廃水処理用カチオン性ポリアクリルアミドエマルジョン

共重合ポリアクリルアミド（パム）の分子量を汚泥の特性に応じて選択する核心的な考え方は、汚泥粒子の分散性、結合水率、表面特性、粘度に適合させることです。廃水中のポリアクリルアミドPAMの分子鎖の架橋能力と溶液粘度をバランスさせることで、効率的な凝集脱水を実現できます。 

1. スラッジ濃度（SS、浮遊固形物含有量）スラッジ濃度は、粒子間の距離と混合の難しさを直接決定し、分子量を選択するための主な基準となります。 

低濃度汚泥

特徴：粒子はまばらで、高度に分散しており、粒子間の距離が大きい。分散粒子をフロックに繋ぐには、長い分子鎖が必要となる。 

ポリアクリルアミドポリマーエマルジョンの適切な分子量：高分子量（1800万〜2500万）。 

理由: 長鎖共重合ポリアクリルアミドは、より長い距離にわたって複数の粒子を吸着し、大きくコンパクトなフロック（粒子サイズ 1 ～ 3 んん）を形成して、沈殿または脱水を促進します。 

中濃度汚泥（1% ≤ SS ≤ 5%、都市混合汚泥など） 

特徴：粒子密度は中程度で、分散粒子と少量の自然凝集体を含みます。架橋性と溶液流動性のバランスをとる必要があります。共重合ポリアクリルアミドの適切な分子量：中分子量（1,200万～1,800万）。

理由：中鎖は粒子の結合と均一な混合の両方を考慮しているため、高分子量共重合ポリアクリルアミドの高粘度による局所的な"enclosure"（フロック内に水が閉じ込められる）や、低分子量ポリアクリルアミドPAMの不十分な架橋を回避できます。都市汚泥（SS = 3%）の場合、分子量1500万の共重合ポリアクリルアミドを使用すると、ろ過ケーキの水分含有量は分子量2000万のPAMよりも3%～5%低くなります。 

高濃度汚泥（SS 5%以下、化学汚泥、製紙汚泥など）

特徴：粒子が緻密で粘性が高い（ペースト状）ため、共重合ポリアクリルアミドが内部に浸透しにくく、表面にシェル層を形成しやすい（外層のみが凝集し、内部の水分は分離できない）。 

共重合ポリアクリルアミドの適切な分子量：低分子量（800万〜1200万）。 

理由：短鎖共重合ポリアクリルアミドは粘度が低いため（同じ濃度で、分子量800万の共重合ポリアクリルアミドの粘度は分子量2000万のPAMのわずか1/3）、スラッジ内部に素早く浸透し、粒子を均一に吸着し、表面の包囲を回避します。ある製紙スラッジ（SS=6%）の場合、分子量1000万のPAMを使用すると、分子量1800万のポリアクリルアミドポリマーエマルジョンと比較して、溶解時間が50%短縮され、脱水効率が20%向上します。 

2. 有機物含有量（VS/TS比） 

有機物含有量は、汚泥中の生物学的フロック（EPSなど）の割合を反映し、粒子の表面特性と結合水の割合に直接影響します。 

高有機物汚泥（VS/TS 60%、余剰活性汚泥、都市汚泥など）

特徴: 細胞外ポリマー (1株当たり利益) を大量に含み、粒子が細かく (粒子サイズ < 50μm)、結合水の割合が高く (30% 以上)、表面に強い負電荷があり、分散しやすいです。 

ポリアクリルアミドポリマーエマルジョンの適切な分子量：中高分子量（1500万〜2200万）。

理由：EPSが形成するコロイドバリアは、長鎖ポリアクリルアミドポリマーエマルジョンの浸透を必要とします。より強力な架橋力によりコロイドの安定性が破壊され、微粒子がせん断抵抗性のフロックへと凝集します。例えば、都市余剰汚泥（VS/TS＝70%）の場合、分子量1800万（イオン度30%）のカチオン性液体凝集剤を使用し、PACで調整すると、遠心脱水後の上澄み液のSSは200mg/Lから80mg/Lに低下します。

低有機物汚泥（VS/TS < 40%、無機汚泥、沈砂池汚泥など）

特徴: 主に無機粒子（砂、土、鉱物）で構成され、粒子が粗く（粒径100μm以下）、結合水が少なく、表面電荷が弱く、自然に沈降しやすいです。 

カチオン液体凝集剤の適切な分子量：低中分子量（800万〜1500万）。

理由：粒子自体が凝集しやすく、過度に長い分子鎖を必要としません。低中分子量の陽イオン性液体凝集剤は分子鎖が短いため、効果的な結合を実現し、低粘度特性によりろ布の目詰まりを回避できます。ある鉱山スラッジ（VS/TS＝30％）の場合、分子量1,000万の陰イオン性液体凝集剤を使用した場合、廃水処理において、分子量1,800万のポリアクリルアミドPAMを使用した場合よりも、加圧ろ過速度が25％速くなります。 

3. 粒子サイズと比表面積 粒子が細かくなり、比表面積が大きくなるほど、粒子を覆って結合するために必要な分子鎖が長くなります。

微粒子スラッジ（粒径<50μm、生化学スラッジ、印刷・染色スラッジなど）

特徴：比表面積が大きく（約1000cm²/g）、表面エネルギーが高く、水分子を容易に吸着して安定なコロイドを形成します。この安定性を破るには、強い架橋力が必要です。 

ポリアクリルアミドポリマーエマルジョンの適切な分子量：中高分子量（1500万〜2000万）。 

 粗粒子スラッジ（粒径100μm以下、沈砂池スラッジ、製鋼スラッジなど）

特徴: 比表面積が小さく (< 500 cm²/g)、粒子が衝突して凝集しやすく、架橋鎖の長さに対する要求が低くなります。

ポリアクリルアミドポリマーエマルジョンの適切な分子量：低〜中分子量（800万〜1500万）。 

4. pH値とイオン環境 

スラッジの pH 値とイオン強度は、ポリアクリルアミドポリマーエマルジョンの溶解、電荷安定性、吸着能力に影響を与え、間接的に分子量の選択に影響を与えます。 

強酸性汚泥（pH < 4、化学酸洗汚泥など）

特徴：H⁺濃度が高く、陰イオン性PAMの加水分解（分子鎖切断）を引き起こす可能性があり、陽イオン性液体凝集剤は酸性環境でより安定しています。

ポリアクリルアミドポリマーエマルジョンの適切な分子量：中分子量（1,200万〜1,600万）（酸性環境における高分子量カチオン性液体凝集剤の鎖切断および機能不全を回避するため）。 

理由: 中程度の長さの鎖は酸性環境でより安定しており、同時に基本的な橋渡しの要件を満たすことができます。 

強アルカリ性汚泥（pH 10以下、石灰調整汚泥など）

特徴：おお⁻は汚泥粒子（石灰によって形成されたCa(おお)₂粒子など）の剛性を高め、廃水処理においては分散した剛性粒子を結合するために長鎖ポリアクリルアミドPAMが必要となります。 

適切な分子量：高分子量（2000万〜2500万）。 

高塩分汚泥（淡水化汚泥、酸洗排水汚泥など）

特徴: 高いイオン強度により二重電気層が圧縮され、粒子は凝集しやすいが、フロックは緩く、フロックの強度を高めるには適切な鎖長が必要です。 

カチオン性液体凝集剤の適切な分子量：中分子量（1200万〜1800万）（塩析による高分子量のカチオン性液体凝集剤の粘度の異常な増加を避けるため）。

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