申请日2007.04.10
公开(公告)日2007.12.16
IPC分类号C02F11/00; C02F1/56
摘要
本發明的污泥或廢水的處理方法包括:將粉末狀高分子凝聚劑添加到水中製備膨潤液的膨潤製程;將上述膨潤液供給過濾構件並使之通過上述過濾構件的過濾面,從而得到凝聚劑水溶液的溶解製程;以及將上述凝聚劑水溶液添加到污泥或廢水中的凝聚處理製程,從將上述粉末狀高分子凝聚劑添加到水中的時刻到作為上述凝聚劑水溶液即將添加到污泥或廢水中之前的總計處理時間為3小時以內。
權利要求書
一種污泥或廢水的處理方法，包括：將粉末狀高分子凝聚劑添加到水中製備膨潤液的膨潤製程;將上述膨潤液供給過濾構件並使之通過上述過濾構件的過濾面，從而得到凝聚劑水溶液的溶解製程;以及將上述凝聚劑水溶液添加到污泥或廢水中的凝聚處理製程，從將上述粉末狀高分子凝聚劑添加到水中的時刻到作為上述凝聚劑水溶液即將添加到污泥或廢水中之前的總計處理時間為3小時以內。
如申請專利範圍第1項所述之污泥或廢水的處理方法，其中從將上述粉末狀高分子凝聚劑添加到水中的時刻到作為上述膨潤液通過上述過濾構件的膨潤時的滯留時間為10秒或10秒以上、20分鐘以內。
如申請專利範圍第1項或第2項所述之污泥或廢水的處理方法，其中上述過濾構件是網孔為120~500μm的網狀物。
如申請專利範圍第1項或第2項所述之污泥或廢水的處理方法，其中上述膨潤液中的上述粉末狀高分子凝聚劑的濃度為0.05~0.5質量%。
如申請專利範圍第3項所述之污泥或廢水的處理方法，其中上述膨潤液中的上述粉末狀高分子凝聚劑的濃度為0.05~0.5質量%。
說明書
污泥或廢水的處理方法
METHOD FOR TREATING SLUDGE OR WASTE WATER
本發明關於使用高分子凝聚劑對污泥或廢水進行凝聚處理的處理方法。
作為對廢水處理等時產生的污泥進行凝聚處理的方法，廣泛採用向污泥中添加高分子凝聚劑的稀水溶液的方法。高分子凝聚劑通常以粉末或W/O型乳劑等形式出售，與液態或乳液狀高分子凝聚劑相比，粉末狀高分子凝聚劑在產品穩定性或運輸方法的容易程度等方面優異，也作為產品被廣泛使用。但是，粉末狀高分子凝聚劑分子量高，其水溶液呈極高的黏度，因此粉末狀高分子凝聚劑不易溶解，容易殘留被稱作不溶粉體的未溶解凝膠等。
為了防止不溶粉體的產生，通常一邊攪拌水一邊一點一點地添加粉末狀高分子凝聚劑，使其分散或溶解來製備凝聚劑水溶液。此時，若劇烈地進行攪拌，則部分溶解的高分子凝聚劑的分子鏈被切斷，黏度下降，導致凝聚性能的劣化，因此要緩慢地進行攪拌。另一方面，若攪拌太弱，則容易產生不溶粉體。因而，藉由攪拌來使粉末狀高分子凝聚劑完全溶解上費時間，因此存在著在先溶液化的部分中進行著因攪拌而引起的劣化或因隨時間變化而引起的劣化的問題。若使用如此劣化的凝聚劑水溶液來對污泥進行凝聚處理，則得到的凝聚污泥的脫水處理效率容易變低，在現況中不能使用上述發生了部分劣化的水溶液。
下述非專利文獻1中指出：若長期保存粉末狀高分子凝聚劑的稀溶液，則高分子發生劣化。記載的具體內容為：在陽離子性凝聚劑的0.2質量%水溶液中，5天劣化20~30%左右;在其1質量%水溶液中，5天劣化5~15%左右。還記載著將粉末狀高分子凝聚劑溶解成高濃度(2%)，並將該水溶液暫且貯留在貯槽內的方法，同時希望在溶解後6小時左右使用上述水溶液。
下述專利文獻1中記載著：將粉末狀高分子凝聚劑添加到水中後，進行混合及/或溶解而使產生的不溶粉體崩解以得到處理液，將得到的處理液暫且貯留在貯罐內，之後將其供給排水處理裝置的凝聚槽的方法。
下述專利文獻2中記載著：同樣將粉末狀高分子凝聚劑添加到水中，擠碎、混合產生的不溶粉體及/或使其溶解，將得到的處理液貯留在貯罐內之後再使用的方法。
【非專利文獻1】東京都下水道維修(股)公司編，「高分子凝聚劑使用指南」，平成14年3月，p310~311
【專利文獻1】日本專利第3184797號公報【專利文獻2】日本專利第3184729號公報
在以往的利用攪拌來進行溶解的方法中，使粉末狀高分子凝聚劑完全溶解上費時間，因此必需利用間歇式溶解裝置逐次進行溶解，但是按間歇式進行溶解時，製備凝聚劑水溶液後到將其供應給污泥的保管時間也趨於變長。具體而言，僅僅溶解要用1小時或1小時以上，在此之上再加上保管時間，因此實際上開始溶解凝聚劑水溶液後到將其添加到污泥中最低要用5~6小時左右。
因而，高分子凝聚劑在溶解中和保管中發生的劣化嚴重，其本來所具有的凝聚性能並未得到充分發揮。
在上述非專利文獻1所記載的方法中，粉末狀高分子凝聚劑的溶解困難性並未得到改善，因此溶解中發生的劣化並未得到防止，高分子凝聚劑的凝聚性能沒有效率良好地發揮出來。
利用上述專利文獻1、2的方法，雖然可以縮短粉末狀高分子凝聚劑的溶解時間，但事先完全沒有考慮高分子凝聚劑的隨時間的劣化，高分子凝聚劑的凝聚性能沒有效率良好地發揮出來。
本發明鑒於上述情況而設，其課題在於提供在使用粉末狀高分子凝聚劑的污泥或廢水的凝聚處理中，使高分子凝聚劑的凝聚性能得到效率良好地發揮的污泥或廢水的處理方法。
以下，更詳細地說明本發明。
在本發明中使用粉末狀高分子凝聚劑。與液態或乳液狀的高分子凝聚劑相比，粉末狀高分子凝聚劑具有保存穩定性好、保存時性能不易劣化的優點。另外，在使用時將粉末狀高分子凝聚劑溶解再使用，從而能夠縮短溶液狀態的時間，因此能夠抑制凝聚劑水溶液的性能的劣化。並且，由於其為粉末狀，因此還具有運費便宜、貯藏和使用容易等優點。
作為本發明中的粉末狀高分子凝聚劑(以下有時還僅稱作高分子凝聚劑。)，以往污泥或廢水的凝聚處理中使用的高分子凝聚劑中只要是粉末狀的就均可使用，可由市售品獲得。
對粉末狀高分子凝聚劑的平均粒徑沒有特別限定，若考慮其在水中的溶解性，則平均粒徑優選50~3000μm，更優選100~2000μm。
高分子凝聚劑中包括：陽離子性高分子凝聚劑、陰離子性高分子凝聚劑、非離子性高分子凝聚劑、兩性高分子凝聚劑等，在本發明中均可使用。
陽離子性高分子凝聚劑的例子有：丙烯醯氧乙基三甲基氯化銨的單獨聚合物或與其他水溶性單體的共聚物(以下記作「(共)聚合物」。)、甲基丙烯醯氧乙基三甲基氯化銨的(共)聚合物、(甲基)丙烯醯氧乙基苄基二甲基氯化銨的(共)聚合物等丙烯醯系陽離子性高分子凝聚劑;聚脒等脒系陽離子性高分子凝聚劑;聚乙烯胺等。
陰離子性高分子凝聚劑的例子有：丙烯醯胺與丙烯酸或其鹽的共聚物、丙烯醯胺聚合物的部分水解物、丙烯醯胺與2-丙烯醯胺-2-甲基丙烷磺酸或其鹽的共聚物、丙烯醯胺與丙烯酸或其鹽與2-丙烯醯胺-2-甲基丙烷磺酸或其鹽的共聚物等。
非離子性高分子凝聚劑的例子有：丙烯醯胺的聚合物等。
兩性高分子凝聚劑的例子有：(甲基)丙烯醯氧乙基三甲基氯化銨-丙烯醯胺-丙烯酸的三元或四元系共聚物等。
在上述各凝聚劑中，既可以使其他可共聚的中性水溶性單體共聚，也可以在能夠保持水溶性的範圍內含有可共聚的疏水性單體。
對高分子凝聚劑的分子量沒有特別限定。高分子凝聚劑包括各種從分子量大於等於1000萬的高分子量型凝聚劑到分子量為數百萬的較低分子量型凝聚劑，本發明使用任一種均能達到效果。通常，高分子凝聚劑的分子量越高溶解越需要時間，但在本發明中即使是高分子量型凝聚劑也能夠迅速溶解，能夠不殘留被稱作不溶粉體的未溶解成分地製備凝聚劑水溶液。
在本發明的處理方法中，首先將粉末狀高分子凝聚劑添加到水中，得到該高分子凝聚劑的膨潤物(膨潤凝膠)被分散的膨潤液(膨潤製程)。
膨潤製程例如可以按連續式來進行，即一邊從分散槽的入口側連續或斷續地供應粉末狀高分子凝聚劑和水，一邊從出口側連續或斷續地排出膨潤液;或者可以按間歇式來進行。
將本製程得到的膨潤液供給過濾構件。
對本製程中使用的水沒有特別限定，可以是任一種水。
一般說來，當將粉末狀高分子凝聚劑溶解在淨水等幾乎不含雜質的水中時，高分子凝聚劑的劣化比較輕;當將高分子凝聚劑溶解在工業用水、活性污泥處理的處理水、井水、河水等含雜質多的水中時，隨著時間的推移黏度下降、水解加強等高分子凝聚劑的劣化劇烈。
但是，通常不能根據現場來選擇水，在以往的方法中只有使用上述發生了劣化的凝聚劑的方法。
針對上述情況，利用本發明的方法使高分子凝聚劑瞬間溶解並在短時間內使用，從而能夠將劣化防止到最低限度，保持凝聚劑本來的性能。即，當使用未淨化的水時等，本發明的效果得到顯著發揮。在能夠降低成本方面優選可以使用工業用水、處理水、井水、河水等。
當將粉末狀高分子凝聚劑溶解在含金屬離子多的水中時，在以往的方法中劣化迅速，但是根據本發明的方法，即使使用例如鐵離子的含量大於等於1ppm的含金屬離子多的水，也能夠抑制高分子凝聚劑的劣化。
在本製程中，粉末狀高分子凝聚劑優選按膨潤液中的高分子凝聚劑的濃度處於0.05~0.5質量%的範圍來進行製備。當該高分子凝聚劑的濃度不足0.05質量%時，隨時間的劣化劇烈，還需要大量的水，因此沒有效率。當該高分子凝聚劑的濃度多於0.5質量%時，膨潤液的黏度過於變高，轉移和過濾變得困難，不實用。
將粉末狀高分子凝聚劑添加到水中的方法沒有特別限定，為了減少不溶粉體的產生，不是一次添加全部的高分子凝聚劑，而是優選例如使用加料器等以大致恆定的速度將其添加到攪拌著的水中。
對粉末狀高分子凝聚劑的供給速度沒有特別限定，由高分子凝聚劑與水的比率來決定，使達到設定濃度。
將粉末狀高分子凝聚劑添加到水中後，優選使其在水中滯留預定時間而使其膨潤。使粉末狀高分子凝聚劑在水中滯留時，可以停止攪拌也可以繼續攪拌。從抑制高分子凝聚劑劣化的角度考慮，攪拌優選限於使添加的高分子凝聚劑在水中均勻分散所必需的最低限度。
在膨潤製程中，從將粉末狀高分子凝聚劑添加到水中的時刻到作為膨潤液供給過濾構件並通過該過濾構件的膨潤時的滯留時間因凝聚劑的種類、分子量、粉末的粒徑而不同，不能一概規定，優選處於20分鐘以內。
例如，在陽離子系高分子凝聚劑中，較低分子的凝聚劑中也有瞬時膨潤的凝聚劑，通常用30秒~3分鐘左右可以使其充分膨潤。當為陰離子系或非離子系高分子凝聚劑、特別是高分子量型凝聚劑時，也有膨潤速度慢的凝聚劑，有時使其充分膨潤需要20分鐘左右。
應說明的是，當以間歇式進行膨潤製程時，「將粉末狀高分子凝聚劑添加到水中的時刻」是指將粉末狀高分子凝聚劑添加完畢的時刻。
另外，「到作為膨潤液通過過濾構件」是指「到通過過濾面的時刻」，當以間歇式進行將膨潤液供給過濾構件並使其通過過濾面的製程(溶解製程)時，是指到供給過濾構件的全部膨潤液通過過濾面完了時的時刻。
若膨潤時的滯留時間大於等於20分鐘，則膨潤液的表觀黏性變得非常高，因此在其次的溶解製程中，膨潤液難以通過過濾構件。另外，從過濾構件的供給側向過濾構件的過濾面施加推壓力使膨潤液強制通過時，若膨潤液的表觀黏性變高，則過濾構件的供給側的壓力增大，膨潤物(膨潤凝膠)通過過濾面的貫穿孔(例如網眼)時受到的剪切力增加，因此容易引起高分子的劣化。
膨潤時的滯留時間的下限值不能一概規定，當為高分子量的凝聚劑粉末時，若膨潤時的滯留時間不足，則存在於膨潤凝膠與膨潤凝膠之間的游離水相的黏性低，因此過濾時該游離水相部分瞬時脫散，膨潤凝膠難以通過過濾構件的過濾面。另外，有時由於未膨潤的凝膠而發生過濾面的網眼堵塞。特別是從過濾構件的供給側向膨潤液施加壓力使其強制通過時，若過濾面的一部分發生網眼堵塞，則過濾構件的供給側的壓力上升，因此與上述一樣，容易發生因剪切力而引起的高分子的劣化。
因而，優選將膨潤時的滯留時間設定在不發生上述狀況不佳的程度。
在膨潤液中，有時因高分子凝聚劑的種類而使膨潤物(膨潤凝膠)容易變成塊狀，所以此時從進一步提高溶解性的角度考慮，可以在供給過濾構件之前預先進行細粒化，使粒徑小於等於1cm。所關於的細粒化例如可以藉由使其通過貫穿孔徑為1~0.5cm的過濾構件來進行。
接著，將上述膨潤製程得到的膨潤液供給過濾構件並使其通過過濾面，從而將高分子凝聚劑的膨潤物(膨潤凝膠)細粒化並使其溶解。上述溶解製程可以按連續式進行，也可以按間歇式進行。
在溶解製程中，使供給過濾構件的膨潤液全部通過過濾面。因此，優選例如從過濾構件的供給側向過濾構件施加推壓力等，使膨潤液強制通過。
施加壓力的方法可以列舉如：向周面呈網狀的筒狀過濾構件的內部供給膨潤液，利用滾筒(roller)等按壓周面(過濾面)的內側面的方法等。
膨潤液中的膨潤物藉由通過過濾構件的過濾面而被微粉化，變得易溶於水。因而，在通過過濾面之後的液體中，即使不積極地施加攪拌力，高分子凝聚劑也可以溶解而得到凝聚劑水溶液。如此得到的凝聚劑水溶液，不經貯留就直接添加到污泥或廢水中或暫且貯留後添加到污泥或廢水中，用於凝聚處理製程。
當高分子凝聚劑較難溶解時，例如陰離子系或非離子系高分子量的高分子凝聚劑等，有時還優選將其暫且貯留在貯槽內。
過濾構件的過濾面具有多個貫穿孔，過濾面的材質只要是能夠耐受使高分子凝聚劑的膨潤物強制通過時所施加的壓力的材質即可，沒有特別限定。優選為網狀物，例如使用金屬絲網。
過濾面的網孔優選120~500μm，更優選150~300μm。若網孔超過500μm，則高分子凝聚劑的微細膨潤物殘留在通過過濾面之後的液體中，因此不能充分地得到由高分子凝聚劑產生的凝聚性能。另一方面，若網孔不足120μm，則膨潤液通過過濾面時費時間，同時在通過過濾面時高分子凝聚劑受到剪切力的作用而容易發生劣化。
過濾面既可以由一層構成也可以是多層結構。從強度方面考慮，優選為多層結構。當使網狀物成為多層結構時，既可以將多層網孔相同的網狀物重疊，也可以將網孔不同的網狀物重疊。當將網孔相同的網狀物重疊時，將網孔稍大的網狀物重疊;當將網孔不同的網狀物重疊時，最小網孔為120~500μm即可。
膨潤液通過過濾構件的過濾面時的速度(過濾速度)還取決於過濾時對膨潤液施加壓力的方法，過濾速度優選為每1m 2 過濾構件的過濾面小於等於1m 3 /分鐘。只要過濾速度在上述範圍內，就能夠良好地抑制高分子凝聚劑的劣化。
在本發明中，從上述膨潤製程中將粉末狀高分子凝聚劑添加到水中的時刻、經過溶解製程、到作為凝聚劑水溶液即將添加到污泥和廢水中之前的總計處理時間為3小時以內。若總計處理時間大於等於3小時，則高分子凝聚劑發生劣化，其本來的性能大大受損。該總計處理時間優選為10~120分鐘以內。
應說明的是，認為高分子凝聚劑在膨潤狀態下劣化輕，在溶於水的狀態下容易劣化，從溶解初期開始就劇烈地發生劣化。因而，若高分子凝聚劑已溶解，則優選在儘量短的時間內用於凝聚處理。
為了縮短上述總計處理時間，優選藉由在溶解製程中將高分子凝聚劑的膨潤物細粒化至更小的粒徑來提高溶解速度。
還優選將膨潤製程中的滯留時間不要延長到必要的程度以上。並且，在溶解製程後暫且貯留時，也優選盡可能減小貯槽的容量等來縮短貯留時間，貯留時間最長也小於等於1小時。
本發明中的凝聚處理對象為水中含有懸浮物質的物質，根據懸浮物質的種類而分為污泥處理或廢水處理。
在污泥處理中凝聚的對象主要是有機物，污泥的種類除了從一般家庭廢水收集的污水處理場中產生的污水污泥之外，還可以列舉出：畜產廢水、魚肉廢水等廢水處理中產生的污泥等。在污泥處理中最優選的凝聚劑的例子是陽離子系高分子凝聚劑。
污泥的處理如下：向污泥中添加凝聚劑水溶液，使懸浮物質凝聚並與水分分離，用脫水機等對凝聚的懸浮物質(凝聚污泥)進行脫水處理。
凝聚污泥的脫水中使用的脫水機的形式沒有特別限定，例子有：加壓脫水機、離心脫水機、複式圓盤型脫水機等。
另一方面，在廢水處理中凝聚的對象主要是無機物，廢水的種類可以列舉出：砂礫洗滌廢水、海濱、河流、湖沼等的疏浚時產生的泥水、工廠廢水、礦山排水等。最適合的凝聚劑的例子為：陰離子系高分子凝聚劑及/或非離子系高分子凝聚劑。
廢水的處理如下：向廢水中添加高分子凝聚劑，使廢水中的懸浮物質凝聚。由於凝聚的懸浮物質發生沉澱，因此實施利用重力等進行的凝聚物(懸浮物質)的分離處理或脫水處理。
在污泥處理和廢水處理的任一項處理中，均可適當並用一直以來在污泥或廢水的凝聚處理中使用的公知的無機凝聚劑。所關於的無機凝聚劑可以列舉出：硫酸礬土、聚合氯化鋁、硫酸亞鐵、氯化鐵、聚合硫酸鐵等。
本發明的處理方法，由於可以用極短的時間進行凝聚劑水溶液的製備，因此可以按連續式來進行。
例如，可以使用具備過濾構件、對過濾構件的過濾面施加推壓力的滾筒和輸送通過了過濾面的液體的泵的連續溶解供給裝置，首先將粉末狀高分子凝聚劑與預定量的水在槽內進行混合、使其膨潤，一邊將得到的膨潤液連續地供給過濾構件，一邊用滾筒擠壓使其通過，將通過了過濾面的凝聚劑水溶液暫且貯留或者不貯留，用泵將其連續供給污泥和廢水處理設備。
如此地按連續式來進行，從而可以將高分子凝聚劑的劣化抑制在更輕的程度，同時設備變得非常小型化。因而，不需要大規模的溶解供給設備和場地，具實用性。
本發明的處理方法如下：首先將粉末狀高分子凝聚劑添加到水中使其膨潤，之後使之通過過濾構件將其細粒化，從而使粉末狀高分子凝聚劑在短時間內溶解，從將粉末狀高分子凝聚劑添加到水中的時刻起在3小時之內將其添加到污泥或廢水中。因此本發明的方法能夠將溶解的高分子凝聚劑的劣化抑制在最低限度，在此狀態下將其用於凝聚處理。
因而，在使用高分子凝聚劑的污泥或廢水的凝聚處理中，高分子凝聚劑產生的凝聚性能增強，能夠使污泥或廢水中的懸浮物質緊密凝聚，因此凝聚性和脫水效率提高。
在本發明中，除了總計處理時間短之外，認為高分子凝聚劑的對污泥和廢水的凝聚性能變高的理由之一如下。即，利用以往的攪拌溶解法來溶解高分子凝聚劑時，溶解製程中先溶解的分子發生劣化;相對於此，在本發明中高分子凝聚劑在膨潤液中作為不易劣化的膨潤凝膠而存在，該膨潤凝膠藉由通過過濾構件的過濾面而成為易溶狀態，因此在溶解製程中能夠抑制劣化的進行。
認為其他理由在於：在本發明的方法中，對高分子凝聚劑不施加攪拌力就可以使其溶解，因此與以往的攪拌溶解法相比，高分子凝聚劑受到的剪切力小。特別是在通過過濾構件的過濾面之後，對溶解的分子施加的剪切力等於零，作為整體高分子凝聚劑的劣化變輕。另外，由於對高分子凝聚劑施加的剪切力小，因此微細的高分子的聚合度在溶解操作時也得到保持，其結果是，分子鏈在水中的伸展變大，推測這也是凝聚性能變高的理由。
並且，分子量高且用以往的方法難以溶解的高分子凝聚劑，在本發明中也能夠容易地使其溶解，因此在以往利用攪拌來進行的方法中在凝聚劑水溶液中作為不溶凝膠成分而殘留的部分，在本發明中也可以使其溶解而發揮凝聚性能。
本發明的處理方法，由於將粉末狀高分子凝聚劑添加到水中之後在短時間內就添加到污泥或廢水中，因此能夠容易地在單時間內變換高分子凝聚劑添加量的變更、凝聚劑的品種變更等操作條件。因而，對污泥或廢水的劇烈變化也能夠迅速適應，通常可以在最適合的條件下進行處理。
並且，本發明的處理方法不挑選高分子凝聚劑的種類、污泥的種類和廢水的種類，可以在廣泛的範圍內應用，在任一領域均可得到提高由高分子凝聚劑產生的凝聚性能的效果。