JP2007289928A - 有機凝結剤 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 特定のカチオン性モノマー(a)、並びに20℃の水への溶解度が1g/水100g以下で、1価の(メタ)アクリロイル基含有化合物および芳香環含有1価ビニル化合物からなる群から選ばれる1種または2種以上の疎水性モノマー(b)を構成単位とし、少なくともpH3で水に溶解し、水に不溶化するpHがpH4〜10の間に存在する共重合体(A)からなることを特徴とする有機凝結剤。
【選択図】 なし
Description
また、これらの有機性もしくは無機性の汚泥または廃水の脱水処理に対しては、縮合系ポリアミンの有機凝結剤および両性高分子凝集剤を併用する方法(例えば、特許文献4参照)等が提案されている。
また、上記の汚泥または廃水の脱水処理においては、昨今の汚泥および廃水量の増加に伴う処理速度向上の観点から、より強いフロックを形成する性能が求められ、また、汚泥の難脱水化に伴う脱水ケーキの焼却または埋め立て処分コスト増加の観点から、脱水ケーキ中の含水率を大幅に低減する性能を有し、さらには脱水工程後の分離水の脱色およびCOD低減性能をも有する有機凝結剤が望まれている。しかしながら、上記提案の有機凝結剤では、これらの性能を満足することはできず、また、上記提案の有機凝結剤と高分子凝集剤を併用する方法によってもまだ十分とはいえなかった。
本発明の目的は、汚泥または廃水の処理時の清澄性の向上、COD低減効果等に優れる有機凝結剤、並びに、フロックの粗大化、脱水ケーキの低含水率化、およびろ液のCOD低減、清澄性向上等の特性に優れる汚泥または廃水の処理法を提供することにある。
CH2=CR1−CO−X−Q−N+R2R3R4・Z- (1)
[式中、XはOまたはNH;Qは炭素数2〜4のアルキレン基または炭素数2〜4のヒドロキシアルキレン基;R1はHまたはメチル基;R2、R3、R4はそれぞれ独立にH、炭素数1〜16のアルキル、アリールアルキルまたはアルキルアリール基;Z-は対アニオンを表す。]
;並びに、(A)が溶解するpHに調整した汚泥または廃水に、該有機凝結剤を添加し、さらに(A)が不溶化するpH4〜10の範囲のpH以上に汚泥または廃水のpHを調整した後、高分子凝集剤を添加してフロックを形成させ、固液分離させることを特徴とする汚泥または廃水の処理方法である。
(1)汚泥または廃水に添加、混合することにより優れた凝結性、COD低減性および脱色性を示す。
(2)無機凝結剤を併用しない場合でも、ろ液の清澄性を悪化させることがない。
(3)高分子凝集剤と組み合わせることにより汚泥または廃水の優れた脱水効果を示す。
CH2=CR1−CO−X−Q−N+R2R3R4・Z- (1)
式中、XはOまたはNH、また、Qは炭素数(以下Cと略記)2〜4(好ましくは2〜3)のアルキレン基またはC2〜4(好ましくは2〜3)のヒドロキシアルキレン基を表す。Cが4を超えると(A)の水への溶解性が悪くなる。
R2、R3、R4はそれぞれ独立にH、C1〜16(好ましくはC1〜10)の、アルキル、アリールアルキルまたはアルキルアリール基を表す。Cが16を超えると(A)の水への溶解性が悪くなる。該アルキル基としては、例えばメチル、エチル、n−およびi−プロピル、n−、i−、sec−およびt−ブチル、n−、i−、sec−およびt−アミルおよびラウリル基;アリールアルキル基としては、例えばベンジルおよびフェニルエチル基;アルキルアリール基としては、例えばトルイル、エチルフェニルおよびクミル基が挙げられる。
上記R2、R3、R4として例示したもののうち好ましいのはH、C1〜2のメチルおよびエチル基である。
(1)無機酸、例えばハロゲン化水素(例えばHF、HCl、HBrおよびHI)、硫酸、硝酸およびリン酸
(2)硫酸エステル、例えばC1〜30の硫酸エステル[例えばアルキルもしくはアルケニル硫酸(例えばメチル硫酸、エチル硫酸、ラウリル硫酸、ミリスチル硫酸、パルミチル硫酸、ステアリル硫酸、オレイル硫酸、リノール硫酸およびセチル硫酸)および高級アルコール(C10〜20)のエチレンオキサイド(以下、EOと略記)1〜10モル付加物の硫酸エステル]
(6)カルボン酸、例えばC1〜30のカルボン酸、例えば脂肪族[C1〜30のモノ−およびジカルボン酸、例えばギ酸、シュウ酸、酢酸、プロピオン酸、マレイン酸、フマル酸およびアジピン酸];脂環式[C4〜30のモノ−およびジカルボン酸、例えばシクロペンタン(ジ)カルボン酸およびシクロヘキサン(ジ)カルボン酸];および芳香(脂肪)族[C7〜30のモノ−およびジカルボン酸、例えば安息香酸、フタル酸、キシリレンジカルボン酸]
(a1)(メタ)アクリレート[一般式(1)におけるXがOの場合]のアミン塩
1級アミノ基含有(メタ)アクリレート[C5〜20、例えばアミノエチル(メタ)アクリレートおよびアミノプロピル(メタ)アクリレート]、2級アミノ基含有(メタ)アクリレート[C6〜20、例えばメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、メチルアミノプロピル(メタ)アクリレートおよびアミノエチル(メタ)アクリレート]および3級アミノ基含有(メタ)アクリレート[C7〜20、例えばジメチルアミノエチル(メタ)
アクリレートおよびジメチルアミノプロピル(メタ)アクリレート]の、無機酸(上記のもの)塩、有機酸(上記の硫酸エステル、スルホン酸、リン酸エステル、ホスホン酸、カルボン酸等)塩およびこれらのアミン(塩)を4級化剤[C1〜6のアルキル、C7〜16のアリールアルキルまたはC7〜16のアルキルアリールハロゲン化物、例えばメチルクロライド、エチルクロライド、ベンジルクロライド、フェネチルクロライド]で4級化してなる第4級アンモニウム塩
1級アミノ基含有(メタ)アクリルアミド[例えばアミノエチル(メタ)アクリルアミドおよびアミノプロピル(メタ)アクリルアミド]、2級アミノ基含有(メタ)アクリルアミド[例えばメチルアミノエチル(メタ)アクリルアミドおよびメチルアミノプロピル(メタ)アクリルアミド]および3級アミノ基含有(メタ)アクリルアミド[例えばジメチルアミノエチル(メタ)アクリルアミドおよびジメチルアミノプロピル(メタ)アクリルアミド]の無機酸(上記のもの)塩、有機酸(上記のもの)塩および上記アミンを4級化剤(上記のもの)で4級化してなる第4級アンモニウム塩
(b)の溶解度が1g/水100gを超えると、(A)を少なくともpH3で溶解させるように設計した場合、(A)が不溶化するpHをpH4〜10の範囲に存在させることが難しいことから、凝結効果が不十分となって、COD低減、ろ液清澄性向上および脱色効果等が悪化、また、後述する高分子凝集剤との併用による脱水ケーキの含水率低減効果が悪くなる。
(b11)(メタ)アクリル酸エステル
C8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。]1,000以下、例えば(メタ)アクリル酸アルキルエステル、(メタ)アクリル酸アルケニルエステル、および(メタ)アクリル酸ポリオキシプロピレンエステル:例えば、ブチルメタアクリレート、(メタ)アクリル酸2−エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸オクチル、(メタ)アクリル酸ドデシル、(メタ)アクリル酸ラウリル、(メタ)アクリル酸セチル、(メタ)アクリル酸ステアリル、(メタ)アクリル酸オレイル、ポリプロピレングリコール(Mn100〜800)の(メタ)アクリル酸エステル。
N−アルキル置換(メタ)アクリルアミド、N−アルケニル置換(メタ)アクリルアミド、およびN−(ポリ)オキシプロピル置換(メタ)アクリルアミド;例えば、N,N−ジエチル(メタ)アクリルアミド、N−2エチルヘキシル(メタ)アクリルアミド、N−オクチル(メタ)アクリルアミド、N−ドデシル(メタ)アクリルアミド、N−ラウリル(メタ)アクリルアミド、N−セチル(メタ)アクリルアミド、N−ステアリル(メタ)アクリルアミド、N−オレイル(メタ)アクリルアミド、N,N−ジ(ポリ)オキシプロピル[(ポリ)オキシプロピル基はPO1〜3モル付加](メタ)アクリルアミド等。
(b21)単環化合物
C8〜C13、例えばスチレン、α−メチルスチレン、β−メチルスチレン、メチルスチレン、ジメチルスチレン、トリメチルスチレン、ヒドロキシスチレン、メトキシスチレン、アセトキシスチレン、アリルベンゼン、アリルフェノールが挙げられる。
(b22)多環化合物
C12〜C15、例えばビニルナフタレン、ナフチルアクリル酸、ビニルナフトールが挙げられる。
これらの(b2)のうち工業上の観点から好ましいのは、スチレン、α−メチルスチレン、ヒドロキシスチレン、アセトキシスチレン、さらに好ましいのはスチレン、α−メチルスチレン、アセトキシスチレンとくに好ましいのはスチレンである。
(c1)水溶性の1価の不飽和基含有化合物
ここにおいて水溶性とは、20℃の水への溶解度が1g/水100gを超えることを意味する。
(c11)(メタ)アクリレート
C5以上かつMn3,000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(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコール(重合度3〜50)モノ(メタ)アクリレートおよび(ポリ)グリセロール(重合度1〜10)モノ(メタ)アクリレート]、2−シアノエチル(メタ)アクリレート、メチル(メタ)アクリレート
モノカルボン酸[C3〜30、例えば(メタ)アクリル酸、ビニル安息香酸およびアリル酢酸]およびポリ(2価〜4価またはそれ以上)カルボン酸[C4〜30、例えば(無水)マレイン酸、フマル酸および(無水)イタコン酸]
(c13)不飽和スルホン酸
脂肪族スルホン酸[C2〜20、例えばビニルスルホン酸、(メタ)アリルスルホン酸];芳香族スルホン酸[C6〜20、例えばスチレンスルホン酸、α−メチルスチレンスルホン酸];スルホカルボン酸(例えばα−スルホアルカン酸およびスルホコハク酸)のアルケニルおよびアルキル(C1〜18)アルケニルエステル[C7〜30、例えばメチルビニル、プロピル(メタ)アリルおよびステアリル(メタ)アリルスルホサクシネート、(メタ)アリルスルホラウレート];スルホ基含有(メタ)アクリレート〔C4〜30、例えば(メタ)アクリロイルオキシアルカン(アルカンのCは2〜20)スルホン酸[例えば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−および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〕;スルホ基含有(メタ)アクリルアミド[C5〜30、例えば2−(メタ)アクリロイルアミノエタン−、プロパン−およびブタン−スルホン酸、3−(メタ)アクリロイルアミノプロパンスルホン酸、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];アルキル(C1〜20)(メタ)アリルスルホコハク酸エステル[C8〜28、例えばメチル(メタ)アリルスルホコハク酸エステル]等
(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、−エチル並びに−n−および−i−プロピル(メタ)アクリルアミド等]およびN−メチロール(メタ)アクリルアミド等
(c15)アミンイミド基を有する化合物
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)アクリルイミドおよび1,1,1−トリメチルアミン(メタ)アクリルイミド等
(c16)上記以外の窒素原子含有不飽和基含有化合物
C3〜20、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、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、ビニルアニリン、(メタ)アリルアミン、ジ(メタ)アリルアミン、2−ビニルピリジン、3−ビニルピペリジン、ビニルピラジンおよびビニルモルホリン
(c17)前記(a)のうち、塩を形成していない遊離のアミン
C2〜7、例えば不飽和炭化水素[エチレン、プロピレンおよびその他のα−オレフィン(1−ブテン、1−ヘキセン、1−ヘプタン等)等]が挙げられる。
C10〜54、例えば不飽和炭化水素(ジビニルベンゼン等)、ジ(メタ)アクリレート[1,6−ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、(ポリ)エチレングリコール(C2以上かつMn1,200以下)ジ(メタ)アクリレート、(ポリ)プロピレングリコール(C3以上かつMn900以下)ジ(メタ)アクリレート等]
る(A)の凝結作用に悪影響しないとの観点から好ましくは40モル%以下、さらに好ましくは30モル%以下、とくに好ましくは20モル%以下である。
溶液滴下重合としては、例えば溶媒の沸点下にモノマー、溶媒およびラジカル重合開始剤の溶液を滴下する方法(例えば特開平6−211942号公報)を用いて製造することができ、溶媒として有機溶媒を使用した場合は、取り扱い危険性および環境保護の観点等の必要により通常脱溶媒し水を加えて製造される。
これらのうちでモノマーおよび開始剤の溶解性、重合後の脱溶媒のしやすさの観点から好ましいのは水とアルコールの混合溶媒である。さらに好ましくは水とイソプロピルアルコールの混合溶媒である。
上記の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(例えば重亜硫酸ナトリウム、重亜硫酸カリウムおよび重亜硫酸アンモニウム)、還元性金属塩[例えば硫酸鉄(II)]、3級アミン[例えばジメチルアミノ安息香酸(塩)およびジメチルアミノエタノール]、遷移金属塩のアミン錯体[例えば塩化コバルト(III)のペンタメチレンヘキサミン錯体および塩化銅(II)のジエチレントリアミン錯体]および有機性還元剤(例えばアスコルビン酸)が挙げられる。また、アゾ開始剤、過酸化物開始剤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種以上の開始剤を併用してもよい。
えばメチルアミン、ジメチルアミン、トリエチルアミンおよびプロパノールアミン)]および分子内に1つまたは2つ以上のチオール基を有する化合物(後述)が挙げられる。
これらのうちで分子量制御の観点から好ましいのは、分子内に1つまたは2つ以上のチオール基を有する化合物である。
(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)、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、システインおよび2−メルカプトエチルアミン]、脂環式チオール(C5〜20、例えばシクロペンタンチオールおよびシクロヘキサンチオール)および芳香(脂肪)族チオール(C6〜12、例えばベンゼンチオールおよびベンジルメルカプタンおよびチオサリチル酸)が挙げられる。
ジチオール[脂肪族(C2〜40)ジチオール(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、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等)、脂環式(C5〜20)ジチオール(例えばシクロペンタンジチオールおよびシクロヘキサンジチオール)および芳香族(C6〜16)ジチオール(例えばベンゼンジチオール、ビフェニルジチオール)が挙げられる。
溶液滴下重合におけるモノマー溶液中のモノマー濃度は、モノマー溶液の全重量に基づいて、下限は通常5%、残存モノマー低減の観点から好ましくは10%、さらに好ましくは15%、とくに好ましくは25%、最も好ましくは25%、上限は通常90%、重合時の温度コントロールの観点から好ましくは85%、さらに好ましくは80%、とくに好ましくは75%、最も好ましくは70%である。
上記のモノマー濃度、重合温度および重合時間は、モノマー組成、重合法および開始剤種類等によって適宜調整することができる。
また、(A)は、不溶化するpHがpH4〜10(好ましくは5〜9、さらに好ましくは5〜8、とくに好ましくは6〜7)の間に存在する。不溶化するpHが4未満では、廃水や汚泥のpHが比較的高い場合、(A)を添加した際、均一混合される前に、不溶化し凝結作用が効果的に発揮されない。また、不溶化するpHが10を超えると、不溶化させるためのアルカリ添加量が増大し、さらに汚泥または廃水処理後のろ液の廃棄に際して多量の酸性物質で中和する必要があり、工業的観点および廃棄スラッジ量低減の観点から問題となる。
他の有機凝結剤としては、エピクロルヒドリンとジメチルアミン重縮合物(塩酸塩)、ポリアリルアミン(塩酸塩)、ポリエチレンイミン(塩酸塩)、ポリアリルアミン塩酸塩
、ポリジアリルジメチルアンモニウムクロライド、ポリジアリルメチルアミン塩酸塩、ジアリルジメチルアンモニウムクロライドと二酸化イオウの共重合体、ジアリルジメチルアンモニウムクロライドとアクリルアミドの共重合体、ジアリルアミン塩酸塩と二酸化イオウとの共重合体等が挙げられる。また、他の無機凝結剤としては硫酸アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム、塩化第2鉄、ポリ硫酸第2鉄、消石灰等が挙げられる。
キレート化剤としては、C6〜12のアミノカルボン酸(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、トリエチレンテトラミンヘキサ酢酸)、多価カルボン酸[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)]、C3〜10のヒドロキシカルボン酸(例えばクエン酸、グルコン酸、乳酸、リンゴ酸)、縮合リン酸(例えばトリポリリン酸、トリメタリン酸)およびこれらの塩[例えばアルカリ金属(例えばナトリウム、カリウム)塩、アルカリ土類金属(例えばカルシウム、マグネシウム)塩、アンモニウム塩、C1〜20のアルキルアミン(例えばメチルアミン、エチルアミン、オクチルアミン)塩およびC2〜12のアルカノールアミン(例えばモノ−、ジ−およびトリエタノールアミン)塩];
酸、リン酸、スルファミン酸、炭酸)、およびこれらの金属[例えばアルカリ金属(上記に同じ)およびアルカリ土類金属(上記に同じ)]塩(例えば炭酸ソーダ、炭酸カリウム、硫酸ソーダ、硫酸水素ナトリウム、リン酸1ナトリウム)およびアンモニウム塩(例えば炭酸アンモン、硫酸アンモン)〕、有機酸(塩)[例えば有機酸(例えばカルボン酸、スルホン酸、フェノール)、およびこれらの金属(上記に同じ)塩(例えば酢酸ソーダ、乳酸ソーダ)およびアンモニウム塩(例えば酢酸アンモニウム、乳酸アンモニウム)];
ンゾエート)、ベンゾトリアゾール化合物[例えば(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]およびアクリル化合物[例えばエチル−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];
防腐剤としては、例えば安息香酸、パラオキシ安息香酸エステル、ソルビン酸が挙げられる。
(1)(A)が溶解するpHに調整した汚泥または廃水に、有機凝結剤を添加、撹拌し、(A)が不溶化するpH以上にpHを調整した後、凝結物を固液分離する方法;
(2)(A)が溶解するpHに調整した汚泥または廃水に、有機凝結剤および無機凝結剤を添加、撹拌し、(A)が不溶化するpH以上にpHを調整した後、凝結物を固液分離する方法;
(3)(A)が溶解するpHに調整した汚泥または廃水に、有機凝結剤を添加、撹拌し、(A)が不溶化するpH以上にpHを調整して凝結させた後、高分子凝集剤を添加して、粗大フロックを形成させ固液分離を行う方法;
(4)(A)が溶解するpHに調整した汚泥または廃水に、有機凝結剤および無機凝結剤を添加、撹拌して、(A)が不溶化するpH以上にpHを調整し、凝結させた後、高分子凝集剤を添加し、粗大フロックを形成させ固液分離を行う方法;
(5)(A)が溶解するpHに調整した汚泥または廃水に、有機凝結剤と高分子凝集剤、および必要により無機凝結剤を予め混合したものを添加、撹拌し、(A)が不溶化するpH以上にpHを調整し、粗大フロックを形成させ固液分離を行う方法。
これらの処理方法(1)〜(5)のうちで、より粗大なフロックが形成され固液分離が容易になるとの観点から好ましいのは(3)および(4)の処理方法である。
該処理方法(2)、(4)および(5)で無機凝結剤を使用する場合、該無機凝結剤としては前記の無機凝結剤が挙げられ、2種類以上併用することもできる。有機凝結剤についても本発明の有機凝結剤以外に前記他の有機凝結剤を併用することもできる。これら併用の場合のいずれにおいてもその添加方法は特に限定されず、有機凝結剤と無機凝結剤の併用の場合は、いずれかを先に逐次添加、同時に添加、または予め混合したものを添加、のいずれでもよく、本発明の有機凝結剤と他の有機凝結剤の併用の場合も同様である。
カチオン性高分子凝集剤としては、ポリエチレンイミン、ポリ(メタ)アクリルアミドのマンニッヒ変性物、ジアルキルアミノエチル(メタ)アクリレート4級化物の単独重合体または(メタ)アクリルアミド等の他の単量体との共重合体、その他前記のカチオン性モノマー(a)を構成単位として含む(共)重合体等が挙げられる。
ノニオン性高分子凝集剤としては、ポリアクリルアミド等が挙げられる。
アニオン性高分子凝集剤としては、ポリ(メタ)アクリル酸ナトリウム、ポリ(メタ)アクリルアミドの加水分解物、(メタ)アクリルアミド・(メタ)アクリル酸ナトリウム共重合体、(メタ)アクリルアミド・(メタ)アクリル酸ナトリウム・2−アクリルアミド−2−メチルプロパン−1−スルホン酸ナトリウム共重合体、(メタ)アクリルアミド・2−アクリルアミド−2−メチルプロパン−1−スルホン酸ナトリウム共重合体、その他前記のアニオン性モノマー(c)を含む(共)重合体等が挙げられる。
両性高分子凝集剤としては、カチオン性モノマー[ジアルキルアミノエチル(メタ)アクリレート4級化物、その他前記のカチオン性モノマー(a)等]とアニオン性モノマー
[(メタ)アクリル酸(塩)、2−アクリルアミド−2−メチルプロパン−1−スルホン酸(塩)、その他前記のアニオン性モノマー(c)等]および必要によりノニオン性モノマー(アクリルアミド等)との共重合体が挙げられる。
また、各種工場廃水等の凝集沈殿処理において、有機凝結剤や無機凝結剤等のカチオン成分と反応し、粗大フロックを形成して沈降させ易いとの観点から好ましいのはアニオン性高分子凝集剤である。
(A)の溶解方法および溶解後の希釈方法は特に限定はされないが、例えば予め秤りとった水を、後述のジャーテスター等の撹拌装置を用いて撹拌しながら所定量の(A)を加え、数時間(約1〜4時間程度)撹拌して溶解させる方法等が採用できる。
溶解方法、溶解後の希釈方法は特に限定はなく、上記有機凝結剤の場合と同様である。とくに粉末状の高分子凝集剤を水に溶解する際、一度に高分子凝集剤を加えるとままこを生じて水に溶解しにくくなるため好ましくない。
実施例における、Mn、共重合体の水溶液もしくは分散液の固形分含量、水に対する共重合体のpH3での溶解性の判定および不溶化pHの測定、並びに廃水中のTS等の測定または判定方法について以下に説明する。
<1>Mn測定
下記のGPC条件で測定した。
(GPC測定条件)
測定機:HLC−8220GPC、東ソー(株)製
カラム:Guardcolumn α、TSKgel α−M
溶離液:DMF LiBr 0.01M
流量 :1ml/min
サンプル濃度:0.125%
注入量:100μl
カラム温度:40℃
検量線標準物質:ポリスチレン
共重合体の水溶液もしくは分散液試料2gを、直径80mm、深さ15mmのガラス製シャーレに入れ、循風乾燥機で、130℃×90分間乾燥させた後の蒸発残留分(重量%)で表す。
<3>水に対する共重合体のpH3での溶解性の判定および不溶化pHの測定
塩酸でpH3に調整したイオン交換水に共重合体の固形分が0.1%となるように添加、撹拌し、塩酸または水酸化ナトリウムでpH3に再調整後、目視で共重合体の溶解性を判定した。液が無色透明である場合を溶解とし、沈殿物および液の白濁やかすみが認められる場合を不溶と判定し、後述の実施例の表1では次のように表記した。
○ : 溶解
× : 不溶
該溶解液を撹拌下、水酸化ナトリウム水溶液を添加してpHを徐々に上げていき、溶液に白濁が生じるpHを確認し、該pHを不溶化pHとした。
<4>廃水中のTS測定
下水道試験方法(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。
(1)フロック粒径
ジャーテスター[宮本理研工業(株)製、形式JMD−6HS−A、以下同じ。]に板状の塩ビ製撹拌羽根(ヨコ5cm、タテ2cm、厚さ0.2cm)2枚を十字になる様に上下に連続して撹拌棒に取り付け、廃水500mlを500mlのビーカーに取り、ジャーテスターにセットする。ジャーテスターの回転数を150rpmにし、ゆっくり廃水を撹拌しながら、下記所定量の凝結剤水溶液を添加しさらに1分間撹拌する。pHを1%水酸化ナトリウム水溶液で7.0に調整後、所定量の高分子凝集剤水溶液(0.2%)を添加(添加量は廃水に対する固形分量:単位mg/L)し、2分間撹拌した後、撹拌を止め凝集物の大きさを目視にて観察評価する(回転数150rpmでのフロック粒径を表中に示す)。
凝結剤の添加量は5、10、20、40、80、160、320または640mg/Lの8点を実施し、目視により最もフロック径が大きくなる添加量について以下の評価をする。
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、500mlのメスシリンダーをセットし、上記フロック粒径試験後の処理水全量を一度に投入して濾過する。濾過して得られたスラッジの量を測定し、全廃水体積に対する体積比率(%)を算出しスラッジ体積%とする。
上記(2)で濾過後のろ液について、JIS K−0102(1998年度版)に記載のCODMn分析方法に準じてCODMnを測定する。
(4)ろ液清澄度
上記(2)で濾過後のろ液について、吸光度計[UV−1200、(株)島津製作所製、以下同じ。]で波長590nmおよび700nmにおける吸光度を測定し、ろ液清澄度を評価する。なお、吸光度の数値(%)は、イオン交換水の吸光度を100%とした時の値を示す。
(5)ケーキ含水率
上記(2)で濾過して得られたスラッジ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する。(加圧条件2kg/cm2、60秒)脱水されたケーキ約3gをシャーレに秤量(W1)して、循風乾燥機中で完全に水分が蒸発するまで(例えば、105±5℃で8時間)乾燥させた後、シャーレ上に残った乾燥ケーキの重量を(W2)として、次式からケーキ含水率を算出する。
ケーキ含水率(重量%)={(W1)−(W2)}×100/(W1)
(1)上澄み液清澄度
廃水500mlを500mlのビーカーに取り、上記[1](1)の評価方法と同様にジャーテスターにセットする。ジャーテスターの回転数を120rpmにし、ゆっくり廃水を撹拌しながら、下記所定量の2%の凝結剤水溶液を一気に添加し30秒間撹拌後、pHを水酸化ナトリウム水溶液で7.0に調整する。pH調整して3分後上澄み液の清澄度を上記[1](4)と同様に吸光度計を用いて評価する。凝結剤の添加量(固形分/廃水:単位mg/L)は5、10、20、40、80、160、320または640mg/Lの8点を実施し、目視により最も上澄み液の清澄性が良い添加量について上澄み液の評価等以下の評価を行う。
(2)凝結性
上記(1)の評価後、測定液をビーカーに戻し、その後処理廃水を遠心分離機[形式LC06、TOMY SEIKO CO.LTD.製]を用いて2,000rpmにて10分間遠心分離を行い、全廃水体積に対する、沈降スラッジ(下層)体積%を測定し凝結性を評価する。該体積%が小さいほど凝結性に優れることを示す。
(3)遠心分離後の上澄み液の脱色性
上記遠心分離後の上澄み液について、吸光度計で波長430nmおよび700nmにおける吸光度を測定し脱色性を評価する。なお、吸光度の数値(%)は、イオン交換水の吸光度を100%としたときの値を示す。
(4)遠心分離後の上澄み液のCOD
上記遠心分離後の上澄み液について、上記[1](3)の方法と同様に評価する。
撹拌機、温度センサー、冷却管、滴下ロートおよびマントルヒーターを備えた4つ口フラスコにイソプロピルアルコール(以下IPAと略記)112部、水28部を投入し、撹拌下、加熱し還流させた。滴下ロートから反応溶剤としてIPA179部、水45部、重合開始剤としてアゾビスイソブチロニトリル(以下AIBNと略記)2.2部、モノマー成分としてN,N−ジメチルアミノエチルメタクリレート(以下DAMと略記)132部、スチレン148部の均一混合液を、フラスコ内を80〜85℃で撹拌下、4時間でフラスコ内に滴下した。滴下後、同温度で2時間熟成し重合を完結させるために、IPA76部、AIBN3.6部の均一混合液を、80〜85℃のフラスコ内に1時間で滴下し180分同温度で熟成した。その後、塩酸(塩化水素35%含有)87部を1時間で滴下し、100℃まで昇温してIPAを除去した。除去の途中で粘度が上昇するため、水1,185部を追加し、最後にpHを3.5に調整するため、水酸化ナトリウム5%水溶液95部を投入して均一撹拌し、共重合体(A1)の水溶液1,720部を得た。該水溶液は、固形分含量19%、塩酸投入前の共重合体のMnは9,000であった。(A1)の、pH3の水への溶解性は良好であり、不溶化pHは6.2であった。(A1)および後述の(A2)、(A3)、(比A1)、(比A2)の溶解性および不溶化pHの評価は、前記<3>水に対する共重合体のpH3での溶解性の判定および不溶化pHの測定方法に従った。
製造例1において、DAM132部、スチレン148部に代えて、DAM146部、スチレン108部、メタアクリル酸ラウリル26部を用い、重合、熟成後の塩酸87部、pH調整のための水酸化ナトリウム5%水溶液95部に代えて、塩酸97部、水酸化ナトリウム5%水溶液106部を用いたこと以外は製造例1と同様にして共重合体(A2)の水溶液1,740部を得た。該水溶液は、固形分含量19%、塩酸投入前の共重合体のMnは10,000であった。(A2)の、pH3の水への溶解性は良好であり、不溶化pHは6.8であった。
製造例1において、DAM132部、スチレン148部に代えて、DAM135部、メタアクリル酸ラウリル145部を用い、重合、熟成後の塩酸87部、pH調整のための水酸化ナトリウム5%水溶液95部に代えて、塩酸89部、水酸化ナトリウム5%水溶液97部を用いたこと以外は製造例1と同様にして共重合体(A3)の水溶液1,800部を得た。該水溶液は、固形分含量19%、塩酸投入前の共重合体のMnは13,000であった。(A3)の、pH3の水への溶解性は良好であり、不溶化pHは6.8であった。
製造例1において、DAM132部、スチレン148部に代えて、DAM85部、メタアクリル酸ブチル166部、アクリル酸ステアリル29部を用い、重合、熟成後の塩酸87部、pH調整のための水酸化ナトリウム5%水溶液95部に代えて、塩酸57部、水酸化ナトリウム5%水溶液62部を用いたこと以外は製造例1と同様にして共重合体(A4)の水溶液1,660部を得た。該水溶液は、固形分含量18%、塩酸投入前の共重合体のMnは13,000であった。(A4)の、pH3の水への溶解性は良好であり、不溶化pHは4.6であった。
製造例1において、AIBN2.2部に代えて、AIBN6.6部を用い、DAM132部、スチレン148部に代えて、N,N−ジメチルアミノエチルアクリレート(以下DAAと略記)28部、メタアクリル酸ブチル252部を用い、重合、熟成後の塩酸87部、pH調整のための水酸化ナトリウム5%水溶液95部に代えて、塩酸20部、水酸化ナトリウム5%水溶液22部を用いたこと以外は製造例1と同様にして共重合体(A5)の水溶液1,580部を得た。該水溶液は、固形分含量18%、塩酸投入前の共重合体のMnは4,000であった。(A5)の、pH3の水への溶解性は良好であり、不溶化pHは4.3であった。
製造例1において、DAM132部、スチレン148部に代えて、DAA128部、メタアクリル酸ラウリル152部を用い、重合、熟成後の塩酸87部、pH調整のための水酸化ナトリウム5%水溶液95部に代えて、塩酸93部、水酸化ナトリウム5%水溶液102部を用いたこと以外は製造例1と同様にして共重合体(A6)の水溶液1,730部を得た。該水溶液は、固形分含量18%、塩酸投入前の共重合体のMnは15,000であった。(A6)の、pH3の水への溶解性は良好であり、不溶化pHは8.5であった。
製造例1において、DAM132部、スチレン148部に代えて、DAA250部、アクリル酸ステアリル30部を用い、重合、熟成後の塩酸87部、pH調整のための水酸化ナトリウム5%水溶液95部に代えて、塩酸182部、水酸化ナトリウム5%水溶液199部を用いたこと以外は製造例1と同様にして共重合体(A7)の水溶液1,920部を得た。該水溶液は、固形分含量18%、塩酸投入前の共重合体のMnは15,000であった。(A7)の、pH3の水への溶解性は良好であり、不溶化pHは9.8であった。
製造例1において、DAM132部、スチレン148部に代えて、N,N−ジエチルアミノエチルメタクリレート118部、メタアクリル酸ラウリル162部を用い、重合、熟成後の塩酸87部、pH調整のための水酸化ナトリウム5%水溶液95部に代えて、塩酸67部、水酸化ナトリウム5%水溶液73部を用いたこと以外は製造例1と同様にして共重合体(A8)の水溶液1,730部を得た。該水溶液は、固形分含量18%、塩酸投入前の共重合体のMnは10,000であった。(A8)の、pH3の水への溶解性は良好であり、不溶化pHは5.3であった。
製造例1において、DAM132部、スチレン148部に代えて、DAM280部を用い、重合、熟成後の塩酸87部、pH調整のための水酸化ナトリウム5%水溶液95部に代えて、塩酸185部、水酸化ナトリウム5%水溶液202部を用いたこと以外は製造例1と同様にして共重合体(比A1)の水溶液1,930部を得た。該水溶液は、固形分含量18%、塩酸投入前の共重合体のMnは15,000であった。(比A1)の、pH3の水への溶解性は良好であったが、不溶化pHは、pH4〜10の間には存在せず、pH14まで上げても溶解した。
製造例1において、DAM132部、スチレン148部に代えて、DAM32部、スチレン248部を用い、重合、熟成後の塩酸87部、pH調整のための水酸化ナトリウム5%水溶液95部に代えて、塩酸21部、水酸化ナトリウム5%水溶液23部を用いたこと以外は製造例1と同様にして共重合体(比A2)分散液1,580部を得た。該分散液には共重合体の不溶解沈殿物が認められた。該分散液は、固形分含量18%、塩酸投入前の共重合体のMnは8,000であった。(比A2)はpH3の水には溶解せず、白色沈殿物が生成した。pHを3から14まで上げても白色沈殿物が溶解することはなかった。
製造例1において、DAM132部、スチレン148部に代えて、DAA262部、アクリル酸ステアリル18部を用い、重合、熟成後の塩酸87部、pH調整のための水酸化ナトリウム5%水溶液95部に代えて、塩酸191部、水酸化ナトリウム5%水溶液209部を用いたこと以外は製造例1と同様にして共重合体(比A3)の水溶液1,940部を得た。該水溶液は、固形分含量18%、塩酸投入前の共重合体のMnは15,000であった。(比A3)の、pH3の水への溶解性は良好であり、不溶化pHは10.3であった。
製造例1において、AIBN2.2部に代えて、AIBN6.6部を用い、DAM132部、スチレン148部に代えて、DAA20部、メタアクリル酸ブチル260部を用い、重合、熟成後の塩酸87部、pH調整のための水酸化ナトリウム5%水溶液95部に代えて、塩酸15部、水酸化ナトリウム5%水溶液16部を用いたこと以外は製造例1と同様にして共重合体(比A4)の水溶液1,570部を得た。該水溶液は、固形分含量18%、塩酸投入前の共重合体のMnは4,000であった。(比A4)の、pH3の水への溶解性は良好であり、不溶化pHは3.7であった。
DAA :N,N−ジメチルアミノエチルアクリレート
DEAM :N,N−ジエチルアミノエチルメタクリレート
St :スチレン
C4MA :メタアクリル酸ブチル
C12MA:メタアクリル酸ラウリル
C18A :アクリル酸ステアリル
(*1)pH3〜14で溶解。
(*2)pH3〜14で溶解せず。
H染色工場から採取した廃水[pH5.0、TS0.8%、CODMn1,000mg/L]500mlを500mlのビーカーに採り、ジャーテスターにセットし、有機凝結剤(A1)および高分子凝集剤を用いて廃水処理を行い、前記の評価[1]の方法で評価した。該廃水処理において、(A1)は固形分含量2%の水溶液として使用し、高分子凝集剤としてはアニオン性高分子凝集剤[商品名「サンフロックAH2025P」、三洋化成工業(株)製]をイオン交換水に溶解して固形分0.2%の水溶液として使用した。結果を表2に示す。
実施例2〜8
実施例1において、(A1)に代えて(A2)〜(A8)のそれぞれを用いたこと以外は実施例1と同様にして評価した。結果を表2に示す。
比較例1〜6
実施例1において、(A1)に代えて、(比A1)、ポリジアリルジメチルアンモニウムクロライド[商品名「スイフロックSR−2000」、(株)スイレイ製、以下同じ。]、ポリ塩化アルミニウム(酸化アルミニウム10〜11%品)[商品名「ポリ塩化アルミニウム」、(株)要薬品製、以下同じ。]または硫酸バンド(アルミナ8%品)[商品名「液体硫酸アルミニウム」、(株)朝日化学工業製、以下同じ。]、(比A3)、(比A4)を用い、ポリ塩化アルミニウムまたは硫酸バンドについては、それぞれ有姿含量で2%の水溶液として使用したこと以外は実施例1と同様にして評価した。結果を表2に示す。
(*2)添加量は、廃水に対して、有機凝結剤は固形分量、ポリ塩化アルミニウムまたは
硫酸バンドは有姿量を表し、単位はmg/L。
M染色工場から採取した廃水[pH5.2、TS0.06% CODMn930mg/L]について、有機凝結剤(A1)を用いて廃水処理を行い、前記の評価[2]の方法で評価した。該廃水処理において、(A1)は固形分含量2%の水溶液として使用した。結果を表3に示す。
実施例10〜16
実施例9において、(A1)に代えて(A2)〜(A8)を用いたこと以外は実施例9と同様にして評価した。結果を表3に示す。
比較例7〜13
実施例9において、(A1)に代えて、(比A1)、ポリジアリルジメチルアンモニウムクロライド、ポリ塩化アルミニウムまたは硫酸バンド、(比A3)、(比A4)を用い、ポリ塩化アルミニウムまたは硫酸バンドについては、それぞれ有姿含量で2%の水溶液として使用したこと以外は実施例1と同様にして評価した。結果を表3に示す。
(*2)添加量は、廃水に対して、有機凝結剤は固形分量、ポリ塩化アルミニウムまたは
硫酸バンドは有姿量を表し、単位はmg/L。
Claims (3)
- 下記一般式(1)で表されるカチオン性モノマー(a)、並びに20℃の水への溶解度が1g/水100g以下で、1価の(メタ)アクリロイル基含有化合物および芳香環含有1価ビニル化合物からなる群から選ばれる1種または2種以上の疎水性モノマー(b)を構成単位とし、少なくともpH3で水に溶解し、水に不溶化するpHがpH4〜10の間に存在する共重合体(A)からなることを特徴とする有機凝結剤。
CH2=CR1−CO−X−Q−N+R2R3R4・Z- (1)
[式中、XはOまたはNH;Qは炭素数2〜4のアルキレン基または炭素数2〜4のヒドロキシアルキレン基;R1はHまたはメチル基;R2、R3、R4はそれぞれ独立にH、炭素数1〜16のアルキル、アリールアルキルまたはアルキルアリール基;Z-は対アニオンを表す。] - (A)中の(a)の割合が10〜95モル%、(b)の割合が90〜5モル%である請求項1記載の有機凝結剤。
- (A)が溶解するpHに調整した汚泥または廃水に、請求項1または2記載の有機凝結剤を添加し、さらに(A)が不溶化するpH4〜10の範囲のpH以上に汚泥または廃水のpHを調整した後、高分子凝集剤を添加してフロックを形成させ、固液分離させることを特徴とする汚泥または廃水の処理方法。
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