JPH0364200B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明はポリＮ−ビニルカルボン酸アミドを加
水分解して得られる重合体からなる有機汚泥脱水
剤に関するものである。更に詳しくはＮ−ビニル
カルボン酸アミドと水溶性のアクリルモノマーの
共重合体の加水分解して得られる分子中にアミノ
基とカルボキシル基を有する高分子量の水溶性重
合体からなる有機汚泥脱水剤に関するものであ
る。 近年、都市下水屎尿処理及び工場排水などの活
性汚泥処理が広く行われているが、発生する有機
汚泥は含水率が高いので廃棄、焼却及び肥料化す
るために効率良く脱水することが必要である。従
来ジメチルアミノエチルメタクリレートの中和塩
や４級塩の重合体、ポリアクリルアミドのマンニ
ツヒ反応物などを用いて有機汚泥を凝集したのち
高速遠心機等を用いて脱水する方法が一般的であ
つたが、この場合これらの重合体は処理速度は速
いが有機汚泥の含水率を充分に低減することがで
きなかつた。 一方、有機汚泥の含水率を充分に下げる目的の
ためにピレス脱水機が有利であるが高速遠心機に
用いられる上述の凝集剤を添加すると含水率の高
い巨大な汚泥の凝集フロツクを形成するため含水
率が充分低下しない上にプレス脱水時に汚泥が側
面からはみ出したり布からの剥離性が悪くなる
場合がある。プレス脱水機は一般に重力過工
程、加圧プレス工程及び汚泥の布からの剥離工
程よりなるが有機汚泥の脱水剤は重力過時の
水性を向上し加圧プレス時の脱水速度が速く含水
率を低下し、脱水汚泥ケーキからの剥離性を良く
する効果を有することが望まれているが、従来こ
れらを満足する汚泥脱水剤は得られていない。 本発明者らは有機汚泥の含水率を著しく低減で
きる有機汚泥脱水剤について鋭意検討した結果、
Ｎ−ビニルカルボン酸アミドと水溶性のアクリル
モノマーを共重合することにより非常に分子量の
高い重合体が得られ、これを加水分解して得られ
る分子中にビニルアミン構造とカルボキシル基を
持つ水溶性の重合体が有機汚泥の脱水に極めて有
効であることを見い出し本発明に到達した。分子
中にビニリアミン構造とカルボキシル基を有する
ポリマーとしてはポリアクリルアミドのホフマン
分解において加水分解を伴う場合に得られるが本
質的には構造が異なる。さらにホフマン分解より
得られる重合体は、架橋反応を生じない程度の分
子量の低いポリアクリルアミドと次亜ハロゲン酸
塩及びカ性ソーダの水溶液状の反応生成物である
ので、酸化剤の作用による重合体の激しい劣化を
伴い、有機汚泥の脱水に有効な高分子量のポリマ
ーが得られない上に水溶液状で極めて不安定であ
つた。 本発明の要旨は、下記一般式〔〕および
〔〕で表わされる構造単位からなり、 〔式中、Ａは−NH₃ Ｘ 基（ここでＸ は陰
イオン基を表わす）または−NHCOR¹基（ここ
でR¹は水素原子またはメチル基を表わす）を表
わす。但し、Ａの35モル％以上は−NH₃ Ｘ
基である。〕 〔式中、Ｂは−COO Ｍ 基（ここでＭ はプ
ロトンまたは陽イオンを表わす）、−CN基、−
CONH₂基、−COOCH₂CH₂OH基または−
COOCH₂CH（OH）CH₂基を表わす。但し、Ｂの
10モル％以上は−COO Ｍ 基である。R²は水
素原子またはメチル基を表わす。〕 構造単位〔〕を５〜50モル％含有するが、構
造単位

【式】の含有量は30モル ％以下であり、１規定食塩水中0.1ｇ／dlの溶液
として25℃で測定した還元粘度が２dl／ｇ以上で
ある水溶性重合体からなる有機汚泥水剤に存す
る。 更に詳しく本発明を説明するに、本発明の有機
汚泥脱水剤はＮ−ビニルカルボン酸アミドと水溶
性アクリルモノマーを共重合して得られる重合体
を加水分解して得られる重合体分子中にポリビニ
ルアンモニウム構造とポリビニルカルボニウム構
造を有する高分子量の水溶性重合体からなるもの
である。すなわち、Ｎ−ビニルカルボン酸アミド
と（メタ）アクリル酸塩とを共重合して得られる
Ｎ−ビニルカルボン酸アミド単位と（メタ）アク
リル酸塩単位を95：５〜70：30のモル比で含有す
る共重合体を加水分解して得られるポリマーまた
はＮ−ビニルカルボン酸アミドと加水分解により
その重合体からカルボキシル基を生ずる水溶性の
ビニルモノマーとを共重合して得られるＮ−ビニ
ルカルボン酸アミド単位と該水溶性のビニルモノ
マー単位を95：５〜50：50のモル比で含有する共
重合体を加水分解して得られるポリマーである。 従つて一般式〔〕においてＡが−NH₃ Ｘ
基である式 （ここでＸ は陰イオンを表わす。）の構造単位
は、Ｎ−ビニルカルボン酸アミドと水溶性アクリ
ルモノマーの共重合体分子中のＮ−ビニルカルボ
ン酸アミド構造単位の加水分解により得られ、一
般式〔〕においてＡが−NHCOR¹基である式 （R¹は水素原子またはメチル基を表わす）の構
造単位は該共重合体分子中のＮ−ビニルカルボン
酸アミド単位の未加水分解部分である。一般式
〔〕中Ｘ はハロゲンイオン、硝酸イオン、カ
ルボン酸イオン、スルボン酸イオンなどの陰イオ
ンを表わすが特に塩素イオン、酢酸イオンが好ま
しい。一般式〔〕中R¹は水素原子またはメチ
ル基であるがメチル基が好ましい。 次に一般式〔〕においてＢが−COO Ｍ
基である式 （ここでR²は水素原子またはメチル基、Ｍ は
プロトンまたは陽イオンを表わす。）の構造単位
はＮ−ビニルカルボン酸アミドと水溶性アクリル
モノマーの共重合において水溶性のアクリルモノ
マーとして用いたアクリル酸塩またはメタクリル
酸塩に由来するか、アクリロニトリル（メタ）ア
クリルアミド、（メタ）アクリル酸２−ヒドロキ
シエチル、（メタ）アクリレ酸２−ヒドロキシプ
ロピルなどをコモノマーとして用いた場合の共重
合体中のこれらのコモノマー単位の加水分解物に
由来する。一般式〔〕においてＢがCOO Ｍ
基以外の基である式 （ここでR²は水素原子またはメチル基、Ｙは−
CN、−CONH₂、−COOCH₂CH₂OHまたは−
COOCH₂CH（OH）CH₃を表わす）の構造単位は
その重合体の加水分解によりカルボキシル基を生
ずる前述の水溶性ビニルモノマーに由来し、加水
分解によりカルボキシル基に変換されなかつた未
加水分解物である。 本発明の有機汚泥脱水剤は分子中に一般式
〔〕の構造単位を50〜95モル％、一般式〔〕
の構造単位を５〜50モル％含有するポリマーが用
いられる。一般式〔〕中Ａが−NH₃ Ｘ で
ある式 （ここでＸ は陰イオンを表わす）の構造単位
は、構造単位Ａのうち35モル％以上を占める。こ
れより少ないと有機汚泥に対する凝集力が低下す
る。 一般式〔〕中Ｂが−COO Ｍ 基である式 （ここでR²は水素原子またはメチル基、Ｍ は
プロトンまたは陽イオンを表わす。）の構造単位
は、構造単位Ｂのうち10モル％以上を占める。こ
れより少ないと有機汚泥の水効果が低下する。
そしてこの構造単位はまたポリマー全体に対して
は30モル％以下であり、これより多いと含水率を
低下する効果が低下する。 本発明の有機汚泥脱水剤は１規定食塩水中0.1
ｇ／dlの濃度に溶解し、25℃で測定した還元粘度
が２dl／ｇ以上のものが用いられ、還元粘度が３
dl／ｇ以上であるとその効果は更に著しい。本発
明の有機汚泥脱水剤は0.1〜５重量％の水溶液と
して有機汚泥に添加され、ポリアクリルアミドの
ホフマン分解により得られるポリビニルアミン構
造を有する重合体と異なり水溶液状で極めて安定
で分子量やカチオン性の低下が起こらない。脱水
剤の使用量は有機汚泥スラリーに対し10〜
5000ppm好ましくは50〜500ppmの範囲である。 本発明の有機汚泥脱水剤はその製造方法に制約
されないが高分子量であることが望ましいので還
元粘度２dl／ｇ以上の重合体を得るために次の方
法が好ましい。Ｎ−ビニルカルボン酸と水溶性ア
クリルモノマーの混合物の20〜60重量％の水溶液
をPH６〜10の範囲に調節し、ラジカル重合開始剤
を用いて実質的に酸素の存在しない条件下、40〜
80℃の温度で重合して得られる共重合体を加水分
解することにより得られる。ラジカル重合開始剤
は通常の水溶性ビニルモノマーの重合に用いられ
る一般的な重合開始剤を用いることができるが、
収率良く高分子量の重合体を得るためには水溶性
のアゾ化合物が好ましい。好ましいラジカル重合
開始剤としては２，2′−アゾビス−２−アミジノ
プロパンの塩酸塩や酢酸塩、４，4′−アゾビス−
４−シアノ吉草酸のナトリウム塩やカリウム塩、
アゾビス−Ｎ，N′−ジメチレンイソブチルアミ
ジンの塩酸塩、硫酸塩及び酢酸塩などであり、通
常単量体に対し100〜10000ppmの重量の範囲で用
いるのが良い。加水分解反応は塩基性、酸性のい
ずれでも良いが酸性加水分解が好ましい。好まし
い加水分解方法は重合体の５〜10重量％の水溶液
に塩酸等の鉱酸を原料の単量体に対して0.4〜10
倍モル％、好ましくは１〜５倍モル添加して60〜
100℃に加熱することにより達せられる。加水分
解率は酸の使用量、温度、反応時間により適宜調
節することができる。 かくして得られる本発明の有機汚泥の脱水剤は
有機汚泥に対して例えば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４級化物や中
和塩の重合体など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
強固な凝集フロツクを形成し、しかるのち脱水
過や遠心分離を施すことにより著しく汚泥の含水
率を低下できる。またその効果はプレス脱水処理
を施すことにより特に顕著に現われる。プレス脱
水機の重力過工程における過速度が重合体中
のカチオンとアニオン基の相乗作用により著しく
速い上に含水率が著しく低下し、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扱いやすく、また焼却した
り肥料化するための燃料や費用を著しく低減する
ことができる。 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、屎尿の活性汚泥処
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。 以下、本発明を実施例によりさらに説明する
が、本発明は、その要旨を超えない限り、実施例
に限定されるものではない。 重合体の製造例 第１表に示す原料モノマーの混合物10ｇを16ｇ
の脱塩水に溶解し、撹拌機、窒素ガス導入管及び
冷却管を備えた50mlの４ツ口フラスコに導入し
た。窒素ガス気流下撹拌しつつ60℃に昇温したの
ち10重量％の２，2′−アゾビス−２−アミジノプ
ロパンの塩酸塩水溶液を0.24ｇ添加し60℃で６時
間重合した。含水固体状の生成物６ｇを134ｇ水
に溶解したのち62mlの農塩酸を氷冷下添加した。 第１表に示す加水分解時間、反応液を加熱還流
した。生成物をイソプロパノールで脱水後真空乾
燥した。 重合体を１規定の食塩水に0.1ｇ／dlの濃度に
溶解し、オストワルドの粘度計（t_p＝30.24秒）用
いて25℃で測定した値（ｔ秒）より還元粘度を求
め第１表に示した。 還元粘度ηsp／ｃ＝（ｔ−t_p）／t_p）／0.1（dl
／ ｇ） カチオン基含有量を1/400規定のポリビニル硫
酸カリウム水溶液を用いPH３の条件下トルイジン
ブルーを指示薬として用いたコロイド滴定より求
めた。さらにアニオン基含有量を元素分析値の
Ｃ、Ｎ、Cl値より算出した。重合体組成を第１表
に示した。

【表】

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 下記一般式〔〕および〔〕で表わされる
   構造単位からなり、 〔式中、Ａは−NH₃ Ｘ 基（ここでＸ は陰
   イオン基を表わす）または−NHCOR¹基（ここ
   でR¹は水素原子またはメチル基を表わす）を表
   わす。但し、Ａの35モル％以上は−NH₃ Ｘ
   基である。〕 〔式中、Ｂは−COO Ｍ 基（ここでＭ はプ
   ロトンまたは陽イオンを表わす）、−CN基、−
   CONH₂基、−COOCH₂CH₂OH基または−
   COOCH₂CH（OH）CH₃基を表わす。但し、Ｂの
   10モル％以上は−COO Ｍ 基である。R²は水
   素原子またはメチル基を表わす。〕 構造単位〔〕を５〜50モル％含有するが、構
   造単位【式】の含有量は30モル ％以下であり、１規定食塩水中0.1ｇ／dlの溶液
   として25℃で測定した還元粘度が２dl／ｇ以上で
   ある水溶性重合体からなる有機汚泥脱水剤。