JP4048369B2 - ヘドロ状態の高濃度泥水用脱水剤およびヘドロ状態の高濃度泥水の処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、産業廃棄物処理分野において高比重のヘドロ状態の高濃度泥水の凝集作用を応用した分離処理を行うための泥水用脱水剤、およびこの泥水用脱水剤を用いた産業廃棄物処理分野におけるヘドロ状態の高濃度泥水の処理方法に関する。

様々な環境保全事業が行われている中で、水質事業の一環として進められている産業廃棄物処理分野において、ヘドロ状態の高濃度泥水の処理、処分が社会問題化し、その解決が要求されている。この場合、泥水は脱水され最終的に廃棄処分されるため、できるだけ減溶化される必要があり、泥水からいかに水分を除去するかが最大の課題である。

泥水の脱水処理には、古くからカルシウム、鉄、アルミニウム等の無機系塩類が用いられてきたが、比重が１．１５以上の高濃度の泥水では、前記無機系塩類の添加では、これらの薬品自身の保水能力により泥水から水を遊離させることができず、泥水全体に流動性を失わせるだけで、泥水の減溶化ができないばかりか、添加した無機系塩類の量だけで汚泥の発生量を増やす結果となる。このような問題解決のため、近年急速に進歩した有機系凝集剤の応用が試みられているが、これらの有機系凝集剤でも、処理された泥水が餅状になったり、全体が固化して脱水が困難になったりするなどの問題が生じ、課題解決のための決定的処方は未だ提案されていないのが現状である（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−３８１０４号公報

泥水から水を分離する方法として、凝集剤を用いて泥水の凝集脱水処理を行うことが考えられる。しかし、従来の凝集剤は、高濃度で比重が高い泥水の凝集分離処理を行うには適しておらず、泥水中の水を分離させることができなかった。

本発明は、前述した事情に鑑みてなされたもので、産業廃棄物処理分野において高比重のヘドロ状態の高濃度泥水の凝集作用を応用した分離処理を行うための泥水用脱水剤、およびこの泥水用脱水剤を用いた産業廃棄物処理分野におけるヘドロ状態の高濃度泥水の処理方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、前記目的を達成するために種々検討を行った結果、従来試薬として市販されているアクリルアミドとジ（メタ）アリルジメチルアンモニウムハライドとのカチオン性の共重合体を高比重の泥水の脱水剤として使用した場合、泥水中に懸濁している泥粒子を凝集させることができるため、効率よく脱水処理を行うことが可能で、その結果含水率の低い脱水ケーキが得られ、また濁度の低い脱離水を得ることができることを発見した。

本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、産業廃棄物処理分野において２５℃における比重が１．１５以上であるヘドロ状態の高濃度泥水の処理に使用される脱水剤であって、アクリルアミドとジ（メタ）アリルジメチルアンモニウムハライドとの共重合体であり、ジ（メタ）アリルジメチルアンモニウムハライド構造単位を２〜５０モル％含む共重合体を含有することを特徴とするヘドロ状態の高濃度泥水用脱水剤を提供する。

また、本発明は、産業廃棄物処理分野において上述した本発明の脱水剤を２５℃における比重が１．１５以上であるヘドロ状態の高濃度泥水に添加することを特徴とするヘドロ状態の高濃度泥水の処理方法を提供する。

本発明に係る泥水用脱水剤および泥水の処理方法によれば、比重の高いヘドロ状態の高濃度の泥水中に懸濁している泥粒子を凝集させることができるため、産業廃棄物処理分野において効率よく脱水処理を行うことが可能で、その結果含水率の低い脱水ケーキが得られ、処分すべき汚泥容積の減少が可能となり、また濁度の低い脱離水を得ることができる。

以下、本発明につきさらに詳しく説明する。本発明において、アクリルアミドとジ（メタ）アリルジメチルアンモニウムハライドとの共重合体としては、アクリルアミドとジ（メタ）アリルジメチルアンモニウムクロリドとの共重合体、アクリルアミドとジ（メタ）アリルジメチルアンモニウムブロミドとの共重合体などを用いることができるが、特に好ましいのは下記式（１）で示されるアクリルアミドとジ（メタ）アリルジメチルアンモニウムクロリドとの共重合体である。なお、上記各共重合体は、市販品として入手することができる。

（式中、Ｒは水素またはメチル基である。）

本発明で使用するアクリルアミドとジ（メタ）アリルジメチルアンモニウムハライドとの共重合体は、ラジカル重合により容易に製造することができる。原料の単量体を１０〜５０重量％に調整した後、ラジカル重合開始剤を用いた水溶液重合、分散重合、逆相乳化重合、高濃度塩溶液中でのディスパージョン重合等が可能であり、また増感剤を添加しての光重合も可能であり、重合法は特に制限されない。

本発明で使用するアクリルアミドとジ（メタ）アリルジメチルアンモニウムハライドとの共重合体は、アクリルアミドとジ（メタ）アリルジメチルアンモニウムハライドとを必須成分とし、前述した重合方法により合成することができる。上記共重合体における両単量体の共重合モル％としては、好ましくはジ（メタ）アリルジメチルアンモニウムハライドが２〜５０モル％、アクリルアミドが９８〜５０モル％であり、より好ましくはジ（メタ）アリルジメチルアンモニウムハライドが１０〜５０モル％、アクリルアミドが９０〜５０モル％である。

本発明で使用するアクリルアミドとジ（メタ）アリルジメチルアンモニウムハライドとの共重合体は、ジ（メタ）アリルジメチルアンモニウムハライド以外に他のカチオン性単量体を共重合することが可能である。共重合可能の単量体としては、（メタ）アクリロイロキシアルキルトリアルキルアンモニウム塩、（メタ）アクリロイロキシヒドロキシアルキルトリアルキルアンモニウム塩、第３級窒素含有（メタ）アクリレートおよびその塩、第４級窒素含有（メタ）アクリルアミド、第３級窒素含有（メタ）アクリルアミドおよびその塩等を用いることができ、それらの単量体の共重合比率は、ジ（メタ）アリルジメチルアンモニウムハライドの必要含有量を逸脱しない範囲で共重合することができる。すなわち、共重合体中における全カチオン性構造単位は２〜５０モル％であり、好ましくは２〜３０モル％であり、さらに好ましくは５〜１５モル％である。

また、本発明で使用するアクリルアミドとジ（メタ）アリルジメチルアンモニウムハライドとの共重合体は、アクリルアミド以外に他のノニオン性単量体を共重合することが可能である。このような他のノニオン性単量体としては、例えばアクリロニトリル、ｎ−ビニルピロリドン、酢酸ビニル、ｎ−ビニルホルムアミド等を挙げることができる。アクリルアミド以外のノニオン性単量体の全単量体中に占める共重合比率は０〜５０モル％の範囲が好ましく、より好ましくは０〜３０モル％である。さらに、本発明で使用する共重合体は、凝集剤としての機能を失わない程度に、メチレンビスアクリルアミド等の二個以上のビニル基を有する架橋性単量体を共重合することも可能である。

また、本発明の脱水剤において、アクリルアミドとジ（メタ）アリルジメチルアンモニウムハライドとの共重合体の固有粘度［η］は、２５℃、１Ｎ食塩水中において好ましくは０．２ｄｌ／ｇ以上、２．０ｄｌ／ｇ以下であり、より好ましくは０．２ｄｌ／ｇ以上、１．５ｄｌ／ｇ以下であり、さらに好ましくは０．３ｄｌ／ｇ以上、１．０ｄｌ／ｇ以下である。上記固有粘度が小さすぎると凝集力が弱く、脱水剤として機能せず、また大きすぎると凝集力が強すぎ、形成された凝集フロック内に水が補足され泥水中の水が分離しなくなる。

さらに、本発明の脱水剤において、アクリルアミドとジ（メタ）アリルジメチルアンモニウムハライドとの共重合体の泥水に対する適正添加量は、共重合体純分換算で好ましくは１〜２０ｇ／ｋｇであり、より好ましくは１〜１０ｇ／ｋｇであり、さらに好ましくは２〜７ｇ／ｋｇである。添加量が少ない場合は、充分な凝集が得られず、また多すぎると泥水全体がモチ状となり脱水が困難となる。

本発明に係る泥水の処理方法は、産業廃棄物処理分野において上述した本発明の脱水剤をヘドロ状態の高濃度泥水に添加するものである。すなわち、本発明で使用するアクリルアミドとジ（メタ）アリルジメチルアンモニウムハライドとの共重合体の添加により泥水が良好に凝集し、重力脱水操作、圧搾脱水操作等を行うことが可能になり、容易に含水率を低下させて減溶化することが可能となる。この場合、本発明の脱水剤は、比重の高い泥水に対し、凝集作用を応用した脱水分離処理を行うのに適している。したがって、本発明の処理方法では、２５℃において比重１．１５以上の高濃度泥水に対し、凝集作用を応用した脱水処理を効果的に行って、含水率の低い脱水ケーキを得ることができ、また濁度の低い脱離水を得ることができる。なお、比重が１．１５未満の泥水は自由水が多いので、沈降濃縮等の前処理を行い、比重を１．１５以上に調整した後に、本発明の方法により脱水を実施することが適当である。

なお、本発明の処理方法を実施する場合、必要に応じ、泥水には凝集助剤等の他の成分、例えば無機物である硫酸バンド、ポリ塩化鉄、ポリ塩化アルミニウム、塩化カルシュウム、生石灰、消石灰、酸化マグネシュウムなどを適宜添加することができる。

次に実施例によって本発明を具体的に説明するが、本発明はその趣旨を超えない限り以下の実施例に制約されるものではない。

（合成例１−９：実施例）
撹拌機、窒素導入管、冷却器および温度計を備えた３００ｍｌの四つ口フラスコに、表１記載のモノマー組成にしたがい、脱塩水にてモノマー濃度２５％になるように調整したモノマー溶液１６０ｇを加えた後、ヒドロキシルアミン塩酸塩１％水溶液７ｇを加えた。氷冷却下で窒素ガスを通じた後、５０℃に昇温し、２，２’−アゾビス−２−アミノジプロパン・２塩酸塩２％水溶液を１０ｇ加え、３００ｒｐｍの撹拌下５０℃にて保持した後、蒸留水を加えて全量２００ｇに調整した。これらの合成において、アクリルアミド（ＡＡｍ）としてはダイアニトリックス株式会社製のもの、ジアリルジメチルアンモニウムクロリド（ＤＡＤＭＡＣ）としてはダイソー株式会社製のもの、ジメチルアミノエチルメタクリレートの４級化アンモニウム塩酸塩（ＤＭＣ）としては三菱瓦斯化学株式会社製のもの、アクリル酸ナトリウム（ＡＡｃ）としては東亜合成株式会社製のものを用いた。

（合成例１０−１６：比較例）
合成例１−９と同様の操作を行い、表１に示すモノマー組成の試料１０〜１６を得た。

得られた試料１−１６について、コロイド滴定により合成物１ｇ当たりのカチオン等量を求めた。また、オストワルド粘度計を用いた還元粘度の測定値から固有粘度を求めた。結果を表１に示す。

次に、試料１−１６を用いて脱水試験を行った。脱水試験方法は下記のとおりである。結果を表２に示す。
［脱水試験方法］
下記水質の泥水３００ｇを５００ｍｌビーカーにとり、脱水剤試料を添加した後、撹拌機にて１０００ｒｐｍの回転数で３０秒間混合撹拌を行う。凝集状態を確認した後、凝集した泥水をナイロン＃２０２からなる濾布にはさみ、油圧プレス機にて圧搾脱水を行う。脱水後に得られたケーキの重量を測定し、泥水の減容率を下記の計算式により求めた。
泥水減容率（％）＝｛（Ａ−Ｂ）／Ａ｝×１００
Ａ：３００ｇ
Ｂ：脱水後ケーキ重量（ｇ）
［原泥水の水質］
ｐＨ：７．１０
固形分の濃度：２５．０％
含水率：７５％
比重：１．２０
電位伝導度：１１３．５ｍＳ／ｍ

表２の結果より、ジアリルジメチルアンモニウムクロリド構造単位を２〜５０モル％含む、アクリルアミドとジアリルジメチルアンモニウムクロリドとの共重合体を用いた場合、比重の高い泥水に対し、凝集作用を応用した脱水処理を効果的に行って、含水率を低下させて減溶化できることがわかる。

Claims (4)

1. 産業廃棄物処理分野において２５℃における比重が１．１５以上であるヘドロ状態の高濃度泥水の処理に使用される脱水剤であって、アクリルアミドとジ（メタ）アリルジメチルアンモニウムハライドとの共重合体であり、ジ（メタ）アリルジメチルアンモニウムハライド構造単位を２〜５０モル％含む共重合体を含有することを特徴とするヘドロ状態の高濃度泥水用脱水剤。
2. アクリルアミドとジ（メタ）アリルジメチルアンモニウムハライドとの共重合体は、下記式（１）で示されるアクリルアミドとジ（メタ）アリルジメチルアンモニウムクロリドとの共重合体であることを特徴とする請求項１に記載のヘドロ状態の高濃度泥水用脱水剤。
   

   

   （式中、Ｒは水素またはメチル基である。）
3. アクリルアミドとジ（メタ）アリルジメチルアンモニウムハライドとの共重合体の固有粘度［η］が、２５℃、１Ｎ食塩水中において０．２ｄｌ／ｇ以上、２．０ｄｌ／ｇ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載のヘドロ状態の高濃度泥水用脱水剤。
4. 産業廃棄物処理分野において請求項１〜３のいずれか１項に記載の脱水剤を２５℃における比重が１．１５以上であるヘドロ状態の高濃度泥水に添加することを特徴とするヘドロ状態の高濃度泥水の処理方法。