高分子凝集剤
【課題】 難脱水性の有機性汚泥の脱水処理において、強固な粗大フロックを形成させて汚泥の脱水処理効率を大幅に向上できる高分子凝集剤を提供する。
【解決手段】 特定の一般式で表されるカチオン性モノマーを５０〜１００モル％含有する水溶性不飽和モノマー（ａ）を構成単位とし、３〜６０の０．５重量％塩水溶液粘度（ｍＰａ・ｓ、２５℃）を有し、下記式（１）を満足する、ビーズ状水溶性（共）重合体（Ａ）を含有してなる高分子凝集剤。
３．５×（Ｍ）＋１５０≦（Ｌ）≦３．５×（Ｍ）＋３５０ （１）
但し、（Ｌ）：０．２重量％水溶液粘度 （ｍＰａ・ｓ、２５℃）
（Ｍ）：０．５重量％塩水溶液粘度（ｍＰａ・ｓ、２５℃）
【解決手段】 特定の一般式で表されるカチオン性モノマーを５０〜１００モル％含有する水溶性不飽和モノマー（ａ）を構成単位とし、３〜６０の０．５重量％塩水溶液粘度（ｍＰａ・ｓ、２５℃）を有し、下記式（１）を満足する、ビーズ状水溶性（共）重合体（Ａ）を含有してなる高分子凝集剤。
３．５×（Ｍ）＋１５０≦（Ｌ）≦３．５×（Ｍ）＋３５０ （１）
但し、（Ｌ）：０．２重量％水溶液粘度 （ｍＰａ・ｓ、２５℃）
（Ｍ）：０．５重量％塩水溶液粘度（ｍＰａ・ｓ、２５℃）
【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、有機性汚泥、とくに消化汚泥の脱水性能に優れる高分子凝集剤に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、下水またはし尿（以下、下水汚泥と略記）処理場、一般産業廃水（以下、廃水と略記）処理場等より生じる有機性汚泥は、これに高分子凝集剤を添加して遠心脱水機、ベルトプレス、ロータリープレス等の脱水装置を使用して脱水する一般的な方法で処理されている。
近年、汚泥脱水処理の効率化を目的とした集約脱水処理が進む中、汚泥の脱水処理までの送泥や貯留等に長時間を要し、その結果、汚泥の腐敗が進み難脱水化が生じている。
また、スクリュープレス型脱水機が、比較的脱水しにくい有機性汚泥に対しても有効性を発揮するため、中小規模の処理場で採用されている。該スクリュープレス型脱水機では、該脱水機中の凝集槽で形成されたフロックが脱水機外筒の全面で脱水されるために、脱水ケーキの含水率が下がりやすい特徴があり、遠心脱水機、ベルトプレス脱水機等の時代から次世代に向けての脱水機として注目されている。
従来、スクリュープレス型脱水機向けにとくに開発された高分子凝集剤としては、例えば（メタ）アクリレート系カチオン性単量体を共重合させた水溶性両性高分子（例えば特許文献１参照）、ポリオキシエチレン鎖を含有する水溶性高分子（例えば特許文献２参照）、並びに、カチオン性高分子凝集剤、アニオン性高分子凝集剤および水溶性塩からなる混合物（例えば特許文献３参照）が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１２２０８１号公報
【特許文献２】特開２００４−１９５３７０号公報
【特許文献３】特開２０００−３２５９６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１〜３に記載の高分子凝集剤では、生成するフロック粒径が小さいために初期ろ水量が少なく、圧搾されたケーキ含水率が高い等、充分な脱水効果を得ることは困難であった。また、このような問題点は、スクリュープレス型脱水機を用いた場合に限られるわけではなく、その他の従来型脱水機を用いる場合でもほぼ同様であり、いずれの場合も改良が切望されていた。
本発明の目的は、難脱水性の有機性汚泥の脱水処理において、強固な粗大フロックを形成させて汚泥の脱水処理効率を大幅に向上でき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】
【０００５】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果本発明に到達した。すなわち、本発明は、一般式［１］または［２］で表されるカチオン性モノマーを５０〜１００モル％含有する水溶性不飽和モノマー（ａ）を構成単位とするビーズ状水溶性（共）重合体（Ａ）を含有してなり、３〜６０の０．５重量％塩水溶液粘度（ｍＰａ・ｓ、２５℃）を有し、下記式（１）を満足する高分子凝集剤である。
ＣＨ2＝Ｃ（Ｒ1）ＣＯ−Ｑ−Ｘ−ＮＲ2Ｒ3 ［１］
ＣＨ2＝Ｃ（Ｒ1）ＣＯ−Ｑ−Ｘ−Ｎ+Ｒ2Ｒ3Ｒ4 ・Ｚ- ［２］
（式中、Ｒ1はＨまたはメチル基、Ｒ2、Ｒ3は炭素数１〜３のアルキルもしくはアルコキシル基、Ｒ4はＨ、炭素数１〜３のアルキルもしくはアルコキシル基またはベンジル基を表し、Ｒ1〜Ｒ4は同じでも異なっていてもよく、Ｑは酸素またはＮＨ、Ｘは炭素数２〜４の、アルキレンまたはアルコキシレン基、Ｚ-は陰イオンを表す。）
３．５×（Ｍ）＋１５０≦（Ｌ）≦３．５×（Ｍ）＋３５０ （１）
但し、（Ｌ）：０．２重量％水溶液粘度 （ｍＰａ・ｓ、２５℃）
（Ｍ）：０．５重量％塩水溶液粘度（ｍＰａ・ｓ、２５℃）
【発明の効果】
【０００６】
本発明の高分子凝集剤は下記の効果を奏する。
（１）有機性汚泥の脱水処理において強固な粗大フロックを形成する。
（２）形成されたフロックは破壊、再分散されにくいため凝集処理の安定性や処理速度を著しく高めることができる。
（３）脱水工程後のケーキ含水率が低く廃棄物量および焼却処理コストを低減できる。
【０００７】
［ビーズ状水溶性（共）重合体（Ａ）］
本発明におけるビーズ状水溶性（共）重合体（Ａ）は、下記一般式［１］または［２］で表されるカチオン性モノマー（ａ１）を５０〜１００モル％含有する水溶性不飽和モノマー（ａ）を構成単位とする。該（ａ）としては、（ａ１）の他に必要によりさらに、１個の不飽和基を有する、ノニオン性モノマー（ａ２）および／またはアニオン性モノマー（ａ３）を含有させることができる。
なお、ここおよび以下において水溶性不飽和モノマーもしくは水溶性（共）重合体とは、水に対する溶解度が１ｇ／水１００ｇ（２０℃）以上であるものを意味し、後述する水不溶性不飽和モノマーとは、水に対する溶解度が１ｇ／水１００ｇ（２０℃）未満であるものを意味する。
ＣＨ2＝Ｃ（Ｒ1）ＣＯ−Ｑ−Ｘ−ＮＲ2Ｒ3 ［１］
ＣＨ2＝Ｃ（Ｒ1）ＣＯ−Ｑ−Ｘ−Ｎ+Ｒ2Ｒ3Ｒ4 ・Ｚ- ［２］
【０００８】
式［１］、［２］中、Ｒ1はＨまたはメチル基、Ｒ2、Ｒ3は炭素数（以下Ｃと略記）１〜３のアルキルもしくはアルコキシル基を表す。Ｒ2、Ｒ3のＣが３を超えると凝集性能（高フロック強度、フロックの粗大化、脱水ケーキの低含水率化等。以下同じ。）が悪くなる。
Ｒ4はＨ、Ｃ１〜３のアルキルもしくはアルコキシル基またはベンジル基を表す。アルキルもしくはアルコキシル基の炭素数が３を超えると凝集性能が悪くなる。Ｒ1〜Ｒ4については同じでも異なっていてもよい。また、Ｚ-は陰イオンを表す。
【０００９】
（ａ１）〜（ａ３）としては下記のものが挙げられる。なお、
【００１０】
（ａ１）カチオン性モノマー
下記のもの、これらの塩［例えば無機酸（塩酸、硫酸、リン酸および硝酸等）塩、メチルクロライド塩、ジメチル硫酸塩およびベンジルクロライド塩］、およびこれらの混合物が挙げられる。
（ａ１１） 窒素原子含有（メタ）アクリレート［「（メタ）アクリレート」は、アクリレートまたはメタアクリレートを表す。以下同様。］
炭素数（以下、Ｃと略記）５〜３０、例えばアミノアルキル（Ｃ２〜３）（メタ）アクリレート、Ｎ，Ｎ−ジアルキル（アルキル基はＣ１〜２）アミノアルキル（Ｃ２〜３）（メタ）アクリレート［Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノエチルおよび−プロピル（メタ）アクリレート、Ｎ，Ｎ−ジエチルアミノエチルおよび−プロピル（メタ）アクリレート等］、複素環含有（メタ）アクリレート［Ｎ−モルホリノエチル（メタ）アクリレート等］；
（ａ１２） 窒素原子含有（メタ）アクリルアミド誘導体
Ｃ５〜３０、例えばＮ，Ｎ−ジアルキル（Ｃ１〜２）アミノアルキル（Ｃ２〜３）（メタ）アクリルアミド［Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノエチル（メタ）アクリルアミド等］；
（ａ１３） アミノ基を有するエチレン性不飽和化合物
Ｃ５〜３０、例えばビニルアミン、ビニルアニリン、（メタ）アリルアミン、ｐ−アミノスチレン等］；
（ａ１４） アミンイミド基を有する化合物
Ｃ５〜３０、例えば１，１，１−トリメチルアミン（メタ）アクリルイミド、１，１−ジメチル−１−エチルアミン（メタ）アクリルイミド、１，１−ジメチル−１−（２’−フェニル−２’−ヒドロキシエチル）アミン（メタ）アクリルイミド。
【００１１】
（ａ２）ノニオン性モノマー
下記のもの、およびこれらの混合物が挙げられる。
（ａ２１）（メタ）アクリレート
Ｃ４以上かつ数平均分子量［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。］５，０００以下、例えば水酸基含有（メタ）アクリレート［例えばヒドロキシエチル−、ジエチレングリコールモノ−、ポリエチレングリコール（重合度３〜５０）モノ−およびポリグリセロール（重合度１〜１０）モノ（メタ）アクリレート］およびアクリル酸アルキル（アルキル基はＣ１〜２）エステル（Ｃ４〜５、例えばアクリル酸メチル、アクリル酸エチル）；
（ａ２２）（メタ）アクリルアミドおよびその誘導体
Ｃ３〜３０、例えば（メタ）アクリルアミド、Ｎ−アルキル（Ｃ１〜３）（メタ）アクリルアミド［Ｎ−メチルおよび−イソプロピル（メタ）アクリルアミド等］、Ｎ−アルキロール（メタ）アクリルアミド［Ｎ−メチロール（メタ）アクリルアミド等］；
（ａ２３） 前記（ａ１）以外の窒素原子含有エチレン性不飽和化合物
Ｃ３〜３０、例えばアクリロニトリル、Ｎ−ビニルホルムアミド、Ｎ−ビニル−２−ピロリドン、Ｎ−ビニルイミダゾール、Ｎ−ビニルスクシンイミド、Ｎ−ビニルカルバゾールおよび２−シアノエチル（メタ）アクリレート。
【００１２】
（ａ３）アニオン性モノマー
下記のもの、これらの塩［アルカリ金属（リチウム、ナトリウム、カリウム等、以下同じ。）塩、アルカリ土類金属（マグネシウム、カルシウム等、以下同じ。）塩、アンモニウム塩およびアミン（Ｃ１〜２０）塩等］、およびこれらの混合物が挙げられる。
（ａ３１） 不飽和カルボン酸
Ｃ３〜３０、例えば（メタ）アクリル酸、（無水）マレイン酸、フマル酸、（無水）イタコン酸、ビニル安息香酸、アリル酢酸；
（ａ３２） 不飽和スルホン酸
Ｃ２〜２０の脂肪族不飽和スルホン酸（ビニルスルホン酸等）、Ｃ６〜２０の芳香族不飽和スルホン酸（スチレンスルホン酸等）、スルホン酸基含有（メタ）アクリレート［スルホアルキル（Ｃ２〜２０）（メタ）アクリレート［２−（メタ）アクリロイルオキシエタン、−プロパンおよび−ブタンスルホン酸、３−（メタ）アクリロイルオキシプロパンスルホン酸、４−（メタ）アクリロイルオキシブタンスルホン酸、２−（メタ）アクリロイルオキシ−２，２−ジメチルエタンスルホン酸、ｐ−（メタ）アクリロイルオキシメチルベンゼンスルホン酸等］、スルホン酸基含有（メタ）アクリルアミド［２−（メタ）アクリロイルアミノエタンスルホン酸、２−および３−（メタ）アクリロイルアミノプロパンスルホン酸、２−および４−（メタ）アクリロイルアミノブタンスルホン酸、２−（メタ）アクリロイルアミノ−２，２−ジメチルエタンスルホン酸、ｐ−（メタ）アクリロイルアミノメチルベンゼンスルホン酸等］、アルキル（Ｃ１〜２０）（メタ）アリルスルホコハク酸エステル［メチル（メタ）アリルスルホコハク酸エステル等］等；
（ａ３３） （メタ）アクリロイルポリオキシアルキレン（アルキレン基はＣ１〜６）硫酸エステル
（メタ）アクリロイルポリオキシエチレン（重合度２〜５０）硫酸エステル等。
【００１３】
（ａ）のうちビーズ状水溶性（共）重合体（Ａ）の高分子量化の観点から好ましいのは、カチオン性モノマーのうちの（ａ１２）、（ａ１３）、ノニオン性モノマーのうちの（ａ２１）、（ａ２２）、アニオン性モノマーのうちの（ａ３１）、（ａ３２）、さらに好ましいのは（ａ１２）、（ａ１３）、（ａ２１）、（ａ２２）、（ａ３１）、および（ａ３２）のうちのスルホン酸基含有（メタ）アクリレート、スルホン酸基含有（メタ）アクリルアミド、特に好ましいのは（ａ１２）、（ａ１３）、（ａ２１）、（ａ３１）、および（ａ３２）のうちのスルホン酸基含有（メタ）アクリレート、スルホン酸基含有（メタ）アクリルアミド、最も好ましいのは（ａ１２）のうちの（メタ）アクリルアミド、（ａ１３）のうちのアクリロニトリル、Ｎ−ビニルホルムアミド、（ａ２１）のうちのＮ，Ｎ−ジメチルアミノエチル（メタ）アクリレートおよびこれらの塩（前記のもの）、（ａ３１）のうちの（メタ）アクリル酸、（無水）マレイン酸、（無水）イタコン酸およびこれらのアルカリ金属塩、（ａ３２）のうちの２−（メタ）アクリロイルオキシエタンスルホン酸、２−および３−（メタ）アクリロイルオキシプロパンスルホン酸、２−（メタ）アクリロイルアミノ−２，２−ジメチルエタンスルホン酸およびこれらのアルカリ金属塩である。また、これらの（ａ）は、任意に混合して共重合させることができる。
【００１４】
水溶性不飽和モノマー（ａ）中のカチオン性モノマー（ａ１）の含有量（モル％）は、５０〜１００モル％、好ましくは７０〜１００％である。（ａ１）の含有量が５０モル％未満では凝集性能が悪くなる。
【００１５】
ビーズ状水溶性（共）重合体（Ａ）を構成するモノマーとしては、本発明の効果を阻害しない範囲で水溶性不飽和モノマー（ａ）の他に必要により水不溶性不飽和モノマー（ｘ）および架橋性モノマー（ｙ）を併用することができる。
水不溶性不飽和モノマー（ｘ）としては、以下の（ｘ１）〜（ｘ５）、およびこれらの混合物が挙げられる。
（ｘ１） Ｃ６〜２３の（メタ）アクリレート
脂肪族または脂環式アルコール（Ｃ３〜２０）の（メタ）アクリレート［プロピル−、ブチル−、ラウリル−、オクタデシル−およびシクロヘキシル（メタ）アクリレート等］およびエポキシ基（Ｃ４〜２０）含有（メタ）アクリレート［グリシジル（メタ）アクリレート等］；
【００１６】
（ｘ２） ［モノアルコキシ（Ｃ１〜２０）−、モノシクロアルコキシ（Ｃ３〜１２）−もしくはモノフェノキシ］ポリプロピレングリコール（以下、ＰＰＧと略記）（重合度２〜５０）の不飽和カルボン酸モノエステル
モノオール（Ｃ１〜２０）もしくは１価フェノール（Ｃ６〜２０）のプロピレンオキシド（以下ＰＯと略記）付加物の（メタ）アクリル酸エステル［ω−メトキシＰＰＧモノ（メタ）アクリレート、ω−エトキシＰＰＧモノ（メタ）アクリレート、ω−プロポキシＰＰＧモノ（メタ）アクリレート、ω−ブトキシＰＰＧモノ（メタ）アクリレート、ω−シクロヘキシルＰＰＧモノ（メタ）アクリレート、ω−フェノキシＰＰＧモノ（メタ）アクリレート等］およびジオール（Ｃ２〜２０）もしくは２価フェノール（Ｃ６〜２０）のＰＯ付加物の（メタ）アクリル酸エステル［ω−ヒドロキシエチル（ポリ）オキシプロピレンモノ（メタ）アクリレート等］等；
【００１７】
（ｘ３） Ｃ２〜３０の不飽和炭化水素
エチレン、ノネン、スチレン、１−メチルスチレン等；
（ｘ４） 不飽和アルコール［Ｃ２〜４、例えばビニルアルコール、（メタ）アリルアルコール］のカルボン酸（Ｃ２〜３０）エステル（酢酸ビニル等）；
（ｘ５） ハロゲン含有モノマー（Ｃ２〜３０、例えば塩化ビニル）。
【００１８】
また、架橋性モノマー（ｙ）としては、２個またはそれ以上の不飽和基を有する、以下の（ｙ１）〜（ｙ５）、これらの塩［例えば、塩基性モノマーについては、無機酸（塩酸、臭化水素酸、ヨウ化水素酸、硫酸、亜硫酸、リン酸、硝酸等）塩、メチルクロライド塩、ジメチル硫酸塩およびベンジルクロライド塩等、酸性モノマーについては、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、アミン（Ｃ１〜２０、例えばメチルアミン、エチルアミン、シクロヘキシルアミン）塩］、およびこれらの混合物が挙げられる。
（ｙ１） ビスポリ（２〜４またはそれ以上）（メタ）アクリルアミド
Ｃ５〜３０、例えばＮ，Ｎ’−メチレンビス（メタ）アクリルアミド；
（ｙ２） ポリ（２〜４またはそれ以上）（メタ）アクリレート
Ｃ８〜３０、例えばエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトール［ポリ（２〜４）］（メタ）アクリレート；
【００１９】
（ｙ３） ビニル基（２〜２０個またはそれ以上）含有モノマー
Ｃ４以上かつＭｎ６，０００以下、例えばジビニルアミン、多価（２〜５またはそれ以上）アミン［Ｃ２以上かつＭｎ３，０００以下、例えばエチレンジアミン、ポリエチレンイミン（Ｃ４以上かつＭｎ３，０００以下）］のポリ（２〜２０）ビニルアミン、ジビニルエーテル、多価アルコール〔Ｃ２以上かつＭｎ３，０００以下、例えばアルキレン（Ｃ２〜６またはそれ以上）グリコール［エチレングリコール、プロピレングリコール、１，６−ヘキサンジオール（以下、それぞれＥＧ、ＰＧ、ＨＤと略記）等］、ポリオキシアルキレン［Ｍｎ２，０００〜３，０００、例えばポリエチレングリコール（以下、ＰＥＧと略記）（分子量１０６以上かつＭｎ３，０００以下）、ＰＰＧ（分子量１３４以上かつＭｎ３，０００以下）、ポリオキシエチレン（分子量１０６以上かつＭｎ３，０００以下）／ポリオキシプロピレン（分子量１３４以上かつＭｎ３，０００以下）ブロックコポリマー］、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、（ポリ）（２〜５０）グリセリン、ペンタエリスリトール、ソルビトール（以下、それぞれＴＭＥ、ＴＭＰ、ＧＲ、ＰＥ、ＳＯと略記）、デンプン〕のポリ（２〜２０）ビニルエーテル等；
【００２０】
（ｙ４） アリル基（２〜２０個またはそれ以上）含有モノマー
Ｃ６以上かつＭｎ３，０００以下、例えばジ（メタ）アリルアミン、Ｎ−アルキル（Ｃ１〜２０）ジ（メタ）アリルアミン、多価アミン（上記のもの）のポリ（２〜２０）（メタ）アリルアミン、ジ（メタ）アリルエーテル、多価アルコール（上記のもの）のポリ（２〜２０）（メタ）アリルエーテル、ポリ（２〜２０）（メタ）アリロキシアルカン（Ｃ１〜２０）（テトラアリロキシエタン等）；
（ｙ５） エポキシ基含有モノマー
Ｃ８以上かつＭｎ６，０００以下、例えばＥＧジグリシジルエーテル、ＰＥＧジグリシジルエーテル、ＧＲトリグリシジルエーテル。
【００２１】
ビーズ状水溶性（共）重合体（Ａ）を構成するモノマー（ａ）、（ｘ）および（ｙ）の合計モル数に基づく各モノマーの含有量は、（ａ）は、凝集性能の観点から好ましくは５０〜１００モル％、さらに好ましくは７０〜１００モル％；（ｘ）は、通常４０モル％以下、凝集性能発現および高分子凝集剤の水への溶解性の観点から好ましくは０．１〜２０モル％、さらに好ましくは０．５〜１０モル％；また、（ｙ）は、（ｙ）の重合性または反応性にも依存するものの、通常５モル％以下、凝集性能発現および高分子凝集剤の水への溶解性の観点から好ましくは０．００１〜１モル％、さらに好ましくは０．０１〜０．５モル％である。
【００２２】
ビーズ状水溶性（共）重合体（Ａ）は、後述するとおり逆相懸濁重合法で製造される。
該逆相懸濁重合法としては、例えば次の方法が挙げられる。
すなわち、疎水性分散媒（ｂ）および分散剤（ｃ）を重合槽に仕込み、必要に応じて加熱しながら所定の重合温度（通常２０〜１００℃、好ましくは３０〜８０℃）に調整した後、槽内を不活性ガス（例えば窒素）で十分置換する。
一方、水溶性不飽和モノマー（ａ）、ラジカル重合開始剤（ｄ）、および必要により連鎖移動剤（ｆ）、並びに水不溶性不飽和モノマー（ｘ）および／または架橋性モノマー（ｙ）を加えたモノマー水溶液を調製し、不活性ガスで十分置換した後、撹拌下で重合槽内に投入し、懸濁させながら重合させる。
モノマー水溶液の投入方法としては、一括投入または滴下のいずれでもよい。また、その際モノマー水溶液としては、（ａ）、（ｄ）および必要により加える（ｘ）および／または（ｙ）の均一水溶液としてもよいし、別々の水溶液とした上で、滴下直前で混合してもよいし、別々に同時滴下してもよい。モノマー水溶液等を不活性ガスで置換する方法としては、モノマー水溶液等に不活性ガスをバブリング供給する方法、滴下ライン中でスタティックミキサー等により不活性ガスをブレンドする方法等が挙げられ、重合の均一性の観点からスタティックミキサーで不活性ガスをブレンドする方法が好ましい。
【００２３】
疎水性分散媒（ｂ）とは、水に対する溶解度（２０℃）が１ｇ／水１００ｇ未満である分散媒を意味する。
（ｂ）としては、炭化水素［脂肪族（Ｃ５〜１２、例えばｎ−ヘキサン、ｎ−ヘプタン
、ｎ−オクタン、ｎ−ノナン、ｎ−デカン）、脂環含有（Ｃ５〜１２、例えばシクロペンタン、シクロヘキサン、シクロヘプタン、メチルシクロヘキサン、シクロオクタン、デカリン）および芳香環含有炭化水素（Ｃ６〜１２、例えばベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン）等］、ケトン［脂肪族（Ｃ３〜１０、例えばメチル−ｎ−プロピルケトン、ジエチルケトン、メチルイソブチルケトン）、脂環含有（Ｃ５〜１０、例えばシクロペンタノン、シクロヘキサノン）および芳香環含有ケトン（Ｃ８〜１３、例えばアセトフェノン、ベンゾフェノン）等］、エーテル［脂肪族（Ｃ４〜８、例えばジ−ｎ−プロピルエーテル、ジ−ｎ−ブチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル）、環状（Ｃ４〜１８、例えばテトラヒドロピリン）および芳香環含有エーテル（Ｃ７〜１２、例えばアニソール）等］、エステル［脂肪族（Ｃ３〜１０、例えば酢酸ｎ−ブチル、酢酸イソブチル）、脂環含有（Ｃ７〜１２、例えば酢酸シクロヘキシル、シクロヘキサンカルボン酸メチル）および芳香環含有エステル（Ｃ８〜１３、例えば安息香酸メチル、安息香酸エチル、安息香酸ｎ−ブチル、酢酸ベンジル、ジメチルフタレート、ジエチルフタレート、ジ−ｎ−ブチルフタレート）等］、およびこれらの混合物が挙げられる。
これらのうち、製造時の取り扱い性、および重合時の温度制御の観点から、好ましいのは脂肪族および脂環含有炭化水素、脂肪族および脂環含有エステル、さらに好ましいのはｎ−ヘキサン、ｎ−ヘプタン、ｎ−オクタン、ｎ−ノナン、ｎ−デカン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、酢酸ｎ−ブチル、酢酸イソブチルおよび酢酸シクロヘキシルである。
【００２４】
分散剤（ｃ）としては、ビーズ状水溶性（共）重合体（Ａ）の粒子の分散安定性の観点から好ましくはＨＬＢ（Ｈｙｄｒｏｐｈｉｌｅ−Ｌｉｐｏｐｈｉｌｅ Ｂａｌａｎｃｅ）が１〜８、さらに好ましくは２〜７、とくに好ましくは３〜５の、種々の油溶性物質が挙げられる。
ここにおいてＨＬＢとは、親水性と親油性とのつり合いを表し、下記の式から求められる［「界面活性剤の合成と其応用」、５０１頁、１９５７年槇書店刊；「新・界面活性剤入門」、１９７−１９８頁、１９９２年三洋化成工業（株）刊、等参照］。
ＨＬＢ＝１０×（無機性／有機性）
上記式中、（ ）内は有機化合物の無機性と有機性の比率を表し、該比率は上記文献に記載されている値から計算することができる。
【００２５】
（ｃ）には、重量平均分子量［以下Ｍｗと略記。測定ＧＰＣ法による。］が５，０００未満（さらに好ましくは１００〜３，０００、とくに好ましくは１００〜１，０００）の低分子分散剤（ｃ１）、およびＭｗが５，０００以上（さらに好ましくは７，０００〜１，０００，０００、とくに好ましくは１０，０００〜１００，０００）の高分子分散剤（ｃ２）が含まれる。
【００２６】
（ｃ１）には、多価（２〜８またはそれ以上）アルコールの脂肪酸（Ｃ１０〜３０）エステル〔ショ糖脂肪酸エステル（Ｃ２２〜１２０、例えばショ糖ジステアレート、ショ糖トリステアレート）、ソルビタン脂肪酸エステル（Ｃ１６〜１２０、例えばソルビタンモノステアレート、ソルビタンモノオレート）、（ポリ）グリセリン脂肪酸エステル（Ｃ１２〜１２０、例えばグリセリンモノステアレート）、ＰＥＧ脂肪酸エステル［Ｍｗ１００〜５，０００、例えばＰＥＧ（Ｍｗ１００〜５，０００）のモノステアレート］等〕、アルキル（Ｃ１〜３０）アリルエーテル等が含まれる。
【００２７】
上記（ｃ１）のうち、製造時における装置への重合粒子付着防止および乾燥後の高分子凝集剤の乾燥粒子の安息角の観点から好ましいのは、多価アルコールの脂肪酸エステル、さらに好ましいのはショ糖脂肪酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステルである。
【００２８】
（ｃ２）には、アルケンとα，β−不飽和多価カルボン酸（無水物）との共重合体またはその誘導体［例えば１−オレフィン（Ｃ１１〜１００）／（無水）マレイン酸共重合体、およびそのアミン反応物］、長鎖アルキル基（Ｃ１２〜５０）含有（メタ）アクリレート（共）重合体、変性（アミノ、カルボキシ、エポキシ、ヒドロキシ、メルカプト、脂肪酸エステル、脂肪酸アミド変性等）オルガノポリシロキサン、セルロースエーテル（例えばエチルセルロース、エチルヒドロキシエチルセルロース）、（無水マレイン酸変性）エチレン・酢酸ビニル共重合体等が含まれる。
上記（無水マレイン酸変性）エチレン・酢酸ビニル共重合体には、エチレンおよび／または無水マレイン酸変性エチレンと酢酸ビニルの共重合体、およびエチレン・酢酸ビニル共重合物を無水マレイン酸で変性したもの等が含まれる。
無水マレイン酸変性エチレンとしては、無水マレイン酸をエチレン・酢酸ビニル共重合物に付加したものが挙げられ、無水マレイン酸とエチレン・酢酸ビニル共重合物の重量比は分散安定性および反応物の分子量調整の観点から好ましくは２／９８〜３０／７０、さらに好ましくは５／９５〜２０／８０である。
（無水マレイン酸変性）エチレンと酢酸ビニルとの共重合体における共重合比（重量比）は、疎水性分散媒（ｂ）への溶解性および分散安定性の観点から好ましくは５０／５０〜９５／５、さらに好ましくは７０／３０〜９０／１０である。
【００２９】
上記（ｃ２）のうち、製造時における装置への重合粒子付着防止および乾燥後の高分子凝集剤の乾燥粒子の安息角の観点から好ましいのは、アルケンとα，β−不飽和多価カルボン酸（無水物）との共重合体またはその誘導体、変性オルガノポリシロキサン、（無水マレイン酸変性）エチレン・酢酸ビニル共重合体である。
【００３０】
分散剤（ｃ）の使用に当たっては、逆相懸濁粒子の分散安定性および乾燥粒子の安息角、粒度分布の観点から（ｃ１）と（ｃ２）を併用することが好ましく、併用する際の重量比［（ｃ１）／（ｃ２）］は、同様の観点から好ましくは７０／３０〜１／９９、さらに好ましくは５０／５０〜５／９５である。
（ｃ１）と（ｃ２）を併用する場合、粒度分布の観点から好ましい組合せは、多価アルコールの脂肪酸エステルと無水マレイン酸変性エチレン・酢酸ビニル共重合体の組合せ、さらに好ましいのはＰＥＧ脂肪酸エステルと無水マレイン酸変性エチレン・酢酸ビニル共重合体の組み合わせである。
【００３１】
（ｃ）の使用量は、疎水性分散媒（ｂ）の重量に基づいて、通常２０％以下、（Ａ）の分散粒子の安定性、乾燥後の高分子凝集剤の乾燥粒子の安息角および粒子径制御の観点から好ましくは０．０１〜１０％、さらに好ましくは０．０５〜５％である。
【００３２】
ラジカル重合開始剤（ｄ）としては、種々のもの、例えばアゾ化合物〔水溶性のもの［アゾビスアミジノプロパン（塩）、アゾビスシアノバレリン酸（塩）等］および油溶性のもの［アゾビスシアノバレロニトリル、アゾビスイソブチロニトリル、アゾビスシクロヘキサンカルボニトリル等］〕および過酸化物〔水溶性のもの［過酢酸、ｔ−ブチルパーオキサイド、過酸化水素、過硫酸アンモニウム、過硫酸ナトリウム、過硫酸カリウム等］および油溶性のもの［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等］〕が挙げられる。なお、上記アゾ化合物における塩としては、無機酸（塩酸、硫酸、リン酸、硝酸等）塩およびアルカリ金属（リチウム、ナトリウム、カリウム等）塩、アンモニウム塩等が挙げられる。
上記過酸化物は還元剤と組み合わせてレドックス開始剤として用いてもよく、還元剤としては重亜硫酸塩（重亜硫酸ナトリウム、重亜硫酸カリウム、重亜硫酸アンモニウム等）、還元性金属塩［硫酸鉄（ＩＩ）等］、遷移金属塩のアミン錯体［塩化コバルト（ＩＩＩ）のペンタメチレンヘキサミン錯体、塩化銅（ＩＩ）のジエチレントリアミン錯体等］、有機性還元剤〔アスコルビン酸、３級アミン［ジメチルアミノ安息香酸（塩）、ジメチル
アミノエタノール等］等〕が挙げられる。
また、アゾ化合物、過酸化物およびレドックス開始剤はそれぞれ単独で用いてもよいし、２種以上を併用してもいずれでもよい。
（ｄ）は、通常上記分散相（水溶液）に存在させるが、分散相（水溶液）および／または連続相（疎水性分散媒）のいずれに存在させてもよい。
【００３３】
（ｄ）の使用量は、最適な分子量を得るとの観点から、（Ａ）を構成するモノマーの全重量に基づいて、好ましい下限は０．００１％、さらに好ましくは０．００５％、とくに好ましくは０．０１％、最も好ましくは０．０２％、好ましい上限は１％、さらに好ましくは０．５％、とくに好ましくは０．１％、最も好ましくは０．０５％である。
【００３４】
本発明における分散相中のモノマーの合計濃度（以下、分散相濃度という場合がある。）は、分散相の重量に基づいて、生産性の観点から好ましくは２０％以上、さらに好ましくは２５％以上、とくに好ましくは３０％以上、装置への重合粒子付着防止の観点から好ましくは９０％以下、さらに好ましくは８５％以下、とくに好ましくは８０％以下である。
【００３５】
連鎖移動剤（ｆ）としては、０．０１〜１００、好ましくは０．０５〜５０、とくに好ましくは０．１〜１０の連鎖移動定数を有するものが挙げられる。
連鎖移動定数の定義は、ジェー・ブランドルプおよびイー・エッチ・インマーグト編「ポリマー・ハンドブック（第４版）」、ジョン ウィレー アンド サンズ刊（Ｊ．
Ｂｒａｎｄｒｕｐ ａｎｄ Ｅ．Ｈ．Ｉｍｍｅｒｇｕｔ編のＰｏｌｙｍｅｒ
Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｆｏｕｒｔｈ ｅｄｉｔｉｏｎ，ＪＯＨＮ ＷＩＬＥＹ ＆ ＳＯＮＳ）の９７〜９８頁に記載されている。
本発明における連鎖移動定数は、「高分子合成の実験法」［化学同人（株）、１９９３年刊行］等に記載されている一般的な方法を用いて測定される、６０℃のアクリルアミドへの連鎖移動定数であるものとする。
【００３６】
該（ｆ）としては、分子内に１個または２個以上のアミノ基を有する化合物［Ｃ０〜６０、例えばアンモニア、メチルアミン、ジメチルアミン、トリエチルアミン、ｎ−およびｉ−プロパノールアミン］、分子内に１個または２個以上のチオール基を有する化合物（後述）および（次）亜リン酸化合物〔亜リン酸、次亜リン酸、およびこれらの塩［アルカリ金属（Ｎａ、Ｋ等）塩等］、並びにこれらの誘導体等〕等が挙げられる。これらのうち、分子量制御の観点から好ましいのは分子内に１個または２個以上のチオール基を有する化合物および（次）亜リン酸化合物である。
【００３７】
分子内に１個または２個以上のチオール基を有する化合物としては、以下のもの、これらの塩［アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、アンモニウム塩、アミン（Ｃ１〜２０、例えばメチルアミン、エタノールアミン）塩、無機酸（塩酸、硫酸、リン酸、硝酸等）塩等］、およびこれらの混合物が挙げられる。
（１）１価チオール
脂肪族チオール（Ｃ１〜２０、例えばメタンチオール、エタンチオール、プロパンチオール、ｎ−オクタンチオール、ｎ−ドデカンチオール、ヘキサデカンチオール、ｎ−オクタデカンチオール、２−メルカプトエタノール、メルカプト酢酸、３−メルカプトプロピオン酸、１−チオグリセロール、チオグリコール酸モノエタノールアミン、チオマレイン酸、メルカプトコハク酸、システイン、システアミン）、脂環含有チオール（Ｃ５〜２０、例えばシクロペンタンチオール、シクロヘキサンチオール）、芳香環含有チオール（Ｃ６〜１２、例えばベンゼンチオール、チオサリチル酸、チオクレゾール、チオキシレノール、チオナフトール）および芳香脂肪族チオール（Ｃ７〜２０、例えばα−トルエンチオール）が挙げられる。
【００３８】
（２）多価チオール
ジチオール［脂肪族ジチオール（Ｃ２〜４０、例えばエタンジチオール、ジエチレンジチオール、トリエチレンジチオール、ｎ−、ｉ−およびｓｅｃ−プロパンジチオール、１，３−および１，４−ブタンジチオール、１，６−ヘキサンジチオール、ネオペンタンジチオール、トリエチレングリコールジチオール）、脂環式ジチオール（Ｃ５〜２０、例えばシクロペンタンジチオール、シクロヘキサンジチオール）、芳香族ジチオール（Ｃ６〜１６、例えばベンゼンジチオール、ビフェニルジチオール）および芳香脂肪族ジチオール（Ｃ８〜２０、例えばキシレンジチオール）が挙げられる。
【００３９】
また、上記（ｆ）のうち、高分子凝集剤の水不溶解分低減の観点から水溶性の高いものが好ましく、水／ｎ−デカン分配係数が、好ましくは１０／９０〜１００／０、さらに好ましくは２０／８０〜１００／０、とくに好ましくは５０／５０〜１００／０である。ここにおける水／ｎ−デカン分配係数は、日本工業規格（ＪＩＳ）に規定されている水／１−オクタノール分配係数（ＪＩＳ Ｚ７２６０−１０７）と同様の測定方法で、１−オクタノールを、ｎ−デカンに代えることで測定することができる。
【００４０】
（ｆ）の使用量は、本発明の高分子凝集剤の最適な分子量を得るとの観点から、（ａ）、または、（ａ）と必要により併用される（ｘ）、（ｙ）の合計重量に基づいて、好ましい下限は０．０００１％、さらに好ましくは０．００１％、とくに好ましくは０．０１％、最も好ましくは０．０５％、好ましい上限は１０％、さらに好ましくは５％、とくに好ましくは３％、最も好ましくは１％である。
【００４１】
本発明におけるモノマー水溶液のｐＨは、特に限定されないが、高分子量化の観点から、好ましい下限は１．５、さらに好ましくは２、とくに好ましくは２．５、加水分解防止の観点から好ましい上限は９、さらに好ましくは８、とくに好ましくは７．５である。ｐＨ調整のために用いられるｐＨ調整剤としては特に限定はなく、モノマー水溶液がアルカリ性の場合は無機酸（硫酸、塩酸、リン酸、硝酸等）、無機固体酸性物質（酸性リン酸ソーダ、酸性ぼう硝、塩化アンモン、硫安、重硫安、スルファミン酸等）および有機酸（Ｃ２〜２０、例えばシュウ酸、こはく酸、リンゴ酸）が挙げられ、モノマー水溶液が酸性の場合は無機アルカリ性物質（水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、アンモニア等）および有機アルカリ性物質（グアニジン等）が挙げられる。
なお、ここにおけるｐＨは、モノマー水溶液の原液をｐＨメーター［例えば、商品名「ＬＡＢｐＨメーターＭ−１２」、（株）堀場製作所製］を用いて室温（２０℃）で測定される値である。
【００４２】
逆相懸濁重合における重合温度（℃）は、重合中でのモノマー濃度の変化防止の観点から、疎水性分散媒（ｂ）の沸点未満にすることが好ましい。
重合温度としては、重合速度の観点から、好ましい下限は１０、さらに好ましくは３０、とくに好ましくは４０、最も好ましくは５０、分子量および分散粒子安定性の観点から好ましい上限は９５、さらに好ましくは８０、とくに好ましくは７０、最も好ましくは６０である。また、重合中は所定重合温度を一定（例えば、所定重合温度±５℃）に保つように、適宜加熱、冷却して調節することが好ましい。
重合温度を一定に保つために、予め所定重合温度に温調した分散媒に撹拌下でモノマーを随時滴下してもよい。その際の滴下時間は、モノマー濃度、および重合反応発熱量により異なるが、通常０．５〜２０時間、好ましくは１〜１０時間である。
【００４３】
重合反応の終了は、重合による発熱がなくなった点で確認できるが、重合時間は、通常発熱により重合開始を確認した時点から１〜２４時間、重合を完結し、残存モノマーを減少させるとの観点から好ましい下限は２時間、さらに好ましくは３時間、工業上の観点から好ましい上限は１２時間、さらに好ましくは１０時間である。モノマーを随時滴下する場合は滴下終了後から上記時間重合することが好ましい。
上記のモノマー濃度、重合温度、重合時間は、モノマー組成、重合法、開始剤種類等によって適宜調整することができる。
【００４４】
重合時の圧力［ｋＰａ（絶対圧力）、以下数値のみを示す。］は、特に限定されないが、通常大気圧または減圧下で行う。分子量分布制御の観点から、好ましくは重合温度で疎水性分散媒（ｂ）が沸騰する圧力にすることが好ましい。
圧力の好ましい下限は５、さらに好ましくは１０、とくに好ましくは１５、好ましい上限は５００、さらに好ましくは３００、とくに好ましくは１５０である。
【００４５】
また、本発明におけるビーズ状水溶性（共）重合体（Ａ）は、さらに変性反応させてもよい。ポリマー変性方法としては、例えば、水溶性不飽和モノマー（ａ）として加水分解性官能基を分子内に有する（メタ）アクリルアミドを使用した場合、重合時または重合後に苛性アルカリ（水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等）または炭酸アルカリ（炭酸ナトリウム、炭酸カリウム等）を添加して、（ａ）のアミド基を部分的に加水分解してカルボキシル基を導入する方法（特開昭５６−１６５０５号公報等参照）；ホルムアルデヒド、ジアルキルアミン（Ｃ１〜１２）およびハロゲン（塩素、臭素、ヨウ素等）化アルキル（Ｃ１〜１２）（メチルクロライド、エチルクロライド等）を加え、マンニッヒ反応によって部分的にカチオン性基を導入する方法；アクリロニトリル等のニトリル基と、ビニルホルムアミドなどの加水分解により得られるアミノ基との閉環反応により分子内にアミジン環を形成させる方法（特開平５−１９２５１３号公報等参照）；および重合後に前記の架橋性モノマー（ｙ）を添加して架橋反応させる方法（特許３３０５６８８号公報等参照）等が挙げられる。
【００４６】
本発明における（共）重合体（Ａ）は、製造直後は含水ゲル粒子の状態で得られるが、さらに脱水、乾燥することによってビーズ状の水溶性（共）重合体（Ａ）となり、該（Ａ）を含有してなる本発明の高分子凝集剤を得ることができる。
脱水方法としては、特に限定されないが、重合後、熱風乾燥、赤外線乾燥、間接加熱乾燥（真空乾燥、撹拌型の乾燥機、ドラムドライヤー）等の乾燥方法により脱水する方法、疎水性分散媒中で共沸させて減圧脱水させる方法等が考えられる。またこれらの方法は任意に併用することができる。これらのうち、局部加熱による架橋防止の観点から真空乾燥および疎水性分散媒中で共沸させ減圧脱水させる方法が好ましい。乾燥温度としては、通常２０〜２００℃、乾燥速度の観点から好ましい下限は３０℃、さらに好ましくは４０℃、架橋防止の観点から好ましい上限は１５０℃、さらに好ましくは１２０℃である。
【００４７】
本発明の高分子凝集剤の０．５重量％塩水溶液粘度（ｍＰａ・ｓ、２５℃）は、３〜６０、好ましくは１８〜４５、さらに好ましくは２３〜３５である。０．５重量％塩水溶液粘度が３未満では形成されるフロック粒径が小さく、ろ過時の目詰まりで濾過性が悪くなり、６０を超えると凝集液の粘度が高くなり、ろ過時のろ水速度が低下する。なお、０．５重量％塩水溶液粘度は後述の方法で測定することができる。
【００４８】
本発明の高分子凝集剤の０．２重量％水溶液粘度（Ｌ）（ｍＰａ・ｓ、２５℃）は、下記式（１）を満足するものであり、式（２）を満足することが好ましく、式（３）を満足することがさらに好ましい。０．２重量％水溶液粘度（Ｌ）が式（１）の下限未満では凝集性能が悪くなり、式（１）の上限を超えると凝集速度が低下する。なお、０．２重量％水溶液粘度は後述の方法で測定することができる。
３．５×（Ｍ）＋１５０≦（Ｌ）≦３．５×（Ｍ）＋３５０ （１）
３．５×（Ｍ）＋１８０≦（Ｌ）≦３．５×（Ｍ）＋３２０ （２）
３．５×（Ｍ）＋２１０≦（Ｌ）≦３．５×（Ｍ）＋２８０ （３）
【００４９】
上記関係式は、凝集性能が変化するのは、高分子凝集剤の水溶液の粘度に依存して高分子凝集剤と汚泥との混合状態に違いが生じることに起因する、しかも０．５重量％塩水溶液粘度（Ｍ）（ポリマーの３次元的な拡がりが少ない状態）に対する０．２重量％水溶液粘度（Ｌ）（ポリマーの３次元的な拡がりが多い状態）がポリマー間の絡まり度合いを示す関係にあるとの仮説に基づいて行った多くの実験結果に基づいて得られたものである。
すなわち、（Ｌ）が、一定の低い（Ｍ）をさらに下回る場合は、低分子量のポリマーが多くなることから、ポリマー間の絡まり度合いが低い。そのため一旦形成されたフロックのフロック径が撹拌によるせん断で小さくなりやすく、１０秒時ろ過速度が遅くなるために凝集性能が悪化する；また、（Ｌ）が、一定の高い（Ｍ）をさらに上回る場合は、高分子量のポリマーが多くなることから、ポリマー間の絡まり度合いが高い。そのため、フロック形成に長時間を要し、未凝集ポリマーが増加してろ液の粘度が高まることにより１０秒時ろ過速度が遅く、凝集性能が悪化する。従って、（Ｌ）と（Ｍ）との最適な関係を有する高分子凝集剤を選択すれば、優れた凝集性能を発揮することができるとの仮説に基づいたものである。
【００５０】
本発明の高分子凝集剤は、前記ビーズ状の（Ａ）を含有してなり、その安息角（単位は度）は適度な粉体流動性の観点から好ましくは２５〜４０、さらに好ましくは３０〜３８である。 本発明の高分子凝集剤は、前記のとおり、特定のＨＬＢを有する分散剤（ｃ）を用いて逆相懸濁重合を行うことにより安息角を上記の範囲とすることができる。
ここにおいて、安息角とは、円筒回転法で求められる値で、粉粒体を入れた円筒容器を、ゆっくり回転させ、粉粒体が安定な傾斜面を形成するときの傾斜角度で表され、三輪式安息角測定機［筒井理化学器械（株）製等］を用いて測定することができる。
【００５１】
本発明の高分子凝集剤粒子の重量平均粒径（μｍ）は、使用時における発塵防止の観点から、好ましい下限は１００、さらに好ましくは２００、とくに好ましくは２５０、最も好ましくは３００、水への溶解性の観点から好ましい上限は１，０００、さらに好ましくは９００、とくに好ましくは８００、最も好ましくは７００である。
該重量平均粒径（μｍ）は、ロータップ試験篩振とう機およびＪＩＳ Ｚ８８０１−２０００に規定された標準篩を用いて、ペリーズ・ケミカル・エンジニアーズ・ハンドブック第６版（マックグローヒル・ブック・カンパニー刊、１９８４、２１頁）に記載の方法で求めることができる。
即ち、適当な目開きの上記標準篩、例えば目開きが２、１．７、１．４、１．１８および１．１０ｍｍ、８５０、７１０、５００、４２５、３５５、３００、２５０、１８０および１５０μｍの標準篩上にそれぞれ該高分子凝集剤粒子５０．０ｇをとり、ロータップ試験篩振とう機［例えば、（株）飯田製作所製］で１分間振とうし、各篩上に残った試料を計量する。結果を対数確率紙にプロットし、重量が５０％の時の粒径（メジアン径）を重量平均粒径とする。
【００５２】
下水汚泥においては、懸濁粒子の大きさが比較的大きく、また水中における懸濁粒子表面がマイナス荷電を有していることから、脱水用高分子凝集剤としてはカチオン性または両性高分子凝集剤、およびこれらの混合物が好ましい。
廃水においては、溶解性有機物等を処理するために無機凝集剤を添加することが多く、その場合、懸濁粒子表面は無機凝集剤で覆われているためプラス荷電を有していることから、凝集沈殿処理用高分子凝集剤としては、アニオン性またはノニオン性、およびこれらの混合物が好ましい。
石油の３次回収用としては、比較的大きな分子量を有するものが使用され、アニオン性またはノニオン性、およびこれらの混合物が好ましい。
製紙工程での濾水歩留向上用または紙力増強用としては、カチオン性または両性高分子凝集剤、およびこれらの混合物が好ましい。
【００５３】
ここで、カチオン性高分子凝集剤とは、分子内にカチオン性基を有する高分子凝集剤、すなわち水に溶解した際にカチオン性を示す高分子凝集剤であり、また両性高分子凝集剤とは、分子内にカチオン性基およびアニオン性基を有する高分子凝集剤、すなわち水に溶解した際にカチオン性およびアニオン性を示す高分子凝集剤である。これらの高分子凝集剤の水中におけるカチオン性またはアニオン性の評価方法については、コロイド当量値（ｍｅｑ／ｇ）として求めることができる。すなわち、カチオン性凝集剤中のカチオン性基当量値はカチオンコロイド当量値として求めることができ、両性凝集剤中のカチオン性基当量値およびアニオン性基当量値は、それぞれカチオンコロイド当量値、アニオンコロイド当量値として求めることができる。
【００５４】
本発明の高分子凝集剤がカチオン性高分子凝集剤の場合、該凝集剤中のカチオンコロイド当量値（ｍｅｑ／ｇ）は、凝集性能の観点から好ましい下限は０．１、より好ましくは０．５、さらに好ましくは１．０、とくに好ましくは１．５、最も好ましくは２．０、凝集性能の観点から好ましい上限は７．０、より好ましくは６．０、さらに好ましくは５．５、とくに好ましくは５．２、最も好ましくは５．０である。
また本発明の高分子凝集剤が両性高分子凝集剤の場合、該凝集剤中のカチオンコロイド当量値（ｍｅｑ／ｇ）は、凝集性能の観点から好ましい下限は０．１、より好ましくは０．５、さらに好ましくは１．０、とくに好ましくは１．５、最も好ましくは２．０、凝集性能の観点から好ましい上限は７．０、より好ましくは６．０、さらに好ましくは５．５、とくに好ましくは５．２、最も好ましくは５．０であり；アニオンコロイド当量値（ｍｅｑ／ｇ）は、凝集性能の観点から好ましい下限は−１３．０、より好ましくは−１０．０、さらに好ましくは−８．０、とくに好ましくは−５．０、最も好ましくは−３．０、凝集性能の観点から好ましい上限は−０．０５、より好ましくは−０．１、さらに好ましくは−０．３、とくに好ましくは−０．５、最も好ましくは−１．０である。
【００５５】
コロイド当量値は以下に示すコロイド滴定法により求めることができる。なお、以降の測定は室温（約２０℃）下で行う。
（１）測定試料（高分子凝集剤の５０ｐｐｍ水溶液）の調製
試料０．２ｇ（固形分含量換算したもの）を精秤し、２００ｍｌの三角フラスコにとり、全体の重量（試料とイオン交換水の合計重量）が１００ｇとなるようにイオン交換水を加えた後、マグネチックスターラー（長さ４０ｍｍ、直径５ｍｍの円筒状マグネット、回転数１，０００ｒｐｍ）で、３時間撹拌して完全に溶解させ、０．２重量％の高分子凝集剤溶液を調製する。５００ｍｌのビーカーに該調製溶液１０ｍｌをとり、全体の重量（溶液１０ｍｌとイオン交換水の合計重量）が４００ｇとなるようにイオン交換水を加え、再度マグネチックスターラー（１，０００〜１，２００ｒｐｍ）で、３０分間撹拌して、均一な測定試料とする。
なお、高分子凝集剤の固形分含量は、試料約１．０ｇをシャーレ（直径１００ｍｍ、深さ１０ｍｍ）に秤量（Ｗ１）して、循風乾燥機中、１０５±５℃で９０分間乾燥させた後の残存重量を（Ｗ２）として、次式から算出した値である。
固形分含量（重量％）＝（Ｗ２）×１００／（Ｗ１）
（２）カチオンコロイド当量値の測定
測定試料１００ｇを２００ｍｌのコニカルビーカーにとり、マグネチックスターラー（５００ｒｐｍ）で撹拌しながら徐々に０．５重量％硫酸水溶液を加え、ｐＨ３に調整する。次にトルイジンブルー指示薬（ＴＢ指示薬）を２〜３滴加え、Ｎ／４００ポリビニル硫酸カリウム（Ｎ／４００ＰＶＳＫ）試薬で滴定する。滴定速度は２ｍｌ／分とし、測定試料が青から赤紫色に変色し、赤紫色が３０秒間保持される時点を終点とする。
（３）アニオンコロイド当量値の測定
測定試料１００ｇを２００ｍｌのコニカルビーカーにとり、マグネチックスターラー（５００ｒｐｍ）で撹拌しながら、Ｎ／１０水酸化ナトリウム水溶液０．５ｍｌを加え、さらにＮ／２００メチルグリコールキトサン水溶液５ｍｌを加えた後、５分間撹拌する（その時のｐＨ約１０．５）。ＴＢ指示薬を２〜３滴加え、上記（２）と同様にして滴定する。
（４）空試験
測定試料の代わりにイオン交換水１００ｇを用いる以外は（２）および（３）と同様の操作を行う。
（５）計算方法
カチオンまたはアニオンコロイド当量値（ｍｅｑ／ｇ）＝
（１／２）×（試料の滴定量−空試験の滴定量）×（Ｎ／４００ＰＶＳＫの力価）
【００５６】
本発明の高分子凝集剤は必要に応じ、本発明の効果を阻害しない範囲で、消泡剤（Ｂ１）、キレート化剤（Ｂ２）、ｐＨ調整剤（Ｂ３）、界面活性剤（Ｂ４）、ブロッキング防
止剤（Ｂ５）、酸化防止剤（Ｂ６）、紫外線吸収剤（Ｂ７）および防腐剤（Ｂ８）からなる群から選ばれる添加剤（Ｂ）を併用することができる。
【００５７】
消泡剤（Ｂ１）としては、シリコーン化合物［Ｍｎ１００〜１００，０００、例えばジメチルポリシロキサン］、鉱物油（スピンドル油、ケロシン等）、金属石ケン（Ｃ１２〜２２、例えばステアリン酸カルシウム）等；
キレート化剤（Ｂ２）としては、アミノカルボン酸（Ｃ６〜２４、例えばエチレンジアミンテトラ酢酸、ジエチレントリアミンペンタ酢酸、ヒドロキシエチルエチレンジアミントリ酢酸、ニトリロトリ酢酸およびトリエチレンテトラミンヘキサ酢酸）、多価カルボン酸［Ｃ４以上かつＭｎ１０，０００以下、例えばマレイン酸、ポリアクリル酸（Ｍｎ１，０００〜１０，０００）およびイソアミレン／マレイン酸共重合体（Ｍｎ１，０００〜１０，０００）］、ヒドロキシカルボン酸（Ｃ３〜１０、例えばクエン酸、グルコン酸、乳酸およびリンゴ酸）、縮合リン酸（トリポリリン酸、トリメタリン酸等）およびこれらの塩［アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、アンモニウム塩、アルキルアミン（Ｃ１〜２０、例えばメチルアミン、エチルアミン、オクチルアミン等）塩およびアルカノールアミン（Ｃ２〜１２、例えばモノ−、ジ−およびトリエタノールアミン等）塩］等；
【００５８】
ｐＨ調整剤（Ｂ３）としては、苛性アルカリ（苛性ソーダ、苛性カリ等）、アミン（Ｃ１〜２０、例えばメチルアミン、エチルアミン、モノ−、ジ−およびトリエタノールアミン）、無機酸（塩）〔無機酸（塩酸、硫酸、硝酸、リン酸、スルファミン酸、炭酸等）、およびこれらの金属［アルカリ金属、アルカリ土類金属等］塩（炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、硫酸ナトリウム、硫酸水素ナトリウム、リン酸１ナトリウム等）およびアンモニウム塩（炭酸アンモン、硫酸アンモン等）等〕、有機酸（塩）〔有機酸［カルボン酸（Ｃ２〜１５、例えば酢酸、クエン酸）、スルホン酸（Ｃ１〜１５、例えばメタンスルホン酸、エタンスルホン酸、ｐ−トルエンスルホン酸）およびフェノール］、およびこれらの金属（上記に同じ）塩（酢酸ソーダおよび乳酸ソーダ）およびアンモニウム塩（酢酸アンモニウム、乳酸アンモニウム等）等〕等；
【００５９】
界面活性剤（Ｂ４）としては、米国特許第４３３１４４７号明細書記載の界面活性剤、例えばポリオキシエチレンノニルフェニルエーテルおよびジオクチルスルホコハク酸ソーダ；ブロッキング防止剤（Ｂ５）としては、ポリエーテル変性シリコーンオイル（Ｍｎ１００〜３，０００）、例えばポリオキシエチレン変性シリコーンおよびポリオキシエチレン／ポリオキシプロピレン変性シリコーン］；
【００６０】
酸化防止剤（Ｂ６）としては、フェノール化合物［ハイドロキノン、メトキシハイドロキノン、カテコール、２，６−ジ−ｔ−ブチル−ｐ−クレゾール（ＢＨＴ）および２，２’−メチレンビス（４−メチル−６−ｔ−ブチルフェノール）等］、含硫化合物〔チオ尿素、テトラメチルチウラムジサルファイド、ジメチルジチオカルバミン酸およびその塩［例えば金属（上記に同じ）塩およびアンモニウム塩等］、亜硫酸ナトリウム、チオ硫酸ナトリウム、２−メルカプトベンゾチアゾールおよびその塩（上記に同じ）、ジラウリル３，３’−チオジプロピオネート（ＤＬＴＤＰ）およびジステアリル３，３’−チオジプロピオネート（ＤＳＴＤＰ）等〕、含リン化合物［トリフェニルホスファイト、トリエチルホスファイト、亜リン酸ナトリウム、次亜リン酸ナトリウム、トリフェニルホスファイト（ＴＰＰ）およびトリイソデシルホスファイト（ＴＤＰ）等］および含窒素化合物［アミン（オクチル化ジフェニルアミン、Ｎ−ｎ−ブチル−ｐ−アミノフェノールおよびＮ，Ｎ−ジイソプロピル−ｐ−フェニレンジアミン等）、尿素、グアニジンおよびグアニジンの無機酸（上記に同じ）塩］等；
【００６１】
紫外線吸収剤（Ｂ７）としては、ベンゾフェノン化合物（２−ヒドロキシベンゾフェノン、２，４−ジヒドロキシベンゾフェノン等）、サリチレート化合物（フェニルサリチレ
ート、２，４−ジ−ｔ−ブチルフェニル−３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシベンゾエート等）、ベンゾトリアゾール化合物［（２’−ヒドロキシフェニル）ベンゾトリアゾール、（２’−ヒドロキシ−５’−メチルフェニル）ベンゾトリアゾール等］およびアクレート［エチル−２−シアノ−３，３−ジフェニルアクリレート、メチル−２−カルボメトキシ−３−（パラメトキシベンジル）アクリレート等］等；
防腐剤（Ｂ８）としては、安息香酸、パラオキシ安息香酸エステルおよびソルビン酸等が挙げられる。
【００６２】
上記（Ｂ）は、重合前のモノマー水溶液中に予め添加しても、製造後のポリマー中に添加してもよい。（Ｂ）全体の使用量は、モノマーまたはポリマー重量に基づいて、通常３０％以下、凝集性能の観点から好ましくは０〜１０％である。
（Ｂ１）〜（Ｂ８）の各添加剤の使用量は、上記と同様の重量に基づいて、（Ｂ１）は通常５％以下、好ましくは１〜３％、（Ｂ２）は通常２０％以下、好ましくは２〜１０％、（Ｂ３）は通常１０％以下、好ましくは１〜５％、（Ｂ４）および（Ｂ５）はそれぞれ通常５％以下、好ましくは１〜３％、（Ｂ６）、（Ｂ７）および（Ｂ８）はそれぞれ通常５％以下、好ましくは０．１〜２％である。
【００６３】
本発明の高分子凝集剤を下水汚泥、廃水等（以下、下水汚泥等と略記）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、下水汚泥等の種類、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、下水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％、処理費用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。
【００６４】
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下水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下水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など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。
【００６５】
本発明の高分子凝集剤を石油の３次回収用として使用する際には、通常水溶液として使用される。該ポリマー水溶液の濃度（重量％）は、通常０．００１〜３％、増粘効果および送液可能な粘度の観点から好ましくは０．００５〜１％、さらに好ましくは０．０１〜０．５％である。
【００６６】
本発明の高分子凝集剤を下水汚泥等に適用する際、下水汚泥等が有機性の汚泥や嫌気性菌処理汚泥である場合は、汚泥粒子の荷電中和の観点から無機および／または有機凝結剤を併用するのが好ましい。
無機凝結剤としては、硫酸バンド、ポリ塩化アルミニウム、塩化第二鉄、硫酸第二鉄、ポリ硫酸鉄、消石灰等；有機凝結剤としては、アニリン−ホルムアルデヒド重縮合物塩酸塩、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、ジメチルジ（メタ）アリルアンモニウムクロライド、（メタ）アリルアミンまたはジ（メタ）アリルアミン−マレイン酸共重合体、（メタ）アリルアミンまたはジ（メタ）アリルアミン−シトラコン酸共重合体、（メタ）アリルアミンまたはジ（メタ）アリルアミン−イタコン酸、（メタ）アリ
ルアミンまたはジ（メタ）アリルアミン−フマル酸共重合体等が挙げられる。
無機および／または有機凝結剤を併用する場合は、本発明の高分子凝集剤に予めこれらを添加した混合物で下水汚泥等を処理するか、下水汚泥等に予め無機凝結剤および／または有機凝結剤を添加して一次凝集させた後、本発明の高分子凝集剤を添加して処理するかいずれでもよいが、フロックの強度の観点から好ましいのは後者の方法である。
【００６７】
無機凝結剤および／または有機凝結剤を併用する場合の使用量は、下水汚泥等の種類、懸濁粒子の大きさ、用いる凝結剤の種類などによって異なるが、特に限定はなく、下水汚泥等中のＴＳに基づいて、無機凝結剤では通常２０％以下、凝結性能の観点から好ましい下限は０．５％、さらに好ましくは１％、とくに好ましくは１．５％、凝結性能の観点から好ましい上限は１０％、さらに好ましくは５％、とくに好ましくは３％であり、有機凝結剤では通常１％以下、凝結性能の観点から好ましい下限は０．０１％、さらに好ましくは０．０２５％、とくに好ましくは０．０５％、凝結性能の観点から好ましい上限は０．５％、さらに好ましくは０．２％、とくに好ましくは０．１５％である。
【００６８】
本発明の高分子凝集剤の添加の際には、下水汚泥等の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。また、前記の無機または有機凝結剤を下水汚泥等に予め加えることで、上記ｐＨに調整することもできる。
【００６９】
また、本発明の高分子凝集剤を下水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】
【００７０】
以下実施例をもって本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、実施例中の部は重量部、％は重量％を表す。
【００７１】
実施例および比較例に使用した原料の組成、記号等は次のとおりである。
（１）水溶性不飽和モノマー
ＤＡＭＱ：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の８０
％水溶液
ＤＡＡＱ：Ｎ，Ｎ−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塩の７０％
水溶液
ＡＡＭ：アクリルアミドの５０％水溶液
（２）連鎖移動剤（ｆ）
（ｆ−１）：１−チオグリセロール
（ｆ−２）：メルカプト酢酸
（ｆ−３）：システアミン塩酸塩
（３）ラジカル重合開始剤（ｄ）
（ｄ−１）：ジクミルパーオキサイド
（ｄ−２）：アゾビスアミジノプロパン塩酸塩の１０％水溶液
（４）分散剤（ｃ）
（ｃ１−１）：ＰＥＧ（Ｍｎ３００）のジステアリン酸エステル［商品名「イオネット
ＤＳ−３００」、三洋化成工業（株）製、ＨＬＢ７．３、Ｍｗ７００）］
（ｃ２−１）：製造例１で得られた分散剤（ＨＬＢ２．１、Ｍｗ１５，０００）
（ｃ２−２）：無水マレイン酸変性エチレン・酢酸ビニル共重合物［商品名「オレヴァ
ック９３１８」、アルケマ（株）製、ＨＬＢ１．２、Ｍｗ１２，０００］
（ｃ２−３）：アルケン（Ｃ３０以上）と無水マレイン酸の共重合物［商品名「ダイヤ
カルナ３０」、三菱化学（株）製、ＨＬＢ２．１、Ｍｗ７，５００］
【００７２】
高分子凝集剤の固形分含量、重量平均粒径は前記の方法で評価し、その他の項目は下記の方法で評価した。
なお、下水汚泥等中のＴＳ、浮遊物質（ＳＳ）、有機分（強熱減量）は、「下水試験方法」（日本下水道協会、１９８４年度版）記載の分析方法に準じて行った。
【００７３】
（１）０．２重量％水溶液粘度（ｍＰａ・ｓ、２５℃）
ジャーテスター［型式「ＪＭＤ−６ＨＳ−Ａ」、宮本理研工業（株）製、以下同じ。］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た撹拌装置を用い、５００ｍＬビーカーにイオン交換水４９９ｇを入れ、水温２０〜２５℃にて３００ｒｐｍで撹拌下、固形分１．０ｇの高分子凝集剤試料を徐々に加えて、３時間かけて完全に溶解させる。その後、得られた水溶液の一部を２００ｍＬトールビーカーに移し、２５℃の恒温槽に２０分間静置して温度調整した後、Ｂ型粘度計［型式「ＴＶ−１０Ｍ」、東機産業（株）製、以下同じ。］でＭ２ローター、３０ｒｐｍにて測定開始３００秒後の値を０．２重量％水溶液粘度（Ｌ）とする。
【００７４】
（２）０．５重量％塩水溶液粘度（ｍＰａ・ｓ、２５℃）
上記と同じ撹拌装置を用い、５００ｍＬビーカーにイオン交換水４７７．５ｇを入れ、水温２０〜２５℃にて２００ｒｐｍで撹拌下、固形分２．５ｇの高分子凝集剤試料を徐々に加えて、４時間かけて完全に溶解させる。その後、塩化ナトリウム２０ｇを入れ、さらに３０分間撹拌して溶解させる。その後、得られた塩水溶液（塩化ナトリウムの濃度は４重量％）の一部を２００ｍＬトールビーカーに移し、２５℃の恒温槽に２０分間静置して温度調整した後、Ｂ型粘度計［東機産業（株）製、型式ＴＶ−１０Ｍ、以下同じ。］でＭ１ローター、６０ｒｐｍにて、測定開始３００秒後の値を０．５重量％塩水溶液粘度（Ｍ）とする。
【００７５】
（３）フロック粒径（ｍｍ）
３００ｍｌのビーカーに汚泥２００ｍｌを入れ、上記（１）と同じ撹拌装置にセットする。ジャーテスターの回転数を３００ｒｐｍとし、徐々に汚泥を撹拌しながら、所定の濃度の高分子凝集剤の水溶液を所定の方法で添加し、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）を目視にて観察する。
続いて回転数を６５０ｒｐｍに変え、さらに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）を再度目視にて観察する。
【００７６】
（４）フロック強度
上記（３）における回転数３００ｒｐｍおよび６５０ｒｐｍでのフロック粒径を比較し、フロック粒径の変化からフロック強度を下記の基準に従って評価する。
＜評価基準＞
◎ 非常に強固 （粒径に変化なし）
○ 強固 （ごく一部細分化）
△ やや弱い （部分的に細分化）
× 弱い （全体的に細分化）
【００７７】
（５）１０秒後ろ液量、６０秒後ろ液量（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、および３００ｍｌが計測できるメスシリンダーを用いてろ過装置をセットする。上記（３）のフロック粒径試験後の汚泥をヌッチェろ過面上に一気に全量投入して濾過し、ストップウォッチを用いて投入直後から１０秒後および６０秒後までに通過したろ液量を測定する。
【００７８】
（６）ろ布剥離性
ろ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、試験後のろ布に付着した脱水ケーキをスパーテルで剥離させる場合の脱水ケーキの剥離性を下記の基準に従って評価する。
＜評価基準＞
◎：非常に剥がれやすい（ろ布に付着物なし）
○：剥がれやすい （ろ布に付着物わずかにあり）
△：多少剥がれにくい （ろ布に付着物あり、わずかにろ布内部にまで付着物あり）
×：剥がれにくい （ろ布内部にまで付着物多い）
【００７９】
（７）脱水ケーキ含水率（重量％）
上記（６）のろ布剥離性試験後の脱水ケーキ約３ｇをシャーレに秤量（Ｗ３）して、循風乾燥機中、１０５±５℃、８時間で乾燥させた後、シャーレ上に残った乾燥ケーキの重量を（Ｗ４）として、次式からケーキ含水率を算出する。
脱水ケーキ含水率（重量％）＝［（Ｗ３）−（Ｗ４）］×１００／（Ｗ３）
【００８０】
製造例１［分散剤（ｃ）の製法］
ステンレス製オートクレーブに、エチレン−酢酸ビニル共重合体［商品名「ＡＣ−ＰＯＬＹ−４００」、Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ（株）製、酢酸ビニル単位含量１４重量％］１７１部、無水マレイン酸１７．１部、キシレン１１７．７部を１００℃まで加熱して均一溶液とし、ポリマー溶液を調整した。（ｄ−１）１１．８部、キシレン１１．８部、ドデシルメルカプタン０．０９２部を加えて均一溶解し開始剤溶液とした。１５０℃に加熱したポリマー溶液に開始剤溶液を０．４部／分の滴下速度で１時間かけて投入し、その後３時間反応させた。キシレンを３ｋＰａ〜２０ｋＰａの減圧下、１４０〜１６０℃、２時間でストリッピングして、分散剤（ｃ−１）を得た。
【００８１】
実施例１［高分子凝集剤（Ｐ−１）の製造］
［第１工程］ ＤＡＭＱ、ＡＡＭ、ＮａＨ2ＰＯ4、連鎖移動剤（ｆ）を表１に従って配合したモノマー水溶液を室温（２０〜２５℃）で調製した。さらにスルファミン酸を用いてモノマー水溶液のｐＨ（２０℃）をｐＨメーターで監視しながら３．０に調整した。得られたモノマー水溶液を十分に窒素（純度９９．９９９％以上。以下同じ。）で置換（溶存酸素濃度１００ｐｐｂ以下）した後、ラジカル重合開始剤（ｄ−２）を表１に従って加え、モノマー水溶液を調製した。
別に還流脱水配管、滴下漏斗、窒素導入管および撹拌翼（マックスブレンド翼）を備えたステンレス製オートクレーブにｎ−デカン、分散剤（ｃ１−１）および（ｃ２−１）を表１に従って加えて油相を調製し、３４０ｒｐｍの回転数にて撹拌しながら、反応槽内を窒素置換（気相酸素濃度１０ｐｐｍ以下）した後、６０℃まで昇温して３０分間保持した後、５０℃まで冷却した。５０℃に到達後、常圧（１０３ｋＰａ）条件下で、予め滴下漏斗内に仕込んだ前記のモノマー水溶液を反応槽中に１２０分間かけて全量投入し、その後１２０分間、５０℃で撹拌を継続し逆相懸濁重合させた。
［第２工程］ さらにラジカル重合開始剤（ｄ−２）を８．７部添加して５０℃で、６０分間撹拌を継続し、さらに重亜硫酸ナトリウム１４部およびメルカプト酢酸０．１９部をイオン交換水１０部に溶解し、これを反応槽中に追加投入し、５５℃で３０分間撹拌を継続して重合を完結させた。
その後、反応生成物を５５℃で減圧（３〜２０ｋＰａ）により共沸脱水した後、得られたスラリーを、減圧ろ過機に供給し固液分離を行った後、減圧乾燥機中（１．３ｋＰａ、４０℃×２時間）で乾燥し、ビーズ状水溶性重合体を含有してなる高分子凝集剤（Ｐ−１）を得た。結果を表１に示す。
【００８２】
実施例２〜６、比較例１〜３［高分子凝集剤（Ｐ−２）〜（Ｒ−３）の製造］
実施例１において、第１工程のモノマー水溶液および油相の組成を表１に示す量にする以外は表１の配合組成に従って、実施例１と同様にして、高分子凝集剤（Ｐ−２）〜（Ｐ−６）、比較の高分子凝集剤（Ｒ−１）〜（Ｒ−３）を得た。結果を表１に示す。
【００８３】
【表１】
【００８４】
実施例７〜１２、比較例４〜６［高分子凝集剤の性能評価］
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。消化処理したＡ市処理場から採取した消化汚泥［ｐＨ７．４、ＴＳ２．９％、ＳＳ２．７％、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２０部を添加（この時の固形分添加量１．６％／ＴＳ）し、性能を評価した。結果を表２に示す。
【００８５】
【表２】
【００８６】
表２から、実施例７〜１２では、比較例４〜６に比べて、大粒径のフロックが形成され、低撹拌下（３００ｒｐｍ）で一旦形成されたフロックが高撹拌下（６５０ｒｐｍ）でも壊れにくい（フロック強度が強い）こと、１０秒後ろ液量が多いことから初期ろ過速度が速いこと、および脱水性（脱水ケーキ含水率）において優れた効果を示すことがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
本発明の高分子凝集剤は、従来にない特異的な凝集性能を示すことから、下水汚泥等の脱水用高分子凝集剤、製紙工程での濾水歩留向上用または紙力増強用高分子凝集剤の他、産業廃水の凝集沈殿処理用、石油の３次回収用等の高分子凝集剤として幅広く好適に用いられ、極めて有用である。
【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、有機性汚泥、とくに消化汚泥の脱水性能に優れる高分子凝集剤に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、下水またはし尿（以下、下水汚泥と略記）処理場、一般産業廃水（以下、廃水と略記）処理場等より生じる有機性汚泥は、これに高分子凝集剤を添加して遠心脱水機、ベルトプレス、ロータリープレス等の脱水装置を使用して脱水する一般的な方法で処理されている。
近年、汚泥脱水処理の効率化を目的とした集約脱水処理が進む中、汚泥の脱水処理までの送泥や貯留等に長時間を要し、その結果、汚泥の腐敗が進み難脱水化が生じている。
また、スクリュープレス型脱水機が、比較的脱水しにくい有機性汚泥に対しても有効性を発揮するため、中小規模の処理場で採用されている。該スクリュープレス型脱水機では、該脱水機中の凝集槽で形成されたフロックが脱水機外筒の全面で脱水されるために、脱水ケーキの含水率が下がりやすい特徴があり、遠心脱水機、ベルトプレス脱水機等の時代から次世代に向けての脱水機として注目されている。
従来、スクリュープレス型脱水機向けにとくに開発された高分子凝集剤としては、例えば（メタ）アクリレート系カチオン性単量体を共重合させた水溶性両性高分子（例えば特許文献１参照）、ポリオキシエチレン鎖を含有する水溶性高分子（例えば特許文献２参照）、並びに、カチオン性高分子凝集剤、アニオン性高分子凝集剤および水溶性塩からなる混合物（例えば特許文献３参照）が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１２２０８１号公報
【特許文献２】特開２００４−１９５３７０号公報
【特許文献３】特開２０００−３２５９６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１〜３に記載の高分子凝集剤では、生成するフロック粒径が小さいために初期ろ水量が少なく、圧搾されたケーキ含水率が高い等、充分な脱水効果を得ることは困難であった。また、このような問題点は、スクリュープレス型脱水機を用いた場合に限られるわけではなく、その他の従来型脱水機を用いる場合でもほぼ同様であり、いずれの場合も改良が切望されていた。
本発明の目的は、難脱水性の有機性汚泥の脱水処理において、強固な粗大フロックを形成させて汚泥の脱水処理効率を大幅に向上でき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】
【０００５】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果本発明に到達した。すなわち、本発明は、一般式［１］または［２］で表されるカチオン性モノマーを５０〜１００モル％含有する水溶性不飽和モノマー（ａ）を構成単位とするビーズ状水溶性（共）重合体（Ａ）を含有してなり、３〜６０の０．５重量％塩水溶液粘度（ｍＰａ・ｓ、２５℃）を有し、下記式（１）を満足する高分子凝集剤である。
ＣＨ2＝Ｃ（Ｒ1）ＣＯ−Ｑ−Ｘ−ＮＲ2Ｒ3 ［１］
ＣＨ2＝Ｃ（Ｒ1）ＣＯ−Ｑ−Ｘ−Ｎ+Ｒ2Ｒ3Ｒ4 ・Ｚ- ［２］
（式中、Ｒ1はＨまたはメチル基、Ｒ2、Ｒ3は炭素数１〜３のアルキルもしくはアルコキシル基、Ｒ4はＨ、炭素数１〜３のアルキルもしくはアルコキシル基またはベンジル基を表し、Ｒ1〜Ｒ4は同じでも異なっていてもよく、Ｑは酸素またはＮＨ、Ｘは炭素数２〜４の、アルキレンまたはアルコキシレン基、Ｚ-は陰イオンを表す。）
３．５×（Ｍ）＋１５０≦（Ｌ）≦３．５×（Ｍ）＋３５０ （１）
但し、（Ｌ）：０．２重量％水溶液粘度 （ｍＰａ・ｓ、２５℃）
（Ｍ）：０．５重量％塩水溶液粘度（ｍＰａ・ｓ、２５℃）
【発明の効果】
【０００６】
本発明の高分子凝集剤は下記の効果を奏する。
（１）有機性汚泥の脱水処理において強固な粗大フロックを形成する。
（２）形成されたフロックは破壊、再分散されにくいため凝集処理の安定性や処理速度を著しく高めることができる。
（３）脱水工程後のケーキ含水率が低く廃棄物量および焼却処理コストを低減できる。
【０００７】
［ビーズ状水溶性（共）重合体（Ａ）］
本発明におけるビーズ状水溶性（共）重合体（Ａ）は、下記一般式［１］または［２］で表されるカチオン性モノマー（ａ１）を５０〜１００モル％含有する水溶性不飽和モノマー（ａ）を構成単位とする。該（ａ）としては、（ａ１）の他に必要によりさらに、１個の不飽和基を有する、ノニオン性モノマー（ａ２）および／またはアニオン性モノマー（ａ３）を含有させることができる。
なお、ここおよび以下において水溶性不飽和モノマーもしくは水溶性（共）重合体とは、水に対する溶解度が１ｇ／水１００ｇ（２０℃）以上であるものを意味し、後述する水不溶性不飽和モノマーとは、水に対する溶解度が１ｇ／水１００ｇ（２０℃）未満であるものを意味する。
ＣＨ2＝Ｃ（Ｒ1）ＣＯ−Ｑ−Ｘ−ＮＲ2Ｒ3 ［１］
ＣＨ2＝Ｃ（Ｒ1）ＣＯ−Ｑ−Ｘ−Ｎ+Ｒ2Ｒ3Ｒ4 ・Ｚ- ［２］
【０００８】
式［１］、［２］中、Ｒ1はＨまたはメチル基、Ｒ2、Ｒ3は炭素数（以下Ｃと略記）１〜３のアルキルもしくはアルコキシル基を表す。Ｒ2、Ｒ3のＣが３を超えると凝集性能（高フロック強度、フロックの粗大化、脱水ケーキの低含水率化等。以下同じ。）が悪くなる。
Ｒ4はＨ、Ｃ１〜３のアルキルもしくはアルコキシル基またはベンジル基を表す。アルキルもしくはアルコキシル基の炭素数が３を超えると凝集性能が悪くなる。Ｒ1〜Ｒ4については同じでも異なっていてもよい。また、Ｚ-は陰イオンを表す。
【０００９】
（ａ１）〜（ａ３）としては下記のものが挙げられる。なお、
【００１０】
（ａ１）カチオン性モノマー
下記のもの、これらの塩［例えば無機酸（塩酸、硫酸、リン酸および硝酸等）塩、メチルクロライド塩、ジメチル硫酸塩およびベンジルクロライド塩］、およびこれらの混合物が挙げられる。
（ａ１１） 窒素原子含有（メタ）アクリレート［「（メタ）アクリレート」は、アクリレートまたはメタアクリレートを表す。以下同様。］
炭素数（以下、Ｃと略記）５〜３０、例えばアミノアルキル（Ｃ２〜３）（メタ）アクリレート、Ｎ，Ｎ−ジアルキル（アルキル基はＣ１〜２）アミノアルキル（Ｃ２〜３）（メタ）アクリレート［Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノエチルおよび−プロピル（メタ）アクリレート、Ｎ，Ｎ−ジエチルアミノエチルおよび−プロピル（メタ）アクリレート等］、複素環含有（メタ）アクリレート［Ｎ−モルホリノエチル（メタ）アクリレート等］；
（ａ１２） 窒素原子含有（メタ）アクリルアミド誘導体
Ｃ５〜３０、例えばＮ，Ｎ−ジアルキル（Ｃ１〜２）アミノアルキル（Ｃ２〜３）（メタ）アクリルアミド［Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノエチル（メタ）アクリルアミド等］；
（ａ１３） アミノ基を有するエチレン性不飽和化合物
Ｃ５〜３０、例えばビニルアミン、ビニルアニリン、（メタ）アリルアミン、ｐ−アミノスチレン等］；
（ａ１４） アミンイミド基を有する化合物
Ｃ５〜３０、例えば１，１，１−トリメチルアミン（メタ）アクリルイミド、１，１−ジメチル−１−エチルアミン（メタ）アクリルイミド、１，１−ジメチル−１−（２’−フェニル−２’−ヒドロキシエチル）アミン（メタ）アクリルイミド。
【００１１】
（ａ２）ノニオン性モノマー
下記のもの、およびこれらの混合物が挙げられる。
（ａ２１）（メタ）アクリレート
Ｃ４以上かつ数平均分子量［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。］５，０００以下、例えば水酸基含有（メタ）アクリレート［例えばヒドロキシエチル−、ジエチレングリコールモノ−、ポリエチレングリコール（重合度３〜５０）モノ−およびポリグリセロール（重合度１〜１０）モノ（メタ）アクリレート］およびアクリル酸アルキル（アルキル基はＣ１〜２）エステル（Ｃ４〜５、例えばアクリル酸メチル、アクリル酸エチル）；
（ａ２２）（メタ）アクリルアミドおよびその誘導体
Ｃ３〜３０、例えば（メタ）アクリルアミド、Ｎ−アルキル（Ｃ１〜３）（メタ）アクリルアミド［Ｎ−メチルおよび−イソプロピル（メタ）アクリルアミド等］、Ｎ−アルキロール（メタ）アクリルアミド［Ｎ−メチロール（メタ）アクリルアミド等］；
（ａ２３） 前記（ａ１）以外の窒素原子含有エチレン性不飽和化合物
Ｃ３〜３０、例えばアクリロニトリル、Ｎ−ビニルホルムアミド、Ｎ−ビニル−２−ピロリドン、Ｎ−ビニルイミダゾール、Ｎ−ビニルスクシンイミド、Ｎ−ビニルカルバゾールおよび２−シアノエチル（メタ）アクリレート。
【００１２】
（ａ３）アニオン性モノマー
下記のもの、これらの塩［アルカリ金属（リチウム、ナトリウム、カリウム等、以下同じ。）塩、アルカリ土類金属（マグネシウム、カルシウム等、以下同じ。）塩、アンモニウム塩およびアミン（Ｃ１〜２０）塩等］、およびこれらの混合物が挙げられる。
（ａ３１） 不飽和カルボン酸
Ｃ３〜３０、例えば（メタ）アクリル酸、（無水）マレイン酸、フマル酸、（無水）イタコン酸、ビニル安息香酸、アリル酢酸；
（ａ３２） 不飽和スルホン酸
Ｃ２〜２０の脂肪族不飽和スルホン酸（ビニルスルホン酸等）、Ｃ６〜２０の芳香族不飽和スルホン酸（スチレンスルホン酸等）、スルホン酸基含有（メタ）アクリレート［スルホアルキル（Ｃ２〜２０）（メタ）アクリレート［２−（メタ）アクリロイルオキシエタン、−プロパンおよび−ブタンスルホン酸、３−（メタ）アクリロイルオキシプロパンスルホン酸、４−（メタ）アクリロイルオキシブタンスルホン酸、２−（メタ）アクリロイルオキシ−２，２−ジメチルエタンスルホン酸、ｐ−（メタ）アクリロイルオキシメチルベンゼンスルホン酸等］、スルホン酸基含有（メタ）アクリルアミド［２−（メタ）アクリロイルアミノエタンスルホン酸、２−および３−（メタ）アクリロイルアミノプロパンスルホン酸、２−および４−（メタ）アクリロイルアミノブタンスルホン酸、２−（メタ）アクリロイルアミノ−２，２−ジメチルエタンスルホン酸、ｐ−（メタ）アクリロイルアミノメチルベンゼンスルホン酸等］、アルキル（Ｃ１〜２０）（メタ）アリルスルホコハク酸エステル［メチル（メタ）アリルスルホコハク酸エステル等］等；
（ａ３３） （メタ）アクリロイルポリオキシアルキレン（アルキレン基はＣ１〜６）硫酸エステル
（メタ）アクリロイルポリオキシエチレン（重合度２〜５０）硫酸エステル等。
【００１３】
（ａ）のうちビーズ状水溶性（共）重合体（Ａ）の高分子量化の観点から好ましいのは、カチオン性モノマーのうちの（ａ１２）、（ａ１３）、ノニオン性モノマーのうちの（ａ２１）、（ａ２２）、アニオン性モノマーのうちの（ａ３１）、（ａ３２）、さらに好ましいのは（ａ１２）、（ａ１３）、（ａ２１）、（ａ２２）、（ａ３１）、および（ａ３２）のうちのスルホン酸基含有（メタ）アクリレート、スルホン酸基含有（メタ）アクリルアミド、特に好ましいのは（ａ１２）、（ａ１３）、（ａ２１）、（ａ３１）、および（ａ３２）のうちのスルホン酸基含有（メタ）アクリレート、スルホン酸基含有（メタ）アクリルアミド、最も好ましいのは（ａ１２）のうちの（メタ）アクリルアミド、（ａ１３）のうちのアクリロニトリル、Ｎ−ビニルホルムアミド、（ａ２１）のうちのＮ，Ｎ−ジメチルアミノエチル（メタ）アクリレートおよびこれらの塩（前記のもの）、（ａ３１）のうちの（メタ）アクリル酸、（無水）マレイン酸、（無水）イタコン酸およびこれらのアルカリ金属塩、（ａ３２）のうちの２−（メタ）アクリロイルオキシエタンスルホン酸、２−および３−（メタ）アクリロイルオキシプロパンスルホン酸、２−（メタ）アクリロイルアミノ−２，２−ジメチルエタンスルホン酸およびこれらのアルカリ金属塩である。また、これらの（ａ）は、任意に混合して共重合させることができる。
【００１４】
水溶性不飽和モノマー（ａ）中のカチオン性モノマー（ａ１）の含有量（モル％）は、５０〜１００モル％、好ましくは７０〜１００％である。（ａ１）の含有量が５０モル％未満では凝集性能が悪くなる。
【００１５】
ビーズ状水溶性（共）重合体（Ａ）を構成するモノマーとしては、本発明の効果を阻害しない範囲で水溶性不飽和モノマー（ａ）の他に必要により水不溶性不飽和モノマー（ｘ）および架橋性モノマー（ｙ）を併用することができる。
水不溶性不飽和モノマー（ｘ）としては、以下の（ｘ１）〜（ｘ５）、およびこれらの混合物が挙げられる。
（ｘ１） Ｃ６〜２３の（メタ）アクリレート
脂肪族または脂環式アルコール（Ｃ３〜２０）の（メタ）アクリレート［プロピル−、ブチル−、ラウリル−、オクタデシル−およびシクロヘキシル（メタ）アクリレート等］およびエポキシ基（Ｃ４〜２０）含有（メタ）アクリレート［グリシジル（メタ）アクリレート等］；
【００１６】
（ｘ２） ［モノアルコキシ（Ｃ１〜２０）−、モノシクロアルコキシ（Ｃ３〜１２）−もしくはモノフェノキシ］ポリプロピレングリコール（以下、ＰＰＧと略記）（重合度２〜５０）の不飽和カルボン酸モノエステル
モノオール（Ｃ１〜２０）もしくは１価フェノール（Ｃ６〜２０）のプロピレンオキシド（以下ＰＯと略記）付加物の（メタ）アクリル酸エステル［ω−メトキシＰＰＧモノ（メタ）アクリレート、ω−エトキシＰＰＧモノ（メタ）アクリレート、ω−プロポキシＰＰＧモノ（メタ）アクリレート、ω−ブトキシＰＰＧモノ（メタ）アクリレート、ω−シクロヘキシルＰＰＧモノ（メタ）アクリレート、ω−フェノキシＰＰＧモノ（メタ）アクリレート等］およびジオール（Ｃ２〜２０）もしくは２価フェノール（Ｃ６〜２０）のＰＯ付加物の（メタ）アクリル酸エステル［ω−ヒドロキシエチル（ポリ）オキシプロピレンモノ（メタ）アクリレート等］等；
【００１７】
（ｘ３） Ｃ２〜３０の不飽和炭化水素
エチレン、ノネン、スチレン、１−メチルスチレン等；
（ｘ４） 不飽和アルコール［Ｃ２〜４、例えばビニルアルコール、（メタ）アリルアルコール］のカルボン酸（Ｃ２〜３０）エステル（酢酸ビニル等）；
（ｘ５） ハロゲン含有モノマー（Ｃ２〜３０、例えば塩化ビニル）。
【００１８】
また、架橋性モノマー（ｙ）としては、２個またはそれ以上の不飽和基を有する、以下の（ｙ１）〜（ｙ５）、これらの塩［例えば、塩基性モノマーについては、無機酸（塩酸、臭化水素酸、ヨウ化水素酸、硫酸、亜硫酸、リン酸、硝酸等）塩、メチルクロライド塩、ジメチル硫酸塩およびベンジルクロライド塩等、酸性モノマーについては、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、アミン（Ｃ１〜２０、例えばメチルアミン、エチルアミン、シクロヘキシルアミン）塩］、およびこれらの混合物が挙げられる。
（ｙ１） ビスポリ（２〜４またはそれ以上）（メタ）アクリルアミド
Ｃ５〜３０、例えばＮ，Ｎ’−メチレンビス（メタ）アクリルアミド；
（ｙ２） ポリ（２〜４またはそれ以上）（メタ）アクリレート
Ｃ８〜３０、例えばエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトール［ポリ（２〜４）］（メタ）アクリレート；
【００１９】
（ｙ３） ビニル基（２〜２０個またはそれ以上）含有モノマー
Ｃ４以上かつＭｎ６，０００以下、例えばジビニルアミン、多価（２〜５またはそれ以上）アミン［Ｃ２以上かつＭｎ３，０００以下、例えばエチレンジアミン、ポリエチレンイミン（Ｃ４以上かつＭｎ３，０００以下）］のポリ（２〜２０）ビニルアミン、ジビニルエーテル、多価アルコール〔Ｃ２以上かつＭｎ３，０００以下、例えばアルキレン（Ｃ２〜６またはそれ以上）グリコール［エチレングリコール、プロピレングリコール、１，６−ヘキサンジオール（以下、それぞれＥＧ、ＰＧ、ＨＤと略記）等］、ポリオキシアルキレン［Ｍｎ２，０００〜３，０００、例えばポリエチレングリコール（以下、ＰＥＧと略記）（分子量１０６以上かつＭｎ３，０００以下）、ＰＰＧ（分子量１３４以上かつＭｎ３，０００以下）、ポリオキシエチレン（分子量１０６以上かつＭｎ３，０００以下）／ポリオキシプロピレン（分子量１３４以上かつＭｎ３，０００以下）ブロックコポリマー］、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、（ポリ）（２〜５０）グリセリン、ペンタエリスリトール、ソルビトール（以下、それぞれＴＭＥ、ＴＭＰ、ＧＲ、ＰＥ、ＳＯと略記）、デンプン〕のポリ（２〜２０）ビニルエーテル等；
【００２０】
（ｙ４） アリル基（２〜２０個またはそれ以上）含有モノマー
Ｃ６以上かつＭｎ３，０００以下、例えばジ（メタ）アリルアミン、Ｎ−アルキル（Ｃ１〜２０）ジ（メタ）アリルアミン、多価アミン（上記のもの）のポリ（２〜２０）（メタ）アリルアミン、ジ（メタ）アリルエーテル、多価アルコール（上記のもの）のポリ（２〜２０）（メタ）アリルエーテル、ポリ（２〜２０）（メタ）アリロキシアルカン（Ｃ１〜２０）（テトラアリロキシエタン等）；
（ｙ５） エポキシ基含有モノマー
Ｃ８以上かつＭｎ６，０００以下、例えばＥＧジグリシジルエーテル、ＰＥＧジグリシジルエーテル、ＧＲトリグリシジルエーテル。
【００２１】
ビーズ状水溶性（共）重合体（Ａ）を構成するモノマー（ａ）、（ｘ）および（ｙ）の合計モル数に基づく各モノマーの含有量は、（ａ）は、凝集性能の観点から好ましくは５０〜１００モル％、さらに好ましくは７０〜１００モル％；（ｘ）は、通常４０モル％以下、凝集性能発現および高分子凝集剤の水への溶解性の観点から好ましくは０．１〜２０モル％、さらに好ましくは０．５〜１０モル％；また、（ｙ）は、（ｙ）の重合性または反応性にも依存するものの、通常５モル％以下、凝集性能発現および高分子凝集剤の水への溶解性の観点から好ましくは０．００１〜１モル％、さらに好ましくは０．０１〜０．５モル％である。
【００２２】
ビーズ状水溶性（共）重合体（Ａ）は、後述するとおり逆相懸濁重合法で製造される。
該逆相懸濁重合法としては、例えば次の方法が挙げられる。
すなわち、疎水性分散媒（ｂ）および分散剤（ｃ）を重合槽に仕込み、必要に応じて加熱しながら所定の重合温度（通常２０〜１００℃、好ましくは３０〜８０℃）に調整した後、槽内を不活性ガス（例えば窒素）で十分置換する。
一方、水溶性不飽和モノマー（ａ）、ラジカル重合開始剤（ｄ）、および必要により連鎖移動剤（ｆ）、並びに水不溶性不飽和モノマー（ｘ）および／または架橋性モノマー（ｙ）を加えたモノマー水溶液を調製し、不活性ガスで十分置換した後、撹拌下で重合槽内に投入し、懸濁させながら重合させる。
モノマー水溶液の投入方法としては、一括投入または滴下のいずれでもよい。また、その際モノマー水溶液としては、（ａ）、（ｄ）および必要により加える（ｘ）および／または（ｙ）の均一水溶液としてもよいし、別々の水溶液とした上で、滴下直前で混合してもよいし、別々に同時滴下してもよい。モノマー水溶液等を不活性ガスで置換する方法としては、モノマー水溶液等に不活性ガスをバブリング供給する方法、滴下ライン中でスタティックミキサー等により不活性ガスをブレンドする方法等が挙げられ、重合の均一性の観点からスタティックミキサーで不活性ガスをブレンドする方法が好ましい。
【００２３】
疎水性分散媒（ｂ）とは、水に対する溶解度（２０℃）が１ｇ／水１００ｇ未満である分散媒を意味する。
（ｂ）としては、炭化水素［脂肪族（Ｃ５〜１２、例えばｎ−ヘキサン、ｎ−ヘプタン
、ｎ−オクタン、ｎ−ノナン、ｎ−デカン）、脂環含有（Ｃ５〜１２、例えばシクロペンタン、シクロヘキサン、シクロヘプタン、メチルシクロヘキサン、シクロオクタン、デカリン）および芳香環含有炭化水素（Ｃ６〜１２、例えばベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン）等］、ケトン［脂肪族（Ｃ３〜１０、例えばメチル−ｎ−プロピルケトン、ジエチルケトン、メチルイソブチルケトン）、脂環含有（Ｃ５〜１０、例えばシクロペンタノン、シクロヘキサノン）および芳香環含有ケトン（Ｃ８〜１３、例えばアセトフェノン、ベンゾフェノン）等］、エーテル［脂肪族（Ｃ４〜８、例えばジ−ｎ−プロピルエーテル、ジ−ｎ−ブチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル）、環状（Ｃ４〜１８、例えばテトラヒドロピリン）および芳香環含有エーテル（Ｃ７〜１２、例えばアニソール）等］、エステル［脂肪族（Ｃ３〜１０、例えば酢酸ｎ−ブチル、酢酸イソブチル）、脂環含有（Ｃ７〜１２、例えば酢酸シクロヘキシル、シクロヘキサンカルボン酸メチル）および芳香環含有エステル（Ｃ８〜１３、例えば安息香酸メチル、安息香酸エチル、安息香酸ｎ−ブチル、酢酸ベンジル、ジメチルフタレート、ジエチルフタレート、ジ−ｎ−ブチルフタレート）等］、およびこれらの混合物が挙げられる。
これらのうち、製造時の取り扱い性、および重合時の温度制御の観点から、好ましいのは脂肪族および脂環含有炭化水素、脂肪族および脂環含有エステル、さらに好ましいのはｎ−ヘキサン、ｎ−ヘプタン、ｎ−オクタン、ｎ−ノナン、ｎ−デカン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、酢酸ｎ−ブチル、酢酸イソブチルおよび酢酸シクロヘキシルである。
【００２４】
分散剤（ｃ）としては、ビーズ状水溶性（共）重合体（Ａ）の粒子の分散安定性の観点から好ましくはＨＬＢ（Ｈｙｄｒｏｐｈｉｌｅ−Ｌｉｐｏｐｈｉｌｅ Ｂａｌａｎｃｅ）が１〜８、さらに好ましくは２〜７、とくに好ましくは３〜５の、種々の油溶性物質が挙げられる。
ここにおいてＨＬＢとは、親水性と親油性とのつり合いを表し、下記の式から求められる［「界面活性剤の合成と其応用」、５０１頁、１９５７年槇書店刊；「新・界面活性剤入門」、１９７−１９８頁、１９９２年三洋化成工業（株）刊、等参照］。
ＨＬＢ＝１０×（無機性／有機性）
上記式中、（ ）内は有機化合物の無機性と有機性の比率を表し、該比率は上記文献に記載されている値から計算することができる。
【００２５】
（ｃ）には、重量平均分子量［以下Ｍｗと略記。測定ＧＰＣ法による。］が５，０００未満（さらに好ましくは１００〜３，０００、とくに好ましくは１００〜１，０００）の低分子分散剤（ｃ１）、およびＭｗが５，０００以上（さらに好ましくは７，０００〜１，０００，０００、とくに好ましくは１０，０００〜１００，０００）の高分子分散剤（ｃ２）が含まれる。
【００２６】
（ｃ１）には、多価（２〜８またはそれ以上）アルコールの脂肪酸（Ｃ１０〜３０）エステル〔ショ糖脂肪酸エステル（Ｃ２２〜１２０、例えばショ糖ジステアレート、ショ糖トリステアレート）、ソルビタン脂肪酸エステル（Ｃ１６〜１２０、例えばソルビタンモノステアレート、ソルビタンモノオレート）、（ポリ）グリセリン脂肪酸エステル（Ｃ１２〜１２０、例えばグリセリンモノステアレート）、ＰＥＧ脂肪酸エステル［Ｍｗ１００〜５，０００、例えばＰＥＧ（Ｍｗ１００〜５，０００）のモノステアレート］等〕、アルキル（Ｃ１〜３０）アリルエーテル等が含まれる。
【００２７】
上記（ｃ１）のうち、製造時における装置への重合粒子付着防止および乾燥後の高分子凝集剤の乾燥粒子の安息角の観点から好ましいのは、多価アルコールの脂肪酸エステル、さらに好ましいのはショ糖脂肪酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステルである。
【００２８】
（ｃ２）には、アルケンとα，β−不飽和多価カルボン酸（無水物）との共重合体またはその誘導体［例えば１−オレフィン（Ｃ１１〜１００）／（無水）マレイン酸共重合体、およびそのアミン反応物］、長鎖アルキル基（Ｃ１２〜５０）含有（メタ）アクリレート（共）重合体、変性（アミノ、カルボキシ、エポキシ、ヒドロキシ、メルカプト、脂肪酸エステル、脂肪酸アミド変性等）オルガノポリシロキサン、セルロースエーテル（例えばエチルセルロース、エチルヒドロキシエチルセルロース）、（無水マレイン酸変性）エチレン・酢酸ビニル共重合体等が含まれる。
上記（無水マレイン酸変性）エチレン・酢酸ビニル共重合体には、エチレンおよび／または無水マレイン酸変性エチレンと酢酸ビニルの共重合体、およびエチレン・酢酸ビニル共重合物を無水マレイン酸で変性したもの等が含まれる。
無水マレイン酸変性エチレンとしては、無水マレイン酸をエチレン・酢酸ビニル共重合物に付加したものが挙げられ、無水マレイン酸とエチレン・酢酸ビニル共重合物の重量比は分散安定性および反応物の分子量調整の観点から好ましくは２／９８〜３０／７０、さらに好ましくは５／９５〜２０／８０である。
（無水マレイン酸変性）エチレンと酢酸ビニルとの共重合体における共重合比（重量比）は、疎水性分散媒（ｂ）への溶解性および分散安定性の観点から好ましくは５０／５０〜９５／５、さらに好ましくは７０／３０〜９０／１０である。
【００２９】
上記（ｃ２）のうち、製造時における装置への重合粒子付着防止および乾燥後の高分子凝集剤の乾燥粒子の安息角の観点から好ましいのは、アルケンとα，β−不飽和多価カルボン酸（無水物）との共重合体またはその誘導体、変性オルガノポリシロキサン、（無水マレイン酸変性）エチレン・酢酸ビニル共重合体である。
【００３０】
分散剤（ｃ）の使用に当たっては、逆相懸濁粒子の分散安定性および乾燥粒子の安息角、粒度分布の観点から（ｃ１）と（ｃ２）を併用することが好ましく、併用する際の重量比［（ｃ１）／（ｃ２）］は、同様の観点から好ましくは７０／３０〜１／９９、さらに好ましくは５０／５０〜５／９５である。
（ｃ１）と（ｃ２）を併用する場合、粒度分布の観点から好ましい組合せは、多価アルコールの脂肪酸エステルと無水マレイン酸変性エチレン・酢酸ビニル共重合体の組合せ、さらに好ましいのはＰＥＧ脂肪酸エステルと無水マレイン酸変性エチレン・酢酸ビニル共重合体の組み合わせである。
【００３１】
（ｃ）の使用量は、疎水性分散媒（ｂ）の重量に基づいて、通常２０％以下、（Ａ）の分散粒子の安定性、乾燥後の高分子凝集剤の乾燥粒子の安息角および粒子径制御の観点から好ましくは０．０１〜１０％、さらに好ましくは０．０５〜５％である。
【００３２】
ラジカル重合開始剤（ｄ）としては、種々のもの、例えばアゾ化合物〔水溶性のもの［アゾビスアミジノプロパン（塩）、アゾビスシアノバレリン酸（塩）等］および油溶性のもの［アゾビスシアノバレロニトリル、アゾビスイソブチロニトリル、アゾビスシクロヘキサンカルボニトリル等］〕および過酸化物〔水溶性のもの［過酢酸、ｔ−ブチルパーオキサイド、過酸化水素、過硫酸アンモニウム、過硫酸ナトリウム、過硫酸カリウム等］および油溶性のもの［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等］〕が挙げられる。なお、上記アゾ化合物における塩としては、無機酸（塩酸、硫酸、リン酸、硝酸等）塩およびアルカリ金属（リチウム、ナトリウム、カリウム等）塩、アンモニウム塩等が挙げられる。
上記過酸化物は還元剤と組み合わせてレドックス開始剤として用いてもよく、還元剤としては重亜硫酸塩（重亜硫酸ナトリウム、重亜硫酸カリウム、重亜硫酸アンモニウム等）、還元性金属塩［硫酸鉄（ＩＩ）等］、遷移金属塩のアミン錯体［塩化コバルト（ＩＩＩ）のペンタメチレンヘキサミン錯体、塩化銅（ＩＩ）のジエチレントリアミン錯体等］、有機性還元剤〔アスコルビン酸、３級アミン［ジメチルアミノ安息香酸（塩）、ジメチル
アミノエタノール等］等〕が挙げられる。
また、アゾ化合物、過酸化物およびレドックス開始剤はそれぞれ単独で用いてもよいし、２種以上を併用してもいずれでもよい。
（ｄ）は、通常上記分散相（水溶液）に存在させるが、分散相（水溶液）および／または連続相（疎水性分散媒）のいずれに存在させてもよい。
【００３３】
（ｄ）の使用量は、最適な分子量を得るとの観点から、（Ａ）を構成するモノマーの全重量に基づいて、好ましい下限は０．００１％、さらに好ましくは０．００５％、とくに好ましくは０．０１％、最も好ましくは０．０２％、好ましい上限は１％、さらに好ましくは０．５％、とくに好ましくは０．１％、最も好ましくは０．０５％である。
【００３４】
本発明における分散相中のモノマーの合計濃度（以下、分散相濃度という場合がある。）は、分散相の重量に基づいて、生産性の観点から好ましくは２０％以上、さらに好ましくは２５％以上、とくに好ましくは３０％以上、装置への重合粒子付着防止の観点から好ましくは９０％以下、さらに好ましくは８５％以下、とくに好ましくは８０％以下である。
【００３５】
連鎖移動剤（ｆ）としては、０．０１〜１００、好ましくは０．０５〜５０、とくに好ましくは０．１〜１０の連鎖移動定数を有するものが挙げられる。
連鎖移動定数の定義は、ジェー・ブランドルプおよびイー・エッチ・インマーグト編「ポリマー・ハンドブック（第４版）」、ジョン ウィレー アンド サンズ刊（Ｊ．
Ｂｒａｎｄｒｕｐ ａｎｄ Ｅ．Ｈ．Ｉｍｍｅｒｇｕｔ編のＰｏｌｙｍｅｒ
Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｆｏｕｒｔｈ ｅｄｉｔｉｏｎ，ＪＯＨＮ ＷＩＬＥＹ ＆ ＳＯＮＳ）の９７〜９８頁に記載されている。
本発明における連鎖移動定数は、「高分子合成の実験法」［化学同人（株）、１９９３年刊行］等に記載されている一般的な方法を用いて測定される、６０℃のアクリルアミドへの連鎖移動定数であるものとする。
【００３６】
該（ｆ）としては、分子内に１個または２個以上のアミノ基を有する化合物［Ｃ０〜６０、例えばアンモニア、メチルアミン、ジメチルアミン、トリエチルアミン、ｎ−およびｉ−プロパノールアミン］、分子内に１個または２個以上のチオール基を有する化合物（後述）および（次）亜リン酸化合物〔亜リン酸、次亜リン酸、およびこれらの塩［アルカリ金属（Ｎａ、Ｋ等）塩等］、並びにこれらの誘導体等〕等が挙げられる。これらのうち、分子量制御の観点から好ましいのは分子内に１個または２個以上のチオール基を有する化合物および（次）亜リン酸化合物である。
【００３７】
分子内に１個または２個以上のチオール基を有する化合物としては、以下のもの、これらの塩［アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、アンモニウム塩、アミン（Ｃ１〜２０、例えばメチルアミン、エタノールアミン）塩、無機酸（塩酸、硫酸、リン酸、硝酸等）塩等］、およびこれらの混合物が挙げられる。
（１）１価チオール
脂肪族チオール（Ｃ１〜２０、例えばメタンチオール、エタンチオール、プロパンチオール、ｎ−オクタンチオール、ｎ−ドデカンチオール、ヘキサデカンチオール、ｎ−オクタデカンチオール、２−メルカプトエタノール、メルカプト酢酸、３−メルカプトプロピオン酸、１−チオグリセロール、チオグリコール酸モノエタノールアミン、チオマレイン酸、メルカプトコハク酸、システイン、システアミン）、脂環含有チオール（Ｃ５〜２０、例えばシクロペンタンチオール、シクロヘキサンチオール）、芳香環含有チオール（Ｃ６〜１２、例えばベンゼンチオール、チオサリチル酸、チオクレゾール、チオキシレノール、チオナフトール）および芳香脂肪族チオール（Ｃ７〜２０、例えばα−トルエンチオール）が挙げられる。
【００３８】
（２）多価チオール
ジチオール［脂肪族ジチオール（Ｃ２〜４０、例えばエタンジチオール、ジエチレンジチオール、トリエチレンジチオール、ｎ−、ｉ−およびｓｅｃ−プロパンジチオール、１，３−および１，４−ブタンジチオール、１，６−ヘキサンジチオール、ネオペンタンジチオール、トリエチレングリコールジチオール）、脂環式ジチオール（Ｃ５〜２０、例えばシクロペンタンジチオール、シクロヘキサンジチオール）、芳香族ジチオール（Ｃ６〜１６、例えばベンゼンジチオール、ビフェニルジチオール）および芳香脂肪族ジチオール（Ｃ８〜２０、例えばキシレンジチオール）が挙げられる。
【００３９】
また、上記（ｆ）のうち、高分子凝集剤の水不溶解分低減の観点から水溶性の高いものが好ましく、水／ｎ−デカン分配係数が、好ましくは１０／９０〜１００／０、さらに好ましくは２０／８０〜１００／０、とくに好ましくは５０／５０〜１００／０である。ここにおける水／ｎ−デカン分配係数は、日本工業規格（ＪＩＳ）に規定されている水／１−オクタノール分配係数（ＪＩＳ Ｚ７２６０−１０７）と同様の測定方法で、１−オクタノールを、ｎ−デカンに代えることで測定することができる。
【００４０】
（ｆ）の使用量は、本発明の高分子凝集剤の最適な分子量を得るとの観点から、（ａ）、または、（ａ）と必要により併用される（ｘ）、（ｙ）の合計重量に基づいて、好ましい下限は０．０００１％、さらに好ましくは０．００１％、とくに好ましくは０．０１％、最も好ましくは０．０５％、好ましい上限は１０％、さらに好ましくは５％、とくに好ましくは３％、最も好ましくは１％である。
【００４１】
本発明におけるモノマー水溶液のｐＨは、特に限定されないが、高分子量化の観点から、好ましい下限は１．５、さらに好ましくは２、とくに好ましくは２．５、加水分解防止の観点から好ましい上限は９、さらに好ましくは８、とくに好ましくは７．５である。ｐＨ調整のために用いられるｐＨ調整剤としては特に限定はなく、モノマー水溶液がアルカリ性の場合は無機酸（硫酸、塩酸、リン酸、硝酸等）、無機固体酸性物質（酸性リン酸ソーダ、酸性ぼう硝、塩化アンモン、硫安、重硫安、スルファミン酸等）および有機酸（Ｃ２〜２０、例えばシュウ酸、こはく酸、リンゴ酸）が挙げられ、モノマー水溶液が酸性の場合は無機アルカリ性物質（水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、アンモニア等）および有機アルカリ性物質（グアニジン等）が挙げられる。
なお、ここにおけるｐＨは、モノマー水溶液の原液をｐＨメーター［例えば、商品名「ＬＡＢｐＨメーターＭ−１２」、（株）堀場製作所製］を用いて室温（２０℃）で測定される値である。
【００４２】
逆相懸濁重合における重合温度（℃）は、重合中でのモノマー濃度の変化防止の観点から、疎水性分散媒（ｂ）の沸点未満にすることが好ましい。
重合温度としては、重合速度の観点から、好ましい下限は１０、さらに好ましくは３０、とくに好ましくは４０、最も好ましくは５０、分子量および分散粒子安定性の観点から好ましい上限は９５、さらに好ましくは８０、とくに好ましくは７０、最も好ましくは６０である。また、重合中は所定重合温度を一定（例えば、所定重合温度±５℃）に保つように、適宜加熱、冷却して調節することが好ましい。
重合温度を一定に保つために、予め所定重合温度に温調した分散媒に撹拌下でモノマーを随時滴下してもよい。その際の滴下時間は、モノマー濃度、および重合反応発熱量により異なるが、通常０．５〜２０時間、好ましくは１〜１０時間である。
【００４３】
重合反応の終了は、重合による発熱がなくなった点で確認できるが、重合時間は、通常発熱により重合開始を確認した時点から１〜２４時間、重合を完結し、残存モノマーを減少させるとの観点から好ましい下限は２時間、さらに好ましくは３時間、工業上の観点から好ましい上限は１２時間、さらに好ましくは１０時間である。モノマーを随時滴下する場合は滴下終了後から上記時間重合することが好ましい。
上記のモノマー濃度、重合温度、重合時間は、モノマー組成、重合法、開始剤種類等によって適宜調整することができる。
【００４４】
重合時の圧力［ｋＰａ（絶対圧力）、以下数値のみを示す。］は、特に限定されないが、通常大気圧または減圧下で行う。分子量分布制御の観点から、好ましくは重合温度で疎水性分散媒（ｂ）が沸騰する圧力にすることが好ましい。
圧力の好ましい下限は５、さらに好ましくは１０、とくに好ましくは１５、好ましい上限は５００、さらに好ましくは３００、とくに好ましくは１５０である。
【００４５】
また、本発明におけるビーズ状水溶性（共）重合体（Ａ）は、さらに変性反応させてもよい。ポリマー変性方法としては、例えば、水溶性不飽和モノマー（ａ）として加水分解性官能基を分子内に有する（メタ）アクリルアミドを使用した場合、重合時または重合後に苛性アルカリ（水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等）または炭酸アルカリ（炭酸ナトリウム、炭酸カリウム等）を添加して、（ａ）のアミド基を部分的に加水分解してカルボキシル基を導入する方法（特開昭５６−１６５０５号公報等参照）；ホルムアルデヒド、ジアルキルアミン（Ｃ１〜１２）およびハロゲン（塩素、臭素、ヨウ素等）化アルキル（Ｃ１〜１２）（メチルクロライド、エチルクロライド等）を加え、マンニッヒ反応によって部分的にカチオン性基を導入する方法；アクリロニトリル等のニトリル基と、ビニルホルムアミドなどの加水分解により得られるアミノ基との閉環反応により分子内にアミジン環を形成させる方法（特開平５−１９２５１３号公報等参照）；および重合後に前記の架橋性モノマー（ｙ）を添加して架橋反応させる方法（特許３３０５６８８号公報等参照）等が挙げられる。
【００４６】
本発明における（共）重合体（Ａ）は、製造直後は含水ゲル粒子の状態で得られるが、さらに脱水、乾燥することによってビーズ状の水溶性（共）重合体（Ａ）となり、該（Ａ）を含有してなる本発明の高分子凝集剤を得ることができる。
脱水方法としては、特に限定されないが、重合後、熱風乾燥、赤外線乾燥、間接加熱乾燥（真空乾燥、撹拌型の乾燥機、ドラムドライヤー）等の乾燥方法により脱水する方法、疎水性分散媒中で共沸させて減圧脱水させる方法等が考えられる。またこれらの方法は任意に併用することができる。これらのうち、局部加熱による架橋防止の観点から真空乾燥および疎水性分散媒中で共沸させ減圧脱水させる方法が好ましい。乾燥温度としては、通常２０〜２００℃、乾燥速度の観点から好ましい下限は３０℃、さらに好ましくは４０℃、架橋防止の観点から好ましい上限は１５０℃、さらに好ましくは１２０℃である。
【００４７】
本発明の高分子凝集剤の０．５重量％塩水溶液粘度（ｍＰａ・ｓ、２５℃）は、３〜６０、好ましくは１８〜４５、さらに好ましくは２３〜３５である。０．５重量％塩水溶液粘度が３未満では形成されるフロック粒径が小さく、ろ過時の目詰まりで濾過性が悪くなり、６０を超えると凝集液の粘度が高くなり、ろ過時のろ水速度が低下する。なお、０．５重量％塩水溶液粘度は後述の方法で測定することができる。
【００４８】
本発明の高分子凝集剤の０．２重量％水溶液粘度（Ｌ）（ｍＰａ・ｓ、２５℃）は、下記式（１）を満足するものであり、式（２）を満足することが好ましく、式（３）を満足することがさらに好ましい。０．２重量％水溶液粘度（Ｌ）が式（１）の下限未満では凝集性能が悪くなり、式（１）の上限を超えると凝集速度が低下する。なお、０．２重量％水溶液粘度は後述の方法で測定することができる。
３．５×（Ｍ）＋１５０≦（Ｌ）≦３．５×（Ｍ）＋３５０ （１）
３．５×（Ｍ）＋１８０≦（Ｌ）≦３．５×（Ｍ）＋３２０ （２）
３．５×（Ｍ）＋２１０≦（Ｌ）≦３．５×（Ｍ）＋２８０ （３）
【００４９】
上記関係式は、凝集性能が変化するのは、高分子凝集剤の水溶液の粘度に依存して高分子凝集剤と汚泥との混合状態に違いが生じることに起因する、しかも０．５重量％塩水溶液粘度（Ｍ）（ポリマーの３次元的な拡がりが少ない状態）に対する０．２重量％水溶液粘度（Ｌ）（ポリマーの３次元的な拡がりが多い状態）がポリマー間の絡まり度合いを示す関係にあるとの仮説に基づいて行った多くの実験結果に基づいて得られたものである。
すなわち、（Ｌ）が、一定の低い（Ｍ）をさらに下回る場合は、低分子量のポリマーが多くなることから、ポリマー間の絡まり度合いが低い。そのため一旦形成されたフロックのフロック径が撹拌によるせん断で小さくなりやすく、１０秒時ろ過速度が遅くなるために凝集性能が悪化する；また、（Ｌ）が、一定の高い（Ｍ）をさらに上回る場合は、高分子量のポリマーが多くなることから、ポリマー間の絡まり度合いが高い。そのため、フロック形成に長時間を要し、未凝集ポリマーが増加してろ液の粘度が高まることにより１０秒時ろ過速度が遅く、凝集性能が悪化する。従って、（Ｌ）と（Ｍ）との最適な関係を有する高分子凝集剤を選択すれば、優れた凝集性能を発揮することができるとの仮説に基づいたものである。
【００５０】
本発明の高分子凝集剤は、前記ビーズ状の（Ａ）を含有してなり、その安息角（単位は度）は適度な粉体流動性の観点から好ましくは２５〜４０、さらに好ましくは３０〜３８である。 本発明の高分子凝集剤は、前記のとおり、特定のＨＬＢを有する分散剤（ｃ）を用いて逆相懸濁重合を行うことにより安息角を上記の範囲とすることができる。
ここにおいて、安息角とは、円筒回転法で求められる値で、粉粒体を入れた円筒容器を、ゆっくり回転させ、粉粒体が安定な傾斜面を形成するときの傾斜角度で表され、三輪式安息角測定機［筒井理化学器械（株）製等］を用いて測定することができる。
【００５１】
本発明の高分子凝集剤粒子の重量平均粒径（μｍ）は、使用時における発塵防止の観点から、好ましい下限は１００、さらに好ましくは２００、とくに好ましくは２５０、最も好ましくは３００、水への溶解性の観点から好ましい上限は１，０００、さらに好ましくは９００、とくに好ましくは８００、最も好ましくは７００である。
該重量平均粒径（μｍ）は、ロータップ試験篩振とう機およびＪＩＳ Ｚ８８０１−２０００に規定された標準篩を用いて、ペリーズ・ケミカル・エンジニアーズ・ハンドブック第６版（マックグローヒル・ブック・カンパニー刊、１９８４、２１頁）に記載の方法で求めることができる。
即ち、適当な目開きの上記標準篩、例えば目開きが２、１．７、１．４、１．１８および１．１０ｍｍ、８５０、７１０、５００、４２５、３５５、３００、２５０、１８０および１５０μｍの標準篩上にそれぞれ該高分子凝集剤粒子５０．０ｇをとり、ロータップ試験篩振とう機［例えば、（株）飯田製作所製］で１分間振とうし、各篩上に残った試料を計量する。結果を対数確率紙にプロットし、重量が５０％の時の粒径（メジアン径）を重量平均粒径とする。
【００５２】
下水汚泥においては、懸濁粒子の大きさが比較的大きく、また水中における懸濁粒子表面がマイナス荷電を有していることから、脱水用高分子凝集剤としてはカチオン性または両性高分子凝集剤、およびこれらの混合物が好ましい。
廃水においては、溶解性有機物等を処理するために無機凝集剤を添加することが多く、その場合、懸濁粒子表面は無機凝集剤で覆われているためプラス荷電を有していることから、凝集沈殿処理用高分子凝集剤としては、アニオン性またはノニオン性、およびこれらの混合物が好ましい。
石油の３次回収用としては、比較的大きな分子量を有するものが使用され、アニオン性またはノニオン性、およびこれらの混合物が好ましい。
製紙工程での濾水歩留向上用または紙力増強用としては、カチオン性または両性高分子凝集剤、およびこれらの混合物が好ましい。
【００５３】
ここで、カチオン性高分子凝集剤とは、分子内にカチオン性基を有する高分子凝集剤、すなわち水に溶解した際にカチオン性を示す高分子凝集剤であり、また両性高分子凝集剤とは、分子内にカチオン性基およびアニオン性基を有する高分子凝集剤、すなわち水に溶解した際にカチオン性およびアニオン性を示す高分子凝集剤である。これらの高分子凝集剤の水中におけるカチオン性またはアニオン性の評価方法については、コロイド当量値（ｍｅｑ／ｇ）として求めることができる。すなわち、カチオン性凝集剤中のカチオン性基当量値はカチオンコロイド当量値として求めることができ、両性凝集剤中のカチオン性基当量値およびアニオン性基当量値は、それぞれカチオンコロイド当量値、アニオンコロイド当量値として求めることができる。
【００５４】
本発明の高分子凝集剤がカチオン性高分子凝集剤の場合、該凝集剤中のカチオンコロイド当量値（ｍｅｑ／ｇ）は、凝集性能の観点から好ましい下限は０．１、より好ましくは０．５、さらに好ましくは１．０、とくに好ましくは１．５、最も好ましくは２．０、凝集性能の観点から好ましい上限は７．０、より好ましくは６．０、さらに好ましくは５．５、とくに好ましくは５．２、最も好ましくは５．０である。
また本発明の高分子凝集剤が両性高分子凝集剤の場合、該凝集剤中のカチオンコロイド当量値（ｍｅｑ／ｇ）は、凝集性能の観点から好ましい下限は０．１、より好ましくは０．５、さらに好ましくは１．０、とくに好ましくは１．５、最も好ましくは２．０、凝集性能の観点から好ましい上限は７．０、より好ましくは６．０、さらに好ましくは５．５、とくに好ましくは５．２、最も好ましくは５．０であり；アニオンコロイド当量値（ｍｅｑ／ｇ）は、凝集性能の観点から好ましい下限は−１３．０、より好ましくは−１０．０、さらに好ましくは−８．０、とくに好ましくは−５．０、最も好ましくは−３．０、凝集性能の観点から好ましい上限は−０．０５、より好ましくは−０．１、さらに好ましくは−０．３、とくに好ましくは−０．５、最も好ましくは−１．０である。
【００５５】
コロイド当量値は以下に示すコロイド滴定法により求めることができる。なお、以降の測定は室温（約２０℃）下で行う。
（１）測定試料（高分子凝集剤の５０ｐｐｍ水溶液）の調製
試料０．２ｇ（固形分含量換算したもの）を精秤し、２００ｍｌの三角フラスコにとり、全体の重量（試料とイオン交換水の合計重量）が１００ｇとなるようにイオン交換水を加えた後、マグネチックスターラー（長さ４０ｍｍ、直径５ｍｍの円筒状マグネット、回転数１，０００ｒｐｍ）で、３時間撹拌して完全に溶解させ、０．２重量％の高分子凝集剤溶液を調製する。５００ｍｌのビーカーに該調製溶液１０ｍｌをとり、全体の重量（溶液１０ｍｌとイオン交換水の合計重量）が４００ｇとなるようにイオン交換水を加え、再度マグネチックスターラー（１，０００〜１，２００ｒｐｍ）で、３０分間撹拌して、均一な測定試料とする。
なお、高分子凝集剤の固形分含量は、試料約１．０ｇをシャーレ（直径１００ｍｍ、深さ１０ｍｍ）に秤量（Ｗ１）して、循風乾燥機中、１０５±５℃で９０分間乾燥させた後の残存重量を（Ｗ２）として、次式から算出した値である。
固形分含量（重量％）＝（Ｗ２）×１００／（Ｗ１）
（２）カチオンコロイド当量値の測定
測定試料１００ｇを２００ｍｌのコニカルビーカーにとり、マグネチックスターラー（５００ｒｐｍ）で撹拌しながら徐々に０．５重量％硫酸水溶液を加え、ｐＨ３に調整する。次にトルイジンブルー指示薬（ＴＢ指示薬）を２〜３滴加え、Ｎ／４００ポリビニル硫酸カリウム（Ｎ／４００ＰＶＳＫ）試薬で滴定する。滴定速度は２ｍｌ／分とし、測定試料が青から赤紫色に変色し、赤紫色が３０秒間保持される時点を終点とする。
（３）アニオンコロイド当量値の測定
測定試料１００ｇを２００ｍｌのコニカルビーカーにとり、マグネチックスターラー（５００ｒｐｍ）で撹拌しながら、Ｎ／１０水酸化ナトリウム水溶液０．５ｍｌを加え、さらにＮ／２００メチルグリコールキトサン水溶液５ｍｌを加えた後、５分間撹拌する（その時のｐＨ約１０．５）。ＴＢ指示薬を２〜３滴加え、上記（２）と同様にして滴定する。
（４）空試験
測定試料の代わりにイオン交換水１００ｇを用いる以外は（２）および（３）と同様の操作を行う。
（５）計算方法
カチオンまたはアニオンコロイド当量値（ｍｅｑ／ｇ）＝
（１／２）×（試料の滴定量−空試験の滴定量）×（Ｎ／４００ＰＶＳＫの力価）
【００５６】
本発明の高分子凝集剤は必要に応じ、本発明の効果を阻害しない範囲で、消泡剤（Ｂ１）、キレート化剤（Ｂ２）、ｐＨ調整剤（Ｂ３）、界面活性剤（Ｂ４）、ブロッキング防
止剤（Ｂ５）、酸化防止剤（Ｂ６）、紫外線吸収剤（Ｂ７）および防腐剤（Ｂ８）からなる群から選ばれる添加剤（Ｂ）を併用することができる。
【００５７】
消泡剤（Ｂ１）としては、シリコーン化合物［Ｍｎ１００〜１００，０００、例えばジメチルポリシロキサン］、鉱物油（スピンドル油、ケロシン等）、金属石ケン（Ｃ１２〜２２、例えばステアリン酸カルシウム）等；
キレート化剤（Ｂ２）としては、アミノカルボン酸（Ｃ６〜２４、例えばエチレンジアミンテトラ酢酸、ジエチレントリアミンペンタ酢酸、ヒドロキシエチルエチレンジアミントリ酢酸、ニトリロトリ酢酸およびトリエチレンテトラミンヘキサ酢酸）、多価カルボン酸［Ｃ４以上かつＭｎ１０，０００以下、例えばマレイン酸、ポリアクリル酸（Ｍｎ１，０００〜１０，０００）およびイソアミレン／マレイン酸共重合体（Ｍｎ１，０００〜１０，０００）］、ヒドロキシカルボン酸（Ｃ３〜１０、例えばクエン酸、グルコン酸、乳酸およびリンゴ酸）、縮合リン酸（トリポリリン酸、トリメタリン酸等）およびこれらの塩［アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、アンモニウム塩、アルキルアミン（Ｃ１〜２０、例えばメチルアミン、エチルアミン、オクチルアミン等）塩およびアルカノールアミン（Ｃ２〜１２、例えばモノ−、ジ−およびトリエタノールアミン等）塩］等；
【００５８】
ｐＨ調整剤（Ｂ３）としては、苛性アルカリ（苛性ソーダ、苛性カリ等）、アミン（Ｃ１〜２０、例えばメチルアミン、エチルアミン、モノ−、ジ−およびトリエタノールアミン）、無機酸（塩）〔無機酸（塩酸、硫酸、硝酸、リン酸、スルファミン酸、炭酸等）、およびこれらの金属［アルカリ金属、アルカリ土類金属等］塩（炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、硫酸ナトリウム、硫酸水素ナトリウム、リン酸１ナトリウム等）およびアンモニウム塩（炭酸アンモン、硫酸アンモン等）等〕、有機酸（塩）〔有機酸［カルボン酸（Ｃ２〜１５、例えば酢酸、クエン酸）、スルホン酸（Ｃ１〜１５、例えばメタンスルホン酸、エタンスルホン酸、ｐ−トルエンスルホン酸）およびフェノール］、およびこれらの金属（上記に同じ）塩（酢酸ソーダおよび乳酸ソーダ）およびアンモニウム塩（酢酸アンモニウム、乳酸アンモニウム等）等〕等；
【００５９】
界面活性剤（Ｂ４）としては、米国特許第４３３１４４７号明細書記載の界面活性剤、例えばポリオキシエチレンノニルフェニルエーテルおよびジオクチルスルホコハク酸ソーダ；ブロッキング防止剤（Ｂ５）としては、ポリエーテル変性シリコーンオイル（Ｍｎ１００〜３，０００）、例えばポリオキシエチレン変性シリコーンおよびポリオキシエチレン／ポリオキシプロピレン変性シリコーン］；
【００６０】
酸化防止剤（Ｂ６）としては、フェノール化合物［ハイドロキノン、メトキシハイドロキノン、カテコール、２，６−ジ−ｔ−ブチル−ｐ−クレゾール（ＢＨＴ）および２，２’−メチレンビス（４−メチル−６−ｔ−ブチルフェノール）等］、含硫化合物〔チオ尿素、テトラメチルチウラムジサルファイド、ジメチルジチオカルバミン酸およびその塩［例えば金属（上記に同じ）塩およびアンモニウム塩等］、亜硫酸ナトリウム、チオ硫酸ナトリウム、２−メルカプトベンゾチアゾールおよびその塩（上記に同じ）、ジラウリル３，３’−チオジプロピオネート（ＤＬＴＤＰ）およびジステアリル３，３’−チオジプロピオネート（ＤＳＴＤＰ）等〕、含リン化合物［トリフェニルホスファイト、トリエチルホスファイト、亜リン酸ナトリウム、次亜リン酸ナトリウム、トリフェニルホスファイト（ＴＰＰ）およびトリイソデシルホスファイト（ＴＤＰ）等］および含窒素化合物［アミン（オクチル化ジフェニルアミン、Ｎ−ｎ−ブチル−ｐ−アミノフェノールおよびＮ，Ｎ−ジイソプロピル−ｐ−フェニレンジアミン等）、尿素、グアニジンおよびグアニジンの無機酸（上記に同じ）塩］等；
【００６１】
紫外線吸収剤（Ｂ７）としては、ベンゾフェノン化合物（２−ヒドロキシベンゾフェノン、２，４−ジヒドロキシベンゾフェノン等）、サリチレート化合物（フェニルサリチレ
ート、２，４−ジ−ｔ−ブチルフェニル−３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシベンゾエート等）、ベンゾトリアゾール化合物［（２’−ヒドロキシフェニル）ベンゾトリアゾール、（２’−ヒドロキシ−５’−メチルフェニル）ベンゾトリアゾール等］およびアクレート［エチル−２−シアノ−３，３−ジフェニルアクリレート、メチル−２−カルボメトキシ−３−（パラメトキシベンジル）アクリレート等］等；
防腐剤（Ｂ８）としては、安息香酸、パラオキシ安息香酸エステルおよびソルビン酸等が挙げられる。
【００６２】
上記（Ｂ）は、重合前のモノマー水溶液中に予め添加しても、製造後のポリマー中に添加してもよい。（Ｂ）全体の使用量は、モノマーまたはポリマー重量に基づいて、通常３０％以下、凝集性能の観点から好ましくは０〜１０％である。
（Ｂ１）〜（Ｂ８）の各添加剤の使用量は、上記と同様の重量に基づいて、（Ｂ１）は通常５％以下、好ましくは１〜３％、（Ｂ２）は通常２０％以下、好ましくは２〜１０％、（Ｂ３）は通常１０％以下、好ましくは１〜５％、（Ｂ４）および（Ｂ５）はそれぞれ通常５％以下、好ましくは１〜３％、（Ｂ６）、（Ｂ７）および（Ｂ８）はそれぞれ通常５％以下、好ましくは０．１〜２％である。
【００６３】
本発明の高分子凝集剤を下水汚泥、廃水等（以下、下水汚泥等と略記）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、下水汚泥等の種類、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、下水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％、処理費用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。
【００６４】
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下水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下水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など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。
【００６５】
本発明の高分子凝集剤を石油の３次回収用として使用する際には、通常水溶液として使用される。該ポリマー水溶液の濃度（重量％）は、通常０．００１〜３％、増粘効果および送液可能な粘度の観点から好ましくは０．００５〜１％、さらに好ましくは０．０１〜０．５％である。
【００６６】
本発明の高分子凝集剤を下水汚泥等に適用する際、下水汚泥等が有機性の汚泥や嫌気性菌処理汚泥である場合は、汚泥粒子の荷電中和の観点から無機および／または有機凝結剤を併用するのが好ましい。
無機凝結剤としては、硫酸バンド、ポリ塩化アルミニウム、塩化第二鉄、硫酸第二鉄、ポリ硫酸鉄、消石灰等；有機凝結剤としては、アニリン−ホルムアルデヒド重縮合物塩酸塩、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、ジメチルジ（メタ）アリルアンモニウムクロライド、（メタ）アリルアミンまたはジ（メタ）アリルアミン−マレイン酸共重合体、（メタ）アリルアミンまたはジ（メタ）アリルアミン−シトラコン酸共重合体、（メタ）アリルアミンまたはジ（メタ）アリルアミン−イタコン酸、（メタ）アリ
ルアミンまたはジ（メタ）アリルアミン−フマル酸共重合体等が挙げられる。
無機および／または有機凝結剤を併用する場合は、本発明の高分子凝集剤に予めこれらを添加した混合物で下水汚泥等を処理するか、下水汚泥等に予め無機凝結剤および／または有機凝結剤を添加して一次凝集させた後、本発明の高分子凝集剤を添加して処理するかいずれでもよいが、フロックの強度の観点から好ましいのは後者の方法である。
【００６７】
無機凝結剤および／または有機凝結剤を併用する場合の使用量は、下水汚泥等の種類、懸濁粒子の大きさ、用いる凝結剤の種類などによって異なるが、特に限定はなく、下水汚泥等中のＴＳに基づいて、無機凝結剤では通常２０％以下、凝結性能の観点から好ましい下限は０．５％、さらに好ましくは１％、とくに好ましくは１．５％、凝結性能の観点から好ましい上限は１０％、さらに好ましくは５％、とくに好ましくは３％であり、有機凝結剤では通常１％以下、凝結性能の観点から好ましい下限は０．０１％、さらに好ましくは０．０２５％、とくに好ましくは０．０５％、凝結性能の観点から好ましい上限は０．５％、さらに好ましくは０．２％、とくに好ましくは０．１５％である。
【００６８】
本発明の高分子凝集剤の添加の際には、下水汚泥等の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。また、前記の無機または有機凝結剤を下水汚泥等に予め加えることで、上記ｐＨに調整することもできる。
【００６９】
また、本発明の高分子凝集剤を下水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】
【００７０】
以下実施例をもって本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、実施例中の部は重量部、％は重量％を表す。
【００７１】
実施例および比較例に使用した原料の組成、記号等は次のとおりである。
（１）水溶性不飽和モノマー
ＤＡＭＱ：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の８０
％水溶液
ＤＡＡＱ：Ｎ，Ｎ−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塩の７０％
水溶液
ＡＡＭ：アクリルアミドの５０％水溶液
（２）連鎖移動剤（ｆ）
（ｆ−１）：１−チオグリセロール
（ｆ−２）：メルカプト酢酸
（ｆ−３）：システアミン塩酸塩
（３）ラジカル重合開始剤（ｄ）
（ｄ−１）：ジクミルパーオキサイド
（ｄ−２）：アゾビスアミジノプロパン塩酸塩の１０％水溶液
（４）分散剤（ｃ）
（ｃ１−１）：ＰＥＧ（Ｍｎ３００）のジステアリン酸エステル［商品名「イオネット
ＤＳ−３００」、三洋化成工業（株）製、ＨＬＢ７．３、Ｍｗ７００）］
（ｃ２−１）：製造例１で得られた分散剤（ＨＬＢ２．１、Ｍｗ１５，０００）
（ｃ２−２）：無水マレイン酸変性エチレン・酢酸ビニル共重合物［商品名「オレヴァ
ック９３１８」、アルケマ（株）製、ＨＬＢ１．２、Ｍｗ１２，０００］
（ｃ２−３）：アルケン（Ｃ３０以上）と無水マレイン酸の共重合物［商品名「ダイヤ
カルナ３０」、三菱化学（株）製、ＨＬＢ２．１、Ｍｗ７，５００］
【００７２】
高分子凝集剤の固形分含量、重量平均粒径は前記の方法で評価し、その他の項目は下記の方法で評価した。
なお、下水汚泥等中のＴＳ、浮遊物質（ＳＳ）、有機分（強熱減量）は、「下水試験方法」（日本下水道協会、１９８４年度版）記載の分析方法に準じて行った。
【００７３】
（１）０．２重量％水溶液粘度（ｍＰａ・ｓ、２５℃）
ジャーテスター［型式「ＪＭＤ−６ＨＳ−Ａ」、宮本理研工業（株）製、以下同じ。］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た撹拌装置を用い、５００ｍＬビーカーにイオン交換水４９９ｇを入れ、水温２０〜２５℃にて３００ｒｐｍで撹拌下、固形分１．０ｇの高分子凝集剤試料を徐々に加えて、３時間かけて完全に溶解させる。その後、得られた水溶液の一部を２００ｍＬトールビーカーに移し、２５℃の恒温槽に２０分間静置して温度調整した後、Ｂ型粘度計［型式「ＴＶ−１０Ｍ」、東機産業（株）製、以下同じ。］でＭ２ローター、３０ｒｐｍにて測定開始３００秒後の値を０．２重量％水溶液粘度（Ｌ）とする。
【００７４】
（２）０．５重量％塩水溶液粘度（ｍＰａ・ｓ、２５℃）
上記と同じ撹拌装置を用い、５００ｍＬビーカーにイオン交換水４７７．５ｇを入れ、水温２０〜２５℃にて２００ｒｐｍで撹拌下、固形分２．５ｇの高分子凝集剤試料を徐々に加えて、４時間かけて完全に溶解させる。その後、塩化ナトリウム２０ｇを入れ、さらに３０分間撹拌して溶解させる。その後、得られた塩水溶液（塩化ナトリウムの濃度は４重量％）の一部を２００ｍＬトールビーカーに移し、２５℃の恒温槽に２０分間静置して温度調整した後、Ｂ型粘度計［東機産業（株）製、型式ＴＶ−１０Ｍ、以下同じ。］でＭ１ローター、６０ｒｐｍにて、測定開始３００秒後の値を０．５重量％塩水溶液粘度（Ｍ）とする。
【００７５】
（３）フロック粒径（ｍｍ）
３００ｍｌのビーカーに汚泥２００ｍｌを入れ、上記（１）と同じ撹拌装置にセットする。ジャーテスターの回転数を３００ｒｐｍとし、徐々に汚泥を撹拌しながら、所定の濃度の高分子凝集剤の水溶液を所定の方法で添加し、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）を目視にて観察する。
続いて回転数を６５０ｒｐｍに変え、さらに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）を再度目視にて観察する。
【００７６】
（４）フロック強度
上記（３）における回転数３００ｒｐｍおよび６５０ｒｐｍでのフロック粒径を比較し、フロック粒径の変化からフロック強度を下記の基準に従って評価する。
＜評価基準＞
◎ 非常に強固 （粒径に変化なし）
○ 強固 （ごく一部細分化）
△ やや弱い （部分的に細分化）
× 弱い （全体的に細分化）
【００７７】
（５）１０秒後ろ液量、６０秒後ろ液量（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、および３００ｍｌが計測できるメスシリンダーを用いてろ過装置をセットする。上記（３）のフロック粒径試験後の汚泥をヌッチェろ過面上に一気に全量投入して濾過し、ストップウォッチを用いて投入直後から１０秒後および６０秒後までに通過したろ液量を測定する。
【００７８】
（６）ろ布剥離性
ろ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、試験後のろ布に付着した脱水ケーキをスパーテルで剥離させる場合の脱水ケーキの剥離性を下記の基準に従って評価する。
＜評価基準＞
◎：非常に剥がれやすい（ろ布に付着物なし）
○：剥がれやすい （ろ布に付着物わずかにあり）
△：多少剥がれにくい （ろ布に付着物あり、わずかにろ布内部にまで付着物あり）
×：剥がれにくい （ろ布内部にまで付着物多い）
【００７９】
（７）脱水ケーキ含水率（重量％）
上記（６）のろ布剥離性試験後の脱水ケーキ約３ｇをシャーレに秤量（Ｗ３）して、循風乾燥機中、１０５±５℃、８時間で乾燥させた後、シャーレ上に残った乾燥ケーキの重量を（Ｗ４）として、次式からケーキ含水率を算出する。
脱水ケーキ含水率（重量％）＝［（Ｗ３）−（Ｗ４）］×１００／（Ｗ３）
【００８０】
製造例１［分散剤（ｃ）の製法］
ステンレス製オートクレーブに、エチレン−酢酸ビニル共重合体［商品名「ＡＣ−ＰＯＬＹ−４００」、Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ（株）製、酢酸ビニル単位含量１４重量％］１７１部、無水マレイン酸１７．１部、キシレン１１７．７部を１００℃まで加熱して均一溶液とし、ポリマー溶液を調整した。（ｄ−１）１１．８部、キシレン１１．８部、ドデシルメルカプタン０．０９２部を加えて均一溶解し開始剤溶液とした。１５０℃に加熱したポリマー溶液に開始剤溶液を０．４部／分の滴下速度で１時間かけて投入し、その後３時間反応させた。キシレンを３ｋＰａ〜２０ｋＰａの減圧下、１４０〜１６０℃、２時間でストリッピングして、分散剤（ｃ−１）を得た。
【００８１】
実施例１［高分子凝集剤（Ｐ−１）の製造］
［第１工程］ ＤＡＭＱ、ＡＡＭ、ＮａＨ2ＰＯ4、連鎖移動剤（ｆ）を表１に従って配合したモノマー水溶液を室温（２０〜２５℃）で調製した。さらにスルファミン酸を用いてモノマー水溶液のｐＨ（２０℃）をｐＨメーターで監視しながら３．０に調整した。得られたモノマー水溶液を十分に窒素（純度９９．９９９％以上。以下同じ。）で置換（溶存酸素濃度１００ｐｐｂ以下）した後、ラジカル重合開始剤（ｄ−２）を表１に従って加え、モノマー水溶液を調製した。
別に還流脱水配管、滴下漏斗、窒素導入管および撹拌翼（マックスブレンド翼）を備えたステンレス製オートクレーブにｎ−デカン、分散剤（ｃ１−１）および（ｃ２−１）を表１に従って加えて油相を調製し、３４０ｒｐｍの回転数にて撹拌しながら、反応槽内を窒素置換（気相酸素濃度１０ｐｐｍ以下）した後、６０℃まで昇温して３０分間保持した後、５０℃まで冷却した。５０℃に到達後、常圧（１０３ｋＰａ）条件下で、予め滴下漏斗内に仕込んだ前記のモノマー水溶液を反応槽中に１２０分間かけて全量投入し、その後１２０分間、５０℃で撹拌を継続し逆相懸濁重合させた。
［第２工程］ さらにラジカル重合開始剤（ｄ−２）を８．７部添加して５０℃で、６０分間撹拌を継続し、さらに重亜硫酸ナトリウム１４部およびメルカプト酢酸０．１９部をイオン交換水１０部に溶解し、これを反応槽中に追加投入し、５５℃で３０分間撹拌を継続して重合を完結させた。
その後、反応生成物を５５℃で減圧（３〜２０ｋＰａ）により共沸脱水した後、得られたスラリーを、減圧ろ過機に供給し固液分離を行った後、減圧乾燥機中（１．３ｋＰａ、４０℃×２時間）で乾燥し、ビーズ状水溶性重合体を含有してなる高分子凝集剤（Ｐ−１）を得た。結果を表１に示す。
【００８２】
実施例２〜６、比較例１〜３［高分子凝集剤（Ｐ−２）〜（Ｒ−３）の製造］
実施例１において、第１工程のモノマー水溶液および油相の組成を表１に示す量にする以外は表１の配合組成に従って、実施例１と同様にして、高分子凝集剤（Ｐ−２）〜（Ｐ−６）、比較の高分子凝集剤（Ｒ−１）〜（Ｒ−３）を得た。結果を表１に示す。
【００８３】
【表１】
【００８４】
実施例７〜１２、比較例４〜６［高分子凝集剤の性能評価］
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。消化処理したＡ市処理場から採取した消化汚泥［ｐＨ７．４、ＴＳ２．９％、ＳＳ２．７％、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２０部を添加（この時の固形分添加量１．６％／ＴＳ）し、性能を評価した。結果を表２に示す。
【００８５】
【表２】
【００８６】
表２から、実施例７〜１２では、比較例４〜６に比べて、大粒径のフロックが形成され、低撹拌下（３００ｒｐｍ）で一旦形成されたフロックが高撹拌下（６５０ｒｐｍ）でも壊れにくい（フロック強度が強い）こと、１０秒後ろ液量が多いことから初期ろ過速度が速いこと、および脱水性（脱水ケーキ含水率）において優れた効果を示すことがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
本発明の高分子凝集剤は、従来にない特異的な凝集性能を示すことから、下水汚泥等の脱水用高分子凝集剤、製紙工程での濾水歩留向上用または紙力増強用高分子凝集剤の他、産業廃水の凝集沈殿処理用、石油の３次回収用等の高分子凝集剤として幅広く好適に用いられ、極めて有用である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一般式［１］または［２］で表されるカチオン性モノマーを５０〜１００モル％含有する水溶性不飽和モノマー（ａ）を構成単位とするビーズ状水溶性（共）重合体（Ａ）を含有してなり、３〜６０の０．５重量％塩水溶液粘度（ｍＰａ・ｓ、２５℃）を有し、下記式（１）を満足する高分子凝集剤。
ＣＨ2＝Ｃ（Ｒ1）ＣＯ−Ｑ−Ｘ−ＮＲ2Ｒ3 ［１］
ＣＨ2＝Ｃ（Ｒ1）ＣＯ−Ｑ−Ｘ−Ｎ+Ｒ2Ｒ3Ｒ4 ・Ｚ- ［２］
（式中、Ｒ1はＨまたはメチル基、Ｒ2、Ｒ3は炭素数１〜３のアルキルもしくはアルコキシル基、Ｒ4はＨ、炭素数１〜３のアルキルもしくはアルコキシル基またはベンジル基を表し、Ｒ1〜Ｒ4は同じでも異なっていてもよく、Ｑは酸素またはＮＨ、Ｘは炭素数２〜４の、アルキレンもしくはアルコキシレン基、Ｚ-は陰イオンを表す。）
３．５×（Ｍ）＋１５０≦（Ｌ）≦３．５×（Ｍ）＋３５０ （１）
但し、（Ｌ）：０．２重量％水溶液粘度 （ｍＰａ・ｓ、２５℃）
（Ｍ）：０．５重量％塩水溶液粘度（ｍＰａ・ｓ、２５℃）
【請求項２】
さらに、ノニオン性および／またはアニオン性のモノマーを（ａ）に含有させてなる請求項１記載の高分子凝集剤。
【請求項３】
（Ａ）が、逆相懸濁重合法により得られる水溶性（共）重合体である請求項１または２記載の高分子凝集剤。
【請求項４】
スクリュープレス型またはベルトプレス型脱水機を用いる、有機性汚泥の脱水処理用である請求項１〜３のいずれか記載の高分子凝集剤。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか記載の高分子凝集剤を有機性汚泥に添加、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有機性汚泥の脱水処理方法。
【請求項１】
一般式［１］または［２］で表されるカチオン性モノマーを５０〜１００モル％含有する水溶性不飽和モノマー（ａ）を構成単位とするビーズ状水溶性（共）重合体（Ａ）を含有してなり、３〜６０の０．５重量％塩水溶液粘度（ｍＰａ・ｓ、２５℃）を有し、下記式（１）を満足する高分子凝集剤。
ＣＨ2＝Ｃ（Ｒ1）ＣＯ−Ｑ−Ｘ−ＮＲ2Ｒ3 ［１］
ＣＨ2＝Ｃ（Ｒ1）ＣＯ−Ｑ−Ｘ−Ｎ+Ｒ2Ｒ3Ｒ4 ・Ｚ- ［２］
（式中、Ｒ1はＨまたはメチル基、Ｒ2、Ｒ3は炭素数１〜３のアルキルもしくはアルコキシル基、Ｒ4はＨ、炭素数１〜３のアルキルもしくはアルコキシル基またはベンジル基を表し、Ｒ1〜Ｒ4は同じでも異なっていてもよく、Ｑは酸素またはＮＨ、Ｘは炭素数２〜４の、アルキレンもしくはアルコキシレン基、Ｚ-は陰イオンを表す。）
３．５×（Ｍ）＋１５０≦（Ｌ）≦３．５×（Ｍ）＋３５０ （１）
但し、（Ｌ）：０．２重量％水溶液粘度 （ｍＰａ・ｓ、２５℃）
（Ｍ）：０．５重量％塩水溶液粘度（ｍＰａ・ｓ、２５℃）
【請求項２】
さらに、ノニオン性および／またはアニオン性のモノマーを（ａ）に含有させてなる請求項１記載の高分子凝集剤。
【請求項３】
（Ａ）が、逆相懸濁重合法により得られる水溶性（共）重合体である請求項１または２記載の高分子凝集剤。
【請求項４】
スクリュープレス型またはベルトプレス型脱水機を用いる、有機性汚泥の脱水処理用である請求項１〜３のいずれか記載の高分子凝集剤。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか記載の高分子凝集剤を有機性汚泥に添加、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有機性汚泥の脱水処理方法。
【公開番号】特開２０１１−７８８８２（Ｐ２０１１−７８８８２Ａ）
【公開日】平成２３年４月２１日（２０１１．４．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２３１９６３（Ｐ２００９−２３１９６３）
【出願日】平成２１年１０月５日（２００９．１０．５）
【出願人】（０００００２２８８）三洋化成工業株式会社 (1,719)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年４月２１日（２０１１．４．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１０月５日（２００９．１０．５）
【出願人】（０００００２２８８）三洋化成工業株式会社 (1,719)
【Ｆターム（参考）】
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