(57)【要約】【課題】廃水処理施設より生じる汚泥、特に余剰汚泥或いは無機凝集剤を用いて凝集処理をした汚泥が混合された製紙工業等の汚泥に対し、添加量を増やさず大きなフロックを形成させることができる高分子凝集剤を提供する。【解決手段】本発明は、ノニオン性又はアニオン性高分子凝集剤と、該ノニオン性又はアニオン性高分子凝集剤と同量以上の両性高分子凝集剤とを含有し、ノニオン性又はアニオン性高分子凝集剤中のアニオン構成単位が２０モル％以下であることを特徴とする高分子凝集剤である。本発明のノニオン性又はアニオン性高分子凝集剤はアクリルアミド系モノマー単位と、アニオン構成単位としてカルボキシル基又はそのアルカリ金属塩を有するビニル化合物とからなることが好ましい。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノニオン性又はアニオン性高分子凝集剤と、該ノニオン性又はアニオン性高分子凝集剤と同量以上の両性高分子凝集剤とを含有し、前記ノニオン性又はアニオン性高分子凝集剤中のアニオン構成単位が２０モル％以下であることを特徴とする高分子凝集剤。
【請求項２】
前記ノニオン性又はアニオン性高分子凝集剤がアクリルアミド系モノマー単位と、アニオン構成単位としてカルボキシル基又はそのアルカリ金属塩を有するビニル化合物とからなることを特徴とする請求項１に記載の高分子凝集剤。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は下水処理場あるいは製紙工業、食品工業等の廃水処理施設より生じる汚泥の脱水処理に用いる高分子凝集剤に関する。
【０００２】
【従来の技術】
下水処理場、製紙工業、食品工業等では、沈降分離、生物処理等の方法により廃水の浄化処理を行っている。この処理の際に発生する汚泥は一般にスクリュウデカンター、ベルトプレス等で脱水処理した後に、焼却処分をしている。
汚泥の脱水処理を効率的に行う目的で、汚泥に高分子凝集剤を添加し混合して汚泥粒子をフロック化する方法が広く用いられている。この際、高分子凝集剤は水溶液の形態で使用するため、高分子凝集剤の水溶解性が高いことが必要である。
汚泥に対し良好で安定した脱水処理を行う為には、第一に大きなフロックを形成して、汚泥粒子と水を容易に分離させることが重要である。
しかし、例えば下水処理場の場合は近年の水処理の高度化、汚泥の集中処理等による腐敗、合流処理から分流式への変化により、また製紙工業等の産業廃水の場合は生産品目の変動にともなう汚泥の質の大きな変化により、汚泥に安定したフロックを形成させることが困難となっている。
【０００３】
かかる状況のなかで、大きく、安定したフロックを形成させ、良好な脱水処理を実現する目的で様々な種類の高分子凝集剤が上市され、その数は数十品目以上に達している。
例えば、高分子凝集剤の分子量を高くすると、形成されるフロックは大きくなる。
また、高分子凝集剤の組成あるいは構造を変えることにより大きなフロックを形成させる試みがなされている。
高分子凝集剤としてアニオン性凝集剤とカチオン性凝集剤の混合物を用いると、フロックは粗大になる（例えば、特許文献１参照。）。
３級カチオン原料、アクリル酸、アクリルアミドの共重合物を用いた高分子凝集剤を用いる方法もある（例えば、特許文献２参照。）。
アクリレート系カチオン性高分子凝集剤と両性高分子凝集剤の混合物を用いると、アニオン荷電を有したコロイド物質を比較的多く含有する下水汚泥等の凝集に有効である（例えば、特許文献３参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開昭５８−２１５４５４号公報
【特許文献２】
特開昭６２−２０５１１２号公報
【特許文献３】
特開平０２−３１８９９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、高分子凝集剤の分子量を高くすると、汚泥と凝集剤の反応性が低下することによりフロックの粘性が増加し、脱水効率がむしろ低下することが多々ある。また特許文献１に記載の発明では、凝集剤の水溶解性が低いことにより凝集剤の使用量が標準の数倍以上まで増加し、経済的でない。特許文献２に記載の発明では、汚泥の質が変動すると安定したフロックを形成することが困難になる。特許文献３に記載の発明では、カチオン性物質である無機凝集剤を用いて凝集処理をした汚泥及びその他製造工程で添加される種々薬品が混合された製紙工業等の汚泥において大きなフロックを形成しづらい。
上記のように、高分子凝集剤の水溶解性を良好に保ち、かつ安定で大きなフロックを形成させることは困難であった。
【０００６】
本発明は前記課題を解決するためになされたもので、汚泥に対する凝集剤添加率を増加させることなく、特に余剰汚泥、或いは無機凝集剤を用いて凝集処理をした汚泥等が混合された製紙工業等の汚泥に対し、安定で大きなフロックを形成させることができる高分子凝集剤を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、高分子凝集剤水溶液において種々イオン性の高分子凝集剤を特定の比率で混在させることにより相乗効果を発揮させ、安定で大きなフロックを形成させることが可能になることを見出した。
すなわち本発明の高分子凝集剤は、ノニオン性又はアニオン性高分子凝集剤と、該ノニオン性又はアニオン性高分子凝集剤と同量以上の両性高分子凝集剤とを含有し、前記ノニオン性又はアニオン性高分子凝集剤中のアニオン構成単位が２０モル％以下であることを特徴とする。
前記ノニオン性又はアニオン性高分子凝集剤は、アクリルアミド系モノマー単位と、アニオン構成単位としてカルボキシル基又はそのアルカリ金属塩を有するビニル化合物とからなることが好ましい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の高分子凝集剤は、ノニオン性又はアニオン性高分子凝集剤と、両性高分子凝集剤とを含有する。
ノニオン性又はアニオン性高分子凝集剤としては、アクリルアミド系組成物を用いる。アクリルアミド系組成物は、アクリルアミドモノマーあるいはアクリルアミドの同時加水分解物と、アクリルアミドモノマーと共重合しうる重合性モノマーとの混合物を重合させて重合体を得ることにより製造されうる。ノニオン性高分子凝集剤とはアニオン構成単位が２モル％以下のものである。
アクリルアミドモノマーの濃度は１０〜３５質量％であり、好ましくは２０〜３０質量％である。重合方法は、沈殿重合、塊状重合、分散重合、水溶液重合等が挙げられるが、特に限定されるものではない。
前記ノニオン性又はアニオン性高分子凝集剤の分子量は数百万以上で広く高分子凝集剤として用いられているものであり、特に限定されるものではない。
【０００９】
本発明において用いられるノニオン性又はアニオン性高分子凝集剤は、アクリルアミド系モノマーと、アニオン構成単位とからなる。前記アニオン構成単位としては、カルボキシル基、スルホン酸基等を有する重合性モノマーが挙げられるが、特にカルボキシル基またはそのアルカリ金属塩を有するビニル化合物が好ましい。前記アニオン構成単位としては、例えばアクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸等が挙げられ、中でもアクリル酸の使用が好ましい。また、これらの１種もしくは２種以上を使用することができる。
本発明においては、ノニオン性又はアニオン性高分子凝集剤中のアニオン構成単位は２０モル％以下である。２０モル％より高いと両性高分子凝集剤との混合物が溶解不良となり好ましくない。
【００１０】
本発明において用いられる両性高分子凝集剤とは、分子内にアニオン性基としてカルボキシル基、スルホン酸基を有し、カチオン性基として第三級アミン、その中和塩、四級塩等を有する高分子凝集剤をいい、これらのイオン成分の他にノニオン性成分が含まれているものであってもよい。
両性高分子凝集剤に用いられるカチオン性モノマー単位としては、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、ジメチルアミノプロピル（メタ）アクリルアミド、ジエチルアミノプロピル（メタ）アクリルアミド、アリルジメチルアミンもしくはこれらの中和塩、四級塩等が挙げられ、またノニオン性のモノマー単位としては（メタ）アクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチル（メタ）アクリルアミド等を挙げることができる。重合方法は、沈殿重合、塊状重合や、分散重合、水溶液重合等が挙げられるが、特に限定されるものではない。
両性高分子凝集剤の分子量は数百万以上で広く高分子凝集剤として用いられているものであり、特に限定されるものではない。
【００１１】
本発明におけるノニオン性又はアニオン性高分子凝集剤と両性高分子凝集剤との混合比率は、ノニオン性又はアニオン性高分子凝集剤に対して両性高分子凝集剤が同量以上である。さらに、ノニオン性又はアニオン性高分子凝集剤対両性高分子凝集剤が、質量比で１対９９から５０対５０であることが好ましい。
また高分子凝集剤の他に、水溶解性を向上させるために固体酸を加えても構わない。固体酸としてはスルファミン酸、酸性亜硫酸ソーダ等が挙げられる。
【００１２】
一般的に、アニオン性高分子凝集剤と両性高分子凝集剤を混合すると不溶化し凝集効果をなくしてしまうが、本発明の高分子凝集剤によれば、良好な水溶性を長期にわたって維持し、凝集効果を発揮することができる。本発明の高分子凝集剤により汚泥に形成したフロックは、強度が高く安定であり、フロック形成後のろ過性能に優れている。
したがって本発明の高分子凝集剤は、汚泥に対し効果的な脱水処理を可能にする。
【００１３】
本発明の高分子凝集剤は、下水処理場あるいは製紙工業、食品工業等の廃水処理施設より生じる汚泥の脱水処理に好適である。
【００１４】
【実施例】
以下、本発明を実施例および比較例によってさらに詳細に説明するが、これらは本発明を何ら限定するものではない。
実施例および比較例において、高分子凝集剤の水溶解性は、高分子凝集剤０．５％水溶液を目視にて観察し、イクラ状の不溶物を観察することにより評価した。水溶解性は○、△、×で示し、○は不溶物なし、△は数個以内の不溶物あり、×は１０個以上の不溶物ありとした。
高分子凝集剤の粘度は、高分子凝集剤０．５％水溶液の粘度を２５℃に保持しブルックフィールド粘度計（ローター回転数６ｒｐｍ、ローターＮｏ．２）にて測定することにより評価した。なお、得られた指示値を粘度計の補正式に従い計算し、高分子凝集剤の溶液粘度（単位ｍＰａ・ｓ）とした。
【００１５】
（実施例１〜４）
ノニオン性又はアニオン性高分子凝集剤として表１に記載のＮ１、Ａ１、Ａ２を用い、両性高分子凝集剤として表１に記載のＲ１、Ｒ２を用いて、表２に記載のように調製した試料の水溶解性を評価した。結果を表２に示す。実施例１ないし４の何れの試料も良好に溶解した。また溶解液を長期間保存しておいても溶解液の粘性低下或いは不溶化をきたすことがなく、すなわち溶解液の経時安定性が優れていた。
（実施例５）
アニオン性高分子凝集剤として、アニオン構成単位が２０モル％である表１に記載のＡ３を用いた。結果を表２に示す。両性高分子凝集剤と混合した際の水溶解性が若干低下したが、使用上は特に問題がなかった。
【００１６】
【表１】
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【００１７】
【表２】
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【００１８】
（実施例６〜８）
アニオン性高分子凝集剤として表１に記載のＡ２を用い、両性高分子凝集剤Ｒ２に対し表２に記載の比率で混合して、混合物の水溶解性を評価した。その結果、混合物は何れの混合比率においても良好に溶解し、溶解液の経時安定性も優れていた。
【００１９】
（比較例１、２）
アニオン性高分子凝集剤として、アニオン構成単位が２５モル％である表１に記載のＡ４を用いると、両性高分子凝集剤と混合した際に水溶解性が不良となった。また、スルファミン酸を加えても溶解しなかった。
【００２０】
（比較例３）
アニオン性高分子凝集剤の混合比率を両性高分子凝集剤より多くすると水溶解性が不良となった。
【００２１】
（実施例９）
製紙工場の汚泥を用い、次のように凝集試験を実施した。
前記汚泥を５００ｍｌのビーカーに３００ｍｌ採取した中に、０．３％に溶解した高分子凝集剤水溶液を表３に記載の濃度になるよう添加した後、スパチュラで３０秒間攪拌混合してフロックを形成させた。
フロックを形成させた後に攪拌を止め、フロック粒径を目視により測定した。その後、凝集した汚泥をろ布を敷いたヌッチェに移し、ろ過性能（１０秒間のろ液量）を測定した。試験結果を表３に示す。
実施例２の組成の高分子凝集剤を用いた結果、粗大なフロックを生成させることができ、しかもろ過性に優れた結果が得られた。
（比較例４、５）
表１に記載のＲ２、Ｋ３をそれぞれ用い、実施例９と同じ方法で凝集試験を実施した。結果を表３に示す。実施例９よりもフロックが小さく、ろ過性能も劣っていた。
（比較例６、７）
Ａ１／Ｋ３の混合液及びＲ２／Ｋ３の混合液を用い、実施例９と同じ方法で凝集試験を実施した。結果を表３に示す。実施例９よりもフロックが小さく、ろ過性能も劣っていた。
【００２２】
【表３】
2004344748.tif 000004
【００２３】
（実施例１０〜１３）
食品の余剰汚泥を用い、次のように脱水試験を実施した。
実施例９と同様の方法で前記汚泥にフロックを形成させた。その後、実施例９と同様にフロック粒径およびろ過性能を測定した。
さらに、ろ過濃縮した汚泥をろ布上で３０回転がしてフロックの強度（団粒性）を評価した。フロックの強度は◎、○、△、×で示した。
◎：濾布上で転がすことにより水が切れ、凝集汚泥が数個の団子状になる
○：濾布上で転がすことにより水が切れ、凝集汚泥が一塊状になる
△：濾布上で転がすことにより水が切れるが、凝集汚泥が崩れ塊状にならない
×：濾布上で転がすことにより、凝集汚泥が崩れ流れ、ドロドロになる
その後０．１ＭＰａの圧力でプレス脱水し、脱水ケーキの含水率を求めた。
試験結果を表４に示す。
実施例１、２、３、４の混合比率の高分子凝集剤を用いた結果、粗大なフロックを生成させることができた。しかもろ過性に優れるとともに、生成フロックの強度に優れ、脱水ケーキの含水率の低い結果が得られた。
【００２４】
（比較例８〜１０）
Ｋ３、Ｒ２及びＡ１／Ｋ３混合品を用い実施例１０と同じ方法で脱水試験を実施したが、フロックが小さく、ろ過性能が低く、脱水ケーキの含水率が高かった。
【００２５】
（比較例１１）
アニオン性高分子凝集剤として、アニオン構成単位が２５モル％である表１に記載のＡ４を用いて、実施例１０と同じ方法で脱水試験を実施した。その結果、フロックが小さく、ろ過性能が低く、脱水ケーキの含水率が高かった。
【００２６】
【表４】
2004344748.tif 000005
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の高分子凝集剤を用いることにより、良好な水溶解性を保持しながら、従来の高分子凝集剤では効果的な脱水処理が困難であった余剰汚泥等に大きく強いフロックを形成させて、脱水ケーキの含水率が低い処理を可能にすることができた。