(57)【要約】【課題】親水性が低く、脱水ケーキの含水率を低減できるカチオン型高分子凝集剤およびこれを用いた汚泥処理方法。【解決手段】下記一般式（１）で表されるカチオン性単量体の重合体、または前記カチオン性単量体と、これと共重合可能な単量体成分との共重合体であることを特徴とするカチオン型高分子凝集剤。[化１]2008259923.tif 000012  式（１）中、Ｘ１は酸素原子またはＮＨであり、Ｙ１は炭素数１〜１０の直鎖状または分岐状のアルキレン基であり、Ｚ１はアルキル硫酸塩であり、Ｒ１は水素原子またはメチル基であり、Ｒ２およびＲ３は各々同一または異なる水素原子、炭素数１〜１２の直鎖状または分岐状のアルキル基、シクロアルキル基、フェニル基、置換フェニル基、またはベンジル基であり、Ｒ４は水素原子、炭素数１〜１２の直鎖状または分岐状のアルキル基である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記一般式（１）で表されるカチオン性単量体の重合体、または前記カチオン性単量体と、これと共重合可能な単量体成分との共重合体であることを特徴とするカチオン型高分子凝集剤。
【化１】
2008259923.tif 000010
式（１）中、Ｘ１は酸素原子またはＮＨであり、Ｙ１は炭素数１〜１０の直鎖状または分岐状のアルキレン基であり、Ｚ１はアルキル硫酸塩であり、Ｒ１は水素原子またはメチル基であり、Ｒ２およびＲ３は各々同一または異なる水素原子、炭素数１〜１２の直鎖状または分岐状のアルキル基、シクロアルキル基、フェニル基、置換フェニル基、またはベンジル基であり、Ｒ４は水素原子、炭素数１〜１２の直鎖状または分岐状のアルキル基である。
【請求項２】
前記共重合可能な単量体成分が、非イオン性単量体を含むことを特徴とする請求項１に記載のカチオン型高分子凝集剤。
【請求項３】
前記共重合可能な単量体成分が、下記一般式（２）で表されるカチオン性単量体を含むことを特徴とする請求項１または２に記載のカチオン型高分子凝集剤。
【化２】
2008259923.tif 000011
式（２）中、Ｘ２は酸素原子またはＮＨであり、Ｚ２はＣｌ、Ｂｒ、１／２ＳＯ４であり、Ｒ５は水素原子またはメチル基であり、Ｒ６およびＲ７は各々同一または異なる水素原子、メチル基またはエチル基であり、Ｒ８は水素原子、メチル基、エチル基またはベンジル基であり、ｎは１〜３の整数である。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のカチオン型高分子凝集剤を用いて汚泥を処理することを特徴とする汚泥処理方法。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれかに記載のカチオン型高分子凝集剤と、非イオン型、カチオン型、アニオン型、両性型よりなる群から選ばれる少なくとも１種の高分子凝集剤とを併用して汚泥を処理することを特徴とする汚泥処理方法。
【請求項６】
請求項１〜３のいずれかに記載のカチオン型高分子凝集剤と、無機凝結剤および／または有機凝結剤とを併用して汚泥を処理することを特徴とする汚泥処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カチオン型高分子凝集剤およびこれを用いた汚泥処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
下水処理場やし尿処理場で日常的に発生する汚泥は、現在は高分子凝集剤を使用して凝集処理し、脱水機で脱水した汚泥ケーキを埋立て処分または焼却処分している。無機質を主成分とする土砂と異なり、汚泥は水との親和性が高く、脱水後のケーキ含水率が著しく高い。そのため、汚泥固形物単位質量あたりの運搬コストおよび／または焼却コストが高くなる。また、焼却の場合、ケーキ含水率が高ければ高いほど多量の焼却用燃料を必要とし、地球温暖化の原因となる二酸化炭素の排出量が増す。そこで、含水率の低い脱水ケーキが得られる高性能な高分子凝集剤の開発が求められている。
【０００３】
汚泥の凝集に効果的な高分子凝集剤としては、（１）ジメチルアミノエチル（メタ）アクリレート４級塩の単独重合体、（２）ジメチルアミノエチル（メタ）アクリレート４級塩−アクリルアミド共重合体、（３）ポリビニルホルムアミドの塩酸変性体（ポリビニルアミジン系凝集剤）が知られている（例えば、特許文献１参照）。（３）は高い凝集性能を示すものの、他の凝集剤より高価である。そのため、カチオン型高分子凝集剤である（１）および（２）が圧倒的に多く使用されている。
【特許文献１】特開昭６２−２３５３０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、（１）および（２）は、対塩のほとんどが塩酸塩から構成されているため、高い親水性を示す。従って、（１）および（２）といった従来広く使用されているカチオン型高分子凝集剤は、それ自体が水を抱え込みやすく、脱水ケーキの含水率を十分に低減させるのが難しかった。ゆえに、これら重合体よりも脱水性能が優れるカチオン型高分子凝集剤の提供が望まれている。
【０００５】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであって、親水性が低く、脱水ケーキの含水率を低減できるカチオン型高分子凝集剤およびこれを用いた汚泥処理方法を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、前記課題を解決するべく鋭意検討した結果、カチオン型高分子凝集剤の単量体組成を塩酸塩からアルキル硫酸塩に変更することにより、その親水性を低くでき、以って前記課題が解決されることを見出して、本発明に至った。
すなわち、本発明のカチオン型高分子凝集剤は、下記一般式（１）で表されるカチオン性単量体の重合体、または前記カチオン性単量体と、これと共重合可能な単量体成分との共重合体であることを特徴とする。
【０００７】
【化１】
2008259923.tif 000002
【０００８】
なお、式（１）中、Ｘ１は酸素原子またはＮＨであり、Ｙ１は炭素数１〜１０の直鎖状または分岐状のアルキレン基であり、Ｚ１はアルキル硫酸塩であり、Ｒ１は水素原子またはメチル基であり、Ｒ２およびＲ３は各々同一または異なる水素原子、炭素数１〜１２の直鎖状または分岐状のアルキル基、シクロアルキル基、フェニル基、置換フェニル基、またはベンジル基であり、Ｒ４は水素原子、炭素数１〜１２の直鎖状または分岐状のアルキル基である。
【０００９】
本発明のカチオン型高分子凝集剤は、前記共重合可能な単量体成分が、非イオン性単量体を含むことが好ましい。
また、本発明のカチオン型高分子凝集剤は、前記共重合可能な単量体成分が、下記一般式（２）で表されるカチオン性単量体を含むことが好ましい。
【００１０】
【化２】
2008259923.tif 000003
【００１１】
なお、式（２）中、Ｘ２は酸素原子またはＮＨであり、Ｚ２はＣｌ、Ｂｒ、１／２ＳＯ４であり、Ｒ５は水素原子またはメチル基であり、Ｒ６およびＲ７は各々同一または異なる水素原子、メチル基またはエチル基であり、Ｒ８は水素原子、メチル基、エチル基またはベンジル基であり、ｎは１〜３の整数である。
【００１２】
本発明の汚泥処理方法は、前記カチオン型高分子凝集剤を用いて汚泥を処理することを特徴とする。
また、本発明の汚泥処理方法は、前記カチオン型高分子凝集剤と、非イオン型、カチオン型、アニオン型、両性型よりなる群から選ばれる少なくとも１種の高分子凝集剤とを併用して汚泥を処理することを特徴とする。
さらに、本発明の汚泥処理方法は、前記カチオン型高分子凝集剤と、無機凝結剤および／または有機凝結剤とを併用して汚泥を処理することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、親水性が低く、脱水ケーキの含水率を低減できるカチオン型高分子凝集剤およびこれを用いた汚泥処理方法を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明のカチオン型高分子凝集剤およびこれを用いた汚泥処理方法について、以下に詳細に説明する。
［カチオン型高分子凝集剤］
本発明のカチオン型高分子凝集剤は、カチオン性単量体の重合体、または前記カチオン性単量体と、これと共重合可能な単量体成分との共重合体である。以下、重合体または共重合体を「（共）重合体」と表す場合がある。
【００１５】
カチオン性単量体は、下記一般式（１）で表され、対塩がアルキル硫酸塩から成るビニル系の（メタ）アクリレート単量体または（メタ）アクリルアミド単量体である。
【００１６】
【化３】
2008259923.tif 000004
【００１７】
なお、式（１）中、Ｘ１は酸素原子またはＮＨであり、Ｙ１は炭素数１〜１０の直鎖状または分岐状のアルキレン基であり、Ｚ１はアルキル硫酸塩であり、特にＣＨ３ＳＯ４またはＣＨ３ＣＨ２ＳＯ４が好ましい。Ｒ１は水素原子またはメチル基であり、Ｒ２およびＲ３は各々同一または異なる水素原子、炭素数１〜１２の直鎖状または分岐状のアルキル基、シクロアルキル基、フェニル基、置換フェニル基、またはベンジル基であり、Ｒ４は水素原子、炭素数１〜１２の直鎖状または分岐状のアルキル基である。
【００１８】
このようなカチオン性単量体としては、例えば、メタクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウムメチルサルフェート、メタクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウムエチルサルフェート、メタクリルアミドプロピルトリメチルアンモニウムメチルサルフェート、およびメタクリルアミドプロピルトリメチルアンモニウムエチルサルフェートなどが挙げられる。中でも、対塩にメチル硫酸塩をもつメタクリレート系単量体であるメタクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウムメチルサルフェートが好ましい。なお、これらカチオン性単量体は、１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００１９】
本発明のカチオン型高分子凝集剤は、前記式（１）のカチオン性単量体単位を構成成分として含有すれば、このカチオン性単量体を単独で重合させた重合体であっても、このカチオン性単量体と、これと共重合可能な単量体成分とを共重合させた共重合体であってもよい。
なお、前記式（１）のカチオン性単量体の含有量は、カチオン型高分子凝集剤１００モル％中、５〜１００モル％が好ましく、より好ましくは１０〜７０モル％である。含有量が５モル％未満であると、このカチオン性単量体の効果が発揮されにくくなり、凝集性能および脱水性能が低下する傾向にある。
【００２０】
前記式（１）のカチオン性単量体と共重合可能な単量体成分としては、非イオン性単量体および他のカチオン性単量体が好ましい。
共重合可能な非イオン性単量体としては、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−ジエチルアクリルアミド、Ｎ−モノメチルアクリルアミド、メチルアクリレート、エチルアクリレート、ｎ−ブチルアクリレート、ヒドロキシエチルアクリレート、メトキシエチルアクリレート、Ｎ−ビニルホルムアミド、Ｎ−ビニルアセトアミド、Ｎ−ビニルピロリドン、Ｎ−イソプロピルアクリルアミド、およびアクリロニトリルなどが挙げられる。中でも、アクリルアミド、メタクリルアミドが好ましく、アクリルアミドがより好ましい。なお、これら非イオン性単量体は、１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００２１】
共重合可能な非イオン性単量体の含有量は、カチオン型高分子凝集剤１００モル％中、０〜９５モル％が好ましく、より好ましくは３０〜９０モル％である。９５モル％を超えると、前記式（１）のカチオン性単量体の効果が発揮されにくくなる。
【００２２】
共重合可能な他のカチオン性単量体としては、下記一般式（２）で表されるものが好ましい。
【００２３】
【化４】
2008259923.tif 000005
【００２４】
前記式（２）中、Ｘ２は酸素原子またはＮＨであり、Ｚ２はＣｌ、Ｂｒ、１／２ＳＯ４であり、Ｒ５は水素原子またはメチル基であり、Ｒ６およびＲ７は各々同一または異なる水素原子、メチル基またはエチル基であり、Ｒ８は水素原子、メチル基、エチル基またはベンジル基であり、ｎは１〜３の整数である。
【００２５】
このようなカチオン性単量体としては、ジメチルアミノエチル（メタ）アクリレート、ジエチルアミノエチル（メタ）アクリレート、およびジエチルアミノ−２−ヒドロキシプロピル（メタ）アクリレートなどのジアルキルアミノアルキル（メタ）アクリレートの塩酸塩などの３級塩や、ジアルキルアミノアルキル（メタ）アクリレートの塩化メチル付加物などのハロゲン化アルキル付加物、塩化ベンジル付加物などのハロゲン化アリール付加物などの４級塩；ジメチルアミノプロピル（メタ）アクリルアミドなどのジアルキルアミノアルキル（メタ）アクリルアミドの塩酸塩などの３級塩や、ジアルキルアミノアルキル（メタ）アクリルアミドの塩化メチル付加物などのハロゲン化アルキル付加物、塩化ベンジル付加物などのハロゲン化アリール付加物などの４級塩などが挙げられる。中でも、ジメチルアミノエチルメタクリレートの３級塩酸塩が好ましい。なお、これらカチオン性単量体は、１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００２６】
共重合可能な他のカチオン性単量体の含有量は、前記式（１）のカチオン性単量体の効果を妨げない量であれば特に制限されないが、カチオン型高分子凝集剤１００モル％中、０〜３０モル％が好ましい。３０モル％を超えると、前記式（１）のカチオン性単量体の効果が発揮されにくくなる可能性がある。
【００２７】
上述した共重合可能な非イオン性単量体および共重合可能な他のカチオン性単量体は、１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。特に、カチオン性単量体との共重合性、および得られる共重合体の物性を調整できる点で、共重合可能な単量体成分には非イオン性単量体が好ましく、中でもアクリルアミドがより好ましい。
【００２８】
本発明のカチオン型高分子凝集剤は、前記式（１）のカチオン性単量体を単独で重合させる、あるいは前記式（１）のカチオン性単量体と、単量体成分とを共重合させることにより得られる。
（共）重合の方法としては、一般的に、（共）重合させる単量体を含む単量体反応液に、熱によって（共）重合を開始するレドックスおよびアゾ系開始剤などの開始剤を添加し、単量体反応液を（共）重合する水溶液断熱重合方法、あるいは重合開始前の単量体反応液をシート状に均一にし、光開始剤を用いて可視光または紫外光を照射して（共）重合を行う水溶液光重合方法の２種類の方法が挙げられる。中でも、水溶液光重合方法が好ましい。水溶液光重合方法は光を重合源とするため、（共）重合速度および（共）重合率を容易に制御しやすい。また、水溶液光重合方法はシート状のため連続生産しやすく、工業的に有利である。
このような（共）重合を経て、前記単量体反応液は、通常、含水ゲル状の（共）重合体、すなわち、カチオン型高分子凝集剤の含水物となる。
【００２９】
光開始剤としては、例えば、２−ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニル−１−プロパノン（商品名：ＤＡＲＯＣＵＲ−１１７３、Ｃｉｂａ社製）などが挙げられる。
光開始剤の添加量は、単量体反応液１００質量部に対して０．００１〜０．１質量部が好ましい。光開始剤の添加量が０．００１質量部未満であると、（共）重合速度および（共）重合率の極端な低下を招き、生産性および品質が低下しやすくなる。一方、０．１質量部を超えると、（共）重合の暴走および（共）重合体の品質低下を招きやすくなる。
【００３０】
また、（共）重合を行う際には、必要に応じて連鎖移動剤を添加してもよい。連鎖移動剤としては、例えば、次亜リン酸、ホスホン酸などが挙げられる。中でも次亜リン酸が好ましい。
連鎖移動剤の添加量は、単量体反応液１００質量部に対して０．００１〜０．１質量部が好ましい。連鎖移動剤の添加量が０．００１質量部未満であると、（共）重合体の分子量が増加し、水に溶かした場合、水に不溶性の架橋した（共）重合体が多量に発生しやすくなる。一方、０．１質量部を超えると、（共）重合体の分子量が低下して、脱水性能が低下する傾向にある。
【００３１】
本発明のカチオン型高分子凝集剤の粘度は、０．５質量％ポリマー水溶液とした際の塩粘度で、１０〜３００ｍＰａ・ｓが好ましく、より好ましくは２０〜２００ｍＰａ・ｓである。０．５質量％ポリマー水溶液とした際の塩粘度が１０ｍＰａ・ｓ未満であると、凝集性能が低下しやすくなる。一方、塩粘度が３００ｍＰａ・ｓを超えると、カチオン型高分子凝集剤を水に溶かした場合、架橋構造を有した（共）重合体が多量に発生しやすくなり、この（共）重合体は水に不溶性を示すため好ましくない。ここで、塩粘度とは、４質量％の塩化ナトリウム水溶液に溶解させ、０．５質量％ポリマー水溶液とした際のＢ型粘度計にて測定した、２５℃における粘度のことである。
また、前記の水に不溶性を示す架橋構造を有した（共）重合体は、先の０．５質量％ポリマー水溶液を、例えば、直径２０ｃｍ、８０メッシュの篩で濾過し、篩の上に残った不溶解分を定量することにより、不溶解分量の発生量として求めることができる。
【００３２】
なお、０．５質量％ポリマー水溶液とした際のカチオン型高分子凝集剤の塩粘度は、カチオン型高分子凝集剤の分子量、イオン性の割合、分子量分布、製造方法、組成分布、親水性度合い、疎水性度合いなどの調整によって制御できる。
例えば、分子量を高くしたり、イオン性の割合を低くしたりすると、塩粘度の値が増加する傾向になる。一方、分子量を低くしたり、イオン性の割合を高くしたりすると、塩粘度の値が減少する傾向になる。
【００３３】
［汚泥処理方法］
次に、本発明のカチオン型高分子凝集剤を用いた汚泥処理方法について説明する。
本発明のカチオン型高分子凝集剤は、種々の汚泥に添加されることにより、フロック強度、濾過速度、脱水ケーキの含水率のバランス性などに優れたフロックを形成することができる。なお、汚泥処理の工程としては、公知の工程を適用できる。その一例としては、まず、本発明のカチオン型高分子凝集剤を汚泥に添加してフロックを形成し、次いで、遠心脱水機、ベルトプレス機、スクリュープレス機、多重円板型脱水機、フィルタープレス機、スクリューデカンター機などの脱水装置を用いてフロックを脱水することにより、汚泥を固形分である脱水ケーキと水分とに固液分離することで汚泥処理を行う。
【００３４】
汚泥に対する本発明のカチオン型高分子凝集剤の添加量は、汚泥の質、濃度などによって異なるため、一概には決められないが、大まかな目安としては、汚泥の乾燥固形物に対して０．１〜３．０質量％が好ましく、０．５〜２．０質量％がより好ましい。添加量が０．１質量％未満であると、フロックが形成されにくくなる。一方、添加量が３．０質量％を超えると、カチオン型高分子凝集剤の過剰添加となり、形成されるフロックの粒径が小さくなる、濾過速度が遅くなる、脱水ケーキの含水率が高くなる、といった問題が生じやすくなる。なお、本発明のカチオン型高分子凝集剤は、１種単独で用いてもよく、本発明からなるカチオン型高分子凝集剤を２種以上併用してもよい。
【００３５】
本発明の汚泥処理方法では、本発明のカチオン型高分子凝集剤の他に、汚泥のより効果的な脱水処理を目的として、非イオン型、カチオン型、アニオン型、両性型よりなる群から選ばれる少なくとも１種の高分子凝集剤（その他の高分子凝集剤）を併用してもよい。その他の高分子凝集剤の併用に関しては、処理する汚泥の種類および／または本発明のカチオン型高分子凝集剤を構成する単量体の種類などを鑑みて決定される。
【００３６】
前記非イオン型高分子凝集剤としては、例えば、アクリルアミド重合体などが挙げられる。
前記カチオン型高分子凝集剤としては、例えば、ジメチルアミノエチル（メタ）アクリレートの塩化メチル４級塩の重合体などが挙げられる。
前記アニオン型高分子凝集剤としては、例えば、アクリル酸重合体および／またはアクリル酸塩の重合体などが挙げられる。
前記両性型高分子凝集剤としては、例えば、ジメチルアミノエチル（メタ）アクリレートの塩化メチル４級塩−アクリル酸の共重合体および／またはジメチルアミノエチル（メタ）アクリレートの塩化メチル４級塩−アクリル酸塩の共重合体、および両性ベタイン単量体である［２−（メタクリロイルオキシ）エチル］−ジメチル−（３−スルホプロピル）−アンモニウムハイドロキシドなどが挙げられる。
本発明のカチオン型高分子凝集剤に対する、前記のようなその他の高分子凝集剤は、１種単独で併用してもよく、２種以上併用してもよい。
【００３７】
その他の高分子凝集剤の添加量は、カチオン型高分子凝集剤１００質量部に対して、１０〜１００質量部が好ましい。その他の高分子凝集剤の添加量が１０質量部未満であると、汚泥によっては凝集効果が不十分となる。一方、１００質量部を超えると、カチオン型高分子凝集剤の効果が発揮されにくくなる。
【００３８】
また、本発明においては、無機凝結剤および／または有機凝結剤を併用してもよい。
無機凝結剤としては、硫酸バンド（硫酸アルミニウム）、ポリ塩化アルミニウム、塩化第２鉄、硫酸第１鉄、硫酸第２鉄、およびポリ鉄（ポリ硫酸鉄、ポリ塩化鉄）などが挙げられる。
有機凝結剤としては、ポリアミン、ポリアミジン、およびカチオン性界面活性剤などが挙げられる。
これら無機凝結剤および有機凝結剤を同時に併用した汚泥についても、本発明のカチオン型高分子凝集剤は効果を発揮することができる。
【００３９】
無機凝結剤および／または有機凝結剤の添加量は、カチオン型高分子凝集剤１００質量部に対して、５〜３０００質量部が好ましい。無機凝結剤および／または有機凝結剤の添加量が５質量部未満であると、無機凝結剤および／または有機凝結剤の併用効果が得られなくなり、汚泥によっては性能が発揮されにくくなる。一方、３０００質量部を超えると、特に無機凝結剤では添加量の増加により、脱水後のケーキ中に無機凝結剤由来の金属酸化物量が多く含まれるため、脱水ケーキの含水率が増加する傾向がある。
【００４０】
本発明で処理できる汚泥としては、特に制限はないが、例えば、生活排水処理汚泥、食品工業廃水処理汚泥、化学工業廃水処理汚泥、養豚場廃水処理汚泥、パルプまたは製紙工業廃水処理汚泥などが挙げられる。
なお、本発明のカチオン型高分子凝集剤は、脱水用途だけでなく、凝集沈殿用途にも使用できる。
【００４１】
本発明によれば、カチオン型高分子凝集剤を構成する単量体の対塩をアルキル硫酸塩とすることにより、対塩が塩酸塩から構成されている従来のカチオン型高分子凝集剤に比べて親水性を低くでき、以って汚泥を処理した後の脱水ケーキの含水率を低下させることができるカチオン型高分子凝集剤およびこれを用いた汚泥処理方法を実現できる。
【実施例】
【００４２】
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、例中の「％」は、特に断らない限りは質量％を示す。また、得られるカチオン型高分子凝集剤を「（共）重合体」と略す場合がある。
なお、実施例および比較例における、カチオン型高分子凝集剤の０．５％塩粘度、および０．５％不溶解分量の測定値は、粉末状のカチオン型高分子凝集剤を対象に、以下に示す方法で測定することによって得られた。
（０．５％塩粘度の測定）
サンプル２．３８ｇを４％の塩化ナトリウム水溶液に溶解し、０．５％ポリマー水溶液５００ｇを調製した。このポリマー水溶液に対し、Ｂ型粘度計（東機産業社製）を用い、温度２５℃、回転速度６０ｒｐｍの条件で、５分後のポリマー水溶液の塩粘度を測定した。
（０．５％不溶解分量の測定）
先に得られた０．５％ポリマー水溶液の全量（５００ｇ）を、直径２０ｃｍ、８０メッシュの篩で濾過し、水分を拭き取り、篩の上に残った不溶解分を集め、その質量を測定した。
【００４３】
［試験１：カチオン型高分子凝集剤の製造］
以下に示す方法によって、各実施例および各比較例のカチオン型高分子凝集剤を製造した。なお、カチオン型高分子凝集剤の製造に用いたカチオン性単量体および共重合可能な単量体成分の種類を表１に示す。また、表１および以下の記述におけるカチオン型性単量体および共重合可能な単量体成分の略語の内容は、次に示す通りである。
ＭＯＥＴＡＳ：メタクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウムメチルサルフェート（純度９９％、ＭＲＣユニテック社製）、前記式（１）のカチオン性単量体として使用した。
ＭＡＰＴＡＳ：メタクリルアミドプロピルトリメチルアンモニウムメチルサルフェート（純度９９％、ＭＲＣユニテック社製）、前記式（１）のカチオン性単量体として使用した。
ＡＡｍ：アクリルアミド（三菱レイヨン社製）、共重合可能な非イオン性単量体として使用した。
ＤＭＥ：ジメチルアミノエチルアクリレート４級塩酸塩（大阪有機化学工業社製）、共重合可能な他のカチオン性単量体として使用した。
ＤＭＣ：ジメチルアミノエチルメタクリレート塩化メチル４級塩（大阪有機化学工業社製）、従来のカチオン性単量体として使用した。
【００４４】
＜実施例１−１＞
ＭＯＥＴＡＳ９５７．６ｇを２０００ｍＬ褐色耐熱瓶に投入し、カチオン性単量体濃度７９％、総質量１２００ｇになるように蒸留水を加え、ｐＨが４．５になるように１ｍｏｌ／Ｌ硫酸で調整し、単量体反応液（ＭＯＥＴＡＳ＝１００％）を調製した。
さらに、光開始剤としてＤＡＲＯＣＵＲ−１１７３（以下、「Ｄ−１１７３」と略す。）（Ｃｉｂａ社製）、および連鎖移動剤として次亜リン酸（以下、「ＨＰＡ」と略す。）（関東化学社製）を、単量体反応液の総質量に対して、それぞれ５００ｐｐｍおよび１５ｐｐｍとなるように投入し、これに窒素ガスを３０分間吹き込みながら溶液温度を２５℃に調節した。その後、単量体反応液をステンレス反応容器に移し、容器の下方から１７℃の水を噴霧しながら、表面温度計が４５℃になるまでケミカルランプを５Ｗ／ｍ２の照射強度で照射した。表面温度計が４５℃に到達した後は、４Ｗ／ｍ２の照射強度で３０分間照射し、その後２Ｗ／ｍ２の照射強度で１０分間照射した。さらに単量体の残存量を低減させるために照射強度を３０Ｗ／ｍ２にして１０分間照射することにより、重合を行った。これにより、含水ゲル状の重合体を得た。
この含水ゲル状の重合体を容器から取り出し、小型ミートチョッパーを使用して解砕した。これを温度６０℃で１６時間乾燥後、粉砕して粉末状の重合体（Ａ−１）を得た。
【００４５】
＜実施例１−２＞
前記式（１）のカチオン性単量体をＭＯＥＴＡＳからＭＡＰＴＡＳに変更し（ＭＡＰＴＡＳ＝１００％）、ＨＰＡ量を１０ｐｐｍに変更した以外は、実施例１−１と同様の操作を行い、重合体（Ａ−２）を得た。
【００４６】
＜実施例１−３＞
ＭＯＥＴＡＳ１１１．５ｇ、およびＡＡｍの５０％水溶液７３９．２ｇを２０００ｍＬ褐色耐熱瓶に投入し、全単量体の濃度４０％、総質量１２００ｇになるように蒸留水を加え、ｐＨが３．５になるように１ｍｏｌ／Ｌ硫酸で調整し、単量体反応液（ＭＯＥＴＡＳ：ＡＡｍ＝２３．０：７７．０（％））を調製した。
さらに、ＨＰＡをホスホン酸（以下、「ＰＡ」と略す。）（関東化学社製）に変更し、ＰＡとＤ−１１７３を、単量体反応液の総質量に対してそれぞれ２００ｐｐｍおよび１５０ｐｐｍとなるように投入した。以下、実施例１−１と同様の操作を行い、共重合体（Ａ−３）を得た。
【００４７】
＜実施例１−４＞
前記式（１）のカチオン性単量体をＭＯＥＴＡＳからＭＡＰＴＡＳに変更し（ＭＡＰＴＡＳ：ＡＡｍ＝２３．０：７７．０（％））、ＰＡ量を３００ｐｐｍに変更した以外は、実施例１−３と同様の操作を行い、共重合体（Ａ−４）を得た。
【００４８】
＜実施例１−５＞
ＭＯＥＴＡＳ２６９．１ｇ、ＡＡｍの５０％水溶液１７７．６ｇ、およびＤＭＥの７９％水溶液６７４．４ｇを２０００ｍＬ褐色耐熱瓶に投入し、全単量体濃度７４％、総質量１２００ｇになるように蒸留水を加え、ｐＨが４．５になるように１ｍｏｌ／Ｌ硫酸で調整し、単量体反応液（ＭＯＥＴＡＳ：ＡＡｍ：ＤＭＥ＝３０．０：１０．０：６０．０（％））を調製した。
さらに、Ｄ−１１７３およびＰＡを、単量体反応液の総質量に対してそれぞれ２０ｐｐｍおよび１００ｐｐｍとなるように投入した。以下、実施例１−１と同様の操作を行い、共重合体（Ａ−５）を得た。
【００４９】
＜実施例１−６＞
前記式（１）のカチオン性単量体をＭＯＥＴＡＳからＭＡＰＴＡＳに変更し（ＭＡＰＴＡＳ：ＡＡｍ：ＤＭＥ＝３０．０：１０．０：６０．０（％））、ＰＡ量を１５０ｐｐｍに変更した以外は、実施例１−５と同様の操作を行い、共重合体（Ａ−６）を得た。
【００５０】
＜比較例１−１＞
ＭＯＥＴＡＳをＤＭＣの８０％水溶液１１８５．０ｇに変更し（ＤＭＣ＝１００％）、ＨＰＡ量を３５ｐｐｍに変更した以外は、実施例１−１と同様の操作を行い、重合体（Ｂ−１）を得た。
＜比較例１−２＞
ＭＯＥＴＡＳをＤＭＣの８０％水溶液１３８．０ｇに変更し（ＤＭＣ：ＡＡｍ＝２３．０：７７．０（％））、ＰＡ量を２３０ｐｐｍに変更した以外は、実施例１−３と同様の操作を行い、共重合体（Ｂ−２）を得た。
＜比較例１−３＞
ＭＯＥＴＡＳをＤＭＣの８０％水溶液３３３．０ｇに変更し（ＤＭＣ：ＡＡｍ：ＤＭＥ＝３０．０：１０．０：６０．０（％））、ＰＡ量を１４０ｐｐｍに変更した以外は、実施例１−５と同様の操作を行い、共重合体（Ｂ−３）を得た。
【００５１】
実施例１〜６、比較例１〜３で得られた各（共）重合体について、０．５％塩粘度および０．５％不溶解分量を測定した。結果を表１に示す。
【００５２】
【表１】
2008259923.tif 000006
【００５３】
表１より、カチオン型高分子凝集剤の０．５％塩粘度が高くなると、０．５％不溶解分量が増加する傾向にあることが分かった。なお、不溶解分量とは、前述の水に不溶性を示す架橋構造を有した（共）重合体の量のことである。
【００５４】
［試験２：汚泥処理］
＜実施例２−１〜２−２および比較例２−１＞
汚泥のサンプルとして、生活排水処理場から採取した消化汚泥（ｐＨ＝７．７、浮遊物質または懸濁物質の濃度ＳＳ＝６６００ｍｇ／Ｌ）を用意し、この消化汚泥３００ｍＬを５００ｍＬのビーカーに採取した。次いで、表２に示す種類の重合体を蒸留水にて０．３％ポリマー水溶液とし、このポリマー水溶液を表２に示す最適添加量にて消化汚泥に添加した。次いで、この消化汚泥を金属製のスパチュラで３０秒間攪拌し、フロックを生成させ、フロックの粒径を目視にて判定した。なお、表２中の最適添加量は、汚泥の乾燥固形物に対する重合体の乾燥質量から求められた。
また、フロック生成後の汚泥を６０メッシュのステンレス製濾過管上に注ぎ、１０秒後の濾水量をメスシリンダーにて測定した。
さらに、ステンレス製濾過管上に残った汚泥をプレス機にて圧搾脱水（１．０ｋｇ／ｃｍ２、６０秒間）して脱水ケーキを得た。この脱水ケーキの含水率を、常法（（財）日本下水道協会編、「下水道試験法上巻１９９７年度版」ｐ２９６−２９７）により測定した。フロックの粒径、濾水量、および脱水ケーキの含水率を表２に示す。
【００５５】
【表２】
2008259923.tif 000007
【００５６】
表２から明らかなように、実施例１−１〜１−２で得られた重合体（カチオン型高分子凝集剤）を用いて汚泥を脱水処理した場合（実施例２−１〜２−２）は、いずれも得られたフロックの粒径が大きく、濾水量が多く、脱水ケーキの含水率が低かった。よって、実施例１−１〜１−２で得られたカチオン型高分子凝集剤は、凝集性能、脱水性能に優れていると確認された。
一方、比較例１−１で得られた重合体を用いた場合（比較例２−１）は、実施例に比べてフロックの粒径が小さく、濾水量が少なく、脱水ケーキの含水率が高かった。よって、比較例１−１で得られた重合体は、実施例に比べて凝集性能、脱水性能共に劣っていた。
【００５７】
＜実施例２−３〜２−４および比較例２−２＞
汚泥のサンプルとして、製紙工業廃水処理場から採取した混合汚泥（ｐＨ＝７．０、浮遊物質または懸濁物質の濃度ＳＳ＝１６５００ｍｇ／Ｌ）を用意し、この混合汚泥３００ｍＬを５００ｍＬのビーカーに採取した。次いで、表３に示す種類の共重合体１０ｇと、アニオン型の高分子凝集剤としてアクリル酸の重合体（０．５％塩粘度＝５０．８ｍＰａ・ｓ、０．５％不溶解分量＝０．５ｇ）２ｇとを混合し、この混合物を蒸留水にて０．３％ポリマー水溶液とし、このポリマー水溶液を表３に示す最適添加量にて混合汚泥に添加した。次いで、この混合汚泥を金属製のスパチュラで３０秒間攪拌し、フロックを生成させ、フロックの粒径を目視にて判定した。なお、表３中の最適添加量は、汚泥の乾燥固形物に対する、共重合体とアクリル酸の重合体との混合物の乾燥質量から求められた。
また、フロック生成後の汚泥を６０メッシュのステンレス製濾過管上に注ぎ、１０秒後の濾水量をメスシリンダーにて測定した。
さらに、ステンレス製濾過管上に残った汚泥をプレス機にて圧搾脱水（１．０ｋｇ／ｃｍ２、６０秒間）して脱水ケーキを得た。この脱水ケーキの含水率を、前述と同じ常法により測定した。フロックの粒径、濾水量、および脱水ケーキの含水率を表３に示す。
【００５８】
【表３】
2008259923.tif 000008
【００５９】
表３から明らかなように、実施例１−３〜１−４で得られた共重合体（カチオン型高分子凝集剤）とアクリル酸の重合体との混合物を用いて汚泥を脱水処理した場合（実施例２−３〜２−４）は、いずれも得られたフロックの粒径が大きく、濾水量が多く、脱水ケーキの含水率が低かった。よって、実施例１−３〜１−４で得られたカチオン型高分子凝集剤とアニオン型の高分子凝集剤との混合物は、凝集性能、脱水性能に優れていることが確認された。
一方、比較例１−２で得られた共重合体とアクリル酸の重合体との混合物を用いた場合（比較例２−２）は、実施例に比べてフロックの粒径が小さく、濾水量が少なく、脱水ケーキの含水率が高かった。よって、比較例１−２で得られた共重合体とアニオン型の高分子凝集剤との混合物は、実施例に比べて凝集性能、脱水性能共に劣っていた。
【００６０】
＜実施例２−５〜２−６および比較例２−３＞
汚泥のサンプルとして、養豚場廃水処理から採取したし尿汚泥（ｐＨ＝７．２、浮遊物質または懸濁物質の濃度ＳＳ＝１６０００ｍｇ／Ｌ）に、無機凝結剤として硫酸バンドを１５００ｍｇ／Ｌ添加したものを用意し、このし尿汚泥３００ｍＬを５００ｍＬのビーカーに採取した。次いで、表４に示す種類の共重合体を蒸留水にて０．３％ポリマー水溶液とし、このポリマー水溶液を表４に示す最適添加量にてし尿汚泥に添加した。次いで、このし尿汚泥を金属製のスパチュラで３０秒間攪拌し、フロックを生成させ、フロックの粒径を目視にて判定した。なお、表４中の最適添加量は、汚泥の乾燥固形物に対する重合体の乾燥質量から求められた。
また、フロック生成後の汚泥を６０メッシュのステンレス製濾過管上に注ぎ、１０秒後の濾水量をメスシリンダーにて測定した。
さらに、ステンレス製濾過管上に残った汚泥をプレス機にて圧搾脱水（１．０ｋｇ／ｃｍ２、６０秒間）して脱水ケーキを得た。そして、脱水ケーキの含水率を前述と同じ常法により測定した。フロックの粒径、濾水量、および脱水ケーキの含水率を表４に示す。
【００６１】
【表４】
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【００６２】
表４から明らかなように、実施例１−５〜１−６で得られた共重合体（カチオン型高分子凝集剤）を用いて汚泥を脱水処理した場合（実施例２−５〜２−６）は、いずれも得られたフロックの粒径が大きく、濾水量が多く、脱水ケーキの含水率が低かった。よって、実施例１−５〜１−６で得られたカチオン型高分子凝集剤は、凝集性能、脱水性能に優れていると確認された。
一方、比較例１−３で得られた共重合体を用いた場合（比較例２−３）は、実施例に比べてフロックの粒径が小さく、濾水量が少なく、脱水ケーキの含水率が高かった。よって、比較例１−３で得られた共重合体は、実施例に比べて凝集性能、脱水性能共に劣っていた。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、カチオン型高分子凝集剤を構成する単量体の対塩をアルキル硫酸塩とすることにより、対塩が塩酸塩から構成されている従来のカチオン型高分子凝集剤に比べて親水性をより低くでき、以って汚泥を処理した後の脱水ケーキの含水率を低減できるカチオン型高分子凝集剤およびこれを用いた汚泥処理方法を実現できる。