合体を重合体中のホルミル基を酸あるいは苛性アルカリにより変性することにより容易に得ることができる。すなわちＮ−ビニルホルムアミドと他の共重合可能な単量体とのモル比が、通常５０：５０〜１００：０の混合物、好ましくは、８０：２０〜１００：０の混合物をラジカル重合開始剤の存在下、重合することにより製造される。
【００１９】
また、酸性変性に使用される変性剤としては、強酸性に作用する化合物ならばいずれも使用することが可能であり、例えば、塩酸、臭素酸、フッ化水素酸、硫酸、硝酸、燐酸、スルファミン酸、アルカンスルホン酸等が挙げられる。変性剤の使用量は、重合体中のホルミル基に対して、通常０．１〜２倍モルの範囲から目的の変性率に応じて適宜選択される。苛性アルカリとしては水酸化ナトリウムや水酸化カリウムが使用される。また、変性反応は通常４０〜１００℃の条件で実施される。重合体中のビニルアミン繰り返し単位は、１０〜１００モル％であり、好ましくは３０〜１００モル％であり、更に好ましくは５０〜１００モル％である。
【００２０】
一般式（４）で表されるポリビニルアミジンおよびビニルアミジン繰り返し単位を有する水溶性共重合物は、以下のようなものである。Ｎ−ビニルホルムアミドとアクリロニトリル共重合体を酸により加水分解し、一級アミノ基を生成させ、そのご隣接するアクリロニトリルのシアノ基と反応することにより生成する。すなわちＮ−ビニルホルムアミドとアクリロニトリルのモル比が、通常５０：５０〜６０：４０の混合物をラジカル重合開始剤の存在下、重合する。その後、酸により加水分解する。酸性変性に使用される変性剤としては、強酸性に作用する化合物ならばいずれも使用することが可能であり、塩酸やスルファミン酸等が挙げられる。変性剤の使用量は、重合体中のホルミル基に対して、通常０．１〜２倍モルの範囲から目的の変性率に応じて適宜選択される。また、変性反応は通常４０〜１００℃の条件で実施される。重合体中のアミジン繰り返し単位は、２０〜１００モル％であり、好ましくは３０〜１００モル％であり、更に好ましくは５０〜１００モル％である。
【００２１】
本発明のカチオン性または両性水溶性高分子からなる油中水型エマルジョンは、
重合時に構造改質剤、すなわち架橋性単量体を添加し構造変性した高分子を製造することができる。この架橋性単量体は、単量体総量に対し０．０００１〜０．０１００質量％、好ましくは０．０００３〜０．００５０モル％存在させる。架橋性単量体の例としては、Ｎ，Ｎ−メチレンビス（メタ）アクリルアミド、トリアリルアミン、ジメタクリル酸エチレングリコール、ジメタクリル酸ジエチレングリコール、ジメタクリル酸トリエチレングリコール、ジメタクリル酸テトラエチレングリコール、ジメタクリル酸―１，３−ブチレングリコール、ジ（メタ）アクリル酸ポリエチレングリコール、Ｎ−ビニル（メタ）アクリルアミド、Ｎ−メチルアリルアクリルアミド、アクリル酸グリシジル、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、アクロレイン、グリオキザール、ビニルトリメトキシシランなどがあるが、この場合の架橋剤としては、水溶性ポリビニル化合物がより好ましく、最も好ましいのはＮ，Ｎ−メチレンビス（メタ）アクリルアミドである。またギ酸ナトリウム、イソプロピルアルコール等の連鎖移動剤を併用して使用することも架橋性を調節する手法として効果的である。
【００２２】
本発明におけるカチオン性あるいは水溶性高分子の塩水溶液粘度（４％食塩水中に高分子濃度が０．５％になるように完全溶解したときの粘度を２５℃において回転粘度計にて測定）は５ｍＰａ・Ｓ以上、１２０ｍＰa・Ｓ以下、好ましくは１０ｍＰａ・Ｓ以上、８０ｍＰａ・Ｓ以下であればその効果を発揮することが出来る。一般に塩水溶液粘度が低いカチオン性高分子または両性高分子は弱攪拌条件の攪拌槽に適合し、塩水溶液粘度が高いカチオン性高分子または両性高分子は強攪拌条件の攪拌槽に適合する。これらを重量平均分子量で表せば、前述のように３００万〜１５００万であり、好ましくは５００万〜１０００万である。
【００２３】
また汚泥濃度によっても適合する塩水溶液粘度の汚泥脱水組成物を任意で使い分けることができる。すなわち汚泥濃度が高く、比較的弱い攪拌条件の場合には分散性の良好な低い塩水溶液粘度のカチオン性高分子及び両性高分子からなる組成物が適し、汚泥濃度が低い場合では比較的強い攪拌条件では塩水溶液粘度の比較的高いカチオン性高分子及び両性高分子が適す。
【００２４】
本発明において用いる油中水型高分子エマルジョンを汚泥に添加する際は、状況に応じた濃度の水溶液にすることが適しており、添加時の溶液量や粘性を考慮すると０．２〜０．５質量％溶液で添加する方法が好ましい。
【００２５】
以下に実施例をあげて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれら実施例により限定されるものではない。
【００２６】
（汚泥脱水剤組成物の調製）
下記表１のような組成の高分子を一定比率で混合し、汚泥脱水剤組成物を調製した。
【００２７】
（表１）
モル比＊；全モノマーに対するモル比。ＭＢＡＡのみ全モノマーに対する質量
換算割合（ｐｐｍ）
Ｐ：粉末タイプ
ＥＣ；油中水型エマルジョン高分子（カチオン性）
ＥＣＸ：カチオンとアニオンのモル比が１より大きい両性高分子
ＥＡＸ：カチオンとアニオンのモル比が１より小さい両性高分子
Ｃ１〜Ｃ３；粉末高分子（カチオン性）
ＡＡｍ：アクリルアミド、ＡＡｃ：アクリル酸
ＤＡＡ：アクリル酸ジメチルアミノエチルメチルクロリド四級化物
ＤＡＭ：メタクリル酸ジメチルアミノエチルメチルクロリド四級化物
ＭＢＡＡ：メチレンビスアクリルアミド
０．５％塩粘度：０．５％塩水溶液中に４重量％完全溶解後にＢ型粘度計により２５℃の条件において測定された粘度
重量平均分子量：静的光散乱による分子量測定装置による
【実施例１】
【００２８】
下水処理場より発生する下水余剰汚泥（汚泥性状がｐＨ６．５、ＳＳ：９２５０ｍｇ／Ｌ、ＴＳ：９７５０ｍｇ／Ｌ、ＶＳＳ：８４．４％／ＳＳ）についてベルト濃縮機を対象とした凝集濾過試験及び濾過の発泡性試験を実施した。この汚泥を３００ｍＬ容のポリプロピレン製ビーカーに汚泥を２００ｍＬ入れた後、油中水型高分子エマルジョンＥＣ１〜ＥＣ−７及びＥＣＸ−１、ＥＡＸ−２の０．２％（Ｗ／Ｖ）溶解液を所定量添加し、ビーカー移し替え攪拌にて往復１０回攪拌後に敷島カンバス社製の濾布であるＴ−１１７９Ｌの上に内径６２ｍｍの円筒を置き、その中に上記攪拌操作により生成した凝集物を注ぎ込み、経過時間毎の濾過量を記録した。また発泡性は、ビーカーにて採取した濾液１００ｍＬを採取して、シリンダーに入れ、上下に激しく往復２０回攪拌して、１０秒後に液面上部の泡の厚さを計測した。
【００２９】
その結果、濃縮性においてはＥＣ−６、ＥＣ−７による濃縮効果が最も優れ、０．４３質量％／ＳＳの添加率の条件において良好なフロック形成と濾過速度が得られ、濃縮倍率は３．２倍であった。架橋性単量体であるメチレンビスアクリルアミドの含有量が多いＥＣ−７は、濾過速度は最も優れ、濃縮倍率では３．３倍という高い値を示したものの、必要添加量が多くなる傾向が見られた。
また両性ポリマーではカチオンリッチ（アニオンに比べカチオンの割合が高い）両性であればアニオンリッチ両性に較べ良好な濃縮結果を示したがＥＣ−６、ＥＣ−７には及ばなかった。また架橋性単量体を含まないＥＣ−１〜ＥＣ−５のポリマーは比較的少ない添加量で凝集する傾向が見られたが、濃縮性はＥＣ−６、ＥＣ−７には及ばなかった。しかしながら塩粘度が３２ｍＰａ・ｓであるＥＣ−２は、架橋性単量体を含まないＥＣ−１〜ＥＣ−５の中では０．４２質量％／ＳＳにおける濃縮倍率で２．９倍という最も良好な濃縮性を示した。また、ろ過後の濾液の発泡性を上記方法により確認した結果、すべてのポリマーにおいて泡の厚さが２ｍｍ以下であり、発泡性は殆ど無かった。これらの結果を表−２に示す。
【００３０】
比較試験として、従来品である粉末カチオン高分子による濃縮試験を実施した。これらの結果を表３に示す。
【００３１】
（表２）実施例１
【００３２】
（表３）比較試験１
【実施例２】
【００３３】
下水処理場より発生する下水混合生汚泥（汚泥性状がｐＨ５．２、ＳＳ：１１５００ｍｇ／Ｌ、ＴＳ：１３０００ｍｇ／Ｌ、ＶＳＳ：８１．５質量％／ＳＳ）についてベルト濃縮機を対象とした凝集濾過試験及び濾過の発泡性試験を実施した。この汚泥を３００ｍＬ容のポリプロピレン製ビーカーに汚泥を２００ｍＬ入れた後、油中水型高分子エマルジョン０．２％（Ｗ／Ｖ）溶解液を所定量添加し、ビーカー移し替え攪拌にて往復１０回攪拌後に敷島カンバス社製の濾布であるＴ−１１７９Ｌの上に内径６２ｍｍの円筒を置き、その中に上記攪拌操作により生成した凝集物を注ぎ込み、経過時間毎のろ過量を記録した。また発泡性は、ビーカーにて採取した濾液１００ｍＬを採取して、シリンダーに入れ、上下に激しく往復２０回攪拌して、１０秒後に液面上部の泡の厚さを計測した。
【００３４】
その結果、濃縮性においてはＥＣ−６が最も優れ、０．３０質量％／ＴＳの添加率の条件において良好なフロック形成と濾過速度が得られ、２．８倍の濃縮倍率が得られたが、架橋性単量体であるメチレンビスアクリルアミドの含有量が多いＥＣ−７は、濾過速度は最も優れるものの、必要添加量が多くなる傾向が見られた。
また実施例１の余剰汚泥と違い両性ポリマーの凝集性は不良であった。また架橋性単量体を含まないＥＣ−１〜ＥＣ−５のポリマーは比較的少ない添加量で凝集する傾向が見られ、添加量０．３質量％／ＴＳにおける濃縮倍率は２．５倍の濃縮倍率が得られたが濃縮性でＥＣ−６には及ばなかった。しかしながら塩粘度が３２ｍＰａ・ｓであるＥＣ−２は実施例１と同様架橋性単量体を含まないＥＣ−１〜ＥＣ−５の中では最も良好な濃縮性を示した。また、濾過後の濾液の発泡性を上記方法により確認した結果、すべてのポリマーにおいて泡の厚さが２ｍｍ以下であり、発泡性は殆ど無かった。これらの結果を表４に示す
【００３５】
比較試験として、従来品である粉末カチオン高分子をによる濃縮試験を実施した。 これらの結果を表５に示す。
【００３６】
（表４）実施例２
【００３７】
（表５）比較試験２
【実施例３】
【００３８】
下水処理場より発生する下水消化汚泥（汚泥性状がｐＨ７．４、ＳＳ：１１２５０ｍｇ／Ｌ、ＴＳ：１２５００ｍｇ／Ｌ、ＶＳＳ：７１．５％／ＳＳ）についてベルト濃縮機を対象とした凝集濃縮試験及びろ過の発泡性試験を実施した。当該汚泥３００ｍＬ容のポリプロピレン製ビーカーに汚泥を２００ｍＬ入れた後、油中水型高分子エマルジョン０．２％（Ｗ／Ｖ）溶解液を所定量添加し、ビーカー移し替え攪拌にて往復１０回攪拌後に敷島カンバス社製のろ布であるＴ−１１７９Ｌの上に内径６２ｍｍの円筒を置き、その中に上記攪拌操作により生成した凝集物を注ぎ込み、経過時間毎のろ過量を記録した。
尚、ビーカーにて採取した濾液１００ｍＬを採取して、シリンダーに入れ、上下に激しく往復２０回攪拌して、１０秒後に液面上部の泡の厚さを計測した。
【００３９】
その結果、濃縮性においては実施例１、及び２と同様にＥＣ−６が最も優れ、０．６４％／ＴＳの添加率の条件において良好なフロック形成と濾過速度が得られ、２．６７倍の濃縮倍率が得られたが、架橋性単量体であるメチレンビスアクリルアミドの含有量が多いＥＣ−７は、濾過速度は最も優れるものの、必要添加量が多くなる傾向が見られた。
また実施例２と同様に実施例１の余剰汚泥と違い両性ポリマーの凝集性は不良であった。また架橋性単量体を含まないＥＣ−１〜ＥＣ−５のポリマーは比較的少ない添加量で凝集する傾向が見られたが濃縮性でＥＣ−６には及ばなかった。しかしながら塩粘度が３２ｍＰａ・ｓであるＥＣ−２は実施例１と同様架橋性単量体を含まないＥＣ−１〜ＥＣ−５の中では最も良好な濃縮性を示し、０．５６％／ＴＳの添加率において２．１３倍の濃縮率を示した。
また、ろ過後のろ液の発泡性を上記方法により確認した結果、すべてのポリマーにおいて泡の厚さが２ｍｍ以下であり、発泡性は殆ど無かった。これらの結果を表４に示す
【００４０】
比較試験として、従来品である粉末カチオン高分子による濃縮試験を実施した。 結果より、下水消化汚泥においては従来品である粉末ポリマーの発泡性は比較例１（下水余剰汚泥）、比較例２（下水混合生汚泥）に比べ高いことが確認された。これらの結果を表７に示す。
【００４１】
（表６）実施例３
【００４２】
（表７）比較試験３
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明の汚泥濃縮方法は下水処理場、し尿処理場、各種処理場等より発生する脱水用汚泥をベルト濃縮装置にて濃縮する際に、油中水型エマルジョンタイプ高分子凝集剤を使用することにより、濾液の発泡を抑制することが可能である。
その結果、濾液貯留槽のセンサーの誤作動を防止し、また生物処理槽に返送された際の発泡を抑制することもできる。また架橋性水溶性高分子の使用が可能になるなど油中水型エマルジョンタイプ特有の効果が期待でき、凝集性が良好なため濃縮性を向上させることができる。さらに油中水型エマルジョンタイプであるため、作業時粉塵の発生がなく、作業環境を大幅に改善することができる。従って産業上の利用価値は非常に高い。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベルト型濃縮装置により脱水用の汚泥を濃縮する際、下記一般式（１）〜（４）いずれか一種の構造単位を含有するカチオン性または両性水溶性高分子からなる油中水型エマルジョンを使用することを特徴とする汚泥の濃縮方法。
【化１】
一般式（１）
Ｒ１は水素又はメチル基、Ｒ２、Ｒ３は炭素数１〜３のアルキルあるいはアルコキシル基、Ｒ４は水素、炭素数１〜３のアルキル基、アルコキシル基あるいはベンジル基であり、同種でも異種でも良い、Ａは酸素原子またはＮＨ、Ｂは炭素数２〜４のアルキレン基またはアルコキシレン基を表わす、Ｘ１−は陰イオンをそれぞれ表わす。
【化２】
一般式（２）
Ｒ５、Ｒ６は水素又はメチル基、Ｒ７、Ｒ８は炭素数１〜３のアルキル基、アルコキシ基あるいはベンジル基、Ｘ２−は陰イオンをそれぞれ表わす。
【化３】
一般式（３）
【化４】
一般式（４）
Ｒ９、Ｒ１０、Ｒ１１は水素又はメチル基、Ｚ−は陰イオンをそれぞれ表わす。
【請求項２】
前記両性水溶性高分子が、下記一般式（５）の構造単位を含有するものであることを特徴とする請求項１に記載の汚泥の濃縮方法。
【化５】
一般式（５）
Ｒ１２は水素、メチル基またはカルボキシメチル基、ＱはＳＯ３−、Ｃ６Ｈ４ＳＯ３−、ＣＯＮＨＣ（ＣＨ３）２ＣＨ２ＳＯ３−、Ｃ６Ｈ４ＣＯＯ−あるいはＣＯＯ−、Ｒ１３は水素またはＣＯＯ−Ｙ２＋、Ｙ１＋およびＹ２＋は水素イオンまたは陽イオンをそれぞれ表す。
【請求項３】
前記一般式（１）あるいは（２）の構造単位を有するカチオン性または両性水溶性高分子の油中水型エマルジョンが、架橋性単量体を共存させ油中水型エマルジョン重合し製造したものであることを特徴とする請求項１あるいは２に記載の汚泥の濃縮方法。
【請求項４】
前記カチオン性または両性水溶性高分子の分子量が３００万〜１５００万であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の汚泥の濃縮方法。
【請求項５】
前記脱水用の汚泥が、下水余剰汚泥、下水混合生汚泥および下水消化汚泥から選択される一種であることを特徴とする請求項１に記載の汚泥の濃縮方法。
【請求項１】
ベルト型濃縮装置により脱水用の汚泥を濃縮する際、下記一般式（１）〜（４）いずれか一種の構造単位を含有するカチオン性または両性水溶性高分子からなる油中水型エマルジョンを使用することを特徴とする汚泥の濃縮方法。
【化１】
一般式（１）
Ｒ１は水素又はメチル基、Ｒ２、Ｒ３は炭素数１〜３のアルキルあるいはアルコキシル基、Ｒ４は水素、炭素数１〜３のアルキル基、アルコキシル基あるいはベンジル基であり、同種でも異種でも良い、Ａは酸素原子またはＮＨ、Ｂは炭素数２〜４のアルキレン基またはアルコキシレン基を表わす、Ｘ１−は陰イオンをそれぞれ表わす。
【化２】
一般式（２）
Ｒ５、Ｒ６は水素又はメチル基、Ｒ７、Ｒ８は炭素数１〜３のアルキル基、アルコキシ基あるいはベンジル基、Ｘ２−は陰イオンをそれぞれ表わす。
【化３】
一般式（３）
【化４】
一般式（４）
Ｒ９、Ｒ１０、Ｒ１１は水素又はメチル基、Ｚ−は陰イオンをそれぞれ表わす。
【請求項２】
前記両性水溶性高分子が、下記一般式（５）の構造単位を含有するものであることを特徴とする請求項１に記載の汚泥の濃縮方法。
【化５】
一般式（５）
Ｒ１２は水素、メチル基またはカルボキシメチル基、ＱはＳＯ３−、Ｃ６Ｈ４ＳＯ３−、ＣＯＮＨＣ（ＣＨ３）２ＣＨ２ＳＯ３−、Ｃ６Ｈ４ＣＯＯ−あるいはＣＯＯ−、Ｒ１３は水素またはＣＯＯ−Ｙ２＋、Ｙ１＋およびＹ２＋は水素イオンまたは陽イオンをそれぞれ表す。
【請求項３】
前記一般式（１）あるいは（２）の構造単位を有するカチオン性または両性水溶性高分子の油中水型エマルジョンが、架橋性単量体を共存させ油中水型エマルジョン重合し製造したものであることを特徴とする請求項１あるいは２に記載の汚泥の濃縮方法。
【請求項４】
前記カチオン性または両性水溶性高分子の分子量が３００万〜１５００万であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の汚泥の濃縮方法。
【請求項５】
前記脱水用の汚泥が、下水余剰汚泥、下水混合生汚泥および下水消化汚泥から選択される一種であることを特徴とする請求項１に記載の汚泥の濃縮方法。
【公開番号】特開２０１２−７１２６４（Ｐ２０１２−７１２６４Ａ）
【公開日】平成２４年４月１２日（２０１２．４．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２１８７５６（Ｐ２０１０−２１８７５６）
【出願日】平成２２年９月２９日（２０１０．９．２９）
【出願人】（０００１４２１４８）ハイモ株式会社 (151)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月１２日（２０１２．４．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２９日（２０１０．９．２９）
【出願人】（０００１４２１４８）ハイモ株式会社 (151)
【Ｆターム（参考）】
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