JP2014117625A

JP2014117625A - 廃棄物の処理方法

Info

Publication number: JP2014117625A
Application number: JP2012271858A
Authority: JP
Inventors: Kazuyuki Sato; 一行佐藤; Toshio Sekiya; 俊夫関谷
Original assignee: Hymo Corp
Current assignee: Hymo Corp
Priority date: 2012-12-13
Filing date: 2012-12-13
Publication date: 2014-06-30

Abstract

【課題】
津波を伴う震災や河川氾濫を伴う災害時に発生した瓦礫などの廃棄物は、含水率の高い土砂を大量に含むため、被災地からそのままの状態で廃棄物をそのままの状態で処理場に運搬することは難しく、特に東日本大震災の様に災害の規模が大きいと廃棄物の量が多く、処理の効率化が求められており、効率的な廃棄物の処理方法を提供すること。
【解決手段】
ある特定のカチオン当量値及びアニオン当量値を有するイオン性高分子組成物を、泥水及び異物を含む廃棄物に添加、混合することで、泥水中の電荷を有する粒子と高分子との化学的な結合によりフロックを形成させ粒子と異物を分離しやすくし、篩い分けをすることにより前記廃棄物から異物を効率よく分離することができる。
【選択図】なし

Description

本発明は、泥水及び異物を含む廃棄物にイオン性高分子組成物を添加、混合した後、篩い分けを行う廃棄物の処理方法に関する。

災害時に大量に発生する瓦礫などの廃棄物は、一旦集積地に集めて可燃物と不燃物の分別作業を行い可燃物については、焼却処理を行い処分場で処理している。不燃物については処理施設において破砕処理を行い有効利用できるものはリサイクルする、あるいは埋立て資材などに使用している。

瓦礫の分別方法とその装置については特許文献１や２に記載されている様な技術が開示されている。通常、瓦礫とは都市街区におけるビルの破壊等から発生するいわゆるガラ、石、あるいは木片などの集積体の呼称であり、集積体を構成する物質の粒径や粒度あるいは重量などにより分別することができる方法である。しかし、２０１１年３月１１日に発生した東日本大震災の様な大規模で津波を伴う震災や河川の氾濫を伴う災害の場合、廃棄物は含水率の高い土砂を大量に含むため、従来の分別方法では土砂と固体物を分離することは困難である。更には含水率の高い土砂を被災地から処理場に運搬することは非常に困難であり、又、含水率の高い土砂は容積が高いため保管場所や埋立て地の面積が多く必要となることから、瓦礫と土砂をできる限り分別することが望まれている。特許文献３では、ポリカルボン酸塩系物質（アクリルアミドとの共重合体を含む）、ポリスルホン酸塩系物質（アクリルアミドとの共重合体を含む）、アルキルアミノアクリレート塩重合体物質（アクリルアミドとの共重合体を含む）、アルキルアミノメタクリレート塩重合体物質（アクリルアミドとの共重合体を含む）を使用し、これらの何れか又は複数を、含水した電荷を有する粒子及び異物を含む廃棄物に添加、混錬した後、篩い分けを行うことによりに篩目より大きな異物を分離する廃棄物の分別方法について記載されている。しかし、使用する重合体の組成や形態についての詳細な記載についての記述はない。
特開平９−７５７７２号公報特開２００６−１８１５２３号公報特開２０１２−１７６３９４号公報

本発明は、津波を伴う震災や河川氾濫を伴う災害時に発生した瓦礫などの廃棄物は、含水率の高い土砂を大量に含むため、特許文献１や２に開示された方法で分別することや、被災地から廃棄物をそのままの状態で処理場に運搬することは難しく、特許文献３に開示された方法においてある一定の分別処理効果が得られるものの、東日本大震災の様に災害の規模が大きいと廃棄物の量が多く、更なる処理効率化が求められている。

本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、イオン当量として特定のカチオン当量値及びアニオン当量値を有するイオン性高分子組成物を、泥水及び異物を含む廃棄物に添加、混合した後、篩い分けをすることにより前記廃棄物から異物を効率よく分離できることが分かり、本発明に到達した。

本発明の廃棄物の処理方法によれば、泥水及び異物を含む廃棄物に本発明のイオン性高分子組成物を添加、混合することで、泥水中の電荷を有する粒子と高分子との化学的な結合によりフロックを形成させることで粒子と異物を分離しやすくし、篩い分けをすることにより前記廃棄物から異物を効率よく分離できるため大量の廃棄物を処理することができ、異物の埋立地や保管場所が有効に活用でき、更にフロックを形成した粒子はリサイクルや埋立て資材として有効利用することができる。

以下、本発明を詳細に説明する。本発明で使用するイオン当量として特定のカチオン当量値及びアニオン当量値を有するイオン性高分子組成物とは、カチオン性高分子とアニオン性高分子の混合、カチオン性高分子と両性高分子の混合、アニオン性高分子と両性高分子の混合、両性高分子と両性高分子の混合、両性高分子単独の何れであっても良く、イオン性高分子組成物のイオン当量として、カチオン当量値０．０５〜４．０ｍｅｑ／ｇ、アニオン当量値０．１〜６．０ｍｅｑ／ｇを有していれば良い。当量値は組成物の純分としての値を示す。

本発明で使用するイオン性高分子組成物としてカチオン性高分子を含有する場合は、下記一般式（１）あるいは（２）で表されるカチオン性単量体及び共重合可能な非イオン性単量体を含有する単量体混合物を重合したカチオン性高分子である。アニオン性高分子を含有する場合は、下記一般式（３）で表されるアニオン性単量体及び共重合可能な非イオン性単量体を含有する単量体混合物を重合したアニオン性高分子である。両性高分子を含有する場合は、下記一般式（１）あるいは（２）で表されるカチオン性単量体及び下記一般式（３）で表されるアニオン性単量体及び共重合可能な非イオン性単量体を含有する単量体混合物を重合した両性高分子である。
一般式（１）
Ｒ_１は水素又はメチル基、Ｒ_２、Ｒ_３は炭素数１〜３のアルキルあるいはヒドロキシアルキル基、Ｒ_４は水素、炭素数１〜３のアルキル基、炭素数７〜２０のアルキル基あるいはアリール基であり、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を表わす、Ｘ_１ ⁻は陰イオンをそれぞれ表わす。

一般式（２）
Ｒ_５は水素又はメチル基、Ｒ_６、Ｒ_７は炭素数１〜３のアルキル基あるいはヒドロキシアルキル基、Ｘ_２ ⁻は陰イオンをそれぞれ表わす。
一般式（３）
ここでＲ_８は水素、メチル基またはカルボキシメチル基、ＡはＳＯ_３、Ｃ_６Ｈ_４ＳＯ_３、ＣＯＮＨＣ（ＣＨ_３）_２ＣＨ_２ＳＯ_３、Ｃ_６Ｈ_４ＣＯＯあるいはＣＯＯ、Ｒ_９は水素またはＣＯＯＹ_２、Ｙ_１あるいはＹ_２は水素または陽イオンをそれぞれ表わす。

前記一般式（１）あるいは（２）で表されるカチオン性単量体のうち三級アミノ基含有カチオン性単量体の例としてはジメチルアミノエチル（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、ジメチルアミノプロピル（メタ）アクリルアミド、ジエチルアミノプロピル（メタ）アクリルアミドおよびこれらの塩などが挙げられる。また四級アンモニウム塩基含有カチオン性単量体の例としては（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クロリド、（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クロリド、（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クロリド、（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クロリド、（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クロリドなどが挙げられる。また、アリルアミン、ジアリルメチルアミンおよびこれらの塩、ジアリルジメチルアンモニウムクロリド等があげられる。これらのカチオン性水溶性単量体を複数組み合わせて使用することも可能である。

前記一般式（３）で表されるアニオン性単量体としては、スルホン酸基含有単量体でも良いが、好ましくはカルボキシル基含有単量体あるいはカルボキシル基含有単量体を主体とした単量体混合物が適する。カルボキシル基含有単量体の例は、メタクリル酸、アクリル酸、イタコン酸、マレイン酸あるいはｐ−カルボキシスチレンなどである。これら水溶性アニオン性単量体から選択された一種以上である。

共重合可能な非イオン性単量体の例としては、（メタ）アクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミド、酢酸ビニル、アクリロニトリル、アクリル酸メチル、（メタ）アクリル酸２−ヒドロキシエチル、ジアセトンアクリルアミド、Ｎ−ビニルピロリドン、Ｎ−ビニルホルムアミド、Ｎ−ビニルアセトアミド、アクリロイルモルホリンなどがあげられ、これら非イオン性単量体から選択された一種以上とカチオン性単量体及びアニオン性単量体との共重合体である。

イオン性高分子組成物のカチオン当量値としては、０．０５〜４．０ｍｅｑ／ｇであり、０．０５〜２．０ｍｅｑ／ｇが好ましく、０．０５〜１．０ｍｅｑ／ｇが更に好ましい。アニオン当量としては、０．１〜６．０ｍｅｑ／ｇであり、０．５〜５．０ｍｅｑ／ｇが好ましく、１．０〜５．０ｍｅｑ／ｇが更に好ましい。カチオン当量値とアニオン当量値がこの範囲にあると処理効果が最大限に発揮される。

本発明のイオン性高分子組成物中に含有する高分子の重量平均分子量の範囲は、３００万〜２０００万であり、３００万〜１５００万が好ましい。分子量が２０００万を超えると分散性が低下し処理効果が低下する。又、分子量が３００万より低いと凝集効果が低下する。

イオン性高分子組成物中のカチオン当量値よりアニオン当量値が多い、所謂アニオンリッチの方が好ましい。これは、通常、土砂を含んだ泥水中の粒子はカチオン性に帯電していることが多く、イオン性高分子組成中のアニオン性基が主に作用するためである。しかし、イオン性高分子組成物中にアニオン性基しか存在しないとｐＨの変動により処理効果が低下する場合がある。又、カチオン基のみ含有するカチオン性高分子あるいはアニオン基のみ存在するアニオン性高分子でも廃棄物中の電荷を有する粒子を凝集作用によりフロックを形成、処理することができるが、イオン性が一種類の場合、粒子のイオン性状により対処できず安定した処理ができない可能性がある。一方、両性高分子あるいはカチオン基とアニオン基両方有したイオン性高分子組成物を使用すると粒子のイオン性状の変動に対してある一定の効果が得られる。又、イオン性高分子組成内のカチオン基とアニオン基が吸着して分子が縮まり粘性が低下、分散性が高まるためカチオン性高分子あるいはアニオン性高分子単独より処理効果が高まる点において優れている。同一分子内でのカチオン基とアニオン基が吸着して分子が縮まる効果が高いことから両性高分子がイオン性高分子組成物に含有されていることが望ましい。更に本発明は、イオン性高分子組成物として一液で添加処理することができるため、二液を添加する処方に比べて作業が簡易であり処理効率が向上する。

本発明のイオン性高分子組成物の製品形態としては、粉末、油中水型エマルジョンあるいは塩水溶液中分散液など、どのような形態でも実施可能であるが分子量を調整しやすく水溶液の分散性が高いため、最も好ましい形態は油中水型エマルジョンである。

本発明のイオン性高分子組成物を油中水型エマルジョンにより製造する場合は、カチオン性単量体、アニオン性単量体及び非イオン性単量体からなる単量体混合物を水、水と非混和性の炭化水素からなる油状物質、油中水型エマルジョンを形成するに有効な量とＨＬＢを有する少なくとも一種類の界面活性剤を混合し、強攪拌し油中水型エマルジョンを形成させた後、重合する。

また、分散媒として使用する炭化水素からなる油状物質の例としては、パラフィン類或いは灯油、軽油、中油等の鉱油、或いはこれらと実質的に同じ範囲の沸点や粘度等の特性を有する炭化水素系合成油、或いはこれらの混合物が挙げられる。含有量としては、油中水型エマルジョン全量に対して２０質量％〜５０質量％の範囲であり、好ましくは２０質量％〜３５質量％の範囲である。

油中水型エマルジョンを形成するに有効な量とＨＬＢを有する少なくとも一種類の界面活性剤の例としては、ＨＬＢ３〜１１のノニオン性界面活性剤であり、その具体例としては、ソルビタンモノオレート、ソルビタンモノステアレート、ソルビタンモノパルミテート、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル等が挙げられる。これら界面活性剤の添加量としては、油中水型エマルジョン全量に対して０．５〜１０質量％であり、好ましくは1〜５質量％の範囲である。

重合後は、転相剤と呼ばれる親水性界面活性剤を添加して油の膜で被われたエマルジョン粒子が水になじみ易くし、中の水溶性高分子が溶解しやすくする処理を行ない、水で希釈しそれぞれの用途に用いる。親水性界面活性剤の例としては、カチオン性界面活性剤やＨＬＢ９〜１５のノ二オン性界面活性剤であり、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンアルキルエーテル系、ポリオキシエチレンアルコールエーテル系等である。

重合条件は通常、使用する単量体や共重合モル％によって適宜決めていき、温度としては０〜１００℃の範囲で行なう。特に油中水型エマルジョン重合法を適用する場合は、２０〜８０℃、好ましくは２０〜６０℃の範囲で行なう。重合開始はラジカル重合開始剤を使用する。これら開始剤は油溶性或いは水溶性のどちらでも良く、アゾ系、過酸化物系、レドックス系何れでも重合することが可能である。油溶性アゾ系開始剤の例としては、２、２’−アゾビスイソブチロニトリル、１、１−アゾビスシクロヘキサンカルボニトリル、２、２’−アゾビス−２−メチルブチロニトリル、２、２’−アゾビス−２−メチルプロピオネート、４、４’−アゾビス−（４−メトキシ−２、４−ジメチル）バレロニトリル等が挙げられる。

水溶性アゾ開始剤の例としては、２、２’−アゾビス（アミジノプロパン）二塩化水素化物、２、２’−アゾビス[２−（５−メチル−イミダゾリン−２−イル）プロパン]二塩化水素化物、４、４’−アゾビス（４−シアノ吉草酸）等が挙げられる。またレドックス系の例としては、ペルオキソ二硫酸アンモニウムと亜硫酸ナトリウム、亜硫酸水素ナトリウム、トリメチルアミン、テトラメチルエチレンジアミン等との組み合わせが挙げられる。更に過酸化物の例としては、ペルオキソ二硫酸アンモニウム或いはカリウム、過酸化水素、ベンゾイルペルオキサイド、ラウロイルペルオキサイド、オクタノイルペルオキサイド、サクシニックペルオキサイド、ｔ−ブチルペルオキシ−２−エチルヘキサノエート等を挙げることができる。

単量体の重合濃度は２０〜５０質量％の範囲であり、好ましくは２５〜４０質量％の範囲であり、単量体の組成、重合法、開始剤の選択によって適宜重合の濃度と温度を設定する。

本発明のイオン性高分子組成物を製造する場合、重合時に架橋性単量体を添加することができる。架橋性単量体の具体例としてはＮ，Ｎ’−メチレンビスアクリルアミド、ジビニルベンゼンなどのジビニル化合物、メチロールアクリルアミド、メチロールメタクリルアミドなどのビニル系メチロール化合物、アクロレインなどのビニル系アルデヒド化合物あるいはこれらの混合物が挙げられるが、これらの中でもＮ，Ｎ’−メチレンビスアクリルアミドの使用が好ましい。

本発明のイオン性高分子組成物を油中水型エマルジョンにより製造する場合において無機塩を添加することができる。塩を添加するタイミングは、イオン性単量体と非イオン性単量体からなる単量体混合物を混合した水溶液中や共重合後の油中水型エマルジョン中或いは油中水型エマルジョン希釈液中、等である。

添加する無機塩は、ナトリウムやカリウムの様なアルカリ金属イオンやアンモニウムイオン等の陽イオンと、ハロゲン化物イオン、硫酸イオン、硝酸イオン、リン酸イオン等の陰イオンとを組み合わせた塩が使用可能である。これら塩類の濃度としては、０．５質量％〜１５質量％である。

本発明のイオン性高分子組成物を泥水及び異物を含む廃棄物に添加する場合は、そのままの濃度でも良いが任意の濃度に希釈して添加しても良い。添加して混合する場合は、リボン式、パドル式、回転ドラム式等の任意の方式の混合機を用いることができる。又、篩い分けは、円筒篩、振動篩等の任意の方式の篩い機を用いることができる。

本発明のイオン性高分子組成物を泥水及び異物を含む廃棄物に添加、混合し、篩い分けすることで、電荷を有する粒子と高分子との化学的な結合によりフロックを形成させることで泥水中の粒子と異物を廃棄物から効率よく分離することができるため大量の廃棄物を処理することができ、異物の埋立地や保管場所が有効に活用でき、更にフロックを形成した粒子はリサイクルや埋立て資材として有効利用することができる。

又、処理効果を促進させるため本発明のイオン性高分子組成物と鉄塩、アルミ塩等の無機凝集剤と併用することができる。該無機凝集剤としては、塩鉄、硫鉄、ポリ鉄、ＰＡＣ、硫酸バンドなどが挙げられる。添加のタイミングとしてはイオン性高分子組成物の前後、あるいは同時でも良いが、効率的に処理を行なうにはイオン性高分子組成物の前が好ましい。

以下、本発明の廃棄物の処理効果を実施例および比較例により更に詳細に説明する。

前記一般式（３）で表される単量体であるアクリル酸とアクリルアミドを用いて重合し、油中水型エマルジョンにより製造して得たアニオン性高分子（濃度４０％、アニオン当量値４．２５ｍｅｑ／ｇ、重量平均分子量１３００万）と前記一般式（１）で表される単量体であるアクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウムクロリドと一般式（３）で表される単量体アクリル酸及びアクリルアミドを用いて重合し、油中水型エマルジョンにより製造して得た両性高分子（濃度４０％、カチオン当量値３．０ｍｅｑ／ｇ、アニオン当量値１．２５ｍｅｑ／ｇ、重量平均分子量４００万）を準備した。このアニオン性高分子と両性高分子を８：２、９：１、９．５：０．５の割合（質量比）で混合し、それぞれイオン性高分子組成物−１〜３とした。又、アニオン性高分子のみをイオン性高分子組成物−４とした。
イオン性高分子組成物のカチオン当量値、アニオン当量値は下記の方法に準じて測定し表１に示した。
＜カチオン当量値測定方法＞
イオン性高分子組成物１ｇと純水１９９ｍＬを加えてビーカーで溶解する。溶解液５ｇを採取し純水で全量を１５０ｍＬにする。これに、１Ｎ−酢酸溶液を加えてｐＨ４に調整後、０．１％トルイジンブルー溶液を数滴滴下する。１／４００Ｎのポリビニル硫酸カリウム溶液で滴定し、溶液が青から赤紫に変化してから１５秒以上保持して終点とする。そのときの滴定量をＸ（ｍＬ）とする。カチオン当量値は次の式により算出する。
カチオン当量値（ｍｅｑ／ｇ）＝Ｘ（ｍＬ）÷１０÷イオン性高分子組成物純分（％）
＜アニオン当量値測定方法＞
イオン性高分子組成物１ｇと純水１９９ｍＬを加えてビーカーで溶解する。溶解液５ｇを採取し純水で全量を１５０ｍＬにする。これに、１Ｎ−炭酸水素アンモニウム溶液を加えてｐＨ７に調整後、０．１％トルイジンブルー溶液を数滴滴下する。１／４００Ｎのポリビニル硫酸カリウム溶液で滴定し、溶液が青から赤紫に変化してから１５秒以上保持して終点とする。そのときの滴定量をＹ（ｍＬ）とする。アニオン当量値は次の式により算出する。
アニオン当量値（ｍｅｑ／ｇ）＝[Ｘ（ｍＬ）−Ｙ（ｍＬ）]÷１０÷イオン性高分子組成物純分（％）

（表１）

５ｍｍ以下の用土と５ｍｍより大きい混合物を用意した。５ｍｍ以下の用土とは、砂：粘土：水＝１：１．２５：０．７５の質量比で配合したものであり、５ｍｍより大きい混合物とは、粒径５〜１０ｍｍの軽石を混合したものである。模擬廃棄物として、５ｍｍ以下の用土２６０ｇと５ｍｍより大きい混合物の５０ｇを混合したもの（比重１．４７）を一検体として試験に用いた。
模擬廃棄物３２０ｇに対して、イオン性高分子組成物−１の原液を２．０ｇ添加、均一に混合し、団粒化させ、５ｍｍの篩により５ｍｍ上と５ｍｍ下に分別し、分別前の質量と分別後の質量により分別割合を求めた。結果を表２に示す。

実施例１と同じ模擬廃棄物を用いてイオン性高分子組成物−１の原液を２．５ｇ添加、実施例１と同様な操作により分別割合を求めた。結果を表２に示す。又、同様な試験をイオン性高分子組成物−２〜４についても実施し、結果を表２に示した。

（表２）

本発明のイオン性高分子組成物−１〜３を添加したものは模擬廃棄物を分別することができ、特にイオン性高分子組成物−２添加時の５ｍｍ下の分別割合が多く得られた。一方、アニオン基のみを有するイオン性高分子組成物−４は篩い分けができず、カチオン基とアニオン基を有するイオン性高分子組成物を添加した方が分別効果に優れることが分かった。

Claims

イオン当量としてカチオン当量値０．０５〜４．０ｍｅｑ／ｇ、アニオン当量値０．１〜６．０ｍｅｑ／ｇの電荷を有するイオン性高分子組成物を、泥水及び異物を含む廃棄物に添加、混合した後、篩い分けをすることにより前記廃棄物から異物を分離することを特徴とする廃棄物の処理方法。
前記イオン性高分子組成物のアニオン当量値がカチオン当量値より大きいことを特徴とする請求項１に記載の廃棄物の処理方法。
前記イオン性高分子組成物が、下記一般式（１）あるいは（２）で表されるカチオン性単量体及び下記一般式（３）で表されるアニオン性単量体及び共重合可能な非イオン性単量体を含有する単量体混合物を重合した両性高分子を含有することを特徴とする請求項１あるいは２に記載の廃棄物の処理方法。
一般式（１）
Ｒ_１は水素又はメチル基、Ｒ_２、Ｒ_３は炭素数１〜３のアルキルあるいはヒドロキシアルキル基、Ｒ_４は水素、炭素数１〜３のアルキル基、炭素数７〜２０のアルキル基あるいはアリール基であり、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を表わす、Ｘ_１ ⁻は陰イオンをそれぞれ表わす。

一般式（２）
Ｒ_５は水素又はメチル基、Ｒ_６、Ｒ_７は炭素数１〜３のアルキル基あるいはヒドロキシアルキル基、Ｘ_２ ⁻は陰イオンをそれぞれ表わす。
一般式（３）
ここでＲ_８は水素、メチル基またはカルボキシメチル基、ＡはＳＯ_３、Ｃ_６Ｈ_４ＳＯ_３、ＣＯＮＨＣ（ＣＨ_３）_２ＣＨ_２ＳＯ_３、Ｃ_６Ｈ_４ＣＯＯあるいはＣＯＯ、Ｒ_９は水素またはＣＯＯＹ_２、Ｙ_１あるいはＹ_２は水素または陽イオンをそれぞれ表わす。
前記イオン性高分子組成物の形態が油中水型エマルジョンであることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の廃棄物の処理方法。