(57)【要約】【課題】生分解性のカチオン性凝集剤を得る。【解決手段】生分解性カチオン性凝集剤は、不溶性多糖に正電荷を帯びた置換基を結合させ、水に分散させて製造することができる。前記正電荷を帯びた置換基として2-ヒドロキシ-3-N,N,Nトリメチルアミノプロピル基を好適に用いることができる。前記不溶性多糖としてセルロ−ス又はヘミセルロ−スを、具体的には新聞故紙や廃ダンボ−ルなどの廃紙製品を用いることができる。このようなカチオン性凝集剤は、生分解性アニオン性凝集剤により中和されると共存する混濁成分と共に析出する特性を有するので、この特性を利用して混濁成分を凝集させる混濁成分凝集方法において活用することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
不溶性多糖に正電荷を帯びた置換基を結合させ、水に分散させたカチオン性凝集剤。
【請求項２】
前記正電荷を帯びた置換基が2-ヒドロキシ-3-N,N,Nトリメチルアミノプロピル基である請求項１に記載したカチオン性凝集剤。
【請求項３】
前記不溶性多糖がセルロ−ス又はヘミセルロ−スである請求項１又は２に記載のカチオン性凝集剤。
【請求項４】
前記セルロース又はヘミセルロ−スとして、廃紙製品に含まれたセルロース又はヘミセルロースを用いることを特徴とする請求項３に記載のカチオン性凝集剤。
【請求項５】
セルロ−ス又はヘミセルロ−スに2-ヒドロキシ-3-N,N,Nトリメチルアミノプロピル基を結合させ、水に分散させたカチオン性凝集剤と、生分解性アニオン性凝集剤とを用い、濁水や汚水中の混濁成分を凝集させる混濁成分凝集方法。
【請求項６】
廃紙製品を水で離解し、アルカリ触媒下で修飾試薬1,2-エポキシ-3-N,N,Nトリメチルアミノプロピルクロライドと反応させ、得られた生成物から未反応試薬や廃紙製品中の繊維質を分離除去して得られるカチオン性凝集剤の粗品を、中空糸濾過筒を用いて精製して行う、カチオン性凝集剤の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、濁水、汚水中の混濁成分を凝集させるカチオン性凝集剤に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、濁水や汚水を凝集させる資材として、ポリ塩化アルミニウムや硫酸礬土などの無機物、あるいはポリアクリルアミドなどの合成高分子化合物が用いられてきた。濁水や汚水中の汚泥は負に帯電している場合が多いため、カチオン性の高分子を用いると効果的に凝集させることができる（特許文献１）。
【０００３】
汚泥には負に帯電していないものもあるため、多様な濁水や汚水の浄化のためには、アニオン性凝集剤とカチオン性凝集剤を組み合わせて使用することが行われている（特許文献２）。
【０００４】
ポリ塩化アルミニウムなどの無機凝集剤や高分子凝集剤を用いた場合には、凝集沈殿物の廃棄処理において凝集剤成分による土壌汚染の問題が発生すると共に、処理後の排水中の残留無機・有機凝集剤成分の処理も問題となる。最近製紙廃水中の廃パルプ用凝集剤として海藻を利用した凝集剤が開発され、この問題の解決が図られた（特許文献３）。しかし、この凝集剤は製紙廃水中の廃パルプを対象としており、必ずしも汚水一般に効率よく用いられるものではなかった。
【０００５】
【特許文献１】特開昭６４−２７７００号公報
【特許文献２】特開２００３−２２５５１０号公報
【特許文献３】特開２００１−７９３０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
これらの従来技術の諸問題を解決するには、生分解性の凝集剤を用いることが望ましい。凝集物中の凝集剤も、凝集後の排水中に残存した凝集剤も、時とともに分解され無害化されるからである。
【０００７】
凝集剤は、カチオン性とアニオン性の２種を組み合わせて用いれば、より一般的かつ効果的に汚泥等を凝集させることができる。このとき、カチオン性のものもアニオン性のものも共に生分解性とすることが必要である。本発明が解決しようとする課題は、アニオン性凝集剤である生分解性酸性多糖、例えばキサンタンガム、カラヤガム、ＣＭＣ、グルクロン酸化セルロ−ス等と組み合わせて用いることにより、濁水や汚水一般に広く適用できる生分解性カチオン性凝集剤を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するためになされた本発明に係わるカチオン性凝集剤は、不溶性多糖に正電荷を帯びた置換基を結合させ、水に分散させたものであることを特徴とする。ここに、不溶性多糖は生物起源の物質であり、生分解性である。
【０００９】
前記正電荷を帯びた置換基として、2-ヒドロキシ-3-N,N,Nトリメチルアミノプロピル基を好適に用いることができる。
【００１０】
前記不溶性多糖としてセルロ−ス又はヘミセルロ−スを好適に用いることができる。さらに、これらセルロース又はヘミセルロ−スとして、新聞故紙、廃ダンボ−ル、廃パルプ等の廃紙製品に含まれたセルロース又はヘミセルロースを好適に用いることができる。
【００１１】
カチオン性凝集剤は、負電荷を有する高分子により中和されたとき、共存する混濁成分と共に析出する特性を有している。本願発明に係わる生分解性カチオン性凝集剤も、この特性を利用して生分解性アニオン性凝集剤と共に用いて混濁成分を凝集させる混濁成分凝集方法において好適に使用できる。
【発明の効果】
【００１２】
本凝集剤は生物起源の材料からなり無機成分を含まない。凝集物や凝集後の廃液中に無機成分を残存させないので、環境に優しい。特に、凝集物や処理後の水に、硫酸礬土、ベントナイト、硫酸イオン、アルミニウムイオンを含まない。
【００１３】
本凝集剤は生分解性であって、残存物や処理後の水に凝集剤が混入していても、いずれ分解され無害化される。また、本凝集剤は弱酸・弱アルカリでありかつ低濃度であるため、処理後の水のｐＨは６ないし８であって、処理後の水のＣＯＤの制御が容易である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明のカチオン性凝集剤は、次のようにして製造できる。廃紙製品を水で離解し、水酸化ナトリウムを触媒として修飾試薬1,2-エポキシ-3-N,N,Nトリメチルアミノプロピルクロライドと反応させ反応物を得る。この反応物を水に懸濁し、いったん酸性にして未反応修飾試薬を開環不活性化させ、その後中和し、中和物中の水不溶成分、すなわち廃紙製品中の不溶性繊維質を濾過して分離する。得られたカチオン性凝集剤の粗品を、ポア径の異なる少なくとも２本の中空糸濾過筒を用いて段階的に濃縮し、大ポア径の中空糸濾過筒を抜け、小ポア径の中空糸濾過等で濾過されない分画を集め、水を加えて再度濾過濃縮し、分画液が中性になるまで洗浄することにより精製品を得る。
【実施例１】
【００１５】
シュレッダ−で切断した新聞故紙100gに水１Lを加え、ジュ−スミキサ−で破砕離解した。離解した故紙片を絞って含水率を約60%とし、NaOH10gを加えてミキサ−（ケンミックスアイコ−プロKM-600；愛工舎製作所）で１時間撹拌した。さらに、修飾試薬として1,2-エポキシ-3-N,N,Nトリメチルアミノプロピルクロライド(1,2-epoxypropyl-trimethyl -ammonium chlorides：坂本薬品工業)100mLを加え、常温で12時間撹拌した。
【００１６】
撹拌物に水2Lを加えて懸濁させ、懸濁液を撹拌しながら濃塩酸を強酸性（PH=2以下）になるまで加えて、未反応修飾試薬を開環不活性化した。この懸濁液にNaOH水溶液(1M/L)を、pH試験紙で見て中和点となるまで加えた。その後、プラスチック網で濾過し、水不溶分（故紙繊維等）を除去した。
【００１７】
濾液を中空糸濾過筒を用いて段階的に濃縮した。まず、ポア径 0.45μmの中空糸濾過筒(Micro filter)を通して濾液を取り、次いでMW3000cutの中空糸濾過筒(Ultra Filter)を用いて、残留液を取った。残留液が500mLになったところで水2Lを加えて再度上記の濾別操作を繰り返し、ほぼ中性の残留液約500mLを得た。これが目的とするカチオン性凝集剤である。乾燥して重量を測定したところ、25gであった。
【００１８】
全炭素量とアミノ態窒素量をアルカリ性ペルオキソ硫酸カリウム分解法により定量し、全炭素をセルロ−スとその６位の１級アルコ−ルを修飾した４級アミンのみに由来し、アミノ態窒素を該４級アミンのみに由来するとして、理論的平均修飾率７９％を得た。
【実施例２】
【００１９】
カオリン懸濁液を例として、凝集効果の測定を行った。カオリン（市販試薬）1gを水1Lに懸濁させ、その中から6mLづつを試験管に取った。
これに水あるいはアニオン性凝集剤液及びカチオン性凝集剤液各50μLを順次加えて６０秒撹拌後５分間静置し、上澄液の濁度(OD680)を測定した。カチオン凝集剤としては、上記合成品を、アニオン凝集剤としてはキサンタンカム、CMCNa、カラヤガム、アラビアガムを用いたが、キサンタンカムが特に顕著な効果を示した。  
【００２０】
図１の表に、アニオン凝集剤としてキサンタンガム及びCMCNaを用いた場合の結果を示した。この表において、Ｘは濃度5μg/mLに調整した凝集剤500μLを使用したこと、1/3Xは凝集剤の濃度がその1/3であったこと、３Ｘは凝集剤の濃度がその３倍であったことを示す。また、−は、凝集剤を含まない水100μLを使用したこと、空欄はその凝集剤を使用しなかったことを示す。この結果から、カチオン性凝集剤とアニオン性凝集剤とがほぼ等濃度であるときに、カオリンを凝集させる能力が最も高いことがわかった。
【実施例３】
【００２１】
白土（白土採取所の排水から回収したもの）を例として、凝集効果の測定を行った。
白土の濃度が0.23mg/mL、0.78mg/mL及び2.3mg/mLの３種類の白土懸濁液50mLを100mLのト−ルビ−カ−にとった。これにアニオン凝集剤を入れてマグネティックスタ−ラ−により１分間撹拌した。次いで同量のカチオン性凝集剤を加え、さらに１分間撹拌した。５分間放置後、上澄液の濁度(OD680)を測定した。凝集剤を含まない水のみを加えた場合の濁度を100として、凝集剤を加えた場合の濁度の相対値を求めた。
【００２２】
凝集剤と加えた白土との相対量を変化させたときの上澄液の濁度を図２に示した。白土の濃度が0.23mg/mLの場合を○、0.78mg/mLの場合を□、及び2.3mg/mLの場合を×で示した。また、凝集操作後の排出液のＣＯＤを△で示した。
この図より、水中に懸濁している白土の量の如何に関わらず、カチオン性及びアニオン性凝集剤の合計重量が白土重量の約４％のとき、凝集が完結することがわかった。このときの上澄液の濁度OD680は0.02以下であった。
【００２３】
なお、凝集剤を大過剰に添加すると、凝集剤に起因する濁度の上昇は僅かではあるが排液のCODが増加することが認められた。凝集剤を白土の約40%（適量の10倍）加えたとき、COD(Cr)は70mg-O/Lを示した。因みに、排水のCOD(Mn)の排出基準は120mg-O/L・日である。
【実施例４】
【００２４】
アオミドロ等の水中微生物やその腐敗沈殿堆積物及び砂塵からなるヘドロ（乾燥重量7mg/mL）を例として、凝集効果の測定を行った。
ヘドロにアニオン性凝集剤を濃度を変えて加えて３０秒間撹拌し、次いでカチオン性凝集剤を濃度を変えて加えてさらに３０秒撹拌した。
【００２５】
図３の表に結果をまとめた。アニオン性凝集剤として、左側（１）はカラヤガムを使用した場合、右側（２）はキサンタンガムを使用した場合を示す。表中、Ａはアニオン性凝集剤の使用量(mg/mL)、Ｂはカチオン性凝集剤の使用量(mg/mL)を示す。
この表で◎は、凝集物が良好なフロック(floc)を形成すること、すなわち凝集物がすべて１０メッシュの金網上に残存し、ピンセットでつまむことが可能な場合を示す。凝結と凝集が完結したと判断される。
この表で○は、凝集物がフロックを形成はするが、もろく、１０メッシュの金網で保持されない部分をも含む場合を示す。凝集は完全でないと判断される。
この表で×は、フロック状にならない場合を示す。
【００２６】
◎と○の場合は圧縮によって透明な水が滲み出し、上澄液に肉眼で確認できる粒子は存在せず、濁度OD680は0.02以下であった。
図より、アニオン性凝集剤とカチオン性凝集剤が重量でほぼ等量であるとき最も効果が高いことがわかる。また、乾燥重量7mgのヘドロに対し、両凝集剤の合計重量0.4mgが適量であり、対象重量の約６％に相当する。これは、乾燥重量１トン、すなわち湿重量で約２５トンのヘドロに対し、凝集剤がそれぞれ約30kg必要であることを示している。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
生分解性のカチオン性凝集剤とアニオン性凝集剤を用いることにより、濁水や汚水を効率よく凝集させうることが判明した。自然環境に優しい汚水浄化法は、今後広く利用されるべきと考える。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】カオリン懸濁液に対する凝集効果を表す表。
【図２】白土懸濁液に対する凝集効果を表す図。
【図３】ヘドロに対する凝集効果を表す表。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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