申请日2007.10.15
公开(公告)日2011.12.21
IPC分类号B01D21/01; C02F11/14
摘要
本发明提供一种针对粗悬浮物少而剩余污泥比例大的污泥的凝聚脱水性能优异的污泥脱水方法。本发明涉及污水污泥的脱水方法，其特征在于，该污水污泥是经污水处理而产生的初沉污泥、剩余污泥、或剩余污泥和初沉污泥的混合污泥，且是粗悬浮物(CF)相对于悬浮物质(SS)的比例为15质量%以下的污泥，在该污水污泥中不使用聚脒，而添加阳离子性高分子凝聚剂后，进行脱水，所述阳离子性高分子凝聚剂含有在全部构成单体单元中具有丙烯酰基的阳离子性单体为65摩尔%以上的聚合物。
权利要求书
1.一种污泥的脱水方法，其特征在于，是污水污泥的脱水方法， 该污水污泥是经污水处理而产生的初沉污泥、剩余污泥、或初沉污泥和 剩余污泥的混合污泥，且是粗悬浮物CF相对于悬浮物质SS的比例为 15质量%以下的污泥，在该污水污泥中不使用聚脒，而添加阳离子性高 分子凝聚剂后，进行脱水，所述阳离子性高分子凝聚剂含有在全部构成 单体单元中具有丙烯酰基的阳离子性单体为65摩尔%以上的聚合物。
2.如权利要求1所述的污水污泥的脱水方法，其特征在于，所述 污泥是剩余污泥和初沉污泥的混合污泥。
3.如权利要求1或2所述的污水污泥的脱水方法，其特征在于， 所述污泥中的灼热减量VTS为70%TS以上，所述TS是蒸发残留物。
4.如权利要求1或2所述的污水污泥的脱水方法，其特征在于， 测定所述污水污泥的阳离子需求量，根据该结果添加所述阳离子性高分 子凝聚剂。
5.如权利要求4所述的污水污泥的脱水方法，其特征在于，相对 于污水污泥中的蒸发残留物TS，添加0.05～5质量%的所述阳离子性高 分子凝聚剂。
6.如权利要求1或2所述的污水污泥的脱水方法，其特征在于， 所述阳离子性高分子凝聚剂为：
(1)选自[1]由以二烷基氨基烷基丙烯酸酯的叔盐或季盐为阳离子 性单体、和以丙烯酰胺为非离子性单体构成的共聚物，以及[2]由以二烷 基氨基烷基丙烯酸酯的叔盐或季盐和二烷基氨基烷基甲基丙烯酸酯的 叔盐或季盐为阳离子性单体、和以丙烯酰胺为非离子性单体构成的共聚 物中的阳离子性聚合物，或者
(2)选自[1]由以二烷基氨基烷基丙烯酸酯的叔盐或季盐为阳离子 性单体、以丙烯酸盐为阴离子性单体、和以丙烯酰胺为非离子性单体构 成的共聚物，以及[2]由以二烷基氨基烷基丙烯酸酯的叔盐或季盐和二烷 基氨基烷基甲基丙烯酸酯的叔盐或季盐为阳离子性单体、以丙烯酸盐为 阴离子性单体、和以丙烯酰胺为非离子性单体构成的共聚物中的两性聚 合物。
说明书
污水污泥的脱水方法
技术领域
本发明涉及一种凝聚力和脱水性优异、过滤速度快、且可得到优异 的絮凝物的各种凝聚脱水性能优异的污水污泥的脱水方法。
背景技术
以往，在污泥的脱水处理时，单独使用阳离子性高分子凝聚剂，但 是近年来由于污泥产生量的增加和污泥性状的恶化，用以往的阳离子性 高分子凝聚剂时，从污泥的处理量有限、脱水滤饼(ケ一キ)含水率、 过滤速度和从滤饼滤布的剥离性等观点出发，处理状态未必能得到满 足，要求对这些方面进行改善。
脱水处理后的污泥滤饼，虽经填拓、焚烧处理，但是通过使污泥滤 饼中的含水率降低1%，就可以将焚烧时使用的燃料成本降低10%左右， 因此使污泥滤饼中的含水率降低是重要的。
为了改良以往的阳离子性高分子凝聚剂的这些缺点，提出了各种两 性高分子凝聚剂、和使用它们的脱水方法。
例如已知(1)在不含无机污泥的添加了无机凝聚剂的pH为5～8的 有机质污泥中，添加特定离子当量的富含阳离子的两性高分子凝聚剂的 污泥的脱水方法(参照专利文献1);(2)在pH为5～8的有机质污泥中， 并用丙烯酸酯系阳离子性高分子凝聚剂和两性高分子凝聚剂的污泥的 脱水方法(参照专利文献2);(3)在污泥中添加无机凝聚剂将pH设定 为小于5，添加特定组成的富含阴离子的两性高分子凝聚剂的脱水方法 (参照专利文献3)和(4)在排水中依次添加无机凝聚剂、阴离子性高 分子凝聚剂和富含阳离子的两性高分子凝聚剂的有机性排水的处理方 法(参照专利文献4)等。
专利文献1：特公平5-56199号公报(权利要求书)
专利文献2：日本专利2933627号公报(权利要求书)
专利文献3：特公平6-239号公报(权利要求书)
专利文献4：特开平6-134213号公报(权利要求书)
发明内容
然而，上述(1)～(4)的脱水方法，虽然具有其优点，但是对于 最近废水的难脱水化趋势，很难说是必然有效的方法。
例如，经污水处理而产生的剩余污泥比例高的污泥，由于阳离子需 求量高，因此有时用以往的高分子凝聚剂、污泥脱水方法无法应对。尤 其是在将粗悬浮物(CF)相对于悬浮物质(SS)的比例为15重量%以 下的污水污泥进行脱水时，有时用以往的高分子凝聚剂、污泥脱水方法 无法应对。
此外，在污泥脱水处理中，虽然有时使用聚脒，但是在这种情况下， 脱水处理中具有发泡的问题，而且在处理中使用的聚脒必须大量地使 用，聚脒价格昂贵，因此在经济上也是不优选的。
因此，本发明的目的在于，提供一种不使用聚脒而对上述那样粗悬 浮物成分少而剩余污泥比例大的污泥，具有优异的凝聚脱水性能的污泥 脱水方法。
本发明人为了解决上述课题，进行了潜心研究，结果发现，在污泥 中不使用聚脒，而添加高分子阳离子性高分子凝聚剂后，进行脱水，就 能达到优异的凝聚脱水性能，所述污泥是经污水处理而产生的初沉污 泥、剩余污泥、或剩余污泥和初沉污泥的混合污泥，且是粗悬浮物(CF) 相对于悬浮物质(SS)的比例为15质量%以下的污泥，所述阳离子性 高分子凝聚剂含有在全部构成单体单元中具有丙烯酰基的阳离子性单 体为65摩尔%以上的聚合物。基于该见解，进一步进行了反复研究， 结果完成本发明。
即，本发明提供以下的污水污泥的脱水方法。
项1.一种污水污泥的脱水方法，其特征在于，所述污水污泥是经 污水处理而产生的初沉污泥、剩余污泥、或初沉污泥和剩余污泥的混合 污泥，且是粗悬浮物(CF)相对于悬浮物质(SS)的比例为15质量% 以下的污泥，在该污水污泥中不使用聚脒，而添加阳离子性高分子凝聚 剂后，进行脱水，所述阳离子性高分子凝聚剂含有在全部构成单体单元 中具有丙烯酰基的阳离子性单体为65摩尔%以上的聚合物。
项2.如上述项1所述的污水污泥的脱水方法，其特征在于，所述污 泥是剩余污泥和初沉污泥的混合污泥。
项3.如上述项1或2所述的污水污泥的脱水方法，其特征在于， 所述污泥中的灼热减量(VTS)为70%TS(TS是蒸发残留物)以上。
项4.如上述项1～3中任一项所述的污水污泥的脱水方法，其特征 在于，测定所述污水污泥的阳离子需求量，根据其结果添加所述阳离子 性高分子凝聚剂。
项5.如上述项4所述的污水污泥的脱水方法，其特征在于，相对 于污水污泥中的蒸发残留物(TS)，添加0.05～5质量%的所述阳离子性 高分子凝聚剂。
项6.如上述项1～5中任一项所述的污水污泥的脱水方法，其特征 在于，所述阳离子性高分子凝聚剂为(1)选自[1]由以二烷基氨基烷基 丙烯酸酯的叔盐或季盐为阳离子性单体、和以丙烯酰胺为非离子性单体 构成的共聚物、以及[2]由以二烷基氨基烷基丙烯酸酯的叔盐或季盐和二 烷基氨基烷基甲基丙烯酸酯的叔盐或季盐为阳离子性单体、和丙烯酰胺 为非离子性单体构成的共聚物中的阳离子性聚合物;或者(2)选自[1] 由以二烷基氨基烷基丙烯酸酯的叔盐或季盐为阳离子性单体、以丙烯酸 盐为阴离子性单体和以丙烯酰胺为非离子性单体构成的共聚物、以及[2] 由以二烷基氨基烷基丙烯酸酯的叔盐或季盐和二烷基氨基烷基甲基丙 烯酸酯的叔盐或季盐为阳离子性单体、以丙烯酸盐为阴离子性单体和以 丙烯酰胺为非离子性单体构成的共聚物中的两性聚合物。
需要说明的是，在本说明书中，丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯以(甲基) 丙烯酸酯表示，丙烯酰胺或甲基丙烯酰胺以(甲基)丙烯酰胺表示，丙 烯酸或甲基丙烯酸以(甲基)丙烯酸表示，丙烯腈或甲基丙烯腈以(甲 基)丙烯腈表示。
根据本发明的污泥脱水方法，在不使用聚脒的情况下，对粗悬浮物 成分少而剩余污泥比例大的污泥，发挥优异的凝聚脱水性能。此外，还 具有脱水后的滤液澄清性高的特点。
具体实施方式
以下，详述本发明。
1.阳离子性高分子凝聚剂
在本发明中使用的阳离子性高分子凝聚剂(以下简称为“高分子凝聚 剂”)是含有在全部构成单体单元中具有丙烯酰基的阳离子性单体为65 摩尔%以上的聚合物(以下简称为“聚合物”)。作为该聚合物，优选进 一步具有80～100摩尔%的、具有丙烯酰基的阳离子性单体。若在该范 围内，则在含有粗悬浮物(CF)相对于悬浮物质(SS)比例为15重量 %以下的污水污泥(经污水处理而产生的初沉污泥、剩余污泥、或初沉 污泥和剩余污泥的混合污泥)的脱水处理中，发挥优异的凝聚性和脱水 性。
作为聚合物，可举出以具有丙烯酰基的阳离子性单体单元作为必需 构成单体单元，根据需要含非离子性单体单元的阳离子性聚合物。或者 可举出含阳离子性单体单元和阴离子性单体单元，根据需要具有非离子 性单体单元的两性聚合物。这些聚合物可以使用1种，或者使用两种以 上的混合物。
作为具有丙烯酰基的阴离子性单体，优选具有丙烯酰基的阳离子性 乙烯基单体，具体而言，可举出丙烯酸二甲氨基乙酯、丙烯酸二乙氨基 乙酯、和丙烯酸二乙氨基-2-羟基丙酯等二烷基氨基烷基丙烯酸酯的盐酸 盐和硫酸盐等叔盐;二烷基氨基烷基丙烯酸酯的氯甲烷加成产物等的卤 代烷加成产物和氯甲苯加成产物等卤代芳烷加成产物等的季盐;N，N- 二甲氨基丙基丙烯酰胺等二烷基氨基烷基丙烯酰胺等的盐酸盐和硫酸 盐等的叔盐;二烷基氨基烷基丙烯酰胺的氯甲烷加成产物等的卤代烷加 成产物及氯甲苯加成产物等卤代芳烷加成产物等的季盐等。
除了上述具有丙烯酰基的阳离子性单体，根据需要可以在不损害本 发明效果的范围内，并用具有甲基丙烯酰基的阳离子性单体。作为具有 甲基丙烯酰基的阳离子性单体，优选具有甲基丙烯酰基的阳离子性乙烯 基单体，可举出甲基丙烯酸二甲氨基乙酯、甲基丙烯酸二乙氨基乙酯、 和甲基丙烯酸二乙氨基-2-羟基丙酯等二烷基氨基烷基甲基丙烯酸酯的 盐酸盐和硫酸盐等叔盐;二烷基氨基烷基甲基丙烯酸酯的氯甲烷加成产 物等的卤代烷加成产物和氯甲苯加成产物等卤代芳烷加成产物等的季 盐;N，N-二甲氨基丙基甲基丙烯酰胺等二烷基氨基烷基甲基丙烯酰胺等 的盐酸盐和硫酸盐等的叔盐;二烷基氨基烷基甲基丙烯酰胺的氯甲烷加 成产物等的卤代烷加成产物及氯甲苯加成产物等卤代芳烷加成产物等 的季盐等。
作为阴离子性单体，优选阴离子性乙烯基单体，具体而言，可举出 (甲基)丙烯酸和其钠盐等碱金属盐或铵盐;马来酸等及它们的碱金属 盐;丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸等丙烯酰胺烷基烷磺酸及其碱金属盐或铵 盐;以及乙烯基磺酸及其碱金属盐或铵盐等。
作为非离子性单体，优选非离子性乙烯基单体，具体地可举出(甲 基)丙烯酰胺、(甲基)丙烯酸二甲氨基乙酯等二烷基氨基烷基(甲基) 丙烯酸酯、二烷基氨基丙基(甲基)丙烯酰胺等二烷基氨基烷基(甲基) 丙烯酰胺、苯乙烯、丙烯腈、乙酸乙烯酯、烷基(甲基)丙烯酸酯、烷 氧基烷基(甲基)丙烯酸酯、乙烯基吡啶、乙烯基咪唑及烯丙胺等。其 中，优选(甲基)丙烯酰胺。
此外，在具有烯属不饱和基团的环氧烷烃低聚物的存在下，可以使 用将上述单体聚合而成的物质。
任何一种单体均可以单独使用或者使用两种以上。
作为在本发明中优选的单体的组合，为阳离子性聚合物时，可举出 [1]由以二烷基氨基烷基丙烯酸酯的叔盐或季盐为阳离子性单体、和以丙 烯酰胺为非离子性单体构成的共聚物，以及[2]由以二烷基氨基烷基丙烯 酸酯的叔盐或季盐和二烷基氨基烷基甲基丙烯酸酯的叔盐或季盐为阳 离子性单体、和以丙烯酰胺为非离子性单体构成的共聚物。
此外，为两性聚合物时，有[1]由以二烷基氨基烷基丙烯酸酯的叔盐 或季盐为阳离子性单体、以丙烯酸盐为阴离子性单体、和以丙烯酰胺为 非离子性单体构成的共聚物，以及[2]由以二烷基氨基烷基丙烯酸酯的叔 盐或季盐和二烷基氨基烷基甲基丙烯酸酯的叔盐或季盐为阳离子性单 体、以丙烯酸盐为阴离子性单体、和以丙烯酰胺为非离子性单体构成的 共聚物。
作为上述两性聚合物中的阳离子性单体单元和阴离子性单体单元 的共聚比例的比例，根据目的适当设定即可，以阳离子性单体单元和阴 离子性单体单元的合计量为基准，优选阳离子性单体单元为70～95摩尔 %以及阴离子性单体单元为5～30摩尔%。以全部构成单体单元为基准， 优选非离子性单体单元为5摩尔%以下。
本发明中的聚合物优选作为分子量的指标的0.5%盐粘度(salted viscosity)为10～120mPa·s，为了实现稳定的脱水处理，更优选15～90 mPa·s。需要说明的是，在本发明中所谓0.5%盐粘度是指，将在4%氯 化钠水溶液中溶解0.5%聚合物而得到的试样，在25℃下，用B型粘度 计用转子No.1或2，在60rpm下测定的值。
对于聚合物的制造方法没有特别限制，可以使用上述单体，采用普 通的聚合方法。例如，若是水溶液聚合，作为聚合引发剂，可以使用过 硫酸钾、过硫酸铵、2，2’-偶氮二异丁基脒二盐酸盐、REDOX系聚合 引发剂等进行热自由基聚合的方法;使用偶氮系化合物、苯甲酰和苯乙 酮型的光聚合引发剂利用紫外线照射进行光自由基聚合。此外，若是反 相的乳液聚合，除了上述聚合引发剂以外，还可以使用偶氮二异丁腈、 过氧化苯甲酰等水不溶性引发剂进行聚合。
在水溶液聚合时，所得的凝胶状的聚合物，接下来用公知的方法剪 切、细切。细切的聚合物使用带式干燥机、旋转式干燥机、远红外线式 干燥机和振动流动式干燥机等干燥机，在60～150℃左右的温度下进行干 燥，用辊式粉碎机等粉碎制成粉末状的聚合物，进行粒度调整。
进行反相乳液聚合时，用水稀释、转相，作为水包油型乳液使用。
作为本发明的高分子凝聚剂，可以使用粉末状制品也可以使用反相 乳液制品。
对于本发明的高分子凝聚剂，除了上述聚合物，只要是对脱水处理 没有坏影响，还可以与硫酸氢钠、硫酸钠和氨基磺酸等公知的添加剂混 合来使用。
2.污水污泥的脱水方法
本发明涉及一种污泥的脱水方法，其特征在于，在规定的污水污泥 中不使用聚脒，添加上述规定的高分子凝聚剂后，进行脱水。
本发明的对象污泥是选自经污水处理而产生的初沉污泥、剩余污 泥、和剩余污泥和初沉污泥的混合污泥中的污水污泥，且粗悬浮物成分 少的污泥。具体地，是粗悬浮物(CF)相对于悬浮物质(SS)的比例 为15质量%以下，优选5～10质量%的污泥。尤其是可举出剩余比例高 的混合污泥，具体地可举出剩余比例为5SS%以上，优选5～40SS%的污 泥。
所谓本发明中的粗悬浮物是指，将污泥用孔径0.074mm(200目) 的筛进行筛分时筛上固形物的灼热减量相对于悬浮物质(SS)的以重量 百分率计表示的物质(%SS)。
需要说明的是，所谓初沉污泥是指，流入到最初沉淀池中的污水中 所含的固体成分中比重比水重的物质经沉淀浓缩而得的污泥，所谓剩余 污泥是指，通过将最初沉淀处理得到的污水利用需氧的生物处理而产生 的污泥。
在本发明的污泥脱水方法中，由于不使用聚脒，因此也没有脱水处 理时的发泡问题。
在本发明中，测定污水污泥中的阳离子需求量，根据其结果添加高 分子凝聚剂的方法，由于可以有效且没有浪费地添加高分子凝聚剂，因 此优选。若污水污泥中的阳离子需求量优选0.05～0.9meq/g-TS，更优选 0.20～0.85meq/g-TS，则可以容易地处理。需要说明的是，所谓阳离子需 求量是指使用特开2000-258407号公报中记载的公知的光标记化阳离子 性高分子测定得到的值。
作为本发明的污泥脱水方法，污水污泥中的灼热减量(VTS)是 70%TS以上，更优选应用于70～85%TS左右的污泥。所谓灼热减量是 指，将污泥的蒸发残留物在600℃灰化而减少的量，是污泥固体成分中 的有机物量的指标。
使用本发明的凝聚剂的脱水方法，具体而言，是在污泥中添加凝聚 剂后，由此形成污泥絮凝物。絮凝物的形成方法依照公知的方法即可。
在本发明中，除了上述高分子凝聚剂之外，根据需要，可以并用其 他的凝聚剂，例如无机凝聚剂、阴离子性高分子凝聚剂等其他凝聚剂。 其他凝聚剂的使用量，相对于全部凝聚剂为1000质量%以下，优选100 质量%以下。
作为无机凝聚剂，可例示硫酸铝、聚氯化铝、氯化铁和硫酸亚铁以 及聚硫酸铁等。
在添加无机凝聚剂时，使pH为4～8可以更有效进行污泥的处理， 因此优选。
作为pH的调整方法，在添加无机凝聚剂后，满足该pH值时，不 必特别调整pH，但是在不满足本发明中限定的范围时，要添加酸或碱 进行调整。
作为酸，可举出盐酸、硫酸、乙酸和氨基磺酸等。此外，作为碱， 可举出氢氧化钠、氢氧化钾、消石灰和铵等。
作为属于其他凝聚剂之一的阴离子性高分子凝聚剂，可举出上述的 阴离子性单体的均聚物和上述阴离子性单体和非离子性单体的共聚物 等。
作为高分子凝聚剂相对于污泥的添加比例，相对于污泥的蒸发残留 物(TS)为0.05～5.0质量%，优选0.3～3.0质量%，更优选0.5～2.5质量 %。在并用高分子凝聚剂和其他的高分子凝聚剂时，优选全部高分子凝 聚剂的合计量满足上述添加比例。
污泥脱水剂、其他凝聚剂的添加量、搅拌速度、搅拌时间等依照以 往进行的脱水条件即可。
如此形成的絮凝物，使用公知的方法脱水，制成脱水滤饼。
作为脱水装置，可以例示螺旋压力型脱水机、带压型脱水机、压滤 型脱水机和螺旋倾析器等。
实施例
以下，列举实施例和比较例，对本发明进行更具体地说明。需要说 明的是，在下面内容中“%”没有特别说明，即是指“质量%”。
作为高分子凝聚剂，使用粉末状的聚合物的、下述表1中所示的丙 烯酸二甲氨基乙酯氯甲烷加成产物和丙烯酰胺的共聚物(以下称为 “DAA系”)和甲基丙烯酸二甲氨基乙酯氯甲烷加成产物的均聚物(以 下称为“DMA系”)。
[制造例A]
使用丙烯酸二甲氨基乙酯氯甲烷加成产物(以下称为“DAC”)的 79wt%水溶液、丙烯酰胺(以下称为“AM”)的40wt%水溶液和离子交 换水，单体浓度分别为95mol%、5mol%，且进行混合使得单体的浓度 为50wt%，总量达到450ml。
将其在氮气流中脱气30分钟以上，且调整到15℃。相对于全部单 体，以固体成分换算，添加1000ppm的2，2’-偶氮二异丁基脒二盐酸 盐(以下称为“V-50”)的10wt%水溶液，相对于全部单体，以固体成分 换算，添加5.0ppm焦亚硫酸钠(以下称为“SHS”)的5%水溶液。
投入到使照射强度调整为0.4mW/cm2的紫外线照射装置中。反应 在1分钟以内开始，约7分钟后达到最高温度。到达最高温度后，继续 照射20分钟后，从装置中取出放冷。
从容器中取出凝胶状聚合物，投入绞肉机裁剪后，在60℃干燥10 小时。冷却后，用研磨机粉碎，得到粉末状高分子凝聚剂。
[制造例B～E]
将制造例A中的DAC和AM的比例作如下变更，依照制造例A的 方法进行聚合。
·制造例B：DAC，85摩尔%;AM，15摩尔%
·制造例C：DAC，70摩尔%;AM，30摩尔%
·制造例D：DAC，60摩尔%;AM，40摩尔%
·制造例E：DAC，45摩尔%;AM，55摩尔%
将所得的聚合物依照与制造例A同样的方法进行裁剪、干燥和粉碎， 得到粉末状高分子凝聚剂。
[制造例F]
使用甲基丙烯酸二甲氨基乙酯氯甲烷加成产物的79wt%水溶液和离 子交换水，进行混合使得单体浓度为74mol%、总量达到450ml。将其 在氮气流中脱气30分钟以上，且调整到15℃。
相对于全部单体，以固体成分换算添加400ppm的V-50的10wt% 水溶液，相对于全部单体，以固体成分换算添加5.0ppm的SHS的10% 水溶液。
将所得的聚合物根据与制造例A同样的方法进行裁剪、干燥和粉碎， 得到粉末状高分子凝聚剂。
所谓0.5%盐粘度是指，将在4%氯化钠水溶液中溶解0.5%聚合物 而得到的试样，在25℃下，用B型粘度计用转子No.1或2，在60rpm 下测定的值。