WO2022091979A1

WO2022091979A1 - 汚泥脱水剤及び汚泥脱水方法

Info

Publication number: WO2022091979A1
Application number: PCT/JP2021/039128
Authority: WO
Inventors: 絢子坂元; 哲竹林
Original assignee: 栗田工業株式会社
Priority date: 2020-10-28
Filing date: 2021-10-22
Publication date: 2022-05-05
Also published as: JP7226418B2; JP2022071781A

Abstract

カチオン性単量体に由来する構成単位と、架橋性単量体に由来する構成単位とを有するポリマーを含む汚泥脱水剤であって、前記カチオン性単量体は、下記式（Ａ）で表されるカチオン性単量体（ａ）、又は、下記式（Ａ）で表されるカチオン性単量体（ａ）及び下記式（Ｂ）で表されるカチオン性単量体（ｂ）を含み、前記ポリマーの構成単位となる単量体（ただし、架橋性単量体を除く）の合計１００モル％に対して、前記カチオン性単量体が６０モル％以上であり、前記カチオン性単量体（ｂ）が３５モル％以下であり、前記架橋性単量体が０．００１モル％以上０．０２５モル％以下であり、前記ポリマーのコロイド当量値が下記式（１）を満たす、汚泥脱水剤。（Ａ）（式中の記号は明細書において定義したとおり。）（Ｂ）（式中の記号は明細書において定義したとおり。）　ｐＨ７におけるコロイド当量値（Ｉ）／ｐＨ５におけるコロイド当量値（ＩＩ）×１００≧９２（％）　（１）

Description

汚泥脱水剤及び汚泥脱水方法

　本発明は、汚泥、特に難脱水性の汚泥の脱水処理に適した汚泥脱水剤、及びこれを用いた汚泥脱水方法に関する。

　食品工場や化学工場、し尿処理場等で発生する余剰汚泥等を主体とした汚泥の脱水処理に用いられる汚泥脱水剤としては、一般的に、カチオン性高分子凝集剤が使用されている。しかしながら、近年、汚泥の発生量の増加や性状の変化等、汚泥の多様化に伴い、難脱水性の汚泥も増加しており、様々な汚泥に対して脱水性能がより優れた汚泥脱水剤が求められている。

　従来、カチオン性高分子凝集剤による汚泥脱水剤としては、ジメチルアミノエチル（メタ）アクリレート又はその塩化メチル四級化物等が主として用いられていたが、さらなる脱水性能の向上のため、近年、このようなカチオン性高分子凝集剤以外の汚泥脱水剤も種々提案されている。

　例えば、特許文献１には、カチオン性単量体及び複数の不飽和二重結合を有する多官能性単量体を必須として含む単量体混合物水溶液を分散相となるよう乳化重合して油中水滴エマルション（Ｗ／Ｏエマルション）状液体を得、それを乾燥させて造粒した電荷内包率３５～９０％のイオン性水溶性高分子を、汚泥の脱水に用いることが記載されている。
　特許文献２及び３には、カチオン性単量体に由来する構成単位を含む、電荷内包率が高い水溶性イオン性高分子と、電荷内包率が低い水溶性イオン性高分子とを組み合せた凝集処理剤を、汚泥の脱水に用いることが記載されている。

特開２００９－２８０６４９号公報特開２００５－１４４３４６号公報国際公開第２００８／０１５７６９号

　従来、汚泥の脱水性能を左右するのは、汚泥脱水剤のポリマーのカチオン度であり、カチオン度が高いほど荷電中和力が高く、脱水性能に優れていると考えられていた。
　しかしながら、上述したような近年の汚泥の多様化に伴い、汚泥の電気伝導率や有機物質の含有濃度等の性状の違いにより、脱水効果に大きなバラつきが生じる場合があり、カチオン度を高めた汚泥脱水剤が、必ずしも良好な脱水性能を有するとは言えないことがあった。

　本発明は、このような状況下でなされたものであり、種々の汚泥に対して安定的な脱水効果を発揮し、効率的な脱水処理が可能となる汚泥脱水剤、及びこれを用いた汚泥脱水方法を提供することを目的とする。

　本発明は、所定のカチオン性単量体に由来する構成単位と、架橋性単量体に由来する構成単位とを所定量有し、かつコロイド当量値が所定の値であるポリマーを含む汚泥脱水剤が、種々の汚泥に対して安定的な脱水効果を発揮し、効率的な脱水処理が可能となることを見出したことに基づくものである。

　すなわち、本発明は、以下の［１］～［９］を提供する。
　［１］カチオン性単量体に由来する構成単位と、架橋性単量体に由来する構成単位とを有するポリマーを含む汚泥脱水剤であって、
　前記カチオン性単量体は、下記式（Ａ）で表されるカチオン性単量体（ａ）、又は、下記式（Ａ）で表されるカチオン性単量体（ａ）及び下記式（Ｂ）で表されるカチオン性単量体（ｂ）を含み、
　前記ポリマーの構成単位となる単量体（ただし、架橋性単量体を除く）の合計１００モル％に対して、前記カチオン性単量体が６０モル％以上であり、前記カチオン性単量体（ｂ）が３５モル％以下であり、前記架橋性単量体が０．００１モル％以上０．０２５モル％以下であり、
　前記ポリマーのコロイド当量値が下記式（１）を満たす、汚泥脱水剤。

　（式（Ａ）中、Ｒ^１及びＲ^２は、それぞれ独立に、水素原子又は炭素数１～３のアルキル基であり、Ｒ^３は、水素原子、炭素数１～３のアルキル基又はベンジル基である。Ａ^１は、酸素原子又はイミノ基であり、Ｂ^１は炭素数２～４のアルキレン基である。Ｘ^－は陰イオンである。）

　（式（Ｂ）中、Ｒ^４及びＲ^５は、それぞれ独立に、水素原子又は炭素数１～３のアルキル基であり、Ｒ^６は、水素原子、炭素数１～３のアルキル基又はベンジル基である。Ａ^２は、酸素原子又はイミノ基であり、Ｂ^２は炭素数２～４のアルキレン基である。Ｙ^－は陰イオンである。）
　ｐＨ７におけるコロイド当量値（Ｉ）／ｐＨ５におけるコロイド当量値（ＩＩ）×１００≧９２（％）　（１）
　［２］前記ポリマーの構成単位となる単量体（ただし、架橋性単量体を除く）の合計１００モル％に対して、前記カチオン性単量体（ｂ）が２５モル％以下である、上記［１］に記載の汚泥脱水剤。
　［３］前記ポリマーが、非イオン性単量体に由来する構成単位を含む、上記［１］又は［２］に記載の汚泥脱水剤。
　［４］前記カチオン性単量体が、前記カチオン性単量体（ａ）及び前記カチオン性単量体（ｂ）を含む、上記［１］～［３］のいずれかに記載の汚泥脱水剤。
　［５］前記ポリマーが、アニオン性単量体に由来する構成単位を含む上記［４］に記載の汚泥脱水剤。
　［６］前記カチオン性単量体（ａ）と、前記カチオン性単量体（ｂ）とのモル比率［カチオン性単量体（ａ）／カチオン性単量体（ｂ）］が、５０／５０以上８５／１５以下である、上記［４］又は［５］に記載の汚泥脱水剤。
　［７］前記カチオン性単量体（ａ）が、２－（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ライドである、上記［１］～［６］のいずれかに記載の汚泥脱水剤。
　［８］前記ポリマーが、油中水滴エマルション型、又は粉末状である、上記［１］～［７］のいずれかに記載の汚泥脱水剤。
　［９］上記［１］～［８］のいずれか１項に記載の汚泥脱水剤を汚泥に添加して、前記汚泥を脱水する、汚泥脱水方法。

　本発明の汚泥脱水剤は、種々の汚泥に対して安定的な脱水効果を発揮し、効率的な脱水処理が可能となる。したがって、前記汚泥脱水剤を用いる本発明の汚泥脱水方法によれば、種々の汚泥の脱水処理を安定的かつ効率的に行うことができる。

　以下、本発明の汚泥脱水剤、及び該汚泥脱水剤を用いた汚泥脱水方法を詳細に説明する。
　なお、本明細書において、「（メタ）アクリル」とは、アクリル及び／又はメタクリルを意味するものであり、「（メタ）アクリレート」及び「（メタ）アクリロイル」との表記についても同様である。

［汚泥脱水剤］
　本発明の汚泥脱水剤は、カチオン性単量体に由来する構成単位と、架橋性単量体に由来する構成単位とを有するポリマーを含むものである。
　前記カチオン性単量体は、下記式（Ａ）で表されるカチオン性単量体（ａ）、又は、下記式（Ａ）で表されるカチオン性単量体（ａ）及び下記式（Ｂ）で表されるカチオン性単量体（ｂ）を含む。

　前記式（Ａ）中、Ｒ^１及びＲ^２は、それぞれ独立に、水素原子又は炭素数１～３のアルキル基であり、Ｒ^３は、水素原子、炭素数１～３のアルキル基又はベンジル基である。Ａ^１は、酸素原子又はイミノ基であり、Ｂ^１は炭素数２～４のアルキレン基である。Ｘ^－は陰イオンである。

　前記式（Ｂ）中、Ｒ^４及びＲ^５は、それぞれ独立に、水素原子又は炭素数１～３のアルキル基であり、Ｒ^６は、水素原子、炭素数１～３のアルキル基又はベンジル基である。Ａ^２は、酸素原子又はイミノ基であり、Ｂ^２は炭素数２～４のアルキレン基である。Ｙ^－は陰イオンである。

　前記ポリマーの構成単位となる単量体（ただし、架橋性単量体を除く）の合計１００モル％に対して、前記カチオン性単量体が６０モル％以上であり、前記カチオン性単量体（ｂ）が３５モル％以下であり、前記架橋性単量体が０．００１モル％以上０．０２５モル％以下である。

　そして、前記ポリマーのコロイド当量値が下記式（１）を満たす。
　ｐＨ７におけるコロイド当量値（Ｉ）／ｐＨ５におけるコロイド当量値（ＩＩ）×１００≧９２（％）　（１）

＜ポリマー＞
　本発明の汚泥脱水剤は、カチオン性単量体に由来する構成単位と、架橋性単量体に由来する構成単位とを有するポリマーを含むものである。
　前記ポリマーの構成単位となる単量体は、カチオン性単量体と架橋性単量体を必須とし、さらに、非イオン性単量体及び／又はアニオン性単量体を含んでいてもよい。粗大な凝集フロックを形成することで脱水性能を向上させる観点から、前記ポリマーの構成単位となる単量体は、カチオン性単量体と、架橋性単量体と、非イオン性単量体を含むことが好ましく、カチオン性単量体と、架橋性単量体と、非イオン性単量体と、アニオン性単量体を含むことが好ましい。

（カチオン性単量体）
　前記カチオン性単量体は、下記式（Ａ）で表されるカチオン性単量体（ａ）、又は、下記式（Ａ）で表されるカチオン性単量体（ａ）及び下記式（Ｂ）で表されるカチオン性単量体（ｂ）を含む。

　前記式（Ａ）中、Ｒ^１及びＲ^２は、それぞれ独立に、水素原子又は炭素数１～３のアルキル基であり、好ましくはメチル基である。
　Ｒ^３は、水素原子、炭素数１～３のアルキル基又はベンジル基であり、好ましくはメチル基である。
　Ａ^１は、酸素原子又はイミノ基であり、好ましくは酸素原子である。
　Ｂ^１は炭素数２～４のアルキレン基であり、好ましくはエチレン基である。
　Ｘ^－は陰イオンであり、好ましくは、塩素イオン、臭素イオン、ヨウ素イオン、１／２・ＳＯ₄ ^-、ＨＳＯ₄ ^-又はＣＨ_３ＳＯ₄ ^-である。
　前記カチオン性単量体が、前記式（Ａ）で表されるカチオン性単量体（ａ）を含むことで、汚泥脱水剤は粗大な凝集フロックを形成することが可能となり、また、重力ろ過性が良好となり、より効率的な脱水処理が行い易くなる。

　前記式（Ｂ）中、Ｒ^４及びＲ^５は、それぞれ独立に、水素原子又は炭素数１～３のアルキル基であり、好ましくはメチル基である。
　Ｒ^６は、水素原子、炭素数１～３のアルキル基又はベンジル基であり、好ましくは水素原子又はメチル基であり、より好ましくはメチル基である。
　Ａ^２は、酸素原子又はイミノ基であり、好ましくは酸素原子である。
　Ｂ^２は炭素数２～４のアルキレン基であり、好ましくはエチレン基である。
　Ｙ^－は陰イオンであり、好ましくは、塩素イオン、臭素イオン、ヨウ素イオン、１／２・ＳＯ₄ ^-、ＨＳＯ₄ ^-又はＣＨ_３ＳＯ₄ ^-である。
　前記カチオン性単量体が、前記式（Ｂ）で表されるカチオン性単量体（ｂ）を含むことで、汚泥脱水剤に含まれるポリマーの汚泥脱水時の加水分解が抑制され、ポリマーのカチオン度の低下を抑制し、汚泥脱水剤は種々の汚泥に対して安定的な脱水効果を発揮することが可能となる。また、汚泥脱水処理後の脱水汚泥の含水率（ケーキ含水率）を低減することも可能となる。

　本発明においては、カチオン性単量体はカチオン性単量体（ａ）を必須成分として含む。汚泥脱水剤に含まれるポリマーが、カチオン性単量体（ａ）を含むカチオン性単量体に由来する構成単位と、後述の架橋性単量体に由来する構成単位とを有し、前記ポリマーの構成単位となる単量体（ただし、架橋性単量体を除く）の合計１００モル％に対して、前記カチオン性単量体が６０モル％以上であり、前記架橋性単量体が０．００１モル％以上０．０２５モル％以下であり、かつ、前記式（１）を満たすポリマーであれば、種々の汚泥に対して安定的な脱水効果を発揮し、効率的な脱水処理が可能となることから、カチオン性単量体（ｂ）は含まれていなくてもよい。
　本発明において、種々の汚泥に対してより安定的な脱水効果を発揮し、より効率的な脱水処理を実施する観点から、前記カチオン性単量体は、前記式（Ａ）で表されるカチオン性単量体（ａ）及び前記式（Ｂ）で表されるカチオン性単量体（ｂ）を含むことが好ましい。

　前記式（Ａ）で表されるカチオン性単量体及び下記式（Ｂ）で表されるカチオン性単量体としては、例えば、２－（（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クロライド、２－（（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クロライド等の（メタ）アクリロイルオキシアルキル第四級アンモニウム塩；２－（（メタ）アクリロイルオキシ）エチルジメチルアミン硫酸塩又は塩酸塩、３－（（メタ）アクリロイルオキシ）プロピルジメチルアミン塩酸塩等の（メタ）アクリロイルオキシアルキル第３級アミン塩；３－（（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クロライド、３－（（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メチルサルフェート等の（メタ）アクリロイルアミノアルキル第四級アンモニウム塩等が挙げられる。これらは、１種単独で用いても、２種以上を併用してもよい。
　前記カチオン性単量体の中でも、前記式（Ａ）で表されるカチオン性単量体は、重合性や粗大な凝集フロックを形成する等の観点から、アクリロイルオキシアルキル第四級アンモニウム塩が好ましく、２－（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ライドがより好ましい。前記式（Ｂ）で表されるカチオン性単量体は、ポリマーの加水分解を抑制し、種々の汚泥に対して安定的な脱水効果を発揮する観点、及びケーキ含水率低減の観点から、メタクリロイルオキシアルキル第四級アンモニウム塩、メタクリロイルオキシアルキル第３級アミン塩が好ましく、２－（メタクリロイルオキシ）エチルトリメチルアンモニウムクロライド、２－（メタクリロイルオキシ）エチルジメチルアミン塩酸塩がより好ましい。

（架橋性単量体）
　前記ポリマーは、架橋性単量体に由来する構成単位を有する。ポリマーが前記カチオン性単量体に由来する構成単位と、架橋性単量体に由来する構成単位を有すると、ポリマーは三次元的に構造化され、入り組んだ複雑な構造となる。その結果、ポリマー中に含まれるカチオン基をポリマー内部にとどめ、カチオン基と汚泥中の水酸化物イオンとの接触を抑制し、カチオン基の加水分解反応を抑制することが可能となる。その結果、該反応に伴うカチオン度の低下を抑制することが可能となる。以上の理由により、種々の汚泥に対して安定的な脱水効果を発揮することができる。
　架橋性単量体としては、例えば、Ｎ，Ｎ’－メチレンビス（メタ）アクリルアミド、トリアリルアミン、エチレングリコールジ（メタ）アクリレート、ポリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、１，３－ブチレングリコールジ（メタ）アクリレート、エトキシ化イソシアヌル酸トリ（メタ）アクリレート、１，３，５－トリアクリロイルヘキサヒドロ－１，３，５－トリアジン、トリアリルアンモニウムクロリド等が挙げられる。これらは、１種単独で用いても、２種以上を併用してもよい。
　前記架橋性単量体の中でも、種々の汚泥に対して安定的な脱水効果を発揮する観点から、Ｎ，Ｎ’－メチレンビス（メタ）アクリルアミド、エトキシ化イソシアヌル酸トリ（メタ）アクリレート、１，３，５－トリアクリロイルヘキサヒドロ－１，３，５－トリアジン、トリアリルアンモニウムクロリドが好ましく、Ｎ，Ｎ’－メチレンビス（メタ）アクリルアミド、１，３，５－トリアクリロイルヘキサヒドロ－１，３，５－トリアジンがより好ましく、Ｎ，Ｎ’－メチレンビス（メタ）アクリルアミドがさらに好ましい。

（非イオン性単量体）
　非イオン性単量体としては、例えば、（メタ）アクリルアミド、Ｎ，Ｎ－ジメチル（メタ）アクリルアミド等のアミド類；（メタ）アクリロニトリル等のシアン化ビニル系化合物；（メタ）アクリル酸メチル、（メタ）アクリル酸エチル等の（メタ）アクリル酸アルキルエステル類；酢酸ビニル等のビニルエステル類；スチレン、α－メチルスチレン、ｐ－メチルスチレン等の芳香族ビニル系化合物等が挙げられる。これらは、１種単独で用いても、２種以上を併用してもよい。
　前記非イオン性単量体の中でも、水溶性に優れ、前記ポリマー中の単量体組成比の調整が容易であり、良好な汚泥脱水性能が得られやすいこと等から、アミド類が好ましく、（メタ）アクリルアミドがより好ましく、アクリルアミドがさらに好ましい。
　本発明において、前記ポリマーは非イオン性単量体に由来する構成単位を含むことが好ましい。前記ポリマーが非イオン性単量体に由来する構成単位を含むことで、カチオン性単量体単位が密にならず、ポリマーの均一性が向上し、カチオンが有効に作用できるため、粗大な凝集フロックが得られ易くなる。

（アニオン性単量体）
　アニオン性単量体としては、例えば、ビニルスルホン酸、ビニルベンゼンスルホン酸、２－アクリルアミド－２－メチルプロパンスルホン酸、（メタ）アクリル酸、イタコン酸、マレイン酸、及びこれらのアルカリ金属塩等が挙げられる。これらは、１種単独で用いても、２種以上を併用してもよい。
　本発明において、前記ポリマーはアニオン性単量体に由来する構成単位を含むことが好ましい。前記ポリマーがアニオン性単量体に由来する構成単位を含むことで、ポリマーが水に溶解すると、ポリマー中のカチオンとアニオンとの反応も起こるため、ポリマーの構造が複雑化し、汚泥同士が凝集して凝集フロックを形成する際に粗大な凝集フロックを得られ易くなる。

　本発明において、前記ポリマーの構成単位となる単量体の合計１００モル％に対して、前記カチオン性単量体は６０モル％以上である。このようなカチオン性単量体に由来する構成単位を有するポリマーであることにより、汚泥のアニオンとの反応が密で強固になるため、重力ろ過性に優れた凝集フロックを形成することが可能となる。
　なお、本発明においては、ポリマー中の単量体組成において、「ポリマーの構成単位となる単量体」の配合量を示す場合には、「ポリマーの構成単位となる単量体」には、前記架橋性単量体は含まないものとする。また、本発明においては、前記ポリマーの重合時の単量体の配合組成比を、前記ポリマーの構成単位となる単量体の組成比とみなす。
　前記ポリマーの構成単位となる単量体の合計１００モル％に対して、前記カチオン性単量体は、重力ろ過性に優れた凝集フロックを形成する等の観点から、好ましくは６０モル％以上、より好ましくは６５モル％以上、さらに好ましくは７０モル％以上である。

　本発明において、前記ポリマーの構成単位となる単量体の合計１００モル％に対して、前記カチオン性単量体（ｂ）は３５モル％以下である。このようなカチオン性単量体に由来する構成単位を有するポリマーであることにより、得られる汚泥脱水剤は、脱水性能を低下することなく、重力ろ過性に優れた凝集フロックを形成することが可能となる。
　前記カチオン性単量体が、前記カチオン性単量体（ａ）及びカチオン性単量体（ｂ）を含む場合、前記ポリマーの構成単位となる単量体の合計１００モル％に対して、前記カチオン性単量体（ｂ）は、ポリマーの加水分解を抑制し、種々の汚泥に対して安定的な脱水効果を発揮する観点、及びケーキ含水率低減等の観点から、好ましくは１０モル％以上、より好ましくは１５モル％以上、さらに好ましくは１８モル％以上であり、重力ろ過性に優れた凝集フロックを形成する観点から、好ましくは３５モル％以下、より好ましくは３０モル％以下、さらに好ましくは２５モル％以下である。

　本発明において、前記カチオン性単量体が、前記カチオン性単量体（ａ）及び前記カチオン性単量体（ｂ）を含む場合、前記カチオン性単量体（ａ）と、前記カチオン性単量体（ｂ）とのモル比率［カチオン性単量体（ａ）／カチオン性単量体（ｂ）］は、ポリマーの加水分解を抑制し、種々の汚泥に対して安定的な脱水効果を発揮する観点、及びケーキ含水率低減等の観点から、５０／５０以上８５／１５以下であることが好ましく、より好ましくは６０／４０以上８２／１８以下、さらに好ましくは７０／３０以上８０／２０以下である。

　本発明において、前記ポリマーの構成単位となる単量体の合計１００モル％に対して、前記架橋性単量体は０．００１モル％以上０．０２５モル％以下である。このような範囲で架橋性単量体に由来する構成単位を有することにより、効率よく汚泥中の水酸化物イオンとの接触を低減してポリマーの加水分解を抑制することができる。また、ポリマーが有するカチオンと汚泥中の水酸化物イオンとの反応をより効率よく抑制することも可能となる。その結果、種々の汚泥に対して安定的な脱水効果を発揮することができる。
　前記ポリマーの構成単位となる単量体の合計１００モル％に対して、前記架橋性単量体は、前記カチオン性単量体の種類や、架橋性単量体の種類や重合条件等にもよるが、より種々の汚泥に対して安定的な脱水効果を発揮する等の観点から、好ましくは０．００１３モル％以上、より好ましくは０．００１５モル％以上、０．００１７モル％以上であり、重力ろ過性に優れた凝集フロックを形成する等の観点から、好ましくは０．０２０モル％以下、より好ましくは０．０１０モル％以下、さらに好ましくは０．００５モル％以下である。

　本発明において、前記ポリマーは、前記ポリマーの構成単位となる単量体の合計１００モル％に対して、非イオン性単量体を、粗大な凝集フロックを形成する等の観点から、１モル％以上含むことが好ましく、より好ましくは３モル％以上、さらに好ましくは４モル％以上である。また、脱水性能の観点から、前記ポリマーのカチオン度の低下を抑制するために、好ましくは３０モル％以下含むことが好ましく、より好ましくは２５モル％以下、さらに好ましくは２３モル％以下である。

　本発明において、前記ポリマーは、前記ポリマーの構成単位となる単量体の合計１００モル％に対して、アニオン性単量体を、粗大な凝集フロックを形成する等の観点から、８モル％以下含むことが好ましく、より好ましくは５モル％以下、さらに好ましくは３モル％以下である。

　前記汚泥脱水剤に含まれる前記ポリマーは、油中水滴エマルション型（Ｗ／Ｏエマルション）であってもよく、粉末状であってもよい。前記ポリマーは、油中水滴エマルション型であっても、粉末状であっても、同等の効果を得ることが可能である。

　また、前記汚泥脱水剤に含まれる前記ポリマーは、１種単独であっても、２種以上を併用してもよい。例えば、２種のポリマーである場合は、各ポリマーを混合した１剤型としてもよく、あるいはまた、各ポリマーを別個の液剤等とし、使用時に併用する２剤型としてもよい。

＜コロイド当量値＞
　一般に、フロックは、汚泥脱水剤としてのポリマーが有する電荷（例えば正電荷）が、汚泥成分が有する電荷（例えば負電荷）と静電的に相互作用し、ポリマーが有する電荷で汚泥成分が有する電荷を中和することで形成される。ポリマーが有する電荷は、コロイド当量値を測定することで求められる。ここで「コロイド当量値」とは、コロイド滴定で定量されるポリマーが有する電荷密度（ｍｅｑ／ｇ）のことを指し、例えば、ポリマーがカチオン性ポリマーの場合は、カチオン密度のことを指す。本発明においては、ポリマーのコロイド当量値はカチオン密度を指し、「カチオン度」の指標である。
　コロイド当量値が高いポリマーは、高い電荷中和能を有するといえる。しかしながら、上述のとおり、近年の汚泥の多様化に伴い、コロイド当量値が高いポリマーを含む汚泥脱水剤を用いても、汚泥によっては脱水効果に大きなバラつきが生じる場合があり、コロイド当量値が高いポリマーを含む汚泥脱水剤が、どのような汚泥に対しても、必ずしも汚泥脱水剤として、良好な脱水性能を有するとはいえない場合があった。その原因について詳細に検討した結果、次のような理由により、従来のポリマーでは、良好な脱水性能を発揮することができない場合があることを見出した。
　従来の汚泥脱水剤に含まれるポリマーには、上述のとおり、一般的にエステル系のカチオン性ポリマーが含まれている。このポリマーを含む水溶液においては、ｐＨ３～５の範囲でコロイド当量値が最大となり、該水溶液のｐＨが５を超過するとコロイド当量値が低下する傾向がみられる。これは、ｐＨの値が大きくなると共に前記水溶液中の水酸化物イオンが増加し、増加した水酸化物イオンにより、エステルであるポリマーの加水分解が進行し、ポリマーのカチオン度が低下するため、また、ポリマーが有するカチオンと水酸化物イオンが反応することで、ポリマーのカチオン度が低下するためであると考えられる。このようなコロイド当量値の低下は、電荷中和能の低下となり、脱水性能の低下につながる。
　一方、多くの汚泥のｐＨは５～７程度である。したがって、従来の汚泥脱水剤では、ｐＨが高い汚泥ほど、汚泥脱水剤に含まれるポリマーのコロイド当量値が低下し、良好な脱水性能を発揮することができず、汚泥によって脱水効果に大きなバラつきが生じていたものと考えられる。

　そこで、本発明者らは、汚泥脱水剤に含まれるポリマーを含む水溶液のｐＨが、脱水性能に影響を与えることに着目し、鋭意検討したところ、ｐＨ７の水溶液中とｐＨ５の水溶液中におけるコロイド当量値が大きく変化しないポリマー、すなわち下記式（１）を満たすポリマー含む汚泥脱水剤が、従来よりも種々の汚泥に対して安定的な脱水効果を発揮し、効率的な脱水処理が可能となることを見出し、本発明を完成させるに至った。
　ｐＨ７におけるコロイド当量値（Ｉ）／ｐＨ５におけるコロイド当量値（ＩＩ）×１００≧９２（％）　（１）
　上記式（１）において、ｐＨ７におけるコロイド当量値（Ｉ）とは、ｐＨが７である前記ポリマーを含む水溶液を用意し、コロイド滴定法にて滴定量を求め、当該滴定量から算出した値である。
　また、上記式（１）において、ｐＨ５におけるコロイド当量値（Ｉ）とは、ｐＨが５である前記ポリマーを含む水溶液を用意し、コロイド滴定法にて滴定量を求め、当該滴定量から算出した値である。
　コロイド滴定に用いる指示薬は、特に限定されないが、トルイジンブルーが好ましく用いられる。また、コロイド滴定に用いる滴定液は、特に限定されないが、ポリビニル硫酸カリウム標準液が好ましく用いられる。

　本発明において、前記式（１）を満たすポリマーとしては、上述のカチオン性単量体に由来する構成単位と、上述の架橋性単量体に由来する構成単位とを有し、前記ポリマーの構成単位となる単量体（ただし、架橋性単量体を除く）の合計１００モル％に対して、前記カチオン性単量体が６０モル％以上であり、前記式（Ｂ）で表されるカチオン性単量体が３５モル％以下であり、前記架橋性単量体が０．００１モル％以上０．０２５モル％以下であれば、特に限定されないが、例えば、ポリマーの合成に用いる架橋性単量体や重合開始剤の種類や量、ポリマーを構成する単量体の組成比、ポリマー合成時の反応熱、及びポリマーの合成法や合成条件等を考慮することで、適宜調製することができる。

　本発明において、ｐＨ７におけるコロイド当量値（Ｉ）をｐＨ５におけるコロイド当量値（ＩＩ）で除して１００を乗じた値は、種々の汚泥に対してより安定的な脱水効果を発揮する観点から、９２．５（％）以上であることが好ましく、９２．８（％）以上であることがより好ましい。

＜固有粘度＞
　固有粘度[η]は、ポリマー鎖の広がりや収縮の程度の指標となるポリマー物性である。
　なお、固有粘度[η]は、ポリマーの分子量が大きいほど、大きくなる傾向にあり、分子量の一応の目安にもなり得る。ただし、固有粘度[η]は、ポリマーの構成単位となる単量体の構造や重合条件等にも左右され、必ずしも分子量の大小に対応するとは限らない。
　本発明において、前記ポリマーは、１ｍｏｌ／Ｌ硝酸ナトリウム水溶液の３０℃での固有粘度[η]が、０．５～５．０ｄＬ／ｇであることが好ましく、より好ましくは１．０～４．５ｄＬ／ｇ、さらに好ましくは１．５～４．０ｄＬ／ｇである。
　固有粘度[η]が上記数値範囲内のポリマーであれば、種々の汚泥中で、ポリマー鎖が適度に広がることができ、粗大な凝集フロックが形成され易くなる。

　本発明においては、固有粘度[η]は、下記式（２）に示すハギンス（Huggins）の式を用いて算出された値とする。
　　η_SP／Ｃ＝[η]＋ｋ’[η]²Ｃ　　　　　（２）
　式（２）中、η_SP：比粘度（＝η_rel－１）、ｋ’：ハギンス定数、Ｃ：ポリマー濃度、η_rel：相対粘度を表す。
　なお、ハギンス定数ｋ’は、ポリマーの種類や溶媒の種類によって定まる定数であるが、式（２）から分かるように、縦軸をη_SP／Ｃ、横軸をＣとしたグラフにプロットした際の傾きとして求めることができる。具体的には、ポリマー濃度が異なる複数のポリマー溶液試料を調製し、各濃度のポリマー溶液試料の比粘度η_SPを求め、縦軸をη_SP／Ｃ、横軸をＣとしたグラフにプロットし、Ｃを０に外挿した切片の値が固有粘度[η]である。
　比粘度η_SPは、後述する実施例に示すような方法により求めることができる。

　前記汚泥脱水剤は、本発明の効果を損なわない範囲内において、前記ポリマー以外に、例えば、スルファミン酸、硫酸ナトリウム、硫酸水素ナトリウム等のその他の成分や、溶媒等を含んでいてもよい。ただし、前記その他の成分の含有量は、該汚泥脱水剤１００質量％中、１０質量％以下であることが好ましく、より好ましくは５質量％以下、さらに好ましくは０質量％である。
　前記溶媒は、前記汚泥脱水剤中に前記ポリマーを適度な濃度で存在させるために用いられ、前記ポリマーを安定的に、均一な状態で維持するため、また、該汚泥脱水剤の取り扱い容易性等の観点から、含まれ得る。前記溶媒としては、通常、水であるが、後述する前記ポリマーの製造方法に起因する油性溶媒等の有機溶媒等も挙げられる。

　前記汚泥脱水剤が、後述するようなＷ／Ｏエマルション型ポリマーを含む場合、該汚泥脱水剤中のポリマー濃度は、３０～６０質量％であることが好ましく、より好ましくは３２～５５質量％、さらに好ましくは３５～５０質量％である。該汚泥脱水剤は、使用時に、添加する汚泥の性状等に応じて、前記ポリマーが所定の濃度となるように、水等の溶媒で適宜希釈した添加液を調製すればよい。

＜ポリマーの製造方法＞
　前記ポリマーは、該ポリマーの構成単位となる単量体及び架橋性単量体を、重合開始剤等を用いて重合することにより製造することができる。

（重合開始剤）
　前記ポリマーの重合に用いる重合開始剤としては、例えば、過硫酸アンモニウム、過硫酸カリウム等の過硫酸塩；過酸化ベンゾイル等の有機化酸化物；アゾビスイソブチロニトリル、アゾビスシアノバレリン酸、２，２’－アゾビス（２－アミジノプロパン）二塩酸塩、２，２’－アゾビス（２，４－ジメチルバレロニトリル）、２，２’－アゾビス（４－メトキシ－２，４－ジメチルバレロニトリル）、２，２’－アゾビス（２－メチルアミジノプロパン）二塩酸塩、２，２’－アゾビス（２－メチルプロピオンアミジン）二塩酸塩、２，２’－アゾビス［２－（２－イミダゾリン－２－イル）プロパン］二塩酸塩等のアゾ系化合物等が挙げられる。これらは、１種単独で用いても、２種以上を併用してもよい。これらの中でも、２，２’－アゾビス（２－アミジノプロパン）二塩酸塩及び２，２’－アゾビス（２－メチルプロピオンアミジン）二塩酸塩が好ましく、２，２’－アゾビス（２－メチルプロピオンアミジン）二塩酸塩がより好ましい。
　前記重合開始剤の添加量は、ポリマーの構成単位となる単量体の組成等に応じて、適宜設定することができるが、前記単量体の合計質量１００質量部に対して、通常０．００１～０．５質量部程度である。

（重合方法）
　重合方法の態様としては、例えば、乳化重合法、水溶液重合法、懸濁重合法等が挙げられる。これらの重合方法のうち、製造容易性や、製造したポリマーの汚泥脱水剤として取り扱い容易性や汚泥への溶解性等の観点から、ポリマーがＷ／Ｏエマルション型で得られる乳化重合法が好ましい。
　乳化重合法は、公知の方法を用いることができ、例えば、油性溶媒と界面活性剤とを含む油相を調製し、該油相中に、前記ポリマーの構成単位となる単量体の水溶液を添加して撹拌混合し、乳化させて重合を行う。前記重合開始剤は、水溶性の場合は前記単量体の水溶液に混合しておけばよく、また、油溶性の場合は乳化後に添加すればよい。
　前記油性溶媒としては、例えば、灯油、軽油等の鉱物油及びこれらの精製品であるノルマルパラフィン、イソパラフィン、ナフテン油等を使用することができ、また、これらと同等の性状を有する合成油、植物油、動物油又はこれらの混合物を使用することもできる。
　前記界面活性剤としては、例えば、ソルビタンモノオレート、ソルビタンモノステアレート等のソルビタン脂肪酸エステル；ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ペンタオキシエチレンオレイルエーテル等のポリオキシエチレンアルキルエーテル等の非イオン性界面活性剤が好適に用いられる。

　本発明において、乳化重合時の温度は、種々の汚泥に対してより安定的な脱水効果を発揮する観点から、０～７０℃であることが好ましく、より好ましくは５～６０℃、さらに好ましくは１０～５８℃、よりさらに好ましくは１５～５５℃である。
　乳化重合時間は、種々の汚泥に対してより安定的な脱水効果を発揮する観点から、２～２４時間であることが好ましく、より好ましくは４～１２時間、さらに好ましくは６～１０時間である。

［汚泥脱水方法］
　本発明の汚泥脱水方法は、汚泥に、前記汚泥脱水剤を添加して、前記汚泥を脱水する方法である。
　前記汚泥脱水方法の適用対象である汚泥としては、例えば、下水の余剰汚泥、混合生汚泥、消化汚泥、食品工場や化学工場等の余剰汚泥や凝沈混合汚泥、し尿処理場等の混合汚泥等が挙げられる。
　本発明の汚泥脱水剤を用いた汚泥脱水方法によれば、種々の汚泥について、脱水処理を安定的かつ効率的に行うことができる。

　例えば、汚泥中の浮遊物質（ＳＳ：Suspended　Solids）の含有量が０．５～４．０質量％程度である場合、前記汚泥脱水剤の添加量は２０～５００ｍｇ／Ｌであることが好ましく、より好ましくは３０～３００ｍｇ／Ｌ、さらに好ましくは４０～２００ｍｇ／Ｌである。
　なお、ここで言うＳＳの含有量は、下記実施例に記載の分析方法により求められた値である。

　汚泥への前記汚泥脱水剤の添加方法は、特に限定されるものではなく、公知の方法を適用することができる。例えば、前記汚泥脱水剤を、該汚泥脱水剤中の前記ポリマーが所定の濃度となるように水等の溶媒で希釈した後、汚泥に添加することができる。
　前記汚泥脱水剤を添加する際の添加液における前記ポリマーの濃度は、汚泥に対して該ポリマーを均一に分散させる等の観点から、０．０１～１．０質量％であることが好ましく、より好ましくは０．０３～０．６質量％、さらに好ましくは０．０５～０．４質量％である。

　前記汚泥脱水剤を添加した汚泥は、例えば、凝集反応槽にて撹拌羽根により、所定の撹拌条件（例えば、１８０ｒｐｍで３０秒間等）で撹拌することにより、凝集フロックを形成させることができる。
　そして、前記凝集フロックを脱水機で脱水処理し、固液分離することにより、脱水ケーキが得られる。
　前記脱水機としては、特に限定されないが、例えば、ベルトプレスろ過機、スクリュープレス脱水機、多重円板型脱水機、遠心脱水機等が挙げられる。

　前記脱水ケーキは、埋め立て廃棄処分、あるいはまた、園芸用土やセメント原料として再利用される。
　前記脱水ケーキは、運搬や処分、再利用加工等において取り扱いやすいものとする観点から、塊状のケーキ形状が崩壊せず、かつ、含水分ができる限り少ないことが好ましい。本発明の汚泥脱水方法によれば、このような取り扱い性が良好な脱水ケーキを得ることができる。

　なお、本発明の汚泥脱水方法においては、本発明の汚泥脱水剤を用いることにより、種々の汚泥に対して、安定的かつ効率的に脱水処理を行うことができるが、本発明の汚泥脱水剤以外に、該汚泥脱水剤における前記ポリマーと異なるポリマーを含む他の汚泥脱水剤を併用してもよい。併用する他の汚泥脱水剤におけるポリマーとしては、例えば、カチオン性官能基を有するポリマー又はアニオン性ポリマーが挙げられる。前記カチオン性官能基を有するポリマーには、カチオン性ポリマーのみならず、両性ポリマーも含まれる。また、これらのポリマーは、架橋型であっても、直鎖状等の非架橋型であってもよい。
　前記他の汚泥脱水剤も、本発明の汚泥脱水剤の添加と同様の添加方法で添加されることが好ましい。

　以下、実施例に基づいて本発明を説明するが、本発明は下記実施例により限定されるものではない。
　各種ポリマーを準備し、該ポリマーを用いた汚泥脱水剤試料の評価試験を行った。

［ポリマーの準備］
　下記実施例及び比較例の汚泥脱水剤試料に用いる各種ポリマーを、以下に示す各合成例により準備した。
　各ポリマーにおける各種構成単量体は、以下のように略称する。
＜カチオン性単量体（ａ）＞
・ＤＡＡ：２－（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ライド；分子量１９３．７
＜カチオン性単量体（ｂ）＞
・ＤＡＭ－１：２－（メタクリロイルオキシ）エチルトリメチルアンモニウムクロライド；分子量２０７．７
・ＤＡＭ－２：２－（メタクリロイルオキシ）エチルジメチルアミン塩酸塩；分子量１９３．６７
＜非イオン性単量体＞
・ＡＡＭ：アクリルアミド；分子量７１．１
＜アニオン性単量体＞
・ＡＡ：アクリル酸；７２．１
＜架橋性単量体＞
・（ｉ）：Ｎ，Ｎ’－メチレンビスアクリルアミド；分子量１５４．１７
・（ｉｉ）：１，３，５－トリアクリロイルヘキサヒドロ－１，３，５－トリアジン；分子量２４９．２７
・（ｉｉｉ）：エトキシ化イソシアヌル酸トリアクリレート；分子量４２３．３７
・（ｉｖ）：トリアリルアンモニウムクロリド；分子量１７３．６８６

（合成例１）
　撹拌機、冷却管、窒素導入管及び温度計を付した１Ｌ４ツ口セパラブルフラスコに、ノルマルパラフィン３０１ｇ、ペンタオキシエチレンオレイルエーテル４０ｇ、及びソルビタンモノオレート１２ｇを仕込み、撹拌混合し、油層混合物を調製した。
　次いで、ＤＡＡの８０質量％水溶液３８４ｇ、ＤＡＭ－１の８０質量％水溶液１１０ｇ、ＡＡＭ７．５ｇ、ＡＡ０．５ｇ、Ｎ，Ｎ’－メチレンビスアクリルアミド０．００６５ｇ、及び水１５０ｇの混合水溶液を前記油層混合物に添加して、ホモジナイザー撹拌により乳化させた。これを、撹拌下、５０℃に調整し、窒素ガスを３０分間バブリングした。窒素ガス気流下、重合開始剤として２，２’－アゾビス（２－メチルプロピオンアミジン）二塩酸塩の４質量％トルエン溶液１．０ｇを加え、４５～５５℃で８時間重合させ、Ｗ／Ｏエマルション型ポリマー（ポリマー１）を得た。

　なお、前記ポリマー濃度は、以下のようにして求めた。
　約１０ｇのＷ／Ｏエマルション型ポリマー（ポリマー１）をビーカーに入れて精秤した後、該Ｗ／Ｏエマルション型ポリマーの１０質量倍以上のアセトンを加えてポリマーを析出させ、上澄み液を除去した。再びアセトンを加えて上澄み液を除去し、この操作を計３回繰り返して、ポリマーを精製した後、真空乾燥機にて、室温（２５℃）で４８時間乾燥させて、粉末状のポリマーを得た。
　得られた粉末状のポリマーを精秤し、最初に測定したＷ／Ｏエマルション型ポリマーの質量に対する該粉末状ポリマーの質量の比率を算出し、この値をポリマー濃度［質量％］とした。

（合成例２～１０、比較合成例１～５）
　合成例１において、合成原料として用いる構成単量体及び重合開始剤を下記表１の各合成例に示すものに変更し、それ以外は合成例１と同様にして、各Ｗ／Ｏエマルション型ポリマー（ポリマー２～１０、比較ポリマー１～５）を得た。

＜コロイド当量値＞
　前記の合成例１～１０及び比較合成例１～５で得られたＷ／Ｏエマルション型ポリマー（ポリマー１～１０、比較ポリマー１～５）について、以下の（１）～（９）の手順に従って、ｐＨ５及びｐＨ７におけるコロイド当量値を求め、ｐＨ７におけるコロイド当量値（Ｉ）をｐＨ５におけるコロイド当量値（ＩＩ）で除して１００を乗じた値を算出した。
（１）室温２５℃で、マグネティックスターラーを用いて、脱イオン水を１５００ｒｐｍで攪拌下、ポリマー濃度が０．２質量％となるように、Ｗ／Ｏエマルション型ポリマーをうず内面に沿って速やかに投入し、１時間撹拌した。なお、溶解不十分の場合は、さらに１時間攪拌した。その後、室温で一晩静置し溶解させた。
（２）（１）で調製したポリマー濃度０．２質量％の水溶液２５ｍＬをホールピペットで計り取り、２００ｍＬメスシリンダーに入れ、脱イオン水を用いてメスアップして、転倒攪拌を行い、ポリマー濃度２５０ｍｇ／Ｌの水溶液（測定試料）を調製した。
（３）コニカルビーカーを４つ用意し、それぞれのコニカルビーカーに脱イオン水８０ｍＬを入れ、さらに（２）で調製した測定試料２０ｍＬを添加し、マグネティックスターラーで十分に撹拌して、それぞれ滴定対象試料とした。
（４）滴定対象資料をｐＨ３、５、７、９となるように、ｐＨ計で確認しながら塩酸水溶液又は水酸化ナトリウム水溶液を添加し、それぞれの滴定対象試料のｐＨを調整した。
（５）ｐＨ３、５、７、９に調整したそれぞれの滴定対象試料に対して、予め指示薬としてトルイジンブルー１～２滴をただちに添加し、１０秒撹拌した。
（６）次いで、ただちに、滴定液として０．００２５ｍｏｌ／Ｌ（１／４００Ｎ）のポリビニル硫酸カリウム標準液を用い２ｍＬ／分の速度で撹拌しながら滴定し、青色からピンク色に変化してピンク色を１０秒以上保持する点を終点とし、滴定量ＡｍＬを求めた。
（７）その一方で、脱イオン水についても、前記の滴定対象試料に対して行った方法と同様に滴定を行い、ブランク滴定量ＢｍＬを求めた。ｐＨ３、５、７、９に調整した滴定対象試料のコロイド当量値は、滴定量ＡｍＬ、及びブランク滴定量ＢｍＬの結果から下記の式（３）よりそれぞれ算出した。

　なお、上記の式（３）における滴定剤とはポリビニル硫酸カリウムを指す。
（８）ｐＨ３、５、７、９に調整した滴定対象試料のそれぞれは、滴定終了後にｐＨ値を計測し、計測したｐＨ値をグラフのＸ軸に、上記の式（３）より算出したコロイド当量値をグラフのＹ軸にそれぞれプロットした。
　グラフにプロットした４点を結んだ曲線からｐＨ５及びｐＨ７に相当する値におけるコロイド当量値を読み取り、ｐＨ５及びｐＨ７におけるコロイド当量値（ｍｅｑ／ｇ）とした。
（９）（８）で得られたｐＨ７におけるコロイド当量値（Ｉ）とｐＨ５におけるコロイド当量値（ＩＩ）から、ｐＨ７におけるコロイド当量値（Ｉ）をｐＨ５におけるコロイド当量値（ＩＩ）で除して１００を乗じた値を算出した。その値を表１に示す。

　また、ポリマー１～１０及び比較ポリマー１～５について、下記式（４）から、コロイド当量値の理論値を算出した。その値を表１に示す。
コロイド当量値の理論値［ｍｅｑ／ｇ］＝［ポリマーの構成単位となる単量体（架橋性単量体を除く）の合計１００モル％に対するカチオン性単量体の割合［モル％］×１０００］／［Ｘ_（ａ）×Ｍｗ_（ａ）＋Ｘ_（ｂ）×Ｍｗ_（ｂ）＋Ｘ_（ｃ）×Ｍｗ_（ｃ）＋Ｘ_（ｄ）×Ｍｗ_（ｄ）］（４）
　Ｘ_（ａ）：ポリマーの構成単位となる単量体（架橋性単量体を除く）の合計１００モル％に対するカチオン性単量体（ａ）の割合［モル％］
　Ｍｗ_（ａ）：カチオン性単量体（ａ）の分子量
　Ｘ_（ｂ）：ポリマーの構成単位となる単量体（架橋性単量体を除く）の合計１００モル％に対するカチオン性単量体（ｂ）の割合［モル％］
　Ｍｗ_（ｂ）：カチオン性単量体（ｂ）の分子量
　Ｘ_（ｃ）：ポリマーの構成単位となる単量体（架橋性単量体を除く）の合計１００モル％に対する非イオン性単量体（ｃ）の割合［モル％］
　Ｍｗ_（ｃ）：非イオン性単量体（ｃ）の分子量
　Ｘ_（ｄ）：ポリマーの構成単位となる単量体（架橋性単量体を除く）の合計１００モル％に対するアニオン性単量体（ｄ）の割合［モル％］
　Ｍｗ_（ｄ）：アニオン性単量体（ｄ）の分子量　

＜固有粘度＞
　前記の合成例１～１０及び比較合成例１～５で得られたＷ／Ｏエマルション型ポリマー（ポリマー１～１０、比較ポリマー１～５）について、以下の（Ｉ）～（ＶＩ）の手順に従って、固有粘度を求めた。
（Ｉ）キャノンフェンスケ粘度計（株式会社草野化学製Ｎｏ．７５）５本をガラス器具用中性洗剤に１日以上浸漬後、水で十分洗浄し、乾燥させた。
（ＩＩ）前述したコロイド当量値の測定操作と同じ手順で、Ｗ／Ｏエマルション型ポリマーを水で希釈し、ポリマー濃度０．２質量％の水溶液を調製した。
（ＩＩＩ）（ＩＩ）で調製したポリマー濃度０．２質量％の水溶液５０ｍＬに２モル／Ｌ硝酸ナトリウム水溶液５０ｍＬを加え、マグネティックスターラーにて５００ｒｐｍで２０分間撹拌し、ポリマー濃度０．１質量％の１モル／Ｌ硝酸ナトリウム水溶液を得た。これを１モル／Ｌ硝酸ナトリウム水溶液で希釈して、０．０２、０．０４、０．０６、０．０８、０．１質量％の５段階のポリマー濃度のポリマー溶液試料を調製した。なお、ポリマー未添加の１モル／Ｌ硝酸ナトリウム水溶液をブランク液とした。
（ＩＶ）温度３０℃（±０．０２℃内）に調整した恒温水槽内に、（Ｉ）で準備した粘度計５本を垂直に取り付けた。各粘度計にホールピペットにてブランク液１０ｍＬを入れた後、温度を一定にするために約３０分間静置した。その後、スポイト栓を用いて液を吸い上げ、自然落下させて、標線を通過する時間をストップウォッチで１／１００秒単位まで測定した。この測定を、各粘度計について５回繰り返し、平均値をブランク値（ｔ₀）とした。
（Ｖ）（ＩＩＩ）で調製した５段階のポリマー濃度のポリマー溶液試料各１０ｍＬを、ブランク液の測定を行った粘度計５本に入れ、温度を一定にするために約３０分間静置した。その後、ブランク液の測定と同様の操作を３回繰り返し、濃度ごとの通過時間の平均値を測定値（ｔ）とした。
　ブランク値ｔ₀、測定値ｔ、及びポリマー溶液試料の濃度［質量／体積％］（＝Ｃ［ｇ／ｄＬ］）から、下記式（５）及び（６）に示す関係式より、相対粘度η_rel、比粘度η_SP及び還元粘度η_SP／Ｃ［ｄＬ／ｇ］を求めた。
　　η_rel＝ｔ／ｔ₀　　　　　（５）
　　η_SP＝（ｔ－ｔ₀）／ｔ₀＝η_rel－１　　　　　（６）
　これらの値から、上述したハギンスの式に基づく固有粘度の求め方に従って、各ポリマーの固有粘度[η]を求めた。
（ＶＩ）（ＩＩＩ）において、硝酸ナトリウム水溶液の濃度を変更し、ポリマー濃度０．１質量％の０．０１モル／Ｌ硝酸ナトリウム水溶液を調製した。これを０．０１モル／Ｌ硝酸ナトリウム水溶液で希釈して、前記（ＩＩＩ）と同様にして、５段階のポリマー濃度のポリマー溶液試料を調製し、（ＩＩＩ）～（Ｖ）の手順に従って、各ポリマーの固有粘度[η]を求めた。

［汚泥］
　汚泥脱水剤試料の評価試験で用いた汚泥の詳細を下記表２に示す。表２に示す汚泥の性状を表す各項目の略称及び分析方法（下水道試験法に準拠）は、以下のとおりである。

（１）ＳＳ
　汚泥１００ｍＬを秤量した後、３０００ｒｐｍで１０分間遠心分離して上澄み液を除去した。沈殿物を水洗しながら秤量済みのルツボに流し込み、１０５～１１０℃の範囲内の温度で１５時間乾燥させた後、秤量し、乾燥後の前記ルツボ内の残留物の質量を求めた。
　乾燥前の汚泥１００ｍＬの質量に対する前記残留物の質量の割合を、汚泥１００ｍＬ中の浮遊物質（ＳＳ：Suspended　Solids）の含有量［質量％］とした。

（２）ＶＳＳ
　前記（１）において前記ルツボ内の残留物（ＳＳ）の質量を求めた後、該残留物（ＳＳ）がルツボに入った状態で、６００±２５℃の範囲内の温度で２時間強熱し、放冷後に秤量し、強熱後の前記ルツボ内の残留物の質量を求めた。
　強熱前の前記ルツボ内の残留物（ＳＳ）と強熱後の該ルツボ内の残留物との質量の差分は、汚泥１００ｍＬ中の揮発性浮遊物質（ＶＳＳ：Volatile　Suspended　Solids）の質量である。ＳＳの質量に対する強熱後の前記残留物（ＶＳＳ）の質量の割合を、ＶＳＳの含有率［質量％／ＳＳ］として求めた。

（３）ＴＳ
　汚泥１００ｍＬを秤量して、秤量済みのルツボに入れ、１０５～１１０℃の範囲内の温度で１５時間乾燥させた後、秤量し、乾燥後の前記ルツボ内の残留物の質量を求めた。
　乾燥前の汚泥１００ｍＬの質量に対する前記残留物の質量の割合を、汚泥１００ｍＬ中の蒸発残留物（ＴＳ：Total　Solids；全固形分）の含有率［質量％］として求めた。

（４）ＶＴＳ
　前記（３）において前記ルツボ内の残留物（ＴＳ）の質量を求めた後、該残留物（ＴＳ）がルツボに入った状態で、６００±２５℃の範囲内の温度で２時間強熱し、放冷後に秤量し、強熱後の前記ルツボ内の残留物の質量を求めた。
　強熱前の前記ルツボ内の残留物（ＴＳ）と強熱後の該ルツボ内の残留物との質量の差分は、汚泥１００ｍＬ中の揮発性浮遊物質（ＶＴＳ：Volatile　Total　Solids）の質量である。ＴＳの質量に対する強熱後の前記残留物（ＶＴＳ）の質量の割合を、ＶＴＳの含有率［質量％／ＴＳ］として求めた。

（５）繊維分
　汚泥１００ｍＬを１００メッシュ（目開き１４９μｍ）のふるいでろ過し、ふるい上の残留物を水洗しながら秤量済みのルツボに流し込み、１０５～１１０℃の範囲内の温度で１５時間乾燥させた後に秤量し、乾燥後の前記ルツボ内の残留物の質量を求めた。
　その後、前記残留物がルツボに入った状態で、６００±２５℃の範囲内の温度で２時間強熱し、放冷後に秤量し、強熱後の前記ルツボ内の残留物の質量を求めた。
　強熱前の前記ルツボ内の残留物と強熱後の該ルツボ内の残留物との質量の差分は、汚泥１００ｍＬ中の粒径約１４９μｍ以上の揮発性浮遊物質の質量であり、主に揮発性の繊維分の質量である。ＳＳの質量に対する強熱後の前記残留物（粒径約１４９μｍ以上の揮発性浮遊物質）の質量の割合を、繊維分の含有率［質量％／ＳＳ］として求めた。

（６）ｐＨ
　ＪＩＳ　Ｚ　８８０２：２０１１に準拠して、ガラス電極法の操作に基づいて、ｐＨを測定した。なお、ｐＨの校正には、市販のフタル酸塩、中性リン酸塩及び炭酸塩の各ｐＨ標準液を用いた。

（７）電気伝導率
　ＪＩＳ　Ｋ　０１０２：２０１６に準拠して、電気伝導率を測定した。

［汚泥脱水剤試料の評価試験］
　上記において準備したポリマー（ポリマー１～１０、比較ポリマー１～５）を用いた汚泥脱水剤試料を用いて、汚泥処理の机上試験を行い、下記の評価方法により、汚泥脱水剤試料の汚泥脱水性能の評価を行った。

（実施例１）
　合成例１で得られたＷ／Ｏエマルション型ポリマー（ポリマー１）を水で希釈し、ポリマー濃度０．２質量％の水溶液を調製し、これを汚泥脱水剤試料１とした。
　汚泥Ａ　２００ｍＬを３００ｍＬビーカーに採取し、汚泥脱水剤試料１を添加濃度８０ｍｇ／Ｌとなるように添加し、１８０ｒｐｍで３０秒間撹拌して、凝集フロックを形成させ、処理汚泥を得た。

（実施例２～３０及び比較例１～５）
　実施例１において、汚泥、汚泥脱水剤試料及びその添加濃度を下記表３に示すように変更し、それ以外は実施例１と同様にして、汚泥に汚泥脱水剤試料を添加し、凝集フロックを形成させ、処理汚泥を得た。

＜評価方法＞
　上記実施例及び比較例における処理汚泥について、以下に示す各項目の評価を行った。これらの評価結果を下記表３にまとめて示す。

（１）フロック径
　ビーカー内の凝集フロックのうち、該ビーカーの上方から観察できる任意の約１００個を対象として、各凝集フロックの最大径をメジャーで測定し、これらの平均値をフロック径とした。
　フロック径は、汚泥脱水剤のフロック形成力の指標である。フロック径が大きいほど、粗大な凝集フロックが形成されたと評価することができ、汚泥脱水剤試料のフロック形成力が高いと言える。ただし、フロック径が大きすぎる場合、後述するケーキ含水率が高くなる傾向にある。フロック径は４．５ｍｍ以上であることが好ましい。

（２）２０秒ろ過量
　２００ｍＬメスシリンダー上に、ブフナーロート（内径８０ｍｍ、孔径約１ｍｍ）を設置し、次いで、該ブフナーロートのろ過面の上側に、直径５０ｍｍのポリ塩化ビニル製の筒を設置した。処理汚泥を前記筒内に一気に注ぎ、注ぎ始めてから２０秒後までのろ液をメスシリンダーで採取し、該メスシリンダーの目盛から読み取ったろ液の量を、２０秒ろ過量とした。
　２０秒ろ過量は、重力ろ過性の指標である。２０秒ろ過量が多いほど、重力ろ過性に優れた凝集フロックが形成されたと評価することができる。ただし、２０秒ろ過量が多くても、後述するＳＳリーク量が多ければ、処理汚泥が良好な状態で脱水処理されているとは言えず、汚泥脱水剤試料の汚泥脱水性能の評価においては、２０秒ろ過量及びＳＳリーク量を併せて判断する必要がある。

（３）ＳＳリーク量
　前記（２）で２０秒ろ過量を測定後、さらに、４０秒後に、前記メスシリンダーを別のメスシリンダーに替えて、処理汚泥を注ぎ始めてから６０秒後以降に該ブフナーロートの孔を通過して採取された液の量を、該メスシリンダーの目盛から読み取った。この読み取った液量をＳＳリーク量とした。
　ここで言うＳＳリーク量とは、処理汚泥中で、粗大な凝集フロックが形成されていない、又は、崩壊した微小なフロック等の浮遊物質（ＳＳ）の量の目安となる数値である。
　ＳＳリーク量が少ないほど、粗大な凝集フロックが形成されたと評価することができる。

（４）ケーキ含水率
　前記（３）でＳＳリーク量を測定後、該ブフナーロート上に残った凝集フロックを、ポリ塩化ビニル製カラム（内径３０ｍｍ、高さ１７．５ｍｍ）に詰めた。前記カラムを外し、底面が約３０ｍｍの略円形の塊状の凝集フロックを、上面から０．１ＭＰａで６０秒間圧搾し、脱水ケーキを得た。
　前記脱水ケーキの質量、及び、該脱水ケーキを１０５℃で１５時間乾燥させた後の脱水ケーキの質量を測定した。前記脱水ケーキの乾燥前と乾燥後の質量の差分を、脱水ケーキの含水量とみなした。乾燥前の前記脱水ケーキの質量に対する前記含水量の割合を、ケーキ含水率［質量％］として求めた。脱水ケーキの廃棄処理等における取り扱い性等の観点から、ケーキ含水率は低い方が好ましい。

　表３に示した結果から、コロイド当量値の理論値が高い汚泥脱水剤であっても、必ずしも種々の汚泥に対して安定的な脱水効果を発揮するものではないことが分かる。
　また、表３に示した結果から分かるように、本発明の汚泥脱水剤によれば、処理汚泥におけるフロック径、２０秒ろ過量、ＳＳリーク量及びケーキ含水率がいずれも良好であった。すなわち、本発明の汚泥脱水剤は、種々の汚泥に対して安定的な脱水効果を発揮することが確認された。

Claims

　カチオン性単量体に由来する構成単位と、架橋性単量体に由来する構成単位とを有するポリマーを含む汚泥脱水剤であって、
　前記カチオン性単量体は、下記式（Ａ）で表されるカチオン性単量体（ａ）、又は、下記式（Ａ）で表されるカチオン性単量体（ａ）及び下記式（Ｂ）で表されるカチオン性単量体（ｂ）を含み、
　前記ポリマーの構成単位となる単量体（ただし、架橋性単量体を除く）の合計１００モル％に対して、前記カチオン性単量体が６０モル％以上であり、前記カチオン性単量体（ｂ）が３５モル％以下であり、前記架橋性単量体が０．００１モル％以上０．０２５モル％以下であり、
　前記ポリマーのコロイド当量値が下記式（１）を満たす、汚泥脱水剤。

　（式（Ａ）中、Ｒ^１及びＲ^２は、それぞれ独立に、水素原子又は炭素数１～３のアルキル基であり、Ｒ^３は、水素原子、炭素数１～３のアルキル基又はベンジル基である。Ａ^１は、酸素原子又はイミノ基であり、Ｂ^１は炭素数２～４のアルキレン基である。Ｘ^－は陰イオンである。）

　（式（Ｂ）中、Ｒ^４及びＲ^５は、それぞれ独立に、水素原子又は炭素数１～３のアルキル基であり、Ｒ^６は、水素原子、炭素数１～３のアルキル基又はベンジル基である。Ａ^２は、酸素原子又はイミノ基であり、Ｂ^２は炭素数２～４のアルキレン基である。Ｙ^－は陰イオンである。）
　ｐＨ７におけるコロイド当量値（Ｉ）／ｐＨ５におけるコロイド当量値（ＩＩ）×１００≧９２（％）　（１）
　前記ポリマーの構成単位となる単量体（ただし、架橋性単量体を除く）の合計１００モル％に対して、前記カチオン性単量体（ｂ）が２５モル％以下である、請求項１に記載の汚泥脱水剤。
　前記ポリマーが、非イオン性単量体に由来する構成単位を含む、請求項１又は２に記載の汚泥脱水剤。
　前記カチオン性単量体が、前記カチオン性単量体（ａ）及び前記カチオン性単量体（ｂ）を含む、請求項１～３のいずれかに記載の汚泥脱水剤。
　前記ポリマーが、アニオン性単量体に由来する構成単位を含む請求項４に記載の汚泥脱水剤。
　前記カチオン性単量体（ａ）と、前記カチオン性単量体（ｂ）とのモル比率［カチオン性単量体（ａ）／カチオン性単量体（ｂ）］が、５０／５０以上８５／１５以下である、請求項４又は５に記載の汚泥脱水剤。
　前記カチオン性単量体（ａ）が、２－（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ライドである、請求項１～６のいずれかに記載の汚泥脱水剤。
　前記ポリマーが、油中水滴エマルション型、又は粉末状である、請求項１～７のいずれかに記載の汚泥脱水剤。
　請求項１～８のいずれか１項に記載の汚泥脱水剤を汚泥に添加して、前記汚泥を脱水する、汚泥脱水方法。