JPH03189000A - 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、安定性及
び凝集、脱水性能に優れ、低含水率の脱水汚泥を得るこ
とのできる両性高分子重合体を含有して成る汚泥脱水剤
に関するものである。

［従来の技術］ 従来、下水処理、し尿処理、有機性産業廃水処理などに
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、汚泥処理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（Ｄ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５
８４９４１０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６
２−１２９２００号公報）、（３）同分子内に第四級ア
ンモニウム基を有する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４９−６０
７８号公報、特開昭５３−１４９２９２号公報）、（４
）同一分子内に第三級アミノ基を有するカチオン性構成
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、ノ翫ンドリング性の
点で問題が多い。

さらに、前記（３）の第四級アンモニウム基を含む両性
高分子脱水剤は、従来のカチオン性高分子脱水剤に比べ
て凝集性に優れ、大きな凝集７０ツクを形成する反面、
ケーキ含水率が高く、かつろ布からのケーキの剥離性も
悪いという欠点を有し、一方（４）の第三級アミノ基を
含む両性高分子脱水剤は、前記（３）の第四級アンモニ
ウム基を含む両性高分子脱水剤と同様に、従来のカチオ
ン性高分子脱水剤に比べて、凝集性に優れ、大きな凝集
フロックを形成し、ケーキ含水率やろ布からのケーキの
剥離性も比較的良好であるものの、下水処理やし尿処理
で出てくる消化汚泥などのｐＨの高い汚泥（ｐＨ７以上
）に適用する場合、第三級アミン基の解離状態の問題で
著しく性能が低下するのを免れない上、ｌ）Ｈを始め汚
泥濃度などの汚泥性状の変化に影響を受けやすくて、安
定した処理ができにくく、しかも粉末の安定性の点につ
いては、従来のカチオン性高分子脱水剤や前記第四級ア
ンモニウム基含有両性高分子脱水剤に比べて劣るなどの
欠点を有している。

このように、従来のカチオン性高分子脱水剤の４ 欠点を改良することを目的として、種々の提案がなされ
ているものの、いずれの提案もまだ十分に満足しうるも
のではない。これらの提案の中で、特に同一分子内にカ
チオン性基とアニオン性基とを含む両性高分子脱水剤は
、凝集性の点で優れた性能を有し、好ましい汚泥脱水剤
として注目されているが、前記したような欠点を有する
ことから実用上まだ十分ではなく、その改良が強く望ま
れている。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明は、このような事情のもとで、従来の高分子汚泥
脱水剤が有する欠点を克服し、安定性及び凝集、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、
ろ布からのケーキの剥離性やハンドリング性なども良好
な汚泥脱水剤を提供することを目的としてなされＩこも
のである。

［課題を解決するための手段］ 本発明者は、前記の好ましい性質を有する汚泥脱水剤を
解決すべく鋭意研究を重ねた結果、所定の割合の第三級
アミノ基を有する構成単位と第四級アンモニウム基を有
する構成単位とから成るカチオン性構成単位、アニオン
性構成単位及びノニオン性構成単位を、それぞれ特定の
割合で含有する両性高分子重合体がその目的に適合しう
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）（イ）第三級アミノ基を有
する構成単位と（ロ）第四級アンモニウム基を有する構
成単位とから成る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０〜８５モル％の割合で含有し、かつ前記（
イ）構成単位と（ロ）構成単位とのモル比が１０：９０
ないし９０：１０の範囲にある両性高分子重合体を含有
する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。

本発明の汚泥脱水剤に用いられる両性高分子重合体は、
（Ａ）（イ）第三級アミノ基を有する構成単位と（ロ）
第四級アンモニウム基を有する構成単位とから成るカチ
オン性構成単位、（Ｂ）アニオン性構成単位及び所望に
応じて含有され（Ｃ）ノニオン性構成単位を有するもの
であって、各構成単位を形成する七ツマ−を共重合させ
ることにより製造することができる。

該両性高分子重合体における（Ａ）カチオン性構成単位
の中の（イ）第三級アミノ基を有する構。

成単位を形成する千ツマ−としては、例えばジメチルア
ミノエチルアクリレート、ジメチルアミノエチルメタク
リレート、ジエチルアミンエチルアクリレート、ジエチ
ルアミノエチルメタクリレート、ジプロピルアミノエチ
ルアクリレート、ジプロピルアミノエチルメタクリレー
トなどのジアルキルエチル（メタ）アクリレート、ジメ
チルアミノプロピルアクリルアミド、ジメチルアミノプ
ロピルメタクリルアミド、ジエチルアミノプロピルアク
リルアミド、ジエチルアミノプロピルメタクリルアミド
、ジプロピルアミノプロビルアクリルアミド、ジプロピ
ルアミノプロピルメタクリルアミドなどのジアルキルア
ミノプロピル（メタ）アクリルアミドなどの未中和上ツ
マ−や、塩酸、硫酸、硝酸などの酸との中和塩が挙げら
れるが、もちろんこれらに限定されるものではない。こ
れらノ第三級アミノ基を有するカチオン性モノマーは、
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。

一方、（Ａ）カチオン性構成単位の中の（ロ）第四級ア
ンモニウム基を有する構成単位を形成するモノヤーとし
ては、例えば前記のジアルキルアミノエチル（メタ）ア
クリートやジアルキルアミノプロピル（メタ）アクリル
アミドなどのハロゲン化アルキル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。

これらの第四級アンモニウム基を有するカチオン性モノ
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。

該両性高分子重合体における（Ｂ）アニオン性構成単位
を形成する七ツマ−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。こレラ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、所望に応じて該両性高分子重合体に含有される（
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、前記カチオン性モノマー及びア
・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モノマーとして
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、アクリロニトリ
ルやメタクリロニ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、酢酸ビニルなどのカルボン酸の
ビニルエステル類、スチレン、α−メチルスチレン、ｐ
−メチルスチレンなどの芳香族ビニル系化合物などが挙
げられる。これらのノ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。

該両性高分子重合体の製造方法についは、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
定の割合の前記各モノマーを重合させればよい。

本発明の汚泥脱水剤に用いられる該両性高分子重合体は
、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０〜８５モル％の割合で含有することが必要であ
る。該（Ａ）カチオン性構成単位の含有量が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、８
０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８５モル
％を超えると汚泥脱水剤としての性能が低下するおそれ
が生じる。

各構成単位の好ましい含有割合は、汚泥の種類や脱水機
などの条理榮件などによって、前記範囲内で適宜選ばれ
るが、該（Ａ）カチオン性構成単位の含有量が２５〜６
０モル％の範囲にあるのが特に好ましい。

また、この両性高分子重合体においては、該（Ａ）カチ
オン性構成単位が、第三級アミノ基を有する構成単位と
第四級アンモニウム基を有する構成単位とから成り、か
つそれらのモル比が１０：９０ないし９０：１０の範囲
にあることが必要である。

このモル比が、前記範囲を逸脱すると本発明の効果が十
分に発揮されない。さらに、この両性高分子重合体の分
子量については、温度３０℃のＩ　Ｎ　　Ｎ　ａ　Ｎ　
０３水溶液について、外挿法により測定した固有粘度［
η］が、通常２ｔＨ／９以上であればよいが、安定した
脱水処理を達成するには、５ｄα／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
脱水処理に悪影響をもたらさないかぎり、混合して使用
してもよく、１− ２ まＩ；、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。

実施例１〜１２、比較例１〜１２ 所定量の各モノマーを含有する水溶液を調製し、室温に
て２０分間窒素ガスバブリングを行ったのち、金子ツマ
−に対して０．Ｏ１〜０．２０モル％の重合開始剤を加
え、４０〜５０°Ｃにて６〜１０時間反応を行い、次い
で得られたポリマー水溶液ゲルを細断して多量のアセト
ンに加え、脱水したのち、真空乾燥を行い、第１表に示
す組成の白色粉末ポリマーを得た。

このようにして得られたポリマーの固有粘度［η］　を
温度３０°ＣのｌＮ−ＮａＮｏ３水溶液について、外挿
法により測定を行った。その結果を第１表に示す。

また、実施例１．２．９．１１及び比較例２．６．７．
９．１２のポリマー粉末それぞれを、サンプルビンに入
れ、密栓したのち、４０°Ｃの恒温器に保管して経時変
化を調べた。その結果を第１表に示す。なお、溶解性は
次の判定基準に従い評価した。

溶解性　Ｏ：良好（不溶解分なし） ム：不溶解の透明ゲルあり ×：不溶解分が多い （固有粘度が測定できない） 第１表から明らかなように、本発明の両性ポリマーは、
従来の両性ポリマーに比べて、著しく安定性に優れてい
ることが分かる。

（以下余白） 応用例１ 下水処理場混合汚泥（ｐＨ５，７、ＳＳ１．７ｗ　ｔ　
／　ｖ　ｏ　１％）を用い、ヌッチェテスト及び圧搾テ
ストを行った。操作は次のとおりである。

汚泥２００ｍＡを３００ｍ１のビーカーにとり、０．４
重量％に調製した各種ポリマー水溶液を所定量汚泥に加
えたあと、タービン羽根を備えた撹拌機で２００ｒｐｍ
、３０秒間撹拌した。この際のフロック径を測定したの
ち、ナイロンろ布を敷いたヌッチェロートに内径５ｃｍ
の塩ビパイプを置き、その中のへ凝集汚泥を注ぎ込み、
１０秒後のろ液量を測定した。また、この際のる液を３
０００ｒｐｍでｉｏ分間遠心分離し、リークしたＳＳ量
を測定することにより、ＳＳ回収率を算出した。　さら
に、ろ通抜の汚泥については、その一定量をベルトプレ
ス用ろ布にとり、０　、５　ｋｇ／　ｃｍ２で１分間圧
搾を行い、脱水ケーキのろ布からの剥離性及びケーキの
含水率を測定した。

その結果を第２表に示す。

応用例２ 応用例１において、下水処理場混合汚泥の代わりに、下
水処理場消化汚泥（ｐＨ７，２，ＳＳ２、Ｏｗｔ／ｖｏ
１％）を用いた以外は、応用例１と同様にしてテスｉ・
を行った。その結果を第３表に示す。

（以下余白） ０ ７２９− 応用例３ 応用例１において、下水処理場混合汚泥の代りに、し尿
処理場消化方式余剰汚泥（ｐＨ７，４゜ＳＳ２．６ｗｔ
／ｖｏ　１％）を用いた以外は、応用例１と同様にして
テストを行った。その結果を第４表に示す。

（以下余白） 第２表〜第４表から明らかに、本発明の両性ポリマーは
、従来のカチオン性ポリマーや両性ポリマーに比べて、
安定して優れた脱水性能を示すことが分かる。

［発明の効果］ 本発明の汚泥脱水剤は、第三級アミノ基を有する構成単
位と第四級アンモニウム基を有する構成単位とから成る
カチオン性構成単位、アニオン性構成単位及び所望に応
じて含有されるノニオン性構成単位を有する特定構造の
両性高分子重合体であって、安定性及び凝集、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、ろ
布からのケーキの剥離性、ＳＳの回収率、ハンドリング
性なども良好で、従来のカチオン性高分子脱水剤や両性
高分子脱水剤に比べて、著しく優れた特性を有している
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　（Ａ）（イ）第三級アミノ基を有する構成単位と （ロ）第四級アンモニウム基を有する構成単位とから成
   る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０〜
   ８５モル％の割合で含有し、かつ前記（イ）構成単位と
   （ロ）構成単位とのモル比が１０：９０ないし９０：１
   ０の範囲にある両性高分子重合体を含有することを特徴
   とする汚泥脱水剤。