(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記（Ａ）〜（Ｈ）成分を適時混合強攪拌し、油相中に微細単量体相液滴を形成させた後に重合操作を行い、親水性界面活性剤を混合して得た両性高分子からなる汚泥脱水剤。
（Ａ）全単量体中５〜９７．９９９９モル％の下記式（１）で表される水溶性カチオン性ビニル単量体またはその混合物。
【化１】
0003547110.tif 000005
（但し、式中、ＡはＯまたはＮＨ；ＢはＣ2 Ｈ4 、Ｃ3Ｈ6 、Ｃ3 Ｈ5 ＯＨ；Ｒ1 はＨまたはＣＨ3 ；Ｒ2 、Ｒ3 は炭素数１〜４のアルキル基；Ｒ4 は水素または炭素数１〜４のアルキル基あるいはベンジル基；Ｘ- はアニオン性対イオンを表す。）
（Ｂ）全単量体中０．０００１〜０．０１モル％の２ヒドロキシプロピリデン１，３ビス〔（Ｎアクリロイルアミノプロピル）Ｎ，Ｎジメチルアンモニウムクロリド〕、
（Ｃ）全単量体中２〜３０モル％の水溶性アニオン性ビニル単量体またはその混合物。
（Ｄ）残余のノニオン性水溶性単量体。
（Ｅ）連鎖移動剤。
（Ｆ）水。
（Ｇ）少なくとも１種類の炭化水素から成る油状物。
（Ｈ）逆相エマルジョンすなわち油中水型エマルジョンを生成するに有効な量とＨＬＢである少なくとも１種類の界面活性剤。
【請求項２】
前記ノニオン性水溶性単量体が（メタ）アクリルアミドであることを特徴とする請求項１に記載の汚泥脱水剤。
【請求項３】
前記水溶性アニオン性ビニル単量体が（メタ）アクリル酸であることを特徴とする請求項１あるいは請求項２に記載の汚泥脱水剤。
【請求項４】
前記親水性界面活性剤がＨＬＢ９〜１５のノニオン性界面活性剤であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の汚泥脱水剤。
【請求項５】
有機性汚泥に無機凝集剤を添加して攪拌した後、前記請求項１〜４のいずれかに記載の両性高分子からなる汚泥脱水剤を添加し、該有機性汚泥を造粒し、濾過により濾液を分離して造粒物を濃縮した後、この造粒物を脱水機で脱水することを特徴とする汚泥脱水方法。
【請求項６】
前記無機凝集剤が硫酸アルミニウム、塩化アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム、硫酸鉄、塩化鉄、ポリ鉄あるいはこれらの混合物から選ばれる一種である事を特徴とする請求項５に記載の汚泥脱水方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は架橋した両性高分子から成る汚泥脱水剤に関するものであり、本発明の汚泥脱水剤は、ＳＳ濃度の低い余剰汚泥等を無機凝集剤によって前処理した後該汚泥脱水剤を添加造粒し、濾過により濾液を分離した濃縮物を脱水する汚泥脱水方法に特に有効である。
【０００２】
【従来の技術】
これまでに各種の汚泥脱水剤ならびに汚泥脱水法が知られている。 例えば、無機凝集剤添加後の汚泥ＰＨが５〜８である有機汚泥に対して両性高分子凝集剤を添加する汚泥脱水法（特開昭６３−１５８２００号公報）が知られている。また、従来の高分子凝集剤の欠点を改良する為に、交叉結合されたカチオン性・アニオン性・ノニオン性の有機高分子凝集剤（ヨーロッパ特許第０，２０２，７８０号明細書、特開昭６１−２９３５１０号公報、特開昭６４−８５１９９号公報、特開平２−２１９８８７号公報、特開平４−２２６１０２号公報など）が、種々の固液分離に有効であると提案されている。 しかしながら交叉結合された両性有機高分子凝集剤の効果については知られておらず、また逆相乳化重合時に連鎖移動剤を共存させて架橋性を調節し、かつ得られたエマルジョンに親水性界面活性剤（転相剤）を添加して実用的な溶解性を持たせた有機高分子凝集剤も未知であった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来公知の両性高分子あるいはカチオン性高分子は性能上不満足である。 特にＳＳ濃度の低い余剰汚泥等を無機凝集剤によって前処理した後に汚泥脱水剤を添加造粒し、濾過により濾液を分離した濃縮物を脱水する汚泥脱水方法に十分な効果を発揮する両性有機高分子凝集剤は知られていなかった。
【０００４】
【課題を解決する為の手段】
本発明の汚泥脱水方法に用いられる両性有機高分子凝集剤は汚泥に添加する濃度まで水で希釈した状態で、粒系３０μｍ以下の粒子が顕微鏡にて観察され、該希釈液をガラス板に塗布して１０５°Ｃにて加熱乾燥したときに連続状の乾燥膜を形成する性質を有することを特徴とする有機性汚泥の脱水剤である。すなわち請求項１の発明は、（Ａ）全単量体中５〜９７．９９９９モル％の下記式（１）で表される水溶性カチオン性ビニル単量体またはその混合物、（Ｂ）全単量体中０．０００１〜０．０１モル％の２ヒドロキシプロピリデン１，３ビス〔（Ｎアクリロイルアミノプロピル）Ｎ，Ｎジメチルアンモニウムクロリド〕（Ｃ）全単量体中２〜３０モル％の水溶性アニオン性ビニル単量体またはその混合物、（Ｄ）ノニオン性水溶性単量体、（Ｅ）連鎖移動剤、（Ｆ）水、（Ｇ）少なくとも１種類の炭化水素から成る油状物および（Ｈ）逆相エマルジョンすなわち油中水型エマルジョンを生成するに有効な量とＨＬＢである少なくとも１種類の界面活性剤を用意し、上記（Ａ）〜（Ｈ）成分を適時混合強攪拌し、油相中に微細単量体相液滴を形成させた後に重合操作を行い、親水性界面活性剤を混合して得た両性高分子からなる汚泥脱水剤である。
【化２】
0003547110.tif 000002
（但し、式中、ＡはＯまたはＮＨ；ＢはＣ2 Ｈ4 、Ｃ3 Ｈ6 、Ｃ3 Ｈ5 ＯＨ；Ｒ1 はＨまたはＣＨ3 ；Ｒ2 、Ｒ3 は炭素数１〜４のアルキル基；Ｒ4 は水素または炭素数１〜４のアルキル基あるいはベンジル基；Ｘ- はアニオン性対イオンを表す。）
【０００５】
請求項２の発明は、前記ノニオン性水溶性単量体が（メタ）アクリルアミドであることを特徴とする請求項１に記載の汚泥脱水剤である。
【０００６】
請求項３の発明は、前記水溶性アニオン性ビニル単量体が（メタ）アクリル酸であることを特徴とする請求項１あるいは請求項２に記載の汚泥脱水剤である。
【０００７】
請求項４の発明は、前記親水性界面活性剤がＨＬＢ９〜１５のノニオン性界面活性剤であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の汚泥脱水剤である。
【０００８】
請求項５の発明は、有機性汚泥に無機凝集剤を添加して攪拌した後、前記請求項１〜４のいずれかに記載の両性高分子からなる汚泥脱水剤を添加し、該有機性汚泥を造粒し、濾過により濾液を分離して造粒物を濃縮した後、この造粒物を脱水機で脱水することを特徴とする汚泥脱水方法である。
【０００９】
請求項６の発明は、前記無機凝集剤が硫酸アルミニウム、塩化アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム、硫酸鉄、塩化鉄、ポリ鉄あるいはこれらの混合物から選ばれる一種である事を特徴とする請求項５に記載の汚泥脱水方法である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明に用いられる前記式（１）で表される（Ａ）成分の水溶性カチオン性ビニル単量体の具体例としては、ジアルキルアミノアルキル（メタ）アクリレートの三級塩および四級アンモニウム塩、ジアルキルアミノアルキル（メタ）アクリルアミドの三級塩および四級アンモニウム塩、ジアルキルアミノヒドロキシアルキル（メタ）アクリレートの三級塩および四級アンモニウム塩、ジアルキルアミノヒドロキシアルキル（メタ）アクリルアミドの三級塩および四級アンモニウム塩あるいはこれらの混合物から選ばれる一種を挙げる事ができる。 これらの中でもアクリロイロキシエチルトリメチルアンモニウムクロリド、メタクリロイロキシエチルトリメチルアンモニウムクロリド、ジメチルアミノプロピルアクリルアミド塩酸塩あるいはこれらの混合物から選ばれる一種が好ましく用いられる。
【００１１】
本発明に用いられる（Ｂ）成分の２官能性単量体の具体例としてはＮ，Ｎ’−メチレンビスアクリルアミド、Ｎ，Ｎ’−メチレンビスメタクリルアミド、ジビニルベンゼンなどのジビニル化合物、メチロールアクリルアミド、メチロールメタクリルアミドなどのビニル系メチロール化合物、アクロレインなどのビニル系アルデヒド化合物あるいはこれらの混合物が挙げられるが、これらの中でも２ヒドロキシプロピリデン１，３ビス〔（Ｎアクリロイルアミノプロピル）Ｎ，Ｎジメチルアンモニウムクロリド〕が好ましく使用でき、Ｎ，Ｎ’−メチレンビスアクリルアミドはこれに次ぐ。
【００１２】
本発明に用いられる（Ｃ）成分の水溶性アニオン性ビニル単量体の具体例としては、（メタ）アクリル酸、２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸、ビニルスルホン酸、スチレンスルホン酸、イタコン酸、マレイン酸、フマール酸、アリールスルホン酸およびその塩あるいはこれらの混合物が挙げられるが、これらの中でもアクリル酸が最も好ましく使用できる。
【００１３】
本発明に用いられる（Ｄ）成分の水溶性ノニオン性ビニル単量体の具体例としては、（メタ）アクリルアミド、ビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテルあるいはこれらの混合物が挙げられるが、これらの中でもアクリルアミドが最も好ましく使用できる。
【００１４】
本発明に用いられる（Ｅ）成分の連鎖移動剤の具体例としては、アルコール、メルカプタン、ホスファイト、サルファイトあるいはこれらの混合物が挙げられ。 これら連鎖移動剤の添加量は、両性有機高分子凝集剤を汚泥に添加する濃度まで水で希釈した状態で、粒系３０μｍ以下の粒子が顕微鏡にて観察され、該希釈液をガラス板に塗布して１０５°Ｃにて加熱乾燥したときに連続状の乾燥膜を形成する性質を有する様に選ばれる。
【００１５】
本発明に用いられる（Ｇ）成分である少なくとも１種類の炭化水素から成る油状物の具体例としては、灯油、軽油、中油などの鉱油、あるいはこれらと実質的に同じ範囲の沸点や粘度などの特性を有する炭化水素系合成油あるいはこれらの混合物が挙げられる。
【００１６】
本発明に用いられる（Ｈ）成分である界面活性剤はＨＬＢ３〜６のノニオン性界面活性剤であり、その具体例としてはソルビタンモノオレート、ソルビタンモノステアレート、ソルビタンモノパルミテートなどを挙げる事ができる。
【００１７】
本発明において油中水型エマルジョン重合により得られた重合物と混合される親水性界面活性剤（いわゆる転相剤）としてはカチオン性界面活性剤あるいはＨＬＢ９〜１５のノニオン性界面活性剤が用いられ、好ましくはＨＬＢ１０〜１４のノニオン性界面活性剤が用いられる。 好ましいノニオン性界面活性剤の代表例としては例えばポリオキシエチレンノニルフェニルエーテルを挙げる事ができる。
【００１８】
本発明に用いられる（Ｂ）成分の２官能性単量体の量、例えばＮ，Ｎ’−メチレンビスアクリルアミドの重合性単量体全量に対する割合は０．０００１〜０．０１モル％、好ましくは０．０００２〜０．００３モル％の範囲で共重合する事が望ましい。 ０．０００１モル％未満では十分な網目構造が得られず優れた脱水性能が得られない。 また０．０１モル％を超えた量では水不溶性の重合体と成り、汚泥に添加混合しても脱水性良好なフロックが得られない。
【００１９】
本発明に係る高分子は本質的に公知の重合法により共重合する事ができる。例えば重合性ビニル単量体と連鎖移動剤を含む水溶液と、ＨＬＢが３〜６であるノニオン性界面活性剤を含む有機分散媒とを混合し乳化させた後、ラジカル重合開始剤の存在下、温度３０〜８０°Ｃで重合させ油中水型カチオン性重合体エマルジョンを製造する方法が特開昭６１−２３６２５０号公報に記載されているが、この方法を適用して単量体組成を代える事により本発明の油中水型エマルジョンを合成する事ができる。 この油中水型エマルジョンに親水性界面活性剤を添加して水に混合し、水中油型エマルジョンに転相し、脱水剤として使用する。溶解後の汚泥への添加条件は、通常の両性高分子凝集剤と異なる点は無い。
【００２０】
【実施例】
次に実施例によって、本発明を具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例に制約されるものではない。
【００２１】
（本発明合成例−１）攪拌機および温度制御装置を備えた反応槽に沸点１９０°Ｃないし２３０°Ｃのイソパラフィン１２０．０Ｋｇおよびソルビタンモノオレート７．５Ｋｇを仕込んだ。 脱塩水１６５Ｋｇおよびアクリロイロキシエチルトリメチルアンモニウムクロリド（ＡＭＣ）２７．９９９７モル％（表１中に約２８と表す）、２ヒドロキシプロピリデン１，３ビス〔（Ｎアクリロイルアミノプロピル）Ｎ，Ｎジメチルアンモニウムクロリド〕（ＨＰＡＤ）３×１０-4モル％、アクリルアミド（ＡＡＭ）７０モル％の組成のモノマー２００Ｋｇの混合物を加え、ホモジナイザーにて攪拌乳化した。 得られたエマルジョンにイソプロピルアルコール２００ｇを加え窒素置換の後、ジメチルアゾビスイソブチレート４０ｇを加え、温度５０°Ｃに制御しながら重合反応を完結させ、その後ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル７．５Ｋｇを添加混合して試験に供する試料（試料−１）とした。
【００２２】
（本発明合成例−２）アクリロイロキシエチルトリメチルアンモニウムクロリド（ＡＭＣ）４９．９９９７モル％（表１中に約５０と表す）、アクリル酸（ＡＡＣ）１０モル％、２ヒドロキシプロピリデン１，３ビス〔（Ｎアクリロイルアミノプロピル）Ｎ，Ｎジメチルアンモニウムクロリド〕（ＨＰＡＤ）３×１０-4モル％、アクリルアミド（ＡＡＭ）４０モル％の組成のモノマー２００Ｋｇの混合物を用いた以外は合成例−１と同様にして試験に供する試料（試料−２）とした。
【００２３】
（本発明合成例−３）アクリロイロキシエチルトリメチルアンモニウムクロリド（ＡＭＣ）４９．９９８モル％（表１中に約５０と表す）、アクリル酸（ＡＡＣ）１０モル％、２ヒドロキシプロピリデン１，３ビス〔（Ｎアクリロイルアミノプロピル）Ｎ，Ｎジメチルアンモニウムクロリド〕（ＨＰＡＤ）２×１０-3モル％、アクリルアミド（ＡＡＭ）４０モル％の組成のモノマー２００Ｋｇの混合物を用いた以外は合成例−１と同様にして試験に供する試料（試料−３）とした。
【００２４】
（比較品合成例−１）アクリロイロキシエチルトリメチルアンモニウムクロリド（ＡＭＣ）２９．９９９７モル％（表１中に約３０と表す）、２ヒドロキシプロピリデン１，３ビス〔（Ｎアクリロイルアミノプロピル）Ｎ，Ｎジメチルアンモニウムクロリド〕（ＨＰＡＤ）３×１０-4モル％、アクリルアミド（ＡＡＭ）７０モル％の組成のモノマー２００Ｋｇの混合物を用いた以外は合成例−１と同様にして試験に供する試料（試料−６）とした。
【００２５】
（比較品合成例−２）架橋剤を用いることなく、アクリロイロキシエチルトリメチルアンモニウムクロリド（ＡＭＣ）２８モル％（表１中に２８と表す）、アクリル酸（ＡＡＣ）２モル％、アクリルアミド（ＡＡＭ）７０モル％の組成のモノマー２００Ｋｇの混合物を用いた以外は合成例−１と同様にして試験に供する試料（試料−７）とした。
【００２６】
（比較品合成例−３）架橋剤を用いることなく、アクリロイロキシエチルトリメチルアンモニウムクロリド（ＡＭＣ）５０モル％（表１中に５０と表す）、アクリル酸（ＡＡＣ）１０モル％、アクリルアミド（ＡＡＭ）４０モル％の組成のモノマー２００Ｋｇの混合物を用いた以外は合成例−１と同様にして試験に供する試料（試料−８）とした。
【００２７】
（比較品合成例−４）連鎖移動剤であるイソプロピルアルコールを添加することなく、アクリロイロキシエチルトリメチルアンモニウムクロリド（ＡＭＣ）４９．９９８モル％（表１中に約５０と表す）、アクリル酸（ＡＡＣ）１０モル％、２ヒドロキシプロピリデン１，３ビス〔（Ｎアクリロイルアミノプロピル）Ｎ，Ｎジメチルアンモニウムクロリド〕（ＨＰＡＤ）２×１０-3モル％、アクリルアミド（ＡＡＭ）４０モル％の組成のモノマー２００Ｋｇの混合物を用いた以外は合成例−１と同様にして試験に供する試料（試料−９）とした。
【００２８】
（比較品合成例−５）連鎖移動剤であるイソプロピルアルコールを添加することなく、アクリロイロキシエチルトリメチルアンモニウムクロリド（ＡＭＣ）４９．９９８モル％（表１中に約５０と表す）、アクリル酸（ＡＡＣ）１０モル％、Ｎ，Ｎ’メチレンビスアクリルアミド（ＭＢＡＡ）２×１０-3モル％、アクリルアミド（ＡＡＭ）４０モル％の組成のモノマー２００Ｋｇの混合物を用いた以外は合成例−１と同様にして試験に供する試料（試料−１０）とした。
【００２９】
（比較品合成例−６）転相剤であるポリオキシエチレンノニルフェニルエーテルを重合物に後添加することなく、アクリロイロキシエチルトリメチルアンモニウムクロリド（ＡＭＣ）４９．９９８モル％（表１中に約５０と表す）、アクリル酸（ＡＡＣ）１０モル％、２ヒドロキシプロピリデン１，３ビス〔（Ｎアクリロイルアミノプロピル）Ｎ，Ｎジメチルアンモニウムクロリド〕（ＨＰＡＤ）２×１０-3モル％、アクリルアミド（ＡＡＭ）４０モル％の組成のモノマー２００Ｋｇの混合物を用いた以外は合成例−１と同様にして試験に供する試料（試料−１１）とした。
【００３０】
（比較品合成例−７）転相剤であるポリオキシエチレンノニルフェニルエーテルを重合物に後添加することなく、アクリロイロキシエチルトリメチルアンモニウムクロリド（ＡＭＣ）４９．９９８モル％（表１中に約５０と表す）、アクリル酸（ＡＡＣ）１０モル％、Ｎ，Ｎ’メチレンビスアクリルアミド（ＭＢＡＡ）２×１０-3モル％、アクリルアミド（ＡＡＭ）４０モル％の組成のモノマー２００Ｋｇの混合物を用いた以外は合成例−１と同様にして試験に供する試料（試料−１２）とした。以上まとめて表１に記載する。
【００３１】
【表１】
【００３２】
（観察結果−１）エマルジョン状態の試料−１〜試料−６を水道水にて実機攪拌装置（３００ｒｐｍ）により攪拌下ポリマー濃度０．２重量％になるように希釈し、１時間経過し増粘した液を採取し、顕微鏡にて観察したところ、全て一面に粒径３０μｍ以下（約３μｍ）の粒子が観察され、該希釈液をガラス板に塗布して１０５°Ｃにて加熱乾燥したところ連続状の乾燥膜を形成した。 また、この希釈液をコロイド適定によりイオン当量値を測定したところ、全て理論値の８５％以上のイオン当量値であった。
【００３３】
（観察結果−２）観察結果−１と同様にエマルジョン状態の試料−７〜試料−８を水道水にて実機攪拌装置により攪拌下ポリマー濃度０．２重量％になるように希釈し１時間経過し増粘した液を採取し、顕微鏡にて観察したところ、全て均一溶液であり粒子は観察されなかった。 該希釈液をガラス板に塗布して１０５°Ｃにて加熱乾燥したところ連続状の乾燥膜を形成した。 また、この希釈液をコロイド適定によりイオン当量値を測定したところ、全て理論値の１００％のイオン当量値であった。
【００３４】
（観察結果−３）観察結果−１と同様にエマルジョン状態の試料−９〜試料−１０を水道水にて実機攪拌装置により攪拌下ポリマー濃度０．２重量％になるように希釈し１時間経過し増粘した液を採取し、顕微鏡にて観察したところ、すべて一面に粒径３０μｍ以下（約３μｍ）の粒子が観察され、該希釈液をガラス板に塗布して１０５°Ｃにて加熱乾燥したところ粒状の不連続乾燥膜を形成した。 また、この希釈液をコロイド適定によりイオン当量値を測定したところ、全て理論値の４０％以下のイオン当量値であった。
【００３５】
（観察結果−４）観察結果−１と同様にエマルジョン状態の試料−１１〜試料−１２を水道水にて実機攪拌装置により攪拌下ポリマー濃度０．２重量％になるように希釈した結果、エマルジョンは水中に分散せず、ゲル状の塊が浮遊し、均一なポリマー希釈液は得られなかった。 これに対しビーカースケールでマグネティックスターラーにより強攪拌をした場合はエマルジョンは水中に分散し、ゲル状の塊が浮遊することなく、均一なポリマー希釈液が得られた。
【００３６】
【発明の効果】
観察結果−１〜４にて調整した希釈液を用いて、下水処理場の余剰汚泥（ＰＨ；７．０，ＳＳ；２３００ｍｇ／ｌ，強熱減量７２．０％）に、対ＳＳ３０％のポリ鉄を加え十分混合したのち、対ＳＳ１．２％のポリマーを添加し造粒濃縮槽にて攪拌し、汚泥をペレット状に成形するとともに余分の水分を濾液として除去し、濃縮された凝集汚泥をベルトプレスにて脱水した。結果を表２に示す。 本発明品の優位性は明らかである。
【００３７】
【表−１】
ポリマー特性表
0003547110.tif 000003
ＡＭＣ：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リド
ＡＡＣ：アクリル酸
ＡＡｍ：アクリルアミド
ＨＰＡＤ：２ヒドロキシプロピリデン１，３ビス〔（Ｎアクリロイルアミノプロピル）Ｎ，Ｎジメチルアンモニウムクロリド〕
ＭＢＡＡ：メチレンビスアクリルアミド
連鎖移動剤：イソプロピルアルコール
転相剤：ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル
【表−２】
脱水処理結果表
0003547110.tif 000004