(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記一般式（１）で表される四級アミン塩単位を繰り返し単位として有するカチオン性ポリマーＡと、下記一般式（２Ａ）で表される三級アミン塩単位及び／又は下記一般式（２Ｂ）で表されるアミン・酸付加体単位を繰り返し単位として有するカチオン性ポリマーＢとを含有し、カチオン性ポリマーＡとカチオン性ポリマーＢとの合計１００重量％におけるカチオン性ポリマーＡの割合が１０〜９０重量％、カチオン性ポリマーＢの割合が１０〜９０重量％であることを特徴とする汚泥脱水剤。
【化１】
0006750393.tif 000026
（一般式（１）中、Ｒ１は水素原子又はメチル基を表し、Ｒ２は炭素数１〜４のアルキレン基を表し、Ｒ３ａ，Ｒ３ｂは各々独立に炭素数１〜４のアルキル基を表し、Ｒ４は炭素数１〜４のアルキル基又は炭素数６〜１２のアラルキル基を表す。Ａは−Ｏ−又は−ＮＨ−、Ｚ−は塩形成性アニオンを表す。）
【化２】
0006750393.tif 000027
（一般式（２Ａ），（２Ｂ）中、Ｒ５は水素原子又はメチル基を表し、Ｒ６は炭素数１〜４のアルキレン基を表し、Ｒ７は炭素数１〜４のアルキル基を表し、Ｒ8は炭素数１〜４のアルキル基又は炭素数６〜１２のアラルキル基を表す。Ｄは−Ｏ−又は−ＮＨ−、Ｙ−は塩形成性アニオン、Ｑは酸を表す。）
【請求項２】
下記一般式（１）で表される四級アミン塩単位と、下記一般式（２Ａ）で表される三級アミン塩単位及び／又は下記一般式（２Ｂ）で表されるアミン・酸付加体単位とを繰り返し単位として有するカチオン性ポリマーＡＢを含有することを特徴とする汚泥脱水剤。
【化３】
0006750393.tif 000028
（一般式（１）中、Ｒ１は水素原子又はメチル基を表し、Ｒ２は炭素数１〜４のアルキレン基を表し、Ｒ３ａ，Ｒ３ｂは各々独立に炭素数１〜４のアルキル基を表し、Ｒ４は炭素数１〜４のアルキル基又は炭素数６〜１２のアラルキル基を表す。Ａは−Ｏ−又は−ＮＨ−、Ｚ−は塩形成性アニオンを表す。）
【化４】
0006750393.tif 000029
（一般式（２Ａ），（２Ｂ）中、Ｒ５は水素原子又はメチル基を表し、Ｒ６は炭素数１〜４のアルキレン基を表し、Ｒ７は炭素数１〜４のアルキル基を表し、Ｒ8は炭素数１〜４のアルキル基又は炭素数６〜１２のアラルキル基を表す。Ｄは−Ｏ−又は−ＮＨ−、Ｙ−は塩形成性アニオン、Ｑは酸を表す。）
【請求項３】
さらに、下記一般式（３）又は（４）で表されるアミジン単位を繰り返し単位として有するカチオン性ポリマーＣを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の汚泥脱水剤。
【化５】
0006750393.tif 000030
（一般式（３），（４）中、Ｒ１１，Ｒ１２は各々独立に水素原子又はメチル基を表し、Ｘ−は塩形成性アニオンを表す。）
【請求項４】
カチオン性ポリマーＡとカチオン性ポリマーＢとカチオン性ポリマーＣとの合計、或いはカチオン性ポリマーＡＢとカチオン性ポリマーＣとの合計１００重量％におけるカチオン性ポリマーＣの割合が２０重量％以下であることを特徴とする請求項３に記載の汚泥脱水剤。
【請求項５】
さらに、アニオン基を有するポリマーを含むことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の汚泥脱水剤。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の汚泥脱水剤を汚泥に添加して脱水することを特徴とする汚泥脱水方法。
【請求項７】
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の汚泥脱水剤を汚泥に添加して脱水する汚泥脱水方法であって、更にアニオン基を有するポリマーを併用添加して汚泥を脱水することを特徴とする汚泥脱水方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、汚泥脱水剤及び汚泥脱水方法に関するものであり、特に、難脱水性の有機性汚泥を効率的に脱水処理することができる汚泥脱水剤と、この汚泥脱水剤を用いた汚泥脱水方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
食品工場、化学工場、下水処理場等で発生する余剰汚泥を主体とした有機性汚泥は、一般に、カチオン性ポリマー（カチオン性高分子凝集剤）を添加し、スクリュープレス、遠心脱水機、ベルトプレス等の脱水機で脱水して脱水ケーキとした後、産業廃棄物として処分されるか焼却処分されている。この汚泥の脱水処理において、汚泥に添加するカチオン性ポリマーとしては、従来一般的に、ジメチルアミノエチルメタアクリレート（ＤＡＭ）あるいはその塩化メチル４級化物（ＤＡＭ・ＭｅＣｌ）や、ジメチルアミノエチルアクリレート（ＤＡＡ）あるいはその塩化メチル４級化物（ＤＡＡ・ＭｅＣｌ）が主として用いられている。
【０００３】
汚泥の脱水処理において、得られる脱水ケーキの含水率を低減することができれば、処分にかかる費用を削減できる上に、環境への負荷を低減することができる。このため、脱水ケーキの含水率をできるだけ低くすることが望まれており、従来、汚泥脱水剤について、種々提案がなされてきた（例えば特許文献１〜５）。
【０００４】
有機性汚泥は難脱水性のものが多く、通常脱水処理して得られる脱水ケーキの含水率は８０％以上と高い。また、余剰汚泥は高分子凝集剤を添加して得られる凝集フロックの強度が十分でない。さらに、多重円盤脱水機やスクリュープレス脱水機等のように金属スリッドや金属メッシュの濾過部と圧密脱水部を有する脱水機を用いた場合、濾過部からのＳＳリークによる脱水効率の低下（ケーキ収量の低下）も問題となっている。
しかし、このような問題に対し、以下の通り、従来の方法はいずれも十分に満足し得るものとはいえない。
【０００５】
無機凝集剤と両性有機高分子剤を併用する方法（特許文献１）は、無機凝集剤による汚泥量の増加や無機凝集剤と高分子凝集剤との２種類の薬剤の添加率のバランスの調整が煩雑であるなどの欠点がある。このため、高分子凝集剤のみで難脱水性汚泥を脱水処理することが望まれる。
【０００６】
高分子凝集剤を用いる汚泥の脱水方法としては、従来のカチオン性ポリマーとビニルアミン又はビニルアミジン系ポリマーとの併用（特許文献２、３）、アミジン系ポリマーと架橋性イオン性高分子の噴霧乾燥品の併用（特許文献４）などが提案されている。
しかし、ビニルアミン又はビニルアミジン系ポリマーと従来のビニル系カチオン性ポリマーの組合せでは、得られる脱水ケーキの含水率を十分に下げることはできない。また、架橋性イオン性高分子の噴霧乾燥品は、水への溶解性が悪いために添加時の取り扱い性が悪い、吸湿劣化しやすく経時安定性が悪いといった問題がある。
【０００７】
ビニルアミジン系ポリマーとジアリルジメチルアンモニウムクロライド系カチオン性ポリマーと両性ポリマーとの併用（特許文献５）では、凝集性、濾水性において十分に満足し得る結果が得られない。
【０００８】
また、特許文献３〜５で使用されているアミジン系ポリマーは、脱水効果の面では優れているが、高価であるために、脱水処理コストが高くつくという課題があり、アミジン系ポリマーを使用せずに、或いはアミジン系ポリマーの使用量を少なくした上で高い脱水効果を得ることが望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開昭６３−１５８２００号公報
【特許文献２】特開平４−２９３６００号公報
【特許文献３】特開平６−２１８４００号公報
【特許文献４】特開２００４−２５０９５号公報
【特許文献５】特開２００４−１６７４６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上述した従来品の問題がなく、汚泥の凝集性、脱水性の向上に有効であり、高強度の汚泥フロックを形成することができ、難脱水性の有機性汚泥であっても効率的に脱水処理して低含水率の脱水ケーキを得ることができる汚泥脱水剤と、この汚泥脱水剤を用いた汚泥脱水方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、特定の繰り返し単位を有するカチオン性ポリマーを用いることにより、上記課題を解決することができることが分かり、本発明に到達した。
即ち、本発明は以下を要旨とする。
【００１２】
［１］  下記一般式（１）で表される四級アミン塩単位を繰り返し単位として有するカチオン性ポリマーＡと、下記一般式（２Ａ）で表される三級アミン塩単位及び／又は下記一般式（２Ｂ）で表されるアミン・酸付加体単位を繰り返し単位として有するカチオン性ポリマーＢとを含有し、カチオン性ポリマーＡとカチオン性ポリマーＢとの合計１００重量％におけるカチオン性ポリマーＡの割合が１０〜９０重量％、カチオン性ポリマーＢの割合が１０〜９０重量％であることを特徴とする汚泥脱水剤。
【００１３】
【化１】
0006750393.tif 000002
【００１４】
（一般式（１）中、Ｒ１は水素原子又はメチル基を表し、Ｒ２は炭素数１〜４のアルキレン基を表し、Ｒ３ａ，Ｒ３ｂは各々独立に炭素数１〜４のアルキル基を表し、Ｒ４は炭素数１〜４のアルキル基又は炭素数６〜１２のアラルキル基を表す。Ａは−Ｏ−又は−ＮＨ−、Ｚ−は塩形成性アニオンを表す。）
【００１５】
【化２】
0006750393.tif 000003
【００１６】
（一般式（２Ａ），（２Ｂ）中、Ｒ５は水素原子又はメチル基を表し、Ｒ６は炭素数１〜４のアルキレン基を表し、Ｒ７は炭素数１〜４のアルキル基を表し、Ｒ8は炭素数１〜４のアルキル基又は炭素数６〜１２のアラルキル基を表す。Ｄは−Ｏ−又は−ＮＨ−、Ｙ−は塩形成性アニオン、Ｑは酸を表す。）
【００１７】
［２］  下記一般式（１）で表される四級アミン塩単位と、下記一般式（２Ａ）で表される三級アミン塩単位及び／又は下記一般式（２Ｂ）で表されるアミン・酸付加体単位とを繰り返し単位として有するカチオン性ポリマーＡＢを含有することを特徴とする汚泥脱水剤。
【００１８】
【化３】
0006750393.tif 000004
【００１９】
（一般式（１）中、Ｒ１は水素原子又はメチル基を表し、Ｒ２は炭素数１〜４のアルキレン基を表し、Ｒ３ａ，Ｒ３ｂは各々独立に炭素数１〜４のアルキル基を表し、Ｒ４は炭素数１〜４のアルキル基又は炭素数６〜１２のアラルキル基を表す。Ａは−Ｏ−又は−ＮＨ−、Ｚ−は塩形成性アニオンを表す。）
【００２０】
【化４】
0006750393.tif 000005
【００２１】
（一般式（２Ａ），（２Ｂ）中、Ｒ５は水素原子又はメチル基を表し、Ｒ６は炭素数１〜４のアルキレン基を表し、Ｒ７は炭素数１〜４のアルキル基を表し、Ｒ8は炭素数１〜４のアルキル基又は炭素数６〜１２のアラルキル基を表す。Ｄは−Ｏ−又は−ＮＨ−、Ｙ−は塩形成性アニオン、Ｑは酸を表す。）
【００２２】
［３］  さらに、下記一般式（３）又は（４）で表されるアミジン単位を繰り返し単位として有するカチオン性ポリマーＣを含むことを特徴とする［１］又は［２］に記載の汚泥脱水剤。
【００２３】
【化５】
0006750393.tif 000006
【００２４】
（一般式（３），（４）中、Ｒ１１，Ｒ１２は各々独立に水素原子又はメチル基を表し、Ｘ−は塩形成性アニオンを表す。）
【００２５】
［４］  カチオン性ポリマーＡとカチオン性ポリマーＢとカチオン性ポリマーＣとの合計、或いはカチオン性ポリマーＡＢとカチオン性ポリマーＣとの合計１００重量％におけるカチオン性ポリマーＣの割合が２０重量％以下であることを特徴とする［３］に記載の汚泥脱水剤。
【００２６】
［５］  さらに、アニオン基を有するポリマーを含むことを特徴とする［１］ないし［４］のいずれかに記載の汚泥脱水剤。
【００２７】
［６］  ［１］ないし［５］のいずれかに記載の汚泥脱水剤を汚泥に添加して脱水することを特徴とする汚泥脱水方法。
【００２８】
［７］  ［１］ないし［４］のいずれかに記載の汚泥脱水剤を汚泥に添加して脱水する汚泥脱水方法であって、更にアニオン基を有するポリマーを併用添加して汚泥を脱水することを特徴とする汚泥脱水方法。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、以下のような優れた効果が得られる。
（１）  従来のカチオン性ポリマー単独、或いはカチオン性ポリマーとアミジン系カチオン性ポリマー等のその他のカチオン性ポリマーとを併用する従来品では達成し得なかった良好な凝集効果を得ることができ、遠心脱水機のような強いせん断力のかかる脱水機による脱水にも対応し得る高強度で粗大な汚泥フロックを形成することができる。
（２）  アミジン系カチオン性ポリマーであるカチオン性ポリマーＣを用いることなく、或いは、その配合割合を従来品に比べて大幅に低減した上で、良好な凝集効果と、濾過性及び脱水性の向上効果を得ることができる。従って、安価な汚泥脱水剤により、低含水率の脱水ケーキを得ることができる。
（３）  カチオン性ポリマーＡＢの１種のみでもよく、またカチオン性ポリマーＡとカチオン性ポリマーＢの２種、或いは更にカチオン性ポリマーＣの３種類のポリマーを粉末またはエマルション状態で混合することで容易に一剤化することができ、また、使用時にはこれを水に溶解させた水溶液として容易に薬注制御することができ、その際の溶解性も速く、取り扱い性、作業性にも優れる。
（４）  更に、アニオン基を有するポリマーを併用することにより、本発明の汚泥脱水剤の有効性を高め、より一層良好な脱水効果を得ることができる。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下に本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００３１】
なお、本明細書において、「ポリマー」とは「ホモポリマー（単独重合体）」と「コポリマー（共重合体）」を含む重合体ないしは重合物の総称である。ただし、ホモポリマーは繰り返し単位が１種類であるものの他、同種の繰り返し単位、即ち、同一の一般式で表される２種以上の繰り返し単位を含むものを包含するものとする。
また、「（メタ）アクリル」は「アクリル」及び／又は「メタクリル」をさし、「（メタ）アクリレート」、「（メタ）アクリロ」についても同様である。
【００３２】
［作用機構］
本発明において、特定のカチオン性ポリマーＡとカチオン性ポリマーＢの併用、更にはカチオン性ポリマーＣとの併用における各ポリマーの相互作用の詳細については明確でないが、以下のような作用機構の相乗効果により、本発明の効果が発現されるものと推定される。
（１）  カチオン性ポリマーＡに含まれるアルキル４級化塩又はアラルキル４級化塩のアルキル基又はアラルキル基に由来する強いカチオン性のために、本発明の汚泥脱水剤を添加して得られる凝集フロックの水親和性が低下し、含水率が下がり易い脱水性に優れた凝集フロックが形成される。
（２）  カチオン性ポリマーＢの汚泥粒子への高い吸着力により、脱水機の圧搾圧力に耐えうるフロック強度を得ることができるようになる。
（３）  アミジン系ポリマーであるカチオン性ポリマーＣは、配合量がわずかであっても、カチオン密度が高いので緻密なフロックを形成しＳＳリークを減少させる他、高い荷電密度により脱水ケーキ含水率を下げやすくする。
【００３３】
本発明で用いるカチオン性ポリマーＡＢでは、上記のカチオン性ポリマーＡとカチオン性ポリマーＢの両方の作用効果が得られる。
【００３４】
更に、カチオン性ポリマーＡ及びカチオン性ポリマーＢ、或いはカチオン性ポリマーＡＢと、必要に応じてカチオン性ポリマーＣと共に、アニオン基を有するポリマーを併用して汚泥の脱水を行うことにより、カチオン性ポリマーとアニオン基を有するポリマーとの静電的反応により、さらに強固な凝集フロックを形成することができることにより、汚泥脱水剤の有効性を高め、より一層良好な脱水効果を得ることができる。
【００３５】
［カチオン性ポリマーＡ］
本発明で用いるカチオン性ポリマーＡは、下記一般式（１）で表される四級アミン塩単位（以下「四級アミン塩単位（１）」と称す場合がある。）を繰り返し単位として含むものである。
【００３６】
【化６】
0006750393.tif 000007
【００３７】
（一般式（１）中、Ｒ１は水素原子又はメチル基を表し、Ｒ２は炭素数１〜４のアルキレン基を表し、Ｒ３ａ，Ｒ３ｂは各々独立に炭素数１〜４のアルキル基を表し、Ｒ４は炭素数１〜４のアルキル基又は炭素数６〜１２のアラルキル基を表す。Ａは−Ｏ−又は−ＮＨ−、Ｚ−は塩形成性アニオンを表す。）
【００３８】
上記一般式（１）において、Ｒ１は水素原子又はメチル基であり、Ｒ２はメチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基などの炭素数１〜４のアルキレン基であり、プロピレン基及びブチレン基は直鎖状であってもよく、側鎖を有するものであってもよい。Ｒ３ａ，Ｒ３ｂは各々独立にメチル基、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、ｓｅｃ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基などの炭素数１〜４のアルキル基であり、Ｒ４は、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、ｓｅｃ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基などの炭素数１〜４のアルキル基、又はベンジル基、フェニルエチル基等の炭素数６〜１２のアラルキル基であり、好ましくはベンジル基である。また、Ａは−Ｏ−又は−ＮＨ−であり、Ｚ−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、１／２ＳＯ４２−、ＮＯ３−、ＣＨ３ＣＯＯ−、ＣＨ３ＳＯ４−、Ｃ２Ｈ５ＳＯ４−などの塩形成性アニオンである。
【００３９】
四級アミン塩単位（１）を繰り返し単位として有するカチオン性ポリマーＡは、下記一般式（１’）で表されるカチオン性ビニルモノマー（以下「カチオン性ビニルモノマー（１’）」と称す場合がある。）を用いて製造される。
【００４０】
【化７】
0006750393.tif 000008
【００４１】
（上記式中、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３ａ、Ｒ３ｂ、Ｒ４、Ａ及びＺ−は一般式（１）におけると同義であり、その具体例も同様である。）
【００４２】
カチオン性ビニルモノマー（１’）としては、例えば、ジメチルアミノ（メチル、エチル、プロピル又はブチル）アクリレート又はメタクリレート、ジエチルアミノ（メチル、エチル、プロピル又はブチル）アクリレート又はメタクリレート、ジ−ｎ−プロピルアミノ（メチル、エチル、プロピル又はブチル）アクリレート又はメタクリレート、ジイソプロピルアミノ（メチル、エチル、プロピル又はブチル）アクリレート又はメタクリレート、ジ−ｎ−ブチルアミノ（メチル、エチル、プロピル又はブチル）アクリレート又はメタクリレート、ジ−ｓｅｃ−ブチルアミノ（メチル、エチル、プロピル又はブチル）アクリレート又はメタクリレート、ジイソブチルアミノ（メチル、エチル、プロピル又はブチル）アクリレート又はメタクリレート、ジメチルアミノ（メチル、エチル、プロピル又はブチル）アクリルアミド又はメタクリルアミド、ジエチルアミノ（メチル、エチル、プロピル又はブチル）アクリルアミド又はメタクリルアミド、ジ−ｎ−プロピルアミノ（メチル、エチル、プロピル又はブチル）アクリルアミド又はメタクリルアミド、ジイソプロピルアミノ（メチル、エチル、プロピル又はブチル）アクリルアミド又はメタクリルアミド、ジ−ｎ−ブチルアミノ（メチル、エチル、プロピル又はブチル）アクリルアミド又はメタクリルアミド、ジ−ｓｅｃ−ブチルアミノ（メチル、エチル、プロピル又はブチル）アクリルアミド又はメタクリルアミド、ジイソブチルアミノ（メチル、エチル、プロピル又はブチル）アクリルアミド又はメタクリルアミドなどの、ハロゲン化アルキル、ハロゲン化アラルキルによる四級化物などが挙げられる。例えば、Ｒ４がベンジル基のベンジル系カチオン性ビニルモノマーとしては、これらのモノマーのハロゲン化ベンジルによる四級化物などを挙げることができる。ハロゲン化ベンジルとしては、塩化ベンジル、臭化ベンジルなどを挙げることができる。
【００４３】
カチオン性ポリマーＡの製造にあたり、これらのカチオン性ビニルモノマー（１’）は、１種を単独で用いることができ、また、２種以上を組み合わせて用いることもできる。
【００４４】
本発明で用いるカチオン性ポリマーＡは、上記のカチオン性ビニルモノマー（１’）のホモポリマーを好適に用いることができるが、このカチオン性ビニルモノマー（１’）と共重合可能な他のモノマー（以下、「共重合性モノマー」と称す場合がある。）の１種又は２種以上とのコポリマーであってもよい。なお、カチオン性ビニルモノマー（１’）のホモポリマーとは、２種以上の四級アミン塩単位（１）が含まれるものを包含するものとする。
【００４５】
カチオン性ポリマーＡがカチオン性ビニルモノマー（１’）と共重合性モノマーとのコポリマーである場合、使用される共重合性モノマーには特に制限はない。
【００４６】
この共重合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のノニオン性ビニルモノマーや、（メタ）アクリル酸を挙げることができる。これらの共重合性モノマーは、１種を単独で用いることができ、また、２種以上を組み合わせて用いることもできる。
【００４７】
本発明において、カチオン性ポリマーＡが上記のコポリマーである場合、コポリマー中の四級アミン塩単位（１）の割合が過度に少ないと本発明の効果を十分に得ることができない。従って、カチオン性ポリマーＡは、全繰り返し単位中の四級アミン塩単位（１）の割合が７０〜１００モル％で、共重合性モノマー由来の繰り返し単位が０〜３０モル％であることが好ましく、特に、全繰り返し単位中の四級アミン塩単位（１）の割合は８０〜１００モル％、とりわけ９０〜１００モル％であることが好ましい。
【００４８】
また、本発明で用いるカチオン性ポリマーＡは、０．１Ｎの塩化ナトリウム水溶液を溶媒として３０℃で測定した固有粘度が３．０ｄｌ／ｇ以上、特に８．０ｄｌ／ｇ以上であることが好ましい。固有粘度が３．０ｄｌ／ｇ未満であると、凝集力が弱く、汚泥の処理量が低下するおそれがある。なお、分子量が大きくなると、形成されるフロックの緻密性が低下し、フロック強度が低下するため、カチオン性ポリマーＡの固有粘度の上限は通常１２．０ｄｌ／ｇ以下である。
【００４９】
また、本発明で用いるカチオン性ポリマーＡのコロイド当量は２．８〜４．８ｍｅｑ／ｇであることが好ましい。なお、カチオン性ポリマーＡ、後述のカチオン性ポリマーＢ、カチオン性ポリマーＡＢ及びカチオン性ポリマーＣのコロイド当量は「コロイド滴定法」（千手諒一著、南江堂（株）（Ｓ４４年１１月発行））により測定される。
【００５０】
本発明に用いるカチオン性ポリマーＡの製造方法には特に制限はなく、常法である溶液重合、懸濁重合、エマルション重合など、いずれの方法も用いることができる。水溶液重合においては、モノマーを水に溶解し、雰囲気を不活性ガスで置換し、重合温度まで昇温した後、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）二塩酸塩などの水溶性重合開始剤を加えて重合することができる。
【００５１】
［カチオン性ポリマーＢ］
本発明で用いるカチオン性ポリマーＢは、下記一般式（２Ａ）で表される三級アミン塩単位（以下「三級アミン塩単位（２Ａ）」と称す場合がある。）及び／又は下記一般式（２Ｂ）で表されるアミン・酸付加体単位（以下「アミン・酸付加体単位（２Ｂ）」と称す場合がある。）を繰り返し単位として有するものである。
【００５２】
【化８】
0006750393.tif 000009
【００５３】
（一般式（２Ａ），（２Ｂ）中、Ｒ５は水素原子又はメチル基を表し、Ｒ６は炭素数１〜４のアルキレン基を表し、Ｒ７は炭素数１〜４のアルキル基を表し、Ｒ8は炭素数１〜４のアルキル基又は炭素数６〜１２のアラルキル基を表す。Ｄは−Ｏ−又は−ＮＨ−、Ｙ−は塩形成性アニオン、Ｑは酸を表す。）
【００５４】
上記一般式（２Ａ），（２Ｂ）において、Ｒ５は水素原子又はメチル基であり、Ｒ６はメチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基などの炭素数１〜４のアルキレン基であり、プロピレン基及びブチレン基は直鎖状であってもよく、側鎖を有するものであってもよい。Ｒ７はメチル基、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、ｓｅｃ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基などの炭素数１〜４のアルキル基であり、Ｒ８は、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、ｓｅｃ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基などの炭素数１〜４のアルキル基、又はベンジル基、フェニルエチル基等の炭素数６〜１２のアラルキル基が挙げられるが、汚泥への吸着性の観点から、あまり嵩高くない炭素数１〜４のアルキル基が好ましい。また、Ｄは−Ｏ−又は−ＮＨ−であり、Ｙ−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、１／２ＳＯ４２−、ＮＯ３−、ＣＨ３ＣＯＯ−、ＣＨ３ＳＯ４−、Ｃ２Ｈ５ＳＯ４−などの塩形成性アニオンである。Ｑは塩酸、臭素酸、ヨウ素酸、１／２硫酸、酢酸、硝酸などの酸である。
【００５５】
三級アミン塩単位（２Ａ）及び／又はアミン・酸付加体単位（２Ｂ）を繰り返し単位として有するカチオン性ポリマーＢは、下記一般式（２Ａ’）で表されるカチオン性ビニルモノマー（以下「カチオン性ビニルモノマー（２Ａ’）」と称す場合がある。）及び／又は下記一般式（２Ｂ’）で表されるカチオン性ビニルモノマー（以下「カチオン性ビニルモノマー（２Ｂ’）」と称す場合がある。）を用いて製造される。
【００５６】
【化９】
0006750393.tif 000010
【００５７】
（上記式中、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８、Ｄ、Ｙ−及びＱは一般式（２Ａ），（２Ｂ）におけると同義であり、その具体例も同様である。）
【００５８】
カチオン性ビニルモノマー（２Ａ’）のアミン形のモノマー及びカチオン性ビニルモノマー（２Ｂ’）の酸Ｑ以外のモノマーとしては、例えば、ジメチルアミノ（メチル、エチル、プロピル又はブチル）アクリレート又はメタクリレート、ジエチルアミノ（メチル、エチル、プロピル又はブチル）アクリレート又はメタクリレート、ジ−ｎ−プロピルアミノ（メチル、エチル、プロピル又はブチル）アクリレート又はメタクリレート、ジイソプロピルアミノ（メチル、エチル、プロピル又はブチル）アクリレート又はメタクリレート、ジ−ｎ−ブチルアミノ（メチル、エチル、プロピル又はブチル）アクリレート又はメタクリレート、ジ−ｓｅｃ−ブチルアミノ（メチル、エチル、プロピル又はブチル）アクリレート又はメタクリレート、ジイソブチルアミノ（メチル、エチル、プロピル又はブチル）アクリレート又はメタクリレート、ジメチルアミノ（メチル、エチル、プロピル又はブチル）アクリルアミド又はメタクリルアミド、ジエチルアミノ（メチル、エチル、プロピル又はブチル）アクリルアミド又はメタクリルアミド、ジ−ｎ−プロピルアミノ（メチル、エチル、プロピル又はブチル）アクリルアミド又はメタクリルアミド、ジイソプロピルアミノ（メチル、エチル、プロピル又はブチル）アクリルアミド又はメタクリルアミド、ジ−ｎ−ブチルアミノ（メチル、エチル、プロピル又はブチル）アクリルアミド又はメタクリルアミド、ジ−ｓｅｃ−ブチルアミノ（メチル、エチル、プロピル又はブチル）アクリルアミド又はメタクリルアミド、ジイソブチルアミノ（メチル、エチル、プロピル又はブチル）アクリルアミド又はメタクリルアミドが挙げられる。カチオン性ビニルモノマー（２Ａ’）、カチオン性ビニルモノマー（２Ｂ’）はこれらのカチオン性ビニルモノマーに酸を付加させたものである。
【００５９】
カチオン性ポリマーＢの製造にあたり、これらのカチオン性ビニルモノマー（２Ａ’），（２Ｂ’）は、１種を単独で用いることができ、また、２種以上を組み合わせて用いることもできる。
【００６０】
本発明で用いるカチオン性ポリマーＢは、上記のカチオン性ビニルモノマー（２Ａ’），（２Ｂ’）のホモポリマーを好適に用いることができるが、このカチオン性ビニルモノマー（２Ａ’），（２Ｂ’）と共重合可能な他のモノマー（以下、「共重合性モノマー」と称す場合がある。）の１種又は２種以上とのコポリマーであってもよい。なお、カチオン性ビニルモノマー（２Ａ’），（２Ｂ’）のホモポリマーとは、２種以上の三級アミン塩単位（２Ａ）及び／又はアミン・酸付加体単位（２Ｂ）が含まれるものを包含するものとする。
【００６１】
カチオン性ポリマーＢがカチオン性ビニルモノマー（２Ａ’），（２Ｂ’）と共重合性モノマーとのコポリマーである場合、使用される共重合性モノマーには特に制限はない。
【００６２】
この共重合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、（メタ）アクリル酸、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のノニオン性ビニルモノマーや、（メタ）アクリル酸を挙げることができる。これらの共重合性モノマーは、１種を単独で用いることができ、また、２種以上を組み合わせて用いることもできる。
【００６３】
本発明において、カチオン性ポリマーＢが上記のコポリマーである場合、コポリマー中の三級アミン塩単位（２Ａ）及び／又はアミン・酸付加体単位（２Ｂ）の割合が過度に少ないと本発明の効果を十分に得ることができない。従って、カチオン性ポリマーＢは、全繰り返し単位中の三級アミン塩単位（２Ａ）及び／又はアミン・酸付加体単位（２Ｂ）の割合が７０〜１００モル％で、共重合性モノマー由来の繰り返し単位が０〜３０モル％であることが好ましく、特に、全繰り返し単位中の三級アミン塩単位（２Ａ）及び／又はアミン・酸付加体単位（２Ｂ）の割合は８０〜１００モル％、とりわけ９０〜１００モル％であることが好ましい。
【００６４】
また、本発明で用いるカチオン性ポリマーＢは、１．０Ｎの硝酸水溶液を溶媒として３０℃で測定した固有粘度が３．０ｄｌ／ｇ以上、特に５．０ｄｌ／ｇ以上であることが好ましい。固有粘度が３．０ｄｌ／ｇ未満であると、凝集力が弱く、汚泥の処理量が低下するおそれがある。なお、分子量が大きくなると、形成されるフロックの緻密性が低下し、フロック強度が低下するため、カチオン性ポリマーＢの固有粘度の上限は通常８．０ｄｌ／ｇ以下である。
【００６５】
また、本発明で用いるカチオン性ポリマーＢのコロイド当量は２．８〜５．０ｍｅｑ／ｇであることが好ましい。
【００６６】
本発明に用いるカチオン性ポリマーＢの製造方法には特に制限はなく、常法である溶液重合、懸濁重合、エマルション重合など、いずれの方法も用いることができる。水溶液重合においては、モノマーを水に溶解し、雰囲気を不活性ガスで置換し、重合温度まで昇温した後、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）二塩酸塩などの水溶性重合開始剤を加えて重合することができる。
【００６７】
［カチオン性ポリマーＡＢ］
本発明においては、上記のカチオン性ポリマーＡとカチオン性ポリマーＢとを併用する代りに、四級アミン塩単位（１）と三級アミン塩単位（２Ａ）及び／又はアミン・酸付加体単位（２Ｂ）とを繰り返し単位として有するカチオン性ポリマーＡＢを用いてもよく、カチオン性ポリマーＡとカチオン性ポリマーＢと共にカチオン性ポリマーＡＢを併用してもよい。
【００６８】
カチオン性ポリマーＡＢは、前述のカチオン性ビニルモノマー（１’）とカチオン性ビニルモノマー（２Ａ’）及び／又はカチオン性ビニルモノマー（２Ｂ’）とを用いてカチオン性ポリマーＡやカチオン性ポリマーＢと同様に製造することができる。その際、カチオン性ポリマーＡ，Ｂと同様に、前述の共重合性モノマーを用いてもよい。
【００６９】
カチオン性ポリマーＡＢは、四級アミン塩単位（１）と三級アミン塩単位（２Ａ）及び／又はアミン・酸付加体単位（２Ｂ）とを繰り返し単位に有することによる効果を有効に得る上で、全繰り返し単位中の四級アミン塩単位（１）の割合が１０〜９０モル％で、三級アミン塩単位（２Ａ）及び／又はアミン・酸付加体単位（２Ｂ）の割合が１０〜９０モル％で、共重合性モノマー由来の繰り返し単位が０〜３０モル％であることが好ましく、全繰り返し単位中の四級アミン塩単位（１）の割合が３０〜７０モル％で、三級アミン塩単位（２Ａ）及び／又はアミン・酸付加体単位（２Ｂ）の割合が３０〜７０モル％であることが好ましい。
【００７０】
また、本発明で用いるカチオン性ポリマーＡＢは、０．１Ｎの塩化ナトリウム水溶液を溶媒として３０℃で測定した固有粘度が３．０ｄｌ／ｇ以上、特に８．０ｄｌ／ｇ以上であることが好ましい。固有粘度が３．０ｄｌ／ｇ未満であると、凝集力が弱く、フロックを形成しないおそれがある。なお、分子量が大きくなると、形成されるフロックの緻密性が低下し、フロック強度が低下するため、カチオン性ポリマーＡＢの固有粘度の上限は通常１２．０ｄｌ／ｇ以下である。
【００７１】
また、本発明で用いるカチオン性ポリマーＡＢのコロイド当量は３．０〜５．５ｍｅｑ／ｇであることが好ましい。
【００７２】
［カチオン性ポリマーＣ］
本発明で用いるカチオン性ポリマーＣは、下記一般式（３）で表されるアミジン単位（以下「アミジン単位（３）」と称す場合がある。）又は下記一般式（４）で表されるアミジン単位（以下「アミジン単位（４）」と称す場合がある。）を繰り返し単位として有するものである。
【００７３】
【化１０】
0006750393.tif 000011
【００７４】
（一般式（３），（４）中、Ｒ１１，Ｒ１２は各々独立に水素原子又はメチル基を表し、Ｘ−は塩形成性アニオンを表す。）
【００７５】
上記一般式（３），（４）において、Ｘ−としては、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、１／２ＳＯ４２−、ＮＯ３−、ＣＨ３ＣＯＯ−、ＣＨ３ＳＯ４−、Ｃ２Ｈ５ＳＯ４−などが挙げられる。
【００７６】
本発明で用いるアミジン単位（３）又はアミジン単位（４）を繰り返し単位として含むカチオン性ポリマーＣ（アミジン単位（３）とアミジン単位（４）の両方を含むものであってもよい。）は、下記一般式（５）で表されるＮ−ビニルカルボン酸アミド又はＮ−イソプロペニルカルボン酸アミドと、下記一般式（６）で表される（メタ）アクリロニトリルと、必要に応じて用いられるこれらと共重合可能なモノマー（以下「共重合性モノマー」と称す場合がある。）を共重合し、得られたコポリマーを加水分解及びアミジン化することによって得ることができる。
【００７７】
【化１１】
0006750393.tif 000012
【００７８】
（ただし、式中、Ｒ１１は水素原子又はメチル基、Ｒ１３は水素原子又は炭素数１〜４のアルキル基である。）
【００７９】
ＣＨ２＝ＣＲ１２−ＣＮ    …（６）
【００８０】
（ただし、式中、Ｒ１２は水素原子又はメチル基である。）
【００８１】
上記のＮ−ビニルカルボン酸アミドとしては、例えば、Ｎ−ビニルホルムアミド、Ｎ−ビニルアセトアミド、Ｎ−ビニルプロピオンアミド、Ｎ−ビニルブチルアミド、Ｎ−ビニルバレルアミドなどを挙げることができる。Ｎ−イソプロペニルカルボン酸アミドとしては、例えば、Ｎ−イソプロペニルホルムアミド、Ｎ−イソプロペニルアセトアミド、Ｎ−イソプロペニルプロピオンアミド、Ｎ−イソプロペニルブチルアミド、Ｎ−イソプロペニルバレルアミドなどを挙げることができる。
【００８２】
必要に応じてＮ−ビニルカルボン酸アミド又はＮ−イソプロペニルカルボン酸アミドの代わりに、Ｎ−ビニルこはく酸イミド、Ｎ−ビニルグルタルイミド、Ｎ−イソプロペニルこはく酸イミド、Ｎ−イソプロペニルグルタルイミドなどのＮ−ビニルカルボン酸イミド又はＮ−イソプロペニルカルボン酸イミドを使用することができる。
【００８３】
共重合性モノマーとしては、適当なモノマー反応性比を有するものであれば制限なく使用することができ、例えば、（メタ）アクリルアミド、スチレン、メチル（メタ）アクリレート、エチル（メタ）アクリレート、酢酸ビニル、Ｎ−ビニルピロリドンなどのノニオン性ビニルモノマー、（メタ）アクリル酸又はそのアルカリ金属塩、ビニルスルホン酸、２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸、スチレンスルホン酸などのスルホン基を有するモノマー又はそのアルカリ金属塩などのアニオン性ビニルモノマー、ジメチルアミノエチル（メタ）アクリレート、ジメチルアミノプロピル（メタ）アクリルアミドなどの３級塩若しくは４級アンモニウム塩などのカチオン性ビニルモノマーなどの１種又は２種以上を挙げることができる。
【００８４】
重合方法には特に制限はなく、使用するモノマー及び生成するポリマーの溶解性などに応じて、溶液重合、懸濁重合、乳化重合などを選ぶことができる。例えば、使用するモノマーも生成するポリマーも水溶性であれば、水溶液重合が可能であり、モノマーを水に溶解し、不活性ガスをバブリングし、所定温度まで昇温した後、水溶性重合開始剤を添加することによってポリマーを得ることができる。水溶液重合により得られたポリマーは、そのまま又は単離した後、加水分解及びアミジン化反応に供することができる。また、使用するモノマーの水への溶解度が小さいときは、懸濁重合、乳化重合などを用いることができる。
【００８５】
懸濁重合においては、水、モノマー、乳化剤、水溶性の重合開始剤及び炭化水素系分散媒などを不活性ガス雰囲気中で撹拌下に加熱することによりポリマーを得ることができる。
【００８６】
重合開始剤としては、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）二塩酸塩など、一般的な開始剤を用いることができるが、アゾ系化合物が特に好ましい。
【００８７】
本発明において、上記のポリマーの水溶液又は懸濁液を酸又はアルカリの存在下に加熱することにより、ポリマー中の酸アミド単位を加水分解してアミン単位とし、さらにアミン単位と隣接するニトリル単位の反応によりアミジン単位（３）及び／又は（４）を生成するアミジン化反応を行う。
アミジン単位（３），（４）は反応するモノマーの異性体によって決定される。なお、この異性体は通常、共存している。
【００８８】
加水分解及びアミジン化反応は２段階で行うことができるが、通常は１段階で行うことが好ましい。ポリマーの構造と目的の加水分解率及びアミジン化率に応じて、反応条件を選択することが可能である。通常は上記のポリマーを５〜８０重量％の水溶液又は懸濁液とし、酸アミド単位に対し１〜５当量倍の酸、又は酸アミド単位に対し１〜５当量倍のアルカリを加え、４０〜１００℃に加熱することにより加水分解及びアミジン化反応を行うことができる。酸による加水分解及びアミジン化反応を行った場合には、得られるカチオン性ポリマーＡのアミノ基はアンモニウム塩を形成する。
【００８９】
なお、前記の共重合性モノマーのうち、（メタ）アクリルアミド類及び（メタ）アクリレート類に由来するポリマー中の構造単位は、加水分解によって一部は（メタ）アクリル酸単位に変化する。
【００９０】
アミジン単位（３），（４）を有するカチオン性ポリマーＣを構成する全繰り返し単位に占めるアミジン単位（３），（４）の割合は、２０〜１００モル％であることが好ましく、５０〜１００モル％であることがさらに好ましい。カチオン性ポリマーＣ中のアミジン単位（３），（４）が少な過ぎるとアミジン単位（３），（４）を含むことによる含水率減少効果が低下する。
【００９１】
アミジン単位（３），（４）を有するカチオン性ポリマーＣは、高分子量であることが好ましく、分子量の指標となる１．０Ｎ塩化ナトリウム水溶液を溶媒として３０℃で測定した固有粘度が１ｄｌ／ｇ以上であることが好ましく、３ｄｌ／ｇ以上であることがさらに好ましい。なお、分子量が高すぎると反応性が悪くなり、高カチオン密度のメリットが活かせないので、固有粘度の上限は通常１０ｄｌ／ｇ以下である。
【００９２】
また、カチオン性ポリマーＣのコロイド当量は、５．０〜６．４ｍｅｑ／ｇ、特に５．５〜６．４ｍｅｑ／ｇであることが好ましい。カチオン性ポリマーＣのコロイド当量がこの範囲であることにより高い凝集性が得られ、好ましい。
【００９３】
本発明において、カチオン性ポリマーＣは、上記アミジン化反応を終了した水溶液のまま又は濃縮若しくは希釈した水溶液として、汚泥脱水剤に使用することができる。或いは、カチオン性ポリマーＣの水溶液又は懸濁液を公知の方法で分離、乾燥して粉末化して使用することができる。
【００９４】
［カチオン性ポリマーＡとカチオン性ポリマーＢとカチオン性ポリマーＣの割合］
本発明の汚泥脱水剤は、カチオン性ポリマーＡとカチオン性ポリマーＢとを含むものであってもよく、更にカチオン性ポリマーＣを含むものであってもよい。
本発明の汚泥脱水剤中のカチオン性ポリマーＡとカチオン性ポリマーＢとカチオン性ポリマーＣとの割合は、これらの合計１００重量％におけるカチオン性ポリマーＡの割合が１０〜９０重量％、カチオン性ポリマーＢの割合が１０〜９０重量％、カチオン性ポリマーＣの割合が０〜２０重量％であることが好ましく、より好ましくはカチオン性ポリマーＡの割合が２０〜８０重量％、カチオン性ポリマーＢの割合が２０〜８０重量％、カチオン性ポリマーＣの割合が０〜２０重量％であるり、特に好ましくはカチオン性ポリマーＡの割合が３０〜８０重量％、カチオン性ポリマーＢの割合が３０〜８０重量％、カチオン性ポリマーＣの割合が０〜１０重量％である。
各ポリマーの割合が上記範囲外であると、これらの２種又は３種のポリマーを組み合わせて用いることによる本発明の効果を十分に得ることができない。
【００９５】
［カチオン性ポリマーＡＢとカチオン性ポリマーＣの割合］
本発明の汚泥脱水剤は、カチオン性ポリマーＡＢのみを含むものであってもよく、更にカチオン性ポリマーＣを含むものであってもよい。
本発明の汚泥脱水剤中のカチオン性ポリマーＡＢとカチオン性ポリマーＣとの割合は、これらの合計１００重量％におけるカチオン性ポリマーＡＢの割合が８０〜１００重量％、カチオン性ポリマーＣの割合が０〜２０重量％であることが好ましく、より好ましくはカチオン性ポリマーＡＢの割合が９０〜１００重量％、カチオン性ポリマーＣの割合が０〜１０重量％である。
各ポリマーの割合が上記範囲外であると、この１種又は２種のポリマーを組み合わせて用いることによる本発明の効果を得ることができない。
【００９６】
［アニオン基を有するポリマー］
上記のカチオン性ポリマーＡとカチオン性ポリマーＢ、或いはカチオン性ポリマーＡＢ、或いはこれらに更にカチオン性ポリマーＣを含有する本発明の汚泥脱水剤（以下、「本発明のカチオン系脱水剤」と称す場合がある。）と共に、アニオン基を有するポリマー（以下、「アニオン基含有ポリマー」と称す場合がある。）を併用して汚泥の脱水処理を行うことで、本発明のカチオン系脱水剤の有効性を高め、より一層良好な脱水効果を得ることができる。
【００９７】
従って、本発明の汚泥脱水剤は更にアニオン基を有するポリマーを含むものであってもよい。
また、本発明のカチオン系脱水剤は、アニオン基を有するポリマーと併用されるものであってもよい。
【００９８】
アニオン基含有ポリマーとしては、（メタ）アクリル酸及び／又は（メタ）アクリル酸ナトリウムを繰り返し単位として含むアニオン性ポリマー又は両性ポリマーが挙げられる。
【００９９】
アニオン性ポリマーとしては、１．０Ｎの塩化ナトリウム水溶液を溶媒として３０℃で測定した固有粘度が１０ｄｌ／ｇ以上で、（メタ）アクリル酸及び／又は（メタ）アクリル酸ナトリウム単位を全繰り返し単位中に５モル％以上含有するものであることが重要である。固有粘度が１０ｄｌ／ｇ以上であるとより強固な凝集フロックを得ることができ、アニオン性ポリマーを併用する効果を十分に得ることができる。アニオン性ポリマーの固有粘度は１２ｄｌ／ｇ以上であることが好ましい。また、全繰り返し単位中の（メタ）アクリル酸及び／又は（メタ）アクリル酸ナトリウム単位の含有量が５モル％未満では、アニオン基による本発明のカチオン系脱水剤との静電的作用により、凝集フロックを強固にする作用が得られなくなる。（メタ）アクリル酸及び／又は（メタ）アクリル酸ナトリウム単位の含有量の上限は特になく、汚泥の凝集状態をみて最適比率のものを用いればよいが、２０〜１００モル％程度であることが好ましい。
また、アニオン性ポリマーのｐＨ１０でのアニオンコロイド当量は０．７〜１０．６ｍｅｑ／ｇであることが好ましい。
【０１００】
アニオン性ポリマーであるアニオン基含有ポリマーは、（メタ）アクリル酸及び／又は（メタ）アクリル酸ナトリウム以外にこれらと共重合可能なノニオン性モノマーやアニオン性モノマーに基づく単位を有していてもよく、このうち、共重合可能なノニオン性モノマーとしては、例えばアクリルアミド、メタアクリルアミド、Ｎ−メチルアクリルアミド、Ｎ−エチルアクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミド、Ｎ−イソプロピルアクリルアミド、Ｎ-メチロールアクリルアミド、ダイアセトンアクリルアミド等の水溶性のＮ置換低級アルキルアクリルアミド等が挙げられる。好ましくは（メタ）アクリルアミドである。これらのノニオン性モノマーは、１種または２種以上を用いることができる。また、共重合可能なアニオン性モノマーとしては、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、ビニル硫酸などが挙げられる。これらのアニオン性モノマーは、１種または２種以上を用いることができる。
【０１０１】
両性ポリマーであるアニオン基含有ポリマーとしては、１．０Ｎの硝酸水溶液を溶媒として３０℃で測定した固有粘度が４ｄｌ／ｇ以上で、（メタ）アクリル酸及び／又は（メタ）アクリル酸ナトリウム単位を全繰り返し単位中に５モル％以上有するものであることが重要である。固有粘度が４ｄｌ／ｇ以上であるとより強固な凝集フロックを得ることができる。両性ポリマーの固有粘度は６ｄｌ／ｇ以上であることが好ましい。また、全繰り返し単位中の（メタ）アクリル酸及び／又は（メタ）アクリル酸ナトリウム単位の含有量が５モル％未満ではアニオン基による本発明のカチオン系脱水剤との静電的作用により、凝集フロックを強固にする作用が得られなくなる。（メタ）アクリル酸及び／又は（メタ）アクリル酸ナトリウム単位の含有量の上限は特になく、汚泥の凝集状態をみて最適比率のものを用いればよいが、５〜６０モル％程度であることが好ましい。
また、両性ポリマーのｐＨ３でのカチオンコロイド当量は１．５〜３．５ｍｅｑ／ｇであることが好ましい。
【０１０２】
両性ポリマーには、（メタ）アクリル酸及び／又は（メタ）アクリル酸ナトリウム単位以外に、カチオン性モノマー単位と必要に応じてノニオン性モノマー単位が含まれる。
【０１０３】
両性ポリマーに含まれるカチオン性モノマー単位のカチオン性モノマーとしては、例えば、アクリル酸ジエチルアミノエチル及びメタクリル酸ジエチルアミノエチルのようなアクリル酸ジアルキルアミノアルキル及びメタクリル酸ジアルキルアミノアルキル、及びそれらの４級塩又は酸塩（例えば、アクリル酸ジメチルアミノエチル塩化メチル４級塩、アクリル酸ジメチルアミノエチル塩化ベンジル４級塩、アクリル酸ジメチルアミノエチル塩酸塩、メタクリル酸ジメチルアミノエチル塩化メチル４級塩、メタクリル酸ジメチルアミノエチル塩化ベンジル４級塩、メタクリル酸ジメチルアミノエチル塩酸塩などがあるが、それらに限られない。）、塩化アクリルアミドプロピルトリメチルアンモニウム、ジメチルアミノプロピルアクリルアミド塩酸塩、塩化メタクリルアミドプロピルトリメチルアンモニウム、ジメチルアミノプロピルメタクリルアミド塩酸塩のようなジアルキルアミノアルキルアクリルアミド又はジアルキルアミノアルキルメタクリルアミド、及びそれらの４級塩及び酸塩が含まれる。カチオン性モノマーは、これらの１種又は２種以上を用いることができる。
【０１０４】
両性ポリマーに含まれるノニオン性モノマー単位のノニオン性モノマーとしては、アクリルアミド、メタアクリルアミド、Ｎ−メチルアクリルアミド、Ｎ−エチルアクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミド、Ｎ−イソプロピルアクリルアミド、Ｎ-メチロールアクリルアミド、ダイアセトンアクリルアミド等の水溶性であるＮ置換低級アルキルアクリルアミド等が挙げられる。また、メタクリロニトリル、アクリロニトリル、アルキルアクリレート、ヒドロキシアクリレート、酢酸ビニル等であっても良く、ノニオン性モノマーはこれらの１種または２種以上を用いることができる。
【０１０５】
アニオン基含有ポリマーとしては、上記のアニオン性ポリマーの１種又は２種以上を用いてもよく、両性ポリマーの１種又は２種以上を用いてもよく、アニオン性ポリマーの１種又は２種以上と両性ポリマーの１種又は２種以上を併用してもよい。
【０１０６】
このようなアニオン性ポリマー及び／又は両性ポリマーであるアニオン基含有ポリマーを併用する場合、アニオン基含有ポリマーは、カチオン性ポリマーＡ及びカチオン性ポリマーＢ或いはカチオン性ポリマーＡＢと、必要に応じて用いられるカチオン性ポリマーＣとの合計１００重量部に対して５〜８０重量部、特に１０〜５０重量部用いることが好ましい。アニオン基含有ポリマーの使用量が上記下限よりも少ないと、アニオン基含有ポリマーを併用することによる脱水作用の向上効果を十分に得ることができず、上記上限を超えると凝集フロック強度が大きく低下する傾向がある。
【０１０７】
従って、本発明の汚泥脱水剤が、カチオン性ポリマーＡ及びカチオン性ポリマーＢ或いはカチオン性ポリマーＡＢと、必要に応じて用いられるカチオン性ポリマーＣと、更にアニオン基含有ポリマーを含む場合、本発明の汚泥脱水剤は、アニオン基含有ポリマーを、カチオン性ポリマーＡ及びカチオン性ポリマーＢ或いはカチオン性ポリマーＡＢと、必要に応じて用いられるカチオン性ポリマーＣの合計１００重量部に対して５〜８０重量部、特に１０〜５０重量部含有することが好ましい。
【０１０８】
［汚泥脱水剤の形態］
本発明の汚泥脱水剤は、上述のカチオン性ポリマーＡとカチオン性ポリマーＢとを含むものであればよく、カチオン性ポリマーＡとカチオン性ポリマーＢとが別々に提供されるものであっても、これらが予め混合されて一剤化されたものであってもよい。
本発明の汚泥脱水剤が更にカチオン性ポリマーＣを含む場合においても、それぞれのカチオン性ポリマーが別々に提供されるものであってもよく、これらのうちの２種以上が予め混合されて一剤化されたものであってもよい。
カチオン性ポリマーＡＢとカチオン性ポリマーＣとを含む汚泥脱水剤についても同様である。
【０１０９】
本発明の汚泥脱水剤が更にアニオン基含有ポリマーを含む場合においても、それぞれのポリマーが別々に提供されるものであってもよく、これらのうちの２種以上が予め混合されて一剤化されたものであってもよい。
【０１１０】
２種以上のポリマーを用いる場合、これらが予め所定の割合で混合されて一剤化されたものであれば、汚泥への脱水剤の添加制御が簡略化される場合がある。
例えば、カチオン性ポリマーＡとカチオン性ポリマーＢと必要に応じて用いられるカチオン性ポリマーＣ及び／又はアニオン基含有ポリマーとを粉末状態で所定の配合に混合した粉末組成物として製剤化し、使用する場合は０．１〜０．５重量％程度の水溶液として汚泥に添加することができる。
【０１１１】
［脱水方法］
本発明の汚泥脱水剤を汚泥に添加して脱水するには、本発明のカチオン系脱水剤を単独で用いる場合、本発明のカチオン系脱水剤を汚泥に添加して２０秒〜５分程度混合した後、脱水機に投入して脱水すれば良い。
本発明のカチオン系脱水剤とアニオン基含有ポリマーとを併用する場合は、（１）本発明のカチオン系脱水剤をまず汚泥に添加し撹拌後にアニオン基含有ポリマーを添加して凝集、脱水する、（２）本発明のカチオン系脱水剤とアニオン基含有ポリマーを同時に添加して凝集、脱水する、（３）本発明のカチオン系脱水剤とアニオン基含有ポリマーを予め混合して１液として汚泥に添加して凝集、脱水する、（４）アニオン基含有ポリマーをまず汚泥に添加し撹拌後に本発明のカチオン系脱水剤を添加して凝集、脱水する、など必要に応じて選ぶことができ、これらに限定されるものではない。
【０１１２】
汚泥脱水剤と汚泥との混合は、移送配管内で行ってもよく、別途設けた凝集反応槽で行ってもよい。また、遠心脱水機のように混合機構を有する脱水機であれば、脱水前の混合工程を省略することができる。
【０１１３】
汚泥への汚泥脱水剤の添加量としては、十分な凝集効果で高い脱水性が得られる程度であれば良く、汚泥性状や用いるポリマーの種類、無機凝集剤の併用の有無などによって適宜決定されるが、通常、ＳＳ０．４〜４．０重量％程度の汚泥に対してカチオン性ポリマーＡ及びカチオン性ポリマーＢ或いはカチオン性ポリマーＡＢと、必要に応じて用いられるカチオン性ポリマーＣとの合計の添加量が２０〜１６００ｍｇ／Ｌ、特に６０〜１２００ｍｇ／Ｌ程度、すなわち、汚泥のＳＳに対して０．５〜４．０重量％、特に１．５〜３．０重量％程度となるような添加量とすることが好ましい。
【０１１４】
また、アニオン基含有ポリマーは、前述の通り、カチオン性ポリマーＡ及びカチオン性ポリマーＢ或いはカチオン性ポリマーＡＢと、必要に応じて用いられるカチオン性ポリマーＣとの合計１００重量部に対して５〜８０重量部、特に１０〜５０重量部となるように、例えば、汚泥に対して５〜８００ｍｇ／Ｌ、特に１０〜５００ｍｇ／Ｌ程度となるような添加量とすることが好ましい。
【０１１５】
前述の通り、なお、カチオン性ポリマーＡとカチオン性ポリマーＢと必要に応じて用いられるカチオン性ポリマーＣ及び／又はアニオン基含有ポリマーとは汚泥に対して同時に添加してもよく、予め混合して添加してもよく、別々に添加してもよい。カチオン性ポリマーＡＢとカチオン性ポリマーＣ及び／又はアニオン基含有ポリマーについても同様である。
【０１１６】
ただし、カチオン性ポリマーＡとカチオン性ポリマーＢと必要に応じて用いられるカチオン性ポリマーＣ、或いはカチオン性ポリマーＡＢと必要に応じて用いられるカチオン性ポリマーＣよりなる本発明のカチオン系脱水剤に、更にアニオン基含有ポリマーを併用することによる効果をより有効に得る上で、汚泥にカチオン系脱水剤を添加した後アニオン基含有ポリマーを添加して脱水処理することが好ましい。これは、通常、汚泥はアニオン性であるため、アニオン性の汚泥に本発明のカチオン系脱水剤を添加することで良好な凝集汚泥が得られ、これに更にアニオン基含有ポリマーを添加することで、更に強固な凝集フロックを形成することができるためである。従って、塗料汚泥等のようにアニオン度の低い汚泥の場合は、アニオン基含有ポリマーを添加した後本発明のカチオン系脱水剤を添加するのがよい場合もある。
【０１１７】
凝集反応槽としては、撹拌羽のついた縦型の一般的な凝集反応槽を用いることができ、特別な反応装置は必要としない。また、適用できる脱水機にも特に制限はなく、多重円盤脱水機、スクリュープレス脱水機、回転加圧（ロータリー）脱水機、フィルタープレス脱水機、ベルトプレス脱水機、遠心脱水機等、様々な脱水機を適用することができるが、本発明の汚泥脱水剤を用いる汚泥脱水方法では、特にフロック強度が強く、濾水性に優れたフロックを形成することができることから、金属メッシュ、金属スリットあるいはワイヤーからなる濾過ゾーンと圧密圧搾工程を有する脱水機である多重円盤脱水機、スクリュープレス脱水機、回転加圧脱水機が好適に用いられる。
【０１１８】
本発明によれば、このような脱水処理により、従来の汚泥脱水剤及び汚泥脱水方法に比較して低含水率の脱水ケーキを得ることができる。得られた脱水ケーキは焼却処分又は埋め立て処分などに供される。
【０１１９】
なお、本発明で脱水処理する汚泥には特に制限はなく、例えば下水、し尿、一般産業排水処理などで発生する有機性汚泥や食品工場、水産加工工場、食肉加工工場、畜産業等から排出される余剰汚泥、或いはこれらの汚泥を含む混合汚泥が挙げられるが、本発明はその優れた脱水性向上効果から、難脱水性の余剰汚泥や消化汚泥の脱水処理に有効に使用される。
【実施例】
【０１２０】
以下に、実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。以下において、「％」は「重量％」を意味する。
【０１２１】
［ポリマー］
以下の実施例及び比較例で用いたポリマーは次の通りである。
【０１２２】
【表１】
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【０１２３】
［汚泥性状］
以下の実施例及び比較例において、脱水試験に供した各工場の余剰汚泥の性状は下記表２〜５に示す通りである。
【０１２４】
【表２】
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【０１２５】
【表３】
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【０１２６】
【表４】
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【０１２７】
【表５】
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【０１２８】
［試験方法］
以下の実施例及び比較例における脱水試験は以下の方法で行った。
【０１２９】
余剰汚泥２００ｍＬを３００ｍＬ容のビーカーに採取し、各種脱水剤を添加し、１８０ｒｐｍで３０秒反応させて凝集させた。
次いで、ブフナーロートに直径５０ｍｍの筒をセットし、ここに凝集させた汚泥を一気に投入し、２０秒後の濾液量を測定した。また、濾取された凝集物のフロック径と濾液へのＳＳのリーク量（ＳＶ：Ｓｌｕｄｇｅ  Ｖｏｌｕｍｅ）を測定した。濾液量は多い程、フロック径は大きい程、ＳＶは少ない程好ましい。
また、以下の方法で脱水ケーキの含水率の測定を行った。
【０１３０】
<ケーキ含水率>
濾過後のブフナーロート上の凝集物を、直径３０ｍｍ、高さ１７．５ｍｍのカラムに詰め、０．１ＭＰａで６０秒圧搾して脱水ケーキを得た。この脱水ケーキの含水率を測定した。
【０１３１】
［実施例１〜４、比較例１〜４］
下記表６に示す脱水剤をそれぞれ用い、食品工場の余剰汚泥IIIに有効成分（ポリマー）として１５０ｍｇ／Ｌ（汚泥のＳＳに対して１．２重量％）添加して、前述の脱水試験を行い、結果を表７に示した。
なお、脱水剤は、いずれも０．２重量％水溶液として添加した。
【０１３２】
【表６】
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【０１３３】
【表７】
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【０１３４】
［実施例５〜９、比較例５〜７］
下記表８に示す脱水剤をそれぞれ用い、化学工場の余剰汚泥IIに、カチオン系脱水剤を有効成分（ポリマー）として５００ｍｇ／Ｌ、アニオン基含有ポリマーを有効成分（ポリマー）として２５０ｍｇ／Ｌ添加して（ただし、実施例８，９ではアニオン基含有ポリマーを添加せず）、前述の脱水試験を行い、結果を表９に示した。
なお、脱水剤は、いずれも０．２重量％水溶液として添加した。
【０１３５】
【表８】
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【０１３６】
【表９】
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【０１３７】
［実施例１０，１１、比較例８〜１６］
下記表１０に示す脱水剤をそれぞれ用い、有効成分（ポリマー）として表１１に示す量となるように食品工場の余剰汚泥Ｉに添加して、前述の脱水試験を行い、結果を表１１に示した。
なお、脱水剤は、いずれも０．２重量％水溶液として添加した。
【０１３８】
【表１０】
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【０１３９】
【表１１】
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【０１４０】
［実施例１２〜１６、比較例１７〜２１］
下記表１２に示す脱水剤をそれぞれ用い、食品工場の余剰汚泥IVにカチオン系脱水剤を有効成分（ポリマー）として１００ｍｇ／Ｌ、アニオン基含有ポリマーを有効成分（ポリマー）として３０ｍｇ／Ｌ添加して（ただし、実施例１６と比較例１７ではアニオン基含有ポリマーを添加せず）、前述の脱水試験を行い、結果を表１３に示した。
なお、脱水剤は、いずれも０．２重量％水溶液として添加した。
【０１４１】
【表１２】
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【０１４２】
【表１３】
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【０１４３】
［結果のまとめ］
実施例及び比較例の結果を以下にまとめる。
【０１４４】
余剰汚泥IIIの脱水処理において、本発明処理の実施例１〜４に対し、カチオン性ポリマーの配合組合せが本発明の範囲外の比較例１，４では、濾水量、ＳＳリーク、ケーキ含水率とも劣る結果となった。また、比較例２，３では、カチオン性ポリマーの配合比率が本発明の範囲外となるため、これらの結果が劣るものとなる。
【０１４５】
余剰汚泥IIの脱水処理でアニオン基含有ポリマー不使用の実施例８，９に対して、アニオン基含有ポリマーを併用した実施例５〜７は更に良好な結果が得られた。アニオン基含有ポリマーを使用してもカチオン性ポリマーの配合組合せが本発明の範囲外の比較例５〜７では、濾水量、ＳＳリーク、ケーキ含水率とも劣る結果となった。
【０１４６】
余剰汚泥Ｉの脱水処理において、本発明のカチオン性ポリマーによる実施例１０，１１に対し、本発明の範囲外のカチオン性ポリマーを用いた比較例８〜１６では、濾水量、ＳＳリーク、ケーキ含水率の評価で総合的に劣る結果となった。
【０１４７】
余剰汚泥IVの脱水処理で、アニオン基含有ポリマー不使用の実施例１６に対して、アニオン基含有ポリマーを併用した実施例１２〜１５は更に良好な結果が得られた。アニオン性ポリマーを使用しても本発明の範囲外のカチオン性ポリマーを用いた比較例２０，２１では、濾水量、ＳＳリークが劣る結果となった。比較例１８，１９は、アニオン基含有ポリマーを使用していても、カチオン系脱水剤のカチオン性ポリマーの配合比率が本発明の範囲外であるため、濾水量、ＳＳリークが劣る結果となった。比較例１７は、アニオン基含有ポリマー不使用で、カチオン系脱水剤のカチオン性ポリマーの配合組成も本発明の範囲外であるため、濾水量が非常に少ない。