JPS5919725B2 - カチオン性有機高分子凝集剤 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はカチオン性の有機高分子凝集剤、特に汚泥脱
水に対して有効に使用することのできるカチオン性有機
高分子凝集剤に関するものである。

従来より水、汚泥等の凝集剤としてカチオン性有機高分
子化合物が使用されている。

カチオン性有機高分子化合物は水溶性の有機高分子であ
って、カチオン性基を有するものであり、例えば第一〜
第三アミン型のものがある。

これらの高分子凝集剤は遊離アミンの形のものもあるが
、通常はアミンの塩酸塩または硫酸塩の形となっている
。

その理由はアミンのモノマーを水溶液重合させる際、そ
のままではモノマーまたは生成した重合体が水に溶けな
い場合や溶けたとしても高ＰＲのためモノマーが分解す
る場合があるからである。

また一般にカチオン性の有機高分子凝集剤は高分子量に
なるほど効果が増すが、アミンそのままでは分子量が上
らないので、分子量を上げるために塩酸または硫酸で中
和し、中性ないし酸性にして重合させているからである
。

ところで高分子凝集剤は分子量が高いものほど凝集性能
が良いが、分子量が高くなると溶液の粘性および曳糸性
が高くなり、凝集操作を困難にするとともに凝集効果を
悪くしていた。

例えば凝集剤添加に際しては水溶液で添加するが、粘性
が高いと攪拌、溶解が困難であり、これを避けるために
低濃度にすると装置を大きくする必要があり、また汚泥
脱水の場合には大量の水分を持込むことになって処理量
の低下をまねいたりケーキ含水率を高める結果になる。

また汚泥を濾布により脱水する場合、濾過速度が小さく
なるとともに、脱水ケーキが粘着性を帯びて濾布からの
剥離性を悪くするという欠点があった。

また従来のものは良好な凝集効果を示す最適添加の範囲
が狭く、この範囲をはずれると効果が非常に悪くなる特
性があったが、添加量を最適値に維持することは極めて
困難であった。

この発明はこのような従来品の欠点を改善し、分子量を
高めても粘性、曳糸性が小さく、凝集作業が容易であっ
て、しかも凝集効果が優れており、かつ最適添加量を越
えて添加してもほとんど効果が悪くならないカチオン性
有機高分子凝集剤を提供することを目的としている。

この発明は対イオンとして３価以上のアニオンを導入し
た第一〜第三アミン型のカチオン性有機高分子化合物の
酸塩から選ばれる１種または数種を含むカチオン性有機
高分子凝集剤である。

第一〜第三アミン型カチオン性有機高分子化合物の対イ
オンとして３価以上のアニオンを導入すると、■または
２価アニオンの酸塩よりも粘性、曳糸性は低くなり、凝
集剤として優れた特性をもつようになる。

本発明において使用可能なカチオン性有機高分子化合物
としては第一〜第三アミン型のもののすべてがあげられ
る。

そのうちの主なものの構成単位ならびにその代表的なモ
ノマーの例を次に挙げる。

（１） （メタ）アクリロイルオキシアルキルアミン
例：メタアクリロイルオキシエチルジメチルアミン （２）（メタ）アクリルアミドアルキルアミン例ニアク
リルアミドのホルマリン−ジメチルアミンによるマンニ
ッヒ化物 （３） ビニルアミン 例：ポリアクリルアミドのホフマン分解物（４） ビ
ニルオキシアルキルアミン 例：ビニルアルコールとＮ−Ｎ−ジメチルエタノールア
ミンとのエーテル（特公昭３３−１３９４） （５） ビニルベンジルアミン 例：ビニルベンジルジメチルアミン（ＵＳＰ３２５９５
７０） （６） ビニルイミダシリン この発明において使用可能なカチオン性有機高分子化合
物は、これらの構成単位となるモノマーの単独重合体ま
たは２種以上のモノマーの共重合体、あるいはこれらと
重合可能な他のモノマーとの共重合体などがある。

重合体の分子量は１００万〜１５００万程度のものが好
ましい。

これらのカチオン性有機高分子重合体の負の対イオンと
しては３価以上のアニオン、すなわち塩基度３以上の無
機酸または有機酸の酸基がある。

主なものを挙げると、無機酸としては正りん酸、ピロり
ん酸、トリポリりん酸など、また有機酸としてはクエン
酸、ＥＤＴＡ（エチレンジアミン四酢酸）、ＮＴＡにト
リロ三酢酸）などの塩基度３以上のポリカルボン酸、低
分子量のポリアクリル酸およびポリマレイン酸などがあ
る。

これらの酸基は重合体に対して１種だけ導入してもよい
が、２種以上導入させてもよい。

カチオン性有機高分子化合物の酸塩を製造するには、ま
ず前記モノマーの重合により高分子化合物を生成したの
ち酸を反応させて酸塩とする方法と、モノマーの段階で
酸を反応させて酸塩としたのち重合させて高分子化合物
の酸塩を生成する方法の２つがあるが、前者は粘度の高
い高分子物質を処理するため取扱が困難であり、後者は
このような問題はなく好ましい方法である。

重合体に酸を反応させる方法としては、重合体が遊離の
アミンとなっている場合にはそのまま酸を添加して反応
させればよいが、塩酸塩または硫酸塩の形で重合させた
場合には重合体も同様の酸塩となっているから、重合体
の水溶液をＯＨ形のアニオン交換樹脂に通すなどの方法
により、重合体の対イオンな０■形にし、その後クエン
酸などの水溶液を添加して反応させるのが望ましい。

モノマーの酸塩を重合する方法を、ポリジメチルアミノ
エチルメタアクリレート・クエン酸塩の場合を例にとっ
て説明すると、通常ジメチルアミノエチルメタアクリレ
ートを水を溶媒として過酸化物系触媒（過硫酸アンモニ
ウム、メタ過ヨウ素酸ナトリウムなど）またはアゾ化合
物系触媒（２・グーアゾビス−（２−アミジノプロパン
）ジノ薯ドロクロライドなど）の存在下に重合を行う際
、アミンそのままではＰＨが高く前述の通り好ましくな
いため、塩酸または硫酸により中性ないし酸性（ｐＨ３
〜７）に調整しているが、このｐＨ調整にクエン酸等の
塩基度３以上の酸を用いるとモノマーがこれらの酸塩と
なり、これを重合することにより所定の重合体が得られ
る。

重合体を酸塩にする場合あるいはモノマーの酸塩を重合
する場合のいずれの場合も、３価以上のアニオンの３個
の結合手が重合体のカチオン基と結合した状態、すなわ
ち３価の酸塩となっているのが望ましい。

カチオン基と結合する結合手が２個以下の場合は重合体
の粘性等が低下しない場合があり、また４個以上の場合
は重合体の水溶性が悪くなる場合があるからである。

従って塩基度４以上の酸を使用する場合には３個の結合
手をカチオン基と結合させ、他は非解離状態にしておく
のが望ましい。

このように３個の結合手だけをカチオン基と結合させる
ためにはモノマーまたはポリマーに酸を反応させて塩を
生成する時のｐＨにより制御可能である。

例えばクエン酸の場合ｐＨ６以上、ピロりん酸の場合ｐ
Ｈ４〜７、トリポリりん酸の場合ｐＨ２〜４、正りん酸
の場合ｐＨ１０以上である。

以上の水溶性重合体はそのままあるいは適当な濃度の水
溶液として水、汚泥等に添加し、凝集剤として使用する
。

この場合水溶液は粘性、曳糸性が小さいから作業性、反
応性は良く、また高濃度の水溶液として凝集操作を行う
ことができる。

このため汚泥脱水に使用する場合でも脱水ケーキの含水
率を低下させ、また剥離性を良（することができる。

添加量は従来の第一〜第三アミン型カチオン性有機高分
子凝集剤とほぼ同量を目安とするが、効果のよくなった
分だけ添加量を少なくすることができる。

例えば汚泥脱水剤として使用する場合、一般的には５０
〜５００ｐｐｍ好ましくは１００〜３００ｐｐｍとする
。

凝集剤は１種だけを使用してもよく、また数種併用して
もよく、さらに従来のカチオン性凝集剤その他の凝集剤
等と併用することもできる。

次にこの発明の実施例について説明する。

実施例 １ ポリメタアクリロイルオキシエチルジメチルア３０℃ ミンの硫酸塩（〔η〕１Ｎ−Ｎａｏ１−６．２〔ｄ４／
１〕）をＯＨ形アニオン交換樹脂ダイヤイオン（三菱化
成工業株式会社登録商標）ＳＡ１０Ａでアニオン交換し
たのち、第１表の酸でｐＨ７，０まで中和し、その水溶
液の粘度および曳糸性を測定した。

粘性はＢ型粘度計を使用し、ロータの回転数６Ｏｒｐｍ
。

温度２０℃、高分子濃度１．４１ Ｘ １０ Ｊ！ｍｏ
ｌｒで測定した。

曳糸性は温度２０℃、高分子濃度１．４１Ｘ１０ ”
ｍｏｌ／Ｊで直径１１ｍｍのガラス球体を高分子水溶液
から上昇速度１６ ｍｍｌ ｓｅｃで引上げて糸の切れ
る直前の曳糸長を測定した。

結果は第１表に示す通りである。

同じ高分子につき、高分子濃度を変えて測定した粘性の
グラフを第１図に、曳糸性のグラフを第２図に示す。

次に前記各高分子を、ｐＨ６，６、電導塵３６３０μｓ
／ｃｒｆＬ、 ＳＳ １．７０％、ＶＳＳ７８％のし
尿処理場余剰汚泥２００ｒｒＬｌに添加して凝集処理を
行い、１００メツシユのナイロン濾布を使用してヌツチ
ェテストを行い１２０秒後の濾液量を測定した。

さらにその濾過後の汚泥を濾布およびスポンジではさみ
、ポテトマツシャーにより５０％の圧搾率で３０秒間圧
搾した後のケーキの含水率を測定した。

結果を第３図のグラフに示す。実施例 ２ メタアクリロイルオキシエチルジメチルアミンの塩酸塩
、硫酸塩およびクエン酸塩をそれぞれ重合させて、（Ａ
）ポリメタアクリロイルオキシエチルジメチルアミンの
塩酸塩（〔η〕３０°０ＩＮ−ＮａＣ１ ５，３Ｃｃｔｌ／ｆ？、ｌ ）（Ｂ畳酸塩（同５．２〔
ｄｌ／ｌ／グセよび（Ｑクエン酸塩（同５．２ （ｄｌ
／ｙ、＋ ）を製造した。

これらの高分子をそれぞれ、ｐＨ６，２、ＳＳ２．１２
％、ＶＳＳ７８％、電導塵３２００μＳ／ｃｒＩＬの下
水生汚泥に添加して凝集処理を行い、通気度１２０００
ＣＣ／ｃｒＡ−―の濾布を使うベルトプレス型脱水機に
汚泥供給量１５０ ｋｇ−Ｄｒｙ ５ｏｌｉｄ ／ ｍ −ｈｒ （ただし
ｍは濾布幅）で処理した結果を第２表に示す。

同じ高分子を、ｐＨ５，５、ＳＳ１．５７％、ＶＳＳ８
４％、電導塵２９８０μＳ／ＣｒｒＬの下水生汚泥に添
加して凝集処理し、スクリューデカンタ型遠心脱水機に
より脱水試験した結果を第３表に示す。

実施例 ３ メタアクリロイルオキシエチルジメチルアミンの硫酸塩
とアクリルアミドの３６．６ ： ６３．４ （モ３０
℃ ル比）共重合体（〔η〕□Ｎ−ＮａＣ１＝’”８〔ｄｌ
／ｌ／グセダイヤイオン５ＡＩＯＡでアニオン交換した
のち、第４表の酸で中和し、実施例１と同様にして粘性
および曳糸性を調べた結果を第４表に示す。

ただし高分子濃度は１．８８Ｘ１０−２ｍｏｌ／Ｊであ
る。

実施例 ４ ポリメタアクリルアミドプロピルジメチルアミンの塩酸
塩（〔η〕３０°０ １ Ｎ ＮａＣｉ”’＝ ４−０ （ｄｌ ／ ？
））をダイヤイオン５Ａ１ＯＡでアニオン交換したのち
、第５表の酸で中和し、粘性および曳糸性を測定した結
果を第５表に示す。

ただし高分子濃度は１．２０ｘｌＯ−２ｍｏｌ／Ｊであ
る。

次にこの高分子を、ｐＨ６，１、ＳＳ １．９％、ＶＳ
Ｓ７５％電導度２９００μＳ／ｃｆ／Ｌの下水の生汚泥
および余剰汚泥の混合汚泥に添加して凝集処理を行い実
施例１と同様にしてヌツチェテストヲ行い１２０秒後の
濾過量を測定した結果を第６表に示す。

以上の通り、３価以上のアニオンを導入したものは２価
以下のアニオンを導入したものよりも粘性および曳糸性
が改善され、濾過脱水性、ケーキ含水率もよくなり、過
剰添加の場合でも最適添加量の場合とほとんど変らない
ことがわかる。

以上の通りこの発明によればカチオン性有機高分子凝集
剤の粘性および曳糸性を低下させることができ、凝集性
能および操作性を改善することができる。

このため、■ 溶解濃度を高（することができる。

そのため汚泥脱水工程に添加使用する場合に水溶液の容
量を小さくすることが可能である。

■ 溶解作業の頻度を小さくするとともに溶解タンク、
注入ポンプを小型化することができる。

■ 低粘性であるため、凝集剤を添加して凝集攪拌を行
う場合に凝集反応が速やかに起る。

■ 未反応の凝集剤が残留する場合でも、凝集された汚
泥の粘性が小さく脱水性が優れる。

■ 凝集剤の添加量が過剰になった場合でも脱水性が適
性添加量の場合と変らず、適用範囲が拡がり、添加量の
制御が容易になる。

■ ベルトプレス型脱水機においては、濾過速度の向上
、脱水ケーキの含水率低下、脱水ケーキの濾布からの剥
離性向上等が可能となる。

■ 遠心脱水機においては脱水ケーキの含水基低下等が
可能となる。

これらの効果は従来品からは予測できない顕著なもので
あり、この発明の優秀性を裏付けている。

なおこの発明は汚泥脱水用だけでなく、水の凝集沈殿そ
の他一般の凝集剤として使用可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例１における粘性試験の結果を示すグラフ
、第２図は曳糸性試験の結果を示すグラフ、第３図はヌ
ツチェ試験の結果を示すグラフである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 対イオンとして３価以上のアニオンを導入した第一
   〜第三アミン型のカチオン性有機高分子化合物の酸塩か
   ら選ばれる１種または数種を含むカチオン性有機高分子
   凝集剤。 ２３価以上のアニオンは正りん酸、ピロりん酸、トリポ
   リりん酸、クエン酸、ＥＤＴＡ、ＮＴＡならびに低分子
   量のポリアクリル酸およびポリマレイン酸から選ばれる
   １種以上の酸の酸基である特許請求の範囲第１項記載の
   カチオン性有機高分子凝集剤。 ３ カチオン性有機高分子化合物は（メタ）アクリロイ
   ルオキシアルキルアミン、（メタ）アクリルアミドアル
   キルアミン、ビニルアミン、ビニルオキシアルキルアミ
   ン、ビニルベンジルアミン、およびビニルイミダシリン
   から選ばれる１種以上の構成単位を含む高分子化合物で
   ある特許請求の範囲第１項または第２項記載のカチオン
   性有機高分子凝集剤。