JPS60251907A - 高分子凝集剤 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は高分子凝集剤に関する。更に詳しくは、ある特
定の（メタ）アクリルアミド誘導体と水溶性単量体との
共重合体よりなる高分子凝集剤に関する。

〔背景技術〕

従来、高分子凝集剤としては、アクリルアミドの重合体
またはそれを部分的に加水分解したもの、アクリルアミ
ドとアクリル酸ナトリウムの共重合体、Ｎ、Ｎ−ジメチ
ルアミノエチルメタクリレートの３級塩若しくは４級塩
の重合体あるいはそれらとアクリルアミドとの共重合体
等が知られており、抄紙排水、鉱山排水、生活排水等の
凝集剤として、あるいはこれらの排水の凝集沈澱物、活
性汚泥等生物的処理から排出される汚泥の脱水剤として
広く使用されているが、これらの凝集剤を用いて得られ
る凝集沈澱物、脱水汚泥は膨大な暇にのぼり、これらは
埋立て、焼却、農地への還元等の処理が行なわれている
。その際に、これら凝集沈澱物等に含まれている水の量
が大きな問題となっている。

即ち、焼却処理する場合を例にとれば含水率が多くなれ
ば必要な燃料も多くなり、１％の含水率の差が大きな処
理費用の差となる。この問題に関して従来の高分子凝集
剤は十分に満足のできるものとはなっていない。即ち、
これらの高分子凝集剤は本質的に水溶性の重合体であり
、該凝集剤を用いて得られる沈澱物、汚泥等中でも、こ
の性質は変化せずに、かなりの量の水を保水しており、
該沈澱物、汚泥等の脱水性が十分でない原因の一つとな
っている。これを解決する為に、スクリュープレス機を
用いて脱水する際に加温することも試みられているが、
得られる脱水ケーキのベトッキがひどくなったり、沢水
に汚泥等がリークしたりする問題が生じ、十分に満足の
いくものとはなっていない。

〔発明の開示〕

本発明者らは、脱水ケーキの含水率が向上しないのは、
従来の高分子凝集剤が本質的に水溶性である為であると
いう点に着目し、鋭意検討したところ、ある特定のＮ−
置換（メタ）アクリルアミドと水溶性単量体との共重合
体が、室温では水溶液を形成するに十分な程度親水性で
あるが、温度なあげると疎水性になるという特性？有す
ることを見い出し、本発明に到った。

本発明の高分子凝集剤は、一般式（４）または一般〔式
中、Ｒ１は水素原子またはメチル基、Ｒ２は水素原子、
メチル基またはエチル基、Ｒ３はメチル基、エチル基ま
たはプロピル基である。〕 Ｒ。

ＣＨ２＝Ｃ−Ｃ０Ｎ　ｐ、　（ＩＩ） 〔上式でＲ１は前記と同じ、Ａは＋ＣＨ２＋ｎ（ここで
ｎは４〜６である）または−（−ＣＨ２−ｅ−；　Ｏ−
（−ＣＨ２％　テある。〕 によって表わされるＮ−アルキルまたはＮ−アルキレン
置換（メタ）アクリルアミドと水溶性単量体との共重合
体よりなるものである。

〔発明を実施するだめの最良の形態〕

本発明のある特定のＮ−アルキルまたはＮ−アルキレン
置換（メタ）アクリルアミドとは、上記一般式ＣＩ＋及
び一般式（ｎ）で表わされるものであり、たとえばＮ−
ｎ−プロピルアクリルアミド、Ｎ　−ｎ−プロピルメタ
クリルアミド、Ｎ−イソプロピルアクリルアミド、Ｎ−
イソプロピルメタクリルアミド、Ｎ−エチルアクリルア
ミド、Ｎ、Ｎ−ジエチルアクリルアミド、Ｎ−エチルメ
タクリルアミド、Ｎ、Ｎ−ジメチルアクリルアミド、Ｎ
、Ｎ−ジメチルメタクリルアミド、Ｎ−アクリロイルピ
ロリジン、Ｎ−メタクリロイルピロリジン、Ｎ−アクリ
ロイルピペリジン、Ｎ−メタクリロイルピペリジン、Ｎ
−アクリロイルモルホリン等をあげることができる。

また、水溶性単量体としては、中性単量体、イオン性単
量体等があげられ、それらの一種以上の単量体が適用で
きる。具体的には、中性単量体として、アクリルアミド
、メタクリルアミド等をあげることができ、イオン性単
量体としては、たとえばアクリル酸、メタクリル酸、ビ
ニルスルホン酸、アリルスルホン酸、メタリルスルホン
酸、スチレンスルホン酸、２−アクリルアミド−２−ノ
エニルプロパンヌルホン酸、２−アクリル７　ミド−２
−メチルプロパンスルホン酸等の酸及びそれらの塩、Ｎ
、Ｎ−ジメチルアミノエチルメタクリレート、Ｎ、Ｎ−
ジエチルアミノエチルメタクリレート、Ｎ、Ｎ−ジメチ
ルアミノエチルアクリレート、Ｎ、Ｎ−ジメチルアミノ
プロピルメタクリルアミド、Ｎ、Ｎ−ジメチルアミノプ
ロピルアクリルアミド等のアミン及びそれらの塩等をあ
けることができる。

また各種アクリレート、メタクリレート、アクリルアミ
ド、メタクリルアミド、アクリロニトリル等を共重合に
より導入して、それを加水分解してイオン性を賦与する
こともできる。

次に、上記した単量体を重合して、高分子凝集剤を製造
する具体的方法としては、（１）水溶液中で重合して、
その重合体水溶液のまま、もしくは乾燥して水を留去し
た後、または、重合体水溶？（１，’ｘ車会合体溶解し
ない貧溶媒中に添加して重合体な析出させた後粉砕して
重合体粉末として得る方法、（２）乳化重合により、重
合体エマルジョンとして得る方法、（３）懸濁重合によ
り、重合体粒子とし゛て得る方法等がある。また、これ
らの方法において重合を開始する方法としては、加熱の
みによっても行いうるが、通常重合開始剤を使用したほ
うが良好な結果が得られる。重合開始剤としてはラジカ
ル重合を開始する能力な有するものであれば制限はなく
、たとえば無機過酸化物、有機過酸化物、それらの過酸
化物と還元剤との組合せおよびアゾ化合物などがある。

具体的には過硫酸アンモニウム、過硫酸カリ、過酸化水
素、ｔｅ　ｒｔ−ブチルパーオキシド、ベンゾイルパー
オキシド、クメンヒドロキシパーオキシド、ｔｅｒｔ−
ブチルパーオキシ−２−エチルヘキサノエート、過安息
香酸ブチル等があり、それらと組合せる還元剤としては
亜硫酸塩、亜硫酸水素塩、鉄、銅、コバルトなどの低次
のイオン価の塩、アニリン等の有機アミン更にはアルド
ース、ケトース等の還元糖等を挙ることができる。アゾ
化合物としては、アゾビスイソブチロニトリル、２，２
′−アゾビス−２−アミジノプロパン塩酸塩、２，２′
−アゾビス−２，４−ジメチルバレロニトリル、４’、
４’−アゾビス−４−ンアノパレイン酸などを使用する
ことができる。また、」二記した重合開始剤の２種以上
を併用することも可能である。この場合の重合開始剤の
添加量は通常採用される量的範囲で充分であり、たとえ
ば単量体当り０．０１〜５重量％、好ましくは帆０５−
２重量％の範囲である。

上記した方法により、種々の形態の高分子凝集剤を製造
できるが、一般的にはこれらの高分子凝集剤は水溶液と
して使用されるが、輸送等の問題から粉末状もしくは粒
状、エマルジョンとして供給され使用の際に水溶液とす
る場合が多く、水溶液のまま供給されるものは限られて
いる。

粉末状品は前記したように、水溶液中でゲル重合を行い
、その後乾燥粉砕して得る等の種々の方法をとりうる。

一方、粒状品は一般的には懸濁重合法により容易に製造
されるが、本発明で使用されるＮ−アルキルまたはＮ−
アルキレン置換（メ　１り）アクリルアミドは一般に水
溶性が旨いので、懸濁重合法としては、単量体またはそ
の水溶液等を油中に分散した逆相懸濁重合、水溶液中に
多量の電解質等を溶解して単量体の溶解度全抑制して行
う塩析懸濁重合、更には重合体の曇点以上の高温で重合
を行い、重合体を析出させる析出懸濁重合等の方法が採
用される。

本発明の高分子凝集剤の使用方法としては、通常の高分
子凝集剤と同様、水に対して０．０５〜５重量％好まし
くは帆１〜０．５重量％の濃度に溶解して使用する。添
加量は、排水等の凝集用に使用する場合には、排水に対
し固形分で帆０１〜１．０００１）Ｉ）ｍ、好ましくは
帆１〜１００　Ｉ）Ｉ）ｍであり、凝集沈降方法または
加圧浮上方法のいずれにも適用できる。また凝集沈澱物
、汚泥等の脱水剤として使用する場合の添加量は汚泥等
の乾燥固形分に対して固形分で０．０１〜５０重量％好
ましくは０．２〜１０重量％であり、添加方法は通常凝
集槽中の沈澱物、汚泥等に高分子凝集剤水溶液を添加攪
拌し、又は配管中で両者を直接混合し、凝集フロックを
形成させ、沢過脱水を行なう。脱水方法としては真空脱
水、デカンタ−等を用いる遠心脱水、毛細管脱水、およ
びスクリュープレス脱水機、フィルタープレス脱水機、
ベルトプレス脱水機等な用いる加圧脱水等が適用できる
。この場合に、これらの方法な用いた脱水を、通常の温
度で行なっても、もちろん良いが、加温した状態で行な
うと、本発明の高分子凝集剤の効果がより一層発揮され
る。

以下に本発明を実施例により更に説明する。

実施例１ Ｎ−アクリロイルピロリジン３６ｇと８０％のＮ。

Ｎ−ジメチルアミノエチルメタクリレートのメチルクロ
ライド４級塩水溶液１７４ｇ７’、蒸留水５２０９に溶
解した液を１０℃に冷却した後１１のステンレス製のス
テンレスジュワー瓶に移液し、０．５　ｌＡの流ｔでボ
ールフィルター？用いて窒素ガスを４５分間バブリング
した。ついで該水溶液に過硫酸アンモニウム１．３ｇを
水１０ｇに溶解した液と曲硫酸水素ナトリウム帆６９を
水１０ｇに溶解した液とな同時に添加し、該水溶液な断
熱的に重合した。得られたゲルを細断して乾燥した後、
更に粉砕して２０〜１００メツシュ留分を採取し、カチ
オン化度７゜ｍｏ１％のサンプル粉末を得た。し未混合
汚泥（消化汚泥／余剰汚泥＝ＩＡ、固形分１．４５％）
１５０ｍｌを３００ｍ１のビーカーにとり、該サンプル
粉末の０．２％水溶液１１ｍ１を添加し１分間攪拌して
凝集フロックを作った。この凝集フロックをブフナーロ
ートで自然ｆ過（濾過面積１００ｍ、　Ｐ布６０メツシ
ュテトロン）し、重力脱水ｒ液量を測定したところ、１
０秒後で１０６ｍ１．２０秒後で１０８ｍ１１３０秒後
で１１０ｍ１．６０秒後で１１２ｍ１−Ｃあった。

更にこの重力脱水後の凝集フロックを回転数３００Ｏｒ
ｐｍで５分間遠心脱水して得られた脱水ケーキの含水率
な測定したところ８８％であった。また上記と同様にし
て得た重力脱水後の凝集フロックを６０℃に加温し、実
施例１と同様の方法により遠心脱水して得られた脱水ケ
ーキの含水率を測定したところ８５％であった。

比較例１ アクリルアミド２２．２　ｇと８０％のＮ、Ｎ−ジメチ
ルアミノエチルメタクリレートのメチルクロライド塩水
溶液１９１ｇを蒸留水５１６．８．９に溶解しだ液を用
いて、実施例１と同様の方法により、重合、乾燥、粉砕
し、カチオン化度７Ｑｍｏ１％のサンプル粉末な得た。

該サンプル粉末の帆２％水溶液１１ｍ１を用いて、実施
例１と同様の方法により凝集フロックを得た。この凝集
フロックの重力脱水ｆ液量を測定したところ、１０秒後
で７６ｍ１．２０秒後で８９ｍ１，３０秒後テ９４　ｍ
ｌ、　６０秒後テ１．００　ｍｌ　テあった。更にこの
重力脱水後の凝集フロックな実施例１と同様の方法によ
り遠心脱水して得られた脱水ケーキの含水率を測定した
ところ９０゜５％であった。また上記と同様にして得ら
れた重力脱水後の凝集フロックを６０℃に加温し７、実
施例１と同様の方法により遠心脱水して得られた脱水ケ
ーキの含水率は８９％であったが、脱水された水の中に
凝集フロックがかなり入り込んできていた。

実施例２ 抄紙排水を凝集沈澱させた沈澱物な含む混合ｔυ泥（固
形分３．６％）１５０ｍｌと実施例１で得たサンプル粉
末の帆２％水溶液４０ｍ１を用いて実施例１と同様の方
法により凝集フロックを得た。実施例１と同様の方法に
より、該凝集フロックの重力脱水Ｐ液量を測定したとこ
ろ、１０秒後で１１２ｍ１．２０秒後で１１５ｍ１．３
０秒後で１１８ｍ１．６０秒後で１．２０ｍ１であった
。更にこの重力脱水後の凝集フロックをベルトプレス脱
水テスト機にかけ、得られた脱水ケーキの含水率を測定
したところ７６％であった。また上記と同様にして得た
重力脱水後の凝集フロックを６０℃に加温し、ベルトプ
レス脱水テスト機にかけて得られた脱水ケーキの含水率
は６９％であった。

比較例２ 比較例１で得られたサンプル粉末の０．２％水溶液４０
　ｍ１ｆａ：６用いて実施例２と同様の方法により重力
脱水ｒ液量を測定したところ、１０秒後で９５ｄ、２０
秒後で９９ｍ１，３０秒後で１０２ｍ１．　６０秒後で
’Ｊ、０４ｒｎｌであった。得られた凝集フロックをベ
ルトプレス脱水テスト機にかけた後の脱水ケーキの含水
率は８０％であった。また上記と同様にして得られた凝
集フロックを６０℃に加温しベルトプレス脱水テスト機
にかけた後の脱水ケーキの含水率は７５％であったが、
脱水された水の中に凝集フロックがかなり入り込んでお
り、また脱水ケーキのベルトからの剥離性も悪かった。

〔発明の効果〕

上記した如く本発明の高分子凝集剤は（１）Ｎ−アルキ
ルまたはＮ−アルキレン置換（メタ）アクリルアミドを
共重合したものであるので（メタ）アクリルアミドの共
重合体に比べて疎水的であり、常温においても、凝集フ
ロックの含水率は低い。

（２）その凝集フロック全加温してゆくと共重合体が疎
水化してゆき更に脱水され、２段脱水が可能になる等の
効果を有する。

本発明の高分子凝集剤はいかなる種類の懸濁液にも、ま
たどのような種類の脱水機にも適用でき、すぐれた性能
を示すが、その中でも特に含水率がエネルギー消費に敏
感に反映する各種の活性汚泥等の微生物の凝集・脱水に
、また脱水機では脱水工程で機械の作動により温度の上
昇が起こるデカンタ−及び容易に加熱操作の行いやすい
ベルトプレスまたはスクリュープレスに′涛に有用であ
る。

手　続　補　正　書（自発） 昭和６０年５月９日 特許庁長官　殿 １、事件の表示　昭和５９年特　許　願第１０６５５３
号２、発明の名称 高分子凝集剤 ３、補正をする者 事件との関係　出願人 （３１２）三井東圧化学株式会社 ４、代理人 住所　東京都港区赤坂１丁目９番２０号５、補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄 ６補正の内容 「実施例３ Ｎ−ｎ−プロピルアクリルアミド３３．１！ｉ’と８０
％のＮ、Ｎ−ジメチルアミノエチルメタクリレートのメ
チルクロライド塩水溶液１７７．４！？を蒸留水５１９
．１−に溶解した液を用いて、実施例１と同様の方法に
より、カチオン化度７０ｍｏ１％のサンプル粉末を得た
。該サンプル粉末の０２％水溶１１１ｔｎｌを用いて、
実施例１と同様の方法により凝集フロックを得た。この
凝集フロックの重力脱水子液量を測定したところ、１０
秒後で１０３ｍ１Ｓ２０秒後で１０５ｍＪ−，３０秒後
で１０９１１６％　６０秒後で１１０ｍ１であった。更
にこの重力脱水後の凝集フロックを実施例１と同様の方
法により遠心脱水して得られた脱水ケーキの含水率を測
定したところ８８５％であった。また上記と同様にして
得られた重力脱水後の凝集フロックを６０℃に加温し、
実施例１と同様の方法により遠心脱水して得られた脱水
ケーキの含水率は８６％であった。

実施例４ Ｎ−イソプロピルアクリルアミド３３．１４と８０％の
Ｎ、Ｎ−ジメチルアミノエチルメタクリレートのメチル
クロライド塩水溶液１７７．４４を蒸留水５１９、！ｌ
に溶解した液を用いて、実施例１と同様の方法により、
カチオン化度７０ｍｏ１％のサンプル粉末を得た。該サ
ンプル粉末の０２％水溶液１１ｍ１を用いて、実施例１
と同様の方法により凝集フロックを得た。この凝集フロ
ックの重力脱水炉液−量を測定したところ、１０秒後で
１０５ｍＪ％２０秒後で１０８ｍ１％　３０秒後で１０
９ｍ１Ｓ　６０秒後で１１１ｍ１であった。更にこの重
力脱水後の凝集フロックを実施例１と同様の方法により
遠心脱水して得られた脱水ケーキの含水率を測定したと
ころ８８％であった。また上記と同様にして得られた重
力脱水後の凝集フロックを６０℃に加温し、実施例１と
同様の方法により遠心脱水して得られた脱水ケーキの含
水率は８５．５％であった。

実施例５ Ｎ、Ｎ−ジエチルアクリルアミド３６．４９−と８０％
のＮ、Ｎ−ジメチルアミノエチルメタクリレートのメチ
ルクロライド塩水溶液１７８Ｊ！Ｐを蒸留水５２０．３
１に溶解した液を用いて、実施例１と同様の方法により
、カチオン化度７０ｍｏ１％のサンプル粉末を得た。該
サンプル粉末の０．２％水溶’ｌ　ｌ　ｌ　ｍｌを用い
て、実施例１と同様の方法により凝集フロックを得た。

この凝集フロックの重力脱水′／ｙ’　ｅ　ｍを測定し
たところ、１０秒後で１０５１１１１％２０秒後で１０
７ｄ％　３０秒後で１０８ｍ’ｓ　６０秒後て１１０　
’ｍｌてあった。更にこの重力脱水後の凝集フロックを
実施例１と同様の方法により遠心脱水して得られた脱水
ケーキの含水率を測定したところ８９％であった。また
上記と同様にして得られた重力脱水後の凝集フロックを
６０℃に加温し、実施例１と同様の方法により遠心脱水
して得られた脱水ケーキの含水率は８．６％であった。

実施例６ Ｎ−アクリロイルモルホリン３９．５Ｐと８０％のＮ、
Ｎ−ジメチルアミノエチルメタクリレートのメチルクロ
ライド塩水溶液１６９．４７−を蒸留水５２１１１に溶
解した液を用いて、実施例１と同様の方法により、カチ
オン化度７０ｍｏ１％のサンプル粉末を得た。該サンプ
ル粉末の０２％水溶液１１ｍ１を用いて、実施例１と同
様の方法により凝集フロックを得た。この凝集フロック
の重力脱水ろ液量を測定したところ、１０秒後で：ｔｏ
４ｍｒ、、　２０秒後で１０７１１ＩＺｓ３０秒後で１
１０ｍ１ｓ　６０秒後で１１１　ｍｌであった。更にこ
の重力脱水後の凝集フロックを実施例１と同様の方法に
より遠心脱水して得られた一脱水ケーキの含水率を測定
したところ８８．５％であった。また上記と同様にして
得られた重力脱水後の凝集フロックを６０℃に加温し、
実施例１と同様の方法により遠心脱水して得られた脱水
ケーキの含水率は８５％であった。」

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ］、一般式（Ｉ）または一般式（ＩＩ）〔式中、Ｒ１は
   水素原子またはメチル基、Ｒ２は水素原子、メチル基ま
   たはエチル基、Ｒ３はメチル基、エチル基またはプロピ
   ル基である。〕 ｌ ＣＨ２二Ｃ−Ｃ０Ｎ　Ａ　（ＩＩ） 〔式中、Ｒ，は前記と同じであり、Ａは＋ＣＨ２％（こ
   こでｎは４〜６である）または＋ＣＨ２％　Ｏ（ｃＨ２
   ＋２である。〕 によって表わされるＮ−アルキルまたはＮ−アルキレン
   置換（メタ）アクリルアミドと水溶性単量体との共重合
   体よりなる高分子凝集剤。