(57)【要約】【課題】  パルプ繊維、特に古紙の解繊パルプを原料として用い、下水汚泥、動物糞尿、各種産業廃棄物汚泥などの含水廃棄物を脱水処理する際の脱水助剤として有用な高活性セルロースファイバーを提供する。【解決手段】  機械的剪断によりメカノケミカル活性が付与された径１０〜３０μｍ、長さ５００〜１０００μｍの微細パルプ繊維からなる高活性セルロースファイバーであって、パルプ繊維を水中に分散させた状態で、該パルプ繊維の全質量の少なくとも５０質量％が径１０〜３０μｍ、長さ５００〜１０００μｍのサイズに微細化するまで撹拌又は摩砕処理することにより製造する。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械的剪断によりメカノケミカル活性が付与された径１０〜３０μｍ、長さ５００〜１０００μｍの微細パルプ繊維からなる高活性セルロースファイバー。
【請求項２】
パルプ繊維を水中に分散させた状態で、該パルプ繊維の全質量の少なくとも５０質量％が径１０〜３０μｍ、長さ５００〜１０００μｍのサイズに微細化するまで撹拌又は摩砕処理することを特徴とする高活性セルロースファイバーの製造方法。
【請求項３】
パルプ繊維が製紙用パルプ又は古紙パルプに由来するものである請求項２記載の高活性セルロースファイバーの製造方法。
【請求項４】
請求項１の高活性セルロースファイバーを主成分とする脱水助剤。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、産業排水や家庭排水中の固形分、汚泥などを脱水処理する際の、脱水助剤として有用な高活性セルロースファイバー、その製造方法及びそれを主成分とする脱水助剤に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
これまで、古紙を用いて、産業排水や家庭排水の処理汚泥を脱水する方法、例えば再生紙利用価値の高い低級古紙、色物古紙を粒径０．２５〜１ｍｍ程度に粉砕し、汚泥固形分当り１０〜５０質量％の割合で添加し、ベルトプレスやスクリュープレスを用いて圧搾圧力０．０５〜０．３０ＭＰａで脱水する方法はよく知られている（非特許文献１、２参照）。
しかしながら、この方法では、古紙を多量に用いなければならない上に、得られる脱水ケーキの含水率を７０％以下にすることは非常に困難である。
【０００３】
そのほか、これまでに汚泥に凝集剤と古紙粉砕物とを混和して凝集汚泥とし、この凝集汚泥を重力脱水部と加圧脱水部との間を循環走行するろ布を備えたベルトプレス型脱水機に供給して脱水する際に、古紙の混合量及びろ布の走行速度を制御して、脱水ケーキの含水率を安定化する脱水方法（特許文献１参照）、有機汚泥に離解パルプを汚泥ＳＳ当り１〜２０重量％混合したのち、濃縮操作を行う汚泥処理方法（特許文献２参照）、汚泥に凝集剤を混和して凝集させ、その凝集汚泥を一次脱水後、古紙を脱水助剤として混合し、二次脱水する汚泥の脱水方法（特許文献３参照）、し尿処理場で発生する汚泥に無機塩凝集剤を添加して脱水後、脱水ケーキに粉砕貝殻を添加してｐＨ調整を行い、さらに破砕古紙を加えて通気性をよくし、好気性微生物を繁殖させて有機物の分解と悪臭の吸収を行わせるコンポスト化法（特許文献４参照）などが提案されている。
【０００４】
しかしながら、これらの古紙を利用して汚泥を脱水する方法は、含水率９０質量％以上の動物泥状糞や下水汚泥、産業廃液汚泥を含水率７０質量％以下にすることはほとんど不可能であり、また可能であったとしても汚泥に対して２０質量％以上、場合によっては３０質量％以上の古紙を混合しなければならず、そのため取り扱いが困難になるという欠点があった。
【０００５】
そのため、本発明者は、先に古紙を加工したリセルロースファイバーを用い、これを動物糞尿に対し０．１〜１０質量％の割合で添加し、脱水することにより、含水率９５．３質量％の動物糞尿から含水率６０質量％の脱水ケーキを得る方法を提案した。
【０００６】
しかしながら、大量に発生する下水汚泥や産業排水汚泥を処理するには、より少ない添加量で、より低い含水率の脱水ケーキを得ることが必要であり、このような高効率の脱水助剤に対する要望が高まっている。
【０００７】
【特許文献１】特開平９−２１６０００号公報（特許請求の範囲その他）
【特許文献２】特開平１１−１９６９８号公報（特許請求の範囲その他）
【特許文献３】特開２００１−１２１１９９号公報（特許請求の範囲その他）
【特許文献４】特開２００１−３０２３７７号公報（特許請求の範囲その他）
【非特許文献１】「月刊下水道」、第２１巻、第７３号、ｐ．８５−８８
【非特許文献２】「資源環境対策」、１９８８年、第３４巻、第９号、ｐ．２５−３３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、パルプ繊維、特に古紙の解繊パルプを原料として用い、下水汚泥、動物糞尿、各種産業廃棄物汚泥などの含水廃棄物を脱水処理する際の脱水助剤として有用な高活性セルロースファイバーを提供することを目的としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、古紙から再生したセルロースファイバーを脱水助剤として用いた場合の活性を高める技術について種々研究を重ねた結果、従来脱水助剤として使用されている活性セルロースファイバーに対し、メカノケミカル作用を加え、所定の範囲内のサイズになるまで微細化すれば、意外にも著しく活性が向上することを見出し、この知見に基づいて本発明をなすに至った。
【００１０】
すなわち、本発明は、機械的剪断によりメカノケミカル活性が付与された径１０〜３０μｍ、長さ５００〜１０００μｍの微細パルプ繊維からなる高活性セルロースファイバー、パルプ繊維を水中に分散させた状態で、該パルプ繊維の全質量の少なくとも５０質量％が径１０〜３０μｍ、長さ５００〜１０００μｍのサイズに微細化するまで撹拌又は摩砕処理することを特徴とする高活性セルロースファイバーの製造方法、及び前記の高活性セルロースファイバーを主成分とする脱水助剤を提供するものである。
【００１１】
本発明は、セルロース繊維に機械的エネルギーを加えて適度に崩壊させることにより活性化するという基本的な原理に基づいてなされたものである。これまで、ポリマーに機械的エネルギーを加えて分子を崩壊させることにより活性化した分子を生成させ、他の分子と反応させることは、いわゆるメカノケミカル反応としてよく知られている。しかしながら、セルロース繊維を、機械的手段により崩壊させたときに、活性化することは全く予想外のことであった。
【００１２】
次に、本発明を詳細に説明する。
本発明の高活性セルロースファイバーの原料として用いるパルプ繊維は、通常の製紙原料として用いられているアルカリ法木材パルプ、亜硫酸パルプ、ケミカルグランドパルプ、セミケミカルパルプのような木材パルプやバガスパルプ、麻パルプ、竹パルプ、靭皮パルプ、ワラパルプなどの製紙用パルプの中から任意に選ぶことができるが、資源の再生有効利用の上から古紙パルプを用いるのが好ましい。
【００１３】
上記の製紙用パルプの中には種々の夾雑物や未離解繊維などが混入していることが多いので、あらかじめスクリーン処理によりこれらを除去したのち、叩解して十分に繊維をフイブリル化したものを用いる。
【００１４】
また、古紙パルプは単に水に浸漬して各繊維を離解させたものを用いるが、これはあらかじめ通常の再生紙の場合と同じようにして脱墨することが必要である。この脱墨処理は、例えばアルカリを加えて蒸煮することによって行うことができる。この際、脱墨を促進するために、界面活性剤、スルホン化油、ベントナイト、メタケイ酸ナトリウムなどの分散剤を添加することもできる。
【００１５】
本発明の高活性セルロースファイバーは、機械的剪断によりメカノケミカル活性が付与されたものであるが、この剪断は、径１０〜３０μｍ、長さ５００〜１０００μｍの微細パルプ繊維になる範囲で加えることが必要であり、この範囲を逸脱すると活性が低下する。
【００１６】
このことは、異なった剪断力で処理し、活性化した微細パルプ繊維を用い、同じ処理条件のもとで汚泥を脱水処理した時に得られる脱水ケーキの含水率を比較することにより確認することができる。
【００１７】
すなわち、ＪＩＳ  Ｐ８２２０附属書Ａに規定される標準離解機を用い、温度２０℃、回転数２４００〜２６００ｒｐｍで、撹拌時間を変えて得た微細パルプ繊維について、含水率６０％の汚泥に対する脱水効果を測定したところ、撹拌時間１分付近から、脱水ケーキの含水率は急激に低下し、２分間で最大に達し、４分を超えると逆に上昇することが確認された。
【００１８】
そして、この際の微細化パルプ繊維のサイズを偏光顕微鏡で測定したところ、撹拌時間１〜４分間に対応する微細パルプ繊維の径は１０〜３０μｍ、長さは５００〜１０００μｍの範囲であった。撹拌時間が１分未満で活性が低いのは、セルロース分子が十分に崩壊しないためと考えられるが、４分を超えると活性が低下する理由は判然としない。おそらく、いったん形成された活性点が、他の分子と反応して消費されるためであろうと思われる。
【００１９】
図１はＪＩＳ  Ｐ８２２０附属書Ａに規定された標準離解機の構造を示す部分断面側面図であり、図２はその中に備えられるプロペラの平面図である。
図１においてこの容器１は内径１５２ｍｍ、高さ１９１ｍｍの有底円筒体からなり、その内側には末端に丸味を付した６．５ｍｍ角の棒４本からなる誘導ガイド２、…が、らせん状に取り付けられている。その取付位置は最下端が容器の底から３２ｍｍの高さから始まり、上部から５７ｍｍの位置で終わるように、容器の内壁に沿って正確に半周するように等間隔に取り付けられ、その角に半径０．４ｍｍの丸みをもたせている。
容器１は容易に取り外しが可能である。取り付けた場合に回転軸３の中心が容器の中心と正確に一致し、かつ使用中固定できるようになっている。
【００２０】
図２において、プロペラ４は、回転直径９０ｍｍ、厚さ１．６ｍｍの硬い回転羽根３枚５、…を、たがいに１２０°の角度で取り付けられている。このプロペラ４は、回転軸３の末端に２個の座金及びナット（図示せず）によって連結固定されている。
この下側の座金の厚さは、プロペラをまっすぐに下ろしたとき、羽根の下端が容器の底面から２５ｍｍ離れるように調整されている。軸の回転方向と、容器に取り付けられた、らせん状角棒からなる誘導ガイド２との関係は、試料が飛び出さない方向に定める。また、軸の回転数は軸の回転に連動する回転数指示計（図示せず）によって測定できる。
【００２１】
本発明の高活性セルロースファイバーは、原料のパルプ繊維を水中に分散させ、メカノケミカル作用を加えて微細化することにより活性化される。このメカノケミカル作用は、撹拌又は摩砕など機械的な剪断を行う手段により加えられる。この機械的な剪断は、原料のパルプ繊維全質量の少なくとも５０質量％が径１０〜３０μｍ、長さ５００〜１０００μｍの範囲のサイズになるまで行われる。この処理により、パルプ繊維の活性は、従来の活性パルプ繊維すなわちリセルロースファイバーに比べ６．５ないし１０．０％の活性向上が認められ、汚泥の含水率を５５質量％以下にすることができる。
【００２２】
本発明の高活性セルロースファイバーは前記したように機械的な剪断により所定のサイズまで微細化することにより調製することができるのであり、その他の方法例えばカッターなどにより裁断したのでは、たとえ前記したサイズ範囲に形成させても、活性は向上しない。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、従来の汚泥処理に際し、含水率６５質量％の脱水ケーキを得ることが困難とされていたのを、容易に含水率５５質量％以下にまで実現するのに有効な脱水助剤を与える高活性セルロースファイバーが得られる。しかもこの高活性セルロースファイバーは、汚泥中のリン酸除去や重金属除去にも有効に利用し得るという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
次に、実施例により本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【００２５】
参考例
図１に示す標準離解機を用い、市販のリセルロースファイバー（有限会社リセルバー製、登録商標名「リセルバーＡ」）５．０ｇを水１５００ｍｌに分散、懸濁し、図１に示す標準離解機を用い、処理時間を０から８分までの間で変化させて剪断処理することにより、高活性セルロースファイバーを調製した。
このようにして得た未処理のリセルロースファイバーと２分間処理及び６分間処理した後の偏光顕微鏡拡大写真図をそれぞれ図３（イ）、（ロ）、（ハ）に示す。
なお、この例において、出発原料として用いた「リセルバーＡ」（登録商標名）は、段ボール古紙をシュレッダーにより、３ｍｍ平方程度の細片に断裁したのち、微粉砕用解繊機［（株）山本百馬製作所製、古紙微粉砕装置］により完全繊維状化し、水分１０質量％に乾燥したものである。
【実施例１】
【００２６】
養豚場浄化槽汚泥（含水率９８．４％）５００ｍｌに、参考例で得た、撹拌時間１分、２分、４分、６分及び８分の活性化セルロースファイバーと未処理のもの（対照）をそれぞれ、１．５ｇ（対汚泥０．３質量％）ずつ添加し、さらにカチオン系高分子凝集剤（日東紡社製、製品記号「Ｃ−１８９９Ｈ」）の０．２質量％水溶液を汚泥質量に対し７％の割合で添加し、ミキサー（サンヨー製作所製、製品記号「ＳＭ−７６Ｇ」）を用い、回転数２３００ｒｐｍで手早く混合した。
次いで、手絞り機を用い、８ｋｇ／ｃｍ2で１０分間脱水した。このようにして得た脱水ケーキの含水率を測定し、参考例における剪断処理時間に対するグラフとして図４に示す。なお、上記の各サンプルの含水率は、４個のサンプルについて求めた数値の平均値である。
このグラフから、剪断時間１．５〜２．０分で得た高活性セルロースファイバーの脱水助剤としての活性が最も高いことが分る。また、剪断時間１．５分のサンプルを用いたときに得られた脱水ケーキの含水量は平均５６．０％、剪断時間２分のサンプルを用いたときに得られた脱水ケーキの含水量は平均５４．２％であった。
【実施例２】
【００２７】
紡績工場廃液浄化槽余剰汚泥（含水率９９．０％）５００ｍｌに、参考例で調製した高活性セルロースファイバー１．５ｇ（汚泥に基づき０．３質量％）を３０倍の水で希釈した分散液として加えたのち、高分子凝集剤［カチオン系凝集剤（日東紡社製、商品名「Ｃ−１６５０」）］と両性凝集剤（日東紡社製、商品名「２００−Ｋ」）との質量比１：１の混合物］を０．２質量％水溶液として、汚泥の質量に基づき２％の割合で添加した。この混合物をミキサー（山田電器工業株式会社製、製品記号「ＹＣ−５００Ｊ」）を用いて手早く混合したのち、実施例１で用いた手絞り機を用い、同じ条件下で脱水した。
このようにして得た脱水ケーキの含水率を水分計を用いて測定し、参考例における剪断処理時間に対するグラフとして図５に示す。このグラフから分るように、剪断時間２分間に相当する高活性セルロースファイバーが最も低い含水率（５９．４％）を示す。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明の高活性セルロースファイバーは、各種産業排水及び家庭排水から生じる汚泥の脱水助剤として、あるいは脱リン剤、重金属除去剤として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明方法で用いる標準離解機の部分断面側面図。
【図２】図１の標準離解機に内装されるプロペラの半面図。
【図３】参考例で得た高活性セルロースファイバー及び原料セルロースファイバーの偏光顕微鏡拡大写真図。
【図４】高活性セルロースファイバーを調製する際の剪断時間とそれを用いて得た豚糞尿汚泥の脱水ケーキの含水率との関係を示すグラフ。
【図５】高活性セルロースファイバーを調製する際の剪断時間とそれを用いて得た紡績工場廃液汚泥脱水ケーキの含水率との関係を示すグラフ。
【符号の説明】
【００３０】
１  容器
２  誘導ガイド
３  回転軸
４  プロペラ
５  回転羽根
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図３】
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