JP2021035677A

JP2021035677A - 汚泥脱水用の水溶性ポリマー

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Publication number: JP2021035677A
Application number: JP2020179227A
Authority: JP
Inventors: ヴァンサン・バトニエ; Batonnier Vincent; フレデリック・ブロンデル; Blondel Frederic
Original assignee: SNF SA
Current assignee: SNF SA
Priority date: 2020-10-26
Filing date: 2020-10-26
Publication date: 2021-03-04
Also published as: FR3115539A1

Abstract

【課題】本発明の目的は、優れた凝集能、濾過率、濾液の出現を示し、強力なフロックをもたらす、大量の汚泥の効率的な処理を提供することである。【解決手段】kHで示されるハギンス係数0.7以上、及び0.5から0.7の間の密度を有するポリマーによって、汚泥脱水を効率的に改善する。【選択図】なし

Description

本発明は、水溶性ポリマー及び、前記水溶性ポリマーを使用することを含む、汚泥を処理する方法に関する。

大都市及び産業界は、極めて大量の廃水を生じ、排出する必要がある。廃水の排出では、自然環境に放出可能にする前に、極めて大量の汚泥を処理する必要がある。一般に、機械的脱水である、第1の工程は、汚泥を再生利用すること、焼却すること、堆肥にすること、又は埋立地に貯蔵することを可能にする前に、汚泥が占める体積をその最小限まで減らし、その乾燥度を増す目的で用いられる。

汚泥脱水は、大抵の場合において、ベルトフィルター、又はフィルタープレス、又はロータリプレスフィルター、遠心分離機、又はスクリュープレス、又は通常、機械的作用の上流で加えた化学処理を組み合わせるマルチディスク脱水機によって実施される。体積の減少とは別に、この処理の目的は、汚泥の取り扱い、輸送、及び貯蔵を容易にすることである。

汚泥を、固相及び液相に分離することを可能にするために、人工的に、汚泥を形成する粒子の径を大きくし、粒子フロックの結合力を増すことが必要である。そうするために、凝集剤又は凝固剤等の、様々な化学品を使用してもよい。例えば、文献日本特許第2933627号には、両性凝集剤を使用して、汚泥を脱水することが開示されている。しかし、この処理は、放出される水の量、フロック強度、及び/又は用いられる機械的脱水装置からのケーキ分離の点で、満足できるものではない。文献米国特許第4711727号には、凝集剤及び/又は凝固剤を用いて、コロイド粒子を塊状凝集させ、沈降させることが開示されており、その目的は、固体/液体分離を促進することによって、汚泥の乾燥度(乾物含量)を増すことである。再度、処理の効率は、汚泥の状態によって決まる。

好適な凝集剤は、脱水工場が正しく機能するための基盤である。したがって、凝集剤は、処理される汚泥の性質だけでなく、脱水設備の種類にも共に適応するために、最適化されるべきである。

現在、依然として、汚泥の状態に関わらず、大量の汚泥をより効率的に処理する必要性がある。

日本特許第2933627号米国特許第4711727号

Gabriela Craciun及びAl.、「Synthesis and Characterisation of Poly(Acrylamide-Co-Acrylic Acid)Flocculant Obtained By Electron Beam Irradiation」Materials Research 2015、18(5)984〜993頁 Esau Arinaitwe、「Characterization Of Industrial Flocculants Through Intrinsic Viscosity Measurements」B.Sc Maketere University、2000 S.Jouenne及びB.Levache、「Universal Viscosifying Behavior Of Acrylamide-Based Polymers Used In Enhanced Oil Recovery」Journal of Rheology 64(5)、1295〜1313頁 Wolfgang Pietsch、「Successfully Use Agglomeration For Size Enlargement」Chemical Engineering Progress、1996年4月、29〜45頁 Peter Koenig、「Speeding Up Continuous Mixing Agglomeration With Fast Agitation And Short Residence Times」Powder and Bulk Engineering、1996年2月、67〜84頁

本発明の目的は、優れた凝集能、濾過率、濾液の出現を示し、強力なフロックをもたらす、大量の汚泥の効率的な処理を提供することである。

本発明によれば、出願者等は、意外なことに、k_Hで示されるハギンス係数0.7以上、及び0.5から0.7の間の密度を有するポリマーによって、汚泥脱水が効率的に改善されることを明らかにした。

出願者等は、意外なことに、本発明のポリマーを特徴付ける、上記の2つのパラメーター、すなわち、k_H及び密度の組み合わせにより、より良好な脱水性能がもたらされることを明らかにした。

本発明はまた、本発明の水溶性ポリマーを使用することを含む、汚泥を処理する方法にも関する。

本明細書において、用語「水溶性ポリマー」は、水と適切に混合した後、不溶性粒子を含まない水溶液(25℃で濃度10g.L^-1)をもたらすポリマーを示す。

本発明の意義の範囲内で、用語「汚泥」は、汚泥の全質量に対して、少なくとも0.5質量%の、しばしば、4質量%以上の乾物レベルを有する残留物を意味する。汚泥は、鉱物、有機物、又は油であってもよい。

本発明の文脈で言及された係数k_Hは、ハギンス係数に関連する。ハギンス係数は、pH3.5及び25℃で、硝酸ナトリウム0.4N溶液中で、溶液中ポリマーの質量濃度5g.L^-1で測定される。ハギンス係数は、以下により詳細に説明される。

本発明は、2つの条件:0.7以上のk_H値及び0.5から0.7の間の密度を遵守するポリマーに基づく。これら2つの条件を遵守するポリマーは、汚泥組成に関わらず、より良好な脱水性能をもたらす。

ハギンス係数
ハギンス係数k_Hは、所与の温度で、所与の濃度で、所与の溶媒中ポリマーのモルフォロジーを示すパラメーターである。ハギンス係数は、溶液中のポリマー鎖と溶媒との間の、流体力学的相互作用及び熱力学的相互作用についての情報をもたらす。ハギンス係数は、水膨潤性ポリマー/超吸収性ポリマーについては計算することができない。

ハギンス係数は、多くのパラメーター、例えば、
・架橋剤の量
・疎水性モノマーの量
・連鎖移動剤の量
・連鎖移動剤の性質
・重合技術
・開始剤の性質
によって決まる。

当業者は、本出願で前述された値の範囲内で選択される、本発明の水溶性ポリマーの、ハギンス係数k_H及び密度の、汚泥脱水の改善に及ぼす影響を認識すれば、前記ポリマーを製造するためにハギンス係数を調整する方法を知る。

例えば、ハギンス係数k_Hを調整するために、当業者は、公表文献、Gabriela Craciun及びAl.による「Synthesis and Characterisation of Poly(Acrylamide-Co-Acrylic Acid)Flocculant Obtained By Electron Beam Irradiation」Materials Research 2015、18(5)984〜993頁、又はEsau Arinaitweによる「Characterization Of Industrial Flocculants Through Intrinsic Viscosity Measurements」B.Sc Maketere University、2000、又はS.Jouenne及びB.Levacheによる「Universal Viscosifying Behavior Of Acrylamide-Based Polymers Used In Enhanced Oil Recovery」Journal of Rheology 64(5)、1295〜1313頁を参照することができる。

本発明によれば、水溶性ポリマーのハギンス係数は、0.7以上、好ましくは0.8以上、より好ましくは0.9以上、更により好ましくは1.0以上である。好ましくは、ハギンス係数は、2未満である。

ポリマーのハギンス係数k_Hは、以下の式(1)によって決定され、
η_red=[η]+k_H[η]²C (1)
式中、
- η_redは、溶液中のポリマーの換算粘度であり、その大きさは、濃度の逆数(C^-1、すなわちL/g又はmL/g)である
- Cは、溶液中のポリマーの質量濃度、通常、g/L又はg/mLである
- [η]は、溶液の固有粘度であり、その大きさは、濃度の逆数(C^-1、すなわち、L/g又はmL/g)である
- k_Hは、ハギンス係数、無次元である。

固有粘度[η]及びハギンス係数k_Hは、細管式粘度計技術を用いて、ポリマーの希釈溶液の相対粘度を測定することから決定される。用いられる技術は、固定温度での、シリンジポンプ(Nemesys中圧シリンジポンプ)による、既知の内径ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)管及び既知の固定流量(Q)における、ポリマーの圧力損失(ΔP)の測定に基づく。

ハギンス係数を決定する方法
ハギンス係数を決定するために、以下の特性を有する細管式粘度計を使用した。

装置
細管式粘度計
PEEK管(内半径:254μm、予備加熱用の長さ:2m、測定用の長さ:1.5m)
差圧センサー(圧力範囲0〜60mbar)
シリンジポンプ(Nemesys中圧)
シリンジポンプ用の鋼シリンジ(10mL)
オーブン
天秤量り(0.0001g)。

ポリマー溶液の調製
様々な濃度を有する、5〜7種のポリマー溶液を、参照用塩水を用いて調製し、ポリマー溶液を可溶化し、希釈する。それぞれのポリマー溶液の、正確な濃度を知らねばならない。希釈形式のこれらの溶液を調製して、相対粘度2未満を有するようにする必要がある。

固有粘度計算及びハギンス係数決定
それぞれの、ポリマーの希釈溶液は、極めて正確なピストンポンプを用いて、細管を通して注入され、その相対粘度η_relが決定される。相対粘度η_relは、溶液の粘度の、溶媒の粘度に対する比であり、したがって無次元となる。

それぞれの希釈溶液の相対粘度η_rel及び質量濃度に対して、それぞれの希釈溶液の換算粘度η_redは、式(2)を用いて計算される。

次いで、希釈溶液の、換算粘度対濃度を示す曲線が描かれる。濃度=0g/Lでの、換算粘度の外挿によって、固有粘度[η]を得る。

ハギンス定数は、式(1)に基づいた、以下の式(3)(数2)を用いて決定することができる。

密度
本発明の意義の密度は、粉末のかさ密度に対応する。本発明の水溶性ポリマーは、例えば、水溶液、粉末、油中水型エマルジョン、又は塩水中ポリマー分散液等の、当業者に既知の任意の形態で製造し、使用することができ、粉末形態が好ましい。しかし、密度の測定は、粉末形態のポリマーを用いて実施され、ここで、上記のポリマー形態から粉末へ変換した後が適している。

粉末のかさ密度は、未利用の粉末試料の質量の、粒子間ボイド体積の寄与を含む、その体積に対する比である。したがって、かさ密度は、粉末粒子の密度と粉末ベッドにおける、粒子の空間的配置との両方によって決まる。国際単位は、キログラム毎立方メートル(1g/mL=1000kg/m³)であるものの、測定がシリンダーを用いて行われる故に、かさ密度は、通常、グラム毎ミリリットル(g/mL)で表される。

粉末の密度は、例えば、
・重合技術
・重合中のポリマー濃度
・ポリマーの合成中の水相に存在する塩の量
・圧縮方法
を含む、多くのパラメーターによって決まる。

当業者は、本出願で前述された値の範囲内で選択される、本発明の水溶性ポリマーの、ハギンス係数k_H及び密度の、汚泥脱水の改善に及ぼす影響を認識すれば、前記ポリマーを製造するために密度を調整する方法を知る。

例えば、密度を調製するために、当業者は、公表文献Wolfgang Pietschによる「Successfully Use Agglomeration For Size Enlargement」Chemical Engineering Progress、1996年4月、29〜45頁、又はPeter Koenigによる「Speeding Up Continuous Mixing Agglomeration With Fast Agitation And Short Residence Times」Powder and Bulk Engineering、1996年2月、67〜84頁を参照することができる。

本発明によれば、水溶性ポリマーの密度は、0.5から0.7の間に含まれる。下限0.5及び上限0.7は、その範囲に含まれる。

粉末のかさ密度は、ふるいを通過し、メスシリンダーに入ることができた粉末試料の、既知の質量の体積を測定することによって、又は体積計を通過し、カップ若しくは測定容器に入った粉末の、既知の体積の質量を測定することによって、決定される。

密度を決定するための方法
以下の手順を実施して、本発明のポリマーの密度を決定した。

手順:試験を完了するのに十分な粉末量を、1.0mm以上の孔を有するふるいに通して、必要に応じて、貯蔵中に形成され得る塊状凝集体を壊す。これは、材料の性質を変えることを避けるように、無理な力を加えずに行わねばならない。乾燥メスシリンダー250ml(2mlまで読み取り可能)中に、正確性0.1%で計量した試験試料(m)およそ100gを、圧縮することなく、穏やかに導入する。圧縮することなく、粉末を丁寧に水平にし、必要に応じて、変わりやすい、見かけの体積(V₀)を、最も近い目盛りの単位まで読む。式m/V₀を用いて、かさ密度(g/ml)を計算する。一般に、繰り返し測定することが、この特質の測定に望ましい。

粉末の密度が、低すぎるか、又は高すぎる場合、試験試料は、未利用の見かけの体積250mlより多いか、又は150ml未満を有するようになり、粉末試料100gを使用することは不可能である。したがって、粉末の、異なる量は、試験試料として、未利用の見かけの体積が、150ml〜250ml(シリンダーの全容積の60%以上である見かけの体積)であるように選択されねばならない。試験試料の質量は、結果の記述において明記される。

見かけの体積50mlから100mlの間を有する試験試料について、1mlまで読み取り可能なシリンダー100mlを使用することができ、シリンダーの容積は、結果の記述において明記される。

本発明の特定の一実施形態において、密度は、重合の後、ふるう工程を含まずに、直接測定される。

水溶性ポリマー
本発明の水溶性ポリマーは、天然であってもよく、合成であってもよく、又は半合成であってもよい。好ましくは、水溶性ポリマーは、合成である。

半合成ポリマーは、様々な合成置換基をグラフト化することによって、化学反応を施した天然ポリマーを示す。当業者は、この種の反応自体を知っており、それらは、天然ポリマーに適用される、従来の化学反応である。

水溶性ポリマーは、アニオン性、非イオン性、カチオン性、又は両性であってもよい。水溶性ポリマーは、非イオン性モノマー、及び/又はアニオン性モノマー、及び/又はカチオン性モノマー、及び/又は双性イオン性モノマーの重合によって得ることができる。好ましくは、本発明の水溶性ポリマーは、少なくとも1種のカチオン性モノマーを含む。

本発明で用いることができるカチオン性モノマーは、好ましくは、水溶性ビニルモノマーから、より詳細には、第四級アンモニウム基を有する、アクリルアミド、アクリル、アリル、又はマレイン酸型から選択される。特に、限定されることなく、四級化ジメチルアミノエチルアクリレート(DMAEA)、四級化ジメチルアミノエチルメタクリレート(DMAEMA)、四級化ジメチルジアリルアンモニウムクロリド(DADMAC)、アクリルアミドプロピルトリメチルアンモニウムクロリド(APTAC)、メタクリルアミドプロピルトリメチルアンモニウムクロリド(MAPTAC)、及びその混合物が好ましい。好ましくは、ポリマーは、四級化ジメチルアミノエチルアクリレート(DMAEA)である、少なくとも1種のカチオン性モノマーを含む。

水溶性ポリマーは、一般に、前記ポリマーのモノマーの総モル数に対して、カチオン性モノマーを1モル%から100モル%の間で含む。水溶性ポリマーは、好ましくは、カチオン性モノマーを30モル%以上、好ましくは50モル%以上、より好ましくは70モル%以上、更により好ましくは90モル%以上含む。

本発明で用いることができる非イオン性モノマーは、好ましくは、水溶性ビニルモノマーから選択される。この族に属する好ましいモノマーは、例えば、アクリルアミド、メタクリルアミド、Nイソプロピルアクリルアミド、N,N-ジメチルアクリルアミド、N-メチロールアクリルアミド、Nビニルホルムアミド、N-ビニルアセトアミド、N-ビニルピリジン、N-ビニルピロリドン、アクリロイルモルホリン(ACMO)、ジアセトンアクリルアミド、及びその混合物である。好ましくは、ポリマーは、アクリルアミドである、少なくとも1種の非イオン性モノマーを含む。

水溶性ポリマーは、好ましくは、前記ポリマーのモノマーの総モル数に対して、非イオン性モノマーを0モル%から99モル%の間、好ましくは70モル%以下、好ましくは50モル%以下、より好ましくは30モル%以下、更により好ましくは10モル%以下含む。

好ましくは、水溶性ポリマーは、少なくとも、四級化ジメチルアミノエチルアクリレート(DMAEA)(カチオン性モノマーとして)及びアクリルアミド(非イオン性モノマーとして)を含む。

本発明で用いることができるアニオン性モノマーは、好ましくは、カルボン酸官能基を有するモノマー及びその塩、スルホン酸官能基を有するモノマー及びその塩、ホスホン酸官能基を有するモノマー及びその塩を含む群から選択される。アニオン性モノマーには、例えば、アクリル酸、アクリルアミド第三級ブチルスルホン酸、メタクリル酸、マレイン酸、イタコン酸、及びそのヘミエステルが挙げられる。最も好ましいアニオン性モノマーは、アクリル酸、アクリルアミド第三級ブチルスルホン酸(ATBS)、3-アリルオキシ-2-ヒドロキシ-1-プロパンスルホン酸、及びその塩である。アニオン性モノマーは、塩化されていなくても、又は部分的に、若しくは完全に塩化されていてもよい。好ましい例は、3-スルホプロピルメタクリレート(3-sulpropyl methacrylate)の塩である。

塩化形態は、好ましくは、アルカリ金属(Li、Na、K等)、アルカリ土類金属(Ca、Mg等)、又はアンモニウム塩、特に、第四級アンモニウムに対応する。好ましい塩は、ナトリウム塩である。

非塩化形態は、アニオン性モノマーの酸形態、例えば、アクリル酸の場合CH₂=CH-C(=O)OHに対応する。水溶性(コ)ポリマーのアニオン性部分は、後加水分解によって得ることができる。

水溶性ポリマーは、前記ポリマーのモノマーの総モル数に対して、アニオン性モノマーを、0モル%から99モル%の間、好ましくは70モル%以下、好ましくは50モル%以下、より好ましくは30モル%以下、更により好ましくは10モル%以下含む。

本発明で用いることができる水溶性双性イオン性モノマーは、アクリルアミド、アクリル、ビニル、アリル、又はマレイン酸の単位の誘導体であってもよく、これらのモノマーは、アミン基又は第四級アンモニウム基、及びカルボン酸(又はカルボン酸塩)、スルホン酸(又はスルホン酸塩)、或いはリン酸(又はリン酸塩若しくはホスホン酸塩)を含む。ジメチルアミノエチルアクリレート誘導体、例えば、2-((2-9(アクリロイルオキシ)エチル)ジメチルアンモニオ)エタン-1-スルホネートを特に挙げることができ、非限定的には、3-((2-(アクリロイルオキシ)エチル)ジメチルアンモニオ)プロパン-1-スルホネート、4-((2-(アクリロイルオキシ)エチル)ジメチルアンモニオ)ブタン-1-スルホネート、[2-(アクリロイルオキシ)エチル](ジメチルアンモニオ)アセテート、ジメチルアミノエチルのメタクリレート誘導体、例えば、2-((2-(メタクリロイルオキシ)エチル)ジメチルアンモニオ)エタン-1-スルホネート、3-((2-(メタクリロイルオキシ)エチル)ジメチルアンモニオ)プロパン-1-スルホネート、4-((2-(メタクリロイルオキシ)エチル)ジメチルアンモニオ)ブタン-1-スルホネート、[2-(メタクリロイルオキシ)エチル](ジメチルアンモニオ)アセテート、ジメチルアミノプロピルアクリルアミド誘導体、例えば、2-((3-アクリルアミドプロピル)ジメチルアンモニオ)エタン-1-スルホネート、3-((3-アクリルアミドプロピル)ジメチルアンモニオ)プロパン-1-スルホネート、4-((3-アクリルアミドプロピル)ジメチルアンモニオ)ブタン-1-スルホネート、[3-(アクリロイル)オキシ)プロピル](ジメチルアンモニオ)アセテート、ジメチルアミノプロピルメチルアクリルアミド誘導体、例えば、2-((3-メタクリルアミドプロピル)ジメチルアンモニオ)エタン-1-スルホネート、3-((3-メタクリルアミドプロピル)ジメチルアンモニオ)プロパン-1-スルホネート、4-((3-メタクリルアミドプロピル)ジメチルアンモニオ)ブタン-1-スルホネート、及び[3-(メタクリロイルオキシ)プロピル](ジメチルアンモニオ)アセテートを挙げることができる。

疎水性モノマーもまた、本発明の水溶性ポリマーにおいて使用することができる。

本発明で用いることができる疎水性モノマーは、好ましくは、ビニルモノマーから、より詳細には、ペンダント疎水性基を有する、アクリルアミド、アクリル、アリル、又はマレイン酸型から選択される。これらの疎水性モノマーは、優先的には、アクリルアミド誘導体、例えば、N-アルキルアクリルアミド、例えば、ジアセトンアクリルアミド、N-tert-ブチルアクリルアミド、オクチルアクリルアミド;N,Nジアルキルアクリルアミド、例えば、N,N-ジヘキシルアクリルアミド;並びにアクリル酸誘導体、例えば、アルキルアクリレート及びメタクリレート、及びその混合物から選択される。好ましくは、疎水性モノマーは、アルキル、アリールアルキル、プロポキシル化、エトキシル化、又はエトキシル化及びプロポキシル化の分子鎖を有する(メタ)アクリル酸のエステル;アルキル、アリールアルキル、プロポキシル化、エトキシル化、エトキシル化及びプロポキシル化、又はジアルキルの分子鎖を有する(メタ)アクリルアミド誘導体;アルキルアリールスルホネート;カチオン性アリル誘導体;アニオン性又はカチオン性の疎水性(メタ)アクリロイル誘導体;並びに疎水性分子鎖を有する(メタ)アクリルアミドの、アニオン性又はカチオン性のモノマー誘導体から選択される。

好ましくは、水溶性ポリマーは、前記ポリマーのモノマーの総モル数に対して、疎水性モノマー5モル%未満を含む。疎水性モノマーは、用いられる場合、ポリマーが、依然として水溶性であるような量で使用される。

特定の一実施形態において、水溶性ポリマーは、四級化ジメチルアミノエチルアクリレート(DMAEA)及びアクリルアミドからなるコポリマーである。

当業者によれば、本発明の水溶性(コ)ポリマーを製造する場合、ポリマー組成物は、モノマー100モル%を超えることができない。したがって、当業者は、100モル%を超えないために、前述されたモノマーの量を調節することになる。

本発明によれば、水溶性ポリマーは、直鎖構造、分枝鎖構造、星型構造、くし型構造、ブロック構造、マイクロブロック構造を有するか、又は分子量において制御された多分散性を有することができる。これらの性質は、以下の、開始剤、移動剤、重合技術、例えば、テンプレート重合、RAFT(付加フラグメンテーションによる可逆的連鎖移動)、NMP(ニトロキシド媒介重合)、又はATRP(原子移動ラジカル重合)として既知である制御ラジカル重合、構造モノマーの組み込み、モノマー濃度の、1種又は複数の選択によって得ることができる。当業者の一般的な知識により、これらの種の構造の1つを有する水溶性(コ)ポリマーを製造することが可能になる。上記の特定のモルフォロジーを有する、本発明の水溶性ポリマーは、依然として、水溶性である。

水溶性ポリマーは、架橋することができる。架橋剤は、ポリエチレン性(polyethylenically)不飽和モノマーを含む基(少なくとも2種の不飽和官能基を有する)、例えば、ビニル官能基、アリル官能基、アクリル官能基、及びエポキシ官能基から選択することができる。好ましい架橋剤は、メチレンビスアクリルアミド(MBA)、エチレングリコールジアクリレート、テトラアリルアンモニウムクロリドポリエチレングリコールジメタクリレート、ジアクリルアミド、シアノメチルアクリレート、ビニルオキシエチルアクリレート、ビニルオキシメタクリレート、トリアリルアミン、ホルムアルデヒド、グリオキサール、グリシジルエーテル、例えば、エチレングリコールジグリシジルエーテル、及びエポキシ、トリアリルアミン(triallyamine)、テトラアリルアンモニウムクロリド(TAAC)、並びにその混合物から選択される。

こうした架橋剤を使用する場合、用いられる量は、水溶性ポリマーが、依然として、水溶性であるようなものである。

好ましくは、本発明の水溶性ポリマーは、架橋されていない。

一般に、水溶性ポリマーの生成は、特定の重合法を必要としない。水溶性ポリマーは、好ましくは、粉末形態であるポリマーをもたらす、当業者に既知の全ての重合技術、例えば、以下の技術:ゲル重合に続いて、乾燥させる工程及び粉砕する工程;沈殿重合;溶液重合に続いて、噴霧乾燥させる工程;逆エマルジョン重合に続いて、噴霧乾燥させる工程;マイクロビーズを得るのに有利な逆懸濁重合;ミセル重合に続いて沈殿させる工程、又はそれを含まないミセル重合;後加水分解重合又は共加水分解重合;いわゆる「テンプレート」重合、ラジカル重合、又は制御ラジカル重合、より詳細には、RAFT(可逆的付加フラグメンテーション連鎖移動)型の重合によって得ることができる。

水溶性モノマー重合は、フリーラジカル重合である。本発明の意義の範囲内で、フリーラジカル重合は、少なくとも1種の、UV開始剤、アゾ開始剤、酸化還元開始剤、若しくは熱開始剤を用いたフリーラジカル重合、又は制御ラジカル重合技術(CRP)、又はマトリックス重合技術を意味する。水溶性ポリマーは、当業者に既知の、任意の形態、例えば、水溶液、粉末、油中水型エマルジョン、又は塩水中ポリマー分散液で使用することができる。好ましくは、前述されたように、水溶性ポリマーは、粉末形態である。

粉末形態である場合、本発明の水溶性ポリマーは、好ましくは、50μmから1500μmの間、好ましくは、150μmから1000μmの間の粒径を有する。

本発明の水溶性ポリマーは、好ましくは300万g/モルから2000万g/モルの間、より好ましくは1000万g/モル以上、より好ましくは1200万g/モル以上、更により好ましくは1500万g/モル以上の質量平均分子量を有する。

本発明によれば、質量平均分子量は、固有粘度によって決定される。固有粘度は、当業者に既知の方法によって測定することができる。既に、ハギンス係数に関連して前述されたように、固有粘度は、とりわけ、濃度(横座標で)に対して換算粘度値(縦座標軸で)をプロットし、曲線を濃度0まで外挿することからなる図式解法によって、様々な濃度での換算粘度値から計算することができる。固有粘度値は、最小二乗法を用いることによって、縦座標軸で読み取られる。次いで、質量平均分子量は、マーク-ホーウィンクの式によって決定することができ、
[η]=KM^α
式中、
[η]は、溶液粘度測定法によって決定される、ポリマーの固有粘度であり、
Kは実験定数であり、
Mは、ポリマーの分子量であり、
αは、マーク-ホーウィンク係数である。

α及びKは、特定のポリマー-溶媒系に応じて決まる。ポリマー-溶媒系による、α及びKの値を示す表がある。

組成物
本発明の別の態様は、本発明の水溶性ポリマーを含む汚泥脱水組成物である。

本発明の汚泥脱水組成物は、例えば、水溶液、粒子形態、油中水型エマルジョン、又は塩水中ポリマー分散液等の、任意の形態を有することができる。好ましくは、汚泥脱水組成物は、粒子形態である。

以下の説明において、「粒子形態」は、好ましくは、0.1ミリメートルから2ミリメートルの間の平均粒径を有する、粉末、ビーズ、小粒、又はその混合物を意味する。「平均粒径」は、当業者の一般知識の一部である、従来技術を用いて、レーザー粒子寸法測定器で測定された平均直径を意味する。

有機塩及び/又は無機塩は、組成物の粒子形態とブレンドすることができる。これらの塩は、pH緩衝希釈剤、フリーフロー助剤、安定剤、溶解促進剤として使用することができる。好ましい塩は、尿素、硫酸アンモニウム、又は塩化物、アジピン酸、ギ酸ナトリウム、コハク酸である。

組成物の粒子形態は、前記組成物の全質量に対して、有機塩及び/又は無機塩を50質量パーセント以下含むことができる。

使用すること及び処理する方法
本発明の別の態様は、汚泥脱水のために、本発明の水溶性ポリマーを使用することである。

本発明はまた、本発明の水溶性ポリマーを使用することを含む、汚泥を処理するための、処理する方法にも関する。

処理のために、汚泥に添加される水溶性ポリマーの量は、多くのパラメーター(汚泥組成、pH等)によって決まる。好ましくは、本発明の方法について、水溶性ポリマーは、前記汚泥に対して、10〜10000ppmの範囲の物質量で、処理される汚泥に添加される。

本発明の水溶性ポリマーは、本発明の水溶性ポリマーとは異なる、1種又は複数のポリマーと組み合わせることができる。そのポリマーは、例えば、(綿状)凝集剤又は凝固剤であってもよい。

凝固剤は、有機であっても、無機であってもよい。無機凝固剤の一例は、ポリ塩化アルミニウム(PAC)である。

好ましい有機凝固剤は、質量平均分子量200万g.モル^-1未満を有する、ポリ(ジアリルジメチルアンモニウムクロリド)である。別の好ましい凝固剤は、ポリビニルアミジンである。質量平均分子量は、本発明のポリマーの質量平均分子量と同様に測定することができる。

本発明の水溶性ポリマーが、少なくとも別のポリマーと組み合わせて使用される場合、少なくとも2種のポリマーを、任意の順序で、又は同時に、処理される汚泥に添加することができる。

汚泥脱水法は、一般に水処理施設で使用される。水処理には、例えば、都市用水処理及び産業用水処理が挙げられる。

本発明は、以下の実施例を参照することによって、更に説明される。以下の実施例は、本発明を説明するものにすぎず、限定するものではない。別段の指示がなければ、全てのパーセントは、質量によるもの(w%)である。

本発明の技術的な効果は、2つのパラメーター: 0.7以上のk_H値及び0.5から0.7の間の密度の組み合わせを遵守するポリマーにある。

本発明によれば、汚泥脱水を改善する効果が、これら2つのパラメーターに関連するのみであることを示すために、それ自体既知であり、市場で汚泥を処理するのに使用される、様々なポリマーを本発明のポリマーと比較した。

試験されたポリマーを、Table1(表1)にまとめる。これらのポリマーは、市販されており、その一部はSNF社からのものである。

汚泥特性をTable2(表2)及びTable3(表3)に詳述する。

試験手順:
ジャーテスターに、汚泥250mLを集める。試験されるポリマーを、同量で添加し、試料を、200rpmで30秒間撹拌する。

フロックサイズを、視覚的に測定した。

フロック強度を、200rpmで30秒間せん断変形させる、第2の工程の後の、フロックサイズの変化によって測定した。

フロック化の後、汚泥を、250ミクロン孔のふるいによって濾過する。濾液量を、濾液の質量を測定することによって決定する。

これらの例(Table3(表3))において、本発明のポリマー(1及び2)により、汚泥脱水を改善し、フロックのサイズを大きくし、処理された汚泥の水含量を減らし、ケーキ分離を改善することが可能となる。ポリマーが、k_H及び密度のパラメーターを満たさない場合、性能は、本発明のポリマーほど良好ではない。

本発明の水溶性ポリマーを別の凝固剤と組み合わせる場合(ポリマー1+凝固剤1)、性能は、従来の市販製品と比較して更により改善される。

ポリマー8からポリマー10について、フロック化は観測されなかった。

Claims

汚泥脱水用の水溶性ポリマーであって、0.7以上のハギンス係数k_H及び0.5から0.7の間の密度を有する、水溶性ポリマー。
ハギンス係数k_Hが、2以下である、請求項1に記載の水溶性ポリマー。
合成ポリマーである、請求項1又は2に記載の水溶性ポリマー。
非イオン性モノマー、及び/又はアニオン性モノマー、及び/又はカチオン性モノマー、及び/又は双性イオン性モノマーの重合によって得ることができる、請求項1から3のいずれか一項に記載の水溶性ポリマー。
少なくとも1種のカチオン性モノマーを含む、請求項1から4のいずれか一項に記載の水溶性ポリマー。
カチオン性モノマーが、水溶性ビニルモノマーから、より詳細には、第四級アンモニウム基を有する、アクリルアミド、アクリル、アリル、又はマレイン酸型から選択される、請求項5に記載の水溶性ポリマー。
前記水溶性ポリマーのモノマーの総モル数に対して、カチオン性モノマーを1モル%から100モル%の間で含む、請求項1から6のいずれか一項に記載の水溶性ポリマー。
非イオン性モノマーが、アクリルアミド、メタクリルアミド、Nイソプロピルアクリルアミド、N,N-ジメチルアクリルアミド、N-メチロールアクリルアミド、Nビニルホルムアミド、N-ビニルアセトアミド、N-ビニルピリジン、N-ビニルピロリドン、アクリロイルモルホリン(ACMO)、ジアセトンアクリルアミド、及びその混合物から選択される、請求項4に記載の水溶性ポリマー。
前記水溶性ポリマーのモノマーの総モル数に対して、非イオン性モノマーを0モル%から99モル%の間で含む、請求項1から8のいずれか一項に記載の水溶性ポリマー。
アニオン性モノマーが、カルボン酸官能基を有するモノマー及びその塩、スルホン酸官能基を有するモノマー及びその塩、ホスホン酸官能基を有するモノマー及びその塩を含む群から選択される、請求項4に記載の水溶性ポリマー。
アニオン性モノマーが、アクリル酸、アクリルアミド第三級ブチルスルホン酸、メタクリル酸、マレイン酸、イタコン酸、3-アリルオキシ-2-ヒドロキシ-1-プロパンスルホン酸、並びにそのヘミエステル及び塩から選択される、請求項4に記載の水溶性ポリマー。
前記水溶性ポリマーのモノマーの総モル数に対して、アニオン性モノマーを0モル%から99モル%の間で含む、請求項1から11のいずれか一項に記載の水溶性ポリマー。
四級化ジメチルアミノエチルアクリレート(DMAEA)及びアクリルアミドからなる、請求項1から12のいずれか一項に記載の水溶性ポリマー。
300万g/モルから2000万g/モルの間、好ましくは1000万g/モルから2000万g/モルの間、より好ましくは1200万g/モルから2000万g/モルの間、より好ましくは1500万g/モルから2000万g/モルの間の質量平均分子量を有する、請求項1から13のいずれか一項に記載の水溶性ポリマー。
請求項1から14のいずれか一項に記載の水溶性ポリマーを含む汚泥脱水組成物。
粒子形態である、請求項15に記載の汚泥脱水組成物。
少なくとも1種の凝集剤及び/又は少なくとも1種の凝固剤を更に含む、請求項15に記載の汚泥脱水組成物。
請求項1から14のいずれか一項に記載の水溶性ポリマーを含む汚泥脱水組成物を、脱水すべき汚泥に添加する工程を含む、汚泥脱水するための方法。
脱水すべき汚泥に対する水溶性ポリマーの量が、10ppmから10000ppmの間である、請求項18に記載の方法。