(57)【要約】水性媒質中の固形分の懸濁液を脱水するための方法であって、懸濁液中に、ａ）実質的に非イオン性の水溶性重合体、及びｂ）少なくとも４dl／ｇの固有粘度のカチオン性重合体凝集剤を含む凝集系を導入し、それにより固形分を凝集させ、凝集した物を水性媒質から分離することを含み、ｉ）成分ａ）及びｂ）を水性配合物として懸濁液中に導入すること、又はｉｉ）成分ａ）が、７５０，０００未満の平均分子量を有する非イオン性重合体であり、成分ａ）及びｂ）を水性配合物として又は別々に懸濁液中に導入すること、を特徴とする方法。また、実質的に非イオン性の水溶性重合体及びカチオン性重合体を含む水性組成物、その製造方法、並びに成分ａ）及び成分ｂ）の実質的に無水の粒子の配合物を含む組成物を請求する。本方法及び新規な組成物は、特に下水スラッジのような水性懸濁液を脱水するのに適している。【特許請求の範囲】
【請求項１】
水性媒質中の固形分の懸濁液を脱水するための方法であって、
懸濁液中に、
ａ）実質的に非イオン性の水溶性重合体、及び
ｂ）少なくとも４dl／ｇの固有粘度のカチオン性重合体凝集剤を含む凝集系を導入し、
それにより固形分を凝集させ、凝集した物を水性媒質から分離することを含み、
ｉ）成分ａ）及びｂ）を水性配合物として懸濁液中に導入すること、又は
ｉｉ）成分ａ）が、７５０，０００未満の平均分子量を有する非イオン性重合体であり、成分ａ）及びｂ）を水性配合物として又は別々に懸濁液中に導入すること、
を特徴とする方法。
【請求項２】
成分ａ）及びｂ）を水性配合物として懸濁液の中に導入し、非イオン性重合体が２０，０００，０００までの分子量を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
非イオン性重合体が５００，０００までの平均分子量を有する、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
実質的に非イオン性の重合体が２０，０００〜５００，０００、好ましくは４０，０００〜１５０，０００の分子量を有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
実質的に非イオン性の重合体が少なくとも４dl／ｇの固有粘度を示す、請求項２に記載の方法。
【請求項６】
実質的に非イオン性の重合体が、少なくとも１つの非イオン性単量体及び場合によっては１０モル％までのイオン単量体を含む、単量体配合物又は水溶性のエチレン性不飽和単量体から形成されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
実質的に非イオン性の重合体がアクリルアミドのホモポリマーである、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
カチオン性重合体と実質的に非イオン性の重合体との重量比が１０：９０〜９０：１０、好ましくは約５０：５０である、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
懸濁液が下水スラッジである、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
ａ）実質的に非イオン性の水溶性重合体、及び
ｂ）少なくとも４dl／ｇの固有粘度のカチオン性重合体凝集剤、
を含む水性組成物。
【請求項１１】
非イオン性重合体が２０，０００，０００までの分子量を有する、請求項１０に記載の組成物。
【請求項１２】
非イオン性重合体が７５０，０００未満、好ましくは５００，０００までの平均分子量を有する、請求項１０又は１１に記載の組成物。
【請求項１３】
実質的に非イオン性の重合体が２０，０００〜５００，０００、好ましくは４０，０００〜１５０，０００の分子量を有する、請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の組成物。
【請求項１４】
実質的に非イオン性の重合体が少なくとも４dl／ｇの固有粘度を示す、請求項１０〜１３のいずれか１項に記載の組成物。
【請求項１５】
実質的に非イオン性の重合体が、少なくとも１つの非イオン性単量体及び場合によっては１０モル％までのイオン単量体を含む水溶性のエチレン不飽和単量体から形成されている、請求項１０〜１４のいずれか１項に記載の組成物。
【請求項１６】
実質的に非イオン性の重合体がアクリルアミドのホモポリマーである、請求項１０〜１５のいずれか１項に記載の組成物。
【請求項１７】
カチオン性重合体と実質的に非イオン性の重合体との重量比が１０：９０〜９０：１０、好ましくは約５０：５０である、請求項１０〜１６のいずれか１項に記載の組成物。
【請求項１８】
１０ミクロンまで、好ましくは２〜１０ミクロンの平均粒度の粒子を含む、請求項１０〜１７のいずれか１項に記載の組成物。
【請求項１９】
本質的に水、実質的に非イオン性の重合体成分（ａ）及びカチオン性重合体成分（ｂ）からなる、請求項１０〜１８のいずれか１項に記載の組成物。
【請求項２０】
成分（ａ）及び（ｂ）の両方を含む重合体の合計濃度が、組成物の全重量に基づいて少なくとも０．０５重量％である組成物。
【請求項２１】
実質的に非イオン性の重合体の水溶液とカチオン性重合体の水溶液とを混合することを含む、請求項１０〜２０のいずれか１項に記載の組成物の製造方法。
【請求項２２】
非イオン性重合体の実質的に無水の粒子（成分ａ）及びカチオン性重合体の実質的に無水の粒子（成分ｂ）を、水と混和することを含み、ここで成分（ａ）及び成分（ｂ）が請求項１０〜２０のいずれか１項に記載のとおりである、請求項１０〜２０のいずれか１項に記載の組成物の製造方法。
【請求項２３】
非イオン性重合体の粒子とカチオン性重合体の粒子とを、水との混和の前に配合する、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
非イオン性重合体の実質的に無水の粒子（成分ａ）とカチオン性重合体の実質的に無水の粒子（成分ｂ）との配合物を含み、ここで成分（ａ）及び成分（ｂ）が請求項１０〜２０のいずれか１項に記載のとおりである組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固形分の水性懸濁液を凝集する方法に関する。特に、本発明は、スラッジ中に懸濁した固形分の分離を達成するための下水スラッジの処理方法を提供する。
【０００２】
懸濁液から固形分を分離するために水性懸濁液に重合体凝集剤を適用することは周知である。例えば、懸濁させた固体有機材料の固形分を含有する懸濁液を凝集させ、次に脱水することは、一般的な実践法である。例えば、脱水を行なうため下水スラッジを凝集させることが一般的な実施法である。
【０００３】
この目的のために、一般的には高分子量の重合体凝集剤が使用されている。高分子量の凝集剤は、本質的にカチオン性、アニオン性、非イオン性又は両性でありうる。重合体凝集剤の選択は、処理中の基質に大きく依存する。例えば、懸濁した有機材料を含む水性懸濁液、例えば下水スラッジを処理するためには高分子量のカチオン性凝集剤を使用するのが、一般的な実践法である。しかしながら、一般的には、下水スラッジについては、高分子量のカチオン性重合体が最も有効であることがわかっている。
【０００４】
同じ工程中で２つの異なる重合体凝集剤を使用することも知られている。各凝集剤が同じ電荷を有していてよい（共イオン性）。例えば、下水スラッジの脱水での工業的実践法では、これらは共イオン性でありうる。その他の工程においては、反対の電荷の２つの重合体を適用することが知られている（対イオン性）。２つの重合体凝集剤が水性懸濁液に適用される場合には、これらを同時に又はより通例的には逐次的に添加することができる。
【０００５】
他のさまざまな凝集用途において非イオン性重合体が使用されてきた。例えば、ＵＳ−４６９０７５２における、アルカリ性の水溶液の中で分散剤によって鉱石がスラリー化される、非金属鉱物、特にリン酸塩を分離し、回収するための方法である。浮遊捕集剤を添加し、混合物を疎水性の高分子量の非イオン性凝集剤と接触させて、微粒子を凝集させたのち、後で浮遊し易いようにする。この特許は同様に、高分子量のアニオン性ポリアクリルアミドを使用することにより、リン酸塩ヘドロからリン酸塩含有量が少なくとも約５％向上したリン鉱石を回収するための第２の方法を別に提案している。
【０００６】
ＧＢ−Ａ−１５７９００７は、重合体が理論的カチオン性値の少なくとも９０％のカチオン性値を有する場合に最適な性能が発生するといわれている、塩化メチル第四級化ジメチルアミノエチルアクリレートとアクリルアミドとの共重合体に基づくカチオン性凝集剤の使用を記載している。
【０００７】
ＷＯ−Ａ−９５３３６９７は、まず凝固剤を、次に高分子量の凝集剤を懸濁液に添加することを利用する凝集方法を記載している。凝集剤を所定の値で添加し、凝固剤の用量を、懸濁液のモニタリングされた電荷又はその他の値に応じて変動させる。このようなモニタリングは、流動電流検出器ですることができる。凝集剤は、少なくとも４dl／ｇの固有粘度（すなわち数百万の分子量）の重合体であり、カチオン性、非イオン性又はアニオン性でありうる。凝固剤は、比較的低分子量の重合体であることができ、イオン性、すなわちカチオン性又はアニオン性のいずれかでなければならない。凝固剤重合体は、３０重量％までの量で非イオン性単量体を含有しうる。
【０００８】
重合体の真正水溶液をエージングによって形成し、撹拌を最小限にしてこれを懸濁液へ添加し、その後、懸濁液を脱水することによって、直鎖状で高分子量の凝集剤重合体が使用される。最適な結果には、凝集中の精確な添加及び最小限の撹拌が必要とされる。この用量が過度に低い又は過度に高い場合、凝集は劣る。最適な用量は、懸濁液の含有量ひいてはその変動によって左右され、例えば工業下水廃液の金属含有量の変動は、性能に大きく影響しうる。フロックは、せん断に対し非常に敏感であり、そのため撹拌は、特に用量が最適でない場合、ばらばらの固体として固形分を再分散させる可能性が高い。これは、凝集された固形分が例えば遠心分離機上でせん断下で脱水される場合に、用量及びその他の条件が最適でないとき分離液がばらばらな固体分を有する可能性が高いために、特に問題である。
【０００９】
ＥＰ−Ａ−２０４４０４は、製紙工程中の水切り及び保持を改善するためのカチオン性及び非イオン性重合体の使用を記載している。非イオン性重合体は、好ましくは、一般に少なくとも１００万、例えば２５００万までの平均分子量を有するポリアクリルアミドである。最高５００万の分子量のカチオン性重合体が言及されているが、はるかに低い分子量の重合体、例えば、通常は凝固剤とみなされる例えば１００万未満の分子量を有する低分子量のカチオン性ホモポリマーが好まれる。
【００１０】
ＧＢ−Ａ−１３９１５７８は、水溶性カチオン性及び非イオン性重合体の予め混合された水溶液０．１〜２０ppmを水に添加することを含む、懸濁された固形分を含有する水の浄化方法に関する。重合体は、カチオン性重合体に対して高いレベルのカチオン性重合体を含有しなければならず、これらは、カチオン性対非イオン性で５：１〜２０：１であるものと定義される。カチオン性重合体は、１，０００程度と低い又は１，０００，０００より高いと言われており、より高い分子量の重合体が好まれる。例示されるカチオン性重合体は、ポリエチレンイミン又はポリＤＡＤＭＡＣのいずれかであり、このような重合体が１００万又は２００万を超える分子量を有する可能性は必然的に低い。この方法は水の浄化に関係し、スラッジ又はその他高固形分懸濁液の処理という特殊な問題を扱うものではない。
【００１１】
ＣＨ LeeらによるWater Research 第３４巻、No.１８，４４３０〜４４３６ページ、２０００の論文は、スラッジ脱水のためのカチオン性及び非イオン性重合体を利用した２種の高分子電解質系を論述している。この報告書で論じられた研究は、カチオン性重合体又は非イオン性重合体のいずれかを用いた単一の処理と、４００万の分子量のカチオン性重合体及び１３００万の分子量の高分子量非イオン性重合体を用いた２重逐次処理とを比較した。著者らは、カチオン性重合体が非イオン性重合体の前に適用された場合に、スラッジのより良い脱水性を結果として得られると結論付けた。それでも、試験作業は、いずれにしても低分子量のカチオン性重合体又は高分子量の非イオン性重合体のいずれかの単一の処理に比べ、単一処理としてさらに有効であると予想される、少なくとも４dl／ｇの固有粘度、より具体的には少なくとも８dl／ｇの固有粘度を有するより有効性の高いより高分子量のカチオン性重合体を用いては、処理の比較を行っていない。
【００１２】
ＥＰ−Ａ−２０２７８０は、懸濁液の中に、１０ミクロン未満の粒度を有し、１０を超える比粘度を有する水膨潤性で不水溶性の重合体粒子を導入することにより、固形分が懸濁した水性懸濁液、例えば下水スラッジを凝集するための方法を記載している。この方法は、従来の凝集剤に比べ改善された凝集速度、ひいては固形分液体分離を示す。したがって、下水スラッジを脱水する際に、著しく高いろ過速度を達成することができる。この方法は同様に、用量感応性の問題がなく、従来の直鎖状凝集剤よりも広い用量範囲にわたり最適な凝集を示す。それでも、この方法は、不溶性重合体粒子が１０ミクロン未満の平均粒度を有することを必要としている。このような重合体粒子は、例えば逆相エマルジョン重合によって容易に作ることができるものの、１０ミクロン未満の粒度で架橋された重合体粒子を調製することを必ずしも必要としない、有効性の増大及び用量感応性の低減を示す代替的な凝集系を提供する必要性が存在する。
【００１３】
しかしながら、先行技術の方法にも関わらず、懸濁液の凝集のための改良された方法を提供する必要性がなおも存在している。特に、高固形分懸濁液、例えばスラッジの凝集のための改良された方法を提供する要求、特により迅速な脱水及び／又はより高いケーク固形分を提供する要求が存在する。同様に、直鎖状製品を用いて、標準的な直鎖状カチオン性凝集剤に比べて改善された凝集を提供する方法を提供することも１つの目的である。固体グレードの粒状生成物の形で又は水溶液として容易に調製可能である重合体生成物を使用して前記目的を達成することがさらなる目的である。
【００１４】
本発明に従って、水性媒質中の固形分の懸濁液を脱水する方法であって、
懸濁液中に、
ａ）実質的に非イオン性の水溶性重合体、及び
ｂ）少なくとも４dl／ｇの固有粘度のカチオン性重合体凝集剤
を含む凝集系を導入し、それにより固形分を凝集させ、凝集した物を水性媒質から分離することを含み、
ｉ）成分ａ）及びｂ）を水性配合物として懸濁液中に導入すること、又は
ｉｉ）成分ａ）が、７５０，０００未満の平均分子量を有する非イオン性重合体であり、成分ａ）及びｂ）を水性配合物として又は別々に懸濁液中に導入すること、
を特徴とする方法を提供する。
【００１５】
本発明のさらなる態様は、成分ａ）及びｂ）の水性配合物を含む新規な組成物に関する。
【００１６】
カチオン性重合体は、少なくとも４dl／ｇの固有粘度を示すように、充分に高い分子量を有するべきである。このような固有粘度は一般に、数百万の分子量、例えば一般的には５，０００，０００を超える、通常は少なくとも７，０００，０００の分子量を有する重合体を表わす。一般的には、カチオン性重合体は、好ましくは６dl／ｇを超える、多くの場合少なくとも８又は９dlgの固有粘度を有する。固有粘度は、３０dl／g以上という高いものでもあり得る。ただし、多くのケースにおいて、適切なカチオン性重合体は、７〜２５dl／ｇ、特に１０〜２０dl／ｇ、特に１４又は１５dl／ｇ前後の固有粘度を示す。
【００１７】
カチオン性重合体は、天然の重合体でも合成の重合体でもあり得るが、好ましくは合成であり、少なくとも１つのカチオン性単量体の単独の又はその他の水溶性単量体との重合によって形成させることができる。「水溶性」とは、ここでは、その単量体が２５℃で少なくとも５ｇ／１００mlの溶解度を有することをいう。適切なカチオン性単量体には、アミン基を含む単量体の第四アンモニウム又は酸塩が含まれる。好ましくは、カチオン性重合体は、ジメチルアミノエチル（メタ）アクリレートの第四級アンモニウム及びその酸の塩、ジメチルアミノエチル（メタ）アクリルアミドの第四級アンモニウム及びその酸の塩ならびにジアリルジメチルアンモニウムクロリドからなる群から選択された少なくとも１つのカチオン性単量体を含む単量体又は単量体の配合物から形成される。カチオン性単量体は、他の単量体、例えばアクリルアミドとで単独重合又は共重合され得る。したがって、カチオン性重合体は、当然のことながら少なくとも４dl／ｇの固有粘度を示すのに充分高い分子量のものであることを条件として、カチオンを担持するいかなる重合体であってもよい。
【００１８】
固有粘度は、２５℃でｐＨ７．５まで緩衝された１ＭのＮａＣｌ中で懸垂レベル粘度計を用いて測定される。
【００１９】
本発明のカチオン性重合体は、実質的に直鎖状の重合体又は分岐鎖状もしくは構造化された重合体として製造し得る。構造化された又は分岐鎖状の重合体は通常、例えばＥＰ−Ｂ−２０２７８０で記されているように、単量体混合物の中にメチレン−ビス−アクリルアミドのようなポリエチレン性不飽和単量体を含めることによって製造される。ただし、好ましくは、重合体は実質的に直鎖状であり、ビーズ又は粉末化された生成物の形で製造される。
【００２０】
カチオン性重合体の特に好ましい群は、ジメチルアミノエチル（メタ）アクリレートの第四級アンモニウム及びその酸の塩、ジメチルアミノエチル（メタ）アクリルアミドの第四級アンモニウム及びその酸の塩ならびにジアリルジメチルアンモニウムクロリドからなる群から選択された少なくとも１つのカチオン性単量体と、アクリルアミドとの、少なくとも４dl／ｇの固有粘度を有する共重合体を含む。カチオン性アクリルアミド重合体は、１０〜９０重量％のアクリルアミド及び１０〜９０重量％のカチオン性単量体を含むことができる。
【００２１】
水性配合物として懸濁液に対し成分（ａ）及び（ｂ）が添加される場合、実質的に非イオン性の重合体は、多糖類、ビニル付加重合体及びポリアルキレンオキシドのような他の合成重合体を含み、これらに限定されない、合成又は天然の重合体でありうる。好ましくは重合体は合成であり、さらに好ましくは、重合体は、１種以上のモノエチレン性不飽和水溶性単量体から形成される。重合体は、望ましくは２０，０００，０００までの分子量を有する。
【００２２】
１つの好ましい形態においては、それは、非イオン性重合体が７５０，０００未満、好ましくは５００，０００までの平均分子量を有する低分子量重合体である。もう１つの形態では、重合体は、少なくとも４dl／ｇ以上の固有粘度を示す。
【００２３】
本発明者は、２つの重合体が相互作用して、１０ミクロン未満の平均粒度の小さい分散粒子として存在する新しい種を形成しているカチオン性及び非イオン性重合体の配合物から、特に有利な結果が得られるということを発見した。本発明者は、電子顕微鏡写真による研究を通して、粒子が通常２〜１０ミクロンの範囲内の平均粒度を有するということを示した。
【００２４】
組成物は、２つの重合体を適切ないかなる方法でか合わせることによって製造可能である。組成物は、望ましくは、実質的に非イオン性の重合体の水溶液とカチオン性重合体の水溶液とを混合することによって製造可能である。代替的には、カチオン性重合体の粒子及び非イオン性重合体の粒子を水と混和させると、各重合体の粒子が溶解して水性組成物を形成することができる。有機液体を含み、これに限定されない水不混和性液体のような担体液体の中に粒子を分散させることが可能である。このように、粒子は、重合体が溶解して水性組成物を形成するように水へと転化させられる各重合体の逆エマルジョン又は逆相分散液の形態にあってよい。しかしながら、非イオン性及びカチオン性重合体を実質的に無水の重合体粒子の配合物の形で水に添加することが好ましい。好ましくは、重合体粒子の配合物は、少なくとも５０ミクロンの平均粒度、より好ましくは３００ミクロンから１mm又は２mmにも至るまでの平均粒度を有する重合体粒子を含む。重合体粒子の実質的に乾燥した配合物は、溶解を助けることのできる希釈剤を含有してもよいが、通常は、本質的に非イオン性重合体の粒子及びカチオン性重合体の粒子からなる。この形態では、非イオン性重合体が少なくとも４dl／ｇの固有粘度を示すことが特に好ましい。
【００２５】
本発明の１つの態様においては、非イオン性重合体は、７５０，０００未満の平均分子量を有し、成分ａ）及びｂ）は水性配合物として又は別々に、例えば逐次的に又は実質的に同時に懸濁液中に導入される。したがって、重合体が懸濁液に別々に添加される場合、非イオン性重合体は低分子量のものではなくてはならず、すなわち７５０，０００未満の分子量を有する。本発明のこの形態においては、分子量が７５０，０００より有意に低い場合、例えば５００，０００までである場合でも望ましい結果が得られる。より有利には、本発明のこの形態においては、非イオン性重合体は、４００，０００までの、例えば２０，０００〜４００，０００の範囲内の分子量を有するべきである。本発明者は、４０，０００〜１５０，０００の範囲内、特に約８０，０００の非イオン性重合体を使用して最良の結果が得られるということを発見した。驚くべきことに本発明者は、この非イオン性重合体がカチオン性重合体とは別に添加された場合は、懸濁液の驚くほど優れた脱水が達成されるということを発見した。これとは対照的に、本発明者は、カチオン性重合体及び高分子量、例えば１００万を超える分子量の非イオン性重合体が懸濁液に対し別々に添加された場合に、いかなる相乗作用も存在しないことを発見した。
【００２６】
成分ａ）及びｂ）が水性配合物の形で懸濁液に添加される場合、非イオン性重合体は、いかなる分子量を有していてもよく、したがって、低分子量又は高分子量のいずれの重合体を用いても、カチオン性重合体との相乗作用があると思われる。このように、非イオン性重合体と少なくとも４dl／ｇの固有粘度のカチオン性重合体IVの水性配合物は、驚くべきことに、大幅に改善された固形分／液体分離速度を達成する。本発明の１つの好ましい形態においては、水性配合物は、７５０，０００未満の分子量の低分子量非イオン性重合体とカチオン重合体の配合物を含む。もう１つの好ましい形態においては、水性配合物は、少なくとも４dl／ｇの固有粘度を有する非イオン性重合体を含む。標準的には、このような重合体は、数百万、例えば少なくとも４００万又は５００万の分子量を有することになる。この形では、非イオン性重合体は、少なくとも８又は９dl／ｇ、例えば１０又は１２dl／ｇ以上もの固有粘度を示し得る。
【００２７】
水性配合物として又は低分子量重合体として別々に添加される場合、実質的に非イオン性の重合体はわずかにイオン性を有していてもよい。一般に、実質的に非イオン性の重合体は、例えば１０モル％以下のイオン性反復単位を含むことになる。したがって、重合体は、１０モル％までのアニオン性基又は１０モル％までのカチオン性基を含有し得る。同様に、実質的に非イオン性の重合体は、有効なイオン性電荷が１０モル％未満であることを条件として、アニオン性及びカチオン性の両方の基を含むことが望ましくもある。ただし、非イオン性重合体がイオン性基を含有する場合には、それが実質的にアニオン性基又はカチオン性基のいずれか一方だけであることが好ましい。実質的に非イオン性の重合体がイオン性基をも含む場合、それは、例えば最高１０モル％までの少量のイオン性単量体と非イオン性単量体を共重合させた結果による可能性がある。代替的には、重合体を、イオン性単量体へと変換される能力を有する非イオン性単量体を用いて製造することもできる。この場合には、非イオン性単量体を重合させることができ、重合工程の間又はその後のいずれかで、１０モル％までの非イオン性単量体単位がイオン性基へと変換されることになる。例えば、非イオン性単量体は、アクリルアミドであってよく、１０モル％までのアクリルアミド反復単位がアクリル酸単位へと加水分解され得る。
【００２８】
実質的に非イオン性の重合体はわずかにイオン性を有することができるが、イオン含有量は５％未満であることが好ましい。より好ましくは、重合体は完全に非イオン性であるか、２モル％以下のアニオン反復単位しか含有しない。
【００２９】
非イオン性重合体は、望ましくは、非イオン性水溶性エチレン性不飽和単量体から製造される。このような重合体は、重合体を作るための標準的な工業的方法のいずれかによって、例えば溶液重合、逆相懸濁重合、又は逆相エマルジョン重合によって製造可能である。したがって、非イオン性重合体は、ビーズ、粉末又はエマルジョンの形態で提供され得る。標準的には、非イオン性重合体は、アクリルアミド、ポリビニルピロリドン及びポリエチレンオキシドの重合体からなる群から選択される。好ましくは、非イオン性重合体は、アクリルアミドのホモポリマーである。
【００３０】
本発明の凝集系は、前記カチオン性重合体及び前記非イオン性重合体を適切な比率で用いる。標準的には、カチオン性重合体と実質的に非イオン性の重合体との重量比は、１０：９０〜９０：１０である。好ましい結果は、比率が１０：９０〜７５：２５、より好ましくは２５：７５〜７５：２５である場合に得られる。より良い結果は、一般に非イオン性及びカチオン性重合体の量がおよそ同じ（６０：４０〜４０：６０）であるときに得られる。したがって、最も好ましい比率は約５０：５０である。
【００３１】
本発明は、凝集及び脱水が関与するさまざまな処理に適している。特に関連性ある処理としては、下水スラッジの脱水、鉱物懸濁液の脱水、製紙工場スラッジの脱水、例えば紙の脱インキ工場からの脱インキ済みセルローススラッジの脱水及び製紙工程が含まれる。本方法は、下水スラッジの脱水に特に適している。
【００３２】
したがって、非イオン性重合体が本明細書に定義されているような低分子量重合体である場合、本発明の凝集系は、カチオン性及び非イオン性重合体を別々に導入することによって使用することができる。カチオン性重合体及び非イオン性重合体は通常、水溶液として懸濁液中に計量される。したがって、２つの重合体溶液は、逐次的に又は実質的に同時に、別々の溶液として懸濁液に直接計量され得る。「実質的に同時」とは、２つの溶液をほぼ同じ添加点で添加できることをいう。懸濁液に対し別々にカチオン性及び非イオン性重合体溶液を添加する場合には、これらは、いずれの順序でも添加可能である。例えば、カチオン性重合体溶液が最初に添加される場合には、凝集が開始した後に非イオン性重合体溶液を添加することができるが、これは、脱水段階の前かつ圧送又はスクリーニング段階のような高せん断段階の前に添加すべきである。代替的には、カチオン性重合体溶液を非イオン性重合体溶液の添加後に添加することが望ましくある。カチオン性及び非イオン性重合体溶液が別々に添加される場合には、懸濁液固形分中に第１の重合体用量が分散することができるよう、添加段階の間にある程度の混合を許容する又は適用することが適切であるかもしれない。この混合には例えば、屈曲部、そらせ板、狭窄部又は穏やかな混合を誘導する他の特長を場合によっては含むフローラインに沿っていくらかの距離だけ処理済み懸濁液を通過させることが含まれる。
【００３３】
好ましくは、別々に添加される場合、カチオン性及び非イオン性重合体溶液は、逐次的に導入される。
【００３４】
最も好ましくは、カチオン性及び非イオン性重合体溶液は、前記非イオン性重合体溶液及び前記カチオン性重合体溶液を含む水性組成物として懸濁液中に導入する。非イオン性重合体及びカチオン性重合体はばらばらな成分として存在しうる。しかしながら、好ましくは、２つの重合体は、相互作用して、非イオン性重合体及びカチオン性重合体が組成物中で密接に分散している１つの組成物を形成する。一部のケースでは、非イオン性重合体及びカチオン性重合体は少なくとも部分的に反応して新しい種を形成する。
【００３５】
本発明者は、本方法が、特に下水スラッジの処理について、従来の処理に比べて凝集及びろ過速度を著しく改善できるものであることを発見した。本方法は同様に、より広い最適用量範囲も提供する。このように、本方法は、過剰添加の危険性を減らしながら、より有効な脱水を行なうことを可能にする。
【００３６】
以下の例が本発明を例示する。
【００３７】
例１
試験１
アクリルアミドと、ジメチルアミノエチルアクリレート塩化メチル第四アンモニウムとのカチオン性共重合体（重量比４０／６０）の０．２５％水溶液（固有粘度９．９dl／ｇ）を、さまざまな用量で、２：３の比率で水で希釈したRotherham（英国ヨークシャ）のＤＰ／Ａ下水スラッジの５００ml標本に適用した。処理済みスラッジを１５秒間１，０００rpmで混合した。凝集済みスラッジを、ベルトプレスからの布を備えつけた直径８．０cmのふるいに通して自由水切りした。５秒以内で水切りされたろ液の量（凝集剤の用量について補正）を記録した。結果を表１に示し、図１にプロットする。
【００３８】
試験２
カチオン性重合体の添加の後、処理済みスラッジを５秒間１０００rpmで混合し、その後８０，１００の分子量のアクリルアミドホモポリマーの０．２５％水溶液を加え、それに続いて１５秒間１，０００rpmで混合したことを除いて、試験１を繰り返した。カチオン性のもの対非イオン性のものの比率は重量で５０：５０であった。各々の合計重合体用量についての結果を表１に示し、図１にプロットする。
【００３９】
試験３
カチオン性及び非イオン性の添加の順序を逆にしたことを除いて、試験２を繰り返した。各々の合計重合体用量についての結果を表１に示し、図１にプロットする。
【００４０】
試験４
カチオン性重合体の一回の添加を使用する代りに、カチオン性重合体と非イオン性重合体との重量比５０／５０の配合物（試験１〜３で言及したような）を、それら２つの重合体の０．２５％水溶液どうしを混合し、続いて手で勢いよく振とうすることによって調製したということを除いて、試験１を繰り返した。試験１について記した要領でスラッジに対し、配合済み重合体を添加した。各々の合計重合体用量についての結果を表１に示し、図１にプロットする。
【００４１】
【表１】
2004529761.tif 000002
【００４２】
例２
本発明の凝集系を、下水処理工場においてベルト型濃縮装置上の活性化スラッジについてさまざまな用量で評価した。
【００４３】
本発明の凝集系は、アクリルアミドと、ジメチルアミノエチルアクリレート塩化メチル第四級アンモニウムとのカチオン性共重合体（重量比４０／６０）の０．２５％水溶液（少なくとも８dl／ｇの固有粘度）４０重量部と、分子量８０，１００のアクリルアミドホモポリマーの０．２５％水溶液６０重量部とを混合することにより形成された水性組成物を含むものであった。
【００４４】
比較試験においては、アクリルアミドと、ジメチルアミノエチルアクリレート塩化メチル第四級アンモニウムとの同じカチオン性共重合体（重量比４０／６０）の０．２５％水溶液（少なくとも８dl／ｇの固有粘度）を単独で試験した。
【００４５】
ケーキ固形分の増加率を測定した。
【００４６】
表２からの結果は、カチオン性重合体単独の使用によって達成できるものよりも、本発明のカチオン性の低分子量の重合体の混合物が、改善されたケーキ固形分を示したということを示した。
【００４７】
【表２】
2004529761.tif 000003
【００４８】
結果をプロットして、図２に示す。さらに図３及び４は、順にカチオン性重合体単独の処理及び本発明の処理による濃縮されたスラッジの写真を示す。
【００４９】
例３
重量比５０／５０のカチオン性重合体と非イオン性重合体を含有する水性組成物又は単一のカチオン性重合体のいずれかを用いた処理を使用したことを除き、例１を繰り返した。８cmのふるいを用いスラッジ内に注入された０．２５％の重合体濃度の処理溶液を用いて、２０００rpmで１５秒間のせん断を利用し、２５０mlのRotherham下水スラッジＤＰ／Ａを用いて、５秒以内で水切りされた水の量。
【００５０】
以下の重合体を使用した：
重合体Ａ：  ６０重量％の塩化メチル第四級化ジメチルアミノエチルアクリレートと４０重量％のアクリルアミドとの、固有粘度１２dl／ｇの共重合体、
カチオン性
重合体Ｂ：  ６０重量％の塩化メチル第四級化ジメチルアミノエチルアクリレートと４０％のアクリルアミドとの、固有粘度８dl／ｇの共重合体
カチオン性
重合体Ｗ：  約８０，０００の分子量のアクリルアミド単量重合体
非イオン性
重合体Ｘ：  固有粘度１３dl／ｇのアクリルアミドホモポリマー
非イオン性
重合体Ｙ：  非イオン性スターチ
非イオン性
重合体Ｚ：  カチオン性スターチ（１０モル％未満のカチオン性）
非イオン性
【００５１】
水切りの結果を表３及び図５に示す。
【００５２】
【表３】
2004529761.tif 000004
【００５３】
結果は、カチオン性重合体と非イオン性重合体の配合物を用いて水切りが改善されることを示した。
【００５４】
例４
以下の処理を使用したことを除いて、例３を繰り返した。例３において使用された重合体に加えて、以下の重合体も使用した。
【００５５】
以下の重合体を使用した：
重合体Ｐ：  １０重量％のアクリル酸ナトリウムと９０重量％のアクリルアミドとの、固有粘度１８dl／ｇの共重合体。
重合体Ｑ：  ２重量％のアクリル酸ナトリウムと９８重量％のアクリルアミドとの、固有粘度１５dl／ｇの共重合体。
非イオン性
重合体Ｒ：  １５重量％の塩化メチル第四級化ジメチルアミノエチルアクリレートと、８５重量％のアクリルアミドとの、固有粘度１５dl／ｇの共重合体。
非イオン性
重合体Ｓ：  ４０重量％の塩化メチル第四級化ジメチルアミノエチルアクリレートと、６０重量％のアクリルアミドとの、固有粘度８dl／ｇの共重合体。
比較
重合体Ｔ：  ６０重量％の塩化メチル第四級化ジメチルアミノエチルアクリレートと、４０重量％のアクリルアミドとの、固有粘度８．９dl／ｇの共重合体。
比較
重合体Ｖ：  ８０重量％の塩化メチル第四級化ジメチルアミノエチルアクリレートと、２０重量％のアクリルアミドとの、固有粘度８．１dl／ｇの共重合体。
比較
【００５６】
水切りの結果を表４及び図６に示す。
【００５７】
【表４】
2004529761.tif 000005
【００５８】
結果は、非イオン性重合体が１０モル％以下のイオン単位しか含まない場合にカチオン性及び非イオン性重合体の配合物を使用する利点を示した。
【００５９】
例５
５００mlのCopley、Ａ下水スラッジを使用し、さまざまな重合体処理を使用したことを除いて、例３を繰り返した。結果を表５及び図７に示した。
【００６０】
【表５】
2004529761.tif 000006
【００６１】
例６
単一のカチオン性処理、水性配合済み非イオン性／カチオン性及び逐次的カチオン性及び高分子量非イオン性処理を用いて、例３を繰り返した。結果を表６及び図８に示す。
【００６２】
【表６】
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【００６３】
結果は、高分子量非イオン性重合体が使用される時の個別添加に比べ、非イオン性重合体及びカチオン性重合体の配合物を使用する利点を示す。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】各種重合体で処理済スラッジにおける自由水切り量と各種重合体用量のグラフである（例１）。
【図２】ベルト型濃縮装置上の活性化スラッジの水切り評価のグラフである（例２）。
【図３】カチオン性重合体単独の処理による濃縮されたスラッジの写真である。
【図４】本発明の処理による濃縮されたスラッジの写真である。
【図５】各種重合体で処理済スラッジにおける自由水切り量と各種重合体用量のグラフである（例３）。
【図６】各種重合体で処理済スラッジにおける自由水切り量と各種重合体用量のグラフである（例４）。
【図７】各種重合体で処理済スラッジにおける自由水切り量と各種重合体用量のグラフである（例５）。
【図８】各種重合体で処理済スラッジにおける自由水切り量と各種重合体用量のグラフである（例６）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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