JP4846617B2 - 両性型高分子凝集剤およびこれを用いた汚泥処理方法 - Google Patents
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すなわち、本発明の両性型高分子凝集剤は、下記一般式(1)で表される両性ベタイン単量体の重合体または、前記両性ベタイン単量体と、これと共重合可能な単量体成分との共重合体であり、0.5質量%ポリマー水溶液とした際の塩粘度が10〜200mPa・sであることを特徴とする両性型高分子凝集剤。
さらに、前記単量体成分が、非イオン性単量体を含むことが好ましい。
また、前記単量体成分が、下記一般式(2)で表されるカチオン性単量体を含むことが好ましい。
さらに、本発明の汚泥処理方法は、前記両性型高分子凝集剤と、非イオン型、カチオン型、アニオン型、両性型よりなる群から選ばれる少なくとも1種の高分子凝集剤とを併用して汚泥を処理することを特徴とする。
また、本発明の汚泥処理方法は、前記両性型高分子凝集剤と、無機凝結剤および/または有機凝結剤とを併用して汚泥を処理することを特徴とする。
[両性型高分子凝集剤]
本発明の両性型高分子凝集剤は、両性ベタイン単量体の重合体または、前記両性ベタイン単量体と、これと共重合可能な単量体成分との共重合体である。以下、重合体または共重合体を「(共)重合体」という場合がある。
ここで、水和圏とは水和が起こりうる領域のことであり、カチオン基やアニオン基などのイオンの周囲に存在する水分子からなり、イオンと水和圏の水分子は相互作用を示すことが可能である。
なお、両性ベタイン単量体の含有量は、両性型高分子凝集剤100モル%中、5〜100モル%が好ましく、より好ましくは10〜70モル%である。両性ベタイン単量体の含有量が5モル%未満であると、水和圏が狭くなりにくくなり、脱水性能が低下する傾向にある。
非イオン性単量体としては、アクリルアミド、メタクリルアミド、N,N−ジメチルアクリルアミド、N,N−ジエチルアクリルアミド、N−モノメチルアクリルアミド、メチルアクリレート、エチルアクリレート、n−ブチルアクリレート、ヒドロキシエチルアクリレート、メトキシエチルアクリレート、N−ビニルホルムアミド、N−ビニルアセトアミド、N−ビニルピロリドン、N−イソプロピルアクリルアミド、およびアクリロニトリルなどが挙げられる。中でも、アクリルアミド、メタクリルアミドが好ましく、アクリルアミドがより好ましい。
これら非イオン性単量体は、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
これらカチオン性単量体は、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
また、不飽和カルボン酸の塩としては、ナトリウムおよびカリウムなどのアルカリ金属塩、およびアンモニウム塩が挙げられる。
これらアニオン性単量体は、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
光開始剤の添加量は、単量体反応液100質量部に対して0.001〜0.1質量部が好ましい。光開始剤の添加量が0.001質量部未満であると、(共)重合速度および(共)重合率の極端な低下を招き、生産性および品質が低下しやすくなる。一方、0.1質量部を越えると、(共)重合の暴走および(共)重合体の品質低下を招きやすくなる。
ここで、塩粘度とは、4質量%の塩化ナトリウム水溶液に溶解させ、0.5質量%ポリマー水溶液とした際のB型粘時計にて測定した、25℃における粘度のことである。
また、前記水に不溶性のママコは、先の0.5質量%ポリマー水溶液を、例えば、直径20cm、80メッシュの篩で濾過し、篩の上に残った不溶解分を定量することにより、その発生量を求めることができる。
例えば、分子量を高くしたり、イオン性の割合を低くしたりすると、塩粘度の値が増加する傾向になる。一方、分子量を低くしたり、イオン性の割合を高くしたりすると、塩粘度の値が減少する傾向になる。
上述した両性型高分子凝集剤を用いて、汚泥の処理を行う。本発明の両性型高分子凝集剤は、種々の汚泥に加えられて、フロック強度、濾過速度、脱水ケーキの含水率のバランス性などに優れたフロックを形成できるものである。汚泥への添加方法およびフロックの形成方法としては、公知の方法が適用できる。すなわち、上述した両性型高分子凝集剤を汚泥に添加してフロックを形成させる。次いで、遠心脱水機、ベルトプレス機、スクリュープレス機、多重円板型脱水機、フィルタープレス機、スクリューデカンター機などの脱水装置を用いてフロックを脱水し、脱水ケーキを作製することにより、汚泥の処理を完了することができる。
なお、両性型高分子凝集剤は、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
カチオン型の高分子凝集剤としては、例えば、ジメチルアミノエチルメタクリレートの塩化メチル4級塩の重合体などが挙げられる。
アニオン型の高分子凝集剤としては、例えば、アクリル酸重合体および/またはアクリル酸塩の重合体などが挙げられる。
両性型の高分子凝集剤としては、例えば、ジメチルアミノエチルメタクリレートの塩化メチル4級塩−アクリル酸の共重合体および/またはジメチルアミノエチルメタクリレートの塩化メチル4級塩−アクリル酸塩の共重合体などが挙げられる。
これらのその他の高分子凝集剤は、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
無機凝結剤としては、硫酸バンド、ポリ塩化アルミニウム、塩化第2鉄、硫酸第1鉄、硫酸第2鉄、ポリ鉄(ポリ硫酸鉄、ポリ塩化鉄)などが挙げられる。
有機凝結剤としては、ポリアミン、ポリアミジン、およびカチオン性界面活性剤などが挙げられる。
これら無機凝結剤および有機凝結剤を同時に併用した汚泥についても、本発明の両性型高分子凝集剤は効果を発揮することができる。
なお、本発明の両性型高分子凝集剤は、脱水用途だけでなく、凝集沈殿用途にも使用できる。
また、本発明によれば、より少ない凝集剤の添加量で、汚泥を大きなフロック径に凝集したり、脱水ケーキの含水率を低下させたりでき、凝集性能や脱水性能に優れた効果を発揮できる。
サンプル2.38gを4%の塩化ナトリウム水溶液に溶解し、0.5%ポリマー水溶液500gを調製した。B型粘度計(東機産業社製)を用い、温度25℃、回転速度60rpmの条件で、5分後のポリマー水溶液の塩粘度を測定した。
先に得られた0.5%ポリマー水溶液の全量(500g)を、直径20cm、80メッシュの篩で濾過し、水分を拭き取り、篩の上に残った不溶解分を集め、その質量を測定した。
<実施例1−1>
両性ベタイン単量体として[2−(メタクリロイルオキシ)エチル]−ジメチル−(3−スルホプロピル)−アンモニウムハイドロキシド(以下、「DMCスルホベタイン」と略す。)(アルドリッチ社製、純度97%)340.2gを、1000mL褐色耐熱瓶に投入し、両性ベタイン単量体濃度55%、総重量600gになるように蒸留水を加え、pHが2.6になるように1mol/L硫酸で調整し、単量体反応液(DMCスルホベタイン=100モル%)を調製した。
さらに、光開始剤としてDAROCUR 1173(以下、「D−1173」と略す。)(Ciba社製)および連鎖移動剤としてホスホン酸(以下、「PA」と略す。)(関東化学社製)を、単量体反応液の総重量に対して、それぞれ150ppmおよび50ppmとなるように投入し、これに窒素ガスを30分間吹き込みながら溶液温度を10℃に調節した。その後、単量体反応液をステンレス反応容器に移し、容器の下方から17℃の水を噴霧しながら、表面温度計が30℃になるまでケミカルランプを5W/m2の照射強度で照射した。表面温度計が30℃に到達した後は、2W/m2の照射強度で45分間照射した。さらに単量体の残存量を低減させるために照射強度を30W/m2にして10分間照射して、重合を行った。これにより、含水ゲル状の重合体を得た。
この含水ゲル状の重合体を容器から取り出し、小型ミートチョッパーを使用して解砕した。これを温度60℃で16時間乾燥後、粉砕して粉末状の重合体(A−1)を得た。
両性ベタイン単量体をN−(カルボメトキシ)−N,N−ジメチル−2−[(2−メチル−1−オキソ−2−プロペニル)−オキソ]エタナニウム塩(以下、「DMCカルボベタイン」と略す。)(大阪有機化学工業社製、純度93%)354.8gに変更し(DMCカルボベタイン=100モル%)、PA量を80ppmに変更した以外は、実施例1−1と同様の操作を行い、重合体(A−2)を得た。
両性ベタイン単量体を[3−(メタクリロイルアミド)プロピル]−ジメチル−(3−スルホプロピル)−アンモニウムハイドロキシド(以下、「MAPTACスルホベタイン」と略す。)(アルドリッチ社製、純度96%)343.8gに変更し(MAPTACスルホベタイン=100モル%)、PA量を110ppmに変更した以外は、実施例1−1と同様の操作を行い、重合体(A−3)を得た。
DMCスルホベタイン161.6g、およびアクリルアミド(以下、「AAm」と略す。)(三菱レイヨン社製)の50%水溶液346.5gを、1000mL褐色耐熱瓶に投入し、全単量体の濃度55%、総重量600gになるように蒸留水を加え、pHが2.6になるように1mol/L硫酸で調整し、単量体反応液(DMCスルホベタイン:AAm=18.7:81.3(モル%))を調製した。
さらに、D−1173およびPAを、単量体反応液の総重量に対してそれぞれ150ppmおよび30ppmとなるように投入した。以下、実施例1−1と同様の操作を行い、共重合体(A−4)を得た。
DMCスルホベタイン99.0g、AAmの50%水溶液346.5g、およびジメチルアミノエチルメタクリレート塩化メチル4級塩(以下、「DMC」と略す。)(大阪有機化学工業社製)の80%水溶液75.9gを1000mL褐色耐熱瓶に投入し、全単量体濃度55%、総重量600gになるように蒸留水を加え、pHが2.6になるように1mol/L硫酸で調整し、単量体反応液(DMCスルホベタイン:AAm:DMC=11.2:79.3:9.5(モル%))を調製した。
さらに、D−1173およびPAを、単量体反応液の総重量に対してそれぞれ150ppmおよび130ppmとなるように投入した。以下、実施例1−1と同様の操作を行い、共重合体(A−5)を得た。
DMCスルホベタイン49.7g、AAmの50%水溶液346.5g、DMCの80%水溶液120.5g、およびアクリル酸(以下、「AA」と略す。)(三菱化学社製)の50%水溶液25.1gを、1000mL褐色耐熱瓶に投入し、全単量体濃度55%、総重量600gになるように蒸留水を加え、pHが2.6になるように1mol/L硫酸で調整し、単量体反応液(DMCスルホベタイン:AAm:DMC:AA=5.3:75.1:14.3:5.3(モル%))を調製した。
さらに、D−1173およびPAを、単量体反応液の総重量に対してそれぞれ150ppmおよび300ppmとなるように投入した。以下、実施例1−1と同様の操作を行い、共重合体(A−6)を得た。
DMCの80%水溶液310.0gおよびAAの50%水溶液170.3gを、1000mL褐色耐熱瓶に投入し、全単量体濃度55%、総重量600gになるように蒸留水を加え、pHが2.6になるように1mol/L硫酸で調整し、単量体反応液(DMC:AA=50:50(モル%))を調製した。
さらに、D−1173およびPAを、単量体反応液の総重量に対してそれぞれ150ppmおよび200ppmとなるように投入した。以下、実施例1−1と同様の操作を行い、共重合体(B−1)を得た。
AAmの50%水溶液454.1g、DMCの80%水溶液95.3g、およびAAの50%水溶液53.5gを、1000mL褐色耐熱瓶に投入し、総重量600gになるように蒸留水を加え、pHが2.6になるように1mol/L硫酸で調整し、全単量体濃度55%、単量体反応液(AAm:DMC:AA=81.3:9.35:9.35(モル%))を調製した。
さらに、D−1173およびPAを、単量体反応液の総重量に対してそれぞれ150ppmおよび100ppmとなるように投入した。以下、実施例1−1と同様の操作を行い、共重合体(B−2)を得た。
AAmの50%水溶液346.5g、DMCの80%水溶液165.0g、およびAAの50%水溶液49.5gを、1000mL褐色耐熱瓶に投入し、全単量体濃度55%、総重量600gになるように蒸留水を加え、pHが2.6になるように1mol/L硫酸で調整し、単量体反応液(AAm:DMC:AA=71.3:18.6:10.1(モル%))を調製した。
さらに、D−1173およびPAを、単量体反応液の総重量に対してそれぞれ150ppmおよび350ppmとなるように投入した。以下、実施例1−1と同様の操作を行い、共重合体(B−3)を得た。
<実施例2−1〜2−3および比較例2−1>
生活排水処理場から採取した混合汚泥(pH=6.9、浮遊物質または懸濁物質の濃度SS=18500mg/L)に、無機凝結剤として硫酸バンドを2500ppm添加したものを混合汚泥として使用した。
混合汚泥300mLを500mLのビーカーに採取した。これに、表2に示す種類の(共)重合体を蒸留水にて0.3%ポリマー水溶液とし、表2に示す最適添加量を添加した。次いで、金属製のスパチュラを使用して30秒間攪拌して汚泥フロックを生成させ、フロックの粒径を目視にて判定した。
フロック生成後の汚泥を60メッシュのステンレス製濾過管上に注ぎ、10秒後の濾水量をメスシリンダーにて測定した。ステンレス製濾過管上に残った汚泥をプレス機にて圧搾脱水(1.0kg/cm2、60秒間)して脱水ケーキを得た。この脱水ケーキは常法((財)日本下水道協会編、「下水道試験法上巻1997年度版」p296−297)により脱水ケーキ含水率を測定した。フロック径、濾水量、脱水ケーキ含水率を表2に示す。
一方、比較例1−1で得られた共重合体を用いた場合(比較例2−1)、実施例に比べてフロックの径が小さく、濾水量が少なく、脱水ケーキの含水率が高かった。よって、比較例1−1で得られた共重合体は、実施例に比べて凝集性能、脱水性能共に劣っていた。
化学工業廃水処理場から採取した混合汚泥(pH=6.3、浮遊物質または懸濁物質の濃度SS=25500mg/L)を使用した。
混合汚泥200mLを300mLのビーカーに採取した。これに、表3に示す種類の共重合体を蒸留水にて0.2%ポリマー水溶液とし、表3に示す最適添加量を添加した。次いで、金属製のスパチュラを使用して30秒間攪拌して汚泥フロックを生成させ、フロックの粒径を目視にて判定した。
フロック生成後の汚泥を60メッシュのステンレス製濾過管上に注ぎ、10秒後の濾水量をメスシリンダーにて測定した。ステンレス製濾過管上に残った汚泥をプレス機にて圧搾脱水(1.0kg/cm2、60秒間)して脱水ケーキを得た。この脱水ケーキは常法によりケーキ含水率を測定した。フロック径、濾水量、脱水ケーキ含水率を表3に示す。
一方、比較例1−2〜1−3で得られた共重合体を用いた場合(比較例2−2〜2−3)、実施例に比べてフロックの径が小さく、濾水量が少なく、脱水ケーキの含水率が高かった。よって、比較例1−2〜1−3で得られた共重合体は、実施例に比べて凝集性能、脱水性能共に劣っていた。
生活排水処理場から採取した混合汚泥(pH=6.2、浮遊物質または懸濁物質の濃度SS=15400mg/L)を使用した。
混合汚泥300mLを500mLのビーカーに採取した。これに、実施例2−7、2−9および比較例2−4では、表4に示す種類の共重合体を蒸留水にて0.3%ポリマー水溶液とし、表4に示す最適添加量を添加した。一方、実施例2−8および比較例2−5では、表4に示す種類の共重合体10gと、カチオン型の高分子凝集剤としてDMCの重合体(0.5%塩粘度=24.0mPa・s、0.5%不溶解分量=0g)3gとの混合物を蒸留水にて0.3%ポリマー水溶液とし、表4に示す最適添加量を添加した。次いで、金属製のスパチュラを使用して30秒間攪拌して汚泥フロックを生成させ、フロックの粒径を目視にて判定した。
フロック生成後の汚泥を60メッシュのステンレス製濾過管上に注ぎ、10秒後の濾水量をメスシリンダーにて測定した。ステンレス製濾過管上に残った汚泥をプレス機にて圧搾脱水(1.0kg/cm2、60秒間)して脱水ケーキを得た。この脱水ケーキは常法によりケーキ含水率を測定した。フロック径、濾水量、脱水ケーキ含水率を表4に示す。
一方、比較例1−2で得られた共重合体、およびその共重合体とDMCの重合体との混合物を用いた場合(比較例2−4〜2−5)、実施例に比べてフロックの径が小さく、濾水量が少なく、脱水ケーキの含水率が高かった。よって、比較例1−2で得られた共重合体、およびその共重合体とカチオン型の高分子凝集剤との混合物は、実施例に比べて凝集性能、脱水性能共に劣っていた。
Claims (8)
- 下記一般式(1)で表される両性ベタイン単量体の重合体、または前記両性ベタイン単量体と、これと共重合可能な単量体成分との共重合体であり、
0.5質量%ポリマー水溶液とした際の塩粘度が10〜200mPa・sであることを特徴とする両性型高分子凝集剤。
- 前記一般式(1)で表される両性ベタイン単量体のZ1が、SO3またはCOOであることを特徴とする請求項1に記載の両性型高分子凝集剤。
- 前記単量体成分が、非イオン性単量体を含むことを特徴とする請求項1または2に記載の両性型高分子凝集剤。
- 前記単量体成分が、アニオン性単量体を含むことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の両性型高分子凝集剤。
- 請求項1〜5のいずれかに記載の両性型高分子凝集剤を用いて汚泥を処理することを特徴とする汚泥処理方法。
- 請求項1〜5のいずれかに記載の両性型高分子凝集剤と、非イオン型、カチオン型、アニオン型、両性型よりなる群から選ばれる少なくとも1種の高分子凝集剤とを併用して汚泥を処理することを特徴とする汚泥処理方法。
- 請求項1〜5のいずれかに記載の両性型高分子凝集剤と、無機凝結剤および/または有機凝結剤とを併用して汚泥を処理することを特徴とする汚泥処理方法。
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