(57)【要約】【課題】  汚泥の脱水処理等に使用される高分子凝集剤は、１０質量％以上の微粉を含んでいる。この微粉は粉塵として飛散し、作業者に吸入されてしまったり、作業環境を汚染するという問題点がある。また、微粉を多く含む高分子凝集剤は吸湿しやすく、自動溶解装置のホッパー内で固化し、連続運転が不能になる等の問題点もある。【解決手段】  水酸化アルミニウム１を担持した固体酸２からなる配合剤１０を、高分子凝集剤の粉末粒子３と混合し、０．１４質量％（Ａｌ（ＯＨ）３として）以上の水酸化アルミニウムが含まれるようにした。これにより、高分子凝集剤３に含まれる微粉３１とこれよりもサイズの大きい粒子３２が、配合剤１０を介して互いに付着し、高分子凝集剤に含まれる微粉が低減する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高分子凝集剤と、水酸化アルミニウムを担持させた固体酸とを含有する高分子凝集剤組成物であって、前記水酸化アルミニウムが、前記高分子凝集剤組成物全体に対し０．１４質量％（Ａｌ（ＯＨ）３として）以上含まれることを特徴とする高分子凝集剤組成物。
【請求項２】
前記水酸化アルミニウムを担持させた固体酸が、固体酸とアルミン酸塩水溶液とを接触させ、前記固体酸表面に水酸化アルミニウムを担持させたものであることを特徴とする請求項１に記載の高分子凝集剤組成物。
【請求項３】
前記アルミン酸塩が、アルミン酸ナトリウムであることを特徴とする請求項２に記載の高分子凝集剤組成物。
【請求項４】
前記固体酸が、スルファミン酸または硫酸水素ナトリウムであることを特徴とする請求項１に記載の高分子凝集剤組成物。
【請求項５】
高分子凝集剤の粉末粒子に、水酸化アルミニウムを担持させた固体酸を添加し、混合する工程を有する高分子凝集剤組成物の製造方法であって、前記水酸化アルミニウムが、前記高分子凝集剤組成物全体に対し０．１４質量％以上（Ａｌ（ＯＨ）３として）含まれることを特徴とする高分子凝集剤組成物の製造方法。
【請求項６】
前記高分子凝集剤が、２５０μｍ以下の微粉を、１０質量％以上含む粉末粒子であることを特徴とする請求項５に記載の高分子凝集剤組成物の製造方法。
【請求項７】
前記水酸化アルミニウムを担持させた固体酸が、固体酸とアルミン酸塩水溶液とを接触させ、前記固体酸表面に水酸化アルミニウムを担持させたものであることを特徴とする請求項５に記載の高分子凝集剤組成物の製造方法。
【請求項８】
前記アルミン酸塩が、アルミン酸ナトリウムであることを特徴とする請求項７に記載の高分子凝集剤組成物の製造方法。
【請求項９】
前記固体酸が、スルファミン酸または硫酸水素ナトリウムであることを特徴とする請求項５に記載の高分子凝集剤組成物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高分子凝集剤組成物およびその製造方法に関するものであり、詳しくは、高分子凝集剤に含まれる微粉を低減し、作業中の粉塵の飛散を抑制することができ、流動性に優れることから作業性も格段に向上する高分子凝集剤組成物およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
食品工場、化学工場等で生じる排水の処理や、下水処理場等で発生する汚泥の脱水処理には、ほとんどのケースで高分子凝集剤が使用されている。この高分子凝集剤は、モノマーの水溶液重合あるいはエマルション重合を行い、ゲル状の物質を得て、これを水分１０％以下になるまで熱、溶媒等により乾燥・粉砕することにより製造されている。
しかし、得られた高分子凝集剤は、粒度の粗いものから細かいものまで幅広い粒度分布を有している。一般的に、ごく微細な粒子（例えば１５０μｍ以下（１００メッシュ以下）のもの）と、粗大な粒子（例えば１．７ｍｍ以上のもの）は製造工程においてカットされているが、製造コストを抑制するという理由から、厳密な粒度の調整は行われていない。したがって、市販されている高分子凝集剤は、１０質量％以上の微粉を含んでいるのが現状である。
このような微粉を多く含む高分子凝集剤は、クラフト袋に充填され商品として流通しているが、実際の作業時は、クラフト袋を開封し、その中の高分子凝集剤を溶解槽に入れ人力で溶解するか、自動溶解装置のホッパーに投入する必要がある。このとき、高分子凝集剤の微粉が粉塵として飛散し、作業者に吸入されてしまったり、作業環境を汚染するという問題点がある。また、微粉を多く含む高分子凝集剤は吸湿しやすく、自動溶解装置のホッパー内で固化し、連続運転が不能になる等の問題点もある。
【０００３】
下記特許文献１には、粉塵の発生の低減を目的として、高分子凝集剤に対して不活性な液体、例えばポリアルキレングリコール類等を配合する技術が開示されている。しかしながら、ポリアルキレングリコール類はそれ自体粘着性を有するため、高分子凝集剤の流動性を低下させ、前記のようなホッパー内での固化や、給粉機での目詰まり等のトラブルを起こしやすい。
【特許文献１】特開２００４−５８０３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって本発明の目的は、高分子凝集剤に含まれる微粉を低減し、作業中の粉塵の飛散を抑制することができ、流動性に優れることから作業性も格段に向上する高分子凝集剤組成物およびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者は鋭意研究の結果、高分子凝集剤の粉末粒子に、特定量でもって水酸化アルミニウムを担持させた固体酸を添加、混合することにより、前記の課題を解決できることを見出し、本発明を完成することができた。
すなわち本発明は、以下のとおりである。
（１）  高分子凝集剤と、水酸化アルミニウムを担持させた固体酸とを含有する高分子凝集剤組成物であって、前記水酸化アルミニウムが、前記高分子凝集剤組成物全体に対し０．１４質量％（Ａｌ（ＯＨ）３として）以上含まれることを特徴とする高分子凝集剤組成物。
（２）  前記水酸化アルミニウムを担持させた固体酸が、固体酸とアルミン酸塩水溶液とを接触させ、前記固体酸表面に水酸化アルミニウムを担持させたものであることを特徴とする前記（１）に記載の高分子凝集剤組成物。
（３）  前記アルミン酸塩が、アルミン酸ナトリウムであることを特徴とする前記（２）に記載の高分子凝集剤組成物。
（４）  前記固体酸が、スルファミン酸または硫酸水素ナトリウムであることを特徴とする前記（１）に記載の高分子凝集剤組成物。
（５）  高分子凝集剤の粉末粒子に、水酸化アルミニウムを担持させた固体酸を添加し、混合する工程を有する高分子凝集剤組成物の製造方法であって、前記水酸化アルミニウムが、前記高分子凝集剤組成物全体に対し０．１４質量％（Ａｌ（ＯＨ）３として）以上含まれることを特徴とする高分子凝集剤組成物の製造方法。
（６）  前記高分子凝集剤が、２５０μｍ以下の微粉を、１０質量％以上含む粉末粒子であることを特徴とする前記（５）に記載の高分子凝集剤組成物の製造方法。
（７）  前記水酸化アルミニウムを担持させた固体酸が、固体酸とアルミン酸塩水溶液とを接触させ、前記固体酸表面に水酸化アルミニウムを担持させたものであることを特徴とする前記（５）に記載の高分子凝集剤組成物の製造方法。
（８）  前記アルミン酸塩が、アルミン酸ナトリウムであることを特徴とする前記（７）に記載の高分子凝集剤組成物の製造方法。
（９）  前記固体酸が、スルファミン酸または硫酸水素ナトリウムであることを特徴とする前記（５）に記載の高分子凝集剤組成物の製造方法。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、高分子凝集剤に、特定量でもって水酸化アルミニウムを担持させた固体酸を添加したことにより、両者間で相互作用が生じ、高分子凝集剤の微粉をこれよりもサイズの大きい高分子凝集剤の粒子に付着させることができる。これにより、高分子凝集剤に含まれる微粉が低減し、作業中の粉塵の飛散を抑制することができ、良好な作業環境を提供することができる。また、本発明の高分子凝集剤は、粘着性物質を使用せず、かつ吸湿した状態ではないため、流動性に優れたものとなり、ホッパー内での固化や、給粉機での目詰まり等のトラブルが抑制され、優れた作業性も提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明をさらに詳細に説明する。
本発明の組成物に含まれる高分子凝集剤はとくに制限されず、公知のものを適宜選択することができる。例えば、アニオン性、カチオン性、ノニオン性、両性の公知の高分子凝集剤が挙げられ、アニオン性またはノニオン性の高分子凝集剤としては、ポリアクリルアミドやポリアクリル酸ソーダ等が、カチオン性の高分子凝集剤としては、ジメチルアミノエチルアクリレート系、ジメチルアミノエチルメタクリレート系、ポリアミジン系、エポキシアミン系等が、両性の高分子凝集剤としては、ジメチルアミノエチルメタクリレート−アクリル酸系、ジメチルアミノエチルアクリレート−アクリル酸系が挙げられる。
また使用される高分子凝集剤は、２５０μｍ以下の微粉を１０質量％以上含む、いわゆる微粉を多く含む高分子凝集剤の粉末粒子である場合に、本発明の効果がとくに顕著に奏される。
【０００８】
また本発明の組成物は、水酸化アルミニウムを担持させた固体酸を含有している。固体酸としては、常温で固体の酸性物質であり、例えば下記で説明するように、アルミン酸塩水溶液を固体酸と接触させた際にアルミン酸塩を水酸化アルミニウムに変換させ得るものであればとくに制限されない。固体酸としては、例えば、硫酸水素ナトリウム、硫酸アルミニウム、スルファミン酸 、リンゴ酸、アジピン酸、フマル酸、ｏ−フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、コハク酸、マレイン酸、硼酸、メチレンコハク酸、安息香酸、サルチル酸、イソシアヌル酸、酒石酸、クエン酸、グルタル酸、シュウ酸、アスコルビン酸、ニコチン酸、アスパラギン酸、ｐ−トルエンスルホン酸、没食子酸、ヒドロキシ酢酸、グリコール酸等が挙げられる。
中でも好ましくは、強酸性でアルミン酸ソーダとの反応が速いという理由からスルファミン酸、硫酸水素ナトリウムがよい。
これらの固体酸は、０．５〜１．０ｍｍの粒子サイズを有するのが好ましい。このような粒子サイズであると、固体酸自体の表面にも高分子凝集剤の微粉を付着できるので好ましい。 固体酸の粒子サイズは、粉砕、篩い分け等の手段により調整することができる。
【０００９】
固体酸に水酸化アルミニウムを担持させるには、固体酸とアルミン酸塩水溶液とを、１〜１０分程度攪拌し接触させ、固体酸由来の水素イオンによりアルミン酸塩を水酸化アルミニウムに変換することにより可能である。アルミン酸塩としては、例えばアルミン酸ソーダ、アルミン酸カルシウム、アルミン酸マグネシウム等の各種アルミン酸塩が挙げられるが、中でも液体化が容易で微粉を付着しやすいという理由から、アルミン酸ソーダが好ましい。また、液体化したアルミン酸ソーダの濃度は２５〜３５％（Ａｌ（ＯＨ）３として）程度のものがよい。
また前記の接触工程時、Ａｌ（ＯＨ）３として２８％の液体アルミン酸塩を固体酸に対し０．８〜２０質量％の割合で使用し、結果として水酸化アルミニウムが固体酸に対し、０．２２〜５．６質量％の割合で担持されるのがよい。
アルミン酸塩水溶液としてアルミン酸ソーダを使用した場合、前記反応は、下記（１）式で表される。
ＮａＡｌＯ２ ＋ Ｈ２Ｏ ＋ Ｈ＋  →  Ｎａ＋ ＋ Ａｌ（ＯＨ）３      （１）
すなわち、アルミン酸ソーダの液体は、固体酸由来の水素イオン（Ｈ＋）によりナトリウムイオンと水酸化アルミニウムに変換され、この水酸化アルミニウムが固体酸の表面に担持される。
【００１０】
水酸化アルミニウムを担持させた固体酸は、高分子凝集剤の粉末粒子に添加され、本発明の高分子凝集剤組成物が調製される。このとき、水酸化アルミニウムは、高分子凝集剤組成物全体に対し０．１４質量％（Ａｌ（ＯＨ）３として）以上含まれるのがよい。水酸化アルミニウムが０．１４質量％未満では、微粉の低減効果が減じられるか、または発揮されない。好ましくは、０．１４〜０．５６質量％である。なお、液体アルミン酸塩を直接高分子凝集剤の粉末粒子に添加すると、水滴と接触した部分で粗大なダマになりやすく、作業性が著しく困難となる。
【００１１】
図１は、水酸化アルミニウムを担持させた固体酸と、高分子凝集剤の粉末粒子との相互作用を説明するための図である。
図１（ａ）において、水酸化アルミニウム１が担持した固体酸２からなる配合剤１０を、高分子凝集剤の粉末粒子３と混合すると、両者間で何らかの相互作用が生じ、図１（ｂ）に示したように、高分子凝集剤３に含まれる微粉３１とこれよりもサイズの大きい粒子３２が、配合剤１０を介して互いに付着し、高分子凝集剤に含まれる微粉が低減する。
この相互作用の作用機構は明確ではないが、水酸化アルミニウム１の存在と、例えば塩酸塩タイプの高分子凝集剤に含まれる塩素イオンが、微量のＨ２Ｏの存在下で、前記（１）式において生じたＮａ＋イオンと反応し塩化ナトリウムを生成することに基づいていると考えられる。この反応を、前記（１）式と併せて、下記（２）式として示す。また、硫酸塩タイプの高分子凝集剤では（３）式のとおりと考えられる。
ＮａＡｌＯ２ ＋ Ｈ２Ｏ ＋ Ｈ＋  →  Ｎａ＋ ＋ Ａｌ（ＯＨ）３            （１）
Ｎａ＋  ＋ Ａｌ（ＯＨ）３ ＋ Ｃｌ−  →  ＮａＣｌ ＋Ａｌ（ＯＨ）３  （２）
２Ｎａ＋ ＋ ２Ａｌ（ＯＨ）３ ＋ ＳＯ４２− → Ｎａ２ＳＯ４ ＋ ２Ａｌ（ＯＨ）３  （３）
【００１２】
本発明の高分子凝集剤組成物は、例えばアルミン酸塩の添加の際に持ち込まれる水分が、水酸化アルミニウム変換のための原料として使用されるため、吸湿したような状態ではなく、非常にさらっとした感触の組成物である。したがって、流動性に優れたものとなり、ホッパー内での固化や、給粉機での目詰まり等のトラブルが抑制され、優れた作業性を提供する。
【実施例】
【００１３】
以下、本発明を実施例および比較例によりさらに説明するが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。
【００１４】
実施例１
カチオン性高分子凝集剤として、アクリルアミド−ジメチルアミノエチルアクリレート共重合体を用いた。この高分子凝集剤は、２０メッシュ−オン＝３９．５質量％、２０〜３０メッシュ＝２４．１質量％、３０〜４０メッシュ＝１０．４質量％、４０〜６０メッシュ＝６．８質量％、６０〜１００メッシュ＝５．９質量％、１００メッシュ−パス＝１３．３質量％からなる粒度分布を有する。この高分子凝集剤の粉末に対し、スルファミン酸に水酸化アルミニウムを担持させた配合剤を添加し混合し、本発明の高分子凝集剤組成物を調製した。配合剤におけるスルファミン酸（Ｓ）および水酸化アルミニウム（Ａ）は、高分子凝集剤組成物全体に対しそれぞれ１５質量％および０．１４質量％となるように添加した。また配合剤は、スルファミン酸とアルミン酸ソーダとを、２分攪拌し接触させることにより調製した。この接触工程時、アルミン酸ソーダは、スルファミン酸に対し０．９質量％の割合で使用した。
調製された高分子凝集剤組成物の安息角、粒度分布、作業時の粉塵の量について調べた。安息角は、回転式安息角測定装置にて測定した値であり、４３度以下が望ましい。結果を表１に示す。
【００１５】
実施例２〜３
高分子凝集剤組成物全体に対する、配合剤におけるスルファミン酸（Ｓ）および水酸化アルミニウム（Ａ）の量を表１のように変更したこと以外は、実施例１を繰り返した。結果を表１に示す。なお実施例３ではスルファミン酸に加えて硫酸水素ナトリウム（Ｓ’）を使用した。
【００１６】
比較例１
配合剤を使用しなかったベース品について、実施例１と同様に、安息角、粒度分布、作業時の粉塵の量について調べた。結果を表１に示す。
【００１７】
比較例２
配合剤として、ポリエチレングリコール（Ｐ）を用い、該配合剤を高分子凝集剤組成物全体に対し０．３質量％添加したこと以外は、実施例１を繰り返した。結果を表１に示す。
【００１８】
比較例３〜７
配合剤として、ポリエチレングリコール（Ｐ）および粉末シリカ（Ｎ）を用い、該ポリエチレングリコール（Ｐ）および粉末シリカ（Ｎ）を高分子凝集剤組成物全体に対し表１に示した量で添加したこと以外は、実施例１を繰り返した。結果を表１に示す。
【００１９】
比較例８〜１１
高分子凝集剤組成物全体に対する、配合剤におけるスルファミン酸（Ｓ）および水酸化アルミニウム（Ａ）の量を表１のように変更したこと以外は、実施例１を繰り返した。結果を表１に示す。
【００２０】
比較例１２
配合剤として、スルファミン酸（Ｓ）およびポリエチレングリコール（Ｐ）を用い、該スルファミン酸（Ｓ）およびポリエチレングリコール（Ｐ）を高分子凝集剤組成物全体に対し表１に示した量で添加したこと以外は、実施例１を繰り返した。結果を表１に示す。
【００２１】
比較例１３
配合剤として、スルファミン酸（Ｓ）およびポリ塩化アルミニウム（ＰＡ）（Ａｌ２Ｏ３として）を用い、該スルファミン酸（Ｓ）およびポリ塩化アルミニウム（ＰＡ）（Ａｌ２Ｏ３として）を高分子凝集剤組成物全体に対し表１に示した量で添加したこと以外は、実施例１を繰り返した。結果を表１に示す。
【００２２】
比較例１４
配合剤として、スルファミン酸（Ｓ）および硫酸バンド（ＰＢ）（Ａｌ２Ｏ３として）を用い、該スルファミン酸（Ｓ）および硫酸バンド（ＰＢ）（Ａｌ２Ｏ３として）を高分子凝集剤組成物全体に対し表１に示した量で添加したこと以外は、実施例１を繰り返した。結果を表１に示す。
【００２３】
比較例１５〜１６
配合剤として、無水硫酸ナトリウム（ＮＡ）にアルミン酸ソーダ（ＡＢ）（Ａｌ（ＯＨ）３として）を添加したものを用い、該無水硫酸ナトリウム（ＮＡ）にアルミン酸ソーダ（ＡＢ）（Ａｌ（ＯＨ）３として）を高分子凝集剤組成物全体に対し表１に示した量で添加したこと以外は、実施例１を繰り返した。結果を表１に示す。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
表１の結果から、実施例１〜３の本発明の高分子凝集剤組成物は、１００メッシュ−パスの微粉が非常に少なく、粉塵も少なく、安息角も良好であることが分かる。
これに対し、水酸化アルミニウムを担持させた固体酸を配合剤として使用しない比較例１は当然のことながら、微粉が多く、粉塵も多く、安息角が悪い。また、配合剤としてポリエチレングリコールを使用した比較例２は、微粉は低減するものの、安息角が悪く、流動性が悪化している。配合剤として粉末シリカを添加した比較例３〜７は、安息角は低くなるもののせいぜい４３度までであり、微粉、粉塵が多くなっている。また、スルファミン酸を使用していない比較例８は、微粉が多い結果となっている。水酸化アルミニウムの量が本発明の規定よりも低い比較例９〜１１は、微粉および粉塵が多い。また、スルファミン酸は使用するものの、水酸化アルミニウムを担持させた固体酸を配合剤として使用しない比較例１２〜１４は、微粉および粉塵が多い。さらに、硫酸ナトリウムとアルミン酸ソーダを併用した比較例１５〜１６は、流動性には優れるものの、微粉が多い結果となっている。
【００２６】
続いて、上記各例で得られた高分子凝集剤組成物を、自動溶解装置（赤武社製イートップ）のホッパーに投入し、連続運転を試みた。その結果、各実施例の高分子凝集剤組成物はいずれも、ホッパー内でのブリッジングや、装置内での吸湿固化も起こらず、良好な連続運転が可能であった。また、微粉が少ないため、これをカットする工程が不要となり、歩留まりが従来に比べて１０％もアップした。これに対し、上記比較例の高分子凝集剤組成物はいずれも、２時間の連続運転でホッパー内でのブリッジングにより給粉が停止し、連続運転が不能となった。また、装置内（分散器）で微粉が吸湿固化し、これが原因となる未溶解物が大量に発生した。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】水酸化アルミニウムを担持させた固体酸と、高分子凝集剤の粉末粒子との相互作用を説明するための図である。
【符号の説明】
【００２８】
１……水酸化アルミニウム、２……固体酸、３……高分子凝集剤の粉末粒子、１０……配合剤、３１……微粉、３２……サイズの大きい粒子。
【図１】
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