説明

畜産汚泥の処理方法

【課題】従来よりも処理コストの低減と同時に、脱水処理工程中における悪臭を低減することにより作業環境や近隣地域環境の改善を図ることが可能であるより改善された畜産汚泥の脱水方法を提供する。
【解決手段】畜産汚泥に対し、亜塩素酸塩、次亜塩素酸塩、臭素酸塩、亜臭素酸塩、次亜臭素酸塩、過酸化水素の酸化剤群より選択される一種以上の無機系酸化剤により消臭処理及び改質処理を施した後、ビニル重合系カチオン性水溶性及び/またはビニル重合系両性水溶性高分子を添加、凝集処理し、その後脱水機により脱水することによって達成できる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は畜産汚泥の処理方法に関するものであり、詳しくは畜産汚泥に対し、無機系酸化剤を添加し消臭処理及び改質処理した後、ビニル重合系カチオン性水溶性及び/またはビニル重合系両性水溶性高分子を添加、凝集処理し、その後脱水機により脱水することを特徴とする畜産汚泥の処理方法に関する。
【背景技術】
【0002】
汚泥を脱水する場合、従来、カチオン性凝集剤が使用されていたが、難脱水性汚泥の場合は、無機凝集剤を添加した後、カチオン性有機高分子凝集剤を併用する処方あるいは同様な処方で両性有機高分子凝集剤併用、無機凝集剤、アニオン性凝集剤およびカチオン性凝集剤の三種を併用する処方(特許文献1)、また、非イオン性ポリビニルアルコ−ルとカチオン性及び/または両性凝集剤を併用する処方などが開示されている。しかし、汚泥の変動に対して十分対応でき、安定的処理が可能で、脱水ケ−キの含水率が十分低下し、脱水後の工程を効率よく行えるかなど考慮した場合、まだまだ完全な処方というのは、提案されていないのが現状である。
【0003】
畜産廃水における汚泥処理方法に関しては、カチオン性あるいは両性水溶性高分子を添加した処方が主流を占めているが、作業現場における臭気の問題までは解決できていない状況である。臭気を防止するために無機系酸化剤を使用する汚泥脱水に関しては特許文献4が提案されているが、この処方は無機酸化剤を添加し攪拌、反応させた後に鉄塩やアルミニウム塩など無機凝集剤を添加した後、カチオン性および/または両性高分子凝集剤を添加し脱水する方法である。特にアルミニウム塩はアルツハイマー症との関連が懸念され、使用を控える傾向にある。従って畜産汚泥に関しては、臭気防止と汚泥処理工程の効率化に関する処方はまだ提案されていない状況である。
【特許文献1】特開平8−52477号公報
【特許文献2】特開2001−286899号公報
【特許文献3】特願2007−316556号公報
【特許文献4】特開2007−245036号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明の課題は、畜産汚泥に関し従来よりも処理コストの低減と同時に、脱水処理工程中における悪臭を低減することにより作業環境や近隣地域環境の改善を図ることが可能であり、およびより汚泥脱水性の向上した処理方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明者は上記課題を解決するため、詳細な検討を行った結果、畜産汚泥の脱水処理において、従来法より効率良く、かつ脱水ケ−キ含水率も低下し、臭気も低減する処方を発見し本発明に到達した。すなわち、本発明の請求項1の発明は、畜産汚泥に対し、下記酸化剤群より選択される一種以上の無機系酸化剤により消臭処理及び改質処理を施した後、ビニル重合系カチオン性水溶性及び/またはビニル重合系両性水溶性高分子を添加し、凝集処理し、その後脱水機により脱水することを特徴とする畜産汚泥の処理方法である。
酸化剤群;亜塩素酸塩、次亜塩素酸塩、臭素酸塩、亜臭素酸塩、次亜臭素酸塩、過酸化水素。
【0006】
請求項2の発明は、前記ビニル重合系水溶性カチオン性高分子が、下記一般式(1)および/または下記一般式(2)で表される単量体を20〜100モル%共重合して得られるカチオン性水溶性高分子、下記一般式(4)および/または下記一般式(5)で表される構造単位を10〜90モル%有するカチオン性水溶性高分子から選択される一種以上、前記ビニル重合系両性水溶性高分子が、下記一般式(1)および/または下記一般式(2)で表される単量体を20〜100モル%、下記一般式(3)で表される単量体を5〜50モル%共重合して得られる両性水溶性高分子であることを特徴とする請求項1に記載の畜産汚泥の処理方法である。
【化1】


一般式(1)
は水素又はメチル基、R、R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、R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、Xは陰イオンをそれぞれ表わす。
【化2】

一般式(2)
は水素又はメチル基、R、Rは炭素数1〜3のアルキル基、アルコキシル基あるいはベンジル基、Xは陰イオンをそれぞれ表わす。
【化3】

一般式(3)
は水素またはCHCOOY、QはSO、CSO
CONHC(CHCHSO、CCOOあるいはCOO、Rは水素、メチル基またはCOOYであり、Y、Yは水素または陽イオンをそれぞれ表わす。








【化4】

式中R10,R11は水素原子またはメチル基を、X- は陰イオンを表わす。
【0007】
請求項3の発明は、前記畜産汚泥に対し、前記無機系酸化剤、重縮合系カチオン性水溶性高分子、前記ビニル重合系カチオン性水溶性及び/またはビニル重合系両性水溶性高分子をこの順に添加することを特徴とする請求項1に記載の畜産汚泥の処理方法である。
【0008】
請求項4の発明は、前記ビニル重合系カチオン性水溶性及び/またはビニル重合系両性水溶性高分子の重量平均分子量が300万以上、2000万以下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畜産汚泥の処理方法である。
【0009】
請求項5の発明は、前記脱水機がフィルタ−プレスあるいはロータリープレスであることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の畜産汚泥の処理方法である。
【発明の効果】
【0010】
本発明は、畜産汚泥に対し、無機系酸化剤により消臭処理及び改質処理を施した後、ビニル重合系カチオン性水溶性及び/またはビニル重合系両性水溶性高分子を添加し凝集処理し、その後脱水機により脱水することからなる。本発明の特徴は、無機系酸化剤を添加しない場合に較べ薬剤添加量を10%〜20%削減することが可能である。これに対して本発明では、無機系酸化剤添加後に加えるカチオン性あるいは両性水溶性高分子の凝集効果が高まることによると考えられる。すなわち無機系酸化剤添加によってある程度の凝結作用が発生し、カチオン性あるいは両性水溶性高分子のカチオン性基の電荷的に無駄がなく、ほぼ二次的な凝集反応に使用される。更に重要な効果として脱水処理工程中における悪臭を低減することにより作業環境や近隣地域環境の改善を図ることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【0011】
本発明で使用する無機系酸化剤群としては亜塩素酸塩、次亜塩素酸塩、臭素酸塩、亜臭素酸塩、次亜臭素酸塩、過酸化水素等が上げられる。中でも次亜塩素酸塩が汎用的に使用されている場合が多いので、推奨される。事前の予備試験に従った添加量を加え、適度な攪拌をする事で改質処理を実施すると同時に、脱水処理工程中における悪臭を低減することにより作業環境や近隣地域環境の改善を図ることが可能であり、更に殺菌作用による汚泥脱水工程の清潔度を提供する事が出来る。
【0012】
これら無機系酸化剤群とカチオン性高分子あるいは両性高分子の単量体に対する添加量としては、50:1〜2:1であり、好ましくは10:1〜5:1である。50:1以下では、酸化剤としての効果がなく、5:1以上では、コスト的に不利になる。
【0013】
添加する無機系酸化剤群と組み合わせて使用するカチオン性及び/または両性水溶性高分子は、アクリル系カチオン性単量体、たとえば、(メタ)アクリル酸ジメチルアミノエチルやジメチルアミノプロピル(メタ)アクリルアミドなどの無機酸や有機酸の塩、あるいは塩化メチルや塩化ベンジルによる四級アンモニウム塩の単独重合体、あるいはアクリルアミドとの共重合体である。例えば単量体として、(メタ)アクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウム塩化物、(メタ)アクリロイルオキシ2−ヒドロキシプロピルトリメチルアンモニウム塩化物、(メタ)アクリロイルアミノプロピルトリメチルアンモニウム塩化物、(メタ)アクリロイルオキシエチルジメチルベンジルアンモニウム塩化物、(メタ)アクリロイルオキシ2−ヒドロキシプロピルジメチルベンジルアンモニウム塩化物、(メタ)アクリロイルアミノプロピルジメチルベンジルアンモニウム塩化物などがあげられ、これら単量体と非イオン性単量体との共重合体である。共重合する単量体としてはアクリルアミドが好ましい。また(メタ)アクリル酸などアニオン性単量体を共重合することにより両性高分子を合成し使用することもできる。また、これら(メタ)アクリル系高分子に限らず、ジメチルジアリルアンモニウム塩化物(共)重合体、ポリビニルアミン系高分子、ポリアミジン系高分子も使用可能である。
【0014】
これらカチオン性水溶性高分子中のイオン性基のモル%は、以下のようになる。すなわちカチオン性水溶性高分子中のカチオン性基は20〜100モル%、非イオン性基は0〜80モル%であり、好ましくはカチオン性基50〜100モル%、非イオン性基は0〜50モル%である。また両性水溶性高分子中のカチオン性基は20〜100モル%、アニオン性基5〜50モル%、非イオン性基0〜75モル%であり、好ましくはカチオン性基50〜90モル%、アニオン性基10〜30モル%、非イオン性基0〜40モル%である。カチオン性基が20モル%未満では、カチオン性が低く脱水効率が低下する。またアニオン性基が50以上では、アニオン性が強すぎ、カチオン性基の効果が発現せず好ましくない。
【0015】
これらカチオン性水溶高分子性あるいは両性水溶性高分子の分子量は、300万〜2000万であるが、好ましくは500万〜1500万である。300万以下では凝集力が不足し、2000万以上では、凝集力が高すぎ、フロックが巨大化してかえって脱水性が低下する。また、溶液粘度も高くなり過ぎ分散性も悪くなるほか、水溶液の取り扱いも悪くなる。また本発明で使用するビニル重合系カチオン性水溶性またはビニル重合系両性水溶性高分子の製品形態は、粉末型、水溶液型、油中水型エマルジョン及び塩水溶液分散型等が考えられるが、溶解の素早さ、あるいは高分子構造改質剤による架橋あるいは分岐処理などの変性の容易さなどを考慮すると、油中水型エマルジョンが好ましい。
【0016】
本発明の無機系酸化剤群とビニル重合系カチオン性水溶性及び/またはビニル重合系両性水溶性高分子を併用する畜産汚泥の処理方法は、従来汎用されているカチオンポリマー単独処方に較べ薬剤添加量を10%〜20%削減することが可能である。この理由は、無機系酸化剤を添加することによって、その後添加するカチオン性あるいは両性水溶性高分子のロスが少ないことによると考えられる。すなわち無機系酸化剤添加による事によりある程度の凝結作用が発生し、カチオン性あるいは両性水溶性高分子のカチオン性基の電荷的な無駄がなく、ほぼ二次的な凝集反応に使用される。更に重要な効果として脱水処理工程中における悪臭を低減することにより作業環境や近隣地域環境の改善を図ることが可能である。
【0017】
畜産業における汚泥の特徴として以下のことがあげられる。畜産汚泥の場合、汚泥中の繊維分が高めであり(敷き藁の裁断等が混合されるケースが多い)、SS分(懸濁粒子浮遊分)は10質量%が大半であること。揮発性懸濁粒子浮遊分(VSS分、燃焼させた時に減少する量)が高めであり、有機分が一般汚泥より多いこと。アニオン当量値が高めであり、5.0meq/L以上が大半であること(一般汚泥は2〜6meq/L)。M−アルカリ度が高めであり、3000mg/L以上が大半であり、平均5000mg/Lである(一般汚泥は1000〜6000mg/L)。また、家畜の尿が多い為か電気伝導度が高く、溶解性塩分が多いと言える。このうち最も特徴的なのは電気伝導度とM−アルカリ度が高いことであると考えられる。そのためカチオン系ポリマー単独処方の外にポリ鉄等無機凝集剤を併用して汚泥改質を図った後にカチオン系又は両性ポリマーによる脱水処方のケースが多く、本発明のように無機系酸化剤により最初弱い凝結処理を施し、その後カチオン性あるいは両性水溶性高分子により更に強固な凝集処理を施す処方は、まさに畜産汚泥に適した処方と考えられる。
【0018】
本発明では次亜塩素酸ナトリウムなど無機系酸化剤を併用する。この無機系酸化剤を使用することにより脱水処理工程中における悪臭を低減することができるだけでなく、汚泥の凝集効果が向上することがわかっている。後に記載する実施例をみても明らかである。この理由として考えられることは、畜産汚泥中の溶解性有機物質を酸化作用により分解しているのではないかと推定される。汚泥中には排水中有機物の分解物である有機酸、多糖類、ポリペプチド、硫黄系化合物など悪臭を発するもの、あるいは凝集剤の性能を阻害する有機酸やポリアニオン性の多糖類など存在するが、これら物質を一定以下に分解することにより、結果として凝集性能を向上させ、また悪臭を低減させていると思われる。上記次亜塩素酸ナトリウム(有効塩素8質量%)など液体品の場合は、汚泥分散液量に対し0.05〜0.3質量%であり、好ましくは0.1〜0.3質量%である。また臭素酸塩など粉末の場合は、汚泥分散液量に対し0.005〜0.05質量%であり、好ましくは0.01〜0.03質量%である。
【0019】
前述の物性からも分かるように電気伝導度とM−アルカリ度が高いということはそれだけ無機塩類の含有量は多く有機物の含有量が低く、無機系酸化剤のみで消臭と汚泥改質が達成できる。下水汚泥、製紙汚泥などでは無機系酸化剤と無機系凝集剤を併用した例が先願としてあるが、畜産汚泥にはまだなく畜産汚泥に適した処方と言える。
【0020】
また本発明の畜産汚泥の処理方法では、重縮合系カチオン性高分子を併用すると更に脱水効率を向上させることができる。すなわち畜産汚泥に対し、前記無機系酸化剤、重縮合系カチオン性水溶性高分子、ビニル重合系カチオン性水溶性及び/またはビニル重合系両性水溶性高分子をこの順に添加する処方である。重縮合系カチオン性水溶性高分子は、具体的には以下のようなものが使用できる。アンモニア、脂肪族一価アミン及び脂肪族ポリアミンから選択された少なくとも一種以上の化合物とエピハロヒドリンとの重縮合物である。脂肪族一価アミンや脂肪族ポリアミンの例としては、モノメチルアミン、モノエチルアミン、ジメチルアミン、ジエチルアミン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、モノ、ジ、トリの各エタノ−ルアミンなどであり、エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、ペンタエチレンヘキサミンなどである。これらアンモニアとアミン類のうち一種以上の化合物とエピクロロヒドリンのようなエピハロヒドリンと反応させ、重縮合物を得ることができる。またこれら重縮合物は、アミン類とエピハロヒドリンを一段階で反応させる必要はなく、一段目は脂肪族一価アミンと反応させ、その後アンモニアや脂肪族ポリアミンと架橋反応をさせ分子量を増大した重縮合物を製造しても良い。これら重縮合物の分子量としては、500〜200万であり、好ましくは1000〜200万である。これら重縮合系カチオン性高分子の汚泥に対する添加量は、揮発性懸濁粒子浮遊分(VSS分、燃焼させた時に減少する量)に対し、0.02〜0.3質量%であり、好ましくは0.03〜0.1質量%である。これらは主にアニオン当量値が検出される物質の電荷中和に消費され、凝結作用によって生成する小さなフロックの形成に寄与する。
【0021】
脱水機は、デカンタ−、フィルタ−プレス、ベルトプレス、スクリュ−プレス、多重円盤型あるいはロータリープレスなど従来からの機種を用いて脱水処理が行えるが、スクリュ−プレスあるいは多重円盤型脱水機使用時が好ましい。また、汚泥としては、畜産業における生汚泥、消化汚泥、余剰汚泥などがあげられる。したがって、上記理由により、本発明の畜産汚泥の処理方法は従来のカチオンポリマー単独処方又はアニオン性高分子凝集剤/カチオン性高分子凝集剤処方に較べ汚泥処理時の臭気低減による環境の改善、汚泥の処理量のアップ、ケ−キ含水率の低下、それに伴う焼却時の燃料費の低減、廃棄物投棄量の削減、コンポスト等への好影響など利点がある。また本発明で使用するビニル重合系カチオン性水溶性またはビニル重合系両性水溶性高分子の汚泥に対する添加量は、揮発性懸濁粒子浮遊分(VSS分、燃焼させた時に減少する量)に対し、0.1〜1.0質量%であり、好ましくは0.2〜0.7質量%である。
【0022】
(実施例) 以下、実施例および比較例によって本発明をさらに詳しく説明するが、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。
【実施例1】
【0023】
試験用試料として表1の組成の水溶性高分子を用意し、試験を行った。養豚場現場より排出される養豚汚泥(pH7.02、全ss分11,250mg/L)200mlをポリビ−カ−に採取し、次亜塩素酸ナトリウムを対汚泥量1500ppm添加し、ビ−カ−移し変え攪拌10回行った後、カチオン性あるいは両性水溶性高分子(表1の試料−1から試料−5)をそれぞれ対液150ppm添加し、ビ−カ−移し変え攪拌20回を行い、T−1179Lの濾布(ナイロン製)により濾過し、45秒後の濾液量を測定した。また濾過した汚泥をプレス圧4Kg/mで1分間脱水する。その後ケ−キ含水率(105℃で20hr乾燥)を測定した。結果を表2に示す。
【0024】
(表1)

組成はモル%、EM;油中水型エマルジョン、PW;粉末、PL;ペースト、分子量;重量平均分子量
【0025】
(比較例1)
実施例1と同様な試験操作により無機酸化剤を添加しない処方(比較1−1)、
に関して試験を行った。結果を表2に示す。






【0026】
(表2)

無機酸化剤;対汚泥量ppm、薬剤添加量;対汚泥量ppm、濾液量;mL、
ケーキ含水量;質量%
【実施例2】
【0027】
実施例1とは異なる畜産汚泥の汚泥(pH8.00、全ss分11,000mg/L)200mlをポリビ−カ−に採取し、次亜塩素酸ナトリウムを対汚泥量6,000ppm添加し、ビ−カ−移し変え攪拌10回行い、重縮合系高分子(試料−6)を加えビ−カ−移し変え攪拌10回行い、その後カチオン性あるいは両性水溶性高分子(表1の試料−1から試料−5)をそれぞれ対液500ppm添加し、ビ−カ−移し変え攪拌10回を行い、T−1179Lの濾布(ナイロン製)により濾過し、45秒後の濾液量を測定した。また重縮合系高分子(試料―6)を加えない処方を試料−1、試料−3、試料−5に関して行った。次に濾過した汚泥はプレス圧4Kg/mで1分間脱水する。その後ケ−キ含水率(105℃で20hr乾燥)を測定した。結果を表3に示す。
【0028】
(比較例2)
実施例2と同様な試験操作により、無機系酸化剤を添加しない処方(比較2−1)、酸化剤と縮合系カチオン水溶性高分子を併用した処方(比較2−2)およびカチオン水溶性高分子単独処方(比較2−3)に関して試験を行った。結果を表3に示す。


【0029】
(表3)

無機酸化剤;対汚泥量ppm、薬剤添加量;対汚泥量ppm、濾液量;mL、
ケーキ含水量;質量%

【特許請求の範囲】
【請求項1】
畜産汚泥に対し、下記酸化剤群より選択される一種以上の無機系酸化剤を添加し消臭処理及び改質処理を施した後、ビニル重合系カチオン性水溶性及び/またはビニル重合系両性水溶性高分子を添加し凝集処理し、その後脱水機により脱水することを特徴とする畜産汚泥の処理方法。
酸化剤群;亜塩素酸塩、次亜塩素酸塩、臭素酸塩、亜臭素酸塩、次亜臭素酸塩、過酸化水素。
【請求項2】
前記ビニル重合系水溶性カチオン性高分子が、下記一般式(1)および/または下記一般式(2)で表される単量体を20〜100モル%共重合して得られるカチオン性水溶性高分子、下記一般式(4)および/または下記一般式(5)で表される構造単位を10〜90モル%有するカチオン性水溶性高分子から選択される一種以上、前記ビニル重合系両性水溶性高分子が、下記一般式(1)および/または下記一般式(2)で表される単量体を20〜100モル%、下記一般式(3)で表される単量体を5〜50モル%共重合して得られる両性水溶性高分子であることを特徴とする請求項1に記載の畜産汚泥の処理方法。
【化1】

一般式(1)
は水素又はメチル基、R、R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、R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、Xは陰イオンをそれぞれ表わす。





【化2】

一般式(2)
は水素又はメチル基、R、Rは炭素数1〜3のアルキル基、アルコキシル基あるいはベンジル基、Xは陰イオンをそれぞれ表わす。
【化3】

一般式(3)
は水素またはCHCOOY、QはSO、CSO
CONHC(CHCHSO、CCOOあるいはCOO、Rは水素、メチル基またはCOOYであり、Y、Yは水素または陽イオンをそれぞれ表わす。












【化4】

式中R10,R11は水素原子またはメチル基を、X- は陰イオンを表わす。
【請求項3】
前記畜産汚泥に対し、前記無機系酸化剤、重縮合系カチオン性水溶性高分子、
前記ビニル重合系カチオン性水溶性及び/またはビニル重合系両性水溶性高分子をこの順に添加することを特徴とする請求項1に記載の畜産汚泥の処理方法。
【請求項4】
前記ビニル重合系カチオン性水溶性あるいはビニル重合系両性水溶性高分子の重量平均分子量が300万以上、2000万以下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畜産汚泥の処理方法。
【請求項5】
前記脱水機がフィルタ−プレスあるいはロータリープレスであることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の畜産汚泥の処理方法。


【公開番号】特開2010−179248(P2010−179248A)
【公開日】平成22年8月19日(2010.8.19)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−25456(P2009−25456)
【出願日】平成21年2月6日(2009.2.6)
【出願人】(000142148)ハイモ株式会社 (151)
【Fターム(参考)】