JP4897523B2 - 汚泥脱水剤および汚泥脱水方法 - Google Patents

Description

本発明は、汚泥脱水剤および汚泥脱水方法に関するものであり、詳しくは電荷内包率が１０％以上、５０％以下であり、カチオン性単量体共重合率とアニオン性単量体共重合率の差が５〜１０である（メタ）アクリルアミド系両性高分子凝集剤（Ａ）と電荷内包率が１０％以上、５０％以下であり、かつカチオン性単量体共重合率とアニオン性単量体共重合率の差が２０〜５０である（メタ）アクリルアミド系両性高分子凝集剤（Ｂ）の混合物からなる汚泥脱水剤と、それを使用した汚泥脱水方法に関する。

汚泥脱水効率を向上させるべき種々の処方が提案されているが、
代表的なものとして特開昭６３−１５８２００は、無機凝結剤を添加後のｐＨを５〜８にした後、特定のイオン性を有する両性高分子を添加し脱水するものである。その後無機と両性高分子を併用した処方は、改良が重ねられ特開平７―２５６３００はアクリレートカチオン性単量体とメタクリレートカチオン性単量体を特定の比率で共重合した両性高分子を使用している。また二種両性高分子の混合物を使用した例も提案されている（特開２００３−１１７３０９）。更に架橋性高分子は、汚泥によっては特異的に高性能を示す場合があり、古くから検討がされていて、特開昭６１−２９３５１０は、架橋度が高い高分子を用いた凝集処理方法が開示されている。また比較的架橋度が低い高分子を用いた例としては、特開平９−２２５４９９がある。また最近ではポリオキシアルキレン鎖を有する高分子がある（特開２００５−６８３３６）。

現在知られている汚泥脱水法の改良を目指した代表的処方は、上記のように無機と両性高分子を併用した処方、二種以上両性高分子の混合物、架橋高分子を用いる方法、ポリオキシアルキレン鎖を有する高分子などである。このうち二種以上両性高分子を混合した処方は、製品形態として粉末から油中水型エマルジョンまで適用が可能である。また架橋度の高い高分子を再現性良く製造することはなかなか難しいが、低架橋度の高分子を製造するほうが相対的に容易である。現在までのところ両性高分子の混合と低架橋度という手法を組み合わせた汚泥脱水剤の製造処方は知られていない。

特開昭６３−１５８２００号公報 特開平７―２５６３００号公報 特開２００３−１１７３０９号公報 特開昭６１−２９３５１０号公報 特開平９−２２５４９９号公報 特開２００５−６８３３６号公報

架橋性水溶性高分子は、難脱水性汚泥に対し効率よく脱水することが可能である、あるいは脱水ケーキ含水率が低下するなど機能性に富む性質を有するが、架橋度あるいは架橋構造を再現性良く製造することは難しい。それに比べ低架橋度の高分子を製造するほうが相対的に容易である。従って本発明の目的は、低架橋で複数種の両性水溶性高分子を組み合わせることにより更に機能の高い水溶性高分子を開発することを課題とする。

上記課題を解決するため検討を重ねた結果、以下のような発明に達した。すなわち請求項１の発明は、電荷内包率が１０％以上、５０％以下であり、かつ下記一般式（１）及び／または（２）で表されるカチオン性単量体共重合率が１５〜２５モル％であり、下記一般式（３）で表されるアニオン性単量体共重合率との差が５〜１０モル％であるカチオン性リッチの（メタ）アクリルアミド系両性高分子凝集剤（Ａ）と、電荷内包率が１０％以上、５０％以下であり、前記一般式（１）及び／または（２）で表されるカチオン性単量体共重合率が４０〜５０モル％であり、前記一般式（３）で表されるアニオン性単量体共重合率との差が１０〜１５モル％であるアニオン性リッチの（メタ）アクリルアミド系両性高分子凝集剤（Ｂ）の混合物であって、混合物のイオン性がカチオン性リッチであることを特徴とする汚泥脱水剤である。

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アルコキシル基、Ｒ_４は水素、炭素数１〜３のアルキル基、アルコキシル基あるいはベンジル基であり、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、アルコキシ基あるいはベンジル基、Ｘ_２は陰イオンをそれぞれ表わす

一般式（３）
Ｒ_８は水素、メチル基またはカルボキシメチル基、Ｑ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ＣＯＯ、Ｙ_１は水素または陽イオン

請求項２の発明は、電荷内包率が１０％以上、５０％以下であり、かつ下記一般式（１）及び／または（２）で表されるカチオン性単量体共重合率が１５〜２５モル％であり、下記一般式（３）で表されるアニオン性単量体共重合率との差が５〜１０モル％であるアニオン性リッチの（メタ）アクリルアミド系両性高分子凝集剤（Ａ）と、電荷内包率が１０％以上、５０％以下であり、前記一般式（１）及び／または（２）で表されるカチオン性単量体共重合率が４０〜５０モル％であり、前記一般式（３）で表されるアニオン性単量体共重合率との差が１０〜１５モル％であるカチオン性リッチの（メタ）アクリルアミド系両性高分子凝集剤（Ｂ）の混合物であって、混合物のイオン性がカチオン性リッチであることを特徴とする汚泥脱水剤である。
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アルコキシル基、Ｒ_４は水素、炭素数１〜３のアルキル基、アルコキシル基あるいはベンジル基であり、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、アルコキシ基あるいはベンジル基、Ｘ_２は陰イオンをそれぞれ表わす

一般式（３）
Ｒ_８は水素、メチル基またはカルボキシメチル基、Ｑ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ＣＯＯ、Ｙ_１は水素または陽イオン

請求項３の発明は、前記（メタ）アクリルアミド系両性高分子凝集剤（Ａ）及び（Ｂ）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あるいは２に記載の汚泥脱水剤である。

請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の汚泥脱水剤を汚泥に添加し脱水することを特徴とする汚泥脱水方法である。

本発明は、電荷内包率が１０％以上、５０％以下であり、かつ（メタ）アクリル系あるいはジアリルアンモニウムウム塩系カチオン性単量体共重合率と（メタ）アクリル系などのアニオン性単量体共重合率の差が５〜１０である（メタ）アクリルアミド系両性高分子凝集剤（Ａ）と電荷内包率が５％以上、５０％以下であり、かつ（メタ）アクリル系あるいはジアリルアンモニウムウム塩系カチオン性カチオン性単量体共重合率と（メタ）アクリル系などのアニオン性単量体共重合率の差が１０〜１５である（メタ）アクリルアミド系両性高分子凝集剤（Ｂ）の混合物からなる汚泥脱水剤（ただしＡのカチオン性単量体共重合率は１５〜２５であり、Ｂのカチオン性単量体共重合率は４０〜５０であり、単位はすべてモル％である）であることを特徴とする。また前記（メタ）アクリルアミド系両性高分子凝集剤（Ａ）及び（Ｂ）が、油中水型エマルジョンであることが好ましい。

また前記混合物は、前記（メタ）アクリルアミド系両性高分子凝集剤（Ａ）がカチオン性リッチの両性高分子であり、前記（メタ）アクリルアミド系両性高分子凝集剤（Ｂ）がアニオン性リッチの両性高分子であり、（Ａ）と（Ｂ）との混合後が全体としてカチオン性リッチである両性高分子であることが好ましい。

あるいは前記混合物は、前記（メタ）アクリルアミド系両性高分子凝集剤（Ａ）がアニオン性リッチの両性高分子であり、前記（メタ）アクリルアミド系両性高分子凝集剤（Ｂ）がカチオン性リッチの両性高分子であり、（Ａ）と（Ｂ）との混合後が全体としてカチオン性リッチである両性高分子であることが好ましい。

更に本発明は、前記排水処理剤を汚泥に添加し脱水することを特徴とする汚泥脱水方法も含まれる。

本発明で定義する電荷内包率は、以下のように説明される。すなわちカチオン性リッチの架橋性の両性水溶性高分子において、電荷内包率とは以下のように計算される。
電荷内包率[％]＝（１−α/β）×１００
αは酢酸にてｐＨ４．０に調整した架橋性水溶性イオン性高分子０．０１％水溶液をミューテック社製ＰＣＤ滴定装置（Ｍüｔｅｋ ＰＣＤ ０３、Ｍüｔｅｋ ＰＣＤ−Ｔｗｏ Ｔｉｔｒａｔｏｒ Ｖｅｒｓｉｏｎ２）により、滴下液：１／１０００Ｎ
ポリビニルスルホン酸カリウム水溶液、滴下速度：０．０５ｍｌ／１０ｓｅｃ、終点判定：０ｍｖにて 滴定し、求めた滴定量である。βは酢酸にてｐＨ４．０に調整した架橋性水溶性イオン性高分子０．０１％水溶液に１／４００Ｎ ポリビニルスルホン酸カリウム水溶液を電荷の中和を行うに十分な量加え、十分に攪拌し、同様にPCD滴定装置により、滴下液：１／１０００Ｎ ジアリルジメチルアンモニウムクロライド水溶液、滴下速度：０．０５ｍｌ／１０ｓｅｃ、終点判定：０ｍｖにて滴定し、この滴定量をブランク値から差し引いた値とする。ブランク値とは酢酸にてｐＨ４．０に調整した前記サンプルと同濃度のポリビニルスルホン酸カリウム水溶液を同様にPCD滴定装置により、滴下液：１／１０００Ｎ ジアリルジメチルアンモニウムクロライド水溶液、滴下速度：０．０５ｍｌ／１０ｓｅｃ、終点判定：０ｍｖにて滴定し、求めた滴定量である。

また本発明において、アニオン性リッチである架橋性の両性水溶性高分子において、電荷内包率とは以下のように計算される。
電荷内包率[％]＝（１−α/β）×１００
αはアンモニアにてｐＨ１０．０に調整した架橋性水溶性イオン性高分子０．０１％水溶液をミューテック社製PCD滴定装置（Ｍüｔｅｋ ＰＣＤ ０３、Ｍüｔｅｋ ＰＣＤ−Ｔｗｏ Ｔｉｔｒａｔｏｒ Ｖｅｒｓｉｏｎ２）により、滴下液：１／１０００Ｎ
ジアリルジメチルアンモニウムクロライド水溶液、滴下速度：０．０５ｍｌ／１０ｓｅｃ、終点判定：０ｍｖにて 滴定し、求めた滴定量である。βはアンモニアにてｐＨ１０．０に調整した架橋性水溶性イオン性高分子０．０１％水溶液に１／４００Ｎ ジアリルジメチルアンモニウムクロライド水溶液を電荷の中和を行うに十分な量加え、十分に攪拌し、同様にPCD滴定装置により、滴下液：１／１０００Ｎ ポリビニルスルホン酸カリウム水溶液、滴下速度：０．０５ｍｌ／１０ｓｅｃ、終点判定：０ｍｖにて滴定し、この滴定量をブランク値から差し引いた値とする。ブランク値とはアンモニアにてｐＨ１０．０に調整した前記サンプルと同濃度のジアリルジメチルアンモニウムクロライド水溶液を同様にＰＣＤ滴定装置により、滴下液：１／１０００Ｎ ポリビニルスルホン酸カリウム水溶液、滴下速度：０．０５ｍｌ／１０ｓｅｃ、終点判定：０ｍｖにて滴定し、求めた滴定量である。

（メタ）アクリルアミド系両性高分子凝集剤は（Ａ）、（Ｂ）とも電荷内包率が１０％以上、５０％以下であるものを使用する。電荷内包率がこの範囲の架橋性水溶性高分子は、架橋度としては比較的低い。このような架橋性水溶性高分子を使用する理由は、背景技術のところでも述べたように架橋度の高い高分子を再現性良く製造することはなかなか難しいが、低架橋度の水溶性高分子を製造するほうが相対的に容易である。したがって本発明では低架橋度と二種の両性という二つの要素を取り入れることにより汚泥脱水剤としての性能を上げることを検討した。

本発明で使用する両性水溶性高分子（Ａ）および（Ｂ）を製造する際使用するイオン性単量体のうち、カチオン性単量体は以下のものが例としてあげられる。すなわち（メタ）アクリル酸ジメチルアミノエチルやジメチルアミノプロピル（メタ）アクリルアミド、メチルジアリルアミンなどの重合体や共重合体が上げられ、四級アンモニウム基含重合体の例は、前記三級アミノ含有単量体の塩化メチルや塩化ベンジルによる四級化物である（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塩化物、（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塩化物、（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塩化物、（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塩化物、（メタ）アクリロイルオキシ２−ヒドロキシプロピルジメチルベンジルアンモニウム塩化物、（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塩化物、ジアリルジメチルアンモニウム塩化物などである。

またアニオン性単量体としては、スルホン基含有単量体でもカルボキシル基含有単量体でもさしつかえなく、さらには両方を併用しても良い。スルホン基含有単量体の例は、ビニルスルホン酸、ビニルベンゼンスルホン酸あるいは２−アクリルアミド２−メチルプロパンスルホン酸などである。また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。

両性水溶性高分子（Ａ）および（Ｂ）を製造する際使用する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、アクリロイルピペラジンなどがあげられる

本発明で使用する複数のビニル基を有する多官能性単量体の例として、メチレンビスアクリルアミドやエチレングルコ−ルジ（メタ）アクリレ−トなどがあげられる。また架橋性単量体としてはＮ、Ｎ−ジメチルアクリルアミドのような熱架橋性単量体などがあげられる。

複数のビニル基を有する多官能性単量体および／また架橋性単量体の、前記イオン性単量体、あるいはイオン性単量体および非イオン性単量体に対する添加量は、通常前記単量体混合物に対して０．００５〜０．１重量％の範囲であり、好ましくは０．０１〜０．１重量％の範囲である。また、重合度を調節するため連鎖移動剤としてイソプロピルアルコール等を対単量体０．０１〜３重量％併用すると効果的である。

本発明で使用する（メタ）アクリルアミド系両性高分子凝集剤（Ａ）は、カチオン性単量体共重合率とアニオン性単量体共重合率の差が５〜１０である。この差は、カチオン性単量体共重合率がアニオン性単量体共重合率より多い場合も少ない場合も含まれる。すなわちカチオン性リッチである場合とアニオン性リッチの場合が存在する。またカチオン性単量体共重合率は、１５〜２５モル％である。したがってアニオン性単量体共重合率は、カチオン性リッチである場合とアニオン性リッチの場合を合わせて５〜３５モル％である。

一方、本発明で使用する（メタ）アクリルアミド系両性高分子凝集剤（Ｂ）は、カチオン性単量体共重合率とアニオン性単量体共重合率の差が１５〜２５モル％である。前記と同様にこの差は、カチオン性単量体共重合率がアニオン性単量体共重合率より多い場合も少ない場合も含まれる。またカチオン性単量体共重合率は、３０〜５０モル％である。したがってアニオン性単量体共重合率は、カチオン性リッチの場合は５〜３５モル％、アニオン性リッチの場合は４５〜７５モル％である。

またこれら二種の（メタ）アクリルアミド系両性高分子凝集剤（Ｂ）は、カチオン性リッチの両性高分子とアニオン性リッチの両性高分子を混合し、全体としてカチオン性リッチであることが好ましい。この理由は、汚泥脱水剤として使用した場合、汚泥中のアニオン性コロイドの電荷中和をすることが性能にとって重要な役割があるためである。さらにカチオン性リッチの両性高分子とアニオン性リッチの両性高分子を混合することは、分子間でイオン的なコンプレックスを生成し、この極微細な粒子が強固で締まったフロックを形成し、優れた性能を発揮すると推定される。アニオン性のコロイド物質が多い場合は、（Ｂ）の（メタ）アクリルアミド系両性高分子凝集剤がカチオン性リッチであり、（Ａ）の（メタ）アクリルアミド系両性高分子凝集剤がアニオン性リッチであると上記のような理由で有効に作用する。アニオン性のコロイド物質が少ない場合は、（Ａ）の（メタ）アクリルアミド系両性高分子凝集剤がカチオン性リッチで、（Ｂ）の（メタ）アクリルアミド系両性高分子凝集剤がアニオン性リッチであると性能を発揮する。

本発明の（メタ）アクリルアミド系両性高分子凝集剤は、（Ａ）、（Ｂ）ともイオン性単量体、あるいはイオン性単量体および非イオン性単量体と複数のビニル基を有する多官能性単量体および／または架橋性単量体からなる単量体混合物を共重合することによって製造することができる。重合はこれら単量体を混合した水溶液を調製した後、通常の重合法によって行うことができる。

重合法としては、水溶液重合、油中水型エマルジョン重合、油中水型分散重合、塩水中分散重合などによって重合した後、水溶液、分散液、エマルジョンあるいは粉末など任意の製品形態にすることができる。好ましい形態としては、濃度を高められ、溶解時間も短い油中水型エマルジョン重合品である。

油中水型高分子エマルジョンの製造方法としては、イオン性単量体、あるいはイオン性単量体および共重合可能な単量体とからなる単量体混合物を水、少なくとも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、重合することにより合成する方法である。

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、パラフィン類あるいは灯油、軽油、中油などの鉱油、あるいはこれらと実質的に同じ範囲の沸点や粘度などの特性を有する炭化水素系合成油、あるいはこれらの混合物があげられる。含有量としては、油中水型エマルジョン全量に対して２０重量％〜５０重量％の範囲であり、好ましくは２０重量％〜３５重量％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−ト、ソルビタンモノステアレ−ト、ソルビタンモノパルミテ−トなどがあげられる。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重量％であり、好ましくは１〜５重量％の範囲である。

重合後は、転相剤と呼ばれる親水性界面化成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のノニ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−テル系、ポリオキシエチレンアルコールエ−テル系などである。

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あるいは水溶性のどちらでも良く、アゾ系、過酸化物系、レドックス系いず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−ト）、４、４−アゾビス（４−メトキシ−２、４ジメチル）バレロニトリルなどがあげられる。

水溶性アゾ系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−２−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）などがあげられる。またレドックス系の例としては、ペルオク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などとの組み合わせがあげられる。さらに過酸化物の例としては、ペルオクソ二硫酸アンモニウムあるいはカリウム、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−トなどをあげることができる。

単量体の重合濃度は２０〜５０重量％の範囲であり、好ましくは２５〜４０重量％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。これらの単量体を重合して得られる水溶性高分子の分子量は、好ましくは３００万〜２，０００万の範囲である。

本発明で使用する電荷内包率が１０％以上、５０％以下であり、かつ下記一般式（１）及び／または（２）で表されるカチオン性単量体共重合率と下記一般式（３）で表されるアニオン性単量体共重合率の差が５〜１０である（メタ）アクリルアミド系両性高分子凝集剤（Ａ）と電荷内包率が５％以上、３５％以下であり、かつ前記一般式（１）及び／または（２）で表されるカチオン性単量体共重合率と前記一般式（３）で表されるアニオン性単量体共重合率の差が２０〜４５である（メタ）アクリルアミド系両性高分子凝集剤（Ｂ）の混合物からなる。

本発明の汚泥脱水剤は、難脱水汚泥にも対応できるようにするため（メタ）アクリルアミド系両性水溶性高分子を重合する際に架橋性の単量体を共存させる。すなわち消化汚泥や余剰汚泥のように繊維分が少なく、粒径の小さい粒子が多い場合、多くの粒子はコロイド性粒子であり、アニオン性は高く安定に分散している。そのため直鎖高分子による架橋吸着作用による凝集は発現しにくい。つまり粒子が疎水化されず分散したままで、フロック形成が発現しないと考えられる。一方、架橋高分子は、直鎖高分子に較べ密に詰まった形態をしている。そのためコロイド粒子の表面電荷の中和も可能であり、直鎖高分子自体が凝結の核となり得る（ここで本発明では、直鎖高分子による架橋吸着作用によるフロック形成を凝集と呼び、コロイド粒子などの親水性粒子の主に表面電荷の中和作用による微細なフロック形成を凝結と呼んでいる）。その結果、密に締ったフロックを形成するので、攪拌にも抵抗力が高いため脱水機による脱水時にも脱水が効率良く達成される。さらに表面電荷の中和作用の結果、コロイド粒子が疎水化され含水率が下がる条件としては、良好な状態となっている。従って粒径の小さい粒子が多い汚泥には、架橋高分子が適していると考えられる。反対に繊維分や粒径の多き粒子が多い汚泥の場合は、直鎖高分子による架橋吸着作用による凝集が発現しやすい。

適用できる汚泥は製紙排水、化学工業排水、食品工業排水などの生物処理したときに発生する余剰汚泥、あるいは都市下水の生汚泥、混合生汚泥、余剰汚泥、消化汚泥などの有機汚泥である。また製紙スラッジの脱水に使用することができる。

以下、本発明を実施例により更に具体的に説明するが、本発明は、その要旨を越えない限り以下の実施例に限定されるものではない。なお、実施例において「％」は、特に断らない限り、「質量％」を意味する。

（合成例１）攪拌機および温度制御装置を備えた反応槽に沸点１９０°Ｃないし２３０°Ｃのイソパラフィン１３０ｇにソルビタンモノオレート５．０ｇを仕込み溶解させた。別にアクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウム塩化物（以下ＤＭＱと略記）８０％水溶液８０．５ｇ、アクリルアミド（ＡＡＭと略記）５０％水溶液２０５．２ｇ、アクリル酸６０％水溶液、５３．３ｇ、メチレンビスアクリルアミド０．１％水溶液０．８ｇ（対単量体４ｐｐｍ）、イソプロピルアルコール０．７６ｇ（対単量体０．４質量％）、イオン交換水１１９．１ｇを各々採取し、混合し完全に溶解させた。その後油と水溶液を混合し、ホモジナイザーにて１０００ｒｐｍで１５分間攪拌乳化した。この時の単量体組成は、ＤＭＱ／ＡＡＭ／ＡＡＣ＝１５／６５／２０（モル％）である。

得られたエマルジョンを単量体溶液の温度を３０〜３３℃に保ち、窒素置換を３０分行った後、ジメチル−２，２−アゾビスイソブチレート（和光純薬製Ｖ−６０１）のジオキサン１０質量％溶液０．４ｇ（対単量体０．０２質量％）を加え、重合反応を開始させた。反応温度を３２±２℃で１２時間重合させ反応を完結させた。重合後、生成した油中水型エマルジョンに転相剤としてポリオキシエチレンポリオキシプロピレンアルキルエ−テル５．０ｇ（対液１重量％）を添加混合した。その後、Ｂ型粘度計により製品粘度を測定すると、３５０ｍＰａ・ｓであった。コロイド滴定法と前記計算式により電荷内包率を求めると４７．５％であった。これを脱水試験用試料として用い、試料−１とする。

（合成例２）合成例１と同様な操作により、表−１に示す組成により試料―２〜試料―１１を合成した。結果を表−１に示す。

（比較合成例１）攪拌機および温度制御装置を備えた反応槽に沸点１９０°Ｃないし２３０°Ｃのイソパラフィン１３０ｇにソルビタンモノオレート５．０ｇを仕込み溶解させた。別にアクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウム塩化物（以下ＤＭＱと略記）８０％水溶液８０．５ｇ、アクリルアミド（ＡＡＭと略記）５０％水溶液２０５．２ｇ、アクリル酸６０％水溶液、５３．３ｇ、イソプロピルアルコール０．７６ｇ（対単量体０．４質量％）、イオン交換水１１９．１ｇを各々採取し、混合し完全に溶解させた。その後油と水溶液を混合し、ホモジナイザーにて１０００ｒｐｍで１５分間攪拌乳化した。この時の単量体組成は、ＤＭＱ／ＡＡＭ／ＡＡＣ＝１５／６５／２０（モル％）である。

得られたエマルジョンを単量体溶液の温度を３０〜３３℃に保ち、窒素置換を３０分行った後、ジメチル−２，２−アゾビスイソブチレート（和光純薬製Ｖ−６０１）のジオキサン１０質量％溶液０．４ｇ（対単量体０．０２質量％）を加え、重合反応を開始させた。反応温度を３２±２℃で１２時間重合させ反応を完結させた。重合後、生成した油中水型エマルジョンに転相剤としてポリオキシエチレンポリオキシプロピレンアルキルエ−テル５．０ｇ（対液１重量％）を添加混合した。その後、Ｂ型粘度計により製品粘度を測定すると、３５０ｍＰａ・ｓであった。コロイド滴定法と前記計算式により電荷内包率を求めると４０．５％であった。これを脱水試験用試料として用い、比較−１とする。

（比較合成例２）合成例１と同様な操作により、表−１に示す組成により比較―２〜比較―６を合成した。結果を表−１に示す。

（表１）
ＤＭＱ：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、ＡＡＭ：アクリルアミド、ＡＡＣ：アクリル酸、エマルジョン粘度（２５℃）；ｍＰａ・ｓ、架橋性単量体添加量；対単量体質量％、電荷内包率；％

（混合物の調製）表1の試料を表２に示す試料と混合比によって二種のアクリルアミド系両性高分子凝集剤からなる混合物を調製した。

（表２）
配合比；質量比、Ｃ；カチオン当量値、Ａ；アニオン当量値、

下水処理場より発生する余剰汚泥（汚泥性状がｐＨ６．６、ＳＳ：８２５０ｍｇ／Ｌ、ＴＳ：８５００ｍｇ／Ｌ）について遠心脱水機を対象とした凝集濾過試験及び圧搾試験を実施した。この汚泥の性状は２００メッシュオン残留物が１３．８質量％と少なく、汚泥粒子も小さいため難脱水な汚泥の分類に入る。３００ｍ１容のポリプロピレン製ビーカーに汚泥を２００ｍ１入れた後、表２の試料Ｍ―１〜試料―６の溶解液を添加し、１０００ｒｐｍ、３０秒間の攪拌により汚泥を凝集させた。その後フロックの大きさを観察後、６０メッシュの濾布付きビーカーにより濾過速度を調べた。また濾過後の凝集物を１ｋｇf／ｃｍ２の圧搾圧力で３０秒間プレス脱水後に脱水ケーキの含水率を求めた。これらの結果を表３に示す。

（比較試験１）表２の比較試料Ｈ―１〜比較試料Ｈ―４に関し試験を行なった。これらの結果を表３に示す。

（表３）
フロック径；ｍｍ、濾液量；ｍＬ、含水率；質量％、
薬注量；対汚泥分散液（ｐｐｍ）

食肉処理場より発生する余剰汚泥（汚泥性状がｐＨ６．２、ＳＳ：１７３００ｍｇ／Ｌ、ＴＳ：１９０００ｍｇ／Ｌ）について遠心脱水機を対象とした凝集濾過試験及び圧搾試験を実施した。この汚泥の性状は２００メッシュオン残留物が２５．０質量％でありやや少なく、比較的難脱水汚泥の範囲に入る。３００ｍ１容のポリプロピレン製ビーカーに汚泥を２００ｍ１入れた後、表２の試料Ｍ―１〜試料Ｍ―６の溶解液を添加し、１０００ｒｐｍ、３０秒間の攪拌により汚泥を凝集させた。その後フロックの大きさを観察後、６０メッシュの濾布付きビーカーにより濾過速度を調べた。また濾過後の凝集物を１ｋｇf／ｃｍ２の圧搾圧力で３０秒間プレス脱水後に脱水ケーキの含水率を求めた。これらの結果を表４に示す。

（比較試験２）表２の比較試料Ｈ―１〜比較試料―４に関し試験を行なった。これらの結果を表４に示す。

（表４）
フロック径；ｍｍ、濾液量；ｍＬ、含水率；質量％、
薬注量；対汚泥分散液（ｐｐｍ）

Claims (4)

1. 電荷内包率が１０％以上、５０％以下であり、かつ下記一般式（１）及び／または（２）で表されるカチオン性単量体共重合率が１５〜２５モル％であり、下記一般式（３）で表されるアニオン性単量体共重合率との差が５〜１０モル％であるカチオン性リッチの（メタ）アクリルアミド系両性高分子凝集剤（Ａ）と、電荷内包率が１０％以上、５０％以下であり、前記一般式（１）及び／または（２）で表されるカチオン性単量体共重合率が４０〜５０モル％であり、前記一般式（３）で表されるアニオン性単量体共重合率との差が１０〜１５モル％であるアニオン性リッチの（メタ）アクリルアミド系両性高分子凝集剤（Ｂ）の混合物であって、混合物のイオン性がカチオン性リッチであることを特徴とする汚泥脱水剤。
   
   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アルコキシル基、Ｒ_４は水素、炭素数１〜３のアルキル基、アルコキシル基あるいはベンジル基であり、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、アルコキシ基あるいはベンジル基、Ｘ_２は陰イオンをそれぞれ表わす
   
   一般式（３）
   Ｒ_８は水素、メチル基またはカルボキシメチル基、Ｑ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ＣＯＯ、Ｙ_１は水素または陽イオン
2. 電荷内包率が１０％以上、５０％以下であり、かつ下記一般式（１）及び／または（２）で表されるカチオン性単量体共重合率が１５〜２５モル％であり、下記一般式（３）で表されるアニオン性単量体共重合率との差が５〜１０モル％であるアニオン性リッチの（メタ）アクリルアミド系両性高分子凝集剤（Ａ）と、電荷内包率が１０％以上、５０％以下であり、前記一般式（１）及び／または（２）で表されるカチオン性単量体共重合率が４０〜５０モル％であり、前記一般式（３）で表されるアニオン性単量体共重合率との差が１０〜１５モル％であるカチオン性リッチの（メタ）アクリルアミド系両性高分子凝集剤（Ｂ）の混合物であって、混合物のイオン性がカチオン性リッチであることを特徴とする汚泥脱水剤。
   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アルコキシル基、Ｒ_４は水素、炭素数１〜３のアルキル基、アルコキシル基あるいはベンジル基であり、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、アルコキシ基あるいはベンジル基、Ｘ_２は陰イオンをそれぞれ表わす
   
   一般式（３）
   Ｒ_８は水素、メチル基またはカルボキシメチル基、Ｑ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ＣＯＯ、Ｙ_１は水素または陽イオン
3. 前記（メタ）アクリルアミド系両性高分子凝集剤（Ａ）及び（Ｂ）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あるいは２に記載の汚泥脱水剤。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の排水処理剤を汚泥に添加し脱水することを特徴とする汚泥脱水方法。