汚泥脱水剤および汚泥脱水方法
【課題】廃水処理施設より生じる汚泥の脱水処理に対し、粒径が大きく強度の高いフロックを安定して形成させることができ、ＳＳ量が少ない処理水および含水率の低い脱水ケーキが得られる汚泥脱水剤、および該汚泥脱水剤を用いた汚泥脱水方法の提供を目的とする。
【解決手段】ジアルキルアミノアルキル（メタ）アクリレートのベンジルクロライド４級塩モノマーに由来する構成単位を５０モル％以上有するカチオン性ポリマーと、両性ポリマーと、ノニオン性またはアニオン性ポリマーと、を含有することを特徴とする汚泥脱水剤。また、該汚泥脱水剤を用いた汚泥脱水方法。
【解決手段】ジアルキルアミノアルキル（メタ）アクリレートのベンジルクロライド４級塩モノマーに由来する構成単位を５０モル％以上有するカチオン性ポリマーと、両性ポリマーと、ノニオン性またはアニオン性ポリマーと、を含有することを特徴とする汚泥脱水剤。また、該汚泥脱水剤を用いた汚泥脱水方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、汚泥脱水剤および汚泥脱水方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機汚泥、特に下水処理場、し尿処理場、食品工業などの廃水処理施設などでは、沈降分離、生物処理などの方法により廃水の浄化を行っている。この処理の際に発生する汚泥は一般にスクリュウデカンター、ベルトプレス、スクリュープレスなどで脱水処理した後に、焼却処分している。
汚泥の脱水処理では、処理を効率的に行う目的で、汚泥に高分子凝集剤を添加して混合し、汚泥粒子をフロック化する方法が広く用いられている。この際、高分子凝集剤は水溶液の形態で使用するため、高分子凝集剤は水溶解性が高いことが必要である。
【０００３】
また、汚泥に対し良好で安定した脱水処理を行うためには、第一に大きなフロック（凝集フロック）を形成して、汚泥粒子と水が容易に分離できることが重要である。しかし、例えば下水処理場の場合、近年の水処理の高度化、汚泥の集中処理などによる腐敗、合流処理から分流式への変化により、汚泥に安定したフロックを形成させ、処理水のＳＳ（浮遊固定物）濃度を低減させることが困難となっている。また、食品工業などの産業廃水の場合も、生産品目の変動に伴う汚泥の質の大きな変化により、汚泥に安定したフロックを形成させて処理水のＳＳ濃度を低減することが困難となっている。
【０００４】
かかる状況のなか、大きく、安定したフロックを形成させ、良好な脱水処理を実現する目的で様々な種類の高分子凝集剤が上市され、その数は数十品目以上に達している。例えば、高分子凝集剤の分子量を高くすることで、形成されるフロックを大きくするものがある。また、高分子凝集剤の組成あるいは構造を変えることにより、大きなフロックを形成させる試みがなされている。具体的には、以下に示す汚泥脱水方法が示されている。
（１）ジアルキルアミノエチルメタクリレートのベンジルクロライド４級塩を構成単位とするカチオン性ポリマーと、両性ポリマーの混合物からなる脱水剤を用いる汚泥脱水方法（特許文献１）。
（２）ノニオン性またはアニオン性高分子凝集剤と、両性高分子凝集剤の混合物からなる脱水剤を用いる汚泥脱水方法（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１２１９９７号公報
【特許文献２】特開２００４−３４４７４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、（１）、（２）の方法では、ポリマー同士の混合比率および両性ポリマーのモノマー組成が共に限定されており、汎用性に乏しい。このような方法では、フロック粒径は小さく、フロック強度は弱く、処理水中のＳＳ量は多く、脱水ケーキの含水率は高くなる傾向にあり、汚泥の脱水が充分に行なえないことがあった。
【０００７】
本発明は、廃水処理施設より生じる汚泥の脱水処理に対し、粒径が大きく強度の高いフロックを安定して形成させることができ、ＳＳ量が少ない処理水および含水率の低い脱水ケーキが得られる汚泥脱水剤、および該汚泥脱水剤を用いた汚泥脱水方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の汚泥脱水剤は、ジアルキルアミノアルキル（メタ）アクリレートのベンジルクロライド４級塩モノマーに由来する構成単位を５０モル％以上有するカチオン性ポリマーと、両性ポリマーと、ノニオン性またはアニオン性ポリマーと、を含有する。
また、本発明の汚泥脱水剤は、前記両性ポリマーが、カチオン性構成単位、アニオン性構成単位、ノニオン性構成単位からなり、前記カチオン性構成単位が前記アニオン構成単位の０．５モル倍以上であることが好ましい。
また、前記アニオン性ポリマー中のアニオン性構成単位が２０モル％以下であることが好ましい。
また、前記カチオン性ポリマーが１０〜７０質量％、前記両性ポリマーが１５〜５０質量％、前記ノニオン性またはアニオン性ポリマーが１０〜４０質量％（ただし、各ポリマーの合計が１００質量％である。）であることが好ましい。
【０００９】
また、本発明の脱水汚泥剤は、さらにアミジンポリマーを含有することが好ましい。
また、前記カチオン性ポリマーが１０〜６０質量％、前記両性ポリマーが１５〜４０質量％、前記ノニオン性またはアニオン性ポリマーが１０〜３０質量％、アミジンポリマーが１５〜４０質量％（ただし、各ポリマーの合計が１００質量％である。）であることが好ましい。
【００１０】
本発明の汚泥脱水方法は、前記いずれかの汚泥脱水剤を汚泥に添加混合し、脱水機を用いて脱水する方法である。
また、本発明の汚泥脱水方法は、前記脱水機が圧入式スクリュープレス型脱水機であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の汚泥脱水剤は、廃水処理施設より生じる汚泥に添加混合することで、粒径が大きく強度の高いフロックを安定して形成させることができ、ＳＳ量が少ない処理水および含水率の低い脱水ケーキが得られる。
また、本発明の汚泥脱水方法によれば、粒径が大きく強度の高いフロックを安定して形成させることができ、ＳＳ量が少ない処理水および含水率の低い脱水ケーキが得られる。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を詳細に説明する。
＜汚泥脱水剤＞
本発明の汚泥脱水剤（以下、「本汚泥脱水剤」という。）は、ジアルキルアミノアルキル（メタ）アクリレートのベンジルクロライド４級塩モノマーに由来する構成単位を５０モル％以上有するカチオン性ポリマー（以下、「ポリマー（Ｃ）」という。）と、両性ポリマー（以下、「ポリマー（Ｒ）」という。）と、ノニオン性またはアニオン性ポリマー（以下、「ポリマー（ＮＡ）」という。）とを含有する。
【００１３】
ポリマー（Ｃ）は、カチオン性モノマーであるジアルキルアミノアルキル（メタ）アクリレートのベンジルクロライド４級塩（以下、「モノマー（ｃ１）」という。）に由来するカチオン性構成単位（以下、「カチオン構成単位（ｃ１）」という。）を有する。前記ジアルキルアミノアルキル（メタ）アクリレートは、特に制限はなく、各々のアルキル基の炭素数が１〜３のジアルキルアミノアルキル（メタ）アクリレートが好ましい。
各々のアルキル基の炭素数が１〜３のジアルキルアミノアルキル（メタ）アクリレートとしては、例えば、ジメチルアミノメチル（メタ）アクリレート、ジエチルアミノメチル（メタ）アクリレート、ジプロピルアミノメチル（メタ）アクリレート、ジイソプロピルアミノメチル（メタ）アクリレート、メチルエチルアミノメチル（メタ）アクリレート、メチルプロピルアミノメチル（メタ）アクリレート、エチルプロピルアミノメチル（メタ）アクリレート、ジメチルアミノエチル（メタ）アクリレート、ジエチルアミノエチル（メタ）アクリレート、ジプロピルアミノエチル（メタ）アクリレート、ジイソプロピルアミノエチル（メタ）アクリレート、メチルエチルアミノエチル（メタ）アクリレート、メチルプロピルアミノエチル（メタ）アクリレート、エチルプロピルアミノエチル（メタ）アクリレート、ジメチルアミノプロピル（メタ）アクリレート、ジエチルアミノプロピル（メタ）アクリレート、ジプロピルアミノプロピル（メタ）アクリレート、ジイソプロピルアミノプロピル（メタ）アクリレート、メチルエチルアミノプロピル（メタ）アクリレート、メチルプロピルアミノプロピル（メタ）アクリレート、エチルプロピルアミノプロピル（メタ）アクリレートが挙げられる。
モノマー（ｃ１）は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００１４】
ポリマー（Ｃ）中のカチオン構成単位（ｃ１）の含有量は、５０モル％以上であり、７０モル％以上が好ましく、９０モル％以上がより好ましい。カチオン構成単位（ｃ１）の含有量が５０モル％以上であれば、粒径が大きく強度の高いフロックが得られ、ＳＳ量の少ない処理水が得られ、かつ脱水ケーキの含水率が低くなる。
【００１５】
ポリマー（Ｃ）は、モノマー（ｃ１）以外のモノマー（ｃ２）に由来する構成単位を有していてもよい。
モノマー（ｃ２）は、本汚泥脱水剤の効果を損なわないモノマーであれば特に制限はなく、例えば、以下のモノマーが挙げられる。
モノマー（ｃ２１）：モノマー（ｃ１）以外のカチオン性モノマー。
モノマー（ｃ２２）：ノニオン性モノマー。
【００１６】
モノマー（ｃ２１）としては、例えば、ジアルキルアミノアルキル（メタ）アクリレートのアルキルクロライド４級塩、ジアルキルアミノアルキル（メタ）アクリレートのジメチル硫酸４級塩が挙げられる。
モノマー（ｃ２１）は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００１７】
モノマー（ｃ２２）としては、例えば、アクリルアミドが挙げられる。
モノマー（ｃ２２）は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００１８】
ポリマー（Ｒ）は、両性ポリマーであり、カチオン性構成単位、アニオン性構成単位、およびノニオン性構成単位からなる。以下、ポリマー（Ｒ）のカチオン性構成単位、アニオン性構成単位、ノニオン性構成単位を便宜的にそれぞれカチオン構成単位（ｒ１）、アニオン構成単位（ｒ２）、ノニオン構成単位（ｒ３）という。
ポリマー（Ｒ）におけるカチオン構成単位（ｒ１）の含有量は、アニオン構成単位（ｒ２）の０．５モル倍以上が好ましく、１．０モル倍以上がより好ましく、２．０モル倍以上がさらに好ましい。また、カチオン構成単位（ｒ１）の前記含有量は、アニオン構成単位（ｒ２）の１０．０モル倍以下が好ましく、５．０モル倍以下がより好ましく、３．０モル倍以下がさらに好ましい。カチオン構成単位（ｒ１）の含有量がアニオン構成単位（ｒ２）の０．５モル倍以上であれば、フロックの粒径が大きく、また強度が高くなりやすい。また、カチオン構成単位（ｒ１）の含有量がアニオン構成単位（ｒ２）の１０．０モル倍以下であれば、大きなフロック粒径、強いフロック強度を保持しやすい。
【００１９】
カチオン構成単位（ｒ１）を与えるモノマー（ｒ１）は、カチオン性を有するモノマーであれば特に制限はなく、例えば、ジアルキルアミノアルキル（メタ）アクリレートのベンジルクロライド４級塩、ジアルキルアミノアルキル（メタ）アクリレートのアルキルクロライド４級塩、ジアルキルアミノアルキル（メタ）アクリレートのジメチル硫酸４級塩、ジアリルジアルキルアンモニウムクロライドが挙げられる。
モノマー（ｒ１）は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００２０】
アニオン構成単位（ｒ２）を与えるモノマー（ｒ２）は、アニオン性を有するモノマーであれば特に制限はなく、例えば、（メタ）アクリル酸、イタコン酸、マレイン酸、２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸が挙げられる。
モノマー（ｒ２）は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００２１】
ノニオン構成単位（ｒ３）を与えるモノマー（ｒ３）は、ノニオン性のモノマーであれば特に制限はなく、例えば、アクリルアミドが挙げられる。
モノマー（ｒ３）は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００２２】
ポリマー（ＮＡ）は、ノニオン性ポリマー（以下、「ポリマー（Ｎ）」という。）またはアニオン性ポリマー（以下、「ポリマー（Ａ）」という。）である。ポリマー（Ｎ）におけるノニオン性構成単位、およびポリマー（Ａ）におけるアニオン性構成単位を便宜的にそれぞれノニオン構成単位（ｎ１）、アニオン構成単位（ａ１）という。
【００２３】
ノニオン構成単位（ｎ１）を与えるモノマー（ｎ１）は、ノニオン性のモノマーであれば特に制限はなく、例えば、アクリルアミドが挙げられる。
モノマー（ｎ１）は、１種を単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。
【００２４】
アニオン構成単位（ａ１）を与えるモノマー（ａ１）は、アニオン性を有するモノマーであれば特に制限はなく、例えば、（メタ）アクリル酸、イタコン酸、マレイン酸、２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸が挙げられる。
モノマー（ａ１）は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００２５】
ポリマー（Ａ）は、アニオン構成単位（ａ１）以外にノニオン構成単位（ａ２）を有していてもよい。ノニオン構成単位（ａ２）を与えるモノマー（ａ２）としては、モノマー（ｎ１）と同じものが挙げられる。
【００２６】
ポリマー（Ａ）におけるアニオン構成単位（ａ１）の含有量は、２０モル％以下が好ましく、１５モル％以下がより好ましく、１０モル％以下がさらに好ましい。また、アニオン構成単位（ａ１）の前記含有量は、３．０モル％以上が好ましく、５．０モル％以上がより好ましく、７．０モル％以上がさらに好ましい。アニオン構成単位（ａ１）の含有量が２０モル％以下であれば、フロックの粒径が大きくなりやすく、また強度が高くなりやすい。また、アニオン構成単位（ａ１）の含有量が３．０モル％以上であれば、大きなフロック粒径、強いフロック強度を保持しやすい。
【００２７】
本汚泥脱水剤における各ポリマーの質量比は、粒径が大きく強度の高いフロックが得られやすく、また処理水中のＳＳ量が少なく、脱水ケーキの含水率が低くなりやすい点から、ポリマー（Ｃ）１０〜７０質量％、ポリマー（Ｒ）１５〜５０質量％、ポリマー（ＮＡ）１０〜４０質量％（ただし、これら各ポリマーの合計が１００質量％である。）であることが好ましい。また、各ポリマーの質量比は、ポリマー（Ｃ）３０〜６０質量％、ポリマー（Ｒ）２０〜４０質量％、ポリマー（ＮＡ）２０〜３０質量％であることがより好ましい。
【００２８】
本発明の汚泥脱水剤は、脱水ケーキの含水率をさらに低くするため、前記ポリマー（Ｃ）、ポリマー（Ｒ）、およびポリマー（ＮＡ）に加えてアミジンポリマーを含有することが好ましい。本発明に用いるアミジンポリマーは、下記式（１）で表されるアミジン単位および／または下記式（２）で表されるアミジン単位を含有する。
【００２９】
【化１】
【００３０】
【化２】
【００３１】
ただし、式（１）、（２）中、Ｒ１、Ｒ２はそれぞれ独立に水素原子またはメチル基であり、Ｘ−は陰イオンである。
Ｘ−としては、例えば、塩化物イオン、臭化物イオン、硫酸イオン、酢酸イオン、水酸化物イオンが挙げられる。中でも塩化物イオンが好ましい。
【００３２】
本汚泥脱水剤がアミジンポリマーを含有する場合、それら各ポリマーの質量比は、粒径が大きく強度の高いフロックが得られやすく、また処理水中のＳＳ量が少なく、脱水ケーキの含水率が低くなりやすい点から、ポリマー（Ｃ）１０〜６０質量％、ポリマー（Ｒ）１５〜４０質量％、ポリマー（ＮＡ）１０〜３０質量％、アミジンポリマー１５〜４０質量％（ただし、これら４つのポリマーの合計が１００質量％である。）であることが好ましい。また、前記各ポリマーの質量比は、ポリマー（Ｃ）３０〜５０質量％、ポリマー（Ｒ）２０〜３０質量％、ポリマー（ＮＡ）１５〜２５質量％、アミジンポリマー２０〜３０質量％であることがより好ましい。
【００３３】
本汚泥脱水剤は、ポリマー（Ｃ）、ポリマー（Ｒ）およびポリマー（ＮＡ）、またはそれらとアミジンポリマーを含有する。これらポリマーの重合方法としては、例えば、下記の方法（ｉ）、（ｉｉ）が挙げられる。
方法（ｉ）：各モノマーを水に溶解させたモノマー水溶液を、熱によりラジカルを発生する開始剤（レドックス開始剤、アゾ系開始剤など。）を用いて共重合させる水溶液断熱重合方法。
方法（ｉｉ）：各モノマーを水に溶解させたモノマー水溶液を均一なシート状にし、光開始剤を用いて可視光または紫外光を照射して共重合させる水溶液光重合方法。
【００３４】
方法（ｉｉ）では、通常、含水ゲル状のポリマー、すなわち、ポリマー（Ｃ）、ポリマー（Ｒ）、ポリマー（ＮＡ）、アミジンポリマーのそれぞれの含水物が得られる。得られたポリマー（Ｃ）、ポリマー（Ｒ）、ポリマー（ＮＡ）、アミジンポリマーの形態は、粉末が好ましい。ただし、これらポリマーの形態は粉末には限定されず、エマルジョンであってもよい。
本汚泥脱水剤は、アミジンポリマーを含有する場合とそうでない場合のいずれの場合も、各ポリマーを混合した１剤型薬剤とすることが好ましい。
【００３５】
以上説明した本汚泥脱水剤は、有機汚泥、特に下水処理場あるいはし尿処理場、食品工場などの廃水処理施設より生じる汚泥の脱水処理において、長期間安定して充分な粒径と強度をもつフロックを形成させることができる。また、その後に含水率が充分に低い脱水ケーキが得られる。また、本汚泥脱水剤では、ポリマー（Ｃ）、ポリマー（Ｒ）およびポリマー（ＮＡ）に加えてさらにアミジンポリマーを含有させることで、長期間安定して充分な粒径と強度をもつフロックを形成する効果、および含水率の充分低い脱水ケーキを得る効果がさらに向上する。
【００３６】
＜汚泥脱水方法＞
本発明の汚泥脱水方法（以下、「本汚泥脱水方法」という。）は、前述した本汚泥脱水剤を用いて汚泥処理を行う方法である。本汚泥脱水方法が対象とする汚泥としては、有機汚泥、特に下水処理場あるいはし尿処理場、食品工場などの廃水処理施設より生じる汚泥が好適である。本汚泥脱水剤を前記汚泥に加えることで、フロック粒径、フロック強度、処理速度（ろ過速度）、処理水中のＳＳ量、脱水ケーキ含水率のバランス性などが安定したフロックを形成できる。
【００３７】
本汚泥脱水剤の汚泥への添加方法およびフロックの形成方法としては、本汚泥脱水剤を用いる以外は公知の方法が適用できる。すなわち、本汚泥脱水剤を公知の方法で汚泥に添加することでフロックを形成させることができる。
本汚泥脱水剤の添加方法としては、汚泥脱水剤を水に溶解させた後、汚泥に添加する方法が好ましい。場合によっては、本汚泥脱水剤を粉末のまま汚泥に添加してもよい。また、本汚泥脱水剤は、アミジンポリマーを含有する場合とそうでない場合のいずれの場合も、ポリマー（Ｃ）、ポリマー（Ｒ）、ポリマー（ＮＡ）、および必要に応じてアミジンポリマーを混合した１剤型薬剤として添加することが好ましい。
また、本汚泥脱水剤に加えて、本汚泥脱水剤の水への溶解性を向上させるために酸性物質を添加してもよい。酸性物質としては、例えば、スルファミン酸が挙げられる。
【００３８】
フロックを形成した後は、脱水装置を用いてフロックを脱水し、脱水ケーキを作製することにより汚泥処理を完了することができる。
脱水機としては、例えば、フィルタープレス型脱水機、スクリュープレス型脱水機、圧入式スクリュープレス型脱水機、真空脱水機、ベルトプレス型脱水機、遠心脱水機、多重円板型脱水機が挙げられる。本汚泥脱水方法では、安定してフロック粒径とフロック強度を保ちやすく、処理水中のＳＳ量を少なくし、脱水ケーキの含水率を低くすることが容易である点から、圧入式スクリュープレス型脱水機が好ましい。
【００３９】
本汚泥脱水剤の添加量は、汚泥の質、濃度などにより異なり一概には言えないが、大まかな目安として、汚泥の乾燥固形物１００質量％に対して０．１〜３．０質量％が好ましく、０．５〜２．０質量％がより好ましい。本汚泥脱水剤の前記添加量が０．１質量％以上であれば、充分な粒径および強度を有するフロックが形成されやすい。また、本汚泥脱水剤の前記添加量が３．０質量％以下であれば、本汚泥脱水剤が過剰となることで形成されるフロックの粒径が小さくなったり、処理速度が遅くなったり、脱水ケーキの含水率が高くなったりすることを抑制しやすい。
【００４０】
また、本汚泥脱水方法においては、本汚泥脱水剤に加えて、無機凝結剤および／または有機凝結剤（以下、これらをまとめて単に「凝結剤」ということがある。）を併用してもよい。本汚泥脱水剤は、凝結剤と併用しても、汚泥に対する脱水効果を充分に発揮できる。
無機凝結剤としては、例えば、硫酸バンド、ポリ塩化アルミニウム、塩化第２鉄、硫酸第１鉄、硫酸第２鉄、ポリ鉄（ポリ硫酸鉄、ポリ塩化鉄など）が挙げられる。
有機凝結剤としては、例えば、ポリアミン、ポリジアリルジメチルアンモニウムクロライド、カチオン性界面活性剤が挙げられる。
【００４１】
凝結剤の添加量は、本汚泥脱水剤１００質量部に対して、５〜３０００質量部が好ましい。凝結剤の前記添加量が５質量部未満であると、凝結剤を併用した効果が得られにくく、汚泥によっては本汚泥脱水剤の性能が発揮されにくくなる。また、凝結剤の前記添加量が３０００質量部を超えると、特に無機凝結剤では添加量の増加に伴って脱水ケーキの含水率が増加する傾向がある。
【００４２】
以上説明した本汚泥脱水方法によれば、廃水処理施設より生じる汚泥などの脱水処理において、粒径が大きく強度の高いフロックを安定して形成させることができ、ＳＳ量が少ない処理水および含水率の低い脱水ケーキが得られる。
【実施例】
【００４３】
以下、実施例および比較例を示して本発明を詳細に説明する。ただし、本発明は以下の記載によっては限定されない。なお、本実施例における「％」は特に断りのない限り「質量％」を示す。
以下の製造例で得られた各ポリマーについては、下記に示す０．５％塩粘度、および０．５％不溶解分量の測定を行った。該測定には、粉末状の汚泥脱水剤を用いた。
［０．５％塩粘度の測定］
製造例で得られたポリマーの２．３８ｇを４％ＮａＣｌ水溶液に溶解し、０．５％ポリマー水溶液の５００ｇを調製した。Ｂ型粘度計（東機産業社製）を用い、温度２５℃、回転速度６０ｒｐｍの条件で、前記０．５％ポリマー水溶液の攪拌を開始してから５分後の０．５％塩粘度を測定した。
【００４４】
［０．５％不溶解分量の測定］
前記０．５％ポリマー水溶液の全量（５００ｇ）を、直径２０ｃｍ、８０メッシュの篩でろ過し、篩上の残留物（不溶解分）の水分を拭き取り、その質量を測定した。
【００４５】
本実施例で用いた原料を以下に示す。
［モノマー］
カチオン性モノマー：
Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノエチルメタクリレート塩化ベンジル４級塩（以下、「ＤＭＬ水溶液」という。）、三菱レイヨン社製、純度：６０％。
Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノエチルメタクリレート塩化メチル４級塩（以下、「ＤＭＣ水溶液」という。）、大阪有機化学工業社製、純度：８０％。
Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノエチルアクリレート塩化メチル４級塩（以下、「ＤＭＥ水溶液」という。）、大阪有機化学工業社製、純度：８０％。
アニオン性モノマー：
アクリル酸（以下、「ＡＡ液」という。）、三菱化学社製、純度：１００％。
ノニオン性モノマー：
アクリルアミド（以下、「ＡＡＭ水溶液」という。）、ダイヤニトリックス社製、純度：５０％。
【００４６】
［光開始剤］
ＤＡＲＯＣＵＲ １１７３（以下、「Ｄ−１１７３」という。）、Ｃｉｂａ社製。
【００４７】
［連鎖移動剤］
次亜リン酸（以下、「ＨＰＡ」という。）、関東化学社製。
【００４８】
［製造例１］
ＤＭＬ水溶液の９６０．０ｇを、２０００ｍＬ褐色耐熱瓶に投入し、１ｍｏｌ／Ｌ硫酸により全モノマー濃度４８％、ｐＨ４．５となるように調整し、総質量１２００ｇになるように蒸留水を加え、モノマー水溶液（ＤＭＬ＝１００．０（モル％））を調製した。さらに、Ｄ−１１７３およびＨＰＡを、前記モノマー水溶液の総質量に対して、それぞれ５００ｐｐｍおよび１５ｐｐｍとなるように投入し、これに窒素ガスを３０分間吹き込みながら水溶液の温度を２０℃に調節した。その後、モノマー水溶液をステンレス反応容器に移し、容器の下方から１７℃の水を噴霧しながら、ケミカルランプを用いて、容器の上方から５Ｗ／ｍ２の照射強度で、表面温度計が４０℃になるまで光を照射した。表面温度計が４０℃に到達した後は、３Ｗ／ｍ２の照射強度で３０分間光を照射した。さらにモノマーの残存量を低減させるために、照射強度を５０Ｗ／ｍ２にして１０分間光を照射した。これにより、含水ゲル状のポリマーを得た。
得られた含水ゲル状のポリマーを容器から取り出し、小型ミートチョッパーを用いて解砕した。これを温度６０℃で１６時間乾燥した後、粉砕して粉末状のカチオン性ポリマー（ポリマーＣ−１）を得た。
【００４９】
［製造例２］
各モノマーの割合を表１に示すように変更した以外は、製造例１と同様の操作を行い、カチオン性ポリマー（ポリマーＣ−２）を得た。
【００５０】
［製造例３］
各モノマーの割合を表１に示すように変更した以外は、製造例１と同様の操作を行い、カチオン性ポリマー（ポリマーＣ’−１）を得た。
【００５１】
［製造例４］
モノマー水溶液をＤＭＬ水溶液からＤＭＣ水溶液に変更した以外は、製造例１と同様の操作を行い、カチオン性ポリマー（ポリマーＣ’−２）を得た。
【００５２】
［製造例５］
ＤＭＥ水溶液の４６３．６ｇ、ＡＡＭ水溶液の２７２．２ｇ、ＡＡ液の６９．０ｇを、２０００ｍＬ褐色耐熱瓶に投入し、１ｍｏｌ／Ｌ硫酸により全モノマー濃度４８％、ｐＨ２．６となるように調整し、総質量１２００ｇになるように蒸留水を加え、モノマー水溶液（ＤＭＥ：ＡＡＭ：ＡＡ＝４０．０：４０．０：２０．０（モル％））を調製した。さらに、Ｄ−１１７３およびＨＰＡを、前記モノマー水溶液の総質量に対して、それぞれ６０ｐｐｍおよび５０ｐｐｍとなるように投入した。以下、製造例１と同様の操作を行い、両性ポリマー（ポリマーＲ−１）を得た。
【００５３】
［製造例６］
各モノマーの割合を変更した以外は、製造例１と同様の操作を行い、両性ポリマー（ポリマーＲ−２）を得た。
【００５４】
［製造例７］
ＤＭＬ水溶液の４２９．９ｇ、ＤＭＥ水溶液の１１７．２ｇ、ＡＡＭ水溶液の２２４．１ｇ、ＡＡ液の５２．５ｇを、２０００ｍＬ褐色耐熱瓶に投入し、１ｍｏｌ／Ｌ硫酸により全モノマー濃度４８％、ｐＨ２．６となるように調整し、総質量１２００ｇになるように蒸留水を加え、モノマー水溶液（ＤＭＬ：ＤＭＥ：ＡＡＭ：ＡＡ＝３３．３：１３．３：４３．３：１０．０（モル％））を調製した。さらに、Ｄ−１１７３およびＨＰＡを、モノマー水溶液の総質量に対して、それぞれ６０ｐｐｍおよび４０ｐｐｍとなるように投入した。以下、製造例１と同様の操作を行い、両性ポリマー（ポリマーＲ−３）を得た。
【００５５】
［製造例８］
ＡＡＭ水溶液の１０３５．４ｇ、ＡＡ液の５８．３ｇを、２０００ｍＬ褐色耐熱瓶に投入し、ｐＨ調整は行わずに全モノマー濃度４８％、総質量１２００ｇになるように蒸留水を加え、モノマー水溶液（ＡＡＭ：ＡＡ＝９０．０：１０．０（モル％））を調製した。さらに、Ｄ−１１７３およびＨＰＡを、モノマー水溶液の総質量に対して、それぞれ６０ｐｐｍおよび７０ｐｐｍとなるように投入した。以下、製造例１と同様の操作を行い、アニオン性ポリマー（ポリマーＡ−１）を得た。
【００５６】
［製造例９］
各モノマーの割合を変更した以外は、製造例１と同様の操作を行い、アニオン性ポリマー（ポリマーＡ−２）を得た。
製造例１〜９で得られた各ポリマーにおける各々のモノマーに由来する構成単位の割合を、各モノマーの仕込み量から計算した。また、０．５％塩粘度、０．５％不溶解分量を測定した。その結果を表１に示す。
【００５７】
【表１】
【００５８】
［アミジンポリマー］
ＫＰ−７０００（アミジンポリマー）、ダイヤニトリックス社製。
【００５９】
以下、実施例および比較例について説明する。
［実施例１〜６］
下水処理場でのオキシデーションディッチの余剰汚泥を用い、次のように脱水試験を実施した。
５００ｍＬビーカーに前記汚泥の３００ｍＬを採取した。次いで、表１に記載のポリマーを表２に記載の各混合比率で０．３％に溶解して汚泥脱水剤水溶液を調製し、該汚泥脱水剤水溶液を表２に記載の濃度になるよう添加した後、スパチュラで３０秒間攪拌混合してフロックを形成させ、汚泥の脱水処理を行った。
【００６０】
［比較例１〜７］
用いたポリマーを表２に示す通りに変更した以外は、実施例１〜６と同様にしてフロックを形成させ、汚泥の脱水処理を行った。
【００６１】
［評価方法］
実施例および比較例における脱水処理の評価は、以下に示す通りに行った。
（フロック粒径、ろ過性能、ろ過水のＳＳ量）
各例においてフロックを形成させた後に攪拌を止め、フロック粒径を目視により測定した。その後、予めろ布を敷いたヌッチェに凝集した汚泥を移し、ろ過性能（１０秒間のろ過水量）を測定した。このとき、６０秒間ろ過した後のろ過水のＳＳ量を目視により以下の基準で評価した。
− ：ろ過水がほとんど透き通っており、浮遊物はほぼ見られない（ＳＳ量目安：５０ｐｐｍ以下）。
＋ ：ろ過水に一部濁りが見られ、浮遊物がわずかに存在する（ＳＳ量目安：５０〜１００ｐｐｍ）。
＋＋ ：ろ過水に部分的に濁りが見られ、浮遊物がところどころ存在する（ＳＳ量目安：１００〜２００ｐｐｍ）。
＋＋＋ ：ろ過水に多数の濁りが見られ、浮遊物が全体的に存在する（ＳＳ量目安：２００〜５００ｐｐｍ）。
＋＋＋＋：ろ過水に全体的に多数の濁りが見られ、浮遊物が全体的に存在し、一部粗大な大きさで存在する（ＳＳ量目安：５００〜１０００ｐｐｍ）。
× ：ろ過水が完全に濁り、粗大な浮遊物が多数存在する（ＳＳ量目安：１０００ｐｐｍ以上）。
【００６２】
（フロック強度、脱水ケーキの含水率）
さらに、ろ過濃縮した汚泥（フロック）をろ布上で５０回転がし、フロックの強度（団粒性）を以下の基準で評価した。
◎：ろ布上で転がすことにより水が切れ、フロックが数個の団子状になる。
○：ろ布上で転がすことにより水が切れ、フロックが一塊状になる。
△：ろ布上で転がすことにより水が切れるが、フロックが崩れ塊状にならない。
×：ろ布上で転がすことにより、凝集汚泥が崩れて流れ、ドロドロになる。
その後、０．１ＭＰａの圧力でプレス脱水し、脱水ケーキを得た。この脱水ケーキの含水率を、常法（（財）日本下水道協会編、「下水道試験法上巻１９９７年度版」ｐ２９６−２９７）により測定した。
実施例および比較例における各試験結果を表２に示す。
【００６３】
【表２】
【００６４】
表２に示すように、本発明の汚泥脱水剤を用いた実施例１〜６では、粗大なフロックを生成させることができた。また、特に実施例１、６では、生成フロックの強度が非常に高く、ろ過性能も非常に優れており、得られた脱水ケーキの含水率が低かった。さらに、アミジンポリマーを含有し、４種ポリマーを混合した汚泥脱水剤を用いた実施例６は、脱水性能に特に優れ、脱水ケーキの含水率が非常に低かった。
【００６５】
一方、ポリマー（Ｃ）、ポリマー（Ｒ）およびポリマー（ＮＡ）のいずれか１つ以上を欠いた汚泥脱水剤を用いた比較例１〜７では、いずれも生成したフロックが小さく、生成フロックの強度が弱く、ろ過性能が低く、脱水ケーキの含水率が高かった。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明の汚泥脱水剤および該汚泥脱水剤を用いた汚泥脱水方法は、長期間安定して充分な粒径と強度をもつフロックを形成させることができ、ＳＳ量が少ない処理液および含水率の低い脱水ケーキが得られるため、有機汚泥、特に下水処理場あるいはし尿処理場、食品工場などの廃水処理施設より生じる汚泥の脱水処理に好適に使用できる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、汚泥脱水剤および汚泥脱水方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機汚泥、特に下水処理場、し尿処理場、食品工業などの廃水処理施設などでは、沈降分離、生物処理などの方法により廃水の浄化を行っている。この処理の際に発生する汚泥は一般にスクリュウデカンター、ベルトプレス、スクリュープレスなどで脱水処理した後に、焼却処分している。
汚泥の脱水処理では、処理を効率的に行う目的で、汚泥に高分子凝集剤を添加して混合し、汚泥粒子をフロック化する方法が広く用いられている。この際、高分子凝集剤は水溶液の形態で使用するため、高分子凝集剤は水溶解性が高いことが必要である。
【０００３】
また、汚泥に対し良好で安定した脱水処理を行うためには、第一に大きなフロック（凝集フロック）を形成して、汚泥粒子と水が容易に分離できることが重要である。しかし、例えば下水処理場の場合、近年の水処理の高度化、汚泥の集中処理などによる腐敗、合流処理から分流式への変化により、汚泥に安定したフロックを形成させ、処理水のＳＳ（浮遊固定物）濃度を低減させることが困難となっている。また、食品工業などの産業廃水の場合も、生産品目の変動に伴う汚泥の質の大きな変化により、汚泥に安定したフロックを形成させて処理水のＳＳ濃度を低減することが困難となっている。
【０００４】
かかる状況のなか、大きく、安定したフロックを形成させ、良好な脱水処理を実現する目的で様々な種類の高分子凝集剤が上市され、その数は数十品目以上に達している。例えば、高分子凝集剤の分子量を高くすることで、形成されるフロックを大きくするものがある。また、高分子凝集剤の組成あるいは構造を変えることにより、大きなフロックを形成させる試みがなされている。具体的には、以下に示す汚泥脱水方法が示されている。
（１）ジアルキルアミノエチルメタクリレートのベンジルクロライド４級塩を構成単位とするカチオン性ポリマーと、両性ポリマーの混合物からなる脱水剤を用いる汚泥脱水方法（特許文献１）。
（２）ノニオン性またはアニオン性高分子凝集剤と、両性高分子凝集剤の混合物からなる脱水剤を用いる汚泥脱水方法（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１２１９９７号公報
【特許文献２】特開２００４−３４４７４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、（１）、（２）の方法では、ポリマー同士の混合比率および両性ポリマーのモノマー組成が共に限定されており、汎用性に乏しい。このような方法では、フロック粒径は小さく、フロック強度は弱く、処理水中のＳＳ量は多く、脱水ケーキの含水率は高くなる傾向にあり、汚泥の脱水が充分に行なえないことがあった。
【０００７】
本発明は、廃水処理施設より生じる汚泥の脱水処理に対し、粒径が大きく強度の高いフロックを安定して形成させることができ、ＳＳ量が少ない処理水および含水率の低い脱水ケーキが得られる汚泥脱水剤、および該汚泥脱水剤を用いた汚泥脱水方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の汚泥脱水剤は、ジアルキルアミノアルキル（メタ）アクリレートのベンジルクロライド４級塩モノマーに由来する構成単位を５０モル％以上有するカチオン性ポリマーと、両性ポリマーと、ノニオン性またはアニオン性ポリマーと、を含有する。
また、本発明の汚泥脱水剤は、前記両性ポリマーが、カチオン性構成単位、アニオン性構成単位、ノニオン性構成単位からなり、前記カチオン性構成単位が前記アニオン構成単位の０．５モル倍以上であることが好ましい。
また、前記アニオン性ポリマー中のアニオン性構成単位が２０モル％以下であることが好ましい。
また、前記カチオン性ポリマーが１０〜７０質量％、前記両性ポリマーが１５〜５０質量％、前記ノニオン性またはアニオン性ポリマーが１０〜４０質量％（ただし、各ポリマーの合計が１００質量％である。）であることが好ましい。
【０００９】
また、本発明の脱水汚泥剤は、さらにアミジンポリマーを含有することが好ましい。
また、前記カチオン性ポリマーが１０〜６０質量％、前記両性ポリマーが１５〜４０質量％、前記ノニオン性またはアニオン性ポリマーが１０〜３０質量％、アミジンポリマーが１５〜４０質量％（ただし、各ポリマーの合計が１００質量％である。）であることが好ましい。
【００１０】
本発明の汚泥脱水方法は、前記いずれかの汚泥脱水剤を汚泥に添加混合し、脱水機を用いて脱水する方法である。
また、本発明の汚泥脱水方法は、前記脱水機が圧入式スクリュープレス型脱水機であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の汚泥脱水剤は、廃水処理施設より生じる汚泥に添加混合することで、粒径が大きく強度の高いフロックを安定して形成させることができ、ＳＳ量が少ない処理水および含水率の低い脱水ケーキが得られる。
また、本発明の汚泥脱水方法によれば、粒径が大きく強度の高いフロックを安定して形成させることができ、ＳＳ量が少ない処理水および含水率の低い脱水ケーキが得られる。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を詳細に説明する。
＜汚泥脱水剤＞
本発明の汚泥脱水剤（以下、「本汚泥脱水剤」という。）は、ジアルキルアミノアルキル（メタ）アクリレートのベンジルクロライド４級塩モノマーに由来する構成単位を５０モル％以上有するカチオン性ポリマー（以下、「ポリマー（Ｃ）」という。）と、両性ポリマー（以下、「ポリマー（Ｒ）」という。）と、ノニオン性またはアニオン性ポリマー（以下、「ポリマー（ＮＡ）」という。）とを含有する。
【００１３】
ポリマー（Ｃ）は、カチオン性モノマーであるジアルキルアミノアルキル（メタ）アクリレートのベンジルクロライド４級塩（以下、「モノマー（ｃ１）」という。）に由来するカチオン性構成単位（以下、「カチオン構成単位（ｃ１）」という。）を有する。前記ジアルキルアミノアルキル（メタ）アクリレートは、特に制限はなく、各々のアルキル基の炭素数が１〜３のジアルキルアミノアルキル（メタ）アクリレートが好ましい。
各々のアルキル基の炭素数が１〜３のジアルキルアミノアルキル（メタ）アクリレートとしては、例えば、ジメチルアミノメチル（メタ）アクリレート、ジエチルアミノメチル（メタ）アクリレート、ジプロピルアミノメチル（メタ）アクリレート、ジイソプロピルアミノメチル（メタ）アクリレート、メチルエチルアミノメチル（メタ）アクリレート、メチルプロピルアミノメチル（メタ）アクリレート、エチルプロピルアミノメチル（メタ）アクリレート、ジメチルアミノエチル（メタ）アクリレート、ジエチルアミノエチル（メタ）アクリレート、ジプロピルアミノエチル（メタ）アクリレート、ジイソプロピルアミノエチル（メタ）アクリレート、メチルエチルアミノエチル（メタ）アクリレート、メチルプロピルアミノエチル（メタ）アクリレート、エチルプロピルアミノエチル（メタ）アクリレート、ジメチルアミノプロピル（メタ）アクリレート、ジエチルアミノプロピル（メタ）アクリレート、ジプロピルアミノプロピル（メタ）アクリレート、ジイソプロピルアミノプロピル（メタ）アクリレート、メチルエチルアミノプロピル（メタ）アクリレート、メチルプロピルアミノプロピル（メタ）アクリレート、エチルプロピルアミノプロピル（メタ）アクリレートが挙げられる。
モノマー（ｃ１）は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００１４】
ポリマー（Ｃ）中のカチオン構成単位（ｃ１）の含有量は、５０モル％以上であり、７０モル％以上が好ましく、９０モル％以上がより好ましい。カチオン構成単位（ｃ１）の含有量が５０モル％以上であれば、粒径が大きく強度の高いフロックが得られ、ＳＳ量の少ない処理水が得られ、かつ脱水ケーキの含水率が低くなる。
【００１５】
ポリマー（Ｃ）は、モノマー（ｃ１）以外のモノマー（ｃ２）に由来する構成単位を有していてもよい。
モノマー（ｃ２）は、本汚泥脱水剤の効果を損なわないモノマーであれば特に制限はなく、例えば、以下のモノマーが挙げられる。
モノマー（ｃ２１）：モノマー（ｃ１）以外のカチオン性モノマー。
モノマー（ｃ２２）：ノニオン性モノマー。
【００１６】
モノマー（ｃ２１）としては、例えば、ジアルキルアミノアルキル（メタ）アクリレートのアルキルクロライド４級塩、ジアルキルアミノアルキル（メタ）アクリレートのジメチル硫酸４級塩が挙げられる。
モノマー（ｃ２１）は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００１７】
モノマー（ｃ２２）としては、例えば、アクリルアミドが挙げられる。
モノマー（ｃ２２）は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００１８】
ポリマー（Ｒ）は、両性ポリマーであり、カチオン性構成単位、アニオン性構成単位、およびノニオン性構成単位からなる。以下、ポリマー（Ｒ）のカチオン性構成単位、アニオン性構成単位、ノニオン性構成単位を便宜的にそれぞれカチオン構成単位（ｒ１）、アニオン構成単位（ｒ２）、ノニオン構成単位（ｒ３）という。
ポリマー（Ｒ）におけるカチオン構成単位（ｒ１）の含有量は、アニオン構成単位（ｒ２）の０．５モル倍以上が好ましく、１．０モル倍以上がより好ましく、２．０モル倍以上がさらに好ましい。また、カチオン構成単位（ｒ１）の前記含有量は、アニオン構成単位（ｒ２）の１０．０モル倍以下が好ましく、５．０モル倍以下がより好ましく、３．０モル倍以下がさらに好ましい。カチオン構成単位（ｒ１）の含有量がアニオン構成単位（ｒ２）の０．５モル倍以上であれば、フロックの粒径が大きく、また強度が高くなりやすい。また、カチオン構成単位（ｒ１）の含有量がアニオン構成単位（ｒ２）の１０．０モル倍以下であれば、大きなフロック粒径、強いフロック強度を保持しやすい。
【００１９】
カチオン構成単位（ｒ１）を与えるモノマー（ｒ１）は、カチオン性を有するモノマーであれば特に制限はなく、例えば、ジアルキルアミノアルキル（メタ）アクリレートのベンジルクロライド４級塩、ジアルキルアミノアルキル（メタ）アクリレートのアルキルクロライド４級塩、ジアルキルアミノアルキル（メタ）アクリレートのジメチル硫酸４級塩、ジアリルジアルキルアンモニウムクロライドが挙げられる。
モノマー（ｒ１）は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００２０】
アニオン構成単位（ｒ２）を与えるモノマー（ｒ２）は、アニオン性を有するモノマーであれば特に制限はなく、例えば、（メタ）アクリル酸、イタコン酸、マレイン酸、２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸が挙げられる。
モノマー（ｒ２）は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００２１】
ノニオン構成単位（ｒ３）を与えるモノマー（ｒ３）は、ノニオン性のモノマーであれば特に制限はなく、例えば、アクリルアミドが挙げられる。
モノマー（ｒ３）は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００２２】
ポリマー（ＮＡ）は、ノニオン性ポリマー（以下、「ポリマー（Ｎ）」という。）またはアニオン性ポリマー（以下、「ポリマー（Ａ）」という。）である。ポリマー（Ｎ）におけるノニオン性構成単位、およびポリマー（Ａ）におけるアニオン性構成単位を便宜的にそれぞれノニオン構成単位（ｎ１）、アニオン構成単位（ａ１）という。
【００２３】
ノニオン構成単位（ｎ１）を与えるモノマー（ｎ１）は、ノニオン性のモノマーであれば特に制限はなく、例えば、アクリルアミドが挙げられる。
モノマー（ｎ１）は、１種を単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。
【００２４】
アニオン構成単位（ａ１）を与えるモノマー（ａ１）は、アニオン性を有するモノマーであれば特に制限はなく、例えば、（メタ）アクリル酸、イタコン酸、マレイン酸、２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸が挙げられる。
モノマー（ａ１）は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００２５】
ポリマー（Ａ）は、アニオン構成単位（ａ１）以外にノニオン構成単位（ａ２）を有していてもよい。ノニオン構成単位（ａ２）を与えるモノマー（ａ２）としては、モノマー（ｎ１）と同じものが挙げられる。
【００２６】
ポリマー（Ａ）におけるアニオン構成単位（ａ１）の含有量は、２０モル％以下が好ましく、１５モル％以下がより好ましく、１０モル％以下がさらに好ましい。また、アニオン構成単位（ａ１）の前記含有量は、３．０モル％以上が好ましく、５．０モル％以上がより好ましく、７．０モル％以上がさらに好ましい。アニオン構成単位（ａ１）の含有量が２０モル％以下であれば、フロックの粒径が大きくなりやすく、また強度が高くなりやすい。また、アニオン構成単位（ａ１）の含有量が３．０モル％以上であれば、大きなフロック粒径、強いフロック強度を保持しやすい。
【００２７】
本汚泥脱水剤における各ポリマーの質量比は、粒径が大きく強度の高いフロックが得られやすく、また処理水中のＳＳ量が少なく、脱水ケーキの含水率が低くなりやすい点から、ポリマー（Ｃ）１０〜７０質量％、ポリマー（Ｒ）１５〜５０質量％、ポリマー（ＮＡ）１０〜４０質量％（ただし、これら各ポリマーの合計が１００質量％である。）であることが好ましい。また、各ポリマーの質量比は、ポリマー（Ｃ）３０〜６０質量％、ポリマー（Ｒ）２０〜４０質量％、ポリマー（ＮＡ）２０〜３０質量％であることがより好ましい。
【００２８】
本発明の汚泥脱水剤は、脱水ケーキの含水率をさらに低くするため、前記ポリマー（Ｃ）、ポリマー（Ｒ）、およびポリマー（ＮＡ）に加えてアミジンポリマーを含有することが好ましい。本発明に用いるアミジンポリマーは、下記式（１）で表されるアミジン単位および／または下記式（２）で表されるアミジン単位を含有する。
【００２９】
【化１】
【００３０】
【化２】
【００３１】
ただし、式（１）、（２）中、Ｒ１、Ｒ２はそれぞれ独立に水素原子またはメチル基であり、Ｘ−は陰イオンである。
Ｘ−としては、例えば、塩化物イオン、臭化物イオン、硫酸イオン、酢酸イオン、水酸化物イオンが挙げられる。中でも塩化物イオンが好ましい。
【００３２】
本汚泥脱水剤がアミジンポリマーを含有する場合、それら各ポリマーの質量比は、粒径が大きく強度の高いフロックが得られやすく、また処理水中のＳＳ量が少なく、脱水ケーキの含水率が低くなりやすい点から、ポリマー（Ｃ）１０〜６０質量％、ポリマー（Ｒ）１５〜４０質量％、ポリマー（ＮＡ）１０〜３０質量％、アミジンポリマー１５〜４０質量％（ただし、これら４つのポリマーの合計が１００質量％である。）であることが好ましい。また、前記各ポリマーの質量比は、ポリマー（Ｃ）３０〜５０質量％、ポリマー（Ｒ）２０〜３０質量％、ポリマー（ＮＡ）１５〜２５質量％、アミジンポリマー２０〜３０質量％であることがより好ましい。
【００３３】
本汚泥脱水剤は、ポリマー（Ｃ）、ポリマー（Ｒ）およびポリマー（ＮＡ）、またはそれらとアミジンポリマーを含有する。これらポリマーの重合方法としては、例えば、下記の方法（ｉ）、（ｉｉ）が挙げられる。
方法（ｉ）：各モノマーを水に溶解させたモノマー水溶液を、熱によりラジカルを発生する開始剤（レドックス開始剤、アゾ系開始剤など。）を用いて共重合させる水溶液断熱重合方法。
方法（ｉｉ）：各モノマーを水に溶解させたモノマー水溶液を均一なシート状にし、光開始剤を用いて可視光または紫外光を照射して共重合させる水溶液光重合方法。
【００３４】
方法（ｉｉ）では、通常、含水ゲル状のポリマー、すなわち、ポリマー（Ｃ）、ポリマー（Ｒ）、ポリマー（ＮＡ）、アミジンポリマーのそれぞれの含水物が得られる。得られたポリマー（Ｃ）、ポリマー（Ｒ）、ポリマー（ＮＡ）、アミジンポリマーの形態は、粉末が好ましい。ただし、これらポリマーの形態は粉末には限定されず、エマルジョンであってもよい。
本汚泥脱水剤は、アミジンポリマーを含有する場合とそうでない場合のいずれの場合も、各ポリマーを混合した１剤型薬剤とすることが好ましい。
【００３５】
以上説明した本汚泥脱水剤は、有機汚泥、特に下水処理場あるいはし尿処理場、食品工場などの廃水処理施設より生じる汚泥の脱水処理において、長期間安定して充分な粒径と強度をもつフロックを形成させることができる。また、その後に含水率が充分に低い脱水ケーキが得られる。また、本汚泥脱水剤では、ポリマー（Ｃ）、ポリマー（Ｒ）およびポリマー（ＮＡ）に加えてさらにアミジンポリマーを含有させることで、長期間安定して充分な粒径と強度をもつフロックを形成する効果、および含水率の充分低い脱水ケーキを得る効果がさらに向上する。
【００３６】
＜汚泥脱水方法＞
本発明の汚泥脱水方法（以下、「本汚泥脱水方法」という。）は、前述した本汚泥脱水剤を用いて汚泥処理を行う方法である。本汚泥脱水方法が対象とする汚泥としては、有機汚泥、特に下水処理場あるいはし尿処理場、食品工場などの廃水処理施設より生じる汚泥が好適である。本汚泥脱水剤を前記汚泥に加えることで、フロック粒径、フロック強度、処理速度（ろ過速度）、処理水中のＳＳ量、脱水ケーキ含水率のバランス性などが安定したフロックを形成できる。
【００３７】
本汚泥脱水剤の汚泥への添加方法およびフロックの形成方法としては、本汚泥脱水剤を用いる以外は公知の方法が適用できる。すなわち、本汚泥脱水剤を公知の方法で汚泥に添加することでフロックを形成させることができる。
本汚泥脱水剤の添加方法としては、汚泥脱水剤を水に溶解させた後、汚泥に添加する方法が好ましい。場合によっては、本汚泥脱水剤を粉末のまま汚泥に添加してもよい。また、本汚泥脱水剤は、アミジンポリマーを含有する場合とそうでない場合のいずれの場合も、ポリマー（Ｃ）、ポリマー（Ｒ）、ポリマー（ＮＡ）、および必要に応じてアミジンポリマーを混合した１剤型薬剤として添加することが好ましい。
また、本汚泥脱水剤に加えて、本汚泥脱水剤の水への溶解性を向上させるために酸性物質を添加してもよい。酸性物質としては、例えば、スルファミン酸が挙げられる。
【００３８】
フロックを形成した後は、脱水装置を用いてフロックを脱水し、脱水ケーキを作製することにより汚泥処理を完了することができる。
脱水機としては、例えば、フィルタープレス型脱水機、スクリュープレス型脱水機、圧入式スクリュープレス型脱水機、真空脱水機、ベルトプレス型脱水機、遠心脱水機、多重円板型脱水機が挙げられる。本汚泥脱水方法では、安定してフロック粒径とフロック強度を保ちやすく、処理水中のＳＳ量を少なくし、脱水ケーキの含水率を低くすることが容易である点から、圧入式スクリュープレス型脱水機が好ましい。
【００３９】
本汚泥脱水剤の添加量は、汚泥の質、濃度などにより異なり一概には言えないが、大まかな目安として、汚泥の乾燥固形物１００質量％に対して０．１〜３．０質量％が好ましく、０．５〜２．０質量％がより好ましい。本汚泥脱水剤の前記添加量が０．１質量％以上であれば、充分な粒径および強度を有するフロックが形成されやすい。また、本汚泥脱水剤の前記添加量が３．０質量％以下であれば、本汚泥脱水剤が過剰となることで形成されるフロックの粒径が小さくなったり、処理速度が遅くなったり、脱水ケーキの含水率が高くなったりすることを抑制しやすい。
【００４０】
また、本汚泥脱水方法においては、本汚泥脱水剤に加えて、無機凝結剤および／または有機凝結剤（以下、これらをまとめて単に「凝結剤」ということがある。）を併用してもよい。本汚泥脱水剤は、凝結剤と併用しても、汚泥に対する脱水効果を充分に発揮できる。
無機凝結剤としては、例えば、硫酸バンド、ポリ塩化アルミニウム、塩化第２鉄、硫酸第１鉄、硫酸第２鉄、ポリ鉄（ポリ硫酸鉄、ポリ塩化鉄など）が挙げられる。
有機凝結剤としては、例えば、ポリアミン、ポリジアリルジメチルアンモニウムクロライド、カチオン性界面活性剤が挙げられる。
【００４１】
凝結剤の添加量は、本汚泥脱水剤１００質量部に対して、５〜３０００質量部が好ましい。凝結剤の前記添加量が５質量部未満であると、凝結剤を併用した効果が得られにくく、汚泥によっては本汚泥脱水剤の性能が発揮されにくくなる。また、凝結剤の前記添加量が３０００質量部を超えると、特に無機凝結剤では添加量の増加に伴って脱水ケーキの含水率が増加する傾向がある。
【００４２】
以上説明した本汚泥脱水方法によれば、廃水処理施設より生じる汚泥などの脱水処理において、粒径が大きく強度の高いフロックを安定して形成させることができ、ＳＳ量が少ない処理水および含水率の低い脱水ケーキが得られる。
【実施例】
【００４３】
以下、実施例および比較例を示して本発明を詳細に説明する。ただし、本発明は以下の記載によっては限定されない。なお、本実施例における「％」は特に断りのない限り「質量％」を示す。
以下の製造例で得られた各ポリマーについては、下記に示す０．５％塩粘度、および０．５％不溶解分量の測定を行った。該測定には、粉末状の汚泥脱水剤を用いた。
［０．５％塩粘度の測定］
製造例で得られたポリマーの２．３８ｇを４％ＮａＣｌ水溶液に溶解し、０．５％ポリマー水溶液の５００ｇを調製した。Ｂ型粘度計（東機産業社製）を用い、温度２５℃、回転速度６０ｒｐｍの条件で、前記０．５％ポリマー水溶液の攪拌を開始してから５分後の０．５％塩粘度を測定した。
【００４４】
［０．５％不溶解分量の測定］
前記０．５％ポリマー水溶液の全量（５００ｇ）を、直径２０ｃｍ、８０メッシュの篩でろ過し、篩上の残留物（不溶解分）の水分を拭き取り、その質量を測定した。
【００４５】
本実施例で用いた原料を以下に示す。
［モノマー］
カチオン性モノマー：
Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノエチルメタクリレート塩化ベンジル４級塩（以下、「ＤＭＬ水溶液」という。）、三菱レイヨン社製、純度：６０％。
Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノエチルメタクリレート塩化メチル４級塩（以下、「ＤＭＣ水溶液」という。）、大阪有機化学工業社製、純度：８０％。
Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノエチルアクリレート塩化メチル４級塩（以下、「ＤＭＥ水溶液」という。）、大阪有機化学工業社製、純度：８０％。
アニオン性モノマー：
アクリル酸（以下、「ＡＡ液」という。）、三菱化学社製、純度：１００％。
ノニオン性モノマー：
アクリルアミド（以下、「ＡＡＭ水溶液」という。）、ダイヤニトリックス社製、純度：５０％。
【００４６】
［光開始剤］
ＤＡＲＯＣＵＲ １１７３（以下、「Ｄ−１１７３」という。）、Ｃｉｂａ社製。
【００４７】
［連鎖移動剤］
次亜リン酸（以下、「ＨＰＡ」という。）、関東化学社製。
【００４８】
［製造例１］
ＤＭＬ水溶液の９６０．０ｇを、２０００ｍＬ褐色耐熱瓶に投入し、１ｍｏｌ／Ｌ硫酸により全モノマー濃度４８％、ｐＨ４．５となるように調整し、総質量１２００ｇになるように蒸留水を加え、モノマー水溶液（ＤＭＬ＝１００．０（モル％））を調製した。さらに、Ｄ−１１７３およびＨＰＡを、前記モノマー水溶液の総質量に対して、それぞれ５００ｐｐｍおよび１５ｐｐｍとなるように投入し、これに窒素ガスを３０分間吹き込みながら水溶液の温度を２０℃に調節した。その後、モノマー水溶液をステンレス反応容器に移し、容器の下方から１７℃の水を噴霧しながら、ケミカルランプを用いて、容器の上方から５Ｗ／ｍ２の照射強度で、表面温度計が４０℃になるまで光を照射した。表面温度計が４０℃に到達した後は、３Ｗ／ｍ２の照射強度で３０分間光を照射した。さらにモノマーの残存量を低減させるために、照射強度を５０Ｗ／ｍ２にして１０分間光を照射した。これにより、含水ゲル状のポリマーを得た。
得られた含水ゲル状のポリマーを容器から取り出し、小型ミートチョッパーを用いて解砕した。これを温度６０℃で１６時間乾燥した後、粉砕して粉末状のカチオン性ポリマー（ポリマーＣ−１）を得た。
【００４９】
［製造例２］
各モノマーの割合を表１に示すように変更した以外は、製造例１と同様の操作を行い、カチオン性ポリマー（ポリマーＣ−２）を得た。
【００５０】
［製造例３］
各モノマーの割合を表１に示すように変更した以外は、製造例１と同様の操作を行い、カチオン性ポリマー（ポリマーＣ’−１）を得た。
【００５１】
［製造例４］
モノマー水溶液をＤＭＬ水溶液からＤＭＣ水溶液に変更した以外は、製造例１と同様の操作を行い、カチオン性ポリマー（ポリマーＣ’−２）を得た。
【００５２】
［製造例５］
ＤＭＥ水溶液の４６３．６ｇ、ＡＡＭ水溶液の２７２．２ｇ、ＡＡ液の６９．０ｇを、２０００ｍＬ褐色耐熱瓶に投入し、１ｍｏｌ／Ｌ硫酸により全モノマー濃度４８％、ｐＨ２．６となるように調整し、総質量１２００ｇになるように蒸留水を加え、モノマー水溶液（ＤＭＥ：ＡＡＭ：ＡＡ＝４０．０：４０．０：２０．０（モル％））を調製した。さらに、Ｄ−１１７３およびＨＰＡを、前記モノマー水溶液の総質量に対して、それぞれ６０ｐｐｍおよび５０ｐｐｍとなるように投入した。以下、製造例１と同様の操作を行い、両性ポリマー（ポリマーＲ−１）を得た。
【００５３】
［製造例６］
各モノマーの割合を変更した以外は、製造例１と同様の操作を行い、両性ポリマー（ポリマーＲ−２）を得た。
【００５４】
［製造例７］
ＤＭＬ水溶液の４２９．９ｇ、ＤＭＥ水溶液の１１７．２ｇ、ＡＡＭ水溶液の２２４．１ｇ、ＡＡ液の５２．５ｇを、２０００ｍＬ褐色耐熱瓶に投入し、１ｍｏｌ／Ｌ硫酸により全モノマー濃度４８％、ｐＨ２．６となるように調整し、総質量１２００ｇになるように蒸留水を加え、モノマー水溶液（ＤＭＬ：ＤＭＥ：ＡＡＭ：ＡＡ＝３３．３：１３．３：４３．３：１０．０（モル％））を調製した。さらに、Ｄ−１１７３およびＨＰＡを、モノマー水溶液の総質量に対して、それぞれ６０ｐｐｍおよび４０ｐｐｍとなるように投入した。以下、製造例１と同様の操作を行い、両性ポリマー（ポリマーＲ−３）を得た。
【００５５】
［製造例８］
ＡＡＭ水溶液の１０３５．４ｇ、ＡＡ液の５８．３ｇを、２０００ｍＬ褐色耐熱瓶に投入し、ｐＨ調整は行わずに全モノマー濃度４８％、総質量１２００ｇになるように蒸留水を加え、モノマー水溶液（ＡＡＭ：ＡＡ＝９０．０：１０．０（モル％））を調製した。さらに、Ｄ−１１７３およびＨＰＡを、モノマー水溶液の総質量に対して、それぞれ６０ｐｐｍおよび７０ｐｐｍとなるように投入した。以下、製造例１と同様の操作を行い、アニオン性ポリマー（ポリマーＡ−１）を得た。
【００５６】
［製造例９］
各モノマーの割合を変更した以外は、製造例１と同様の操作を行い、アニオン性ポリマー（ポリマーＡ−２）を得た。
製造例１〜９で得られた各ポリマーにおける各々のモノマーに由来する構成単位の割合を、各モノマーの仕込み量から計算した。また、０．５％塩粘度、０．５％不溶解分量を測定した。その結果を表１に示す。
【００５７】
【表１】
【００５８】
［アミジンポリマー］
ＫＰ−７０００（アミジンポリマー）、ダイヤニトリックス社製。
【００５９】
以下、実施例および比較例について説明する。
［実施例１〜６］
下水処理場でのオキシデーションディッチの余剰汚泥を用い、次のように脱水試験を実施した。
５００ｍＬビーカーに前記汚泥の３００ｍＬを採取した。次いで、表１に記載のポリマーを表２に記載の各混合比率で０．３％に溶解して汚泥脱水剤水溶液を調製し、該汚泥脱水剤水溶液を表２に記載の濃度になるよう添加した後、スパチュラで３０秒間攪拌混合してフロックを形成させ、汚泥の脱水処理を行った。
【００６０】
［比較例１〜７］
用いたポリマーを表２に示す通りに変更した以外は、実施例１〜６と同様にしてフロックを形成させ、汚泥の脱水処理を行った。
【００６１】
［評価方法］
実施例および比較例における脱水処理の評価は、以下に示す通りに行った。
（フロック粒径、ろ過性能、ろ過水のＳＳ量）
各例においてフロックを形成させた後に攪拌を止め、フロック粒径を目視により測定した。その後、予めろ布を敷いたヌッチェに凝集した汚泥を移し、ろ過性能（１０秒間のろ過水量）を測定した。このとき、６０秒間ろ過した後のろ過水のＳＳ量を目視により以下の基準で評価した。
− ：ろ過水がほとんど透き通っており、浮遊物はほぼ見られない（ＳＳ量目安：５０ｐｐｍ以下）。
＋ ：ろ過水に一部濁りが見られ、浮遊物がわずかに存在する（ＳＳ量目安：５０〜１００ｐｐｍ）。
＋＋ ：ろ過水に部分的に濁りが見られ、浮遊物がところどころ存在する（ＳＳ量目安：１００〜２００ｐｐｍ）。
＋＋＋ ：ろ過水に多数の濁りが見られ、浮遊物が全体的に存在する（ＳＳ量目安：２００〜５００ｐｐｍ）。
＋＋＋＋：ろ過水に全体的に多数の濁りが見られ、浮遊物が全体的に存在し、一部粗大な大きさで存在する（ＳＳ量目安：５００〜１０００ｐｐｍ）。
× ：ろ過水が完全に濁り、粗大な浮遊物が多数存在する（ＳＳ量目安：１０００ｐｐｍ以上）。
【００６２】
（フロック強度、脱水ケーキの含水率）
さらに、ろ過濃縮した汚泥（フロック）をろ布上で５０回転がし、フロックの強度（団粒性）を以下の基準で評価した。
◎：ろ布上で転がすことにより水が切れ、フロックが数個の団子状になる。
○：ろ布上で転がすことにより水が切れ、フロックが一塊状になる。
△：ろ布上で転がすことにより水が切れるが、フロックが崩れ塊状にならない。
×：ろ布上で転がすことにより、凝集汚泥が崩れて流れ、ドロドロになる。
その後、０．１ＭＰａの圧力でプレス脱水し、脱水ケーキを得た。この脱水ケーキの含水率を、常法（（財）日本下水道協会編、「下水道試験法上巻１９９７年度版」ｐ２９６−２９７）により測定した。
実施例および比較例における各試験結果を表２に示す。
【００６３】
【表２】
【００６４】
表２に示すように、本発明の汚泥脱水剤を用いた実施例１〜６では、粗大なフロックを生成させることができた。また、特に実施例１、６では、生成フロックの強度が非常に高く、ろ過性能も非常に優れており、得られた脱水ケーキの含水率が低かった。さらに、アミジンポリマーを含有し、４種ポリマーを混合した汚泥脱水剤を用いた実施例６は、脱水性能に特に優れ、脱水ケーキの含水率が非常に低かった。
【００６５】
一方、ポリマー（Ｃ）、ポリマー（Ｒ）およびポリマー（ＮＡ）のいずれか１つ以上を欠いた汚泥脱水剤を用いた比較例１〜７では、いずれも生成したフロックが小さく、生成フロックの強度が弱く、ろ過性能が低く、脱水ケーキの含水率が高かった。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明の汚泥脱水剤および該汚泥脱水剤を用いた汚泥脱水方法は、長期間安定して充分な粒径と強度をもつフロックを形成させることができ、ＳＳ量が少ない処理液および含水率の低い脱水ケーキが得られるため、有機汚泥、特に下水処理場あるいはし尿処理場、食品工場などの廃水処理施設より生じる汚泥の脱水処理に好適に使用できる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ジアルキルアミノアルキル（メタ）アクリレートのベンジルクロライド４級塩モノマーに由来する構成単位を５０モル％以上有するカチオン性ポリマーと、両性ポリマーと、ノニオン性またはアニオン性ポリマーと、を含有することを特徴とする汚泥脱水剤。
【請求項２】
前記両性ポリマーが、カチオン性構成単位、アニオン性構成単位、ノニオン性構成単位からなり、前記カチオン性構成単位が前記アニオン構成単位の０．５モル倍以上である請求項１に記載の汚泥脱水剤。
【請求項３】
前記アニオン性ポリマー中のアニオン性構成単位が２０モル％以下である請求項１または２に記載の汚泥脱水剤。
【請求項４】
前記カチオン性ポリマーが１０〜７０質量％、前記両性ポリマーが１５〜５０質量％、前記ノニオン性またはアニオン性ポリマーが１０〜４０質量％（ただし、各ポリマーの合計が１００質量％である。）である請求項１〜３のいずれかに記載の汚泥脱水剤。
【請求項５】
さらに、アミジンポリマーを含有する請求項１〜３のいずれかに記載の汚泥脱水剤。
【請求項６】
前記カチオン性ポリマーが１０〜６０質量％、前記両性ポリマーが１５〜４０質量％、前記ノニオン性またはアニオン性ポリマーが１０〜３０質量％、アミジンポリマーが１５〜４０質量％（ただし、各ポリマーの合計が１００質量％である。）である請求項５に記載の汚泥脱水剤。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の汚泥脱水剤を汚泥に添加混合し、脱水機を用いて脱水する汚泥脱水方法。
【請求項８】
前記脱水機が圧入式スクリュープレス型脱水機である請求項７に記載の汚泥脱水方法。
【請求項１】
ジアルキルアミノアルキル（メタ）アクリレートのベンジルクロライド４級塩モノマーに由来する構成単位を５０モル％以上有するカチオン性ポリマーと、両性ポリマーと、ノニオン性またはアニオン性ポリマーと、を含有することを特徴とする汚泥脱水剤。
【請求項２】
前記両性ポリマーが、カチオン性構成単位、アニオン性構成単位、ノニオン性構成単位からなり、前記カチオン性構成単位が前記アニオン構成単位の０．５モル倍以上である請求項１に記載の汚泥脱水剤。
【請求項３】
前記アニオン性ポリマー中のアニオン性構成単位が２０モル％以下である請求項１または２に記載の汚泥脱水剤。
【請求項４】
前記カチオン性ポリマーが１０〜７０質量％、前記両性ポリマーが１５〜５０質量％、前記ノニオン性またはアニオン性ポリマーが１０〜４０質量％（ただし、各ポリマーの合計が１００質量％である。）である請求項１〜３のいずれかに記載の汚泥脱水剤。
【請求項５】
さらに、アミジンポリマーを含有する請求項１〜３のいずれかに記載の汚泥脱水剤。
【請求項６】
前記カチオン性ポリマーが１０〜６０質量％、前記両性ポリマーが１５〜４０質量％、前記ノニオン性またはアニオン性ポリマーが１０〜３０質量％、アミジンポリマーが１５〜４０質量％（ただし、各ポリマーの合計が１００質量％である。）である請求項５に記載の汚泥脱水剤。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の汚泥脱水剤を汚泥に添加混合し、脱水機を用いて脱水する汚泥脱水方法。
【請求項８】
前記脱水機が圧入式スクリュープレス型脱水機である請求項７に記載の汚泥脱水方法。
【公開番号】特開２０１０−２６４３６３（Ｐ２０１０−２６４３６３Ａ）
【公開日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１１６５６５（Ｐ２００９−１１６５６５）
【出願日】平成２１年５月１３日（２００９．５．１３）
【出願人】（３０１０５７９２３）ダイヤニトリックス株式会社 (127)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月１３日（２００９．５．１３）
【出願人】（３０１０５７９２３）ダイヤニトリックス株式会社 (127)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]