特許 6374352 懸濁物質の高分子凝集・沈降剤及び懸濁物質の除去処理方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6374352

(24)【登録日】2018年7月27日

(45)【発行日】2018年8月15日

(54)【発明の名称】懸濁物質の高分子凝集・沈降剤及び懸濁物質の除去処理方法

(51)【国際特許分類】

   B01D 21/01 20060101AFI20180806BHJP

   C02F 1/56 20060101ALI20180806BHJP

   C08F 220/34 20060101ALI20180806BHJP

【ＦＩ】

   B01D21/01 107A

   B01D21/01 107Z

   C02F1/56 F

   C02F1/56 K

   C08F220/34

【請求項の数】4

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2015-116052(P2015-116052)

(22)【出願日】2015年6月8日

(65)【公開番号】特開2016-13541(P2016-13541A)

(43)【公開日】2016年1月28日

【審査請求日】2017年6月6日

(31)【優先権主張番号】特願2014-119094(P2014-119094)

(32)【優先日】2014年6月9日

(33)【優先権主張国】JP

【早期審査対象出願】

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000156581

【氏名又は名称】日鉄住金環境株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100098707

【弁理士】

【氏名又は名称】近藤 利英子

(74)【代理人】

【識別番号】100135987

【弁理士】

【氏名又は名称】菅野 重慶

(74)【代理人】

【識別番号】100168033

【弁理士】

【氏名又は名称】竹山 圭太

(74)【代理人】

【識別番号】100161377

【弁理士】

【氏名又は名称】岡田 薫

(72)【発明者】

【氏名】盛一 慎吾

(72)【発明者】

【氏名】島瀬 正博

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 勇摩

【審査官】 目代 博茂

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−２４８５８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−０３３６００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６３−１５１３９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−０７５９５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−００７０８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２４５５０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１４／０９１８１９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開昭５１−０７８５６３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０２Ｆ１／５２−１／５６

Ｂ０１Ｄ２１／０１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

粒径が５０μｍ以上の金属粉、石炭粉又はコークス粉の少なくともいずれかを含む、粒径が５０μｍ以上の粗大な懸濁物質と、粒径が５０μｍに満たない微細な懸濁物質とが共存している、流速が０．５ｍ／秒以上で、乱流状態の廃水に含有させることで、該廃水から、これらの懸濁物質を同一の処理によって一緒に凝集沈降させる際に使用される前記懸濁物質の高分子凝集・沈降剤であって、
下記一般式（１）、下記一般式（２）で表されるモノマーのいずれか一方又は両方を必須成分として５モル％以上を含む原料モノマーから誘導されるカチオン性又は両性の共重合体を主成分としてなり、該共重合体の重量平均分子量（Ｍｗ）に、そのｐＨ７におけるカチオンコロイド当量（ＣＥ）の２乗を乗じた値を、さらに１００万で除した値をＮとした場合に、Ｎ値が５〜６０であり、且つ、該共重合体の重量平均分子量（Ｍｗ）を、そのｐＨ７におけるカチオンコロイド当量（ＣＥ）で除した値を、さらに１００万で除した値をＬとした場合に、Ｌ値が１．５以上であることを特徴とする懸濁物質の高分子凝集・沈降剤。

（上記式中の、Ｒ₁、Ｒ₂は、それぞれ独立にＣＨ₃又はＣ₂Ｈ₅を表し、Ｒ₃は、Ｈ、ＣＨ₃又はＣ₂Ｈ₅のいずれかを表す。Ｘ^-は、アニオン性対イオンを表す。）

【請求項2】

さらに、重量平均分子量が５００万〜１１００万で、且つ、ｐＨ７におけるカチオンコロイド当量が１．２〜３．４ｍｅｑ／ｇである請求項１に記載の懸濁物質の高分子凝集・沈降剤。

【請求項3】

粒径が５０μｍ以上の金属粉、石炭粉又はコークス粉の少なくともいずれかを含む、粒径が５０μｍ以上の粗大な懸濁物質と、粒径が５０μｍに満たない微細な懸濁物質とが共存している、流速が０．５ｍ／秒以上で、乱流状態の廃水中に、請求項１又は２に記載の懸濁物質の高分子凝集・沈降剤を、処理廃水に対する添加量が０．５ｍｇ／Ｌ以上となるように添加して、前記懸濁物質を同一の処理によって一緒に凝集沈降させることを特徴とする廃水中の懸濁物質の除去処理方法。

【請求項4】

前記廃水が製鉄工場で生じるものであり、廃水中の懸濁物質が、金属粉と油分とを含むものである請求項３に記載の廃水中の懸濁物質の除去処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、カチオン性又は両性の高分子凝集剤に関し、より詳しくは、例えば、製鉄工場等で生ずる粒径が５０μｍ以上の金属粉や油分等の粗大な懸濁物質を含む廃水中から、これらの粗大な懸濁物質を含んだ状態で懸濁物質を一挙に除去処理することを可能にできる有用な高分子凝集剤に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、製鉄工場等からの廃水には、金属粉や石炭・コークス粉や油分等の粒径が５０μｍ以上の粗大な懸濁物質（以下、粗大ＳＳとも呼ぶ）が含まれているが、通常、これらの廃水に対する処理は、上記した粗大な懸濁物質を沈降分離等の方法で予め除去し、除去後の廃水をさらに処理することで、粒径が５０μｍに満たない微細な懸濁物質（以下、微細ＳＳとも呼ぶ）を除去して、懸濁物質のない処理水を得ている。

【0003】

上記した微細ＳＳの除去処理の際には、通常、各種の凝集剤が使用されており、凝集させることで微細ＳＳを粗大化させて、廃水中からの除去処理を容易にしている。従来より、その際に使用する凝集剤についての検討が種々行われており、対象となる廃水の性状に応じて様々な種類の凝集剤を組み合わせて使用されている。例えば、対象となる廃水が、鉄鋼、石油化学、食品加工、自動車工業などの産業における、懸濁物質を多量に含む含油廃水の場合は、ポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）、硫酸バンド、鉄塩などの無機凝集剤や、有機カチオン系凝集剤、有機アニオン系凝集剤などの有機凝集剤などの凝集剤を、適宜に添加することで処理されている。その際、上記した廃水中には様々な種類の懸濁物質が含有されているため、数多くの種類がある無機凝集剤や有機凝集剤（高分子凝集剤）の中から複数種の凝集剤を選択し、これらを組み合わせて使用して、懸濁物質を順次除去処理することが一般的に行われている。

【0004】

より具体的には、例えば、特許文献１には、含油廃水に、特定のカチオン性単量体を少なくとも５モル％含有する単量体混合物を重合することで得られた、特定のカチオン性水溶性高分子を添加後、アニオン性水溶性高分子を添加して処理する方法が提案されている（特許文献１参照）。また、無機凝集剤と、カチオン系ディスパージョン型（共）重合体とを併用することについての提案がされており（特許文献２参照）、当該文献によれば、このようにすることで、より効率よく含油廃水中の油分および懸濁物質の濃度を低減でき、且つ、無機凝集剤の使用量を抑えることができるとしている。

【0005】

また、上記に開示されているようなカチオン性高分子は、古くより、脱水剤としての有用性が着目されており、汚泥の脱水剤等として使用されている（特許文献３、特許文献４参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００４−２５５３４９号公報

【特許文献2】特開２００８−００６３８２号公報

【特許文献3】特公平７−７１６７８号公報

【特許文献4】特許第２７７９７３２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、これまでの高分子凝集剤の開発は、いずれも、汚泥の脱水をより効率よく行うことや、粗大ＳＳを除去した後の廃水中の微細ＳＳの除去を、より効率よく行うことを目的としたものに限られていた。例えば、金属粉や石炭・コークス粉や油分等の粗大ＳＳが含まれている製鉄工場等からの廃水中の懸濁物質の除去処理に高分子凝集剤を使用する場合には、予め粗大ＳＳを除去処理することが必要であり、高分子凝集剤の利用は、微細ＳＳの除去に対する点で何ら変わるものではない。これに対し、特に製鉄工場においては、処理すべき廃水の量が多量であり、その種類も多いことから、廃水中から懸濁物質を除去するための処理設備は巨大なものになっており、設備の簡略化や、凝集剤の使用量の削減を達成できれば、その経済的な効果は極めて大きい。

【0008】

製鉄工場から生じる廃水は種々のものがある。例えば、鋳造工程や熱間圧延工程では大量の冷却水を必要としており、使用後の冷却水には、鉄粉や油分等の大量の懸濁物質が含まれる。このため廃水を冷却水として再利用（循環使用）しているが、その場合には、これらの冷却廃水中の懸濁物質を、冷却水として使用可能なレベルまで除去処理する必要がある。例えば、熱間圧延工程において生じる廃水中には、鉄粉や油分等からなる、数μｍ〜数十μｍオーダーの５０μｍに満たない粒径の微細な懸濁物質（微細ＳＳ）に加えて、場合によっては、粒径が５０μｍ以上、場合によっては１０００μｍ程度に至る大きさの粗大な懸濁物質（粗大ＳＳ）が含まれている。このため、先に述べたように、冷却廃水中から懸濁物質を除去処理する際には、沈降分離等の方法で、予め粗大ＳＳを除去して、大きいものが含まれるとしても粒径が５０μｍに満たない微細ＳＳの状態の廃水とし、その後に、凝集剤を加えて除去処理をすることで、使用する凝集剤の量の削減を可能にし、凝集剤による処理効率の向上を図っている。また、懸濁物質を除去処理する際には、無機凝集剤と高分子凝集剤との組合せ等、複数種類の凝集剤を使用することが通常である。

【0009】

上記した従来技術における現状に対し、本発明者らは、従来の凝集剤の使用量を増大させることなく、むしろ、より低減した使用量で、粗大ＳＳと微細ＳＳが共存（並存）している状態の廃水から、これらの懸濁物質を同一の処理によって容易に取り除くことができ、しかも、より良好な処理水が得られれば、処理設備を格段に縮小でき、この点のみをもってしても、極めて経済的な処理が可能になるとの認識を持つに至った。また、凝集沈降した沈殿物を、その後の処理が容易なものにできれば、沈降・沈殿物の二次処理が容易になり、さらに有用である。

【0010】

したがって、本発明の目的は、その使用量の増大を伴うことなく、無機凝集剤との併用を必ずしも必要とせず、粗大ＳＳと微細ＳＳが共存している状態の廃水から、これらの懸濁物質を同一の処理によって迅速に且つ容易に取り除くことができ、しかも、その処理水が、濁りのない清澄な性状のものであり、凝集沈降した沈殿物の処理が容易とな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】

【0011】

上記目的は、以下の本発明により達成される。すなわち、本発明は、第１の発明として、粗大な懸濁物質と微細な懸濁物質とが共存している状態の廃水から、これらの懸濁物質を同一の処理によって取り除く際に使用される高分子凝集剤であって、下記一般式（１）、下記一般式（２）で表されるモノマーのいずれか一方又は両方を必須成分として５モル％以上を含む原料モノマーから誘導されるカチオン性又は両性の共重合体を主成分としてなり、該共重合体の重量平均分子量（Ｍｗ）に、そのｐＨ７におけるカチオンコロイド当量（ＣＥ）の２乗を乗じた値を、さらに１００万で除した値をＮとした場合に、Ｎ値が５〜６０であることを特徴とする高分子凝集剤を提供する。

（上記式中の、Ｒ₁、Ｒ₂は、それぞれ独立にＣＨ₃又はＣ₂Ｈ₅を表し、Ｒ₃は、Ｈ、ＣＨ₃又はＣ₂Ｈ₅のいずれかを表す。Ｘ^-は、アニオン性対イオンを表す。）

【0012】

上記した本発明の高分子凝集剤は、さらに、重量平均分子量が２００万〜１３００万で、且つ、ｐＨ７におけるカチオンコロイド当量が０．７〜４．１ｍｅｑ／ｇであること；さらに、重量平均分子量が４００万〜１３００万で、且つ、ｐＨ７におけるカチオンコロイド当量が１．１〜３．５ｍｅｑ／ｇであること；が好ましい。

【0013】

上記目的は、以下の本発明によって、より安定して効果的に達成される。すなわち、本発明は、第２の発明として、粗大な懸濁物質と微細な懸濁物質とが共存している状態の廃水から、これらの懸濁物質を同一の処理によって取り除く際に使用される高分子凝集剤であって、下記一般式（１）、下記一般式（２）で表されるモノマーのいずれか一方又は両方を必須成分として５モル％以上を含む原料モノマーから誘導されるカチオン性又は両性の共重合体を主成分としてなり、該共重合体の重量平均分子量（Ｍｗ）に、そのｐＨ７におけるカチオンコロイド当量（ＣＥ）の２乗を乗じた値を、さらに１００万で除した値をＮとした場合に、Ｎ値が５〜６０であり、且つ、該共重合体の重量平均分子量（Ｍｗ）を、そのｐＨ７におけるカチオンコロイド当量（ＣＥ）で除した値を、さらに１００万で除した値をＬとした場合に、Ｌ値が１．５以上であることを特徴とする高分子凝集剤を提供する。

（上記式中の、Ｒ₁、Ｒ₂は、それぞれ独立にＣＨ₃又はＣ₂Ｈ₅を表し、Ｒ₃は、Ｈ、ＣＨ₃又はＣ₂Ｈ₅のいずれかを表す。Ｘ^-は、アニオン性対イオンを表す。）

【0014】

上記した本発明の高分子凝集剤は、さらに、重量平均分子量が５００万〜１１００万で、且つ、ｐＨ７におけるカチオンコロイド当量が１．２〜３．４ｍｅｑ／ｇであることが好ましい。

【0015】

上記した本発明の高分子凝集剤は、いずれも、さらに下記の構成を有するものであることが好ましい。前記粗大な懸濁物質は、少なくとも粒径が５０μｍ以上のものであり、前記微細な懸濁物質は、粒径が５０μｍに満たないものであること；前記懸濁物質を同一の処理によって取り除く際における処理廃水に対する添加量が、０．５ｍｇ／Ｌ以上であること；前記廃水が製鉄工場で生じるものであり、廃水中の懸濁物質が、金属粉と油分とを含むものであること；が挙げられる。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、その使用量の増大を伴うことなく、無機凝集剤との併用を必要とせず、粗大ＳＳと微細ＳＳが共存している状態の廃水から、これらの懸濁物質を同一の処理によって迅速に凝集させて容易に取り除くことができ、しかも、その処理水が目視した場合に濁りのない清澄な性状のものであり、凝集沈降した沈殿物の処理が容易となる高分子凝集剤の提供が可能になる。この結果、本発明の高分子凝集剤を使用することで、従来、製鉄工場において必要とされてきた、冷却廃水等に含まれる懸濁物質を除去するための巨大な処理設備の一部が不要になり、しかも使用する凝集剤の量を低減でき、さらに、その凝集沈降した沈殿物は取り扱い易く、その処理が極めて容易にできるようになり、これらによってもたらされる経済的な効果は極めて多大なものであり、工業上、極めて有用である。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】性状の異なる各種の高分子凝集剤を用いた場合における懸濁物質の凝集・沈降の状態の違いを示すグラフである。

【図2】本発明の第１の発明で規定する範囲の高分子凝集剤を用いた場合に、懸濁物質の凝集・沈降が良好に行われることを示すグラフである。

【図3】本発明の第２の発明で規定する範囲の高分子凝集剤を用いた場合に、懸濁物質の凝集・沈降が良好に行われることを示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、好ましい実施の形態を挙げて本発明をさらに詳細に説明する。本発明者らは、上記した従来技術における課題を解決することを目的とし、粗大ＳＳと微細ＳＳが共存している状態の廃水を同時に処理した場合に、これらのＳＳが迅速に凝集・凝結し、速やかに凝集物が沈降して、処理水を清澄なものにできる高分子凝集剤を見出すべく鋭意検討した結果、本発明に至ったものである。本発明によって提供される高分子凝集剤は、後述する、特定の構造を有する原料モノマーを含んで誘導されるカチオン性或いは両性の共重合体を主成分としてなり、該共重合体の重量平均分子量（Ｍｗ）と、そのｐＨ７におけるカチオンコロイド当量（ＣＥ）とで規定されるＮ値、或いはＮ値及びＬ値が、下記の範囲内にあることを要する。

【0019】

本発明の第１の発明は、共重合体の重量平均分子量（Ｍｗ）と、そのｐＨ７におけるカチオンコロイド当量（ＣＥ）の２乗を乗じた値を、さらに１００万で除した値をＮとした場合に、Ｎ値が５〜６０であることを特徴とする。すなわち、本発明者らの検討によれば、本発明の顕著な効果は、Ｎ＝（Ｍｗ）×（ＣＥ)²÷１００万の値が５〜６０の範囲内にある、特定の共重合体を主成分としてなる高分子凝集剤を用いた場合に得ることができる。

【0020】

さらに、本発明者らの検討によれば、上記したＮ値の範囲内にある高分子凝集剤の中でも、本発明の第２の発明で規定する要件を満足する高分子凝集剤によれば、より効果的に、且つ、安定して本発明の顕著な効果が得られることを見出した。具体的には、本発明の第２の発明は、上記Ｎ値を満足することに加えて、共重合体の重量平均分子量（Ｍｗ）を、そのｐＨ７におけるカチオンコロイド当量（ＣＥ）で除した値を、さらに１００万で除した値をＬとした場合に、Ｌ値が１．５以上であることを特徴とする。すなわち、本発明のより顕著な効果は、Ｌ＝（Ｍｗ）÷（ＣＥ)÷１００万の値が１．５以上である場合に得ることができる。上記したように、Ｌ値によって特定される高分子凝集剤の範囲は、Ｎ値によって特定される高分子凝集剤の範囲に含まれるものであるが、後述するように、Ｌ値をも満足する高分子凝集剤を利用することで、より安定して確実に本発明の効果の実現が可能になる。

【0021】

本発明で利用する特定の原料モノマーから誘導される共重合体からなるカチオン性の高分子凝集剤は、先に挙げた特許文献３や特許文献４に記載されているように、有機汚泥の凝集を促進することができ、汚泥の脱水剤として顕著な効果が得られるものとして開発されており、汚泥の脱水剤として使用されている。さらに、特許第３３５２８３５号公報には、上記汚泥の脱水に用いられているカチオン性の高分子凝集剤の欠点を改良する目的で、本発明で利用する特定の原料モノマーに、イタコン酸を必須成分として混合した原料モノマーから誘導される共重合体からなる両性の高分子凝集剤が記載されている。しかし、この場合も汚泥の脱水剤としての利用であり、勿論、本発明が目的としている「粗大ＳＳと微細ＳＳが共存している状態の廃水中からのＳＳを同時に処理」といった観点での検討は全くなされていない。

【0022】

本発明者らは、製鉄工場の鋳造工程や熱間圧延工程から大量に排出される使用済みの、粗大ＳＳと微細ＳＳが共存して浮遊している状態の冷却水（冷却廃水）について、これらのＳＳを同時に凝集沈降処理できる凝集剤を見出すべく鋭意検討を行った。その結果、上記した汚泥の脱水剤として開発された高分子凝集剤の中に、驚くべきことに、粗大ＳＳと微細ＳＳとが共存して浮遊している状態の廃水中に添加するだけで、より好ましくは、粗大ＳＳと微細ＳＳが併存（並存）し、且つ、流速が０．５ｍ／秒以上で、乱流状態の廃水の中に添加することで、添加量が少量であるにも関わらず、これらのＳＳが速やかに凝集し、強固に凝結するため、迅速に沈降し、しかも、その上澄みは、従来の方法で処理した処理水と比べた場合に、懸濁物質が目視では認められない程度に格段に清澄なものになることを見出した。さらに、当該高分子凝集剤を添加することで生じた、粗大ＳＳと微細ＳＳとが凝集し凝結して沈降した沈降・沈殿物は、従来の凝集処理によって得られている汚泥状態のものではなく、機械的な装置を用いて掴んで移動できる程度に強固に凝結したものであり、その後の処理が極めて容易になることがわかった。このことは、従来の処理では、凝集剤を添加した後、沈殿槽で凝集物を沈殿させることが必要であったが、本発明の高分子凝集剤を使用すれば、このような沈殿処理が不要となることを意味する。このため、本発明の高分子凝集剤を利用することで、予め粗大ＳＳを除去処理するための従来の設備を使用して、当該設備で微細ＳＳも同時に処理することができ、さらには、従来の設備で必須であった沈殿槽を不要にできる、という設備上の極めて大きな効果の実現が可能になる。

【0023】

上記した従来技術では実現することができなかった種々の顕著な効果が達成できる本発明の高分子凝集剤は、下記一般式（１）、下記一般式（２）で表されるモノマーのいずれか一方又は両方を必須成分として５モル％以上を含む原料モノマーから誘導されるカチオン性又は両性の共重合体を主成分としてなり、さらに、該共重合体が、その重量平均分子量（Ｍｗ）と、そのｐＨ７におけるカチオンコロイド当量（ＣＥ）とで規定される、Ｎ値、或いはＮ値及びＬ値が本発明で規定する特定の範囲内にあることを要する。

（上記式中の、Ｒ₁、Ｒ₂は、それぞれ独立にＣＨ₃又はＣ₂Ｈ₅を表し、Ｒ₃は、Ｈ、ＣＨ₃又はＣ₂Ｈ₅のいずれかを表す。Ｘ^-は、アニオン性対イオンを表す。）

【0024】

本発明を構成するカチオン性又は両性の共重合体は、上記式（１）及び／又は（２）で表されるモノマーを５モル％以上含む原料モノマーから誘導できるが、その際に、本発明で規定するＮ値、或いはＮ値及びＬ値の要件を満たすようにモノマー組成を設計することで得られる。具体的な合成方法としては、カチオン性の共重合体については、先に挙げた特許文献４に記載の合成方法が利用できる。また、両性の共重合体は、例えば、特許第３３５２８３５号公報に記載されているように、上記式（１）及び／又は（２）で表されるカチオン性モノマーに、その他のモノマーとしてイタコン酸やアクリル酸等のアニオン性モノマーを適宜混合して原料モノマーとすることで、同様の方法で得ることができる。

【0025】

上記式（１）で示されるモノマーの代表的なものとしては、アクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウムクロリド、ジメチルアミノエチルアクリレートの塩酸塩等が挙げられる。また、式（２）で示されるモノマーの代表例としては、アクリロイルオキシエチルジメチルベンジルアンモニウムクロリドが挙げられる。これらのモノマーと共重合可能な他のモノマーとしては、（メタ）アクリルアミド、Ｎ−メチル（メタ）アクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチル（メタ）アクリルアミド等が挙げられる。

【0026】

本発明者らは、本発明が目的とする、使用した場合に、凝集剤の使用量の増大を伴うことなく、粗大ＳＳと微細ＳＳが共存している状態の廃水から、これらの懸濁物質を同一の処理によって、迅速に且つ容易に取り除くことのできる凝集剤を開発する過程で、上記したような原料モノマーから得られる高分子凝集剤についての詳細な検討を行った。その際に、上記した式（１）及び／又は（２）で表されるモノマーを５モル％以上含む原料モノマー（以下、特定の原料モノマーとも呼ぶ）から誘導できるカチオン性又は両性の共重合体の中に、本発明の目的を達成できる凝集剤があることを見出した。そして、本発明者らは、最初に、該共重合体の重量平均分子量が２００万〜１３００万であり、且つ、ｐＨ７におけるカチオンコロイド当量が０．４ｍｅｑ／ｇ以上である場合に、本発明が目的とする凝集性が得られるとの知見を得た。

【0027】

先に述べたように、技術常識は、「粗大ＳＳと微細ＳＳが共存している状態の廃水から、同一の処理でこれらの懸濁物質を取り除くことは、できない」とするものであったことから、本発明者らは、上記知見の技術的価値は極めて大きいとの認識をもった。そこで、本発明者らは、より安定して高い凝集性を示す高分子凝集剤を見出して、さらに工業的価値を高めるべく、使用する高分子凝集剤についてのさらなる詳細な検討を行った。その結果、上記原料モノマーから誘導される共重合体の中でも、本発明の第１の発明で規定するＮ値を満足するものが有効であり、また、その中でも、本発明の第２の発明で規定するＬ値を満足するものが、より安定して、より確実な効果を得るために有効であることを見出して、本発明を達成した。

【0028】

すなわち、本発明の第１の発明では、上記した特定の原料モノマーから誘導できるカチオン性又は両性の共重合体の重量平均分子量（Ｍｗ）と、そのｐＨ７におけるカチオンコロイド当量（ＣＥ）の２乗を乗じた値を、さらに１００万で除した値をＮとした場合に、Ｎ値が５〜６０であることを規定する。また、本発明の第２の発明では、上記Ｎ値を満足することに加えて、上記した特定の原料モノマーから誘導できるカチオン性又は両性の共重合体の重量平均分子量（Ｍｗ）を、そのｐＨ７におけるカチオンコロイド当量（ＣＥ）で除した値を、さらに１００万で除した値をＬとした場合に、Ｌ値が１．５以上であることを規定する。上記の規定に使用するカチオンコロイド当量は、コロイド滴定法（ポリビニル硫酸カリウム溶液で滴定する方法）により高分子凝集剤中の有効成分１グラムあたりのカチオンコロイド当量を測定した値（ｍｅｑ／ｇ）である。また、重量平均分子量は、ポリスチレン換算によるＧＰＣ（ゲル・パーミエーション・クロマトグラフィ）法によって測定した値である。

【0029】

本発明者らは、前記特定の原料モノマーから誘導されるカチオン性又は両性の共重合体を主成分としてなる高分子凝集剤について、本発明が目的としている「粗大ＳＳと微細ＳＳとが共存している状態の廃水から、これらの懸濁物質を同一の処理によって取り除くことを実現する」といった観点から、詳細な検討を行った。その結果、本発明者らは、まず、上記効果がより顕著に得られる高分子凝集剤として、その主成分である共重合体の特性において、下記の傾向があることを見出した。すなわち、（１）カチオンコロイド当量が小さい場合は、分子量が大きい共重合体の方が、上記した効果が大きい傾向にあり、（２）カチオンコロイド当量が大きい場合は、分子量が小さい共重合体の方が、上記した効果が大きい傾向があることがわかった。

【0030】

本発明者らは、上記した知見に基づきさらなる検討を行った結果、共重合体のＮ値が５〜６０である場合に、本発明の効果が安定して得られることを見出した。そして、さらに詳細に検討した結果、共重合体のＬ値が１．５以上である場合に、本発明の顕著な効果がより安定して得られることを見出した。具体的には、前記特定の原料モノマーから誘導した、重量平均分子量（Ｍｗ）と、ｐＨ７におけるカチオンコロイド当量（ＣＥ）とが種々に異なる共重合体を作製し、これらを用いて、粗大ＳＳと微細ＳＳが並存する廃水中に勢いよく添加することで、その効果の違いを観察した。前記したように、本発明の効果は、「粗大ＳＳと微細ＳＳが同一の処理によって迅速に凝集し、容易に取り除くことができるものとなり、しかも、その処理水が目視した場合に濁りのない清澄な性状のものとなる」という、目視することで確認できるものであるため、その検証は容易である。また、添加条件も、同一条件で高速撹拌することで達成できるため、この点でも検証は容易である。

【0031】

図１は、検討に使用した前記特定の原料モノマーから誘導した、重量平均分子量と、ｐＨ７におけるカチオンコロイド当量で決定される、本発明の第１の発明で規定するＮ値が異なる種々の共重合体を、それぞれ高分子凝集剤として使用して廃水に添加した場合に得られた凝集・沈降効果の違いをＡ〜Ｄの４段階で評価して示したものである。Ａ〜Ｄは、いずれも本発明の効果が認められるものであるが、相対的にＡ＞Ｂ＞Ｃ＞Ｄの順で顕著な効果が認められた。Ｄは、全く凝集・沈降の効果が認められないわけではないが、実施化することを考えて不適と評価した。

【0032】

本発明者らは、これらの結果から、本発明の顕著な効果が得られる高分子凝集剤の範囲についてさらなる検討を行った結果、本発明の第１の発明で規定する共重合体のＮ値が５〜６０であるものが、より顕著な効果を実現できるものであるとの結論を得た。図２中に、Ｎ値が５〜６０である範囲を破線で示した。さらに、本発明者らの検討によれば、この範囲内のものの中でも、重量平均分子量が２００万〜１３００万で、且つ、ｐＨ７におけるカチオンコロイド当量が０．７〜４．１ｍｅｑ／ｇである場合、重量平均分子量が４００万〜１３００万で、且つ、ｐＨ７におけるカチオンコロイド当量が１．１〜３．５ｍｅｑ／ｇである場合により顕著な効果が得られる。Ｎ値でいえば、１５〜５５程度となる、重量平均分子量とコロイド当量の兼ね合いをもつ高分子凝集剤がより好適である。

【0033】

上記のことから、使用する共重合体の重量平均分子量が小さ過ぎると、十分なＳＳ除去効果が得難いことがわかった。一方、重量平均分子量が大き過ぎるとその粘度が上昇し、使用し難くなるので好ましくない。本発明で規定するカチオンコロイド当量は、高分子凝集剤中のカチオン密度、すなわち、カチオン性を示す官能基の量を示すものである。上記したように、本発明者らの検討によれば、本発明の目的に対しては、重量平均分子量との兼ね合いで最適なカチオンコロイド当量の範囲があり、本発明の第１の発明で規定する特性を満たす共重合体を高分子凝集剤として用いることで、本発明の顕著な効果が確実に得られることがわかった。上記した試験の詳細については後述する。

【0034】

上記したように、先に述べた特有の原料モノマーから誘導される共重合体の中でも、本発明の第１の発明で規定するＮ値を満足するものが、本発明の目的を達成するための高分子凝集剤として有効であることがわかった。しかし、図２に示されているように、Ｎ値を満足するものの中でも、凝集・沈殿効果に程度の差があることが認められ、また、処理対象の廃水における粗大ＳＳと微細ＳＳとの共存状態も種々であることから、本発明者らは、実用化に際し、より高い凝集・沈殿効果をより安定して得るためには、使用する高分子凝集剤について、さらに詳細な検討を行い、最適化を図ることが必要であるとの認識をもった。その結果、Ｎ値を満足するものの中でも、本発明の第２の発明で規定する、共重合体の重量平均分子量（Ｍｗ）を、そのｐＨ７におけるカチオンコロイド当量（ＣＥ）で除した値を、さらに１００万で除した値をＬとした場合に、Ｌ値が１．５以上であるもの、より好ましくは、Ｌ値が２．０以上であるものが、より効果的な凝集剤となることを見出した。

【0035】

図３は、検討に使用した前記特定の原料モノマーから誘導した、Ｌ値が異なる種々の共重合体を高分子凝集剤として、粗大ＳＳと微細ＳＳとが共存している廃水に添加した場合に得られた、処理水中のＳＳ濃度を示したものである。図３に示した結果は、同時に、廃水中の粗粒濃度の違いによって生じる、凝集・沈降効果の違いも示しているが、明らかに、Ｌ値が１．５以上となる共重合体を、高分子凝集剤に使用することで、処理水のＳＳは２０ｍｇ／Ｌ以下となり、先の凝集・沈降効果の相対的な評価基準の「Ａ」となることが確認された。図３の結果から、より好ましいＬ値としては２以上、後述の表４の結果から６．７程度までであり、このような高分子凝集剤を使用すれば、処理水は、極めて清澄なものとなることがわかった。

【0036】

本発明者らの検討によれば、上記したような共重合体を主成分とする本発明の高分子凝集剤を、例えば、製鉄工場の熱間圧延工程から大量に排出される、鉄粉等の金属や圧延油等の油分が懸濁した、粗大ＳＳと微細ＳＳとが共存して浮遊している状態の使用済み冷却水（廃水）に、該廃水に対して０．５ｍｇ／Ｌ以上、例えば、１〜４ｍｇ／Ｌ程度と微少量添加することで、廃水中の懸濁物質が速やかに凝集沈降して、その上澄みは、目視において濁りの見られない極めて清澄（透明）なものになる。詳細については後述するが、本発明の高分子凝集剤は、従来技術のように、予め廃水中から粗大ＳＳを除去した後に行う処理に使用した場合には、上記したような顕著な効果は得られず、微細ＳＳが凝集沈降する傾向はみられるものの、その上澄みは、目視において濁りがあり、明らかに十分なものではなかった。このことは、本発明の高分子凝集剤によってもたらされる従来にない顕著な、凝集・凝結・沈降効果は、微細な懸濁物質と共に、粒径が５０μｍ以上の粗大な懸濁物質が共存している場合に初めて発揮されるものであり、粗大ＳＳと微細ＳＳとが共存して浮遊している状態の廃水を一緒に処理することが重要であることを示している。

【0037】

このことは、図３の結果にも明確に示されている。図３に示されているように、本発明の高分子凝集剤は、廃水中における微細ＳＳと共存する粗大ＳＳの存在量が５００〜１０００ｍｇ／Ｌ程度と少ない場合でも、本発明の凝集・凝結・沈降効果が認められたが、この場合に、より十分な効果を得るためには高分子凝集剤の添加量を増やす必要があった。これに対し、本発明の高分子凝集剤を用い、より少ない添加量で、より高い凝集・沈降効果を安定して得るためには、粗大ＳＳの存在量が、１０００ｍｇ／Ｌ超、３０００〜５０００ｍｇ／Ｌ程度、共存している廃水であることが好ましいことがわかった。したがって、粗大ＳＳの存在量が少ない廃水を処理する場合には、粗大ＳＳを多く含む廃水と混合して処理することや、場合によっては、砂などの粗粒を廃水に添加した状態で処理することも有効である。本発明者らの検討によれば、本発明の高分子凝集剤によって得られる、「粗大ＳＳと微細ＳＳが共存している水中から、同一の処理でこれらのＳＳを取り除く」効果は、処理する水中の粗大ＳＳの存在量が、２５０〜８００００ｍｇ／Ｌ程度でも得られるが、より好ましくは２０００〜２００００ｍｇ／Ｌ程度である場合に、ＳＳがより速やかに凝集沈降し、その上澄みは極めて清澄（透明）なものになり、凝集・沈降した沈殿物は、水離れのよい脱水性に優れた良好なものとなる。また、本発明者らの検討によれば、処理対象の廃水等における粗大ＳＳと微細ＳＳとの存在量として、微細ＳＳ濃度に対する粗大ＳＳ濃度の比（粗／微）が、その質量比で２．０以上である場合に、少ない凝集剤の量で、より安定して顕著な効果を得ることができる。

【0038】

さらに、本発明者らの検討によれば、本発明の高分子凝集剤は、例えば、製鉄工場の熱間圧延工程から大量に排出される廃水中の粗大ＳＳを沈降分離除去するための「スケールピット」と呼ばれる水槽に添加してもよく、それなりの効果が得られるが、より好ましくは、例えば、上記熱間圧延工程で使用した使用済み冷却水（廃水）が、上記の「スケールピット」に至るまでの廃水が激しく流動している溝や液路に添加すると、より高い効果が確実に得られることがわかった。また、特に、「スケールピット」に対してより上流側に添加することが好ましいことを確認した。これらのことは、本発明の高分子凝集剤は、廃水が激しく流動している場所に添加し、高分子凝集剤と、粗大ＳＳ、微細ＳＳを激しい混合状態で反応させる場合の方が、その凝集・凝結・沈降効果がより顕著に発揮されることを示している。このため、廃水が激しく流動している溝や液路がない場合には、廃水を急速撹拌させた状態で高分子凝集剤を添加するように構成することが、本発明の高分子凝集剤の、より高い凝集・凝結・沈降効果を得るための方法として極めて有効になる。より具体的には、本発明者らの検討によれば、粗大ＳＳと微細ＳＳとが並存し、且つ、流速が０．５ｍ／秒以上で、乱流状態の水の中に、上記した高分子凝集剤が共存する状態を生じさせることで、より顕著な効果が得られることを確認した。

【0039】

本発明者らは、これらの理由について、本発明の高分子凝集剤は、粗大ＳＳに対して特に高い凝集効果、さらに強い凝結効果を示し、この速やかに生じる粗大ＳＳの凝集・凝結の際に、共存している微細ＳＳが、本発明の高分子凝集剤によって形成された粗大な凝集物内に取り込まれる結果、本発明の優れた凝集沈降効果が得られたものと考えている。特に、廃水が溝や液路内を流動している場合は、微細ＳＳが廃水内を活発に動いているので、粗大な凝集物内により取り込まれやすくなったものと推論している。このため、本発明の高分子凝集剤を添加することで得られる凝集した沈降・沈殿物は、従来の、凝集剤を添加して沈殿槽内に沈降させることで得られた汚泥とは全く異なり、粗大なものになり、掴み取ることができる、水離れのよい状態のものになる。この結果、本発明の高分子凝集剤によって処理した場合に得られる凝集した沈降・沈殿物は、その後の処理が極めて容易なものになり、従来、その二次処理にかかっていたコストが大幅に低減される。

【実施例】

【0040】

以下に、実施例および比較例を挙げて本発明をさらに詳細に説明する。
［凝集試験例−１（粗大ＳＳが共存することによる効果の確認）］
＜廃水＞
製鉄工場の熱間圧延工程から排出される冷却廃水をサンプリングして、廃水中に含まれる粗大ＳＳの粒子径の範囲がそれぞれに異なる３種類の廃水を用意した。具体的には、粗大ＳＳの最大粒子径の範囲が、それぞれ、５０μｍに満たないもの、５０μｍ以上あり且つ２００μｍに満たないもの、２００μｍ以上あり且つ１，０００μｍに満たないものを用意した。また、比較のために用意した粗大ＳＳの最大粒子径の範囲が５０μｍに満たないものは、予め、廃水を沈降分離処理して粗大ＳＳを除去することで、懸濁物質として最大粒子径が５０μｍに満たない微細ＳＳのみを含む廃水とした。なお、粗大ＳＳの最大粒子径の範囲が、５０μｍ以上あり且つ２００μｍに満たないもの、２００μｍ以上あり且つ１，０００μｍに満たないものには、当然のことながら、粒径が５０μｍに満たない微細ＳＳを含んでいる。

【0041】

＜高分子凝集剤＞
最初に、廃水中に微細ＳＳと共存（並存）する粗大ＳＳの粒径による効果の違いと、試験に使用する本発明で規定する高分子凝集剤の添加量による効果の違いを、下記の凝集剤Ａを用いて検証した。すなわち、凝集剤Ａとして、一般式（１）及び（２）で表される２種類のモノマーを必須成分として、それぞれ２０モル％ずつ含む原料モノマーから誘導した、アクリルアミド／［２−（アクリロイルオキシ）エチル］ベンジルジメチルアンモニウム・クロリド／［２−（アクリロイルオキシ）エチル］トリメチルアンモニウム・クロリド共重合体（モル比＝６０／２０／２０）を主成分とするカチオン性のものを用いた。その重量平均分子量は３００万であり、ｐＨ７におけるカチオンコロイド当量が２．０ｍｅｑ／ｇである。よって、この共重合体のＮ値は１２（Ｌ値＝１．５）である。

【0042】

＜凝集試験方法＞
先に用意した懸濁物質の粒子径が異なる３種類の廃水に、上記した凝集剤Ａの添加量を、２ｍｇ／Ｌと４ｍｇ／Ｌに変えてそれぞれ凝集試験を行った。具体的には、廃水を入れた容器内に高分子凝集剤を添加し、一定時間高速撹拌し、その後に静置して凝集沈降処理を行い、その上澄み水を処理水として、上澄み水（処理水）のＳＳ濃度を測定し、評価した。また、比較のために、各廃水に高分子凝集剤を添加しない以外は同様にして、上澄み水（処理水）のＳＳ濃度を測定した。そして、得られた結果を表１に示した。

【0043】

＜試験結果＞
表１に示したように、各廃水に凝集剤を添加しない場合に比べて、本発明の高分子凝集剤（凝集剤Ａ）を添加すると、いずれの場合も処理水ＳＳ濃度が低減でき、凝集剤としての効果を示すことを確認した。さらに、表１の結果から、特に、懸濁物質として粒子径が５０μｍ以上の粗大なものが含まれている廃水に、凝集剤Ａを添加して凝集試験をした場合に、処理水ＳＳ濃度の低減効果が著しく、この場合は、目標とする処理水ＳＳ＜１０ｍｇ／Ｌを容易に達成できることを確認した。さらに、この場合に得られる処理水は、目視では濁りの認められない清澄なものであった。なお、この試験では、いずれも粗大ＳＳの存在量が３０００ｍｇ／Ｌ程度である廃水を使用した。

【0044】

【0045】

［凝集試験例−２（実施例１〜４、比較例１〜４）］
＜凝集試験方法＞
先の試験に用いた粗大ＳＳの最大粒子径の範囲が、５０μｍ以上あり且つ２００μｍに満たないものである廃水を使用し、高分子凝集剤の添加量を２ｍｇ／Ｌと処理条件を一定にして、本発明で規定するＮ値が種々に異なるようにモノマー組成を設計して誘導した各高分子凝集剤を用いて、実施例１〜４、比較例１、２の凝集試験を行った。具体的には、本発明で規定する一般式（１）及び（２）で表される２種類のモノマーを必須成分として、これらのモル％を適宜に変えた原料モノマーから誘導した、アクリルアミド／［２−（アクリロイルオキシ）エチル］ベンジルジメチルアンモニウム・クロリド／［２−（アクリロイルオキシ）エチル］トリメチルアンモニウム・クロリド共重合体を主成分とする各高分子凝集剤を用いて試験を行った。表２に示した両性の高分子凝集剤は、本発明で規定する一般式（１）及び（２）で表される２種類のモノマーに、さらに、イタコン酸を適宜に混合した原料モノマーを用いて合成したものを用いた。さらに、比較のために、ノニオン系とアニオン系のポリアクリルアミド系高分子凝集剤を用いて同様の試験を行った比較例３、４の結果を併せて示した。なお、この試験では、いずれも粗大ＳＳの存在量が３０００ｍｇ／Ｌ程度である廃水を使用した。

【0046】

＜試験結果＞
表２に、実施例及び比較例で使用した高分子凝集剤の性状と、上澄み水を処理水として、この上澄み水（処理水）のＳＳ濃度を測定して除去性を評価し、これらをまとめて示した。なお、表２中のＮ値は、Ｎ＝重量平均分子量（Ｍｗ）×（カチオンコロイド当量（ＣＥ）)²÷１００万であり、Ｌ値は、Ｌ＝重量平均分子量（Ｍｗ）÷カチオンコロイド当量（ＣＥ）÷１００万である。

【0047】

【0048】

表２に示したように、本発明で規定する性状の高分子凝集剤を用いた実施例では、本発明が最終的な目標としている処理水ＳＳ＜１０ｍｇ／Ｌを容易に達成できることを確認した。そして、得られた処理水は、目視では濁りを認めることができない清澄なものであった。従来のアクリルアミド系の凝集剤を使用した場合の比較例３、４の処理水の濁りは著しく、さらなる処理が必要であった。これに対して、一般式（１）、（２）で表されるモノマーを必須成分として５モル％以上を含む原料モノマーから誘導されるカチオン性の共重合体であるものの、本発明で規定するＮ値を満たさない比較例１、２の高分子凝集剤は、従来のアクリルアミド系の凝集剤に比べて凝集効果が認められたものの、得られる処理水は目視で明らかな濁りが認められた。

【0049】

また、従来のアクリルアミド系の凝集剤を使用して凝集処理した場合と、本発明で規定する要件を満たす高分子凝集剤を用いて凝集処理した場合とでは、凝集した沈降・沈殿物の性状が明らかに異なっていた。具体的には、従来のアクリルアミド系の凝集剤を使用して凝集処理した場合のものは、ふわふわとした汚泥状であり、濾過するのが難しいものであった。これに対し、本発明の高分子凝集剤を用いて処理した場合に得られる凝集沈降した沈殿物は、強固に凝結しており、水離れもよく、摘まんで移動することができるものであった。さらに、本発明の高分子凝集剤を用いて処理した場合は、その凝集沈降も極めて速やかに生じることを確認した。

【0050】

［凝集試験例−３（Ｎ値と凝集・沈降性効果のとの関係）］
＜凝集試験方法＞
上記した結果を踏まえて、さらに、本発明で規定するＮ値が種々に異なるようにモノマー組成を設計して誘導した高分子凝集剤の種類を増やして、凝集試験例−２で行ったと同様の試験を行い、凝集・沈降性の違いを確認した。具体的には、先の試験に用いた粗大ＳＳの最大粒子径の範囲が、５０μｍ以上あり且つ２００μｍに満たないものである廃水を使用し、高分子凝集剤の添加量を２ｍｇ／Ｌと処理条件を一定にして、本発明で規定するＮ値が種々に異なる各高分子凝集剤を用いて試験を行い、凝集試験例−２で行ったと同様に評価した。なお、この試験では、いずれも粗大ＳＳの存在量が３０００ｍｇ／Ｌ程度である廃水を使用した。

【0051】

＜試験結果＞
その結果を図１、２に示したが、使用した高分子凝集剤の重量平均分子量とコロイド当量に対し、これを使用して処理した場合の凝集・沈降効果の違いをＡ〜Ｄの４段階で評価した。Ａ〜Ｄは、いずれも凝集・沈降効果が認められるものであるが、相対的に評価した場合、Ａ＞Ｂ＞Ｃ＞Ｄの順で顕著な効果が認められた。Ｄは、全く凝集・沈降の効果が認められないわけではないが、実施化することを考えて不適と評価した。その結果、図２中の破線で示した、本発明で規定する「共重合体の重量平均分子量とｐＨ７におけるカチオンコロイド当量の２乗を乗じた値を、さらに１００万で除した値をＮとした場合に、Ｎ値が５〜６０である」とする要件を具備した共重合体を凝集剤として使用することで、良好な凝集・沈降効果を実現できることが確認された。さらに、図２から、中でも、重量平均分子量が２００万〜１３００万で、且つ、ｐＨ７におけるカチオンコロイド当量が０．７〜４．１ｍｅｑ／ｇである範囲、さらに、重量平均分子量が４００万〜１３００万で、且つ、ｐＨ７におけるカチオンコロイド当量が１．１〜３．５ｍｅｑ／ｇである場合に、本発明で目的とする効果がより顕著であることがわかった。なお、図１、２中には、凝集試験例−２で行った結果も含まれている。

【0052】

［凝集試験例−４（実施例５〜８、比較例５〜７）（従来の凝集剤を用いた場合との比較）］
懸濁物質として、粒子径が５０μｍ以上あり且つ２００μｍには満たない粗大ＳＳと、微細ＳＳとを含む廃水を用意し、表３に示した従来の凝集剤と本発明の高分子凝集剤とをそれぞれに用い、凝集試験例−１と同様にして凝集処理を行った。その際、比較例５ではＰＡＣ（ポリ塩化アルミニム）を用い、比較例６では、ＰＡＣと、アニオン系高分子凝集剤を組み合わせて使用した。また、比較例７では、このアニオン系高分子凝集剤のみを使用した。実施例５〜８では、凝集試験例−１で使用した高分子凝集剤（凝集剤Ａ）を使用し、その添加量を０．５〜４．０ｍｇ／Ｌで変化させて、凝集試験例−１で行ったと同様にして凝集試験した。そして、上澄み水を処理水として、上澄み水（処理水）のＳＳ濃度を測定して除去性を評価した。測定結果を、表３にまとめて示した。なお、この試験では、いずれも粗大ＳＳの存在量が３０００ｍｇ／Ｌ程度である廃水を使用した。

【0053】

【0054】

表３に示したように、従来の、廃水中の懸濁物質の凝集処理に用いられている比較例の凝集剤をそれぞれに用いた処理により得られた処理水ＳＳ濃度に比べて、本発明の実施例の高分子凝集剤を用いた処理により得られた処理水ＳＳ濃度は、明らかに低い値となった。また、その際に得られた実施例の処理水は、目視では濁りを認めることができない清澄なものであった。さらに、添加量を変化させた実施例５〜８の結果から、凝集剤の添加量は、廃水中に０．５〜４．０ｍｇ／Ｌ程度で足り、経済性を考慮し、より安定した十分な処理を行うためには、例えば、１．０〜２．０ｍｇ／Ｌとすればよいことを確認した。このことから、本発明の高分子凝集剤を用いれば、廃水への添加量が少量であり、しかも無機凝集剤を併用するといった方法を採用することなく、従来の凝集剤の単独使用や一回の凝集処理によっては到底得ることができなかった優れた凝集・凝結・沈降の効果が得られることが確認された。

【0055】

［凝集試験例−５（Ｌ値と、廃水中における粗大ＳＳの存在量と、効果の比較）］
上記の試験例１−４では、いずれも粗大ＳＳの存在量が３０００ｍｇ／Ｌ程度で一定の廃水を使用して行ったが、粗大ＳＳの存在量が低い或いは高い廃水も存在することから、この点についての検討を行った。また、同時に、凝集剤の添加量をより少なくすることについての検討も行った。具体的には、懸濁物質として、粒子径が５０μｍ以上あり且つ２００μｍには満たない粗大ＳＳと、微細ＳＳとを含む廃水を用意したが、その際、粗大ＳＳの存在量が、５００ｍｇ／Ｌ、１０００ｍｇ／Ｌ、５０００ｍｇ／Ｌと、異なる３種類の廃水を用意した。なお、処理前の廃水の微細ＳＳ濃度は、１０５ｍｇ／Ｌ程度で一定にした。また、凝集剤として、前記した一般式（１）、一般式（２）で表されるモノマーの両方を必須成分として５モル％以上を含む原料モノマーから誘導した、重量平均分子量が約４００万〜８００万で、且つ、ｐＨ７におけるカチオンコロイド当量が１．５〜４．８ｍｅｑ／ｇである、Ｌ値が、０．９、１．１、１．６、１．９、２．６、３．５及び５．３、とそれぞれ異なる７種類のカチオン性の共重合体を主成分とするものを用いた。

【0056】

そして、まず、各凝集剤の添加量を１．０ｍｇ／Ｌと少なくして、粗大ＳＳの存在量が異なる上記３種類の廃水について凝集処理を行った。その結果、粗大ＳＳの存在量によらず、図３に示したように、Ｌ値が１．３以上、好ましくは、１．８以上である場合に、高い凝集・凝結・沈降の効果が認められた。また、図３に示した結果から、微細ＳＳと並存する粗大ＳＳの存在量が、５００〜１０００ｍｇ／Ｌと少ないよりも、５０００ｍｇ／Ｌ程度と、その存在量を多い廃水の方が、高い凝集・凝結・沈降の効果が得られることがわかった。微細ＳＳに並存する粗大ＳＳの存在量が少ない場合は、凝集剤の添加量を増やすことで、効果の向上が図れることも確認した。

【0057】

［凝集試験例−６（実施例９〜１５、比較例８〜１０）（原料モノマー、イオン性、Ｎ値、Ｌ値等についての検討）］
図３に示した結果から、粒子径が５０μｍ以上あり且つ２００μｍには満たない粗大ＳＳの廃水中における存在量を５０００ｍｇ／Ｌとし、一方、粒径が５０μｍに満たない微細ＳＳの濃度が５０ｍｇ／Ｌの廃水を使用し、それぞれの高分子凝集剤の添加量を２ｍｇ／Ｌと処理条件を一定にして、さらなる試験を行った。その結果を表４にまとめて示した。

【0058】

【0059】

表４に示したように、使用した高分子凝集剤のＮ値が５〜６０の範囲において、いずれの高分子凝集剤も良好な凝集・凝結・沈降の効果が認められた。さらに、使用した高分子凝集剤のＬ値について検討した結果、Ｎ値が５〜６０の範囲内であっても、Ｌ値が１．５よりも小さい場合は、凝集・沈降効果に劣ることを確認した。Ｌ値が１．５以上、好ましくは２．５以上で良好な凝集・凝結・沈降の効果を示す理由は不明ではあるが、重量平均分子量をカチオンコロイド当量で除した値は、高分子凝集剤において重合度を示すと考えられ、重合度の大きな高分子凝集剤ほど、排水中の粗大粒子と微細な懸濁粒子の凝集において効果的であると推察される。

【産業上の利用可能性】

【0060】

本発明の活用例としては、本発明の高分子凝集剤を用いることで、例えば、製鐵所の連続鋳造工程における鋼材の直接冷却廃水、製鐵所の圧延工程における鋼材の直接冷却廃水、製鐵所の高炉、転炉、電炉工程における集塵廃水、製鐵所の屋外原料貯蔵ヤードから発生する雨水廃水、製鐵所の高炉滓から水砕スラグを得る際に発生する冷却廃水、或いは上水処理における取水、といった粗大ＳＳと微細ＳＳとが併存している状態の大量の廃水から、従来技術ではできなかった、粗大ＳＳと微細ＳＳとを同一の処理で、極めて迅速に凝集沈降させて取り除くことができるようになるので、その工業的価値は極めて高い。また、本発明の高分子凝集剤を用いることで、粗大ＳＳと微細ＳＳとを同一の処理で凝集沈降させた場合の上澄み水は、目視でも懸濁物質の残留が少なくなったことが明確に分かる濁りのない清澄なものであり、そのまま再度冷却水として利用することや、浄水場への導入することができるので、この点からも、その経済的な効果は極めて大きい。更に、本発明の高分子凝集剤と粗大なＳＳと微細ＳＳとが凝結・凝集してなる沈殿物は、取り扱い易く、クラム重機で浚渫することができ、しかも強固に凝結したものとなるので、沈殿物の処理が大幅に簡略化でき、この点でも得られる経済的な効果は極めて大きい。本発明の高分子凝集剤は、粗大ＳＳと微細ＳＳとが併存している状態のいずれの廃水に対しても適用することが可能であるが、処理する廃水量が極めて多い、製鐵所において発生する、金属粉、水砕スラグ、小石、砂、泥、不溶性有機物、石炭粉、コークス粉、更に油分等の多種の懸濁物質を含む廃水に適用した場合や、上水処理の取水処理に適用した場合に、特に多大な効果が期待できる。更に、水中に粗大ＳＳをほとんど含まない水に対しても、予め砂等を添加して粗大ＳＳと微細ＳＳとが併存した状態とし、これを本発明の高分子凝集剤を利用して処理することで、このような水を処理した場合にも同様の効果が期待できる。

【図1】

【図2】

【図3】