JP2003117309A - 組成物、両性高分子凝集剤及び汚泥の脱水方法 - Google Patents
組成物、両性高分子凝集剤及び汚泥の脱水方法Info
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Abstract
余剰比率の大きい汚泥に対しても凝集脱水性能に優れる
組成物、高分子凝集剤及び汚泥の脱水方法の提供。 【解決手段】カチオン性単量体、アニオン性単量体及び
ノニオン性単量体を必須単位とする2種の両性高分子
(以下両性高分子1及び2という)を含み、前記両性高
分子中の単量体単位の割合が下記式(1)〜(3)を満たし、
かつ組成物中の全両性高分子を構成するノニオン性単量
体単位が60モル%以上である組成物、当該組成物を含
有する両性高分子凝集剤及び当該凝集剤を使用する汚泥
の脱水方法。 Ca1/An1≧1・・・(1)、Ca2/An2≧1・・・(2)、│(Ca1-An1)-(C
a2-An2)│≧1.5・・・(3) 〔尚、上記式(1)〜(3)において、Ca1及びAn1は、それぞ
れ、両性高分子1における全構成単量体の合計量を10
0モル換算した場合における、全カチオン性単量体単位
量及び全アニオン性単量体単位量のモル数を表し、Ca2
及びAn2は、それぞれ両性高分子2における前記と同様
のモル数を表す。〕
Description
優れたフロックを得ることができるという各種凝集脱水
性能に優れる組成物及び両性高分子凝集剤並びにこれを
使用した汚泥の脱水方法に関するものである。
高分子凝集剤が単独で使用されているが、近年、汚泥発
生量の増加及び汚泥性状の悪化により、従来のカチオン
性高分子凝集剤では、汚泥の処理量に限界があること
や、脱水ケーキ含水率、SS回収率及びケーキのろ布か
らの剥離性等の点で処理状態は必ずしも満足できるもの
ではなく、これらの点を改善することが要求されてい
る。
点を改良するために、種々の両性高分子凝集剤やこれを
を使用した脱水方法が種々提案されている。例えば、
(1)無機汚泥を含まない無機凝集剤を添加したpHが
5〜8の有機質汚泥に、特定イオン当量のカチオンリッ
チ両性高分子凝集剤を添加する汚泥の脱水方法(特公平
5−56199号公報)、(2)pHが5〜8の有機質
汚泥に、アクリレート系カチオン性高分子凝集剤と両性
高分子凝集剤を併用する汚泥の脱水方法(特許2933
627号公報)、(3)汚泥に無機凝集剤を添加しpH
を5未満に設定し、特定組成のアニオンリッチ両性高分
子凝集剤を添加する脱水方法(特公平6−239号公
報)及び(4)排水に無機凝集剤、アニオン性高分子凝
集剤及びカチオンリッチ両性高分子凝集剤を順次添加す
る有機性排水の処理方法(特開平6−134213号公
報)等が知られている。
(1)〜(4)の脱水方法は、それなりに特長を有する
ものではあるが、最近の廃水の難脱水化傾向に対して、
必ずしも有効的な方法とは言い難いものであった。即
ち、廃水処理後のCOD値をより低いものとする要求が
あるため、廃水に対する活性汚泥処理の比率が従来より
高くなっており、汚泥脱水処理を行なう汚泥は余剰汚泥
を多く含んだものとなり、又製紙廃水においては、廃水
中の繊維分の回収率が上昇しているため、汚泥中の繊維
分含有量が低くなり、従来の高分子凝集剤や汚泥脱水方
法では対応できない場合があった。
能に優れ、特に余剰比率の大きい汚泥に対しても凝集脱
水性能に優れる組成物、高分子凝集剤及び汚泥の脱水方
法を見出すため鋭意検討を行ったのである。
を解決すべく種々の検討を行なった結果、カチオン性単
量体単位とアニオン性単量体単位の割合が異なる特定2
種の両性高分子を含む組成物が有効であることを見出
し、本発明を完成した。以下に、本発明を詳細に説明す
る。尚、本明細書においては、アクリレート又はメタク
リレートを(メタ)アクリレートと表し、アクリルアミ
ド又はメタクリルアミドを(メタ)アクリルアミドと表
し、アクリル酸又はメタクリル酸を(メタ)アクリル酸
と表す。
ン性単量体単位、アニオン性単量体単位及びノニオン性
単量体単位を必須構成単量体単位とする共重合体であれ
ば良い。
ノエチル(メタ)アクリレート、ジエチルアミノエチル
(メタ)アクリレート及びジエチルアミノ−2−ヒドロ
キシプロピル(メタ)アクリレート等のジアルキルアミ
ノアルキル(メタ)アクリレートの塩酸塩及び硫酸塩等
の3級塩;ジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリレ
ートの塩化メチル付加物等のハロゲン化アルキル付加物
及び塩化ベンジル付加物等のハロゲン化アリール付加物
等の4級塩;N,N−ジメチル(メタ)アクリルアミド
等のジアルキル(メタ)アクリルアミド等の塩酸塩及び
硫酸塩等の3級塩;ジアルキル(メタ)アクリルアミド
の塩化メチル付加物等のハロゲン化アルキル付加物及び
塩化ベンジル付加物等のハロゲン化アリール付加物等の
4級塩等が挙げられる。
リル酸及びこのナトリウム塩等のアルカリ金属塩又はア
ンモニウム塩;マレイン酸等及びそれらのアルカリ金属
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ルキルアルカンスルホン酸及びこの
アルカリ金属塩又はアンモニウム塩;並びにビニルスル
ホン酸及びこのアルカリ金属塩又はアンモニウム塩等が
挙げられる。
リルアミド、ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレー
ト等のジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリレー
ト、ジアルキルアミノプロピル(メタ)アクリルアミド
等のジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリルアミ
ド、スチレン、アクリロニトリル、酢酸ビニル、アルキ
ル(メタ)アクリレート、アルコキシアルキル(メタ)
アクリレート、ビニルピリジン、ビニルイミダノール及
びアリルアミン等を挙げることができる。これらの中で
も、(メタ)アクリルアミドが好ましい。
用することができる。
しては、カチオン性単量体としてジアルキルアミノア
ルキルアクリレートの3級塩又は4級塩、アニオン性単
量体としてアクリル酸塩及びノニオン性単量体としてア
クリルアミドからなる共重合体、カチオン性単量体と
してジアルキルアミノアルキルメタクリレートの3級塩
又は4級塩、アニオン性単量体としてアクリル酸塩及び
ノニオン性単量体としてアクリルアミドからなる共重合
体、並びにカチオン性単量体としてジアルキルアミノ
アルキルメタクリレートの3級塩又は4級塩、ジアルキ
ルアミノアルキルアクリレートの3級塩又は4級塩、ア
ニオン性単量体としてアクリル酸塩及びノニオン性単量
体としてアクリルアミドからなる共重合体がある。
1及び同2を含む組成物であって、前記両性高分子にお
けるカチオン性単量体単位及びアニオン性単量体単位の
割合が下記式(1)〜(3)を満たし、かつ組成物中の全両性
高分子における全構成単量体単位中のノニオン性単量体
単位の割合が60モル%以上であるものである。
びAn1は、それぞれ、両性高分子1における全構成単
量体単位の合計量を100モルに換算した場合におけ
る、全カチオン性単量体単位量及び全アニオン性単量体
単位量のモル数を表し、Ca2及びAn2は、それぞれ前
記と同様に、両性高分子2における全カチオン性単量体
単位量及び全アニオン性単量体単位量のモル数を表
す。〕
である両性高分子1及び同2の2種を併用し、それらを
構成するカチオン性単量体単位とアニオン性単量体単位
の差が大きいものと小さいものとを併用するものであ
る。しかも、組成物中の全両性高分子における全構成単
量体単位中のノニオン性単量体単位の割合が60モル%
以上であるもの、即ちイオン性単量体単位を40モル%
未満とするものである。
好ましく、Ca2/An2としては1.2〜40.0が好
ましい。│(Ca1−An1)−(Ca2−An2)│とし
ては1.5〜40.0が好ましい。この値が1.5に満
たないと、凝集剤として使用した場合、本発明の様な高
性能の凝集性能を発揮できない。組成物中の全両性高分
子における全構成単量体単位中のノニオン性単量体単位
の割合が60モル%に満たないと、凝集剤として使用し
た場合、凝集力が低下する場合がある。
割合を満たす様にカチオン性単量体単位、アニオン性単
量体単位及びノニオン性単量体単位を共重合して得るこ
とができる。
はなく、一般的な重合方法を採用することができる。例
えば、水溶液重合であれば、重合開始剤として過硫酸カ
リウム、過硫酸アンモニウム、2,2'−アゾビス(2−
アミジノプロパン)二塩酸塩や、レドックス系の重合開
始剤等を用いて、熱ラジカル重合を行なう方法や、ベン
ゾイン及びアセトフェノン型の光重合開始剤を用いて紫
外線照射により光ラジカル重合を行なうこともできる。
又、逆相のエマルション重合であれば、前記重合開始剤
以外に、アゾビスイソブチロニトリルや過酸化ベンゾイ
ル等の水不溶性開始剤を用いて重合を行っても良い。
を混合することにより製造することができる。又、後記
する汚泥の脱水においては、それぞれの成分を別々に添
加することもできる。両性高分子1及び同2としては、
それぞれ1種を使用することも、2種以上を併用するこ
ともでき、両性高分子1及び同2の1種づつを使用する
ことが簡便であり好ましい。組成物における両性高分子
の割合としては、目的に応じて適宜設定すれば良いが、
両性高分子1が10〜90質量%及び両性高分子2が9
0〜10質量%の範囲が好ましい。
ある。例えば、高分子凝集剤;歩留まり向上剤、紙力増
強剤、ピッチコントロール剤及びサイジング剤等の製紙
工程における抄紙用薬剤;炭酸カルシウム分散用等の分
散剤;並びに塗料用等の増粘剤等が挙げられる。本発明
で得られる組成物は、特に両性高分子凝集剤として有用
なものである。以下、両性高分子凝集剤について説明す
る。
合、両性高分子の分子量については、分子量の指標であ
る0.5%塩粘度で示すと、5〜120mPa・sであ
ることが好ましく、安定した脱水処理を達成するために
は、15〜90mPa・sがより好ましい。0.5%塩
粘度は、4%塩化ナトリウム水溶液に両性高分子を0.
5%溶解した試料を25℃で、B型粘度計にて、ロータ
ーNo.1又は2を用いて、60rpmで測定する。
水素ナトリウム、硫酸ナトリウム及びスルファミン酸
等、脱水処理に悪影響がでないかぎり公知の添加剤と混
合して使用しても良い。
あり、下水、し尿、並びに食品工業、化学工業及びパル
プ又は製紙工業汚泥等の一般産業排水で生じる有機性汚
泥及び凝集沈降汚泥を含む混合汚泥等を挙げることがで
きる。本発明の両性高分子凝集剤は、特に繊維分が少な
い汚泥、即ち余剰比率の高い汚泥に好ましく適用できる
ものである。具体的には、余剰比率が5SS%以上の汚
泥に好ましく適用でき、より好ましくは5〜40SS%
の汚泥に適用できる。
体的には、汚泥に凝集剤を添加した後、これにより汚泥
フロックを形成させるものである。フロックの形成方法
は、公知の方法に従えば良い。
オン性化合物、カチオン性高分子凝集剤及びアニオン性
高分子凝集剤を併用することができる。
ポリ塩化アルミニウム、塩化第二鉄及び硫酸第一鉄及び
ポリ硫酸鉄等を例示できる。
ポリアミン、ポリアミジン及びカチオン性界面活性剤等
を例示できる。
加した場合においては、pHを4〜8とすることが、よ
り効果的に汚泥の処理を行うことができるため好まし
い。pHの調整方法としては、無機凝集剤又は有機カチ
オン性化合物を添加した後、当該pH値を満たす場合
は、特にpH調整の必要はないが、本発明で限定する範
囲を満たさない場合は、酸又はアルカリを添加して調整
する。酸としては、塩酸、硫酸、酢酸及びスルファミン
酸等を挙げることができる。又、アルカリとしては、苛
性ソーダ、苛性カリ、消石灰及びアンモニア等が挙げら
れる。
たカチオン性単量体の単独重合体及び前記したカチオン
性単量体及びノニオン性単量体の共重合体等を挙げるこ
とができる。
たアニオン性単量体の単独重合体及び前記したアニオン
性単量体及びノニオン性単量体の共重合体等を挙げるこ
とができる。
ち余剰比率の高い汚泥を使用する場合においては、アニ
オン性高分子凝集剤と併用することが好ましい。この場
合において、高分子凝集剤の汚泥への添加の方法として
は、別々でも同時でも良いが、アニオン性高分子凝集剤
を添加した後、両性高分子凝集剤を添加することが、こ
れら高分子凝集剤の併用効果が最も大きくなるため好ま
しい。アニオン性高分子凝集剤としては、アニオン性単
量体単位が5モル%以上の共重合割合であることが好ま
しい。アニオン性高分子凝集剤及び両性高分子凝集剤の
併用割合としては、使用する全高分子凝集剤中にアニオ
ン性高分子凝集剤が1〜70質量%、両性高分子凝集剤
が99〜30質量%であることが好ましい。
高分子凝集剤の合計したカチオン性単量体単位とアニオ
ン性単量体単位の割合が、下記式(4)を満足する様に添
加することが好ましい。
nallは、それぞれ、全使用高分子凝集剤の全カチオン
性単量体単位量及び全アニオン性単量体単位量の合計量
を100モルに換算した場合における、全カチオン性単
量体単位量及び全アニオン性単量体単位量のモル数を表
す。〕 この範囲外で使用すると、フロックの造粒性が乏しくな
ったり、全凝集剤の必要添加量が異常に増加したりし、
得られるケーキの含水率が高くなることがある。
量、攪拌速度、攪拌時間等は、従来行われている脱水条
件に従えば良い。両性高分子凝集剤の汚泥に対する添加
割合としては、5〜500ppmが好ましく、SSに対
しては0.05〜1ppmが好ましい。両性高分子凝集
剤とその他高分子凝集剤を併用する場合は、全高分子凝
集剤の合計量が前記添加割合を満たすことが好ましい。
の手段を用いて脱水し、脱水ケーキとする。
水機、ベルトプレス型脱水機、フィルタープレス型脱水
機及びスクリューデカンター等を例示することが出来
る。
粒濃縮槽を使用する脱水方法にも適用可能である。具体
的には、汚泥に、無機凝集剤を添加し、さらに高分子凝
集剤を添加した後、又は高分子凝集剤と共に、該汚泥を
濾過部を有する造粒濃縮槽に導入し、該濾過部からろ液
を取り出すと共に造粒し、この造粒物を脱水機で脱水処
理する方法等が挙げられる。
り具体的に説明する。なお、以下において、「部」とは
質量部を意味する。各例で使用した両性高分子及びアニ
オン性高分子凝集剤は、それぞれ下記表1及び表2に示
すものを使用した。又、各表における略号は、以下の意
味を示す。 ・DAC:ジメチルアミノエチルアクリレートの塩化メ
チル4級塩 ・AA:アクリル酸 ・AMD:アクリルアミド
を使用し、これらを混合して組成物を製造し、これを両
性高分子凝集剤として使用した。製紙・パルプ排水混合
汚泥(SS:47900mg/l、VSS:29000
mg/l、繊維分:8500mg/l)200mlを3
00mlのビーカーに採取し、これに両性高分子凝集剤
を添加した後、空の300mlのビーカー移液し、計5
回移液操作を実施した後、スパーテルにて50回攪拌し
てフロックを生成させた。この時のフロックの造粒程度
を3段階で評価し所定回数攪拌後のフロックの粒径を評
価した。その後、80メッシュ濾布をフィルターとして
用いて、前記汚泥フロック分散液を重力濾過し、10秒
後の濾液容量を測定し、これを濾過速度とした。又、濾
布上のケーキの自立性と得られた濾液の外観を3段階で
評価した。その後、80メッシュ濾布をフィルターとし
て用いて、前記汚泥フロック分散液を重力濾過し、10
秒後の濾液容量を測定し、これを濾過速度とした。又、
濾布上のケーキの自立性と得られた濾液の外観を下記の
3段階で評価した。ケーキの含水率は、得られた汚泥フ
ロックを濾布の上にのせ、ミニベルト機を用い、走行速
度0.5m/分、0.5kg/cm2で3段圧搾後、ケ
ーキを105℃×12時間加熱後、その減量値から求め
た。評価結果を表3に示す。実施例1の汚泥脱水方法
は、評価を行なった全ての凝集性能に優れるものであっ
た。
た。良;攪拌をしばらく続けると粒径の大きなフロック
を形成した。不良;攪拌を続けても粒径の小さなフロッ
クしか形成しなかった。 ・濾過概観 優;完全に透明。良;僅かに浮遊物有り。不良;多くの
浮遊物有り。 ・自立性 重力濾過時にフロック分散液を円筒に流し込み、濾過
後、円筒を取り外したときにおいて、 優:完全にケーキが自力で立った。良:僅かにケーキが
流れた。不良:ケーキが流れてしまった。 ・剥離性 ケーキを濾布からはがした時における濾布の状況が、
優:全く汚れなかった。良:僅かに汚れた。不良:汚れ
てしまった。
実施例1と同様にして、汚泥の脱水処理を行なった。実
施例1と同様に評価した結果を表4に示す。比較例1で
使用した両性高分子凝集剤CO−1の構成単量体比率
は、実施例1で使用した両性高分子凝集剤BL−1の混
合後の構成単量体比率が同じものであったが、いずれの
凝集性能も不充分なものであった。
汚泥の脱水方法によれば、種々の汚泥に対して、特に余
剰比率の高い汚泥に対しても、濾過速度が速く、得られ
るフロックは粒径が大きく、自立性及び剥離性に優れる
という各種凝集脱水性能に優れたものとなる。
Claims (4)
- 【請求項1】カチオン性単量体単位、アニオン性単量体
単位及びノニオン性単量体単位を必須構成単量体単位と
する2種の両性高分子(以下両性高分子1及び両性高分
子2という)を含む組成物であって、前記両性高分子に
おけるカチオン性単量体単位及びアニオン性単量体単位
の割合が下記式(1)〜(3)を満たし、かつ組成物中の全両
性高分子における全構成単量体単位中のノニオン性単量
体単位の割合が60モル%以上である組成物。 【式1】 Ca1/An1≧1 ・・・・(1) 【式2】 Ca2/An2≧1 ・・・・(2) 【式3】 │(Ca1−An1)−(Ca2−An2)│≧1.5 ・・・・(3) 〔尚、上記式(1)〜(3)において、Ca1及びAn1は、そ
れぞれ、両性高分子1における全構成単量体単位の合計
量を100モルに換算した場合における、全カチオン性
単量体単位量及び全アニオン性単量体単位量のモル数を
表し、Ca2及びAn2は、それぞれ前記と同様に、両性
高分子2における全カチオン性単量体単位量及び全アニ
オン性単量体単位量のモル数を表す。〕 - 【請求項2】請求項1記載の組成物を含有してなる両性
高分子凝集剤。 - 【請求項3】汚泥に対して、請求項2記載の両性高分子
凝集剤を添加し、次いで脱水することを特徴とする汚泥
の脱水方法。 - 【請求項4】使用する全高分子凝集剤の合計したカチオ
ン性単量体単位とアニオン性単量体単位の割合が、下記
式(4)を満足する様に汚泥に高分子凝集剤を添加するこ
とを特徴とする請求項2〜請求項3のいずれかに記載の
汚泥の脱水方法。 【式4】 0.5≦Caall/Anall≦10 (4) 〔尚、上記式(4)において、Caall及びAnallは、そ
れぞれ、全使用高分子凝集剤の全カチオン性単量体単位
量及び全アニオン性単量体単位量の合計量を100モル
に換算した場合における、全カチオン性単量体単位量及
び全アニオン性単量体単位量のモル数を表す。〕
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