JP3697701B2 - 汚泥脱水剤 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、汚泥脱水剤に関する。さらに詳しくは、本発明は、凝集性及びろ過性に優れ、機械脱水後、含水率が低くろ布からの剥離性の良好な脱水ケーキを得ることができる汚泥脱水剤に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、汚泥の脱水処理には、高分子量のカチオン性ポリマーが広く用いられている。このような高分子量のカチオン性ポリマーとしては、例えば、ジメチルアミノエチル（メタ）アクリレートの３級塩又は４級アンモニウム塩のホモポリマー、ジメチルアミノエチル（メタ）アクリレートとアクリルアミドなどとのコポリマーなどのほか、カチオン性単位とアクリル酸などのアニオン性単位を有する両性高分子脱水剤なども用いられている。
しかしながら、近年、下水道の整備などにより、汚泥発生量が増加し、汚泥中の有機物量の増加、腐敗などの汚泥性状の悪化が進んでいる。そのために、現在主として使用されている上記のようなカチオン性ポリマーには以下のような問題があり、処理方法の改善が求められている。すなわち、(１)凝集フロックは大きいが、強度が弱い。そのため、重力ろ過性が悪く汚泥の処理量が上がらず、汚泥のＳＳが分離液にリークし、ろ布からのケーキの剥離性が悪く脱水機の運転トラブルを起こしやすい。(２)ケーキ含水率が下がらない。そのため、ケーキの埋め立て処分の場合には、ケーキの運搬費用が嵩み、焼却の場合には、焼却炉のトラブルを起こしやすく、焼却のための燃料費が嵩む。(３)汚泥の脱水処理が安定しない。
これらの問題を解決するため、特開平５−１９２５１３号公報にはアミジン構造を有するカチオン性ポリマーが提案されているが、脱水ケーキの含水率は従来用いられていたカチオン性ポリマーを使用した場合より減少するものの、凝集性は従来のポリマーを使用した場合に比べて劣り、凝集フロックは小さい。そのため、重力ろ過性が悪く、汚泥の処理量が上がらず、脱水処理が安定しないという欠点がある。また、特公昭６３−９５２３号公報には部分的にポリビニルアミン構造を有するカチオン性ポリマーが提案されていて、このポリマーによって凝集性は改善することができるが、凝集性の向上に伴い含水率が減少しなくなるという問題がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、ろ過性の良好な強度の大きい凝集フロックを形成し、ろ過に際して、含水率が低くろ布からの剥離性の良好なケーキが得られ、安定して汚泥の脱水処理を行うことができる汚泥脱水剤を提供することを目的としてなされたものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、アミジン単位を有するカチオン性ポリマーとビニルアミン単位を有するカチオン性ポリマーを併用することにより、汚泥の処理において凝集性と脱水性を同時に改良し得ることを見いだし、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、
（１）Ｎ−ビニルカルボン酸アミド若しくはＮ−イソプロペニルカルボン酸アミドと（メタ）アクリロニトリルとのコポリマー又はＮ−ビニルカルボン酸アミド若しくはＮ−イソプロペニルカルボン酸アミドと（メタ）アクリロニトリルを必須成分とするコポリマーを加水分解及びアミジン化することによって得られるアミジン単位を有するカチオン性ポリマー（ａ）と、Ｎ−ビニルカルボン酸アミド若しくはＮ−イソプロペニルカルボン酸アミドのホモポリマー又はＮ−ビニルカルボン酸アミド若しくはＮ−イソプロペニルカルボン酸アミドを必須成分とするコポリマーを加水分解することによって得られるビニルアミン単位又はイソプロペニルアミン単位を有するカチオン性ポリマー（ｂ）とを、（ａ）：（ｂ）＝１０：９０〜９０：１０（重量比）の比率で含有することを特徴とする汚泥脱水剤、
（２）アミジン単位を有するカチオン性ポリマー（ａ）が、下記一般式［１］で示される単位を２０〜９０モル％、下記一般式［２］で示される単位を０〜８０モル％、下記一般式［３］で示される単位を０〜５０モル％、下記一般式［４］で示される単位を０〜５０モル％有するものである第 ( １ ) 項記載の汚泥脱水剤
【化３】
（ただし、式中、Ｒ 1 及びＲ 2 は水素又はメチル基であり、Ｒ 3 は水素又は炭素数１〜４のアルキル基である。）、及び、
（３）ビニルアミン単位又はイソプロペニルアミン単位を有するカチオン性ポリマー（ｂ）が、下記一般式［２］で示される単位を３５〜１００モル％、下記一般式［３］で示さ れる単位を０〜６５モル％有するものである第 ( １ ) 〜 ( ２ ) 項記載の汚泥脱水剤
【化４】
（ただし、式中、Ｒ 1 は水素又はメチル基であり、Ｒ 3 は水素又は炭素数１〜４のアルキル基である。）、
を提供するものである。
さらに、本発明の好ましい態様として、
（４）１Ｎ塩化ナトリウム水溶液を溶媒として３０℃で測定したアミジン単位を有するカチオン性ポリマー（ａ）の固有粘度が、１dl／ｇ以上である第(１)〜(３)項記載の汚泥脱水剤、及び、
（５）１Ｎ塩化ナトリウム水溶液を溶媒として３０℃で測定したビニルアミン単位又はイソプロペニルアミン単位を有するカチオン性ポリマー（ｂ）の固有粘度が、４dl／ｇ以上である第(１)〜(４)項記載の汚泥脱水剤、
を挙げることができる。
【０００５】
本発明において、アミジン単位を有するカチオン性ポリマー（ａ）は、
(１)Ｎ−ビニルカルボン酸アミド又はＮ−イソプロペニルカルボン酸アミド
【化７】
（ただし、式中、Ｒ1は水素又はメチル基、Ｒ3は水素又は炭素数１〜４のアルキル基である。）、
(２)（メタ）アクリロニトリル
ＣＨ2＝ＣＲ2−ＣＮ
（ただし、式中、Ｒ2は水素又はメチル基である。）、
及び、必要に応じて、
(３)他の共重合可能なモノマー、
を共重合し、得られたコポリマーを加水分解及びアミジン化することによって得ることができる。
本発明に用いるＮ−ビニルカルボン酸アミドとしては、例えば、Ｎ−ビニルホルムアミド、Ｎ−ビニルアセトアミド、Ｎ−ビニルプロピオンアミド、Ｎ−ビニルブチルアミド、Ｎ−ビニルバレルアミドなどを挙げることができる。Ｎ−イソプロペニルカルボン酸アミドとしては、例えば、Ｎ−イソプロペニルホルムアミド、Ｎ−イソプロペニルアセトアミド、Ｎ−イソプロペニルプロピオンアミド、Ｎ−イソプロペニルブチルアミド、Ｎ−イソプロペニルバレルアミドなどを挙げることができる。本発明においては、必要に応じてＮ−ビニルカルボン酸アミド又はＮ−イソプロペニルカルボン酸アミドの代わりに、Ｎ−ビニルこはく酸イミド、Ｎ−ビニルグルタルイミド、Ｎ−イソプロペニルこはく酸イミド、Ｎ−イソプロペニルグルタルイミドなどのＮ−ビニルカルボン酸イミド又はＮ−イソプロペニルカルボン酸イミドを使用することができる。
本発明に用いる上記の他の共重合可能なモノマーとしては、適当なモノマー反応性比を有するものであれば制限なく使用することができ、例えば、（メタ）アクリルアミド、スチレン、メチル（メタ）アクリレート、エチル（メタ）アクリレート、酢酸ビニル、Ｎ−ビニルピロリドンなどのノニオン性モノマー、（メタ）アクリル酸又はそのアルカリ金属塩、ビニルスルホン酸、２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸、スチレンスルホン酸などのスルホン基を有するモノマー又はそのアルカリ金属塩などのアニオン性モノマー、ジメチルアミノエチル（メタ）アクリレート、ジメチルアミノプロピル（メタ）アクリルアミドなどの３級塩若しくは４級アンモニウム塩などのカチオン性モノマーなどを挙げることができる。
【０００６】
本発明において、重合方法には特に制限はなく、使用するモノマー及び生成するポリマーの溶解性などに応じて、溶液重合、懸濁重合、乳化重合などを選ぶことができる。例えば、使用するモノマーも生成するポリマーも水溶性であれば、水溶液重合が可能であり、モノマーを水に溶解し、不活性ガスをバブリングし、所定温度まで昇温したのち水溶性重合開始剤を添加することによってポリマーを得ることができる。水溶液重合により得られたポリマーは、そのまま又は単離したのち、加水分解及びアミジン化反応に供することができる。また、使用するモノマーの水への溶解度が小さいときは、懸濁重合、乳化重合などを用いることができる。乳化重合においては、水中にモノマー、乳化剤、水溶性の重合開始剤などを加え、不活性ガス雰囲気中で撹拌下に加熱することによりポリマーを得ることができる。重合開始剤としては、過硫酸アンモニウム、過硫酸カリウム、２,２'−アゾビス（２−アミジノプロパン）二塩酸塩など、一般的な開始剤を用いることができるが、アゾ系化合物が特に好ましい。
本発明において、上記のポリマーの水溶液を酸又はアルカリの存在下に加熱することにより、ポリマー中の酸アミド単位を加水分解してアミン単位とし、さらにアミン単位と隣接するニトリル単位の反応により一般式［１］で示されるアミジン単位を生成するアミジン化反応を行う。加水分解及びアミジン化反応は２段階で行うことができるが、通常は１段階で行うことが好ましい。ポリマーの構造と目的の加水分解率及びアミジン化率に応じて、反応条件を選択することが可能である。通常は上記のポリマーを５〜８０重量％の水溶液又は水分散液とし、酸アミド単位に対し１〜５当量倍の酸、又は酸アミド単位に対し１〜５当量倍のアルカリを加え、４０〜１００℃に加熱することにより加水分解及びアミジン化反応を行うことができる。酸による加水分解及びアミジン化反応を行った場合には、得られるカチオン性ポリマーのアミノ基はアンモニウム塩を形成し、アルカリによる加水分解及びアミジン化反応を行った場合には、得られるカチオン性ポリマーのアミノ基は遊離の形態となる。なお、前記の共重合可能なビニルモノマーのうち、（メタ）アクリルアミド類及び（メタ）アクリレート類に由来するポリマー中の構造単位は、加水分解によって一部は（メタ）アクリル酸単位に変化する。
本発明の汚泥脱水剤において、カチオン性ポリマー（ａ）中の一般式［１］で示されるアミジン単位は、ポリマー中の全構造単位の２０〜９０モル％であることが好ましく、５０〜９０モル％であることがさらに好ましい。一般式［１］で示されるアミジン単位が、ポリマー中の全構造単位の２０モル％未満であると、汚泥脱水剤としての含水率減少効果が低下し、一般式［１］で示されるアミジン単位が、ポリマー中の全構造単位の９０モル％を超えるポリマーは製造が容易ではない。
本発明に用いるアミジン単位を有するカチオン性ポリマー（ａ）は、高分子量であることが好ましく、分子量の指標となる１Ｎ塩化ナトリウム水溶液を溶媒として３０℃で測定した固有粘度が１dl／ｇ以上であることが好ましく、３dl／ｇ以上であることがさらに好ましい。
【０００７】
本発明において、ビニルアミン単位又はイソプロペニルアミン単位を有するカチオン性ポリマー（ｂ）は、
（１）Ｎ−ビニルカルボン酸アミド又はＮ−イソプロペニルカルボン酸アミド
【化８】
（ただし、式中、Ｒ1は水素又はメチル基、Ｒ3は水素又は炭素数１〜４のアルキル基である。）、及び、必要に応じて、
(２)他の共重合可能なモノマー、
を共重合し、得られたポリマーを加水分解することによって得ることができる。
Ｎ−ビニルカルボン酸アミド又はＮ−イソプロペニルカルボン酸アミドとしては、アミジン単位を有するカチオン性ポリマーの製造に用いるのと全く同じ化合物を使用することができ、例えば、Ｎ−ビニルホルムアミド、Ｎ−ビニルアセトアミド、Ｎ−ビニルプロピオンアミド、Ｎ−ビニルブチルアミド、Ｎ−ビニルバレルアミド、Ｎ−イソプロペニルホルムアミド、Ｎ−イソプロペニルアセトアミド、Ｎ−イソプロペニルプロピオンアミド、Ｎ−イソプロペニルブチルアミド、Ｎ−イソプロペニルバレルアミドなどを使用することができる。また、必要に応じてＮ−ビニルカルボン酸アミド又はＮ−イソプロペニルカルボン酸アミドの代わりに、Ｎ−ビニルカルボン酸イミド又はＮ−イソプロペニルカルボン酸イミドを使用することができる。
本発明に用いる上記の他の共重合可能なモノマーとしては、適当なモノマー反応性比を有するものであれば制限なく使用することができ、例えば、（メタ）アクリルアミド、スチレン、メチル（メタ）アクリレート、エチル（メタ）アクリレート、酢酸ビニル、アクリロニトリル、Ｎ−ビニルピロリドンなどのノニオン性モノマー、（メタ）アクリル酸又はそのアルカリ金属塩、ビニルスルホン酸、２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸、スチレンスルホン酸などのスルホン基を有するモノマー又はそのアルカリ金属塩などのアニオン性モノマー、ジメチルアミノエチル（メタ）アクリレート、ジメチルアミノプロピル（メタ）アクリルアミドなどの３級塩若しくは４級アンモニウム塩などのカチオン性モノマーなどを挙げることができる。
【０００８】
本発明において、上記のモノマーを重合する方法には特に制限はなく、使用するモノマー及び生成するポリマーの溶解性などに応じて、溶液重合、懸濁重合、乳化重合などを選ぶことができる。得られたポリマーの水溶液を酸又はアルカリの存在下に加熱することにより、ポリマー中の酸アミド単位を加水分解して一般式［２］で示されるアミン単位とする。本発明においては、ポリマーの構造と目的の加水分解率に応じて、反応条件を選択することが可能である。通常は上記のポリマーを５〜８０重量％の水溶液又は水分散液とし、酸アミド単位に対し１〜５当量倍の酸、又は酸アミド単位に対し１〜５当量倍のアルカリを加え、４０〜１００℃に加熱することにより加水分解を行うことができる。酸による加水分解を行った場合には、得られるカチオン性ポリマーのアミノ基はアンモニウム塩を形成し、アルカリによる加水分解を行った場合には、得られるカチオン性ポリマーのアミノ基は遊離の形態となる。なお、前記の共重合可能なビニルモノマーのうち、（メタ）アクリルアミド類及び（メタ）アクリレート類に由来するポリマー中の構造単位は、加水分解によって一部が（メタ）アクリル酸単位に変化する。
本発明に用いるビニルアミン単位又はイソプロペニルアミン単位を有するカチオン性ポリマーにおいて、一般式［２］で示されるビニルアミン単位又はイソプロペニルアミン単位は、ポリマー中の全構造単位の３５〜１００モル％であることが好ましく、６０〜８０モル％であることがさらに好ましい。一般式［２］で示されるビニルアミン単位又はイソプロペニルアミン単位が、全構造単位の３５モル％未満であると、汚泥脱水剤としての凝集性能が低下する。
本発明に用いるビニルアミン単位又はイソプロペニルアミン単位を有するカチオン性ポリマーは、高分子量であることが好ましく、分子量の指標となる１Ｎ塩化ナトリウム水溶液を溶媒として３０℃で測定した固有粘度が４dl／ｇ以上であることが好ましく、５dl／ｇ以上であることがさらに好ましい。
【０００９】
本発明において、アミジン単位を有するカチオン性ポリマー（ａ）及びビニルアミン単位又はイソプロペニルアミン単位を有するポリマー（ｂ）は、アミジン化反応又は加水分解を終了した水溶液のまま又は濃縮若しくは希釈した水溶液として、排水の凝集剤、汚泥の脱水剤、紙用添加剤などに使用することができ、あるいは、カチオン性ポリマーの水溶液をアセトンなどの有機溶媒と混合し、カチオン性ポリマーを沈殿せしめた後、分離、乾燥して粉末化し、あるいはエマルションなどとして使用することができる。
本発明の汚泥脱水剤は、アミジン単位を有するカチオン性ポリマー（ａ）と、ビニルアミン単位又はイソプロペニルアミン単位を有するカチオン性ポリマー（ｂ）とを、（ａ）：（ｂ）＝１０：９０〜９０：１０（重量比）の比率で含有する。アミジン単位を有するカチオン性ポリマーの含有率が、（ａ）：（ｂ）＝１０：９０（重量比）より少ないと、脱水ケーキの含水率が十分に減少しないおそれがある。アミジン単位を有するカチオン性ポリマーの含有率が、（ａ）：（ｂ）＝９０：１０（重量比）より多いと、フロックの凝集性が十分に向上しないおそれがある。
本発明の汚泥脱水剤を使用する対象となる汚泥には特に制限はなく、下水、屎尿、一般産業排水処理で生じる有機性汚泥や、凝集汚泥を含む混合汚泥などに広く好適に使用することができる。
本発明の汚泥脱水剤は、アミジン単位を有するカチオン性ポリマー（ａ）と、ビニルアミン単位又はイソプロペニルアミン単位を有するカチオン性ポリマー（ｂ）とを、粉末、エマルション、水溶液などの状態で混合して使用することができ、あるいは、アミジン単位を有するカチオン性ポリマー（ａ）と、ビニルアミン単位又はイソプロペニルアミン単位を有するカチオン性ポリマー（ｂ）とを、粉末、エマルション又は水溶液の状態で、別々に汚泥に添加し、汚泥中で混合することにより使用することができる。例えば、アミジン単位を有するカチオン性ポリマー（ａ）と、ビニルアミン単位又はイソプロペニルアミン単位を有するカチオン性ポリマー（ｂ）とを、同一の溶解タンクで溶解して濃度が０.１〜１重量％の溶液を調製し、この溶液を汚泥に添加することができる。あるいは、いずれかの一方のカチオン性ポリマーを先に汚泥に添加して汚泥を凝集させたのち、他方のカチオン性ポリマーを汚泥に添加してさらに凝集を進めることができる。
本発明の汚泥脱水剤は、他のカチオン性ポリマー、アニオン性ポリマー、両性ポリマーなどと併用することができ、これらを溶解の際に混合し、あるいは各々を別々に汚泥に添加して凝集、脱水に用いることができる。また、本発明の汚泥脱水剤は無機凝集剤と併用することができ、さらに必要に応じて、スルファミン酸などの酸性物質を添加することができる。併用する無機凝集剤には特に制限はなく、例えば、硫酸バンド、ポリ塩化アルミニウム、塩化第二鉄、硫酸第一鉄、ポリ硫酸鉄などを挙げることができる。
本発明の汚泥脱水剤により凝集した汚泥の脱水に用いる脱水機には特に制限はなく、通常の汚泥処理に使用される機器を使用することができる。このような脱水機としては、例えば、ベルトプレス脱水機、遠心脱水機、フィルタープレス脱水機、スクリュープレス脱水機、真空脱水機などを挙げることができる。
本発明の汚泥脱水剤においては、アミジン単位を有するカチオン性ポリマーの有する含水率減少効果と、ビニルアミン単位又はイソプロペニルアミン単位を有するカチオン性ポリマーの凝集力の向上効果が相乗的に作用し、汚泥処理において、ろ過性の良好な強度の大きい凝集フロックが形成され、ろ過に際して、含水率が低くろ布からの剥離性の良好なケーキが得られ、安定して汚泥の脱水処理を行うことができる。
【００１０】
【実施例】
以下に、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によりなんら限定されるものではない。
製造例１（アミジン単位を有するカチオン性ポリマー）
撹拌機、還流冷却管、温度計及び窒素導入管をつけた５００mlフラスコに、Ｎ−ビニルホルムアミド３５.５ｇ（０.５モル）、アクリロニトリル２６.５ｇ（０.５モル）及び水３１０ｇを入れ、雰囲気を窒素で置換した。撹拌しつつ６０℃に昇温し、２,２'−アゾビス（２−アミジノプロパン）二塩酸塩の１０％水溶液１.０ｇを添加し、６０℃を保ったまま５時間重合を続けた。水中にポリマーが析出した懸濁液に濃塩酸９８.１ｇ（塩化水素として１.０モル）を加え、加熱して還流しつつ４時間反応し、ポリマーをアミジン化した。得られたポリマー溶液をアセトン中に添加し、析出したポリマーを真空乾燥した。このカチオン性ポリマーの、１Ｎ塩化ナトリウム水溶液を溶媒として３０℃で測定した固有粘度は、４.０dl／ｇであった。また、このカチオン性ポリマーのコロイド当量は、pH＝４において７.５であった。このカチオン性ポリマーを、ポリマーＡとする。
製造例２（ビニルアミン単位を有するカチオン性ポリマー）
撹拌機、還流冷却管、温度計及び窒素導入管をつけた５００mlフラスコに、Ｎ−ビニルホルムアミド７１.０ｇ（１.０モル）及び水３１０ｇを入れ、雰囲気を窒素で置換した。撹拌しつつ６０℃に昇温し、２,２'−アゾビス（２−アミジノプロパン）二塩酸塩の１０％水溶液１.０ｇを添加し、６０℃を保ったまま５時間重合を続けた。ポリマー溶液に濃塩酸１４７ｇ（塩化水素として１.５モル）を加え、加熱して還流しつつ４時間反応し、ポリマーを加水分解した。得られたポリマー溶液をアセトン中に添加し、析出したポリマーを真空乾燥した。このカチオン性ポリマーの、１Ｎ塩化ナトリウム水溶液を溶媒として３０℃で測定した固有粘度は、５.５dl／ｇであった。また、このカチオン性ポリマーのコロイド当量は、pH＝４において８.６であった。このカチオン性ポリマーを、ポリマーＢとする。
参考例１（４級アンモニウム塩を有するカチオン性ポリマー）
撹拌機、還流冷却管、温度計及び窒素導入管をつけた５００mlフラスコに、ジメチルアミノエチルメタクリレートのメチルクロライド四級化物１０３.８ｇ（０.５モル）及び水３１０ｇを入れ、雰囲気を窒素で置換した。撹拌しつつ６０℃に昇温し、２,２'−アゾビス（２−アミジノプロパン）二塩酸塩の１０％水溶液０.８ｇを添加し、６０℃を保ったまま５時間重合を続けた。得られたポリマー溶液をアセトン中に添加し、析出したポリマーを真空乾燥した。このカチオン性ポリマーの、１Ｎ塩化ナトリウム水溶液を溶媒として３０℃で測定した固有粘度は、５.６dl／ｇであった。また、このカチオン性ポリマーのコロイド当量は、pH＝４において４.８であった。このカチオン性ポリマーを、ポリマーＣとする。
ポリマーＡ、Ｂ及びＣの組成及び物性、並びに実施例及び比較例に用いたポリマー成分を第１表に示す。
【００１１】
【表１】
【００１２】
実施例１
下水・混合生汚泥を用いて凝集及びろ過試験を行った。用いた汚泥の性状は、pH５.４、ＳＳ１.３５重量％、ＶＳＳ／ＳＳ８１.７重量％、繊維分／ＳＳ３.８重量％、電導度１.５４ｍＳ／cmであった。
上記の汚泥２００mlを、３００mlポリビーカーに採り、ポリマーＡ及びポリマーＢの５０／５０（重量比）混合物が０.２重量％になるよう調製したポリマー溶液を、ポリマーの添加率が汚泥中のＳＳに対して０.６重量％になるよう、シリンジを用いて汚泥に加え、タービン羽根を備えた撹拌機で２５０rpm、３０秒撹拌を行った。その時のフロック径を測定した後、ナイロンろ布を敷いたヌッチェロートに内径５０mmの塩化ビニル樹脂製の円筒を置き、その中へ凝集した汚泥を注ぎ込み、メスシリンダーを用いて１０秒後のろ液量を測定した。次にろ布上に残った凝集汚泥をベルトプレス用のポリエステルろ布にとり、１.０kg／cm2で６０秒圧搾した。次にろ布上のケーキをヘラでかきとり、含水率を測定した。ろ布に付着した汚泥は高圧水で洗い落とし、固形物量を測定することにより、ろ布からの剥離性を評価した。結果を第２表に示す。
実施例２〜３及び比較例１〜３
第１表に示す成分のポリマーを用いて、実施例１と全く同じ操作を繰り返した。結果を第２表に示す。
【００１３】
【表２】
【００１４】
本発明の汚泥脱水剤を使用した実施例１〜３においては、１０秒後のろ液量が多く重力ろ過性が良好であり、圧搾テストにおいてもケーキの含水率は７０〜７３重量％と低く、かつ９８重量％以上がろ布から剥離している。これに対して、アミジン単位を有するカチオン性ポリマーのみを用いた比較例１では、ろ過性及び剥離性が劣り、ビニルアミン単位を有するカチオン性ポリマーのみを用いた比較例２では、ケーキの含水率がやや高く、剥離性も劣る。また、４級アンモニウム塩系カチオン性ポリマーを用いた比較例３では、重力ろ過性が著しく劣り、ケーキ含水率が高く、剥離性も不良である。
実施例４〜６及び比較例４〜６
化学工場・余剰汚泥を用いて凝集及びろ過試験を行った。用いた汚泥の性状は、pH６.７、ＳＳ０.７０重量％、ＶＳＳ／ＳＳ８３.９重量％、繊維分／ＳＳ１.５重量％、電導度１.９９ｍＳ／cmであった。なお、試験は実施例１と全く同じ方法により行った。結果を第３表に示す。
【００１５】
【表３】
【００１６】
本発明の汚泥脱水剤を使用した実施例４〜６においては、１０秒後のろ液量が多く重力ろ過性が良好であり、圧搾テストにおいてもケーキの含水率は８２〜８３重量％と低く、かつ９５重量％がろ布から剥離している。これに対して、アミジン単位を有するカチオン性ポリマーのみを用いた比較例４では、凝集フロックが小さく、ろ過性が劣る。ビニルアミン単位を有するカチオン性ポリマーのみを用いた比較例５は、含水率が高く、剥離性に劣っている。また、４級アンモニウム塩系カチオン性ポリマーを用いた比較例６は、重力ろ過性が著しく劣り、含水率が高く、剥離性も極端に不良である。
【００１７】
【発明の効果】
本発明の汚泥脱水剤を使用すると、凝集力が高く汚泥の処理量が上がり、含水率の低い脱水ケーキを得ることができ、さらに、ろ布からのケーキ剥離性がよいので圧搾圧力を高くすることができ、その結果からもケーキ含水率を下げることができる。
【産業上の利用分野】
本発明は、汚泥脱水剤に関する。さらに詳しくは、本発明は、凝集性及びろ過性に優れ、機械脱水後、含水率が低くろ布からの剥離性の良好な脱水ケーキを得ることができる汚泥脱水剤に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、汚泥の脱水処理には、高分子量のカチオン性ポリマーが広く用いられている。このような高分子量のカチオン性ポリマーとしては、例えば、ジメチルアミノエチル（メタ）アクリレートの３級塩又は４級アンモニウム塩のホモポリマー、ジメチルアミノエチル（メタ）アクリレートとアクリルアミドなどとのコポリマーなどのほか、カチオン性単位とアクリル酸などのアニオン性単位を有する両性高分子脱水剤なども用いられている。
しかしながら、近年、下水道の整備などにより、汚泥発生量が増加し、汚泥中の有機物量の増加、腐敗などの汚泥性状の悪化が進んでいる。そのために、現在主として使用されている上記のようなカチオン性ポリマーには以下のような問題があり、処理方法の改善が求められている。すなわち、(１)凝集フロックは大きいが、強度が弱い。そのため、重力ろ過性が悪く汚泥の処理量が上がらず、汚泥のＳＳが分離液にリークし、ろ布からのケーキの剥離性が悪く脱水機の運転トラブルを起こしやすい。(２)ケーキ含水率が下がらない。そのため、ケーキの埋め立て処分の場合には、ケーキの運搬費用が嵩み、焼却の場合には、焼却炉のトラブルを起こしやすく、焼却のための燃料費が嵩む。(３)汚泥の脱水処理が安定しない。
これらの問題を解決するため、特開平５−１９２５１３号公報にはアミジン構造を有するカチオン性ポリマーが提案されているが、脱水ケーキの含水率は従来用いられていたカチオン性ポリマーを使用した場合より減少するものの、凝集性は従来のポリマーを使用した場合に比べて劣り、凝集フロックは小さい。そのため、重力ろ過性が悪く、汚泥の処理量が上がらず、脱水処理が安定しないという欠点がある。また、特公昭６３−９５２３号公報には部分的にポリビニルアミン構造を有するカチオン性ポリマーが提案されていて、このポリマーによって凝集性は改善することができるが、凝集性の向上に伴い含水率が減少しなくなるという問題がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、ろ過性の良好な強度の大きい凝集フロックを形成し、ろ過に際して、含水率が低くろ布からの剥離性の良好なケーキが得られ、安定して汚泥の脱水処理を行うことができる汚泥脱水剤を提供することを目的としてなされたものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、アミジン単位を有するカチオン性ポリマーとビニルアミン単位を有するカチオン性ポリマーを併用することにより、汚泥の処理において凝集性と脱水性を同時に改良し得ることを見いだし、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、
（１）Ｎ−ビニルカルボン酸アミド若しくはＮ−イソプロペニルカルボン酸アミドと（メタ）アクリロニトリルとのコポリマー又はＮ−ビニルカルボン酸アミド若しくはＮ−イソプロペニルカルボン酸アミドと（メタ）アクリロニトリルを必須成分とするコポリマーを加水分解及びアミジン化することによって得られるアミジン単位を有するカチオン性ポリマー（ａ）と、Ｎ−ビニルカルボン酸アミド若しくはＮ−イソプロペニルカルボン酸アミドのホモポリマー又はＮ−ビニルカルボン酸アミド若しくはＮ−イソプロペニルカルボン酸アミドを必須成分とするコポリマーを加水分解することによって得られるビニルアミン単位又はイソプロペニルアミン単位を有するカチオン性ポリマー（ｂ）とを、（ａ）：（ｂ）＝１０：９０〜９０：１０（重量比）の比率で含有することを特徴とする汚泥脱水剤、
（２）アミジン単位を有するカチオン性ポリマー（ａ）が、下記一般式［１］で示される単位を２０〜９０モル％、下記一般式［２］で示される単位を０〜８０モル％、下記一般式［３］で示される単位を０〜５０モル％、下記一般式［４］で示される単位を０〜５０モル％有するものである第 ( １ ) 項記載の汚泥脱水剤
【化３】
（３）ビニルアミン単位又はイソプロペニルアミン単位を有するカチオン性ポリマー（ｂ）が、下記一般式［２］で示される単位を３５〜１００モル％、下記一般式［３］で示さ れる単位を０〜６５モル％有するものである第 ( １ ) 〜 ( ２ ) 項記載の汚泥脱水剤
【化４】
を提供するものである。
さらに、本発明の好ましい態様として、
（４）１Ｎ塩化ナトリウム水溶液を溶媒として３０℃で測定したアミジン単位を有するカチオン性ポリマー（ａ）の固有粘度が、１dl／ｇ以上である第(１)〜(３)項記載の汚泥脱水剤、及び、
（５）１Ｎ塩化ナトリウム水溶液を溶媒として３０℃で測定したビニルアミン単位又はイソプロペニルアミン単位を有するカチオン性ポリマー（ｂ）の固有粘度が、４dl／ｇ以上である第(１)〜(４)項記載の汚泥脱水剤、
を挙げることができる。
【０００５】
本発明において、アミジン単位を有するカチオン性ポリマー（ａ）は、
(１)Ｎ−ビニルカルボン酸アミド又はＮ−イソプロペニルカルボン酸アミド
【化７】
(２)（メタ）アクリロニトリル
ＣＨ2＝ＣＲ2−ＣＮ
（ただし、式中、Ｒ2は水素又はメチル基である。）、
及び、必要に応じて、
(３)他の共重合可能なモノマー、
を共重合し、得られたコポリマーを加水分解及びアミジン化することによって得ることができる。
本発明に用いるＮ−ビニルカルボン酸アミドとしては、例えば、Ｎ−ビニルホルムアミド、Ｎ−ビニルアセトアミド、Ｎ−ビニルプロピオンアミド、Ｎ−ビニルブチルアミド、Ｎ−ビニルバレルアミドなどを挙げることができる。Ｎ−イソプロペニルカルボン酸アミドとしては、例えば、Ｎ−イソプロペニルホルムアミド、Ｎ−イソプロペニルアセトアミド、Ｎ−イソプロペニルプロピオンアミド、Ｎ−イソプロペニルブチルアミド、Ｎ−イソプロペニルバレルアミドなどを挙げることができる。本発明においては、必要に応じてＮ−ビニルカルボン酸アミド又はＮ−イソプロペニルカルボン酸アミドの代わりに、Ｎ−ビニルこはく酸イミド、Ｎ−ビニルグルタルイミド、Ｎ−イソプロペニルこはく酸イミド、Ｎ−イソプロペニルグルタルイミドなどのＮ−ビニルカルボン酸イミド又はＮ−イソプロペニルカルボン酸イミドを使用することができる。
本発明に用いる上記の他の共重合可能なモノマーとしては、適当なモノマー反応性比を有するものであれば制限なく使用することができ、例えば、（メタ）アクリルアミド、スチレン、メチル（メタ）アクリレート、エチル（メタ）アクリレート、酢酸ビニル、Ｎ−ビニルピロリドンなどのノニオン性モノマー、（メタ）アクリル酸又はそのアルカリ金属塩、ビニルスルホン酸、２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸、スチレンスルホン酸などのスルホン基を有するモノマー又はそのアルカリ金属塩などのアニオン性モノマー、ジメチルアミノエチル（メタ）アクリレート、ジメチルアミノプロピル（メタ）アクリルアミドなどの３級塩若しくは４級アンモニウム塩などのカチオン性モノマーなどを挙げることができる。
【０００６】
本発明において、重合方法には特に制限はなく、使用するモノマー及び生成するポリマーの溶解性などに応じて、溶液重合、懸濁重合、乳化重合などを選ぶことができる。例えば、使用するモノマーも生成するポリマーも水溶性であれば、水溶液重合が可能であり、モノマーを水に溶解し、不活性ガスをバブリングし、所定温度まで昇温したのち水溶性重合開始剤を添加することによってポリマーを得ることができる。水溶液重合により得られたポリマーは、そのまま又は単離したのち、加水分解及びアミジン化反応に供することができる。また、使用するモノマーの水への溶解度が小さいときは、懸濁重合、乳化重合などを用いることができる。乳化重合においては、水中にモノマー、乳化剤、水溶性の重合開始剤などを加え、不活性ガス雰囲気中で撹拌下に加熱することによりポリマーを得ることができる。重合開始剤としては、過硫酸アンモニウム、過硫酸カリウム、２,２'−アゾビス（２−アミジノプロパン）二塩酸塩など、一般的な開始剤を用いることができるが、アゾ系化合物が特に好ましい。
本発明において、上記のポリマーの水溶液を酸又はアルカリの存在下に加熱することにより、ポリマー中の酸アミド単位を加水分解してアミン単位とし、さらにアミン単位と隣接するニトリル単位の反応により一般式［１］で示されるアミジン単位を生成するアミジン化反応を行う。加水分解及びアミジン化反応は２段階で行うことができるが、通常は１段階で行うことが好ましい。ポリマーの構造と目的の加水分解率及びアミジン化率に応じて、反応条件を選択することが可能である。通常は上記のポリマーを５〜８０重量％の水溶液又は水分散液とし、酸アミド単位に対し１〜５当量倍の酸、又は酸アミド単位に対し１〜５当量倍のアルカリを加え、４０〜１００℃に加熱することにより加水分解及びアミジン化反応を行うことができる。酸による加水分解及びアミジン化反応を行った場合には、得られるカチオン性ポリマーのアミノ基はアンモニウム塩を形成し、アルカリによる加水分解及びアミジン化反応を行った場合には、得られるカチオン性ポリマーのアミノ基は遊離の形態となる。なお、前記の共重合可能なビニルモノマーのうち、（メタ）アクリルアミド類及び（メタ）アクリレート類に由来するポリマー中の構造単位は、加水分解によって一部は（メタ）アクリル酸単位に変化する。
本発明の汚泥脱水剤において、カチオン性ポリマー（ａ）中の一般式［１］で示されるアミジン単位は、ポリマー中の全構造単位の２０〜９０モル％であることが好ましく、５０〜９０モル％であることがさらに好ましい。一般式［１］で示されるアミジン単位が、ポリマー中の全構造単位の２０モル％未満であると、汚泥脱水剤としての含水率減少効果が低下し、一般式［１］で示されるアミジン単位が、ポリマー中の全構造単位の９０モル％を超えるポリマーは製造が容易ではない。
本発明に用いるアミジン単位を有するカチオン性ポリマー（ａ）は、高分子量であることが好ましく、分子量の指標となる１Ｎ塩化ナトリウム水溶液を溶媒として３０℃で測定した固有粘度が１dl／ｇ以上であることが好ましく、３dl／ｇ以上であることがさらに好ましい。
【０００７】
本発明において、ビニルアミン単位又はイソプロペニルアミン単位を有するカチオン性ポリマー（ｂ）は、
（１）Ｎ−ビニルカルボン酸アミド又はＮ−イソプロペニルカルボン酸アミド
【化８】
(２)他の共重合可能なモノマー、
を共重合し、得られたポリマーを加水分解することによって得ることができる。
Ｎ−ビニルカルボン酸アミド又はＮ−イソプロペニルカルボン酸アミドとしては、アミジン単位を有するカチオン性ポリマーの製造に用いるのと全く同じ化合物を使用することができ、例えば、Ｎ−ビニルホルムアミド、Ｎ−ビニルアセトアミド、Ｎ−ビニルプロピオンアミド、Ｎ−ビニルブチルアミド、Ｎ−ビニルバレルアミド、Ｎ−イソプロペニルホルムアミド、Ｎ−イソプロペニルアセトアミド、Ｎ−イソプロペニルプロピオンアミド、Ｎ−イソプロペニルブチルアミド、Ｎ−イソプロペニルバレルアミドなどを使用することができる。また、必要に応じてＮ−ビニルカルボン酸アミド又はＮ−イソプロペニルカルボン酸アミドの代わりに、Ｎ−ビニルカルボン酸イミド又はＮ−イソプロペニルカルボン酸イミドを使用することができる。
本発明に用いる上記の他の共重合可能なモノマーとしては、適当なモノマー反応性比を有するものであれば制限なく使用することができ、例えば、（メタ）アクリルアミド、スチレン、メチル（メタ）アクリレート、エチル（メタ）アクリレート、酢酸ビニル、アクリロニトリル、Ｎ−ビニルピロリドンなどのノニオン性モノマー、（メタ）アクリル酸又はそのアルカリ金属塩、ビニルスルホン酸、２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸、スチレンスルホン酸などのスルホン基を有するモノマー又はそのアルカリ金属塩などのアニオン性モノマー、ジメチルアミノエチル（メタ）アクリレート、ジメチルアミノプロピル（メタ）アクリルアミドなどの３級塩若しくは４級アンモニウム塩などのカチオン性モノマーなどを挙げることができる。
【０００８】
本発明において、上記のモノマーを重合する方法には特に制限はなく、使用するモノマー及び生成するポリマーの溶解性などに応じて、溶液重合、懸濁重合、乳化重合などを選ぶことができる。得られたポリマーの水溶液を酸又はアルカリの存在下に加熱することにより、ポリマー中の酸アミド単位を加水分解して一般式［２］で示されるアミン単位とする。本発明においては、ポリマーの構造と目的の加水分解率に応じて、反応条件を選択することが可能である。通常は上記のポリマーを５〜８０重量％の水溶液又は水分散液とし、酸アミド単位に対し１〜５当量倍の酸、又は酸アミド単位に対し１〜５当量倍のアルカリを加え、４０〜１００℃に加熱することにより加水分解を行うことができる。酸による加水分解を行った場合には、得られるカチオン性ポリマーのアミノ基はアンモニウム塩を形成し、アルカリによる加水分解を行った場合には、得られるカチオン性ポリマーのアミノ基は遊離の形態となる。なお、前記の共重合可能なビニルモノマーのうち、（メタ）アクリルアミド類及び（メタ）アクリレート類に由来するポリマー中の構造単位は、加水分解によって一部が（メタ）アクリル酸単位に変化する。
本発明に用いるビニルアミン単位又はイソプロペニルアミン単位を有するカチオン性ポリマーにおいて、一般式［２］で示されるビニルアミン単位又はイソプロペニルアミン単位は、ポリマー中の全構造単位の３５〜１００モル％であることが好ましく、６０〜８０モル％であることがさらに好ましい。一般式［２］で示されるビニルアミン単位又はイソプロペニルアミン単位が、全構造単位の３５モル％未満であると、汚泥脱水剤としての凝集性能が低下する。
本発明に用いるビニルアミン単位又はイソプロペニルアミン単位を有するカチオン性ポリマーは、高分子量であることが好ましく、分子量の指標となる１Ｎ塩化ナトリウム水溶液を溶媒として３０℃で測定した固有粘度が４dl／ｇ以上であることが好ましく、５dl／ｇ以上であることがさらに好ましい。
【０００９】
本発明において、アミジン単位を有するカチオン性ポリマー（ａ）及びビニルアミン単位又はイソプロペニルアミン単位を有するポリマー（ｂ）は、アミジン化反応又は加水分解を終了した水溶液のまま又は濃縮若しくは希釈した水溶液として、排水の凝集剤、汚泥の脱水剤、紙用添加剤などに使用することができ、あるいは、カチオン性ポリマーの水溶液をアセトンなどの有機溶媒と混合し、カチオン性ポリマーを沈殿せしめた後、分離、乾燥して粉末化し、あるいはエマルションなどとして使用することができる。
本発明の汚泥脱水剤は、アミジン単位を有するカチオン性ポリマー（ａ）と、ビニルアミン単位又はイソプロペニルアミン単位を有するカチオン性ポリマー（ｂ）とを、（ａ）：（ｂ）＝１０：９０〜９０：１０（重量比）の比率で含有する。アミジン単位を有するカチオン性ポリマーの含有率が、（ａ）：（ｂ）＝１０：９０（重量比）より少ないと、脱水ケーキの含水率が十分に減少しないおそれがある。アミジン単位を有するカチオン性ポリマーの含有率が、（ａ）：（ｂ）＝９０：１０（重量比）より多いと、フロックの凝集性が十分に向上しないおそれがある。
本発明の汚泥脱水剤を使用する対象となる汚泥には特に制限はなく、下水、屎尿、一般産業排水処理で生じる有機性汚泥や、凝集汚泥を含む混合汚泥などに広く好適に使用することができる。
本発明の汚泥脱水剤は、アミジン単位を有するカチオン性ポリマー（ａ）と、ビニルアミン単位又はイソプロペニルアミン単位を有するカチオン性ポリマー（ｂ）とを、粉末、エマルション、水溶液などの状態で混合して使用することができ、あるいは、アミジン単位を有するカチオン性ポリマー（ａ）と、ビニルアミン単位又はイソプロペニルアミン単位を有するカチオン性ポリマー（ｂ）とを、粉末、エマルション又は水溶液の状態で、別々に汚泥に添加し、汚泥中で混合することにより使用することができる。例えば、アミジン単位を有するカチオン性ポリマー（ａ）と、ビニルアミン単位又はイソプロペニルアミン単位を有するカチオン性ポリマー（ｂ）とを、同一の溶解タンクで溶解して濃度が０.１〜１重量％の溶液を調製し、この溶液を汚泥に添加することができる。あるいは、いずれかの一方のカチオン性ポリマーを先に汚泥に添加して汚泥を凝集させたのち、他方のカチオン性ポリマーを汚泥に添加してさらに凝集を進めることができる。
本発明の汚泥脱水剤は、他のカチオン性ポリマー、アニオン性ポリマー、両性ポリマーなどと併用することができ、これらを溶解の際に混合し、あるいは各々を別々に汚泥に添加して凝集、脱水に用いることができる。また、本発明の汚泥脱水剤は無機凝集剤と併用することができ、さらに必要に応じて、スルファミン酸などの酸性物質を添加することができる。併用する無機凝集剤には特に制限はなく、例えば、硫酸バンド、ポリ塩化アルミニウム、塩化第二鉄、硫酸第一鉄、ポリ硫酸鉄などを挙げることができる。
本発明の汚泥脱水剤により凝集した汚泥の脱水に用いる脱水機には特に制限はなく、通常の汚泥処理に使用される機器を使用することができる。このような脱水機としては、例えば、ベルトプレス脱水機、遠心脱水機、フィルタープレス脱水機、スクリュープレス脱水機、真空脱水機などを挙げることができる。
本発明の汚泥脱水剤においては、アミジン単位を有するカチオン性ポリマーの有する含水率減少効果と、ビニルアミン単位又はイソプロペニルアミン単位を有するカチオン性ポリマーの凝集力の向上効果が相乗的に作用し、汚泥処理において、ろ過性の良好な強度の大きい凝集フロックが形成され、ろ過に際して、含水率が低くろ布からの剥離性の良好なケーキが得られ、安定して汚泥の脱水処理を行うことができる。
【００１０】
【実施例】
以下に、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によりなんら限定されるものではない。
製造例１（アミジン単位を有するカチオン性ポリマー）
撹拌機、還流冷却管、温度計及び窒素導入管をつけた５００mlフラスコに、Ｎ−ビニルホルムアミド３５.５ｇ（０.５モル）、アクリロニトリル２６.５ｇ（０.５モル）及び水３１０ｇを入れ、雰囲気を窒素で置換した。撹拌しつつ６０℃に昇温し、２,２'−アゾビス（２−アミジノプロパン）二塩酸塩の１０％水溶液１.０ｇを添加し、６０℃を保ったまま５時間重合を続けた。水中にポリマーが析出した懸濁液に濃塩酸９８.１ｇ（塩化水素として１.０モル）を加え、加熱して還流しつつ４時間反応し、ポリマーをアミジン化した。得られたポリマー溶液をアセトン中に添加し、析出したポリマーを真空乾燥した。このカチオン性ポリマーの、１Ｎ塩化ナトリウム水溶液を溶媒として３０℃で測定した固有粘度は、４.０dl／ｇであった。また、このカチオン性ポリマーのコロイド当量は、pH＝４において７.５であった。このカチオン性ポリマーを、ポリマーＡとする。
製造例２（ビニルアミン単位を有するカチオン性ポリマー）
撹拌機、還流冷却管、温度計及び窒素導入管をつけた５００mlフラスコに、Ｎ−ビニルホルムアミド７１.０ｇ（１.０モル）及び水３１０ｇを入れ、雰囲気を窒素で置換した。撹拌しつつ６０℃に昇温し、２,２'−アゾビス（２−アミジノプロパン）二塩酸塩の１０％水溶液１.０ｇを添加し、６０℃を保ったまま５時間重合を続けた。ポリマー溶液に濃塩酸１４７ｇ（塩化水素として１.５モル）を加え、加熱して還流しつつ４時間反応し、ポリマーを加水分解した。得られたポリマー溶液をアセトン中に添加し、析出したポリマーを真空乾燥した。このカチオン性ポリマーの、１Ｎ塩化ナトリウム水溶液を溶媒として３０℃で測定した固有粘度は、５.５dl／ｇであった。また、このカチオン性ポリマーのコロイド当量は、pH＝４において８.６であった。このカチオン性ポリマーを、ポリマーＢとする。
参考例１（４級アンモニウム塩を有するカチオン性ポリマー）
撹拌機、還流冷却管、温度計及び窒素導入管をつけた５００mlフラスコに、ジメチルアミノエチルメタクリレートのメチルクロライド四級化物１０３.８ｇ（０.５モル）及び水３１０ｇを入れ、雰囲気を窒素で置換した。撹拌しつつ６０℃に昇温し、２,２'−アゾビス（２−アミジノプロパン）二塩酸塩の１０％水溶液０.８ｇを添加し、６０℃を保ったまま５時間重合を続けた。得られたポリマー溶液をアセトン中に添加し、析出したポリマーを真空乾燥した。このカチオン性ポリマーの、１Ｎ塩化ナトリウム水溶液を溶媒として３０℃で測定した固有粘度は、５.６dl／ｇであった。また、このカチオン性ポリマーのコロイド当量は、pH＝４において４.８であった。このカチオン性ポリマーを、ポリマーＣとする。
ポリマーＡ、Ｂ及びＣの組成及び物性、並びに実施例及び比較例に用いたポリマー成分を第１表に示す。
【００１１】
【表１】
実施例１
下水・混合生汚泥を用いて凝集及びろ過試験を行った。用いた汚泥の性状は、pH５.４、ＳＳ１.３５重量％、ＶＳＳ／ＳＳ８１.７重量％、繊維分／ＳＳ３.８重量％、電導度１.５４ｍＳ／cmであった。
上記の汚泥２００mlを、３００mlポリビーカーに採り、ポリマーＡ及びポリマーＢの５０／５０（重量比）混合物が０.２重量％になるよう調製したポリマー溶液を、ポリマーの添加率が汚泥中のＳＳに対して０.６重量％になるよう、シリンジを用いて汚泥に加え、タービン羽根を備えた撹拌機で２５０rpm、３０秒撹拌を行った。その時のフロック径を測定した後、ナイロンろ布を敷いたヌッチェロートに内径５０mmの塩化ビニル樹脂製の円筒を置き、その中へ凝集した汚泥を注ぎ込み、メスシリンダーを用いて１０秒後のろ液量を測定した。次にろ布上に残った凝集汚泥をベルトプレス用のポリエステルろ布にとり、１.０kg／cm2で６０秒圧搾した。次にろ布上のケーキをヘラでかきとり、含水率を測定した。ろ布に付着した汚泥は高圧水で洗い落とし、固形物量を測定することにより、ろ布からの剥離性を評価した。結果を第２表に示す。
実施例２〜３及び比較例１〜３
第１表に示す成分のポリマーを用いて、実施例１と全く同じ操作を繰り返した。結果を第２表に示す。
【００１３】
【表２】
本発明の汚泥脱水剤を使用した実施例１〜３においては、１０秒後のろ液量が多く重力ろ過性が良好であり、圧搾テストにおいてもケーキの含水率は７０〜７３重量％と低く、かつ９８重量％以上がろ布から剥離している。これに対して、アミジン単位を有するカチオン性ポリマーのみを用いた比較例１では、ろ過性及び剥離性が劣り、ビニルアミン単位を有するカチオン性ポリマーのみを用いた比較例２では、ケーキの含水率がやや高く、剥離性も劣る。また、４級アンモニウム塩系カチオン性ポリマーを用いた比較例３では、重力ろ過性が著しく劣り、ケーキ含水率が高く、剥離性も不良である。
実施例４〜６及び比較例４〜６
化学工場・余剰汚泥を用いて凝集及びろ過試験を行った。用いた汚泥の性状は、pH６.７、ＳＳ０.７０重量％、ＶＳＳ／ＳＳ８３.９重量％、繊維分／ＳＳ１.５重量％、電導度１.９９ｍＳ／cmであった。なお、試験は実施例１と全く同じ方法により行った。結果を第３表に示す。
【００１５】
【表３】
本発明の汚泥脱水剤を使用した実施例４〜６においては、１０秒後のろ液量が多く重力ろ過性が良好であり、圧搾テストにおいてもケーキの含水率は８２〜８３重量％と低く、かつ９５重量％がろ布から剥離している。これに対して、アミジン単位を有するカチオン性ポリマーのみを用いた比較例４では、凝集フロックが小さく、ろ過性が劣る。ビニルアミン単位を有するカチオン性ポリマーのみを用いた比較例５は、含水率が高く、剥離性に劣っている。また、４級アンモニウム塩系カチオン性ポリマーを用いた比較例６は、重力ろ過性が著しく劣り、含水率が高く、剥離性も極端に不良である。
【００１７】
【発明の効果】
本発明の汚泥脱水剤を使用すると、凝集力が高く汚泥の処理量が上がり、含水率の低い脱水ケーキを得ることができ、さらに、ろ布からのケーキ剥離性がよいので圧搾圧力を高くすることができ、その結果からもケーキ含水率を下げることができる。
Claims (3)
- Ｎ−ビニルカルボン酸アミド若しくはＮ−イソプロペニルカルボン酸アミドと（メタ）アクリロニトリルとのコポリマー又はＮ−ビニルカルボン酸アミド若しくはＮ−イソプロペニルカルボン酸アミドと（メタ）アクリロニトリルを必須成分とするコポリマーを
加水分解及びアミジン化することによって得られるアミジン単位を有するカチオン性ポリマー（ａ）と、Ｎ−ビニルカルボン酸アミド若しくはＮ−イソプロペニルカルボン酸アミドのホモポリマー又はＮ−ビニルカルボン酸アミド若しくはＮ−イソプロペニルカルボン酸アミドを必須成分とするコポリマーを加水分解することによって得られるビニルアミン単位又はイソプロペニルアミン単位を有するカチオン性ポリマー（ｂ）とを、（ａ）：（ｂ）＝１０：９０〜９０：１０（重量比）の比率で含有することを特徴とする汚泥脱水剤。 - アミジン単位を有するカチオン性ポリマー（ａ）が、下記一般式［１］で示される単位を２０〜９０モル％、下記一般式［２］で示される単位を０〜８０モル％、下記一般式［３］で示される単位を０〜５０モル％、下記一般式［４］で示される単位を０〜５０モル％有するものである請求項１記載の汚泥脱水剤
- ビニルアミン単位又はイソプロペニルアミン単位を有するカチオン性ポリマー（ｂ）が、下記一般式［２］で示される単位を３５〜１００モル％、下記一般式［３］で示される単位を０〜６５モル％有するものである請求項１又は２記載の汚泥脱水剤
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