(57)【要約】【課題】  環境負荷が少なく安全性に優れ、カチオン性が大で、汚泥（下水汚泥等の有機性汚泥等）や廃水の処理において、優れた凝集性能（フロック粒径、フロック強度、ろ液量およびケーキ含水率）を示す高分子凝集剤を提供する。【解決手段】  グアニジル基を有するアミノ酸を構成単位の少なくとも一部とする架橋型ポリペプチドを含有してなる高分子凝集剤；該高分子凝集剤を汚泥または廃水に添加、混合してフロックを形成させ、固液分離を行うことを特徴とする汚泥または廃水の処理方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
グアニジル基を有するアミノ酸（ａ）を構成単位の少なくとも一部とする架橋型ポリペプチド（Ａ１）を含有してなる高分子凝集剤（Ｐ）。
【請求項２】
（ａ）が、下記一般式（１）で表されるアミノ酸の少なくとも１種である請求項１記載の高分子凝集剤（Ｐ）。
【化１】
2012210579.tif 000004
［式（１）中、Ｒ1は炭素数１〜１０のアルキレン基を表す。］
【請求項３】
（Ａ１）中の（ａ）の構成単位の割合が、２０〜１００モル％である請求項１または２記載の高分子凝集剤（Ｐ）。
【請求項４】
（Ａ１）が、未架橋ポリペプチドを架橋剤を用いて架橋させてなる請求項１〜３のいずれか記載の高分子凝集剤（Ｐ）。
【請求項５】
架橋剤と未架橋ポリペプチドとの当量比が、１０-7／１〜１／１である請求項４記載の高分子凝集剤（Ｐ）。
【請求項６】
１Ｎ−ＮａＮＯ3水溶液中３０℃で測定した（Ａ１）の固有粘度が０．１〜２０ｄｌ／ｇである請求項１〜５のいずれか記載の高分子凝集剤（Ｐ）。
【請求項７】
さらに、非架橋型ポリペプチド（Ａ２）を含有させてなる請求項１〜６のいずれか記載の高分子凝集剤（Ｐ）。
【請求項８】
（Ａ１）と（Ａ２）の重量比が、５０／５０〜９９／１である請求項７記載の高分子凝集剤（Ｐ）。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか記載の高分子凝集剤（Ｐ）と、（メタ）アクリルアミド、（メタ）アクリル酸（塩）および下記一般式（２）で表される水溶性モノマーからなる群から選ばれる少なくとも１種のモノマーを構成単位とする（共）重合体（Ｂ１）を含有してなる高分子凝集剤（Ｑ）を併用してなる高分子凝集剤（Ｒ）。
ＣＨ2＝ＣＲ4−ＣＯ−Ｘ−(Ｑ−Ｎ+Ｒ5Ｒ6Ｒ7・Ｚ-) m(Ｈ)1-m    （２）
［式（２）中、ＸはＯまたはＮＨ；Ｑは炭素数１〜４のアルキレン基または炭素数２〜４のヒドロキシアルキレン基；Ｒ4はＨまたはメチル基；Ｒ5、Ｒ6、Ｒ7はそれぞれ独立にＨ、炭素数１〜１６のアルキル、アラルキルまたはアルキルアリール基；Ｚ-は対アニオン；ｍは０または１の数を表す。］
【請求項１０】
（Ａ１）と（Ａ２）の合計と（Ｂ１）との重量比が、４０／６０〜９９／１である請求項９記載の高分子凝集剤（Ｒ）。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか記載の高分子凝集剤を汚泥または廃水に添加、混合してフロックを形成させ、固液分離を行うことを特徴とする汚泥または廃水の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は高分子凝集剤に関する。さらに詳しくは架橋型ポリペプチドを含有してなる高分子凝集剤に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、下水汚泥、し尿（以下、汚泥と略記）もしくは一般産業廃水（以下、廃水と略記）等の有機性もしくは無機性の汚泥または廃水の処理には、ポリアクリルアミド、ポリアクリル酸ソーダ、ジメチルアミノエチル（メタ）アクリレート重合物、あるいはこれらを構成するモノマーの２種またはそれ以上の共重合物等の合成高分子凝集剤が多用されていた。
しかしながら、これらの合成高分子凝集剤は、汚泥等を処理した後の処理液に残留した場合には、生分解性が悪く環境内に蓄積される懸念があること、前記モノマーには毒性が懸念されるものが含まれていること等、環境上種々問題のあることが指摘されている。
【０００３】
そこで、環境負荷の少ない高分子凝集剤として、ポリペプチド、多糖類等の天然高分子凝集剤が注目されている。
例えば、ポリペプチド高分子凝集剤としては、ε−ポリリジンを架橋させてなる高分子凝集剤（例えば特許文献１参照）や、γ−ポリグルタミン酸およびそれを架橋させてなる高分子凝集剤（例えば特許文献２参照）；多糖類の高分子凝集剤としては、キチン・キトサンを用いた高分子凝集剤（例えば特許文献３参照）が知られている。
しかしながら、これらの高分子凝集剤は、環境上での問題はないが凝集性能面で効果が低く、使用範囲が限定されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２３６３０７号公報
【特許文献２】特開２００２−２１０３０７号公報
【特許文献３】特開２０００−１４０５０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般に、汚泥または廃水の処理のうち、とくに下水汚泥等の有機性汚泥にはカチオン性の合成高分子凝集剤が使用されている。これは、通常負電荷を有する汚泥成分と高分子凝集剤の正電荷との間の静電気的な相互作用で、高分子凝集剤が汚泥成分を吸着するためであり、これにより脱水機の圧搾に耐えうる強固なフロックの形成が可能となる。従って、高分子凝集剤の正電荷量が大きいほど、汚泥成分の吸着性が大きく凝集性能に優れた凝集剤となり得る。
【０００６】
しかしながら、前記ε−ポリリジンを架橋させてなる高分子凝集剤は、カチオン基が１級アミンであることから、従来の主要なカチオン性合成高分子凝集剤が有する３級アンモニウムや４級アンモニウムといったカチオン基よりカチオンの強さが劣るという問題があった。
また、前記γ−ポリグルタミン酸からなる高分子凝集剤はカチオン基を有さないため、有機性汚泥の脱水用の合成高分子凝集剤の代替とはなり難い。多糖類を用いた高分子凝集剤においても、そのカチオン性は弱く、従来の主要なカチオン性合成高分子凝集剤の代替とはなり難い。
【０００７】
本発明の目的は、環境負荷が少なく、カチオン性が大で、下水汚泥等の有機性汚泥に対して優れた凝集性能（フロック粒径、フロック強度、ろ液量およびケーキ含水率。以下同じ。）を示す架橋型ポリペプチドを含有してなる高分子凝集剤を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、上記課題を解決するため鋭意検討した結果、本発明に到達した。すなわち、本発明は、グアニジル基を有するアミノ酸（ａ）を構成単位の少なくとも一部とする架橋型ポリペプチド（Ａ１）を含有してなる高分子凝集剤（Ｐ）である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の高分子凝集剤は下記の効果を奏する。
（１）ポリペプチドを含有してなるため、環境負荷が少なく安全性に優れる。
（２）従来の架橋型ポリペプチド高分子凝集剤よりも凝集性能に優れる。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
［架橋型ポリペプチド（Ａ１）］
本発明の高分子凝集剤（Ｐ）は架橋型ポリペプチド（Ａ１）を含有してなる。（Ａ１）は、グアニジル基を有するアミノ酸（ａ）を構成単位の少なくとも一部とするポリペプチドを架橋させてなる架橋型ポリペプチドである。
（ａ）には、下記の一般式（１）で表されるアミノ酸が含まれ、グアニジル基を含むアミノ酸であれば天然アミノ酸、合成アミノ酸のいずれであってもよい。
【００１１】
【化１】
2012210579.tif 000002
【００１２】
式（１）中、Ｒ1は炭素数（以下Ｃと略記）１〜１０のアルキレン基を表す。
前記一般式（１）で表されるもののうち、天然アミノ酸としては、Ｌ−アルギニン、Ｄ−アルギニン等が挙げられるが、自然界に大量に存在するため工業上の観点から好ましいのはＬ−アルギニンである。
【００１３】
（Ａ１）を構成するポリペプチド中の（ａ）の構成割合は、ポリペプチドの高カチオン化の観点から好ましくは２０モル％以上、さらに好ましくは５０モル％以上、とくに好ましくは１００モル％である。
【００１４】
（Ａ１）を構成するポリペプチドは、（ａ）以外のその他のアミノ酸を構成単位とすることができる。該その他のアミノ酸としては、アミノ基が１個のもの（アラニン、アスパラギン酸、システイン、グルタミン酸、グリシン、イソロイシン、ロイシン、メチオニン、フェニルアラニン、プロリン、セリン、トレオニン、チロシン、バリン等）、アミノ基が２個のもの（リシン、アスパラギン、グルタミン、トリプトファン等）、アミノ基が３個のもの（ヒスチジン等）等が挙げられる。これらのうち高カチオン化の観点から好ましいのはヒスチジンおよびリシンである。
【００１５】
本発明における架橋前のポリペプチド（未架橋ポリペプチドということがある）の分子量［測定は後述のＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ  ＭＡＳＳ法（数千〜数万）、ＳＤＳ−ＰＡＧＥ法（数千〜２０万）またはアガロースゲルを用いた二次元電気泳動（アガロースゲル２−ＤＥ）法（２０万〜５０万）による。以下同じ。］は、後述する架橋型ポリペプチド（Ａ１）の凝集性能および凝結性能の観点から好ましくは１，０００〜２００，０００、さらに好ましくは４，０００〜１００，０００である。
【００１６】
なお、ポリペプチドの分子量測定方法は以下のとおりである。これらの方法および前記二次元電気泳動（アガロースゲル２−ＤＥ）法は未架橋および架橋ポリペプチドのいずれにも適用することができる。
（１）ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ  ＭＡＳＳ法による分子量測定
＜マトリックス溶液の作製＞
シナピン酸（ＳＡ）をアセトニトリル［０．１％（Ｖ／Ｖ）ＴＦＡ含有］に溶解し、濃度１０ｍｇ／ｍＬの溶液とする。該溶液にイオン交換シリカゲルを５０ｍｇ／ｍＬになるように添加してシリカゲル−ＳＡ懸濁液とする。該懸濁液１ｍＬ当たり０．５ｍｇ（０．０５％）のドデシル硫酸ナトリウム（ＳＤＳ）を加えて、シリカゲル−ＳＡ−ＳＤＳ懸濁液とし、これをマトリックス溶液とする。
＜サンプル調整＞
次にポリペプチド水溶液（０．５ｍｇ／２００μＬ）０．５μＬをＭＡＬＤＩサンプルプレートに塗布し、上記で作製したシリカゲル−ＳＡ−ＳＤＳ懸濁液１μＬを試料スポット上に塗布する。２０分間自然乾燥し、ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ  ＭＡＳＳを測定する。
【００１７】
（２）ＳＤＳ−ＰＡＧＥ法による分子量測定
本方法については、「遺伝子クローニングのためのタンパク質構造解析」（平野 久著東京化学同人、１９９３年刊行）に記載されている。
架橋前のポリペプチドの測定は５％アクリルアミドゲルを用いて定電圧（ＣＶ）１５０Ｖで３０分間電気泳動させることで分子量を測定する。また、架橋後のポリペプチドの測定には３０％のアクリルアミドゲルを用いて、定電圧（ＣＶ）１５０Ｖで９０分間電気泳動させることで分子量を測定する。
【００１８】
（ａ）を構成単位の少なくとも一部とするポリペプチドのうち、天然物としては、核酸に作用する高カチオン性のヒストンやプロタミン、大豆タンパク質由来のβ−コングリシニンやグリシニン、ＳＲタンパク質（セリン・アルギニンリッチなもの）等の天然タンパク質が挙げられる。
これらのうち例えばヒストンは分子量１０，０００〜２０，０００で構成アミノ酸の２０モル％以上がアルギニンおよびリシンであり、プロタミンは分子量約５，０００で構成アミノ酸の約６０モル％がアルギニンである。
【００１９】
本発明におけるポリペプチドとしては、該天然物の他に、化学合成や遺伝子組替えで設計された非天然物であってもよく、該非天然物としては、人工的に設計した配列であれば特に限定はなく、アミノ酸（ａ）を構成単位の少なくとも一部とするポリペプチドであればよい。
例えば公知のＦｍｏｃ固相合成法、Ｂｏｃ固相合成法等により任意のアミノ酸を出発物質として合成される、人工の配列を持つ５０〜１，０００個のアミノ酸を構成単位とするポリペプチドで、構成アミノ酸のうち５〜１００モル％がアミノ酸（ａ）であるものが挙げられる。ここにおいて、Ｆｍｏｃ固相合成法は下記の非特許文献１に、また、Ｂｏｃ固相合成法は非特許文献２に記載されている。
【００２０】
【非特許文献１】Ｆｍｏｃ  ｓｏｌｉｄ  ｐｈａｓｅ  ｐｅｐｔｉｄｅ  ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ：ａ  ｐｒａｃｔｉｃａｌ  ａｐｐｒｏａｃｈ，Ｗｅｎｇ  Ｃ．Ｃｈｅｎ，Ｐｅｔｅｒ  Ｄ．Ｗｈｉｔｅ．，Ｏｘｆｏｒｄ  Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ  Ｐｒｅｓｓ，Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ，２０００．
【非特許文献２】Ｐｅｐｔｉｄｅ  ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ  ａｎｄ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｊｏｈｎ  Ｈｏｗｌ，Ｖｏｌ．２９８，Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｉｎ  Ｍｏｌｅｃｈｌａｒ  Ｂｉｏｌｏｇｙ，２００５．，ＨＵＭＡＮＡ  Ｐｒｅｓｓ．
【００２１】
前記ポリペプチドのうち、構成単位の（ａ）が高含量である観点から好ましいのはプロタミン、さらに好ましいのはアルギニンの構成割合が約６０モル％の魚類プロタミンである。
【００２２】
本発明における架橋型ポリペプチド（Ａ１）は、前記未架橋ポリペプチドを架橋剤を用いて架橋することにより得られる。架橋により形成される結合としては共有結合、イオン結合、水素結合等が挙げられる。これらのうち架橋が容易に形成できる観点から好ましいのは共有結合、イオン結合である。
該架橋剤には、後述する、未架橋ポリペプチド中の官能基と反応性の官能基を有する化合物、および酵素が含まれる。
【００２３】
共有結合を形成させる架橋方法のうち代表的なものには、ポリペプチド中の複数のアミノ基と反応性の官能基を２個以上有する、エポキシド、イソシアネート、アジド、アルデヒド、塩化スルホニル、ヒドロキシコハク酸イミドまたはカルボキシル基含有化合物等を架橋剤として反応させて架橋する方法、ポリペプチド中のカルボキシル基と反応性の官能基を２個以上有する、カルボジイミドまたはアミノ化合物等を架橋剤として反応させて架橋する方法、ポリペプチド中の複数のチオール基と反応性の官能基を２個以上有する、ハロゲン化アルキル、マレイミドまたはアジリジン化合物等を架橋剤として反応させて架橋する方法等の化学的方法が含まれる。
これらのうち架橋による高分子化が容易である観点から好ましいのは、ポリペプチド中の複数のアミノ基と反応性のグリシジル基を２個有するエポキシ化合物を反応させて架橋する方法である。
【００２４】
共有結合を形成させる架橋方法においては、上記の化学的方法以外に、酵素反応により架橋させてもよく、用いられる酵素としてはトランスグルタミナーゼ、リジルオキシダーゼ、ペルオキシダーゼ等が挙げられる。
該架橋方法では、架橋前のポリペプチド中に酵素活性をもたらす基質となるアミノ酸配列あるいは特異的な３次構造を有している必要がある。
【００２５】
トランスグルタミナーゼは、ペプチド鎖中のグルタミン残基のγ−カルボキサミド基のアシル転移反応を触媒する酵素である。アシル受容体としてペプチド鎖中のリジン残基のε−アミノ基が作用すると、蛋白質間にε−（γ−Ｇｌｕ）Ｌｙｓ架橋結合が形成される。この反応を利用してペプチドおよび／または蛋白質を架橋高分子化する技術が実用化されている（例えば特開昭５８−１４９６４５公報、特公平６−６５２８０公報参照）。
リジルオキシダーゼは、ペプチド鎖中のリジン残基をアリジン残基にする酸化的脱アミノ反応を触媒する。アリジン残基にペプチド鎖中のリジン残基が作用すると、ペプチド鎖間に架橋結合が形成する。この反応を利用すればペプチドおよび／または蛋白質原料の架橋高分子化による改質が可能である（例えば特開平２−２４５１４５公報参照）。
ペルオキシダーゼはＡＨ2＋Ｈ2Ｏ2→２Ｈ2Ｏ＋Ａの反応を触媒する酵素であり、フェノール性水酸基を共有結合させることができる。つまり、チロシンを有するタンパク質が基質となり得る。例えば、牛血清アルブミンまたはチオグロブリンを基質として架橋させることが可能である（特開平１１−７５８８７）。
【００２６】
イオン結合を形成させる架橋方法としては、ポリペプチド中のカチオン基（アミノ基等）またはアニオン基（カルボキシル基、スルホ基等）とイオン結合可能な官能基（カルボキシル基、スルホ基またはアミノ基）を２個以上有する化合物（架橋剤）でポリペプチドを架橋する方法が挙げられる。
架橋剤のアニオン基としては、カルボキシル基、スルホ基等が挙げられる。
カルボキシル基を有する架橋剤としては、Ｃ２〜１５のもの、例えばシュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、クエン酸、トリメリット酸、あるいはこれらの塩等の低分子化合物や、数平均分子量［以下Ｍｎと略記。測定はゲルパーミエイションクロマトグラフィー（ＧＰＣ）法による。］１，０００〜５０，０００のもの、例えばポリアクリル酸、ポリグルタミン酸およびこれらの塩等の高分子化合物が挙げられる。
スルホ基を含有する架橋剤としては、Ｃ３〜１５のもの、例えば１，３−プロパンジスルホン酸、２、２’−ベンジジンジスルホン酸、１、５’−ナフタレンジスルホン酸、ナフタレントリスルホン酸やこれらの塩等が挙げられる。
【００２７】
また、架橋剤のカチオン基としては、１〜３級アミンや４級アンモニウム塩等が挙げられる。これらの例としては、Ｃ２〜１５のもの、例えばエチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、ジエチレントリアミン、ペンタエチレンヘキサミン等が挙げられる。
また、後述する非架橋ポリペプチド（Ａ２）は、イオン結合を形成する架橋剤として用いることもできる。
これらイオン結合を形成させる架橋は、架橋前のポリペプチドを溶解させた水溶液に架橋剤を所定量添加して行うが、反応溶液中のｐＨに大きく影響を受けるため、中性付近（ｐＨ５．０〜７．５）で行うことが好ましい。
【００２８】
架橋剤の添加量は、未架橋ポリペプチドの組成や分子量および架橋剤の架橋点数によって大きく異なるが、得られる架橋型ポリペプチドの水溶性が保持できる量とすることが必要である。なお、本発明において水溶性とは、２０℃の水に対する溶解性（ｇ／水１００ｇ）が１以上であることを意味することとする。
架橋反応に基づく架橋剤と未架橋ポリペプチドとの当量の比は、ポリペプチドの高分子量化および水溶性保持の観点から好ましくは１０-7／１〜１／１、さらに好ましくは１０-5／１〜１０-3／１である。
【００２９】
本発明における架橋型ポリペプチド（Ａ１）の、ＳＤＳ−ＰＡＧＥ法による分子量は凝集性能の観点から好ましくは２０万以上である。また、１Ｎ−ＮａＮＯ3水溶液中３０℃で測定される（Ａ１）の固有粘度（ｄｌ／ｇ）は、凝集性能および溶解性の観点から好ましくは０．１〜２０、さらに好ましくは５〜１５である。
【００３０】
［非架橋型ポリペプチド（Ａ２）］
本発明の高分子凝集剤（Ｐ）は、前記架橋型ポリペプチド（Ａ１）の他に、必要により本発明の効果を阻害しない範囲で非架橋型ポリペプチド（Ａ２）を含有させてもよい。
（Ａ２）のうち、通常汚泥または廃水が有する電荷の中和を補う観点から好ましいのは、側鎖にカチオン基（アミノ基等）および／またはアニオン基（カルボキシル基、スルホ基等）を有するアミノ酸で構成されるポリペプチドである。
側鎖にカチオン基を有するアミノ酸としては、アルギニン、リシン、ヒスチジン等、アニオン基を有するアミノ酸としては、グルタミン酸、アスラギン酸等が挙げられる。
【００３１】
（Ａ２）の分子量は、凝集性能および凝結性能の観点から好ましくは後述の測定条件におけるＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ  ＭＡＳＳ法、ＳＤＳ−ＰＡＧＥ法もしくはアガロース２−ＤＥ法による分子量１００〜５００，０００、さらに好ましくは１，０００〜１００，０００である。
また、（Ａ２）の分子量は、前記１Ｎ−ＮａＮＯ3水溶液中３０℃で測定される固有粘度（ｄｌ／ｇ）で表した場合は、凝集性能および凝結性能の観点から好ましくは０．１〜１５、さらに好ましくは０．３〜１０である。
【００３２】
本発明の高分子凝集剤（Ｐ）は、前記（Ａ１）、または、（Ａ１）と（Ａ２）から構成される。（Ａ１）と（Ａ２）から構成される場合は、いずれも粉末状の（Ａ１）と（Ａ２）を任意の割合で均一配合することにより得られる。
（Ａ１）と（Ａ２）の重量比は、凝集性能および水溶性の観点から好ましくは５０／５０〜９９／１、さらに好ましくは７０／３０〜９５／５である。
【００３３】
［高分子凝集剤（Ｑ）］
本発明の高分子凝集剤（Ｐ）は、本発明の効果を阻害しない範囲で必要により共重合体（Ｂ１）を含有してなる、高分子凝集剤（Ｐ）以外の高分子凝集剤（Ｑ）を併用することができる。
共重合体（Ｂ１）は、（メタ）アクリルアミド、（メタ）アクリル酸（塩）および下記一般式（２）で表される水溶性モノマーからなる群から選ばれる少なくとも１種のモノマーを構成単位としてなる。
ＣＨ2＝ＣＲ4−ＣＯ−Ｘ−(Ｑ−Ｎ+Ｒ5Ｒ6Ｒ7・Ｚ-)m(Ｈ)1-m    （２）
式（２）中、ＸはＯまたはＮＨ；ＱはＣ１〜４のアルキレン基またはＣ２〜４のヒドロキシアルキレン基；Ｒ4はＨまたはメチル基；Ｒ5、Ｒ6、Ｒ7はそれぞれ独立にＨ、Ｃ１〜１６のアルキル、アラルキルまたはアルキルアリール基；Ｚ-は対アニオン；ｍは０または１の数を表す。
【００３４】
本発明における（Ｑ）の分子量は、１Ｎ−ＮａＮＯ3 水溶液中３０℃で測定した固有粘度（ｄｌ／ｇ）で表した場合、下限は通常０．１、凝集性能（とくにフロックの粗大化）の観点から好ましくは１、さらに好ましくは２、最も好ましくは４、上限は凝結性能（とくにフロック強度の向上）の観点から好ましくは２０、さらに好ましくは１８、最も好ましくは１６である。
【００３５】
（Ｑ）の製造法としては特に限定はなく、例えば水溶液重合、逆相懸濁重合、沈澱重合および逆相乳化重合等のラジカル重合法を用いることができる。これらのうち工業的観点から好ましいのは、水溶液重合、逆相懸濁重合および逆相乳化重合、さらに好ましいのは水溶液重合および逆相懸濁重合である。
水溶液重合としては、例えばモノマー水溶液を外部からの熱の出入りがない断熱容器中に入れ、断熱重合させる方法（例えば特公昭５９−４０８４３号公報）およびモノマー水溶液を外部から温度調整可能な容器中で定温重合させる方法（例えば特開平３−１８９０００号公報）を用いることができる。
【００３６】
逆相懸濁重合としては、例えば水溶性モノマーの水溶液を油溶性高分子物質またはノニオン性界面活性剤を分散安定剤として、油中水型に分散して重合させる方法（例えば特開昭５６−５３１１１号公報）を用いることができる。
【００３７】
本発明の高分子凝集剤（Ｐ）と前記高分子凝集剤（Ｑ）を併用する場合の、（Ｐ）を構成する（Ａ１）および（Ａ２）の合計と、（Ｑ）を構成する（Ｂ１）との重量比、は、環境負荷低減および凝集性能の観点から好ましくは４０／６０〜９９／１、さらに好ましくは６０／４０〜９８／２、とくに好ましくは８０／２０〜９５／５である。
また、該併用には、汚泥等への適用に際して（Ｐ）と（Ｑ）を予め均一混合した高分子凝集剤として併用する方法、および、汚泥等を（Ｐ）または（Ｑ）で別々に逐次的に処理して併用する方法が含まれる。
【００３８】
本発明の高分子凝集剤を汚泥または廃水に添加する方法としては、特に限定はなく、例えば特許第１３１１３４０号公報または特許第２０３８３４１号公報等に記載の方法が挙げられる。
本発明の高分子凝集剤の使用量は、汚泥等の種類、懸濁粒子の含有量、高分子凝集剤の分子量等により異なるが、特に限定はなく、汚泥等中の蒸発残留物重量（以下、ＴＳと略記）に基づいて、通常０．０１〜１０％、凝集性能の観点から好ましい下限は０．１％、さらに好ましくは０．５％、とくに好ましくは１％、処理コストの観点から好ましい上限は５％、さらに好ましくは３％、とくに好ましくは２％である。
【００３９】
本発明の高分子凝集剤の使用方法としては、十分な凝集性能の観点から水溶液にした後に汚泥等に添加するのが好ましいが、高分子凝集剤を固体の状態で直接汚泥等に添加することもできる。高分子凝集剤を水溶液として用いる場合の濃度は、取り扱い上および溶解速度の観点から好ましくは０．０５〜１重量％である。
高分子凝集剤の溶解方法としては、特に限定されることはなく、例えば予め秤り取った水をジャーテスター等の撹拌装置を用いて撹拌しながら所定量の高分子凝集剤を徐々に加え、数時間（約２〜４時間程度）かけて溶解させる方法等が採用できる。粉末状の高分子凝集剤を水に溶解させる際に、所定量の高分子凝集剤を一気に加える方法はままこを生じ、完全に水に溶解させることが困難となることから好ましくない。
【００４０】
本発明の高分子凝集剤の添加の際には、汚泥等のｐＨを予め調整しておいてもよい。ｐＨの調整範囲は通常３〜８、加水分解防止の観点から好ましい下限は３．５、さらに好ましくは４、とくに好ましくは４．５、溶解性の観点から好ましい上限は７、さらに好ましくは６、とくに好ましくは５．５である。
ｐＨの調整方法としては、特に限定されることはなく、無機酸（硫酸、塩酸、リン酸、硝酸等）等の酸性物質や苛性アルカリ（水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等）等のアルカリ性物質を用いる方法が挙げられる。
【００４１】
また、本発明の高分子凝集剤を汚泥等に添加して形成されたフロックの脱水方法（固液分離法）としては、遠心脱水、フィルタープレス脱水、ベルトプレス脱水、スクリュープレス脱水およびキャピラリー脱水等の種々の脱水法が適用できる。これらのうち、本発明の高分子凝集剤の特異的な凝集性能である高フロック強度の観点から好ましいのは、スクリュープレス脱水およびベルトプレス脱水である。
【実施例】
【００４２】
以下実施例により本発明をさらに説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。実施例中の部は重量部、％は重量％を表す。
【００４３】
実施例１［架橋型ポリペプチド（Ａ１−１）を含有してなる高分子凝集剤（Ｐ−１）］
反応容器中で、サーモン由来のプロタミン［商品名「しらこたん白抽出物」、上野製薬（株）製。アルギニン含量６０モル％、分子量約５，０００。］１０ｇを１００ｍＬのジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）に溶解し、５０℃のオイルバス中で５分混合した。同温度で撹拌しながら、濃度０．０２重量％に調整したエチレングリコールジグリシジルエーテルのＤＭＦ溶液５ｍＬを１０分かけて添加した。その後５０℃で５時間撹拌を継続して架橋反応させた。
【００４４】
架橋型プロタミンの回収は以下の手順で行った。まず、反応液に３００ｍＬのジエチルエーテルを添加して混合し、遠心分離（１０，０００Ｇ、１５分間、４℃）した。上澄み液を除去し、再度ジエチルエーテルを５０ｍＬ加えて撹拌洗浄を行い、遠心分離（１０，０００Ｇ、１５分間、４℃）した。上澄み液を除去して得られた白色粉末を蒸留水３０ｍＬに溶解し、凍結乾燥することで架橋型プロタミン（Ａ１−１）を含有してなる粉末状の高分子凝集剤（Ｐ−１）を得た。（Ａ１−１）の固有粘度（単位はｄｌ／ｇ。１Ｎ−ＮａＮＯ3水溶液中３０℃で測定。以下同じ。）は１０．０であった。架橋前のプロタミンの固有粘度は０．１であったことから架橋により高分子量化されたことが確認できた。また、ＳＤＳ−ＰＡＧＥ法を用いて（Ａ１−１）の分子量を確認したところ、架橋前が約５，０００であったのに対し、架橋後は２０万以上となっていることが分かった。
【００４５】
製造例１［非架橋型ポリペプチド（Ａ２−１）］
アミノ酸（アルギニン）配列を有するポリペプチド（Ａ２）（３０個のアルギニンが結合したもの。分子量４，７０３．６）をペプチド合成機［型番「ＰＳＳＭ−８」、（株）島津製作所製］を用いたＦｍｏｃ固相合成法により合成した。樹脂担体としてＣ−末端活性化アミド樹脂であるＴＧＳ−ＲＡＭ［（株）島津製作所製］１００ｍｇを用いた。樹脂は反応容器に採取し、ＤＭＦ２ｍＬを加え、静置して一晩膨潤させた。カップリング試薬として、２−（１Ｈ−ベンゾトリアゾール−１−イル）−１，１，３，３，−テトラメチルウロニウム  ヘキサフルオロホスフェート）（ＨＢＴＵ）／１−ヒドロキシベンゾトリアゾール（ＨＯＢｔ）／Ｎ−メチルモルホリン系を用いた。各カップリング反応は反応性Ｎ末端に対して３当量のＦｍｏｃ−Ａｒｇ（Ｐｂｆ）を添加し、縮合剤溶液（ＨＢＴＵ１８．３ｇ、ＨＯＢｔ・Ｈ2Ｏ７．５ｇ、ＤＭＦ９６ｍＬを混合した溶液）を１．５ｍＬ、続いてジイソプロピルエチルアミン（ＤＩＥＡ）１６．５ｍＬとＮ−メチルピロリジン（ＮＭＰ）８８．５ｍＬの混合溶液を１．３ｍＬ添加し、３０分間窒素バブリングにて撹拌し反応させた。続いて、２０％ピペリジン（ＰＰＤ）／ＤＭＦ溶液を２ｍＬ添加し３分間窒素バブリングにて撹拌し、脱Ｆｍｏｃを行った。続いて、ＤＭＦを２ｍＬ加えて１分間窒素バブリングにて撹拌し洗浄を行った。この洗浄は５回行った。上記のカップリング反応、脱Ｆｍｏｃ、洗浄を３０回繰り返し、ペプチド鎖を伸長した。合成完了後、脱保護および樹脂からの切り出しは、トリフルオロ酢酸（ＴＦＡ）１．７２ｍＬ、水５０μＬ、トリイソプロピルシラン（ＴＩＳ）３０μＬ、１，２−エタンジチオール１００μＬ、チオアニソール１００μＬの混合液を加え、３時間静置にて反応させて行った。その後、ろ過した反応液に窒素ガスを吹きかけることでＴＦＡをできるだけ除去し、残渣にジエチルエーテルを加えることにより白色の析出物を得た。さらにここで得られた析出物を遠心機により沈降させた後（３，５００Ｇ、５分、４℃）、上澄み液のジエチルエーテルをデカンテーションした。この操作を３回行った。次に真空ポンプで乾燥させることにより粗精製のペプチドを得た。次にこのペプチドを、高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）［型番「ＥＬＩＴＥ  ＬａＣｈｒｏｍ」、日立ハイテクノロジーズ（株）製、逆相カラムは、「Ｃｏｓｍｏｓｉｌ  ５Ｃ18  ＡＲ−３００」、１０ｍｍ×２５０ｍｍ、ナカライ（株）製］を用い、０．１％ＴＦＡ水溶液／０．１％ＴＦＡアセトニトリル溶液を溶離液として、２ｍＬ／分の流速で０．１％ＴＦＡアセトニトリル溶液を１０％から０．６％／分のグラジエントで５０％まで上げることで分離精製を行った。分取したサンプルを凍結乾燥後、白色の固体を得た。この生成物について、ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ  ＭＡＳＳ法により分子量を測定したところ、分子量は４，７０３であり、理論値とほぼ一致したことから、合成できたことを確認した。
【００４６】
実施例２〜４［（Ａ１−１）と（Ａ２−１）を含有してなる高分子凝集剤（Ｐ−２〜Ｐ−４）］
架橋型ポリペプチド（Ａ１−１）の粉末と、非架橋型ポリペプチド（Ａ２−１）の粉末の混合割合（重量比）がそれぞれ５０／５０、８０／２０、９５／５となるように均一混合して、それぞれ高分子凝集剤（Ｐ−２）、（Ｐ−３）、（Ｐ−４）を得た。
【００４７】
製造例２［水溶性モノマーの共重合体（Ｂ１−１）を含有してなる高分子凝集剤（Ｑ−１）］
反応容器に２−アクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウムクロリドの８０％水溶液７９．７部、アクリルアミドの５０％水溶液４６．８部および水４６部を仕込み、撹拌、混合して均一水溶液とした。その後スルファミン酸の１０％水溶液を用いて該水溶液のｐＨを３．０に調整した。液中に窒素を５分間通気して窒素置換した後、２，２’−アゾビス−（アミジノプロパン）ジハイドロクロライドの８．７％水溶液０．１部およびチオグリセロールの１．０％水溶液０．１部を添加し、密閉下５０℃で２０時間重合させた。その後反応容器内のゲルを取り出し細断後、循風乾燥機で５０℃×１０時間乾燥させ、さらにジューサーミキサーで粉砕して粉末状の水溶性共重合体（Ｂ１−１）を含有してなる高分子凝集剤（Ｑ−１）得た。（Ｂ１−１）の固有粘度は１０．１ｄｌ／ｇ、カチオンコロイド当量値は３．７８ｍｅｑ／ｇであった。
【００４８】
実施例５［（Ａ１−１）と（Ｂ１−１）を含有してなる高分子凝集剤（Ｒ−１）］
架橋型ポリペプチド（Ａ１−１）の粉末８０部、共重合体（Ｂ１−１）の粉末２０部を均一混合して高分子凝集剤（Ｒ−１）を得た。
【００４９】
実施例６［（Ａ１−１）、（Ａ２−１）および（Ｂ１−１）を含有してなる高分子凝集剤（Ｒ−２）］
架橋型ポリペプチド（Ａ１−１）の粉末６０部、非架橋型ポリペプチド（Ａ２−１）の粉末２０部、共重合体（Ｂ１−１）の粉末２０部を均一混合して高分子凝集剤（Ｒ−２）を得た。
【００５０】
比較例１
実施例１で用いたサーモン由来のプロタミン（非架橋のプロタミン）を含有してなる高分子凝集剤を（比Ｐ−１）とした。（比Ｐ−１）の固有粘度は０．１ｄｌ／ｇであった。
【００５１】
比較例２
非架橋型ポリペプチド（Ａ２−１）のみを含有してなる高分子凝集剤を（比Ｐ−２）とした。
【００５２】
比較例３
（Ｂ１−１）のみを含有してなる高分子凝集剤を（比Ｐ−３）とした。
【００５３】
比較例４
粉体ε−ポリリジン［チッソ（株）製］を０．５ｇ／Ｌとなるようにイオン交換水に溶解し、該溶液１０ｍＬとメタノール１０ｍＬを混合した後、５０℃のオイルバス中で５分間撹拌しながら温度調整した。次に７−エチルオクタデカン二酸ジグリシジル［岡村精油（株）製］を０．５ｇ／Ｌとなるようにメタノール１０ｍＬに懸濁させた懸濁液を３０分かけて前記の溶液に徐々に滴下した。全量滴下した後、５０℃で１２時間保つことで架橋反応させた。架橋高分子化ε−ポリリジンの回収は前記特許文献１に記載の方法で行い、架橋ε−ポリリジン高分子凝集剤（比Ｐ−４）を得た。（比Ｐ−４）の分子量は、ＳＤＳ−ＰＡＧＥ法による測定では２０万以上であった。また、１Ｎ−ＮａＮＯ3水溶液中３０℃で測定した固有粘度（ｄｌ／ｇ）は９．１であった。
【００５４】
実施例１〜６、比較例１〜４［凝集性能評価］
上記で得られた高分子凝集剤をそれぞれイオン交換水に溶解して固形分含量０．２％の水溶液とした。Ａ市処理場から採取した消化汚泥［ｐＨ７．４、ＴＳ（蒸発残留物含量）２．９％、ＳＳ（浮遊物質含量）２．７％、有機分６５％、アルカリ度４，５４３ｍｇ−ＣａＣＯ3／Ｌ］２００部を５００ｍＬのビーカーに採り、上記高分子凝集剤の各水溶液１６、１９、２２部を添加し（この時の固形分添加量はそれぞれ０．６、０．７、０．８％／ＴＳ）、性能を評価した。結果を表１に示す。
【００５５】
＜性能評価方法＞
（１）フロック粒径（ｍｍ）
ジャーテスター［宮本理研工業（株）製、形式ＪＭＤ−６ＨＳ−Ａ］に板状の塩ビ製撹拌羽根（直径５ｃｍ、高さ２ｃｍ、厚さ０．２ｃｍ）２枚を十字になるように上下に連続して撹拌棒に取り付け、汚泥または廃水２００ｍＬを５００ｍＬのビーカーに取り、ジャーテスターにセットした。ジャーテスターの回転数を１２０ｒｐｍにし、ゆっくり汚泥または廃水を撹拌しながら、所定量の０．２％の高分子凝集剤水溶液を一度に添加し、３０秒間撹拌した後、撹拌を止め形成されたフロックの粒径（ｍｍ）を目視にて観察した。続いて回転数を３００ｒｐｍにセットし、さらに３０秒間撹拌した後、撹拌を止め該フロックの大きさを再度目視にて観察した。
【００５６】
（２）ろ液量（ｍＬ）
Ｔ−１１８９のナイロン製ろ布［敷島カンバス（株）製、円形状、直径９ｃｍ］、ヌッチェ漏斗、３００ｍＬが測れるメスシリンダーをセットし、上記フロック粒径の評価後の汚泥を一度に投入して濾過し、ストップウォッチを用いて投入直後から６０秒後までのろ液量を測定し処理速度を評価した。
【００５７】
（３）ケーキ含水率（％）
濾過した汚泥の一部をスパーテルで取り出し、プレスフィルター試験機を用いて脱水試験（１ｋｇ／ｃｍ2、６０秒）を行い、試験後の脱水ケーキ約３．０ｇをシャーレに秤量（Ｗ１）して、循風乾燥機中で完全に水分が蒸発するまで（１０５±５℃×８時間）乾燥させた後、シャーレ上に残った乾燥ケーキの重量を（Ｗ２）として、次式からケーキ含水率を算出した。
ケーキ含水率（％）＝｛（Ｗ１）−（Ｗ２）｝×１００／（Ｗ１）
【００５８】
【表１】
2012210579.tif 000003
【００５９】
表１から、実施例１の本発明の高分子凝集剤は比較例１、２、４に比べて、凝集性能（フロック粒径、フロック強度、ろ液量およびケーキ含水率）が極めて優れていることが分かる。このことからプロタミンを架橋高分子量化することで極めて凝集性能が向上し、非架橋のプロタミン、非架橋ポリペプチドまたは従来型の架橋ポリペプチドよりはるかに優れることがわかる。さらに、実施例１〜６の本発明の高分子凝集剤は、比較例３と同等またはそれ以上の凝集性能を示した。このことから本発明の架橋型ポリペプチド、または該架橋型ポリペプチドを含有してなる高分子凝集剤は、合成高分子凝集剤に匹敵する凝集性能を有することがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明の高分子凝集剤は、従来の合成高分子凝集剤と同等またはそれ以上の凝集性能を発揮し、かつ環境に対する安全性に優れることから、汚泥（とくに有機性汚泥等）または廃水の処理等、高分子凝集剤が活用される分野で幅広く利用することができ極めて有用である。