(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モロヘイヤ、又はこの乾燥物、又はこの抽出物の少なくともいずれかと、高分子凝集剤とを含有することを特徴とする凝集剤。
【請求項２】
モロヘイヤ、又はこの乾燥物、又はこの抽出物は、酸及び／又はアルカリ処理されてなることを特徴とする請求項１記載の凝集剤。
【請求項３】
モロヘイヤ、又はこの乾燥物、又はこの抽出物の少なくともいずれかと、高分子凝集剤とを含有する凝集剤を懸濁液に添加し、微粒子を凝集分離することを特徴とする凝集方法。
【請求項４】
上記凝集剤を酸及び／又はアルカリ処理することを特徴とする請求項３記載の凝集方法。
【請求項５】
上記凝集剤を、凝集助剤、無機凝集剤の少なくとも１種以上と混合或いは併用することを特徴とする請求項３記載の凝集方法。
【請求項６】
上記高分子凝集剤が、ノニオン型、アニオン型、カチオン型、両性型高分子凝集剤より選ばれることを特徴とする請求項５記載の凝集方法。
【請求項７】
上記凝集剤を、天然産生凝集剤と混合或いは併用することを特徴とする請求項３記載の凝集方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排水処理分野、上・下水道分野、発酵工業、製紙工業、土建等の各種分野に使用される凝集剤、及びこれを用いた凝集方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年の大量生産と大量消費に伴って水中に排出される工場排水等の懸濁粒子群は、増大の一途にあるが、これら水中に懸濁分散している微粒子を凝集分離し、水を清澄化する作用をもつ凝集剤には、これまでポリアクリルアミドやその共重合体等の合成高分子凝集剤が一般に用いられている。しかし、これら合成高分子凝集剤は、以下のような問題点を有していた。
【０００３】
・土壌に放出されても分解されず、蓄積される。
【０００４】
・単量体（アクリルアミド等）自体が毒性を有する。
【０００５】
・石油等の化石資源から合成されたものであり、人類によって再生できないものを原料としている。
【０００６】
このような環境破壊、安全性、化石資源の枯渇等の点から、生分解を受けやすく、安全な凝集剤の開発が求められている。
【０００７】
最近では、これら生分解性が得られる凝集剤の開発が進んでいるが、人体に対する安全性については十分な検討がされておらず、特に食品や人の口に入るような製品、例えば、上水処理や処理凝集物の堆肥化や飼料化等への利用については未だ利用されていないのが実情である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、天然系高分子凝集剤として、グアーガム（豆科のグワーの種から抽出）、アルギン酸ソーダ（こんぶ、かじめ、あらめ等の褐藻類から抽出）、でんぷん、ゼラチン、キトサン（蟹の甲羅から抽出）等が検討されているが、これらは飼育・栽培が困難であったり、用途が限定されたり、凝集効果が低かったりで、広く実用化されるには至っていない。
【０００９】
本発明は、上述のような実情に鑑みてなされたものであり、環境や人体に対して安全性が高く、かつ優れた凝集活性を有し広い用途に利用が可能な凝集剤及び凝集方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係る凝集剤は、モロヘイヤ、又はこの乾燥物、又はこの抽出物の少なくともいずれかと、高分子凝集剤とを含有することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る凝集方法は、モロヘイヤ、又はこの乾燥物、又はこの抽出物の少なくともいずれかと、高分子凝集剤とを含有する凝集剤を懸濁液に添加し、微粒子を凝集分離することを特徴とする。
【００１２】
モロヘイヤ、又はこの乾燥物、またはこの抽出物からなる凝集剤は、これまでの凝集剤に比べて、凝集特性に優れ、処理液の消臭効果に優れている。さらに、この凝集剤は、天然物であるため人体や環境に対しても安全で、従来より埋立処理されていたケーキが、堆肥や飼料として利用できることになり、省資源、有害物質の低減、廃棄物の有効利用の点から、地球環境保全に大きく貢献することができる。
【００１３】
さらに、この凝集剤は、酸及び／又はアルカリ処理することにより、さらには、凝集助剤、無機凝集剤と混合或いは併用することにより、より高い凝集効果を得ることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１５】
本発明に係る凝集剤は、モロヘイヤ、又はこの乾燥物、又はこの抽出物の少なくともいずれかと、高分子凝集剤とを含有することを特徴とするものである。
【００１６】
モロヘイヤは、主にエジプトを中心にシリア、ヨルダン、イラン等のアラブの熱帯地方で栽培されているシナノキ科のコルコルス属の１年草であり、緑黄色野菜として古くから食用に利用されている。本発明は、このモロヘイヤの主成分である粘性を示す酸性多糖類を凝集剤として利用するものである。
【００１７】
具体的には、モロヘイヤの花、茎、葉、根部、又はこれらの一部をペースト状にしたものを凝集剤とするとよい。
【００１８】
または、モロヘイヤの花、茎、葉、根部、又はこれらの一部を乾燥状態でミキサー等により粉砕した粉体を凝集剤とするとよい。凝集剤の乾燥には、天日、日陰での風乾、真空乾燥、熱風乾燥、凍結乾燥等の何れの方法を使用してもよい。
【００１９】
さらには、これらペーストや粉体を、水、温水、親水性有機溶剤（アルコール類、エーテル類、Ｎ，Ｎ−ジメチルフォルムアミド、ジメチルスルフォキシド等）、又はこれらの混液により抽出した抽出液を凝集剤とするとよい。さらに、抽出液を分画したもの、或いは抽出液を乾燥したものであってもよい。なお、抽出液としては、水もしくは温水が好ましい。
【００２０】
また、上記抽出液を貧溶媒となる有機溶剤で再沈させたものや、これを乾燥させたものを凝集剤としてもよい。
【００２１】
これら抽出液は、必要に応じて、液中の固形物をフィルター等で濾過するとよい。
【００２２】
また、これら凝集剤は、アルカリ水溶液や酸水溶液で処理又は抽出して、これを凝集剤としてもよい。アルカリとしては、例えば、アンモニア水、各種アミン化合物、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム等が挙げられる。酸としては、乳酸、酪酸、酢酸、ギ酸等の有機酸や、硫酸、塩酸、硝酸等の無機酸が挙げられる。なお、モロヘイヤは、酸性基を多く含有しているため、反応の容易さから、アルカリで処理することがより好ましい。
【００２３】
本発明においては、モロヘイヤをそのまま凝集剤として用いることができるが、上述したように、粉体や抽出液として利用する方が、処理液（懸濁液）中での拡散をより容易にする上で効果的である。また、モロヘイヤをそのまま乾燥したものよりは、水、温水、水溶性有機溶剤等で抽出した後に乾燥させたものの方が、同一固形物重量当たりの凝集活性は有利となる。
【００２４】
但し、モロヘイヤの粘性の多糖成分は、粉砕や加熱しすぎると、その主・側鎖の切断による分子量低下や分子内架橋反応による水不溶化が生じ、凝集活性が低下してしまう。
【００２５】
一方、本発明に係る凝集方法は、上述したモロヘイヤ、又はこの乾燥物、又はこの抽出物の少なくともいずれかと、高分子凝集剤とを含有してなる凝集剤を、上水・下水、各種工業排水等の懸濁液に添加し、懸濁液中の微粒子を凝集分離することを特徴とするものである。
【００２６】
これら凝集剤は、上述したように、モロヘイヤをそのまま用いることができるが、乾燥させたり各種溶液により抽出することで粉体や抽出液として利用する方が好ましい。また、これら凝集剤は、アルカリ及び／又は酸により処理してもよい。
【００２７】
また、これら凝集剤は、１種単独で用いる必要はなく、複数種組み合わせて使用するとよい。例えば、以下に示す凝集助剤、無機凝集剤、有機凝結剤、ノニオン型高分子凝集剤、アニオン型高分子凝集剤、カチオン型高分子凝集剤、両性型高分子凝集剤と混合又は併用（別々に添加）するとよい。これら他の薬剤と混合又は併用することにより、各種凝集特性が改善される。
【００２８】
（１）凝集助剤
消石灰、ケイ酸ソーダ、ベントナイト、フライアッシュ
（２）無機凝集剤
硫酸アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム、アルミン酸ナトリウム、硫酸第一鉄、塩化第二鉄、硫酸第二鉄、塩化コッパラス、変性塩基性硫酸アルミニウム（ＬＡＣＳ）、活性シリカ
（３）有機凝結剤
ジメチルジアリルアンモニウムクロライド、アルキル・エピクロルヒドリン縮合物、ポリエチレンイミン、アルキレンジクロライドとポリアルキレンポリアミンの縮合物、ジシアンジアミド・ホルマリン縮合物、アニリン−ホルムアルデヒド重複合物塩酸塩、ポリヘキサメチレンチオ尿素酢酸塩、ポリビニルベンジルトリメチルアンモニウムクロライド
（４）ノニオン型高分子凝集剤
ポリアクリルアミド、ポリメタクリルアミド、でんぷん、グアーガム、ゼラチン、ポリオキシエチレン、ポリオキシプロピレン
（５）アニオン型高分子凝集剤
・（メタ）アクリル酸系ポリマーとして、ポリアクリルアミドやポリメタクリルアミドの部分加水分解物、アクリル酸又はメタクリル酸とアクリルアミド又はメタクリアミドとの共重合体及びその塩類、アクリル酸又はメタクリル酸とアクリルアミド又はメタクリルアミドと２−アクリルアミド−メチルプロパンスルホン酸、ビニルスルホン酸又はビニルメチルスルホン酸との３元共重合体及びその塩類、ポリアクリルアミドやポリメタクリルアミドのスルホメチル化物及びその塩類、アルギン酸ソーダ、グアーガムソーダ塩、カルボキシメチルセルロースソーダ塩、でんぷんソーダ塩
・その他のポリマーとして、下記のポリマーのスルホン化物及びその塩類が挙げられる。ポリスチレン、ポリフェニレンエーテル、ポリカーボネート、ポリフェニレンスルフィド、ポリエチレンテレフタレート、好ましくはポリフェニレンエーテル、ポリカーボネートである。
【００２９】
（６）カチオン型高分子凝集剤
・ジアルキルアミノアルキル（メタ）アクリレートの四級化物（四級化剤としては、塩化メチル、塩化ベンジル等）及びその酸塩（酸塩としては、塩酸塩、硫酸塩等の無機酸塩及び酢酸塩等の有機酸塩等）、又はこれらと（メタ）アクリルアミドとの重合体若しくは共重合体；例えば、ジメチルアミノエチルアクリレートのメチルクロライド四級化物又はこれとアクリルアミドとの重合体若しくは共重合体
・ジアルキルアミノアルキル（メタ）アクリルアミドの四級化物若しくは酸塩、又はこれらと（メタ）アクリルアミドとの重合体若しくは共重合体；例えば、ジメチルアミノプロピルアクリルアミドのメチルクロライド四級化物とアクリルアミドとの共重合体
・ポリアクリルアミドのカチオン化変性物；例えばポリアクリルアミドのマンニッヒ変性物及びホフマン分解物
・エピハロヒドリン−アミン縮合物；例えばエピハロヒドリンと炭素数２〜８のアルキレンジアミンとの重縮合物
・ポリジメチルジアリルアンモニウムクロライド
・ポリビニルイミダゾリン及びその塩類
・ポリビニルアミジン及びその塩類
・キトサン及びその塩類
・ポリビニルピリジン及びその塩類
・ポリチオ尿素
・水溶性アニリン樹脂
・クロロメチル化ポリスチレンアンモニウム塩又はアミン４級塩
・ポリビニルイミダゾール及びその塩類
（７）両性型高分子凝集剤
・アクリルアミド−アクリル酸（又はその塩）−ジアルキルアミノアルキル（メタ）アクリレート（又はその塩及び四級化物）
・ポリグルタミン酸及びその塩類
また、これ以外に、キレート樹脂、キレート剤、活性炭、オゾン水、イオン交換樹脂及びイオン交換膜、吸水性樹脂、過酸化水素水、塩素及び液体塩素、次亜塩素酸ソーダ、二酸化塩素、さらし粉、塩素化イソシアヌル、けいそう土、酸化チタン等の光触媒、生物処理剤等の副処理剤等と混合又は併用してもよい。
【００３０】
なお、凝集処理液や凝集物をそれぞれ上水処理や堆肥、飼料として利用する場合には、合成高分子凝集剤と混合又は併用すると、環境や人体に影響を及ぼす可能性があるため、本発明の凝集剤単独、或いは他の無機系及び天然産生薬剤と併用することが好ましい。
【００３１】
処理水等の懸濁液に対する凝集剤の添加量は、対象となる懸濁液の種類や他の薬剤との組み合わせによって大きくことなるが、概ね０．０１〜２０００ｍｇ／リットル、より好ましくは０．１〜５００ｍｇ／リットルである。凝集剤の添加量が少なすぎると、凝集効果が得られず、添加量が多すぎるとかえって凝集効果が低下する虞があるため好ましくない。
【００３２】
このように、モロヘイヤ、又はこの乾燥物、又はこの抽出液の少なくともいずれかを含有してなる凝集剤は、従来の凝集剤に比べて、各凝集特性（例えば、沈降速度、濾液濁度、濾布剥離性、ケーキ含水率）に優れている。さらに、これら凝集剤は、天然物であるため、人体や環境に対して安全であり、合成高分子凝集剤のように化石資源を消費することがなく再生可能な資源より得ることができる。これにより、従来より焼却或いは埋立処分とされていた脱水後のケーキが、堆肥や飼料として利用できることになり、省資源、有害物質の低減、廃棄物の有効利用の点から地球環境保全に貢献することができる。
【００３３】
さらに、これら凝集剤は、植物中の繊維成分を多く含んでいるため、ケーキや濾布との剥離性に優れ、処理水やケーキに対する消臭効果を有している。
【００３４】
【実施例】
以下、本発明の具体的な実施例について説明する。
【００３５】
実施例１
葉、茎のついたモロヘイヤを水に添加して、これをミキサーにかけ、細断及び抽出を行った。これにより得られたモロヘイヤの細断固形物を含む粘性水溶液を、凝集剤１とする。この粘性水溶液中の水可溶成分（水溶性ポリマー分）は、０．１％であった。
【００３６】
実施例２
モロヘイヤの葉、茎、根の乾燥粉末を、凝集剤２とした。この乾燥物中の固形分の純度は、９５％であった。
【００３７】
実施例３
モロヘイヤの葉の乾燥粉末に、５０℃の温水を加えて、攪拌・抽出した。この濾過物を凝集剤３とした。得られた粘性水溶液中の水可溶性分（水溶性ポリマー）は、０．２％であった。
【００３８】
実施例４
モロヘイヤの葉の乾燥粉末に水を加えて攪拌・抽出した。次に、この濾過物にエタノールを加え、生じた沈澱物を濾別・乾燥した。この乾燥物を凝集剤４とした。この乾燥物中の固形分の純度は９７％であった。
【００３９】
実施例５
葉、茎のついたモロヘイヤに水酸化ナトリウム水溶液を加えてミキサーにかけて、細断及び抽出を行った。この濾過物を凝集剤５とした。この粘性水溶液のｐＨは８．５であり、水可溶成分（水溶性ポリマー分）は、０．１３％であった。
【００４０】
実施例６
凝集剤２と、市販のポリアクリルアミド部分加水分解物（加水分解率：２０モル％）を１：１の重量比で混合したものを、凝集剤６とした。
【００４１】
実施例７
凝集剤４と、市販のコンスターチ系天然凝集剤を２：１の重量比で混合したものを、凝集剤７とした。
【００４２】
比較例１
ポリアクリルアミド部分加水分解物（中アニオン型高分子凝集剤）を凝集剤ａとする。
【００４３】
比較例２
コンスターチ系天然凝集剤を凝集剤ｂとする。
【００４４】
比較例３
ジメチルアミノエチルアクリレートのメチルクロライド四級化物とアクリルアミドとの共重合体（強カチオン型高分子凝集剤）を凝集剤ｃとする。
【００４５】
比較例４
キトサンを凝集剤ｄとする。
【００４６】
特性評価１
まず始めに、凝集評価用懸濁液として、１重量％のカオリン水溶液を用意した。そして、共栓付きの２００ｍｌメスシリンダーに１００ｍｌの懸濁液を入れ、メスピペットにより、実施例及び比較例の凝集剤を懸濁液にポリマー分又は固形分として１ｐｐｍなる濃度で添加した。直ちに同メスシリンダーを上下１０回転攪拌を行い、その後、静置して懸濁粒子の沈降速度及び濁度（静置１分後）を測定した。
【００４７】
この測定結果を表１に示す。
【００４８】
【表１】
0003876497.tif 000002
【００４９】
表１の結果から、モロヘイヤからの抽出物を含有する凝集剤１，２，３，５を用いた場合には、従来より用いられている比較例の凝集剤ａ，ｂに比べて、沈降速度、濁度の面において優れた凝集特性を示すことがわかる。また、凝集剤６のように、従来品と混合することにより、さらに優れた凝集特性を得られることがわかる。
【００５０】
特性評価２
まず始めに、凝集評価用懸濁液として、４重量％のカオリン水溶液に硫酸アルミニウムを０．２重量％添加したものを用意した。そして、共栓付きの２００ｍｌメスシリンダーに１００ｍｌの懸濁液を入れ、メスピペットにより、実施例及び比較例の凝集剤を懸濁液にポリマー分又は固形分として５ｐｐｍなる濃度で添加した。直ちに同メスシリンダーを上下１０回転攪拌を行い、その後、静置して懸濁粒子の沈降速度及び濁度（静置３分後）を測定した。
【００５１】
この測定結果を表２に示す。
【００５２】
【表２】
0003876497.tif 000003
【００５３】
表２の結果から、モロヘイヤからの抽出物を含有する凝集剤１，２，３，５と硫酸アルミニウムとを併用した場合には、比較例の凝集剤ａ，ｂと硫酸アルミニウムとを併用した場合に比べて、沈降速度、濁度の面において優れた凝集特性を示すことがわかる。また、凝集剤６のように、従来品と混合することにより、さらに優れた凝集特性を得られることがわかる。
【００５４】
特性評価３
まず始めに、凝集評価用懸濁液として、電子部品工場の廃水（原水は酸性を示し、消石灰で中和処理したもの）（水素イオン濃度指数（ｐＨ）：５．６，懸濁物質濃度（ＳＳ）：１．５重量％）に硫酸アルミニウムを３００ｐｐｍ添加したものを用意した。そして、共栓付きの２００ｍｌメスシリンダーに１００ｍｌの懸濁液を入れ、メスピペットにより、実施例及び比較例の凝集剤を懸濁液にポリマー分又は固形分として４ｐｐｍなる濃度で添加した。直ちに同メスシリンダーを上下１０回転攪拌を行い、その後、静置して懸濁粒子の沈降速度及び濁度（静置３分後）、脱水後のケーキと濾布との剥離性、ケーキ含水率を測定した。
【００５５】
この測定結果を表３に示す。なお、表中の剥離性の評価は、極めて良好な状態を◎とし、良好な状態を○とし、若干剥離が悪いものを△とする。
【００５６】
【表３】
0003876497.tif 000004
【００５７】
表３の結果から、モロヘイヤからの抽出物を含有する凝集剤３，４，５とポリ塩化アルミニウムとを併用した場合には、比較例の凝集剤ａ，ｂとポリ塩化アルミニウムとを併用した場合に比べて、沈降速度、濁度、剥離性、ケーキ含水率の面において優れた凝集特性を示すことがわかる。また、凝集剤７のように、比較例の凝集剤と混合することにより、さらに優れた凝集特性を得られることがわかる。
【００５８】
特性評価４
まず始めに、凝集評価用懸濁液として、下水処理場の混合汚泥（ｐＨ：６．６，ＳＳ：２．８重量％）を用意した。そして、この混合汚泥をジャーテスターにて攪拌し、これに凝集剤ｃ又はｄを懸濁物質（ＳＳ）当たり０．６重量％添加し、さらに攪拌後、各凝集剤を懸濁物質（ＳＳ）当たり０．１５重量％添加し攪拌を行った。そして、凝集後静置して汚泥の沈降速度、脱水濾液の濁度、ケーキと濾布との剥離性、ケーキ含水率、濾液の臭気を測定した。
【００５９】
この測定結果を表４に示す。なお、表中の剥離性の評価は、極めて良好な状態を◎とし、良好な状態を○とし、若干剥離が悪いものを△とする。濾液の臭気の評価は、全く無臭のものを◎とし、微臭のものを△とする。
【００６０】
【表４】
0003876497.tif 000005
【００６１】
表４の結果から、モロヘイヤからの抽出物を含有する凝集剤５を比較例の凝集剤ｃ又はｄと併用した場合には、比較例の凝集剤同士の併用に比べて、沈降速度、濁度、剥離性、ケーキ含水率の面において優れた凝集特性を示すことがわかる。また、モロヘイヤからの抽出物を含有する凝集剤を用いることにより、処理液の臭気を低減させる効果があることも確認された。さらに凝集剤５と天然産生凝集剤であるキトサン（凝集剤ｄ）と併用して用いることにより、脱水ケーキは、堆肥や飼料として用いることが可能となる。
【００６２】
特性評価１〜特性評価４からわかるように、本発明に係る凝集方法によれば、モロヘイヤの抽出物からなる凝集剤を用いることにより、従来の凝集剤を用いる場合に比べ、優れた凝集特性、臭気低減効果を得ることができ、工業排水処理、上下水道処理等のいずれの凝集処理においても利用できることがわかる。また、このモロヘイヤの抽出物からなる凝集剤は、従来から用いられている凝集剤と混合或いは併用することにより、さらに凝集効果を向上させることができる。特に、他の天然産生凝集剤と混合或いは併用することにより、脱水後のケーキも堆肥や飼料として利用できることになる。
【００６３】
【発明の効果】
以上の説明からも明らかなように、本発明に係る凝集剤及び凝集方法によれば、優れた凝集特性及び消臭効果を得ることができる。さらに、天然産生凝集剤を用いてなることから、人体や環境に対して安全で、合成高分子凝集剤のように化石資源を消費することがなく、再生可能な資源により再生することができる。これにより、従来では焼却や埋立処分されていた脱水後のケーキが堆肥や飼料として利用できることになり、省資源、有害物の低減、廃棄物の有効利用の点から地球環境保全に大きく貢献することができる。