CN101005891A - 脱水助剂及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种以降低大量的污泥处理以及其他的废水处理所需要的处理费用为目的的价格便宜的脱水助剂。该脱水助剂包括(A)通过机械化学处理而活化的微细木粉和(B)高活性纤维素纤维的混合物或其混合物的磨碎处理物，将高活性纤维素纤维以相对于木粉和高活性纤维素纤维的总质量大于10％的比例添加至木粉中，至少磨碎处理30分钟，制造该脱水助剂。

Description

脱水助剂及其制造方法
技术领域
本发明涉及在将工业排水或家庭排水中的泥浆进行脱水处理时，为提高脱水率而添加的有效脱水助剂及其制造方法。
背景技术
为了浓缩工业排水或家庭排水中的泥浆而使用各种脱水助剂，其一是利用废纸，例如已知有如下所述的方法，将再生纸利用价值高的低级废纸、彩色废纸粉碎为粒径0.25～1mm左右，以相对于污泥固体成分为10～50质量％的比率添加，使用带式挤浆机或螺旋压榨机(screw press)，以压榨压力0.05～0.30MPa进行脱水(参照非专利文献1、2)。
除此之外，到目前为止还提出了如下所述的各种方法：将凝聚剂和废纸粉碎物混合到污泥中，成为凝聚污泥，将该凝聚污泥供给至具备循环运行于重力脱水部和加压脱水部之间的滤布的带式挤浆型脱水机中，进行脱水，这时，控制废纸的混合量和滤布的运行速度，使脱水滤饼的含水率稳定化的脱水方法(参照专利文献1)；将离解纸浆以相当于污泥SS为1～20重量％混合于有机污泥中，然后，进行浓缩操作的污泥处理方法(参照专利文献2)；将凝聚剂混合于污泥中并使之凝聚，将该凝聚污泥进行一次脱水后，将废纸作为脱水助剂混合，进行二次脱水的污泥脱水方法(参照专利文献3)；将无机盐凝聚剂添加于在大小便处理场中产生的污泥中，脱水后，将粉碎贝壳添加于脱水滤饼中，进行pH调整，再添加破碎的废纸，使通气性良好，使好氧性微生物繁殖，进行有机物的分解和恶臭的吸收的堆肥化法(参照专利文献4)等。
但是，这些利用废纸将污泥进行脱水的方法对将含水率90质量％以上的动物泥状粪或下水污泥、工业废液污泥脱水到含水率70质量％以下几乎是不可能的，再者，即使是可能的，也必须混合相对于污泥为20质量％以上、根据情况为30质量％以上的废纸，因此，存在不可避免地要增加脱水滤饼量，其操作变繁杂的缺点。
专利文献1：日本国特开平9-216000号公报(专利权利要求及其他)
专利文献2：日本国特开平11-19698号公报(专利权利要求及其他)
专利文献3：日本国特开2001-121199号公报(专利权利要求及其他)
专利文献4：特开2001-302377号公报(专利权利要求及其他)
非专利文献1：《(月刊下水道》、第21卷、第73号、p.80-86
非专利文献2：《(资源环境对策》、1988年、第34卷、第9号、p.25-33
发明内容
基于以上所述的情况，本发明人中的一人先提出了使用包括通过机械剪切赋予机械化学活性的径为10～30μm、长度为500～1000μm的微细纸浆纤维的高活性纤维素纤维作为脱水助剂(专利申请2004-56927号)，但在使用废纸作为该原料时，因为需要实施脱墨处理等前处理而且在受控的条件下进行机械剪切，所以存在如下所述的缺点：不可避免地使脱水助剂的制造费用变高，在大量的污泥处理中，由于脱水助剂的成本高而经费加大。
本发明目的在于克服这类缺点，提供价格便宜的脱水助剂、降低大量的污泥处理及其他废水处理所需要的处理费用。
本发明人等为了开发效率高而且价格便宜的脱水助剂而悉心研究的结果发现：如果将通过机械化学处理将目前尚未利用而直接废弃或焚烧的木屑进行微粉化且活化后的物质混合到上述高活性纤维素纤维中，可以不降低脱水效率而使成本降低；以及，在打磨处理时木制品产生的研磨屑微粉可直接用作上述活化的微细木粉，基于该发现以至完成了本发明。
即，本发明提供一种脱水助剂和脱水助剂的制造方法，该脱水助剂包括(A)通过机械化学处理而活化的微细木粉和(B)高活性纤维素纤维的混合物或其混合物的磨碎处理物；该脱水助剂的制造方法的特征在于，将高活性纤维素纤维以相对于木粉和高活性纤维素纤维的总质量为大于10％的比率添加至木粉中，并至少磨碎处理30分钟。
下面，更详细地说明本发明。
用作本发明的脱水助剂中的(A)成分的微细木粉可以是针叶树或阔叶树任一种的木粉，还可以是杆已木质化的单子叶植物即竹的粉末，没有特别限制。作为该针叶树，例如杉、红松、云杉(Picea jezoensis)、冷杉、美国松、铁钐、Tsuga heterophylla，再者，作为阔叶树，例如有梧桐、椴树、山毛榉、真桦(Betula maximowiczian)、桂树(Cercidiphyllum japonicum)、槭树、白栎、榉树(Zelkova serrata)、青栲(Quercus myrsinaefolia)、红柳桉、大花龙脑树、苦竹、蓬莱竹、矮竹(Bambusa multiplex)等。
作为本发明的(A)成分，使用这些植物的木粉，但可以利用间伐木材的木屑或木工切屑的粉碎物、或在木材加工时产生的小屑这类废弃物。
作为本发明的(A)成分，需要以施加机械的剪切力将这样的木粉进行机械化学活性化而得到的微细木粉的形态使用。
这里，所谓机械化学，是将机械能施加于固体物质上使之破坏、使之形成活性点并产生化学反应性能的现象，这不仅与由于破坏导致的表面积的增大有关，而且与由于所施加的机械能导致的内部能量的积蓄有关。
这时，使用振动球磨机、旋转球磨机、棒磨机、磨盘式粉碎机、喷射式粉碎机、微喷射机(microatomizer)、高速搅拌机等，在干燥状态或湿润状态下通过粉碎或磨碎，施加机械能，但特别优选使用磨碎机在干燥状态下磨碎。该粉碎或磨碎优选进行到得到粒径1～100μm、优选10～50μm的微细木粉，但这通常至少需要30分钟，优选1～3小时的处理时间。
通常的木材粉末例如锯屑，用电子显微镜观察时，具有蜂窝状构造，但作为本发明的(A)成分，优选使用机械化学处理到该蜂窝状构造被破坏的物质。特别是在制造合板(胶合板)时的最后加工工序中，通过采用辊式磨光机、砂带抛光机(belt sander)、魏尔德砂带抛光机(Wilde’s cord belt sander)等的磨光处理产生的研磨屑、或者，在木工造形品的加工工序中，用喷砂法产生研磨屑是非常微细的粉末，而且，可以在研磨时施加强大的机械能，所以特别优选。
木粉包括罗汉柏(Thujopsis dolabrata)或丝柏(Chamaecyparis obtusa)的木粉或竹的粉末时，可以赋予杀菌性和消臭性，可长时间防止脱水处理物的腐烂或产生恶臭。这时，罗汉柏或丝柏的含有比率占所有木粉的5～30质量％，就足够了。
接着，作为与上述(A)成分混合的(B)成分，使用高活性纤维素纤维，它通过如下所述的方法制造，例如在将纤维素纤维分散于水中的状态或干燥状态下，施加机械能，并进行搅拌或磨碎处理，使该纤维素纤维的总质量的至少50质量％微细化为径10～30μm、长度500～1000μm的大小。
这时，用作原料的纸浆纤维可以任意选自通常的用作制纸原料的碱法木材纸浆、亚硫酸纸浆、化学磨木浆、半化学纸浆之类的木材纸浆或蔗渣浆、麻浆、竹浆、韧皮浆、稻草浆等用于制纸的纸浆，但考虑到再生资源的有效利用，优选使用废纸纸浆。
由于上述用于制纸的纸浆中大多混入了各种夹杂物或未浸渍软化纤维等，所以使用预先通过筛分处理除去它们，并且纤维素纤维的纯度高达97％以上、优选99％以上的物质作为原料。作为该纤维，还优选使用已打浆并且纤维充分原纤化的物质。
再者，废纸纸浆使用简单地浸渍于水中并使各纤维浸渍软化的纸浆，但这需要与通常的再生纸的情况一样预先进行脱墨处理，除去着色颜料、填充颜料、上胶剂等用于制纸的添加剂，使纤维素纤维的纯度高达97％以上、优选99％以上。该脱墨处理例如可通过如下所述的方式进行，加碱蒸煮后，从纤维素纤维中沉降分离夹杂物，收集浮游于水溶液中的纤维素纤维。这时，为了促进脱墨处理，也可以添加表面活性剂、磺化油、膨润土、偏硅酸钠等分散剂。
接着，机械化学处理该高纯度纤维素纤维，使之形成高活性纤维素纤维，但该机械化学处理例如通过如下所述的方式进行，在水中，将高纯度纤维素纤维剪切为径10～30μm、长度500～1000μm的微细纸浆纤维，施加机械能。这样得到的高活性纤维素纤维因为在机械化学处理后，发光(光子(フオトン))现象立即发生变化，所以通过向该纤维素纤维照射光线例如紫外线，测定放出的光子，可知其活化的程度。然后，作为在本发明中使用的高活性纤维素纤维，优选使用如下的物质，在机械化学处理后照射紫外线，用极微弱发光测定装置解析刚刚照射后的发光现象，光子测定值与处理前相比，至少增加到1.5倍。
这类优选的高活性纤维素纤维例如由有限公司リセルバ一公司出售的注册商标名“リセルバ一”。
本发明的脱水助剂是将(B)成分以基于两者的总质量为大于10％的比率、优选40％以上的比率混合于(A)成分中的物质。
该混合也可以以规定的比率通过搅拌混合或振动混合使干燥状态的(A)成分和(B)成分均匀分散来进行，但优选使两者的混合物至少磨碎30分钟同时使之均匀分散。
即使单独使用(A)成分例如在打磨处理时胶合板产生的屑状木粉，也得到某种程度的脱水促进效果，但通过与(B)成分混合，可以得到与单独使用(B)成分的情况不相上下的或更高的效果。
这时，使用粒径300～1500μm的粗木粉代替由机械化学处理被活性化过的微细木粉作为(A)成分，使之与(B)成分配合，磨碎处理至成为粒径1～100μm、优选5～50μm的微粉，也可以在混合的同时进行机械化学的活化。
由于(B)成分的高活性纤维素纤维在单独处理中过于微细化时其活性会降低，因此在单独使用时，必须制成上述范围内的大小的纤维来使用，但在与(A)成分混合的状态下进行微细化时，因为粒径1～1 00μm的微粉混合物没有发生活性降低，可以以微粉末状态利用，因此是有利的。
如果要使用本发明的脱水助剂，将废液泥浆例如下水污泥进行脱水，向下水污泥中添加相对于其中的固体成分的质量为5～35质量％，优选10～20质量％的脱水助剂并充分混合。通过该处理，水中的固体成分成为泥浆状态的块状物而分离。
接着，将有机高分子凝聚剂以0.1～0.5质量％浓度的水溶液添加至含有该泥浆状的污泥的下水中。这时的添加量在相对于下水中的固体成分质量为0.1～20质量％，优选0.5～10质量％的范围内选择。作为该有机高分子凝聚剂，使用非离子类、阳离子类或两性合成高分子凝聚剂。
作为该非离子类合成高分子凝聚剂，例如可举出聚丙烯酰胺、聚环氧乙烷、尿素-福尔马林树脂；作为阳离子类合成高分子凝聚剂，例如可举出聚氨基甲基丙烯酰胺、聚乙烯基咪唑啉、壳多糖、ァイオネン类共聚物、环氧基胺类共聚物；作为两性合成高分子凝聚剂，例如可举出卵磷脂类两性表面活性剂、酪蛋白分解物类两性表面活性剂等。
其中特别优选的是丙烯酰氧基烷基三烷基铵盐或甲基丙烯酰氧基烷基三烷基铵盐的均聚物、及这些铵盐和丙烯酰胺的共聚物。这些聚合物或共聚物的分子量优选3000～100,000的范围。
这类合成高分子凝聚剂例如市售有液态高分子凝聚剂“E-513”和“E-555”(均为ハイモ公司制造)。
在采用该有机合成高分子凝聚剂的泥浆凝聚尚未充分进行时，根据需要，可以同时使用无机高分子凝聚剂。作为该无机高分子凝聚剂，例如有聚硫酸铁(III)、聚氯化铁(III)、聚氯化铝、聚硫酸铝等。这些无机高分子凝聚剂通常为5～15质量％浓度的水溶液，以有机高分子凝聚剂的使用量的1.0～20倍量、优选2.0～5.0倍量的比率，添加到下水污泥中。
因为下水污泥的组成随着生成环境、季节而变动，所以需要根据其组成，在上述范围内，适当增减脱水助剂和有机高分子凝聚剂的使用量。
在进行该下水污泥的处理时，脱水助剂和有机高分子凝聚剂的添加顺序很重要，首先，添加脱水助剂，搅拌，使之形成泥浆后再添加有机高分子凝聚剂。当使该添加顺序相反时，脱水效果降低。为了形成该泥浆，需要剧烈搅拌至少1分钟、优选3～5分钟。
接着，将有机高分子凝聚剂添加至这样形成的泥浆中并进行搅拌时，立即形成块状物，所以在充分形成块状物后，进行榨液处理。形成该块状物所需要的时间至少为2分钟，通常为3～10分钟即足够，但根据需要也可以处理更长的时间。
例如通过螺旋压榨方式、带式挤浆方式或加压过滤方式，将这样充分形成块状物的处理物进行榨液。作为这时的挤压压力，通常在30～100kPa、优选约50kPa或以上的范围内选择。也可以使用比这更低的压力的方式，例如使用真空脱水方式，但脱水助剂的脱水性能是压力越高发挥越高的性能，所以尽可能优选使用高挤压压力的榨液机。
本发明的脱水助剂不仅使用于下水污泥的脱水而且还使用于水产加工废液、食品废液、造纸废液、动物粪尿等各种产业废液的处理，可以以良好效率脱水至含水率为65％以下。
具体实施方式
接着，通过实施例，说明实施本发明的最优选的方式，但本发明并不受这些例子的任何限制。
参考例
利用磨碎机(秋木铁工公司制造，制品名“木材破碎机K-3000”)将由瓦楞废纸板再生的高纯度纤维素纤维(杂质含量1质量％以下、径30～100μm、长度2～2.5mm)磨碎1分钟或3分钟，进行机械化学活化，得到样品2(径25～35μm、长度1～1.5mm)及样品3(径10～13μm、长度0.8～1.0mm)。
对这样得到的样品2和3与未处理的高纯度纤维素纤维(样品1)，如以下方式，进行化学发光试验。
将样品10mg装入至径为50mm的不锈钢制造的皿中，照射LED-UV(波长375mm)10秒钟，1秒后，在大气中室温(24℃)下，使用极微弱发光测定装置(东北电子工业公司制、注册商标名“化学发光测定器MLA-GOLDS”)，测定发生光子数。
其结果如表1所示。
表1
试料  光子测定数(个)  相对于未处理光子测定数的比例
样品1     2260             1
样品2     2610             1.15
样品3     3830             1.69
实施例1
以表2所示的质量比混合高活性纤维素纤维(在参考例中得到的样品3)和柳安木微粉(胶合板在打磨加工结束时产生的粉，平均粒径30μm)，使用磨碎机((株)石川工场制造，制品名“石川式搅拌磨碎机AGA”)，通过60分钟的磨碎，制造微粉末状(平均粒径30μm)的脱水助剂。
将上述的脱水助剂80g(相对于污泥固体成分，相当于10质量％)添加至由仙盐净化中心下水处理场采集的下水污泥(含水率96质量％)20升中，搅拌2分钟，形成泥浆后，添加高分子凝聚剂(浅田化学工业公司制造，商品名“イシフロツクICD3832”)的0.2％水溶液520ml(相对于污泥固体成分，相当于1.3质量％固体成分)，搅拌3分钟后，在污泥中形成块状物。
接着，使用手动榨液机，以8kg/cm2的压力，将这样处理的下水污泥脱水10分钟，测定得到的脱水滤饼的含水率。
这时，块状物的性质状况以及得到的脱水滤饼的含水率如表2所示。
另外，表中块状物的形状评价具有下述含意。
(1)大小
A：平均粒径10mm以上
B：平均粒径5mm以上不足10mm
C：平均粒径3mm以上不足5mm
D：平均粒径不足3mm
(2)硬度
A：维持形状，并且即使用手指压也没有产生凹陷
B：维持形状，用手指压时产生凹陷
C：维持形状，用手指压时容易地陷入其中
D：软且不能维持形状
(3)握感
A：能牢牢握住
B：稍微能握住
C：完全不能握住
表2
 试料No.   脱水助剂组成(质量％)     块状物性状     脱水滤饼含水率(质量％)
  木粉   高活性纤维素纤维  大小  硬度  握感
 1    20     80   A   B   B     57.7
 2    40     60   A   B   B     61.5
 3    50     50   A   B   B     61.5
 4    60     40   A   B   B     61.5
 5    80     20   B   B   B     64.3
 对照    0     100   B   B   B     57.5
由表2可知：即使添加木粉，也充分保持了高活性纤维素纤维的脱水能力，而且，与纤维状的高活性纤维素纤维不同，因为可以以粉末状添加，所以形成的块状物的性质状况却提高了。
比较例
除使用25质量％的废纸的浸渍软化纤维代替实施例1中的脱水助剂以外，在与实施例1相同的条件下，进行下水污泥的脱水处理后，块状物的性质状况是大小D、硬度D、握感C，压榨后产生的脱水滤饼的含水率为81.5质量％。
实施例2
将在实施例1中使用的脱水助剂(No.5试料)200g(相对于粪尿中的固体成分，相当于21.3质量％)添加至由T养猪场排出的泥状动物粪尿(含水率95.3质量％)20升中，搅拌2分钟，形成泥浆后，添加液状两性高分子凝聚剂(ハイモ公司制、商品名“E-513”)的0.28质量％水溶液2.0升(相对于粪尿中的固体成分，相当于0.60质量％)，搅拌约3分钟。
通过该处理，形成块状物，与污水部分分离。接着，通过螺旋压榨式污泥脱水机(新明和公司制、制品名“SSP-1000”)，以转速2.4转/分钟，脱水该处理物。
这样，得到含水率63.5质量％的脱水滤饼。这时，块状物的性质状况是大小B、硬度B、握感B。
实施例3
向由盐釜市住宅水产加工业合作社内水处理设施的已脱湿的排水渣滓(含水率93.3质量％)20升中，添加在实施例1中使用的脱水助剂(No.5试料)200g(相对于渣滓中的固体成分，相当于11.5质量％)，以2200rpm搅拌5分钟后，添加8.7g的两性类高分子凝聚剂(浅田化学工业公司制、商品名“パラロツク410K101”)作为0.2质量％水溶液，还通过搅拌约3分钟使块状物浮起。该块状物的性质状况是大小A、硬度B、握感B。
接着，用与在实施例2中使用的相同的螺旋压榨机脱水处理含有该块状物的排水后，得到含水率55质量％的残滓滤饼。
工业实用性
本发明的脱水助剂由于是可以利用目前未利用而是直接被废弃的木粉作为脱水助剂的成分，所以能够降低原料成本。再者，在使用该脱水助剂时，可以将由各种生活排水、工业排水产生的含水污泥脱水至65％以下的含水量。因此，用该脱水助剂处理的污泥可以用作堆肥原料。再者，在含水量为65％以下时，通常体积约为二分之一，所以即使在随后的焚烧、填埋等废弃物处理时，也具有可以明显降低处理量这一优点。因此，本发明的脱水助剂可以优选用于各种废液处理时的泥浆的脱水。

Claims (12)

1.一种脱水助剂，该脱水助剂包括(A)通过机械化学处理而活化的微细木粉和(B)高活性纤维素纤维的混合物。
2.一种脱水助剂，该脱水助剂包括(A)通过机械化学处理而活化的微细木粉和(B)高活性纤维素纤维的混合物的磨碎处理物。
3.权利要求1或2所述的脱水助剂，其中，所述(A)成分微细木粉以5～30质量％的比例含有罗汉柏或丝柏的微细木粉。
4.如权利要求1、2或3所述的脱水助剂，其中，以(A)成分和(B)成分的总质量计，(B)成分的混合比例为大于10％的范围。
5.权利要求1～4中任一项所述的脱水助剂，其中，(A)成分是在打磨处理时木制品产生的研磨屑微粉。
6.权利要求5所述的脱水助剂，其中，在打磨处理时木制品产生的研磨屑微粉中含有5～30质量％的罗汉柏或丝柏的微细木粉。
7.一种脱水助剂的制造方法，其中，将高活性纤维素纤维以相对于木粉和高活性纤维素纤维的总质量为大于10％的比例添加至木粉中，并至少磨碎处理30分钟。
8.权利要求7所述的脱水助剂的制造方法，其中，木粉是粒径300～1500μm的粗木粉。
9.权利要求8所述的脱水助剂的制造方法，其中，粗木粉包括罗汉柏或丝柏的木粉。
10.权利要求8或9所述的脱水助剂的制造方法，其中，磨碎混合粗木粉直至成为粒径为1～100μm的微粉。
11.权利要求7所述的脱水助剂的制造方法，其中，木粉是在打磨处理时产生的研磨屑微粉。
12.权利要求11所述的脱水助剂的制造方法，其中，木粉是在打磨处理时产生的研磨屑微粉和罗汉柏或丝柏的木粉的混合物。
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