JPH03138000A - 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１ 本発明は下水、し尿、各種産業廃水の処理において生じ
た有機性汚泥の脱水剤に関する。

〔従来の技術１ 下水、し尿、各種産業廃水の処理において生ずる有機性
汚泥は、濃縮および脱水が極めて困難であるため、通常
脱水剤を添加混合し凝集させた後、脱水機によって脱水
処理される。上記汚泥の脱水剤として、従来の無機凝集
剤に代わり、近年、有機高分子凝集剤が使用されるよう
になってきた。このような、有機高分子凝集剤による汚
泥の脱水方法としては、例えばカチオン性有機高分子凝
集剤を単独添加する方法、カチオン性有機高分子凝集剤
とアニオン性有機高分子凝集剤とを順次添加あるいは同
時添加する方法（特開昭５８−２１６７０６、特開昭６
０−５１６００）　、カチオン性基とアニオン性基とを
分子内に含有する両性高分子を単独添加する方法（特開
昭５３−１４９２９２、特開昭６２−２０５１１２）等
が知られている。

しかしながら、カチオン性有機高分子凝集剤を単独添加
する方法ではケーキの脱水率、ＳＳの回収率、濾布から
の剥離性で十分に満足する結果が得られていない。また
、カチオン性有機高分子凝集剤とアニオン性有機高分子
凝集剤とを併用する場合には、上記問題点は多少改善さ
れる場合があるものの、凝集剤の溶解槽、凝集反応槽な
どを複数個必要とし、設備費が高価となったり、複数の
剤の添加割合をその都度調節しなければならないといっ
た煩雑さがある。一方、カチオン性基とアニオン性基と
を分子内に含有する両性高分子凝集剤を単独添加する方
法ではこのような煩雑さは解消される。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、従来のこのような両性高分子では良好な
ＳＳ回収率、濾布からの剥離性を維持するためにカチオ
ン性基とアニオン性基との比率にはおのずと限界があり
、一般にモル比でカチオン：アニオン＝２：１〜６：１
のものが多く採用されている。しかし、この場合にはケ
ーキ含水率の点ではカチオン性有機高分子凝集剤を上回
る性能が得られないことが多いという問題があり、凝集
性能、脱水性能を兼ね備えた両性高分子凝集剤は見いだ
されていない。

ｒ問題を解決するための手段］ 本発明は、このような問題点を解決するためのものであ
り、カチオン性単量体、アニオン性単量体、ノニオン性
単量体のいずれもがアクリル系である単量体の重合体で
あれば、意外にもカチオン性基とアニオン性基の比率が
従来のものに比べて大きくとも両性の特徴が失われず、
かつケーキ含水率の低減も達成できる剤であることを見
いだし完成されたものである。

即ち、本発明は下記カチオン性単量体（Ｉ）、アニオン
性単量体（ＩＩ）、アクリルアミド（Ｉ）からなる重合
性ビニル単量体を必須成分としてなる重合体で、重合体
中の各成分の割合が、（Ｉ）：　　（ＩＩ）　　：　　
（ＩＩＩ）　＝２０〜８５：１〜１０：５〜７０（モル
％、ただし、（Ｉ）、（ＩＩ）、（ＩＩＩ）の合計は１
００モル％）なる範囲で、かつ（Ｉ）と（ＩＩ）と（Ｉ
Ｉ）：　　（ＩＩ）が８．５：１〜２０：１の範囲にあ
ることを特徴とする汚泥脱水剤に関するものである。

Ｃ）１．＝　Ｃ）Ｉ−ＣＯＮ）Ｉ２．　　（［＋　）（
ただし、式中Ｒ１はメチル基またはエチル基を、Ｘはハ
ロゲン、モノアルキル硫酸または硫酸イオン、硝酸イオ
ン等の対イオンを、Ｍは水素原子、アルカリ金属または
アンモニウムをそれぞれ意味する。） 本発明の汚泥脱水剤においてカチオン性単量体（Ｉ）は
、アクリル酸エステル系の単量体であることが必須の要
件で、その具体例としては、Ｎ、Ｎ−ジメチルアミノエ
チルアクリレート、Ｎ、Ｎ−ジエチルアミノエチルアク
リレート等の塩酸塩、硝酸塩、硫酸塩等が挙げられる。

アニオン性単量体（ＩＩ）はアクリル酸またはその塩で
あることが必須の要件で、その具体例としては、アクリ
ル酸、アクリル酸ナトリウム、アクリル酸カリウム、ア
クリル酸アンモニウム等が挙げられる。

ノニオン性単量体としてアクリルアミド（ＩＩＩ）が必
須であるが、これ以外に下記（ＩＶ　）で表される単量
体が性能を損なわない程度に含まれてもよ（、具体例と
しては、アクリロニトリル、メチルアクリレート、エチ
ルアクリレート、ヒドロキシエチルアクリレート、ヒド
ロキシブ口ビルアクリレート、ｎ−プロピルアクリレー
ト、１ｓｏ−ブチルアクリレート、ｎ−ブチルアクリレ
ート等が挙げられる。

ＣＨ，＝ＣＨ−Ｒ３（ＩＶ） （ただし、式中Ｒ８はニトリルまたはメチルエステル、
エチルエステル、ヒドロキシエチルエステル、ヒドロキ
シプロピルエステル、プロピルエステル、ブチルエステ
ルを意味する。） 本発明において用いられるカチオン性単量体（Ｉ）、ア
ニオン性単量体（ＩＩ）、アクリルアミド（ＩＩＩ）お
よびノニオン性単量体（ＩＶ　）の共重合割合は、それ
ぞれ（Ｉ）は２０〜８５モル％、より好ましくは３０〜
７５モル％、（ＩＩ）は１〜１０モル％、より好ましく
は２〜９モル％、（ＩＩＩ）は５〜７０モル％、より好
ましくは１０〜６０モル％、ノニオン性単量体（ｒｖ　
）は単量体（Ｉ）、（ＩＩ）、（ＩＩＩ）の合計１００
モル％に対し０〜２０モル％とする必要がある。カチオ
ン性単量体（Ｉ）が２０モル％未満では有機性汚泥の脱
水剤としては性能不十分であり、カチオン性単量体（Ｉ
）が８５モル％を越える場合あるいはアニオン性単量体
（ＩＩ）が１モル％未満では両性としての特徴が失われ
、凝集性能と脱水性能の両立が困難となる。またアニオ
ン性単量体（ＩＩ）が１０モル％を越えると脱水性能が
低下する。アクリルアミド（ＩＩＩ）は分子量やイオン
当量の調節、ポリマーの粉体としての作業性の向上等に
必要であり、５モル％未満であると適当な分子量とする
ことが困難となり、また粉体としたとき粘着性が強（取
扱難いという問題が生ずる。

さらに、本発明では（Ｉ）と（ＩＩ）の比は８゜５＝１
〜２０：１であることも同時に必要であり、（Ｉ）の比
率が８．５より小さいと脱水性が悪化する。一方、（Ｉ
）の比率が２０より大きい場合にはもはや両性としての
特徴は発現しな（なる。本発明の重合体が、従来の両性
高分子凝集剤におけるカチオン性基とアニオン性基との
最適比より大きい場合に有効である理由は不明であるが
一つには本発明の単量体の共重合性が良好で、カチオン
性基とアニオン性基が分子内で比較的均一に分布してい
るためアニオン性基が少量であっても有効に作用するた
めと考えられる。

また、本発明の重合体は、従来のカチオン性、両性の高
分子凝集剤に比べ汚泥の脱水に必要な添加量が少ないと
いう特徴をも有している。これは、前記の分布が均一で
あるということおよび、重合体の主鎖構造が柔軟である
こと等に起因するものと考えられ、従来の両性高分子凝
集剤からは予期できなかった効果である。

本発明における重合体の製造は、溶液重合法、乳化重合
法、逆相懸濁重合法、沈殿重合法等の公知の方法によっ
て行うことができる。この際、単量体は５〜８０重量％
の水溶液あるいは水と水溶性有機溶媒の混合溶媒の溶液
として重合することが好ましく、単量体濃度が５重量％
未満であると生産性が低いため好ましくなく、また８０
重量％を越えると重合熱が多量に発生し系の温度が上昇
しざるので好ましくない。また、単量体溶液のｐＨはカ
チオン性単量体（Ｉ）が加水分解しやすいため、ｐＨ７
以下、好ましくはｐＨ２〜６の範囲とする必要がある。

重合は、紫外線の照射あるいはラジカル開始剤の存在下
行なえばよ（、例えば過硫酸カリウム、過硫酸アンモニ
ウム等の過酸化物、あるいはこれらの過酸化物と亜硫酸
ナトリウム、重亜硫酸ナトリウム、Ｃ−アスコルビン酸
等の還元剤とからなるレドックス系開始剤、またはアゾ
ビスイソブチロニトリル、２，２°−アゾビス（２−ア
ミジノプロパン）２塩酸塩、４，４°−アゾビス（シア
ノペンタノイックアシッド）等のアゾ化合物を用いるこ
とができる。また上記開始剤を併用することもできる。

重合温度としては、開始剤の種類により異なるが１０〜
１００℃程度が好ましい。また、重合時間は単量体の濃
度や重合温度のより変わるが、おおよそ３０分〜１２時
間程度とすれば良い。

このようにして得られる重合体は、汚泥の凝集性および
脱水性の向上の観点から分子量を調整するのが好ましく
、重合体の１重量％水溶液（２５℃、ｐＨ３，５）のブ
ルックフィールド粘度が２０〜１００００ｃｐｓ、より
好ましくは１００〜７０００　ｃｐｓとなるように重合
条件を設定する必要があり、その目的のためにメタノー
ル、エタノール、インプロパツール、エタノールアミン
、イソプロパツールアミン、次亜燐酸塩等の連鎖移動剤
を用いることもできる。

本発明の脱水剤を使用する場合には、０．１〜１重量％
程度の水溶液として対象とする汚泥に単独添加し凝集処
理すれば良いが、その他の剤、例えば無機凝集剤、カチ
オン性高分子凝集剤、アニオン性高分子凝集剤、両性高
分子凝集剤と併用することもできる。生成したフロック
は公知の脱水機、例えばベルトプレス、遠心脱水機、ス
クリュープレス等により脱水することができる。

〔作用〕

本発明の脱水剤を汚泥に添加混合すると、重合体のカチ
オン性基の比率が大きくまた主鎖構造も柔軟であるため
、カチオン性基が有効に利用された脱水性が向上すると
共に、アニオン性基との相互作用によって大きなフロッ
クが形−成され分離性能が向上し、濾布からのケーキ剥
離性も向上する。

［実施例］ 以下実施例により更に具体的に説明するが、本発明はこ
れらにより何ら限定されるものではない。

（重合体の製造） 参考例Ｉ Ｎ、Ｎ−ジメチルアミンエチルアクリレート４６゜５４
ｇ　（０，３２５モル）、アクリル酸１．８０ｇ　（０
，０２５モル）、アクリルアミド１０．６６ｇ（０，１
５モル）および水８６．３２ｇの混合物を１５％塩酸で
ｐＨ４に調製した単量体水溶液を、撹拌機、還流冷却管
、窒素ガス導入管を備えた４つロフラスコに仕込んだ。

次いで窒素ガスで内部を充分置換後、２，２°−アゾビ
ス（２−アミジノプロパン）２塩酸塩をＯ，ｌＯｇを添
加し、内温な５０℃とした。昇温終了後撹拌を停止し、
重合反応を開始した。８０℃に５時間保温して重合を完
了し重合体を得た。残存単量体を高速液体クロマトグラ
フィーで分析したところいずれの単量体も９９％以上の
転化率であった。

参考例２〜１１ 参考例１において用いた各単量体の種類とモル比を表１
のように変更し、開始剤添加量を適宜調節した以外は参
考例１と同様の操作によって重合体を得た。いずれの場
合も単量体の転化率は９９％以上であった。

表１ （注１） ＤＡＡ−ＨＣｌ：　Ｎ、　Ｎ−ジメチルアミンエチルア
クリレート塩酸塩ＤＡＡ−％Ｈ，ＳＯ，：Ｎ、Ｎ−ジメ
チルアミノエチルアクリレート硫酸塩ＤＡＭ）ＩＣ１：
　Ｎ、　Ｎ−ジメチルアミノエチルメタクリレート塩酸
塩［ＩＡＪ［：　：Ｎ、Ｎ−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Ｍニアクリル酸 １ＩＩＡＡ＝メタクリル酸 Ｍｌ；アクリルアミド ｈ：メタクリルアミド ＭＡ＝アクリル駿メチル 実施例１〜４、比較例１〜６ 下水処理場の混合生汚泥（ｐＨ６，７，５８１８％、Ｖ
Ｓ３８２．３％）２００ｍｌをビーカーに採り、これに
表２に示す高分子脱水剤の０．２重量％水溶液を所定量
添加し、タービン羽根付き撹拌機を用いて３００　ｒｐ
ｍで１分間撹拌した。凝集した汚泥をベルトプレス用濾
布を敷いた直径５ｃｍの円筒に注ぎ１０秒後の濾液量を
測定した。次に、１分間濾過した後円筒をはずし汚泥を
ベルトプレス用濾布ではさみ１　ｋｇ／ｃｍ”で２分間
圧搾脱水し脱水ケーキの含水率を測定した。結果を表２
に示した。

表２ （注）　ＳＳに対する固形分換算の添加率実施例５，６
、比較例７ 下水処理場の消化汚泥（ｐＨ６，７、ＳＳ２゜２％、Ｖ
ＳＳ７２．５％）２００ｍｌをビーカーに採り、これに
表３に示す高分子脱水剤の０．２重量％水溶液を所定量
添加し、タービン羽根付き撹拌機を用いて１０００　ｒ
ｐｍで３０秒間撹拌した。

凝集した汚泥を６０メツシユのナイロン濾布を敷いた直
径５ｃｍの円筒に注ぎ１０秒後の濾液量を測定した。次
に、１分間濾過した後の汚泥を遠心分離機で脱水（２０
０Ｏｒｐｍ、１０分間）し、脱水ケーキの含水率を測定
した。結果を表３に示した。

［発明の効果］ 本発明の脱水剤は、従来の両性高分子凝集剤に比ベケー
キ含水率が低価するため、ケーキを燃焼する場合の燃料
費の削減が可能となる。また、凝集性も良好で脱水しや
すいため、処理量の増大が可能となる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、下記カチオン性単量体（ I ）、アニオン性単量体
   （II）、アクリルアミド（III）からなる重合性ビニル
   単量体を必須成分としてなる重合体で、重合体中の各成
   分の割合が、（ I ）：（II）：（III）＝２０〜８５：
   １〜１０：５〜７０（モル％、ただし、（ I ）、（II
   ）、（III）の合計は１００モル％）なる範囲で、かつ
   （ I ）と（II）のモル比（ I ）：（II）が８．５：１
   〜２０：１の範囲にあることを特徴とする汚泥脱水剤。 ▲数式、化学式、表等があります▼（ I ） ＣＨ＿２＝ＣＨ−ＣＯＯＭ（II） ＣＨ＿２＝ＣＨ−ＣＯＮＨ＿２（III） （ただし、式中Ｒ＾１はメチル基またはエチル基を、Ｘ
   はハロゲン、モノアルキル硫酸または硫酸イオン、硝酸
   イオン等の対イオンを、Ｍは水素原子、アルカリ金属ま
   たはアンモニウムをそれぞれ意味する。）