(57)【要約】 【課題】  アニオン系高分子凝集剤、カチオン系高分子凝集剤、及びノニオン系高分子凝集剤を高分子凝集剤溶液中に共存させて、一度の水処理で正又は負に帯電した懸濁物を効率良く凝集することができる高分子凝集剤溶液、その製造方法及びその高分子凝集剤溶液を用いた凝集方法を提供する。【解決手段】  飽和濃度〜凝集臨界濃度の電解質溶液に、アニオン系高分子凝集剤、カチオン系高分子凝集剤、ノニオン系高分子凝集剤を溶解させてなる高分子凝集剤溶液。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
飽和濃度〜凝集臨界濃度の電解質溶液に、アニオン系高分子凝集剤、カチオン系高分子凝集剤、ノニオン系高分子凝集剤を溶解させてなる高分子凝集剤溶液。
【請求項２】
請求項１に記載の高分子凝集剤溶液において、前記電解質溶液が塩水からなる高分子凝集剤溶液。
【請求項３】
請求項２に記載の高分子凝集剤溶液において、前記塩水の濃度が飽和濃度の１〜１／４倍である高分子凝集剤溶液。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の高分子凝集剤溶液において、前記塩水が水酸化ナトリウムを含有する高分子凝集剤溶液。
【請求項５】
飽和濃度〜凝集臨界濃度の塩水を生成する塩水生成手段と、該塩水にアニオン系高分子凝集剤、カチオン系高分子凝集剤、ノニオン系高分子凝集剤を溶解させる溶解手段とからなる高分子凝集剤溶液の製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載の高分子凝集剤溶液の製造方法において、前記塩水の濃度が飽和濃度の１〜１／４倍である高分子凝集剤溶液の製造方法。
【請求項７】
請求項５に記載の高分子凝集剤溶液の製造方法において、前記塩水生成手段が、飽和塩水を生成する飽和塩水生成手段と、該飽和塩水を凝集臨界濃度以上の濃度に希釈する希釈手段からなる高分子凝集剤溶液の製造方法。
【請求項８】
請求項７に記載の高分子凝集剤溶液の製造方法において、前記希釈手段が飽和塩水を４倍以下に希釈する手段からなる高分子凝集剤溶液の製造方法。
【請求項９】
請求項５乃至８のいずれかに記載の高分子凝集剤溶液の製造方法において、前記塩水に水酸化ナトリウムを加える手段を有する高分子凝集剤溶液の製造方法。
【請求項１０】
請求項５乃至８のいずれかに記載の高分子凝集剤溶液の製造方法において、前記溶解手段の前に塩水に硫酸を加える手段を有し、前記溶解手段の後に高分子凝集剤溶液に水酸化ナトリウムを加える手段を有する高分子凝集剤溶液の製造方法。
【請求項１１】
請求項１乃至４のいずれかに記載の高分子凝集剤溶液を懸濁液に混合して懸濁物を凝集する凝集方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アニオン系、カチオン系、ノニオン系の高分子を混在させた高分子凝集剤溶液、その製造方法及びその高分子凝集剤溶液を用いた凝集方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、各種の用水や排水から懸濁物を取り除くために、凝集剤を用水や排水中に投入して懸濁物を凝集・沈降させて処理する水処理方法が行なわれており、水処理のための凝集剤としては、ポリアクリルアミドやその共重合体等の高分子凝集剤が一般に用いられている。この高分子凝集剤は、水に溶解した際の荷電によりアニオン系、カチオン系、ノニオン系に分類される。用水や排水中の懸濁物の多くは正または負に帯電しているから、この帯電の符号に応じて高分子凝集剤を適切に選択すれば、極めて大きなフロックを形成して効率良く濁度を低下させることができ、アニオン系高分子凝集剤、カチオン系高分子凝集剤、ノニオン系高分子凝集剤のいずれかを選択して、処理水に添加し、処理する方法は知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３４６５７２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来の高分子凝集剤では、アニオン系高分子凝集剤、カチオン系高分子凝集剤、ノニオン系高分子凝集剤を一緒に混ぜて使用すると凝集剤同士がくっ付いて凝集剤として機能しないために、工程を分けて別々に使用する必要があり、ｐＨ値の調整が必要な場合には、更に下記のように工程が増えて煩雑であるという課題があった。
（工程１）懸濁液に水質が弱アルカリになるように水酸化ナトリウムを添加する。
（工程２）上記懸濁液に硫酸バンド（＋電荷）を添加して微少フロックを造る。
（工程３）アニオン系高分子凝集剤（−電荷）を添加してフロックを成長させて沈降させる。
（工程４）凝集効果が弱い場合は、更にカチオン系高分子凝集剤（＋電荷）を添加する。
（工程５）凝集効果が弱い場合は、更にノニオン系高分子凝集剤（−電荷）を添加する。
（工程６）ｐＨ値の調整。
【０００５】
また、これらの高分子凝集剤は、単量体（アクリルアミド等）自体が毒性を有するので、用水や排水中に投入した高分子凝集剤の全てが凝集されずに水中に溶け残った場合に、水質の安全性が害されるという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
そこで、本発明は、上記課題を解決するために、飽和濃度〜凝集臨界濃度の電解質溶液に、アニオン系高分子凝集剤、カチオン系高分子凝集剤、ノニオン系高分子凝集剤を溶解させてなる高分子凝集剤溶液を提供するものである。
【０００７】
また、本発明は、請求項１に記載の高分子凝集剤溶液において、前記電解質溶液が塩水からなる高分子凝集剤溶液を提供するものである。
【０００８】
また、本発明は、請求項２に記載の高分子凝集剤溶液において、前記塩水の濃度が飽和濃度の１〜１／４倍である高分子凝集剤溶液を提供するものである。
【０００９】
また、本発明は、請求項２又は３に記載の高分子凝集剤溶液において、前記塩水が水酸化ナトリウムを含有する高分子凝集剤溶液を提供するものである。
【００１０】
また、本発明は、飽和濃度〜凝集臨界濃度の塩水を生成する塩水生成手段と、該塩水にアニオン系高分子凝集剤、カチオン系高分子凝集剤、ノニオン系高分子凝集剤を溶解させる溶解手段とからなる高分子凝集剤溶液の製造方法を提供するものである。
【００１１】
また、本発明は、請求項５に記載の高分子凝集剤溶液の製造方法において、前記塩水の濃度が飽和濃度の１〜１／４倍である高分子凝集剤溶液の製造方法を提供するものである。
【００１２】
また、本発明は、請求項５に記載の高分子凝集剤溶液の製造方法において、前記塩水生成手段が、飽和塩水を生成する飽和塩水生成手段と、該飽和塩水を凝集臨界濃度以上の濃度に希釈する希釈手段からなる高分子凝集剤溶液の製造方法を提供するものである。
【００１３】
また、本発明は、請求項７に記載の高分子凝集剤溶液の製造方法において、前記希釈手段が飽和塩水を４倍以下に希釈する手段からなる高分子凝集剤溶液の製造方法を提供するものである。
【００１４】
また、本発明は、請求項５乃至８のいずれかに記載の高分子凝集剤溶液の製造方法において、前記塩水に水酸化ナトリウムを加える手段を有する高分子凝集剤溶液の製造方法を提供するものである。
【００１５】
また、本発明は、請求項５乃至８のいずれかに記載の高分子凝集剤溶液の製造方法において、前記溶解手段の前に塩水に硫酸を加える手段を有し、前記溶解手段の後に高分子凝集剤溶液に水酸化ナトリウムを加える手段を有する高分子凝集剤溶液の製造方法を提供するものである。
【００１６】
また、本発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の高分子凝集剤溶液を懸濁液に混合して懸濁物を凝集する凝集方法を提供するものである。
【発明の効果】
【００１７】
以上の通り、本発明に係る高分子凝集剤溶液によれば、飽和濃度〜凝集臨界濃度の電解質溶液に、アニオン系高分子凝集剤、カチオン系高分子凝集剤、ノニオン系高分子凝集剤を溶解させてなる構成を有することにより、正又は負に帯電したアニオン系高分子凝集剤、カチオン系高分子凝集剤、及びノニオン系高分子凝集剤を高分子凝集剤溶液中に共存させることができるから、一度の水処理で正又は負に帯電した懸濁物を効率良く凝集することができると共に、余った凝集剤同士も正と負が引き合って確実に凝集するから、水処理後に高分子凝集剤が水中に溶け残って汚染するのを防止することができる効果がある。
【００１８】
また、本発明は、請求項１に記載の高分子凝集剤溶液において、前記電解質溶液が塩水からなる構成を有することにより、天然に存在する塩水中にアニオン系高分子凝集剤、カチオン系高分子凝集剤、及びノニオン系高分子凝集剤を一緒に溶解させることができ、水処理後に高分子凝集剤が水中に溶け残ることがなく安全性の高い高分子凝集剤溶液を得ることができる効果がある。
【００１９】
また、本発明は、請求項２に記載の高分子凝集剤溶液において、前記塩水の濃度が飽和濃度の１〜１／４倍である構成を有することにより、アニオン系高分子凝集剤、カチオン系高分子凝集剤、ノニオン系高分子凝集剤の塩水への溶解性を向上させることができる効果がある。
【００２０】
また、本発明は、請求項２又は３に記載の高分子凝集剤溶液において、前記塩水が水酸化ナトリウムを含有することにより、塩水を加熱処理することなく常温で各種の高分子凝集剤を溶解することができるのみならず、高分子凝集剤溶液の凝集能力を向上させることができる効果がある。
【００２１】
また、本発明に係る高分子凝集剤溶液の製造方法によれば、飽和濃度〜凝集臨界濃度の塩水を生成する塩水生成手段と、該塩水にアニオン系高分子凝集剤、カチオン系高分子凝集剤、ノニオン系高分子凝集剤を溶解させる溶解手段とからなる構成を有することにより、正又は負に帯電したアニオン系高分子凝集剤、カチオン系高分子凝集剤、及びノニオン系高分子凝集剤を高分子凝集剤溶液中に共存させることができるから、一度の水処理で正又は負に帯電した懸濁物を効率良く凝集することができると共に、余った凝集剤同士も正と負が引き合って確実に凝集するから、水処理後に高分子凝集剤が水中に溶け残って汚染するのを防止することができる効果がある。
【００２２】
また、本発明は、請求項５に記載の高分子凝集剤溶液の製造方法において、前記塩水の濃度が飽和濃度の１〜１／４倍である構成を有することにより、アニオン系高分子凝集剤、カチオン系高分子凝集剤、ノニオン系高分子凝集剤の塩水への溶解性を向上させることができる効果がある。
【００２３】
また、本発明は、請求項５に記載の高分子凝集剤溶液の製造方法において、前記塩水生成手段が、飽和塩水を生成する飽和塩水生成手段と、該飽和塩水を凝集臨界濃度以上の濃度に希釈する希釈手段からなる構成を有することにより、飽和塩水を凝集臨界濃度以上の濃度に希釈するという簡易な工程によって、飽和濃度〜凝集臨界濃度の塩水を容易に生成することができる効果がある。
【００２４】
また、本発明は、請求項７に記載の高分子凝集剤溶液の製造方法において、前記希釈手段が飽和塩水を４倍以下に希釈する手段からなる構成を有することにより、飽和濃度の１〜１／４倍の濃度の塩水を容易に生成することができ、アニオン系高分子凝集剤、カチオン系高分子凝集剤、ノニオン系高分子凝集剤の塩水への溶解性を向上させることができる効果がある。
【００２５】
また、本発明は、請求項５乃至８のいずれかに記載の高分子凝集剤溶液の製造方法において、前記塩水に水酸化ナトリウムを加える手段を有することにより、溶解手段において常温で各種の高分子凝集剤を塩水に溶解することができるのみならず、高分子凝集剤溶液の凝集能力を向上させることができる効果がある。
【００２６】
また、本発明は、請求項５乃至８のいずれかに記載の高分子凝集剤溶液の製造方法において、前記溶解手段の前に塩水に硫酸を加える手段を有し、前記溶解手段の後に高分子凝集剤溶液に水酸化ナトリウムを加える手段を有することにより、硫酸によって溶解手段において常温で短時間に各種の高分子凝集剤を塩水に溶解することができ、さらに水酸化ナトリウムを加えることによって高分子凝集剤溶液の凝集能力を向上させることができる効果がある。
【００２７】
また、本発明に係る凝集方法によれば、請求項１乃至４のいずれかに記載の高分子凝集剤溶液を懸濁液に混合して懸濁物を凝集する構成を有することにより、高分子凝集剤溶液を懸濁液に混合して希釈することによって、高分子凝集剤溶液の塩水等の電解質溶液濃度が凝集臨界濃度以下に低下すると、高分子凝集剤は異符号に帯電した懸濁物を取り込んで凝集するから、高分子凝集剤溶液を懸濁液に混合するという簡単な工程により水処理を行うことができる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。
本発明に係る高分子凝集剤溶液は、飽和濃度〜凝集臨界濃度の電解質溶液に、アニオン系高分子凝集剤、カチオン系高分子凝集剤、ノニオン系高分子凝集剤を溶解させてある。
【００２９】
図１は、塩化ナトリウムを主成分とする中国産岩塩を水に溶解させた塩水の２８℃における岩塩濃度と電気伝導率の関係を表す図である。図２は、塩化カリウム（ＫＣｌ）溶液の２５℃におけるＫＣｌ濃度と電気伝導率の関係（理科年表による）を表す図である。
図１又は図２に示すように、塩水等の電解質溶液は、濃度が高くなるに従って電気伝導率が高くなる性質があり、飽和濃度〜凝集臨界濃度の塩水では、異符号に帯電した高分子凝集剤間に引力が働かないから、アニオン系高分子凝集剤、カチオン系高分子凝集剤及びノニオン系高分子凝集剤を混在させることができる。水処理時に、この高分子凝集剤溶液を処理水である懸濁液に混合することにより、高分子凝集剤溶液の塩水濃度が凝集臨界濃度以下に低下すると、電気伝導率の低下により異符号に帯電した高分子凝集剤と懸濁物の間に引力が作用し、高分子凝集剤は異符号に帯電した懸濁物を取り込んで凝集することができる。
また、余った凝集剤同士も正と負が引き合って確実に凝集するから、水処理後に高分子凝集剤が水中に溶け残こることがなく、安全に水処理を行うことができる。
【００３０】
アニオン系高分子凝集剤としては、例えば、アクリル酸またはその塩の重合物、アクリル酸またはその塩とアクリルアミドとの共重合物、アクリルアミドと２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸塩の共重合物、アクリル酸またはその塩とアクリルアミドと２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸塩の３元共重合物、ポリアクリルアミドの部分加水分解物などが挙げられるが、特にこれらに限定されるものではない。
【００３１】
ノニオン性高分子凝集剤としては、例えば、アクリルアミドの重合物が挙げられるが、特にこれらに限定されるものではない。
【００３２】
カチオン系高分子凝集剤とは、分子構造中にカチオン性を有する官能基を含む高分子凝集剤であり、例えば、ジメチルアミノエチル（メタ）アクリレートの３級塩及び／又は４級塩（例えば、塩化メチル４級塩）の重合物、ジメチルアミノエチル（メタ）アクリレートの３級塩及び／又は４級塩（例えば、塩化メチル４級塩）とアクリルアミドの共重合物、Ｎ−ビニルアクリルアミジン塩単位含有高分子凝集剤などが挙げられるが、特にこれらに限定されるものではない。
【実施例１】
【００３３】
本発明に係る高分子凝集剤溶液の製造方法の一実施例を説明する。
水を入れた容器に、水１００ｇに対して図１に示す中国産岩塩３０ｇ（室温における該岩塩の溶解度）以上を入れ、水中ポンプで水を攪拌して岩塩を溶解させ、過飽和塩水を生成する。このうち飽和塩水である上澄みを取り出し、水を加えて飽和塩水を４倍に希釈して飽和濃度の１／４倍の濃度の希釈塩水を生成する。なお、水１００ｇに対して岩塩７．５ｇを溶解させることにより、飽和濃度の１／４倍の濃度の希釈塩水を直接生成することも勿論可能である。
【００３４】
次に、この希釈塩水を高分子凝集剤溶解装置に入れる。高分子凝集剤溶解装置は、塩水を入れる容器と、該容器を加熱するヒータと、容器内の塩水を攪拌するプロペラとからなる。１０００ｋｇの希釈塩水に対してアニオン系高分子凝集剤、カチオン系高分子凝集剤、ノニオン系高分子凝集剤を１ｋｇずつ加え、プロペラを廻して希釈塩水を攪拌しながら加熱し、７０℃まで水温を上昇させる。投入した高分子凝集剤が溶解して希釈塩水が透明になったら加熱を止め、冷めるまで攪拌を続けて高分子凝集剤溶液を生成することができる。本実施例では、高分子凝集剤に多木化学工業（株）のタキフロックＡ−１３３（アニオン系）、Ｃ−８０６（カチオン系）、Ｎ−１３１（ノニオン系）を使用した。
【００３５】
【表１】
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【００３６】
表１は、上記実施例の塩水の岩塩濃度を変えて、アニオン系とカチオン系とノニオン系の３種類高分子凝集剤を溶解した試験結果を表している。表中の岩塩濃度と電気伝導率は、２８℃における値である。
表１に示す通り、飽和塩水の１０倍希釈（電気伝導率４１．０ｍＳ／ｃｍ）濃度以上では、３種類高分子凝集剤を完全溶解することができ、飽和塩水の１３倍希釈（電気伝導率３１．１ｍＳ／ｃｍ）濃度以下では異符号のイオン同士がくっ付いて溶解せず、凝集剤としての能力を有さなかった。この３種類高分子凝集剤を完全溶解することができる最も低い濃度を臨界凝集濃度という。異符号のイオン同士の反応を抑えて高分子凝集剤を溶解させる働きは、塩水の電気伝導率に関係すると考えられ、表１から電気伝導率が略４０ｍＳ／ｃｍとなる濃度が臨界凝集濃度といえる。
【００３７】
また、飽和塩水の８〜１０倍希釈濃度では、３種類高分子凝集剤の完全溶解に１０時間を要するのに対し、飽和塩水の１〜４倍希釈濃度では、６時間で３種類高分子凝集剤を完全溶解することができた。このように、高分子凝集剤の溶解性が向上することから、塩水濃度は飽和濃度の略１／４倍以上の濃度が好ましい。一方、水処理時に凝集反応が早く、被処理水への塩の残留を低減することから、塩水濃度は凝集臨界濃度に近い濃度であることが好ましく、飽和濃度の略１／４倍がより好ましい。
なお、塩水には、上記実施例の岩塩に限らず、純粋な塩化ナトリウム、図２に示す塩化カリウム等の水溶液も含まれる。
【実施例２】
【００３８】
次に、本発明に係る高分子凝集剤溶液の製造方法の他の実施例を説明する。
実施例１の飽和塩水に、水を加えて１０倍に希釈して飽和濃度の１／１０倍の濃度の希釈塩水を生成する。この１０倍希釈塩水１リットルに、水酸化ナトリウム２５％溶液を２ｃｃ添加する。塩水のｐＨ値は約１１となった。
次に、この希釈塩水を高分子凝集剤溶解装置に入れる。１リットルの希釈塩水に対してアニオン系高分子凝集剤、カチオン系高分子凝集剤、ノニオン系高分子凝集剤を１ｇずつ加え、室温でプロペラを廻して希釈塩水を攪拌し、投入した高分子凝集剤が溶解して希釈塩水が透明になるまで約１０時間攪拌を続けて高分子凝集剤溶液を生成することができる。実施例１と比較して、完全溶解に要する時間は変わらないが、塩水を加熱することなく室温で高分子凝集剤を溶解することができ、且つ、高分子凝集剤溶液の凝集能力が向上した。
【実施例３】
【００３９】
次に、本発明に係る高分子凝集剤溶液の製造方法の他の実施例を説明する。
実施例１の飽和塩水に、水を加えて１０倍に希釈して飽和濃度の１／１０倍の濃度の希釈塩水を生成する。この１０倍希釈塩水１リットルに、硫酸２０％溶液を２ｃｃ添加し、塩水のｐＨ値を１〜１．６とする。
次に、この酸性の希釈塩水を高分子凝集剤溶解装置に入れる。１リットルの希釈塩水に対してアニオン系高分子凝集剤、カチオン系高分子凝集剤、ノニオン系高分子凝集剤を１ｇずつ加え、室温でプロペラを廻して希釈塩水を攪拌し、投入した高分子凝集剤が溶解して希釈塩水が透明になるまで約６時間攪拌を続けて高分子凝集剤溶液を生成する。この高分子凝集剤溶液に、水酸化ナトリウム２５％溶液を２ｃｃ添加してｐＨ値を約１０に調整する。
実施例２と同様に、塩水を加熱することなく室温で高分子凝集剤を溶解することができ、更に、完全溶解に要する時間を短縮することができる。また、高分子凝集剤溶液の凝集能力も向上した。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】岩塩濃度と電気伝導率の関係を表す図。
【図２】ＫＣｌ濃度と電気伝導率の関係を表す図。
【図１】
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【図２】
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