JPH0214799A - 両性汚泥脱水剤 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は産業廃水、下水処理等より生じる汚泥の脱水剤
に関し、特に有機性の高い生活廃水を含有する下水また
はし尿処理で発生する汚泥の効率的脱水処理に好適な汚
泥脱水剤に関する。

〔従来の技術〕

従来より有機性産業排水、下水、し尿処理場等より生じ
る有機質汚泥の処理にはカチオン性高分子凝集剤を添加
してスクリューデカンタ−フィルタープレス、ベルトプ
レス等で脱水する処理方法が行なわれている。脱水処理
された汚泥（以下脱水ケーキという）は埋め立て等に用
いられることもあるが主には焼却処分されている。焼却
において使用される燃料の大部分は脱水された汚泥中の
水分蒸発に使用されるが、−船釣に脱水ケーキ中の水分
が１％低下すると燃料を１０％程度節約可能とされてい
る。そのため、焼却処分における燃料費用を節減するた
めに脱水ケーキの低含水率化力（要望されている。

そのような有機性汚泥の脱水には一般に、ジメチルアミ
ンエチルメタクリレートの第４級アンモニウム塩や酸塩
を共重合成分として含むエステル型のカチオン基を持つ
高分子凝集剤が広く用いられている。

ところで、特に有機性の高い汚泥、例えば多量の生活廃
水を含む下水処理場より生ずる汚泥やし東処理場より生
ずる汚泥等においては、上記のような通常のカチオン性
高分子凝集剤を使用しても充分な脱水効果が得られない
ことが多（、七のよ５な場合脱水ケーキの含水率が低（
ならないのみならず、凝集したフロックの強度が弱くな
り懸濁質（ＳＳ）回収率も低下するという問題がある。

また、このような汚泥の脱水に対してポリアクリルアミ
ドをマンニッヒ変性したカチオン性高分子凝集剤、マン
ニッヒ変性高分子凝集剤とアニオン性高分子凝集剤の併
用（特開昭５８−１３９７９９号）、通常のカチオン性
高分子凝集剤とアニオン性高分子凝集剤の併用（特開昭
５８−２１５４５４号）などが提案されてい、る。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、カチオン性高分子凝集剤とアニオン性高
分子凝集剤とを併用する方法はＳＳ回収率、脱水ケーキ
の含水率、ケーキの剥離性などにおいである程度の改善
が見られるもののいずれの場合も各成分の混合比の選定
や混合操作が煩雑である。また、マンニッヒ変性ポリマ
ーは保存安定性が良好でなく、数ケ月程度の保存によっ
ても不溶性部分が生成するためこれによるトラブルの発
生、脱水効果の低下などが見られることが多い。更に適
用可能な汚泥のｐＨ値が限られており、高ｐＨの汚泥の
処理には適していない。

以上述べたよ５に、現状では保存安定性、脱水性能を兼
ね備えた高分子凝集剤は見出されていない。

本発明者等は、前記のよ５な汚泥を効率的に脱水する方
法を鋭意研究した結果、特定の化学構造を持つカチオン
性単量体とアニオン性単量体を共重合した両性重合体と
塩基性化合物を組み合わせることにより、その目的を達
成できることを見出し本発明を完成した。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の要旨は、下記（ａ）で示される単量体単位およ
び（ｂ）で示される単量体単位を含む水溶性重合体、塩
基性化合物および水からなり、該水溶性重合体の濃度が
０．２〜１．Ｏｘ量％、　　ｐＨ値が８，５〜１２．５
である両性汚泥脱水剤にある。

（ｂ）　　　〔−ＣＭ、　−Ｃ−ｍｌ ｏｏｙ （但し、ＲはＨ又はＣＭ５、ＹはＨ，ＫＳＮａ又はＮＨ
，である。） 即ち、本発明で用いられる水溶性重合体の主原料はジメ
チルアミノプロピルアクリルアミドの酸塩とアクリル酸
、メタクリル酸あるいは、それらのナトリウム塩、カリ
ウム塩、アンモニウム塩である。

本発明における水溶性重合体はカチオン性単量体成分（
ａ）とアニオン性単量体成分価）を含むが、（ｂ）成分
の存在により（ａ）成分単独のものに較べて汚泥脱水効
果が著しく向上するのであり、これは以下の如き理由に
よるものと考えられる。

即ち、重合体中において（、）で示される単量体単位中
のアミド結合部（−ＣＯＮＨ−）は高ＰＨ域においても
加水分解を受は難く保存安定性が良好であり、又、アル
カリ性域においてカチオン基の解離が抑え１られｐＨの
上昇と共に汚泥脱水剤の粘度が急激に低下するためポリ
マーと汚泥との混合特性が向上するために（ａ）成分単
独系でもある程度良好な性能を示すが、（ａ）成分単独
では汚泥の７０ツクが充分大きくならず脱水特性が必ず
しも充分でない。これに対して（ｂ）成分が共存する本
発明の水溶性重合体の場合は、アルカリ性域のポリマー
溶液中で解離が抑えられているカチオン基が汚泥に混合
使用されると同時に汚泥のｐＨ（通常５〜７）にもどさ
れ、カチオン基が解離して汚泥を凝集するとともにポリ
マーの一部のカチオン基とアニオン基が疎水性の塩をつ
（す、この疎水性塩がフロック強度の高い粗大フロック
を形成し、汚泥の脱水性を大巾に向上させるのである。

水溶性重合体中の（ａＬ　（ｂ）各成分の割合は特に電 限定されず、対象とする汚泥に適した荷量量とすればよ
く、他の共重合成分を併用してもよい。

（、）式で示されるカチオン性単量体成分の重量組成比
は２０〜９９％程度であればよ（，３０〜９７％程度で
あることが好ましく、５０〜９５５程度であることがよ
り好ましい。また、（ｂ）式で示されるアニオン性単量
体成分の重量組成比は１〜３０％程度であればよく、３
〜２０％程度であることが好ましく、５〜１５％程度で
あることがより好ましい。

上記単量体（、）と単量体（ｂ）との共重合に使用しつ
る単量体としては、ジメチルアミンエチルメタクリレー
ト、ジメチルアミノエチルアクリレート、ジエチルアミ
ンエチルメタクリレート、ジエチルアミノエチルアクリ
レート、ジメチルアミノヒドロキシプロビルメタクリレ
ート等の第４級アンモニウム塩あるいは酸塩などの陽イ
オン性単量体、あるいはアクリルアミド、メタクリルア
ミド等の非イオン性の水溶性単量体などを挙げることが
でき、更にアクリロニトリル、メタクリロニトリル、メ
チルアクリレート、エチルアクリレート等の単量体も生
成する共重合体の水溶性を損なわない範囲で共重合させ
ることができる。

尚、（ａ）成分の代わりのカチオン性成分としてたとえ
ばジメチルアミンエチルメタクリレートの硫蒙塩等のエ
ステル系成分を用いる系では、ポリマーの水溶液を高ｐ
Ｈにした段階でエステル結合部の加水分解が急速に進行
してカチオン基が減少し、カチオン凝集剤としての性能
が低下し凝集性を示さなくなるので好ましくない。

第１表はジメチルアミノプロビルアクリルアミドのホモ
ポリマーとジメチルアミノエチルメタクリレートのホモ
ポリマーのカチオン強度のｐＨ依存性を示すものであり
、後者の場合はｐＨ８を越えるとｐＨと共にカチオン度
が急激に低下するが、前者の場合はｐＨ９以上でもかな
りのカチオン性を保持しており、ｐＨ９〜１０の高ｐＨ
の汚泥に対してもカチオン性ポリマーとしての効果が期
待できることがわかる。

また、ジメチルアミンエチルメタクリレート等の第４級
アンモニウム基量のポリマーでは、加水分解に対する安
定性は酸塩型カチオンポリマーに比べて良好であるが、
アルカリ性域で水溶液の粘度が低下しないため前述のよ
うな効果が期待できない点が問題である。

本発明で使用される塩基性化合物としては、炭酸ナトリ
ウム、炭酸カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウ
ムを始めとした程々の無機あるいは有機の塩基性化合物
を挙げることができる。

前記単量体等から製造されるビニル系両性ポリマーやビ
ニル系カチオン性ポリマーは通常酸性条件下で重合され
、このポリマーをそのまま水に溶解した水溶液のｐＨは
３〜６程度となる。

又、一般にビニル系両性ポリマーやビニル系カチオン性
ポリマーは高ｐＨ域で側鎖の加水分解速度が大きいため
高ｐＨ域においては経時的にカチオン度が低下する。従
ってビニル系両性ポリマーやビニル系カチオン性ポリマ
ーの水溶液は酸性から中性のＰＨ域に維持されるのが一
般的である。

本発明はこれらの常識に反し、前記単量体単位を含む水
溶性重合体水溶液のｐＨ値を８．５〜１２．５の範囲に
保つことによって汚泥脱水性が著しく向上することを見
出した結果なされたものである。

本発明で使用される前記水溶性重合体の製造法としては
水溶液重合法、逆相懸濁重合法、逆相乳化重合法などが
適用されるが、そのうちでも水溶液重合法が最も容易で
有利な製造法である。

単量体の合計量の重合開始時の水溶液中の濃度はおよそ
２０〜８５重量％程度であることが好ましい。濃度が２
０ｆｉｉ％を越えると生産性が低下し、一方８５重量％
より上になると単量体が水に完全溶解しなくなることや
重合熱による系の温度上昇が太き（なりすぎるなどの問
題が生じやすい。単量体混合物の水溶液に窒素等の不活
性ガスを通じることにより脱酸素した後重合開始剤を添
加して重合を行わせる。重合開始剤としては、アゾ系、
レドックス系等の公知のラジカル開始剤を使用すること
ができる。

又、重合時の水溶液ｐＨは１〜５程度であることが好ま
しく、１．５〜３．５程度であることがより好ましい。

即ち、（ｂ）で示される単量体と仏）で示される単量体
とがともに解離するｐＨ域で（共）Ｘ合が行なわれると
、ポリマーの乾燥耐熱性などが低下し、溶解性が不良に
なることがあるので重合の際の単量体水溶液ｐＨは、前
記（ｂ）で示される単量体が実質的に非解離の状態にな
るｐＨ域を採用することが好ましい。

重合温度としては、開始温度をｌＯ〜４０℃程度とし、
実質的断熱系で重合する方法、またシート重合法等によ
り系外から温度コントロールをしながら重合する方法な
どが採用できる。

以上の重合方法により含水ゲル状あるいは固体状の重合
体が製造され、それを乾燥、粉砕することＫより粉末状
の重合体を得ることができる。

本発明の汚泥脱水剤において水溶性重合体、塩基性化合
物と水との混合物の調製は種々の方法によって行なうこ
とができ、重合体と塩基性化合物を同時に水に溶解する
方法や、重合体水溶液と塩基性化合物水溶液を混合する
方法を採用できる。その際重合体の種類、共重合組成比
等を考慮して重合体濃度が０．２〜１．０重量％、ｐＨ
値が８．５〜１２．５の範囲となるように適宜調整する
ことＫより本発明の汚泥脱水剤を得ることができる。

尚、汚泥脱水剤のｐＨ値は９．０〜１１．０の範囲であ
ることがより好ましい。

本発明の汚泥脱水剤を用いて汚泥脱水を行なう場合を工
通常の高分子凝集剤と同様に処理対象の汚泥あるいは廃
水中の８８分に対して０．２〜２ＴＬ量％程度添加する
ことによって７０ツクを生成させ、引続き脱水処理を行
なえばよい。脱水装置としては、スクリューデカンタ−
スクリュープレス、ベルトプレス等の公知の各種汚泥用
脱水機を用いることができる。

〔実施例〕

以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明する。

なお、各種の測定は以下の方法により実施した。

（１）水溶液粘度（１％ηＢ） ポリマーを脱イオン水に溶解し、１％濃度の水溶液をつ
（す、ＢＷ粘度計を用いて測定する。

（２）　　コロイド荷電 ■　カチオン度（ｐＨ３のコロイド荷電）コニカルビー
カーに脱イオン水９０Ｍをとり、試料ポリマーの５００
　りＩ）Ｉｌｌ溶液１０−を加え、塩酸水溶液でｐＨを
３．０とし、約１分間攪拌する。次にトルイジンブルー
指示薬を２〜３滴加え、Ｎ／４００ポリビニル硫駿カリ
ウム（ＰＶＳＫ）試薬で滴定する。滴定速度は２ｉｕ／
分とし、検水が青から赤紫色に変色し１０秒以上保持す
る時点を終点とする。カチオン度は下記の計算式により
求められる。

カチオン度（ｍｅｑｈ）＝ Ｎ／４００ＰＶＳＫ滴定量（１４）ＸＮ／４００　ＰＶ
ＳＫの力価■ アニオン度（ｐＨ１１のコロイド荷電）コニカルビーカ
ーに脱イオン水９ＯＮｆｓ：とり、Ｎ／１０苛性ソーダ
水溶液を加え、ｐＨを１１．ＯＫ調整する。次に攪拌下
Ｎ／２００メチルグリコールキトサン試液５ｄを滴下し
、１分間以上攪拌する。次に試料ポリマーの５００　ｐ
ｐｍ水溶液１０ｍをゆっくり滴下し、滴下後さらに５分
間以上攪拌した後、トルイジンブルー指示薬を２〜３滴
加え、Ｎ／４００ポリビニル硫酸カリウム（ＰＶＳＫ）
試薬で滴定する。滴定速度は２１１Ｌｔ／分とし、検水
が青から赤紫色に変色し１０秒以上保持する時点を終点
とする。

なお、上記操作において、試料を添加しない場合をブラ
ンク試駿とする。アニオン度は下記の計算式により求め
られる。

アニオン度（ｍａｑ／Ｐ）＝ （ブランク滴定量−試料滴定量）（Ｉｇ）ＸＮ／４００
ＰＶＳＫの力価（３）　　ヌッチェテスト ビーカーに汚泥３０　ＯＮ＋７をとり、所定量の高分子
凝集剤を添加し、ジャーテスターにて１５０ｒｐｍＸ６
０秒攪拌を行りた後、ポリエステル濾布上に注ぎ濾液量
を測定し、その後１　ｋｇ／ａｎ”　Ｘ　１分間の加重
を加え、ケーキ含水率を求める。

製造例１（重合体Ａ） 容量３Ｌのビーカーに脱イオン水１０９１／、アクリル
アミド（ＡＡ）９０Ｐを入れ、攪拌、冷却下に９５％硫
酸１９２１を添加、ついでジメチルアミノプロピルアク
リルアミ）’（ＤＭＡＰＡＡ）５８２７’を添加し、更
にアクリル酸（Ａａ）４５Ｊ’を添加し、ＡＡ／ＤＭＡ
ＰＡＡ硫酸塩／Ａａ　＝　　１０／　８５／　５　（重
量比）の単量体水溶液を調製した。この単量体水溶液の
ｐＨ値を２．０に液温を２５℃に調整した後、３Ｌのデ
ユワビンに移し３０分間窒素通気を行ない、次いで重合
開始剤として２，２′−アゾビス（２−アミジノプロパ
ン）ジハイドロクロライド１０％水溶液２０１、過硫酸
アンモニウム１０％水溶液０．２Ｐおよびホルムアルデ
ヒドスルホキシレートナトリウム１０％水溶液０．６Ｐ
を加えて攪拌した。約２０分後ＫＮ合が開始し、２時間
後に内部温度が９０℃に達しゲル状の重合体を得た。

これをミートチョッパーで約５１０Ｉｌ大の粒状に解砕
し、６０℃で１６時間熱風乾燥した後粉砕し、含水率９
％の粉末状重合体Ａを得た。この粉末は完全に水に溶解
し、その１％純水溶液の粘度は１２０００ＰＳ、カチオ
ン度は３．５　ｍ＠ｑ／Ｐ、アニオン度は０．６　ｍｅ
ｑ　／／　　であった。

製造例２Ｃ１重合体Ｂ） 製造例１と同様な方法で脱イオン水１２９５Ｊ’、ＡＡ
３１５Ｐ％ＤＭＡＰＡＡ２６５Ｆ、９５％硫１！８１Ｆ
およびＡａ３５／を使用し、ＡＡ／ＤＭＡＰＡＡ硫酸塩
／　Ａａ　＝　４５　／　５０　／　５（１４童比）の
単量体水溶液を調製した。この単１体水溶液のｐＨを２
．５、液温な２０℃に調整し窒素通気を行った後、開始
剤として２，２′−アゾビス（２−アミジノプロパン）
ジハイドロクロライド１０％水溶液を１　、Ｏ／、過硫
酸アンモニウム１０％水溶液を０．２　Ｐ　、ホルムア
ルデヒドスルホキシレートナトリウム１０％水溶液頷 ０．６弊を使用して１合した。約１５分後に１合が開始
し、３時間２０分後に内部温度が９０℃に達しゲル状の
重合体□を得、乾燥、粉末化し粉末状重合体Ｂを得た。

この粉末は完全に水に溶解し、その１％純水溶液の粘度
は１６０００ＰＳ、カチオン度は２．　ｌ　ｍｅｑ　／
　ｌ　−アニオン度は０．６　ｍｅｑ　／　／　であり
た。

実施例１ 程々の重合体についてコロイド荷電、水溶液粘度のｐＨ
依存性を測定し第２表に示した。

重合体Ａ及びＢは前記製造例１及び２で製造したもので
あり、重合体Ｃ−Ｈに比較例品である。

また、１％水溶液のｐＨ値を１０に調整して１０時間放
置した後、ｐＨ値を３としてｐＨ３におけるコロイド荷
電を求めて第３表に示し、アルカリ性域でのカチオン基
の安定性を比較した。

第１図は各ポリマーの溶解状態におけるカチオン基の解
離挙動を示すものであり、アンモニア水または酢酸を使
用して各ポリマー溶液のｐＨ調整を行りてコロイド滴定
を実施し、滴定終点コロイド碕電 のｐＨ値と加泰上記毒の関係を求めた。又、第２図には
各ポリマーの１％水溶液粘度のｐＴｌ依存性を示した。

尚、各ポリマーの１％水溶液のｐＨ値が２．６〜３．８
であったのでＮａＯＨにてｐＨ調整を実施した。

重合体ＣとＤは、第１図に示すよ５にアルカリ性域で高
いカチオン度を示すものの、重合体Ｃはアルカリ性域で
の溶解特性が劣り（第３表）、重合体りはアルカリ性域
での水溶液粘度が高い（第２図）。また、重合体ＥとＧ
は、第１図に示すようにアルカリ性域で殆どカチオン性
を有しておらず、重合体Ｆも同様の傾向を示している。

これに対し本発明で使用される重合体ＡとＢは高ｐＨ域
（アルカリ性域）での溶解特性が優れかつカチオン度の
低下が少なく保存安定性に優れている。また、ｐＨの上
昇とともに溶液粘度が低下するため汚泥との混合特性の
向上が期待される。

実施例２ 第２表に示した各重合体それぞれの０．２％水溶液を苛
性ソーダにより糧々のｐＨ１ｃ調整しｐＨ調整から１時
間経過した後に、汚泥に対する重合体添加量を各２００
　ｐｐｍとして下水混合生汚泥（ＴＳ；１，８５％、Ｖ
ＴＳ；７７．８％、ｐＨ６，８）に対するヌッチェテス
トに供した。

第４表の結果から本発明品が極めて良好な脱水性能を示
していることがわかる。

実施例３ 第２表に示した各重合体粉末に炭酸ナトリウム粉末を３
０％混合したものでそれぞれ０．３％水溶液を調製した
。汚泥に対する重合体添加量を各２５０　ｐｐｍとして
これらの水溶液を下水混合生汚泥（ＴＳＩ、９１％、Ｖ
’ｒＳ７８．０％、ｐＨ６，５）Ｋ対するヌッチェテス
トに供した。第５表から本発明品が極めて良好な脱水性
能を示すことがわかる。

表 （注１） 数字はｐＨ７，０のカチオン度を１００としたカチオン
度の相対値 （注２） ＤＭＡＰＡＡ・・・・・ ＤＭＡＥＭＡ・・・・・ ジメチルアミノプロ ピルアクリルアミド ジメチルアミノプロ ルメタクリレート 第 表 （注３） ＡＡ・・・・・アクリルアミ ド Ａａ・・・・・アクリル酸 第 表 第 表 第 表 〔発明の効果〕 実施例の結果から明らかなように本発明の両性汚泥脱水
剤は以下に掲げる優れた効果を有する。

即ち、従来の汚泥脱水剤と比較してポリマーの保存安定
性が良好で脱水ケーキの含水率が４〜５％程度低（する
ことが可能であり脱水性能が優れている。従って脱水処
理ケーキの取り扱いが容易となり、汚泥焼却時には燃料
費を著しく節約できる。

屯 また、本発明の汚泥脱水剤によれば従来法では良好な脱
水が行われなかったｐＨの高い汚泥に対しても効率的な
脱水が期待される。

【図面の簡単な説明】

第１図は重合体のｐＨとコロイド荷電との関係を示すも
のである。 第２図はｐＨと重合体の水溶液粘度との関係を示すもの
である。 襄／図 ＰＩ−１ 第２図 Ｒ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 下記（ａ）で示される単量体単位および（ｂ）で示され
   る単量体単位を含む水溶性重合体、塩基性化合物および
   水からなり、該水溶性重合体の濃度が０．２〜１．０重
   量％、ｐＨ値が８．５〜１２．５である両性汚泥脱水剤
   。 （ａ）▲数式、化学式、表等があります▼ （但し、Ｘ＾−は１／２（ＳＯ＿４＾２＾−）又はＣｌ
   −である。）（ｂ）▲数式、化学式、表等があります▼ （但し、ＲはＨ又はＣＨ＿３、ＹはＨ、Ｋ、Ｎａ又はＮ
   Ｈ＿４である。）