JPH03293100A - 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］ 本発明は新規な汚泥脱水剤、さらに詳しくは、凝集、脱
水性能に優れ、低含水率の脱水汚泥を得ることができる
上、熱劣化や経時劣化の少ない安定性に優れた両性ポリ
マーを有効成分とする汚泥脱水剤に関するものである。

［従来の技術］ 従来、下水処理、し尿処理、有機性度！廃水処理などに
より生じる有機性汚泥の脱水処理には、カチオン性高分
子脱水剤が単独で使用されていたが、近年、汚泥発生量
の増加や汚泥性状の悪化などにより、従来のカチオン性
高分子脱水剤の使用では、汚泥剋埋量の限界を免れない
上、脱水ケーキの含水率、ＳＳの回収率、ケーキのろ布
からの剥離性などについても必ずしも満足しうるもので
はなく、その改善が求められていた。

そこで、このようなカチオン性高分子脱水剤の欠点を改
良するために、これまでいくつかの提案がなされている
。例えば（１）第三級又は第四級窒素含有（メタ）アク
リレートと第三級又は第四級窒素含有（メタ）アクリル
アミドとを必須成分として用いて成る共重合体（特開昭
５８−４９４１０号公報）、（２）カチオン性高分子脱
水剤とアニオン性高分子脱水剤とを併用する方法（特開
昭６２−１２９２００号公報）、（３）同−分・予肉に
カチオン性構成単位とアニオン性構成単位とを含む両性
高分子脱水剤（特開昭４９−６０７８号公報、同５３−
１４９２９２号公報、同６２−２０５１１２号公報）な
どが提案されている。

しかしながら、前記（１）の共重合体は、ＳＳの回収率
やケーキのろ布からの剥離性については、従来のカチオ
ン性高分子脱水剤に比べて若干改善される場合があるも
のの、性能的にはまだ十分であるとはいえないし、（２
）のカチオン性高分子脱水剤とアニオン性高分子脱水剤
とを併用する方法においては、ＳＳの回収率、ケーキの
含水率、ろ布からの剥離性はある程度改善されるものの
、各成分の混合比の設定や混合操作などについては煩雑
さを免れない上、溶解時に溶解水のｐＨによっては不溶
解物が生成するおそれがあるなど、ハンドリング性の点
で問題が多い。

さらに、前記（３）の両性高分子脱水性は、従来のカチ
オン性高分子脱水剤に比べて、凝集性が良く、ＳＳの回
収率やケーキの含水率などの点で優れた性能を有してい
るものの、安定性が極めて悪く、例えば（１）ポリマー
粉末製造時の加熱乾燥工程における熱劣化が著しく、水
への溶解時に不溶解のゲルが生成しやすい、（２）粉末
ポリマーの経時安定性（貯蔵安定性）が劣り、安定した
製品供給に支障をきたす場合がある、（３）ポリマー水
溶液の経時安定性が悪く、時間の経過とともに、粘性の
低下、場合によっては沈殿を生じ、実際の使用現場にお
いて、大きなトラブルとなる場合がある、など好ましく
ない事態を招来するという欠点を有している。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明は、このような従来の両性高分子脱水剤が有する
欠点を克服し、凝集、脱水性能に優れ、低含水率の汚泥
を得ることができる上、熱劣化や経時劣化の少ない安定
性に優れた両性ポリマーを有効成分とする汚泥脱水剤を
提供することを目的としてなされｌ二ものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明者らは、前記の好ましい汚泥脱水剤を開発すべく
鋭意研究を重ねた結果、特定のカチオン性構成単位と、
アニオン性構成単位及びノニオン性１１１ＩＦｆ：、単
位とを含有する両性ポリマーに、さらに、特定のカチオ
ン性構成単位を所定の割合で含有させｔ；ものを有効成
分とする汚泥脱水剤により、その目的を達成しうろこと
を見い出し、この知見に基づいて本発明を完成するに至
った。

すなわち、本発明は、（Ａ）一般式 ％式％（） （式中のＲ，及びＲ１は、それぞれ炭素数１〜４のアル
キル基であって、それらは同一であってもよいし、たが
いに異なっていてもよく、Ｒ１は水素原子、炭素数１〜
４のアルキル基又はベンジル基、Ｘ１ｅは陰性イオンで
ある） で表わされるカチオン性構成巣位と（Ｂ）アニオン性構
成単位と（Ｃ）ノニオン性構成単位とを合　　　本発明
の汚泥脱水剤に用いられる両性ポリマー有する両性ポリ
マーを有効成分とする汚泥脱水剤　　における（Ａ）単
位のカチオン性構成単位は、において、該両性ポリマー
中に、（Ｄ）一般式　　　一般式・・・　（Ｉ［） （式中のＲ４及びＲ１は、それぞれ炭素数１〜４のアル
キル基であって、それらは同一であってもよいし、たが
いに異なっていてもよく、Ｒ，は水素原子、炭素数１〜
４のアルキル基又はベンジル基、Ｘ、ｅは陰性イオンで
ある） で表わされるカチオン性構成単位１〜５モル％を含有さ
せたことを特徴とする汚泥脱水剤を提供するものである
。

以下、本発明の詳細な説明する。

・・・　（Ｉ） で表わされる構造を有している。前記一般式（Ｉ）にお
けるＲ、及びＲ２は、それぞれ炭素１〜４のアルキル基
、すなわちメチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、イソ
プロピル基、ｎ−ブチル基、イソブチル基、５ｅｃ−ブ
チル基及びｔ−ブチル基であって、該Ｒ８とＲ２とは同
一であってもよいし、ｔ；がいに異なっていてもよい。

まｆ−Ｒ，は水素原子、前記の炭素数１〜４のアルキル
基又はベンジル基であり、Ｘ、。は塩素イオン、臭素イ
オン、ヨウ素イオンなどのハロゲンイオン、Ｈ３Ｏ４′
−１ｓｏ４”−１ＮＯ，−１ＣＨ，ＳＯ，−などの陰性
イオンである。

前記一般式（Ｉ）で表わされるカチオン性構成単位を形
成する七ツマ−としては、例えばジメチルアミノエチル
アクリレート、ジエチルアミノエチルアクリレート、ジ
−ｎ−プロピルアミノエチルアクリート、ジ−イソプロ
ピルアミノエチルアクリレート、ジ−ｎ−ブチルアミノ
エチルアクリレート、ジー５ｅｃ−ブチルアミノエチル
アクリレート、ジ−インブチルアミノエチルアクリレー
ト、メチルエチルアミノエチルアクリート、メチルプロ
ピルアミノエチルアクリート、メチルブチルアミノエチ
ルアクリレート、エチルプロピルアミノエチルアクリレ
ート、エチルブチルアミノエチルアクリレート、プロピ
ルブチルアミノエチルアクリレートなどのハロゲン化水
素、硫酸、硝酸などによる中和塩、ハロゲン化アルキル
、ジメチル硫酸、ジエチル硫酸などによる四級化物など
が挙げられるが、もちろんこれらに限定されるものでは
ない。該ハロゲン化アルキルとしては、例えば塩化メチ
ル、臭化メチル、ヨウ化メチル、塩化エチル、臭化エチ
ル、ヨウ化エチル、ベンジルクロリドなどが挙げられる
。これらの七ツマ−は１種用いてもよいし、２種以上を
組み合わせて用いてもよい。

該両性ポリマーにおける（Ｂ）アニオン性構成単位を形
成するモノマーとしては、例えばアクリル酸、メタクリ
ル酸、クロトン酸などのビニル基を有するカルボン酸及
びその塩などが挙げられるが、もちろんこれらに限定さ
れるものではない。

これらのアニオン性モノマーは１種用いてもよいし、２
種以上を組み合わせて用いてもよい。

また、（Ｃ）ノニオン性構成単位を形成するモノマーに
ついては、ノニオン性であって、前記カチオン性七ツマ
−及びアニオン性モノマーと共重合しうるものであれば
よく、特に制限はない。

このようなノニオン性千ツマ−とじては、例えばアクリ
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などのビ
ニル基含有アミド類、アクリ口二トリルやメタクリレー
トリルなどのシアン化ビニル系化合物、アクリル酸メチ
ル、アクリル酸エチル、メタクリル酸メチル、メタクリ
ル酸エチルなどの（メタ）アクリル酸のアルキルエステ
ル類、酢厳ビニルなどのカルボン酸のビニルエステル類
、スチレン、ａ−メチルスチレン、ｐ−メチルスチレン
などの芳香族ビニル系化合物などが挙げられるが、もち
ろんこれらに限定されるものではない。これらのノニオ
ン柱上ツマ−は１種用いてもよいし、２種以上を組み合
わせて用いてもよい。該両性ポリマーは前記（Ａ）カチ
オン性構成単位、（Ｂ）アニオン性構成単位及び（Ｃ）
ノニオン性構成単位を、これらの合計量に基づき、それ
ぞれ１０〜８０モル％、５〜４０モル％及び２０〜８０
モル％の割合で含有することが望ましい。該（Ａ）カチ
オン性構成巣位の含有量が１０モル％未満ではカチオン
性基量が少なく脱水性能に劣るし、８０モル％を超える
とカチオン性基量が多すぎて、両性ポリマーとしての好
ましい性質が失われる。また、（Ｂ）アニオン性構成単
位の含有量が５モル％未満では両性ポリマーとしての好
ましい性質が十分に発揮されないし、４０モル％を超え
るとケーキ含水量の上昇やろ布からのケーキ剥離性の低
下などが著しくなる傾向がみられる。さらに、（Ｃ）ノ
ニオン性構成単位の含有量が前記範囲を逸脱すると本発
明の目的が十分に達せられない場合がある。

本発明においては、前記両性ポリマーの安定性を良好な
ものとするために、該ポリマー中に、一般式 ％式％（） で表わされるカチオン性構成単位１〜５モル％を含有さ
せることが必要である。前記一般式（ＩＩ）におけるＲ
３及びＲ，は、それぞれ炭素１〜４のアルキル基、すな
わちメチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、イソプロピ
ル基、ｎ−ブチル基、イソブチル基、５ｅｃ−ブチル基
及びｔ−ブチル基であって、該Ｒ４とＲ６とは同一であ
ってもよいし、たがいに異なっていてもよい。またＲ５
は水素原子、前記の炭素数１〜４のアルキル基又はベン
ジル基であり、Ｘ２ｅは塩素イオン、臭素イオン、ヨウ
素イオンなどのハロゲンイオン、ＩＳＯ，−１ｓｏ、”
−１ＮＯ３−１ＣＨｓＳＯ，−などの陰性イオンである
。

前記一般式（Ｉ［）で表わされるカチオン性構成本位を
形成する七ツマ−としては、例えばジメチルアミノエチ
ルメタクリート、ジエチルアミノエチルメタクリレート
、ジ−ｎ−プロピルアミノエチルメタクリート、ジ−イ
ソプロピルアミノエチルメタクリレート、ジ−ｎ−ブチ
ルアミノエチルメタクリレート、ジー５ｅｃ−ブチルア
ミ／エチルメタクリレート、ジ−イソブチルアミノエチ
ルメタクリレート、メチルエチルアミノエチルメタクリ
ート、メチルプロピルアミノエチルメタクリート、メチ
ルブチルアミノエチルメタクリレート、エチルプロピル
アミノエチルメタクリレート、エチルブチルアミノエチ
ルメタクリレート、プロピルブチルアミノエチルメタク
リレートなどのハロゲン化水素、硫酸、硝酸などによる
中和塩、ハロゲン化アルキル、ジメチル硫酸、ジエチル
硫酸などによる四級化物などが挙げられるが、もちろん
これらに限定されるものではない。該ハロゲンアルキル
としては、例えば塩化メチル、臭化メチル、ヨウ化メチ
ル、塩化エチル、臭化エチル、ヨウ化エチル、ベンジル
クロリドなどが挙げられる。これらのモノマーは１種用
いてもよいし、２種以上を組み合わせて用いてもよい。

該両性ポリマー中における前記一般式（ＩＩ）で表わさ
れるカチオン性構成単位の含有量が１モル％未満では安
定性の向上効果が十分に発揮されないし、５モル％を超
えると安定性の向上効果がなくなり、逆に安定性が低下
する傾向がみられる。

両性ポリマーが不安定な原因は、同一分子中にカチオン
性基とアニオン性基とが存在しているので、イオン反応
が起こりやすくなっているためと考えられる。カチオン
性基とアニオン性基とのイオン反応が起こる結果、ポリ
マーは架橋構造をとり、不溶化（ゲル化）するものと考
えられる。

前記一般式（Ｉ）で表わされるカチオン性構成単位を含
む両性ポリマー中に、一般式ＣＩ［）で表わされるカチ
オン性構成単位が含有されることによって、安定性が向
上する機構については必ずしも明確ではないが、一般式
（ＩＩ）の構造のものが僅かに含有されることにより、
ポリマーのフンホメーシ３ンが変化し、イオン反応が起
きにくくなるためと考えられる。

該両性ポリマーの製造方法については、特に制限はなく
、通常の溶液重合、懸濁重合、エマルジョン重合など、
いずれの方法も用いることができる。例えば水溶液重合
においては、重合開始剤として、過硫酸アンモニウム、
過硫酸カリウム、２．２′−アゾビス（２−アミジノプ
ロパン）の塩酸塩などを用いて、通常の重合条件で、所
定の割合の前記各七ツマ−を重合させればよい。

この両性ポリマーの分子量については、温度３０℃のＩ
　Ｎ　　Ｎ　ａ　Ｎ　Ｏｓ水溶液で測定した固有粘度［
Ｖ］が、通常２ｄｌ１９以上であればよいが、安定した
脱水処理を達成するには、５ｄＬ／９以上であるのが望
ましい。

本発明の汚泥脱水剤が適用される汚泥については特に制
限はなく、例えば下水、し尿、一般産業排水処理で生じ
る有機性汚泥や、凝集汚泥を含む混合汚泥などに該汚泥
脱水剤を適用することができる。

また、本発明の汚泥脱水剤の使用に際しては、所望によ
り、他のカチオン性ポリマーやアニオン性ポリマーと混
合して使用してもよいし、硫酸水素ナトリウム、硫酸ナ
トリウム、スルファミン酸などのポリマー以外の成分を
脱水処理番こ悪影響をもたらさないかぎり、混合して使
用してもよく、また、硫酸バンド、ポリ塩化アルミニウ
ム、塩化第二鉄、硫酸第一鉄、ポリ硫酸鉄などの無機凝
集剤と併用することもできる。

さらに、本発明の汚泥脱水剤による処理において、使用
できる脱水機としては、例えばベルトプレス脱水機、遠
心脱水機、スクリュープレス脱水機、フィルタープレス
脱水機などが挙げられる。

［実施例］ 次に、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、
本発明はこれらの例によってなんら限定されるものでは
ない。

（Ｄ両性ポリマーの製造 実施例１ ジメチルアミノエチルアクリ−１−（ＤＡＡ）の塩化メ
チルによる四級化物、アクリルアミド（ＡＡｍ）　、ア
クリルａ　（ＡＡ）及びジメチルアミノエチルメタクリ
レート（ＤＡＭ）の硫酸塩を、モル比３０　：　３５　
：　３０　：　５の割合で用い、これらを水に溶解して
全モノマー濃度が２．０モル／１の水溶液を調製し、次
いでこれを三つロセバラプルフラスコに入れ、室温で２
０分間窒素バブリングを行い脱気したのち、全七ツマー
量に対して０．０１モル％の過硫酸カリウムを加え、窒
素雰囲気下で４５℃にて１０時間重合を行い、透明ゴム
状の両性ポリマーゲルを得た。このものの固有粘度［＋
ｙ］は７．２ｄＬ／９であった。なお、固有粘度［ｖ］
は、このポリマーゲルをアセトンにて粉末化したポリマ
ーをＩ　Ｎ　−Ｎ　ａ　Ｎ　Ｏｓ水溶液中において、３
０℃で測定した値である。

実施例２〜４、比較例１〜４ ｔ１ｇ１表に示す組成の七ツマ−を用い、かつ過硫酸カ
リウムを０．０１〜０．２０モル％の割合で用いた以外
は、実施例１と同様にして、両性ポリマーを作製し、そ
の固有粘度［９］　を求めｔ：。その結果を第１表に示
す。

（２）耐熱安定性のテスト 前記（１）で得られた透明ゴム状のポリマーゲルの半分
を、はさみを用いて一辺が約５ｍ＃１程度の立方体に細
断して、ステンレストレイに並べ、温風乾燥器内で８０
℃にて３時間加熱乾燥したのち、この乾燥ポリマーを乳
鉢で粉砕して粉末ポリマーとした。

この粉末ポリマーを純水に溶解して、２４時間抜の溶解
性（溶解状Ｓ）を評価した。その結果を第２表に示す。

（３）経時安定性テスト（Ｉ） 前記（１）で得られた透明ゴム状ポリマーゲルの残りの
半分を多量のアセトン中ではさみを用いて細断し、脱水
を行ったのち、真空乾燥を行い粉末ポリマーを得た。

次に、この粉末ポリマーをサングルビンに入れて密栓し
、４０℃の恒温器に入れて粉末ポリマーの経時安定性テ
ストを行った。粉末化直後のもの、４０℃で１か月間保
持したもの、４０℃で２か月間保持したもの及び４０℃
で３か月間保持したものを、それぞれ純水に溶解し、２
４時間後の溶解性（溶解状態）を評価した。その結果を
第３表に示す。

（４）経時安定性テスト（Ｉ［） 前記（３）で得られた粉末ポリマーを０．２ｗｔ％濃度
になるように市水に溶解し、このポリマー水溶液の入っ
たビーカーを３０℃の恒温水槽につけて温度を一定とし
経時安定性テストを行った。粉末化直後、３日後、７日
後の溶液粘度を、Ｂ型粘度計を用いて測定を行い評価し
た。その結果を第４表に示す。

（５）凝集・脱水テスト 前記（２）で得られた８０℃、３時間加熱乾燥して粉末
化した実施例１のポリマーを用い、以下に示す凝集・脱
水テストを行った。

３００層ｌビーカーに、下水混合汚泥（ｐＩ（５，９、
電導度２１５０μｓ　／ｃｔａ、　Ｓ　Ｓ　１−６％、
ＶＳＳ１５５７６．３％、繊維分／５Ｓ２４．６％）２
００＊１１を入れ、これニ０　、４　ｗ　ｔ％濃度の前
記ポリマー水溶液を、ポリマー添加量が１２０ｐｐｍに
なるように加え、タービン羽根付き撹拌機で７５Ｏｒｐ
ｍで６０秒間撹拌して、汚泥を凝集させた。この際の凝
集７０ツクの大きさを測定したのち、ろ布を敷いたブ７
ナーロートに、この凝集汚泥を注ぎ込み、１０秒後のる
液量を測定しＩ：。次いで、ブフナーロート上の汚泥の
一定量を２枚のろ布ではさみ、０　、５　ｋｇ７　ｃｍ
”の圧力で６０秒間圧搾して、ケーキの含水率を求めた
。

その結果、フロック径は５〜６ｍｍ、１０秒後のろ液量
は１１５ｍ１ｔ、ケーキ含水率は８０．７ｗｔ％であり
、該ポリマーは良好な性能を有することが確認された。

（以下余白） Ｃ発明の効果コ 本発明の汚泥脱水剤は凝集、脱水性能に優れる上、熱劣
化や経時劣化の少ない安定性に優れた両性ポリマーを宵
効成分とするものであって、該両性ポリマーは極めて安
定性に優れているため、粉末両性ポリマー製造時の加熱
乾燥工程における熱劣化（ゲル化）が防止されるととも
に、粉末両性ポリマー製品の経時劣化や両性ポリマー水
溶液の経時劣化が防止されるなどの特徴を有し、工業的
価値が極めて高い。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　（Ａ）一般式 ▲数式、化学式、表等があります▼ （式中のＲ＿１及びＲ＿２は、それぞれ炭素数１〜４の
   アルキル基であって、それらは同一であってもよいし、
   たがいに異なっていてもよく、Ｒ＿３は水素原子、炭素
   数１〜４のアルキル基又はベンジル基、Ｘ＿１＾■は陰
   性イオンである） で表わされるカチオン性構成単位と（Ｂ）アニオン性構
   成単位と（Ｃ）ノニオン性構成単位とを含有する両性ポ
   リマーを有効成分とする汚泥脱水剤において、該両性ポ
   リマー中に、（Ｄ）一般式▲数式、化学式、表等があり
   ます▼ （式中のＲ＿４及びＲ＿５は、それぞれ炭素数１〜４の
   アルキル基であって、それらは同一であってもよいし、
   たがいに異なっていてもよく、Ｒ＿６は水素原子、炭素
   数１〜４のアルキル基又はベンジル基、Ｘ＿２＾■は陰
   性イオンである） で表わされるカチオン性構成単位１〜５モル％を含有さ
   せたことを特徴とする汚泥脱水剤。