JPH03207500A - 有機汚泥脱水剤 - Google Patents

有機汚泥脱水剤

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JPH03207500A
JPH03207500A JP2001036A JP103690A JPH03207500A JP H03207500 A JPH03207500 A JP H03207500A JP 2001036 A JP2001036 A JP 2001036A JP 103690 A JP103690 A JP 103690A JP H03207500 A JPH03207500 A JP H03207500A
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和友 高橋
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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] 本発明は新規な両性高分子電解質を含む油中水型両性重
合体エマルジョンからなる有機汚泥脱水剤に関するもの
である. [従来の技術] 従来より、各種産業廃水および下水し尿処理等において
、凝集沈澱汚泥や余剰汚泥が生じる.これらの汚泥の脱
水剤として近年、有機高分子凝集剤が使用されるように
なってきた.汚泥の凝集脱水方法としては、たとえばカ
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二オン性有機高分子凝集剤と
を同時に添加する方法等が知られている。
しかしながら、カチオン性有機高分子凝集剤を単独使用
する方法では処理効果が十分でなく、ケーキ含水率、枦
過速度など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およびアニオン性有
機高分子凝集剤を併用する場合には、グーキ含水率、P
過速度などに改善される場合があるものの、凝集剤の溶
解槽、凝集剤反応槽などを複数個必要とし、設備費用が
高価となったり、添加量が多量になり薬品費用が高価に
なったりする.近年、特公昭60−43800や特開昭
58216706等にみられるように、一液にてカチオ
ン性有機高分子凝集剤とア二オン性有機高分子凝集剤を
溶解溶液のpHを制御して使用する方法の場合は、使用
できるカチオン性有機高分子凝集剤が限定される.また
特開昭62−205112に開示されているように第三
級アミンや第四級塩を含有する単量体をカチオン戒分と
する両性有機高分子凝集剤の場合はその組成のバランス
に限界がある.またこれらの高分子凝集剤の形態として
は粉末状のものか多くある。
[発明が解決しようとする問題点] カチオン性およびアニオン性の両性を含む有機高分子凝
集剤を有機汚泥脱水剤として使用する場合、カチオン性
またはアニオン性の凝集剤を単独で使用する場合に比較
して、脱水ゲーキの含水率が低下することは特公昭60
−43800、特開昭58−216706および特開昭
62−205112に開示されているがその使用に限界
がある。
また、第三級アミンを含有する単量体をカチオン性成分
とする両性有機高分子脱水剤の場合は、その組成のバラ
ンスに限界があるため、カチオン当量値、アニオン当量
値およびカチオン/アニオン当量比に自ら限界があり、
凝集性能および脱水性能を兼ね備えた両性有機汚泥脱水
剤は見いだされていない, また粉末状のものは使用時に水に溶解する必要がある。
溶解工程は長時間を要し、時として重合体の安定性が問
題となり、また特別な希釈装置が必要とされる。
本発明者等はカチオン性成分としてアミノアルキル基を
用い、カチオン性成分、アニオン性成分および中性或分
の組成、および製造された有機汚泥脱水剤の諸特性を詳
細に検討した結果、上記のような問題を解決した有機汚
泥脱水剤が得られることを見い出し本発明を完成した。
[問題を解決するための手段] 本発明は一般式〈1) R 1 R 2 R 3 [−CH2−C− ]a [−CH2 −C− ]b [−CH2−C− ]。
C COOH Z 0(CH20H −N)。H n(HY) R4 R5      ・・・(1) [式中、n=1〜5の整数で、 a,b,cの比率は、a 十b + c = 1 tた
はa+b=1である. R  ,R  ,R  およびR4はそれぞれ水素原子
1    2    3 またはアルキル基を示す. R5は水素原子またはアルキル基またはω−ヒドロキシ
基で置換されたアルキル基を示す,HYは一塩基酸を示
す. Zは一般式(2) CONR  R    ・・・《2) 67 (式中、R およびR7はそれぞれ水素原子また6 はアルキル基を示す。) で示されるアミド基、または、 一般式(3) Co 2CH−CHOH  ・・・(3)R8R9 (式中、R およびR9はそれぞれ水素原子また8 はアルキル基を示す。) で示されるヒドロキシアルキル基、または、一般式(4
) CN           ・・・(4)で示されるニ
トリル基、 または一般式(5) Co2R1o       −( 5 )(式中、R1
0はアルキル基、芳香族基、脂環族基を示す.) で示されるエステル基を示す.] の組成からなるカチオン当量値(Cv)が0.8〜10
。O m e q / g、アニオン当量値(Av)か
0.1〜6.0m.eq/gの範囲にある両性高分子電
解質を含むことを特徴とする油中水型両性共重合体エマ
ルジョンの有機汚泥脱水剤に関するものである。
また、本発明はアクリル酸、メタクリル酸から選ばれる
一種以上のア二オン性単量体<I)を、またはノニオン
性単量体(If)との混合物からなる単量体を水、界面
活性剤および疎水性有機溶媒の存在下で油中水型に乳化
させた後、ラジカル重合触媒を用いて重合または、共重
合し得られたビニル系カルボン酸重合体エマルジョン(
DI)にアルキレンイミンを反応させ、アミノアルキル
化し、ついで一塩基酸で酸性化することを特徴とするア
ミノアルキル基及びカルボキシル基を有する油中水型両
性共重合体エマルジョンの有機汚泥脱水剤に関するもの
である. アニオン性単量体(I)としてはアクリル酸、メタクリ
ル酸が好ましい。また、アニオン性単量体(I)は水酸
化ナトリウム、水酸化カリウム、アンモニア等の塩基に
より中和してもよい.このときのアニオン性単量体(I
)の中和率は5〜100モル%、好ましくは20〜95
モル%の範囲である。
ノニオン性単量体(n)としては、前記の単量体(I)
と共重合可能な任意のノニオン性単量体を用いることが
でき、たとえば一般式(6)で示されるアミド基を有す
るビニル型単量体を用いることができる. CH2 {l      R2 R, −C −C−N < 11    R3      ・・・(6)〇 一般式(6)においてR,R2およびR3は水1 素またはアルキル基であり、具体例としてアクリルアミ
ド、メタクリルアミド、N,N−ジメチルアクリルアミ
ド、N,N−ジメチルメタクリルアミド、N,N−ジエ
チルアクリルアミド、N,N−ジエチルメタクリルアミ
ド等を挙げることができる.また、一般式〈7)で示さ
れるヒドロキシアルキル基を有するビニル系単量体を用
いることもできる。
{1 0 R2R3 一般式(7)においてR  ,R  およびR3は水1
2 素またはアルキル基であり、具体例としてはヒドロキシ
エチルアルリレート、ヒドロキシエチルメタクリレート
、ヒドロキシブロビルアクリレート、ヒドロキシブロビ
ルメタクリレート等を挙げることができる。
また一般式(8)で示されるエステル基を有するビニル
型単量体を用いることができる。
CH2 1[ R1C  C  O  R2 11 0 ・・・ (8) 一般式(8〉においてR1は水素原子またはアルキル基
であり、R2はアルキル基、芳香族基または脂環族基で
あり、具体例としてアクリル酸メチル、アクリルan−
プロビル、アクリル酸isO−プロビル、アクリル酸n
−ブチル、アクリル酸iso−ブチル、アクリル酸2−
エチルヘキシル、アクリル酸シクロヘキシル、アクリル
酸フェニル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル
、メタクリルIn−ブチル、メタクリル酸2−エチルヘ
キシル、メタクリル酸シクロヘキシル、メタクリル酸フ
エニル等を挙げることができる。その他にアクリロニト
リル等も挙げられる.なお、ノニオン性単量体(It)
は有機汚泥脱水剤の分子量やイオン当量の調節等を目的
として使用されるものである. アクリル酸、メタクリル酸から選ばれる一種以上のアニ
オン性単量体(I)を、またはノニオン性単量体(II
I>との混合物からなる単量体を水、界面活性剤および
疎水性有機溶媒の存在下で油中水型に乳化させるとき、
用いる界面活性剤としては通常の非イオン性界面活性剤
が挙げられる。たとえば、ソルビタンモノオレエート、
ソルビタンモノステアレート、ソルビタンモノラウレー
ト、ポリオキシエチレンソルビタンモノオレエート、ポ
リオキシエチレンノニルフエニルエーテル、ポリオキシ
エチレンラウリルエーテル、グリセロールモノオレート
等が挙げられる.これらの非イオン性界面活性剤は単独
もしくは混合物で使用することができる. また、これらの非イオン性界面活性剤は通常のアニオン
性およびカチオン性の界面活性剤と併用して使用するこ
ともできる. また、疎水性有機溶媒としては、疎水性の脂肪族または
芳香族炭化水素、植物性または動物性の油やこれらの変
性油などが挙げられる.代表的なものはノルマルパラフ
ィン、イソパラフィン、シクロヘキサン、ナフテン、ト
ルエン、キシレン、ケロシン、鉱油、灯油である. このときのア二オン性単量体(I)およびノニオン性単
量体(n)の合計量の全量に対する濃度は、20〜80
重量%が望ましい。また用いる界面活性剤の疎水性有機
溶媒に対する濃度は5〜30重量%が望ましい。また、
疎水性有機溶媒と水の割合は、1:10〜10:1、好
ましくは1:5〜3:1である。
アクリル酸、メタクリル酸から選ばれる一種以上のアニ
オン性単量体(I)を、またはノニオン性単量体(II
>との混合物からなる単量体を水、界面活性剤および疎
水性有機溶媒の存在下で油中水型に乳化させた後、重合
または共重合する際に、必要に応じて、レドックス系・
やアゾ系等のラジカル重合開始剤を使用することができ
る.たとえば、レドックス系重合開始剤としては、過硫
酸アンモニウム、過硫酸カリウム、過酸化水素、過酸化
ベンゾイル、tert−プチルバーオキサイド等を挙げ
ることができる.また、アゾ系重合開始剤としては、ア
ゾビス(アミジノプロパン)塩酸塩、アゾビスイソブチ
ロニトリル、アゾビス《ジメチルバレロニトリル)、ア
ゾビス(シクロヘキサン力ルポニトリル)等を挙げるこ
とができる.また、イソプロビルアルコール、エリトル
ビン酸、2−メルカプトエタノール等の公知の連鎖移動
剤を添加してもよい。
重合温度としては、初期温度を10〜60℃程度として
系外から温度を制御しながら30〜100℃程度の温度
条件で重合する。
重合時間は、単量体の濃度や重合温度、あるいは目標と
する重合度等によって変化するがおよそ10分間〜10
時間程度であり、より好ましくはおよそ1〜7時間程度
である. アミノアルキル化反応は、油中水型ビニル系カルボン酸
重合体エマルジョン(1)にアルキレンイミンを反応さ
せることによって行なうことができる. また、アミノアルキル化時においては油中水型ビニル系
カルボン酸重合体エマルジョン(I)とアルキレンイミ
ンの使用量を決めることが必要である. 該油中水型ビニル系カルボン酸重合体エマルジョン(I
II)の酸基と、アルキレンイミンとを反応させてアミ
ノアルキル化する。
ビニル重合体のカルボン酸基をアミノエステル基に変換
するためのアルキレンイミンは1.2−アルキレンイミ
ン(アジリジン)でありそのうち1,2−プロピレンイ
ミンおよびエチレンイミンはそれらの入手可能性および
比較的安価であることのゆえに特に好ましい。所望なら
ばn−アルキル置換または非置換の1.3−アルキレン
イミン(アゼチジン〉もアミノエステル基をあたえるの
に、それらイミンがその化学的反応性および性質が1.
2−イミンに類似しているから使用できる.懸垂アミノ
アルキル基の酸性化は一塩基酸で行なわれ、付加アルキ
レンイミンに対し50〜l00モル%量用いられ(好ま
しくは60〜90モル%用いられる)アミノアルキル化
時に一括して又は分割して行なわれる.一塩基酸として
は塩酸、硝酸等の鉱Piまたは酢酸、ギ酸等のカルボン
酸の内から選ばれる。
本発明の製法によって得られる油中水型両性共重合体エ
マルジョンの有機汚泥脱水剤においては、前記のカチオ
ン当量値、アニオン当量値の他に分子量も適度にコント
ロールすることが望ましい.分子量を示す指標として固
有粘度を用いるとこの有機汚泥脱水剤の固有粘度[η]
は0.1〜25、好ましくは1〜15となるように各単
量体の組成や重合条件等を適宜設定することが望ましい
.本発明においては両性有機高分子脱水剤を添加し、フ
ロックを形成させた後、公知の手法により脱水されるが
、脱水機としては,、たとえばスクリュープレス型脱水
機、フィルタープレス型脱水機、ベルトプレス型脱水機
、スクリューデカンター、遠心脱水機等を使用すること
ができる。
[作 用コ 本発明の有機汚泥の脱水剤は有機汚泥に対して従来用い
られているジメチルアミノエチルメタクリレートの四級
化物等のカチオン凝集剤と同様の方法で用いることがで
きる.その効果は少量の添加で強固な凝集フロックを形
成し、プレス脱水により著しく汚泥の含水率を低減でき
る.プレス脱水機の重力枦過工程における枦過速度が重
合体中のカチオン基とア二オン基の相互作用により著し
く早い上に含水率が著しく低下し、枦布からの剥離性が
極めて良い.脱水された汚泥は粘着性が少なく含水率が
低いので取り扱いやすく、また焼却等の燃料や費用を著
しく低減できる。脱水処理の対象となる有機汚泥として
は下水処理における初沈生汚泥、活性汚泥処理における
余剰汚泥およびこれらの混合物、し尿活性汚泥処理にお
ける余剰汚泥、消化汚泥、各種の有機物含有排水の活性
汚泥により発生する余剰汚泥などが挙げられる.[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。
{有機汚泥脱水剤の製造方法} 参考例l 撹拌機、温度計、冷却器、滴下ロートおよび窒素ガス導
入管のついた四つ目フラスコにアイソバ一M(エクソン
化学(株)製イソパラフィン溶剤)100gを入れそれ
にソルビタンモノオレート11.6gを溶かす。これに
、モノマー水溶液として調整したアクリル酸80g、ア
クリルアミド20g、28%アンモニア水52.9g、
イオン交換水33.9gの混合液をゆっくり加え乳化さ
せた。充分に系内を窒素置換した後、60℃に昇温し触
媒として、アゾビス(ジメチルバレロニトリル>0.7
gを加え温度を60℃に保ちながら4時間加熟撹拌する
と油中水型ビニル系カルボン酸重合体エマルジョンが得
られた. これを50℃に保持しなからエチレンイミンを23.9
g滴下し30分間撹拌した6ついで61重量%硝酸水溶
液57.4g滴下し30分間撹拌した.つぎにエチレン
イミン76.1g滴下し30分間撹拌した.ついで61
重量%硝酸水溶液を110.7g滴下し30分間撹拌し
目的の有機汚泥脱水剤を得た.反応条件は表−1に示す
通りである. 参考例2〜1 0 参考例1において表−1に示す条件で行なう以外は同様
に行なった。
表−l AN :アクリロニトリル 実施例1〜6 下水処理場の混合生汚泥( pH6. 1, SS1.
 8Wt%, VSS/SS76.3%)150mlに
表−1に記載した所定量の有機汚泥脱水剤を添加し、3
 0 0 rpIで30秒間撹拌し、凝集させた。凝集
汚泥1 0 0 mlを100メノシュナイロンp布を
敷いたブフナーロート上に注ぎ、10秒後のp水量を測
定した.次に5分間P過した後の汚泥を枦布の間にはさ
んで0.5kg/一で2分間圧搾脱水し、脱水後の汚泥
(ケーキ)の含水率を測定した。それらの結果および物
性を表−2に示す。
比較例1〜3 表−2に記載したCAM (N,N−ジメチルアミノエ
チルメタクリレート)系高分子重合体を公知の方法で重
合し、実施例1と同様の凝集試験を行なった。結果およ
び物性を表−2に示す。
表−2 lm4MNiXIN−NaN○3(30℃冫の惺実施例
7〜8 下水処理場の混合生汚泥(pH6.4,SS1.7Wt
%,VSS/SS73.6%)に表−1に記載した有機
汚泥脱水剤を用い、実施例1と同様の凝集試験を行なっ
た。結果および物性を表−3に示す。
比較例4〜5 表−3に記載したDAM (N,N−ジメチルアミノエ
チルメタクリレート)系高分子重合体を公知の方法で重
合し、実施例7と同様の凝集試験を行なった。結果およ
び物性を表−3に示す。
実施例9〜10 下水処理場の混合生汚泥( pH6. 2, SS1.
 4Wt%, VSS/SS74.6%)に表−1に記
載した有機汚泥脱水剤を用い、実施例1と同様の凝集試
験を行なった。結果および物性を表−4に示す。
比較例6〜7 表−4に記載したDAM(N,N−ジメチルアミノエチ
ルメタクリレート)系高分子重合体を公知の方法で重合
し、実施例7と同様の凝集試験を行なった。結果および
物性を表−4に示す。
表−3 表−4 なお、表−2〜4に示したカチオン当量値、アニオン当
量値および固有粘度は、つぎの方法によって求めたもの
である。
(1)カチオン当量値 ビーカに蒸溜水95mJをとり、試料1 000ppm
溶液5mJを加え、1%HCIまたは、1%NaOHで
pH7.0に調整し約1分間撹拌し、ついでトルイジン
ブルー指示薬溶液を2〜3滴加えN / 400PVS
K(ポリビニルP酸カリウム溶液)で滴定した.滴定速
度は2mj毎分とし、検水が青から赤紫に変色し10秒
間以上保持する時点を終点とした。
カチオン当量値(Cv)[meq/g](サンプル滴定
量[m1] ブランク滴定量[mj ] )xF/2x(試料中の有
効成分濃度[ppm]) なお、 有効成分は試料の固形分から中和酸を除いた成分である
. (2)アニオン当量値 ビーカに蒸溜水50mjをとり、試料約0.3gを精秤
し加えた。撹拌しっつN/10NaOH溶液で滴定し電
導度を読みとる。いくつがある変曲点のうち最後の変曲
点く全ての酸が中和された点)に相当する滴定量を読む
. アニオン当量値(Av )  [m e q/ g ]
0 .1xFx (N/10NaOHの滴定ffi[mjl])−(精秤
試科中の仕込中和酸のミリモル数[meq])/(試料
中の有効成分量[gコ)(3)固有粘度 [dl/t)
] 100容積部の水に0.2重量部の試料ボリマーを溶解
し、pll4になるように塩酸にて調整する。
この溶液50mlを2 0 0 ml共栓付三角フラス
コに採取し、2N −NaNO3 5 0 (DIを加
え、ゆるやかに撹拌し均一に溶解する.次いでこの溶液
から、0.02%, 0.04%, 0.06%, O
.OS%の溶液を調整する。
希釈にはI N−NaN03を用い、DHを4に調整す
る630℃±0.1’Cに調整した恒温槽にキヤノンフ
ェンスケ型粘度計をセットし、試料10mlを粘度計に
入れ、自然流下させて測定球の上下標線間を通過する為
に要する時間を測定する。この操作を3回以上繰返し平
均値を出す, I N−NaN03溶液を用いブランク
とする。
この同様な操作を0.02〜0.08%溶液について行
なう。
次の計算により還元粘度を算出する. 相対粘度 ηrel=t/to 比粘度  y7Sp= (t−to) /to=y7r
el −t還元粘度 ηsg/ c グラフの横軸に各試料濃度をとり、縦軸に還元粘度をと
り、各測定値をプロヅトし各点を通る直線を引き、試料
濃度が0における縦軸の値をもって固有粘度とする. to= IN − NaNO3の流下時間t=試料溶液
の流下時間 η rel=相対粘度 η Sp =比粘度 C一試料溶液の濃度

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)一般式(1) ▲数式、化学式、表等があります▼・・・(1) [式中、n=1〜5の整数で、a,b,cの比率は、a
    +b+c=1または a+b=1である。 R_1,R_2,R_3およびR_4はそれぞれ水素原
    子またはアルキル基を示す。 R_5は水素原子またはアルキル基またはω−ヒドロキ
    シ基で置換されたアルキル基を示す。 HYは一塩基酸を示す。 Zは一般式(2) −CONR_6R_7・・・(2) (式中、R_6およびR_7はそれぞれ水素原子または
    アルキル基を示す。) で示されるアミド基、または、 一般式(3) ▲数式、化学式、表等があります▼・・・(3) (式中、R_8およびR_9はそれぞれ水素原子または
    アルキル基を示す。) で示されるヒドロキシアルキル基、または、一般式(4
    ) −CN・・・(4) で示されるニトリル基、 または一般式(5) −CO_2R_1_0・・・(5) (式中、R_1_0はアルキル基、芳香族基、脂環族基
    を示す。) で示されるエステル基を示す。] の組成からなる両性高分子電解質を含むことを特徴とす
    る油中水型両性共重合体エマルジョンの有機汚泥脱水剤
  2. (2)両性高分子電解質のカチオン当量値(Cv)が0
    .8〜10.0meq/g、アニオン当量値(Av)が
    0.1〜6.0meq/gの範囲にある請求項1記載の
    有機汚泥脱水剤。
  3. (3)アクリル酸、メタクリル酸から選ばれる一種以上
    のアニオン性単量体( I )を、またはノニオン性単量
    体(II)との混合物からなる単量体を水、界面活性剤お
    よび疎水性有機溶媒の存在下で油中水型に乳化させた後
    、ラジカル重合触媒を用いて重合または、共重合し得ら
    れた油中水型ビニル系カルボン酸重合体エマルジョン(
    III)にアルキレンイミンを反応させ、アミノアルキル
    化し、ついで一塩基酸で酸性化することを特徴とするア
    ミノアルキル基及びカルボキシル基を有する請求項1記
    載の油中水型両性共重合体エマルジョンの有機汚泥脱水
    剤。
JP2001036A 1989-02-23 1990-01-09 有機汚泥脱水剤 Expired - Lifetime JPH0787920B2 (ja)

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US07/483,830 US5194515A (en) 1989-02-23 1990-02-23 Amphoteric polyelectrolite, method for production thereof, and organic sludge dehydrater
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