JP4219169B2 - 汚泥脱水用陽イオンラテックスターポリマー - Google Patents
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Description
【０００１】
技術分野
本発明は、廃水浄化用のポリマーに関するものである。特には、本発明は陽イオンラテックスターポリマー凝集剤と、その汚泥脱水への利用を示す。
【０００２】
背景技術
汚水泥やそれに類する浮遊有機物の脱水に際しては、それらを凝固または凝集させ、水分離工程を促進するために化学試薬を加えるので、増量する場合がある。この目的のためには、石灰や、鉄やアルミニウムの塩が用いられてきた。近年では、合成ポリマー電解質、特には、特定のアクリルアミドの陽イオン共重合体が有用であることが分かってきた。
【０００３】
有機汚泥を凝固または凝集させるのに有用であることが分かった市販のポリマーは多種あるにもかかわらず、これらの試薬の有用性を制限する様々な状況が発生する。したがって、特定の汚泥には公知の試薬による経済的な処理が可能であるが、汚泥を効果的に処理するためには費用効率が悪く、試薬を大量に投与しなければならないことがしばしばある。また、ひとつの廃水源に多種の汚泥が存在することが多い。例えば、汚泥形成過程において供給される物質、および、または、酸化条件の違いが、産出された汚泥に除去されなければならない多様な種類の粒子をもたらす。さらに、何らかの理由により、いかなる公知のポリマー凝集剤によっても凝集できない汚泥に遭遇することもまれではない。それゆえ、本発明の目的は、汚泥を含む廃水の優れた脱水方法を提供することである。
【０００４】
アクリルアミドの陽イオン油中水乳状液ポリマーおよび陽イオンモノマーを、約０．１〜０．７５モル％のヒドロキシアルキル（メタ）アクリレートおよび約０．０１〜０．０７５重量％の連鎖移動剤と混合した汚泥脱水用のものが米国特許第５，０９３，４１３号に開示されている。しかし、これらのポリマーは、遠心分離脱水機などの高剪断力状態下での汚泥の脱水にはあまり効果的ではない。それゆえ、本発明のもう一つの目的は高剪断力状態下において優れた脱水性能を提供する、新しい種類のポリマーを提供することにある。
【０００５】
発明の概要
我々は、約０．９〜５モル％のヒドロキシアルキル（メタ）アクリレートモノマーを混合した陽イオンラテックスターポリマーが、特に高剪断力状態下で優れた汚泥脱水性能を提供することを見いだした。
【０００６】
したがって、本発明は第１態様において、１つまたはそれ以上の陽イオンモノマーを約１〜９９．１モル％と、１つまたはそれ以上のヒドロキシアルキル（メタ）アクリレートを約０．９〜５モル％と、１つまたはそれ以上の非イオンモノマーを約０〜９８．１モル％とを重合させて調製される陽イオンラテックスターポリマーを示す。
【０００７】
本発明はその他の態様において、１つまたはそれ以上の陽イオンモノマーを約１〜９９．１モル％と、１つまたはそれ以上のヒドロキシアルキル（メタ）アクリレートを約０．９〜５モル％と、１つまたはそれ以上の非イオンモノマーを約０〜９８．１モル％と、を重合させて調製される陽イオンラテックスターポリマーを効果的な量を汚泥に添加することを特徴とする汚泥脱水方法を示す。
【０００８】
本発明はその他の態様において、蛍光剤トレーサー化合物、および、１つまたはそれ以上の陽イオンモノマーを約１〜９９．１モル％と、１つまたはそれ以上のヒドロキシアルキル（メタ）アクリレートを約０．９〜５モル％と、１つまたはそれ以上の非イオンモノマーを約０〜９８．１モル％とを重合させて調製される陽イオンラテックスターポリマーを有するポリマー構成物を示す。
【０００９】
発明の詳細な説明
用語の定義
「アルキル」とは、単一水素原子の除去による、直鎖または分鎖の飽和炭化水素由来の１価の基を意味する。代表的なアルキル基には、メチル、エチル、ｎ−およびｉｓｏ−プロピル等が含まれる。
【００１０】
「アルキレン」とは、２つの水素原子の除去による、直鎖または分鎖の飽和炭化水素由来の２価の基を意味する。代表的なアルキレン基には、メチレン、エチレン、プロピレン等が含まれる。
【００１１】
「活性ポリマーに基づいて」および「モノマーに基づいて」とは、添加される試薬の量が化学式のビニルモノマーのレベルに基づくか、または、変換率を１００％と仮定した、重合後のポリマーレベルに基づくことを意味する。
【００１２】
「化学式に基づいて」とは、添加される試薬の量は全化学式量に基づいていることを意味する。
【００１３】
「陽イオンモノマー」とは、ここでは、正味の正電荷を有すると定義されたモノマーを意味する。代表的な陽イオンモノマーには、これらには限定されないが、ジメチルアミノエチル アクリレート メチル クロライド 第４級塩、ジメチルアミノエチル アクリレート メチル スルフェート(sulfate) 第４級塩、ジメチルアミノエチル アクリレート ベンジル クロライド 第４級塩、ジメチルアミノエチル アクリレート 硫酸塩、ジメチルアミノエチル アクリレート 塩酸塩、ジメチルアミノエチル メタクリレート メチル クロライド 第４級塩、ジメチルアミノエチル メタクリレート メチル スルフェート 第４級塩、ジメチルアミノエチル メタクリレート ベンジル クロライド 第４級塩、ジメチルアミノエチル メタクリレート 硫酸塩、ジメチルアミノエチル メタクリレート 塩酸塩を含むジアルキルアミノアルキル アクリレート、および、メタクリレートおよびその第４級塩または酸性塩、アクリルアミドプロピルトリメチルアンモニウム クロライド、ジメチルアミノプロピルアクリルアミド メチル スルフェート 第４級塩、ジメチルアミノプロピルアクリルアミド 硫酸塩、ジメチルアミノプロピルアクリルアミド 塩酸塩、メタクリルアミドプロピルトリメチルアンモニウム クロライド、ジメチルアミノプロピルメタクリルアミド メチル スルフェート 第４級塩、ジメチルアミノプロピルメタクリルアミド 硫酸塩、ジメチルアミノプロピルメタクリルアミド 塩酸塩、ジエチルアミノエチル アクリレート、ジエチルアミノエチル メタクリレート、ジアリルジエチルアンモニウム クロライド、および、ジアリルジメチル アンモニウム クロライド等のジアルキルアミノアルキルアクリルアミド、またはメタクリルアミド、およびその第４級塩、または酸性塩が含まれる。アルキル基は、通常Ｃ1-4アルキルである。好ましい陽イオンモノマーは、ジメチルアミノエチル アクリレート メチル クロライド 第４級塩、ジメチルアミノエチル メタクリレート メチル クロライド 第４級塩、アクリルアミドプロピルトリメチルアンモニウム クロライド、および、メタクリルアミドプロピルトリメチルアンモニウム クロライドである。ジメチルアミノエチル アクリレート メチル クロライド 第４級塩がより好ましい。
【００１４】
「連鎖移動剤」とは、デッドポリマー（dead polymer）と新たなラジカルを形成するポリマーラジカルと反応する、フリーラジカル重合に用いられる分子を意味する。代表的な連鎖移動剤は、K. C. Berger and G. Brandrup による“Transfer Constants to Monomer, Polymer, Catalyst, Solvent, and Additive in Free Radical Polymerization,” Section II, pp. 81-151, および J. Brandrup and E. H. Immergutによる“Polymer Handbook,” 3d edition, 1989, John Wiley & Sons, New Yorkに記載されている。好ましい連鎖移動剤には、蟻酸ナトリウム、２−メルカプトエタノール、および、イソプロパノールが含まれる。蟻酸ナトリウムがより好ましい。
【００１５】
「ヒドロキシアルキル（メタ）アクリレート」とは、下記の化学式の化合物を意味し、Ｒ１は、ＨまたはＣＨ３、および、ＬはＣ１−Ｃ８であり、好ましくはＣ１−Ｃ４アルキレンである。
【００１６】
【化１】
【００１７】
代表的なヒドロキシアルキル（メタ）アクリレートは、ヒドロキシエチル アクリレート、ヒドロキシプロピル アクリレート、ヒドロキシブチル アクリレート、ヒドロキシエチル メタクリレート、ヒドロキシプロピル メタクリレート、６−ヒドロキシヘキシル メタクリレート等が含まれる。２−ヒドロキシエチル メタクリレート（ＨＥＭＡ）、および、２−ヒドロキシプロピル メタクリレートが好ましい。
【００１８】
「ラテックスポリマー」とは、水相中に本発明の陽イオンターポリマー、油相に炭化水素油、および、１つまたはそれ以上の油中水乳化剤を有する、油中水ポリマー乳状液を意味する。ラテックスポリマーは、炭化水素マトリックス中に分散した水溶性ポリマーにつながっている炭化水素である。前記ラテックスポリマーは使用に際して、剪断力、希釈、および、通常は他の界面活性剤を用いて、粒子からポリマーを放出することにより「転化」または活性化される。ここに参考文献として挙げる米国特許第３，７３４，８７３号参照。高分子量の転化乳状液ポリマーの代表的な調製法は、米国特許第２，９８２，７４９号、第３，２８４，３９３号、および、第３，７３４，８７３号に記載されている。Hunkeler等による、“Mechanism, Kinetics and Modeling of the Inverse-Microsuspension Homopolymerization of Acrylamide,” Polymer (1989), 30(1),127-42、および、Hunkeler等による、“Mechanism, Kinetics and Modeling of the Inverse-Microsuspension Polymerization: 2. Copolymerization of Acrylamide with Quaternary Ammonium Cationic Monomers,” Polymer (1991), 32(14), 2626-40も参照。
【００１９】
転化乳状液ポリマーは、所望のモノマー、および、無機塩、キレート剤、ｐｈ緩衝剤等の重合添加物を水相に溶解し、油相に乳化剤（単数または複数）を溶解し、油相に水相を乳状化して油中水乳状液を調製し、油中水乳状液を均質化する場合もあり、油中水乳状液の水相に溶解したモノマーを重合して、油中水乳状液としてのポリマーを得ることにより調製される。必要に応じて、油中水自己転化乳状液をえるために、重合完了後に自己転化界面活性剤を添加してもよい。
【００２０】
油相は、不活性な疎水性液体を有する。好ましい疎水性液体には、ベンゼン、キシレン、トルエン、パラフィンオイル、ミネラルスピリット、ケロシン、ナフサ等を含む脂肪族、および、芳香族炭化水素液体が含まれる。パラフィン系石油が好ましい。
【００２１】
過酸化ベンゾイル、過酸化ラウロイル、２，２´−アゾビス（イソブチロニトリル）（ＡＩＢＮ）、２，２´−アゾビス（２，４−ジメチルバレロニトリル）（ＡＩＶＮ）、カリウム過硫酸塩等のフリーラジカル発生開始剤は、ビニルおよびアクリルモノマーの重合に有用である。２，２´−アゾビス（イソブチロニトリル）（ＡＩＢＮ）、および２，２´−アゾビス（２，４−ジメチルバレロニトリル）（ＡＩＶＮ）が好ましい。開始剤は、開始剤の溶解度に応じて、モノマーの約０．００２〜０．２重量％の範囲内の量で用いられる。
【００２２】
本発明のラテックスポリマーの調製に有用な油中水乳化材には、脂肪酸のソルビタンエステル、脂肪酸のエトキシル化ソルビタンエステル等、またはそれらの混合物が含まれる。好ましい乳化剤には、ソルビタン モノオレエート、ポリオキシエチレン ソルビタン モノステレート等が含まれる。これらの試薬に関するさらなる詳細は、McCutcheonのDetergents and Emulsifiers, North American Edition, 1980に記載されている。従来技術における、如何なる転化界面活性剤、または、転化界面活性剤混合物を用いることができる。代表的な転化界面活性剤には、エトキシル化ノニルフェノール、エトキシル化直鎖アルコール等が含まれる。好ましい転化界面活性剤はエトキシル化直鎖アルコールである。
【００２３】
前記ポリマーは、約３０〜８５℃の温度で約１〜２４時間、好ましくは約４０〜７０℃の温度で約３〜６時間適切なモノマーを重合することにより調製される。反応完了直後に油中水乳状液ポリマーは室温まで冷却され、酸化防止剤または高ＨＬＢ界面活性剤（米国特許第３，７３４，８７３号に記載）などの、所望の重合後添加物を添加してもよい。
【００２４】
得られた乳状液ポリマーは流動性のある液体である。油中水乳状液ポリマーの水溶液は、高ＨＬＢ界面活性剤（米国特許第３，７３４，８７３号に記載）存在下で強制攪拌しながら、所望の量の乳状液ポリマーを水に添加することにより得られる。
【００２５】
「モノマー」とは、重合可能なアリル、ビニル、またはアクリル化合物を意味する。モノマーは陽イオン性でも非イオン性でもよい。ビニルモノマーが好ましく、アクリルモノマーがより好ましい。
【００２６】
「非イオンモノマー」とは、ここで定義されている、電気的に中性であるモノマーを意味する。代表的な非イオン水溶性モノマーには、アクリルアミド、メタクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジエチルアクリルアミド、Ｎ―イソプロピルアクリルアミド、Ｎ−ビニルホルムアミド、Ｎ−ビニルメチルアセトアミド、Ｎ−ビニル ピロリドン、Ｎ−ｔ−ブチルアクリルアミド、Ｎ−メチロールアクリルアミド等が含まれる。好ましい非イオンモノマーは、アクリルアミドおよびメタクリルアミドである。アクリルアミドがより好ましい。
【００２７】
「ＲＳＶ」は、リデュースド・スペシフィック・ビスコシティー（Reduced Specific Viscosity）の略である。ポリマー溶液のＲＳＶとは、特定の濃度において、ポリマーが溶液の粘度を高める能力の尺度であり、ポリマー分子の構造（大きさ、形を含む）、およびポリマー分子間の相互作用による。Paul J. Floryの“Principles of Polymer Chemistry”, Cornell University Press, Ithaca, NY., 1953, Chapter VII, “Determination of Molecular Weights”, pp. 266-316によれば、実質的に直鎖で十分に溶解されている同シリーズのポリマー同族体内では、希釈されたポリマー溶液のリデュースド・スペシフィック・ビスコシティー（ＲＳＶ）の大きさは、ポリマー鎖長や平均分子量の指標である。ＲＳＶは、特定のポリマー濃度および温度において測定され、以下のように計算される。
【００２８】
【数１】
【００２９】
η＝ポリマー溶液の粘度
η0＝同温度における溶媒の粘度
ｃ＝溶液中のポリマーの濃度
濃度ｃの単位は、ｇ/１００ｍｌ、または、ｇ/ｄｌである。したがって、ＲＳＶの単位はｄｌ/ｇである。本明細書においては、ＲＳＶ測定に用いられた溶剤は、１．０モル濃度の硝酸ナトリウム溶液である。この溶剤中のポリマー濃度は、０．０４５ｇ/ｄｌである。ＲＳＶは３０℃で計測された。粘度ηおよび粘度η0は、キャノンウベローデ型セミマイクロ希釈粘度計サイズ７５を用いて計測された。粘度計は、３０±０．０２℃に調整された恒温層に完全な垂直位置に設置された。ＲＳＶの計算における固有誤差は約２ｄｌ/ｇである。同シリーズの２つのポリマー同族体が類似のＲＳＶであるときは、それらは類似の分子量である事を示す。
【００３０】
実施の形態
本発明の好ましい態様においては、前記非イオンモノマーは、アクリルアミドおよびメタクリルアミドから選択され、前記陽イオンモノマーは、ジメチルアミノエチル アクリレート メチル クロライド 第４級塩、ジメチルアミノエチル メタクリレート メチル クロライド 第４級塩、アクリルアミドプロピルトリメチルアンモニウム クロライド、およびメタクリルアミドプロピルトリメチルアンモニウム クロライドから選択される。
【００３１】
他の好ましい態様においては、前記ヒドロキシアルキル（メタ）アクリレートは、ヒドロキシエチル アクリレート、ヒドロキシプロピル アクリレート、ヒドロキシブチル アクリレート、ヒドロキシエチル メタクリレート、ヒドロキシプロピル メタクリレート、６−ヒドロキシヘキシル メタクリレートから選択される。
【００３２】
他の好ましい態様においては、陽イオンラテックスポリマーは、約２０〜８０モル％の１つまたはそれ以上の前記陽イオンモノマー、約１〜２．５モル％の1つまたはそれ以上の前記ヒドロキシアルキル（メタ）アクリレート、および約１７．５〜７９モル％の1つまたはそれ以上の前記非イオンモノマーを重合させることにより調製される。
【００３３】
他の好ましい態様においては、前記非イオンモノマーはアクリルアミドであり、前記陽イオンモノマーはジメチルアミノエチル アクリレート メチル クロライド 第４級塩である。
【００３４】
他の好ましい態様においては、前記ヒドロキシアルキル（メタ）アクリレートはヒドロキシエチル メタクリレートである。
【００３５】
本発明のポリマーを用いた処理に適する汚泥には、1次処理汚泥、活性ごみ、好気的および嫌気的に消化された工業および都市ごみが含まれる。
【００３６】
汚泥を効果的に凝集させるために必要とされる全ポリマー量は、処理される汚泥の特性や要求されている脱水度などにより大幅に異なる場合がある。通常ポリマーは、活動ポリマーを基調にして約１０〜６００ｐｐｍ、好ましくは約１５〜４００ｐｐｍ、より好ましくは約２０〜２００ｐｐｍの量を添加される。
【００３７】
従来の方法に付加することもできる。凝集を促すために、汚泥と凝集剤の混合物の攪拌が必要な場合もある。その後の、分離された固体の液体からの分離には、ろ過および、または沈殿法などの従来の方法を用いることができる。
【００３８】
本発明の好ましい態様においては、汚泥は高剪断法によって脱水される。
【００３９】
他の好ましい態様においては、高剪断法は遠心分離汚泥脱水である。
【００４０】
遠心分離汚泥脱水では、汚泥を高速で回転させて重力による分離を起こさせることにより、遠心分離機の中で固体―液体分離が生じる。前記遠心分離機において達成される重力は２０００〜３０００Ｇである。ソリッドボール遠心分離機（solid bowl centrifuge）は汚泥の脱水に最も頻繁に用いられる型である。ソリッドボール遠心分離機は連続流水式である。
【００４１】
円錐―円筒型が最も一般的に用いられているソリッドボール遠心分離機である。それは、より柔軟性のある機械であり、所望の性能基準に応じてケークの乾燥度のバランスを変えられ、幅広い範囲で品質の中心化ができる。円錐―円筒型ソリッドボール遠心分離機は、ボール、および、ボールとコンベヤとを多少速度は異なるが同方向に回転させる特殊なギアシステムを通じて結合されているコンベヤを有する回転ユニットから成る。ボールの一端の円錐部は、コンベヤが汚泥を押し出す排出口の上方に脱水ビーチ(dewatering beach)を形成する。浄化された脱離液は、堰を超えて流れ出るか、スキマー（skimmer）によって除去される。
【００４２】
凝集された汚泥は、ボールに入るとすぐに重力だけではなく、汚泥がボール壁にぶつかることにより生じる高衝撃な剪断力に曝される。汚泥はその後コンベヤ部へ移動し、固形物と液体は分離される。遠心分離機に伴う剪断力は、ベルトフィルタープレスのような他の脱水装置のものとは異なる。後者においては、汚泥が余分な水を放出するようにベルトによる圧力下で圧搾された後に、水は重力によって排水される。遠心分離機による高衝撃な剪断力によって沈殿物は瞬時に分解される傾向にあるので、高い沈殿力を与えるポリマーを必要とする。以下に示すように、本発明の陽イオンターポリマーは、従来の陽イオンポリマーと比較して、高い剪断強度の沈殿物を提供する。
【００４３】
本発明の陽イオンターポリマーの性能は、ここに参考文献として挙げる米国特許第４，７８３，３１４号に記載されているように、不活性蛍光トレーサーにより観察できる。特には、本発明の陽イオンラテックスターポリマーを含む構成、および上記のように処理される汚泥に不活性蛍光トレーサーを既知の比率で添加される場合である。処理された汚泥の蛍光発光を測定し、計量し、最大の脱水性能を達成するためのポリマーの供給量および供給速度を調整するために用いられる。
【００４４】
「不活性蛍光トレーサー化合物」とは、処理中の汚泥の存在下で蛍光発光できる物質を意味する。不活性蛍光トレーサー化合物は、汚泥中に存在するいかなる物質、脱水工程における温度または温度変化によって、感知できるほどの影響を受けるべきではない。代表的な不活性蛍光トレーサー化合物には、モノ―、ジ―、およびトリスルホン化ナフタレン、およびそれらの水溶性塩、１，３，６，８−ピレンテトラスルホン酸、やアシッドイエロー７（acid yellow 7）などのスルホン化ピレン誘導体、およびそれらの水溶性塩などが含まれる。好ましい不活性蛍光トレーサー化合物は、１，３，６，８−ピレンテトラスルホン酸、ナトリウム塩である。
【００４５】
陽イオンラテックスターポリマー／不活性蛍光トレーサー化合物組成物は、本発明の陽イオンラテックスターポリマーに攪拌しながら不活性蛍光トレーサー化合物を添加することにより調製される。不活性蛍光トレーサー化合物と共に、本文中に記載されているような転化界面活性剤が添加されてもよい。添加される不活性蛍光トレーサー化合物の量は、ポリマー組成や処理される汚泥の特性を考慮して、一般的な関連技術によって前もって決定されてもよい。
【００４６】
上記は、以下の実施例を参照することにより理解を深めることができるが、実施例は例示するために提供されたもので、本発明の範囲を限定するものではない。
【００４７】
実施例
実施例１
アクリルアミド／ジメチルアミノエチル アクリレート メチル クロライド 第四級塩／ヒドロキシエチル メタクリレート（４９．２／４９．８／１．０）ターポリマーの調製
４８．９％アクリルアミド水溶液（Nalco Chemical Co., Naperville, IL）を２１１．３ｇ、水４５．８ｇ、および、アジピン酸９．０ｇを混ぜ合わせることにより水モノマー相を作製した。組成物は溶解するまで攪拌された。得られた溶液に、８０．５％ジメチルアミノエチル アクリレート メチル クロライド 第四級塩溶液（DMAEA・MCQ, NCF Manufacturing, Inc., Riceboro, GA）を３５４．７ｇ、ヒドロキシエチル メタクリレート(Rocryl 400, Rohm and Haas Company, Philadelphia, PA)を３．８ｇ、ＥＤＴＡ・４Ｎａ＋（エチレンジアミン四酢酸、四ナトリウム塩、Van Waters & Rogers, Geismar, LA）を０．１２ｇ添加した。
【００４８】
パラフィン系石油（Escaid 110, Exxon Chemical Company, Houston, TX）２５２．０ｇ、Ｓｐａｎ ８０（ソルビタン モノオレアート、ICI Specialty Chemicals, Wilmington, DE）９．０ｇ、および、Ｔｗｅｅｎ ６１（POE(4) ソルビタン モノステアレート、ICI Specialty Chemicals, Wilmington, DE）１８．９ｇの混合物を界面活性剤が溶解するまで加熱（５４〜５７℃）して、油相を調製した。油相はリアクター２ｌに供給された。勢いよく攪拌（底から３インチの位置に、土台にテフロン（登録商標）のパドルが付いた１０ｍｍのロッドおよび、６ブレードダービンで９００ｒｐｍ）している状態で、モノマー相が２分以上かけて加えられた。得られた混合物は４２℃で３０分攪拌された。
【００４９】
油中水乳状液にＡＩＢＮ（２，２´―アゾビス（イソブチロニトリル）、E. I. duPnot Nemours & Co. Inc.; Wilmington, DE）０．２９７ｇおよび、ＡＩＶＮ（２，２´―アゾビス（２，４−ジメチルバレロニトリル）、E. I. duPnot Nemours & Co. Inc.; Wilmington, DE）０．０４５ｇを添加した。重合は、窒素雰囲気下で４２〜４５℃で３時間、その後７４℃で１時間行なわれた。重合完了後、反応混合物は室温まで冷却された。
【００５０】
得られたラテックスポリマーのブルックフィールド粘度は４９７ｃｐｓ（３０ｒｐｍで＃２スピンドル）であった。油中水乳状液ポリマー２．０ｇを１９８．０ｇの含水０．１２ｇＡｌｆｏｎｉｃ １４１２−６０(Vista Chemical Co., Houston, TX)と３００ｍｌビーカー中で３０分間よく攪拌して混合することにより、ポリマー溶液を得た。ターポリマーに関して、６．６ｄｌ/ｇ（１Ｍ Ｎａｎｏ３，４５０ｐｐｍ、３０℃）ＲＳＶが計測された。
【００５１】
本発明の陽イオンターポリマーの代表的な特性を表１にまとめた。ポリマーは実施例１の方法により調製された。
【００５２】
【表１】
【００５３】
実施例２
アクリルアミド／ジメチルアミノエチル アクリレート メチル クロライド 第四級塩／ヒドロキシエチル メタクリレート（４９．２／４９．８／１．０）蛍光トレーサーを含むターポリマーの調製
Ａｌｆｏｎｉｃ １４１２−６０(Vista Chemical Co., Houston, TX)１６．８ｇを１５分かけて実施例１の油中水ポリマー混合物に加え、その後、１０％ピレン四硫酸ナトリウム塩水溶液（B. F. Goodrich, Cleveland, OH）９．０ｇを１５分かけて加えることにより、蛍光トレーサーを含む自己転化ポリマーを調製した。
【００５４】
実施例３
遠心分離機ベンチ試験
遠心分離チューブ中の２０ｍｌの汚泥に、所望の濃度でポリマーを添加し、ボルテックスミキサーで１０秒間攪拌した。その後、汚泥を１０００Ｇで１分間遠心分離機にかけた。さらに、ボルテックスミキサーで１０秒間混合した。沈殿物が目視で観測され、４を最良とした、０から４の評価を行なった。評価３または４のポリマーが遠心分離機において効果的である。ベンチ試験は、実地試験における遠心分離機の実際の性能と、広範囲にわたって相関関係がある。
【００５５】
０．７６モルまでのヒドロキシエチルメタアクリレート（ＨＥＭＡ）を含む代表的なポリマー、および、代表的な従来の組成物にの特性を表２にまとめた。前記ポリマーは米国特許第５，０９３，４１３号の記載と同様に調製した。
【００５６】
表２における本発明の代表的なポリマー、および、代表的な従来のポリマーの遠心分離機ベンチ試験のデータを表３〜５にまとめた。
【００５７】
【表２】
【００５８】
【表３】
【００５９】
【表４】
【００６０】
【表５】
【００６１】
【表６】
【００６２】
表３〜５に示すように、ヒドロキシエチルメタクリレートを０．７６モル％以下含む従来のポリマーは、本発明のポリマーと比較して、効果がないか、または、効率的ではなかった（つまり、高ポリマー投与量を必要とする）。
【００６３】
この技術に通じる者には、ここに述べられている現在の好ましい態様への様々な変更や改良があきらかである。そのような変更や改良は、本発明の意図や範囲を逸脱せずに、付帯の利点を減少することなく行うことができる。したがって、そのような変更および改良は添付された特許請求の範囲に含まれる。
技術分野
本発明は、廃水浄化用のポリマーに関するものである。特には、本発明は陽イオンラテックスターポリマー凝集剤と、その汚泥脱水への利用を示す。
【０００２】
背景技術
汚水泥やそれに類する浮遊有機物の脱水に際しては、それらを凝固または凝集させ、水分離工程を促進するために化学試薬を加えるので、増量する場合がある。この目的のためには、石灰や、鉄やアルミニウムの塩が用いられてきた。近年では、合成ポリマー電解質、特には、特定のアクリルアミドの陽イオン共重合体が有用であることが分かってきた。
【０００３】
有機汚泥を凝固または凝集させるのに有用であることが分かった市販のポリマーは多種あるにもかかわらず、これらの試薬の有用性を制限する様々な状況が発生する。したがって、特定の汚泥には公知の試薬による経済的な処理が可能であるが、汚泥を効果的に処理するためには費用効率が悪く、試薬を大量に投与しなければならないことがしばしばある。また、ひとつの廃水源に多種の汚泥が存在することが多い。例えば、汚泥形成過程において供給される物質、および、または、酸化条件の違いが、産出された汚泥に除去されなければならない多様な種類の粒子をもたらす。さらに、何らかの理由により、いかなる公知のポリマー凝集剤によっても凝集できない汚泥に遭遇することもまれではない。それゆえ、本発明の目的は、汚泥を含む廃水の優れた脱水方法を提供することである。
【０００４】
アクリルアミドの陽イオン油中水乳状液ポリマーおよび陽イオンモノマーを、約０．１〜０．７５モル％のヒドロキシアルキル（メタ）アクリレートおよび約０．０１〜０．０７５重量％の連鎖移動剤と混合した汚泥脱水用のものが米国特許第５，０９３，４１３号に開示されている。しかし、これらのポリマーは、遠心分離脱水機などの高剪断力状態下での汚泥の脱水にはあまり効果的ではない。それゆえ、本発明のもう一つの目的は高剪断力状態下において優れた脱水性能を提供する、新しい種類のポリマーを提供することにある。
【０００５】
発明の概要
我々は、約０．９〜５モル％のヒドロキシアルキル（メタ）アクリレートモノマーを混合した陽イオンラテックスターポリマーが、特に高剪断力状態下で優れた汚泥脱水性能を提供することを見いだした。
【０００６】
したがって、本発明は第１態様において、１つまたはそれ以上の陽イオンモノマーを約１〜９９．１モル％と、１つまたはそれ以上のヒドロキシアルキル（メタ）アクリレートを約０．９〜５モル％と、１つまたはそれ以上の非イオンモノマーを約０〜９８．１モル％とを重合させて調製される陽イオンラテックスターポリマーを示す。
【０００７】
本発明はその他の態様において、１つまたはそれ以上の陽イオンモノマーを約１〜９９．１モル％と、１つまたはそれ以上のヒドロキシアルキル（メタ）アクリレートを約０．９〜５モル％と、１つまたはそれ以上の非イオンモノマーを約０〜９８．１モル％と、を重合させて調製される陽イオンラテックスターポリマーを効果的な量を汚泥に添加することを特徴とする汚泥脱水方法を示す。
【０００８】
本発明はその他の態様において、蛍光剤トレーサー化合物、および、１つまたはそれ以上の陽イオンモノマーを約１〜９９．１モル％と、１つまたはそれ以上のヒドロキシアルキル（メタ）アクリレートを約０．９〜５モル％と、１つまたはそれ以上の非イオンモノマーを約０〜９８．１モル％とを重合させて調製される陽イオンラテックスターポリマーを有するポリマー構成物を示す。
【０００９】
発明の詳細な説明
用語の定義
「アルキル」とは、単一水素原子の除去による、直鎖または分鎖の飽和炭化水素由来の１価の基を意味する。代表的なアルキル基には、メチル、エチル、ｎ−およびｉｓｏ−プロピル等が含まれる。
【００１０】
「アルキレン」とは、２つの水素原子の除去による、直鎖または分鎖の飽和炭化水素由来の２価の基を意味する。代表的なアルキレン基には、メチレン、エチレン、プロピレン等が含まれる。
【００１１】
「活性ポリマーに基づいて」および「モノマーに基づいて」とは、添加される試薬の量が化学式のビニルモノマーのレベルに基づくか、または、変換率を１００％と仮定した、重合後のポリマーレベルに基づくことを意味する。
【００１２】
「化学式に基づいて」とは、添加される試薬の量は全化学式量に基づいていることを意味する。
【００１３】
「陽イオンモノマー」とは、ここでは、正味の正電荷を有すると定義されたモノマーを意味する。代表的な陽イオンモノマーには、これらには限定されないが、ジメチルアミノエチル アクリレート メチル クロライド 第４級塩、ジメチルアミノエチル アクリレート メチル スルフェート(sulfate) 第４級塩、ジメチルアミノエチル アクリレート ベンジル クロライド 第４級塩、ジメチルアミノエチル アクリレート 硫酸塩、ジメチルアミノエチル アクリレート 塩酸塩、ジメチルアミノエチル メタクリレート メチル クロライド 第４級塩、ジメチルアミノエチル メタクリレート メチル スルフェート 第４級塩、ジメチルアミノエチル メタクリレート ベンジル クロライド 第４級塩、ジメチルアミノエチル メタクリレート 硫酸塩、ジメチルアミノエチル メタクリレート 塩酸塩を含むジアルキルアミノアルキル アクリレート、および、メタクリレートおよびその第４級塩または酸性塩、アクリルアミドプロピルトリメチルアンモニウム クロライド、ジメチルアミノプロピルアクリルアミド メチル スルフェート 第４級塩、ジメチルアミノプロピルアクリルアミド 硫酸塩、ジメチルアミノプロピルアクリルアミド 塩酸塩、メタクリルアミドプロピルトリメチルアンモニウム クロライド、ジメチルアミノプロピルメタクリルアミド メチル スルフェート 第４級塩、ジメチルアミノプロピルメタクリルアミド 硫酸塩、ジメチルアミノプロピルメタクリルアミド 塩酸塩、ジエチルアミノエチル アクリレート、ジエチルアミノエチル メタクリレート、ジアリルジエチルアンモニウム クロライド、および、ジアリルジメチル アンモニウム クロライド等のジアルキルアミノアルキルアクリルアミド、またはメタクリルアミド、およびその第４級塩、または酸性塩が含まれる。アルキル基は、通常Ｃ1-4アルキルである。好ましい陽イオンモノマーは、ジメチルアミノエチル アクリレート メチル クロライド 第４級塩、ジメチルアミノエチル メタクリレート メチル クロライド 第４級塩、アクリルアミドプロピルトリメチルアンモニウム クロライド、および、メタクリルアミドプロピルトリメチルアンモニウム クロライドである。ジメチルアミノエチル アクリレート メチル クロライド 第４級塩がより好ましい。
【００１４】
「連鎖移動剤」とは、デッドポリマー（dead polymer）と新たなラジカルを形成するポリマーラジカルと反応する、フリーラジカル重合に用いられる分子を意味する。代表的な連鎖移動剤は、K. C. Berger and G. Brandrup による“Transfer Constants to Monomer, Polymer, Catalyst, Solvent, and Additive in Free Radical Polymerization,” Section II, pp. 81-151, および J. Brandrup and E. H. Immergutによる“Polymer Handbook,” 3d edition, 1989, John Wiley & Sons, New Yorkに記載されている。好ましい連鎖移動剤には、蟻酸ナトリウム、２−メルカプトエタノール、および、イソプロパノールが含まれる。蟻酸ナトリウムがより好ましい。
【００１５】
「ヒドロキシアルキル（メタ）アクリレート」とは、下記の化学式の化合物を意味し、Ｒ１は、ＨまたはＣＨ３、および、ＬはＣ１−Ｃ８であり、好ましくはＣ１−Ｃ４アルキレンである。
【００１６】
【化１】
代表的なヒドロキシアルキル（メタ）アクリレートは、ヒドロキシエチル アクリレート、ヒドロキシプロピル アクリレート、ヒドロキシブチル アクリレート、ヒドロキシエチル メタクリレート、ヒドロキシプロピル メタクリレート、６−ヒドロキシヘキシル メタクリレート等が含まれる。２−ヒドロキシエチル メタクリレート（ＨＥＭＡ）、および、２−ヒドロキシプロピル メタクリレートが好ましい。
【００１８】
「ラテックスポリマー」とは、水相中に本発明の陽イオンターポリマー、油相に炭化水素油、および、１つまたはそれ以上の油中水乳化剤を有する、油中水ポリマー乳状液を意味する。ラテックスポリマーは、炭化水素マトリックス中に分散した水溶性ポリマーにつながっている炭化水素である。前記ラテックスポリマーは使用に際して、剪断力、希釈、および、通常は他の界面活性剤を用いて、粒子からポリマーを放出することにより「転化」または活性化される。ここに参考文献として挙げる米国特許第３，７３４，８７３号参照。高分子量の転化乳状液ポリマーの代表的な調製法は、米国特許第２，９８２，７４９号、第３，２８４，３９３号、および、第３，７３４，８７３号に記載されている。Hunkeler等による、“Mechanism, Kinetics and Modeling of the Inverse-Microsuspension Homopolymerization of Acrylamide,” Polymer (1989), 30(1),127-42、および、Hunkeler等による、“Mechanism, Kinetics and Modeling of the Inverse-Microsuspension Polymerization: 2. Copolymerization of Acrylamide with Quaternary Ammonium Cationic Monomers,” Polymer (1991), 32(14), 2626-40も参照。
【００１９】
転化乳状液ポリマーは、所望のモノマー、および、無機塩、キレート剤、ｐｈ緩衝剤等の重合添加物を水相に溶解し、油相に乳化剤（単数または複数）を溶解し、油相に水相を乳状化して油中水乳状液を調製し、油中水乳状液を均質化する場合もあり、油中水乳状液の水相に溶解したモノマーを重合して、油中水乳状液としてのポリマーを得ることにより調製される。必要に応じて、油中水自己転化乳状液をえるために、重合完了後に自己転化界面活性剤を添加してもよい。
【００２０】
油相は、不活性な疎水性液体を有する。好ましい疎水性液体には、ベンゼン、キシレン、トルエン、パラフィンオイル、ミネラルスピリット、ケロシン、ナフサ等を含む脂肪族、および、芳香族炭化水素液体が含まれる。パラフィン系石油が好ましい。
【００２１】
過酸化ベンゾイル、過酸化ラウロイル、２，２´−アゾビス（イソブチロニトリル）（ＡＩＢＮ）、２，２´−アゾビス（２，４−ジメチルバレロニトリル）（ＡＩＶＮ）、カリウム過硫酸塩等のフリーラジカル発生開始剤は、ビニルおよびアクリルモノマーの重合に有用である。２，２´−アゾビス（イソブチロニトリル）（ＡＩＢＮ）、および２，２´−アゾビス（２，４−ジメチルバレロニトリル）（ＡＩＶＮ）が好ましい。開始剤は、開始剤の溶解度に応じて、モノマーの約０．００２〜０．２重量％の範囲内の量で用いられる。
【００２２】
本発明のラテックスポリマーの調製に有用な油中水乳化材には、脂肪酸のソルビタンエステル、脂肪酸のエトキシル化ソルビタンエステル等、またはそれらの混合物が含まれる。好ましい乳化剤には、ソルビタン モノオレエート、ポリオキシエチレン ソルビタン モノステレート等が含まれる。これらの試薬に関するさらなる詳細は、McCutcheonのDetergents and Emulsifiers, North American Edition, 1980に記載されている。従来技術における、如何なる転化界面活性剤、または、転化界面活性剤混合物を用いることができる。代表的な転化界面活性剤には、エトキシル化ノニルフェノール、エトキシル化直鎖アルコール等が含まれる。好ましい転化界面活性剤はエトキシル化直鎖アルコールである。
【００２３】
前記ポリマーは、約３０〜８５℃の温度で約１〜２４時間、好ましくは約４０〜７０℃の温度で約３〜６時間適切なモノマーを重合することにより調製される。反応完了直後に油中水乳状液ポリマーは室温まで冷却され、酸化防止剤または高ＨＬＢ界面活性剤（米国特許第３，７３４，８７３号に記載）などの、所望の重合後添加物を添加してもよい。
【００２４】
得られた乳状液ポリマーは流動性のある液体である。油中水乳状液ポリマーの水溶液は、高ＨＬＢ界面活性剤（米国特許第３，７３４，８７３号に記載）存在下で強制攪拌しながら、所望の量の乳状液ポリマーを水に添加することにより得られる。
【００２５】
「モノマー」とは、重合可能なアリル、ビニル、またはアクリル化合物を意味する。モノマーは陽イオン性でも非イオン性でもよい。ビニルモノマーが好ましく、アクリルモノマーがより好ましい。
【００２６】
「非イオンモノマー」とは、ここで定義されている、電気的に中性であるモノマーを意味する。代表的な非イオン水溶性モノマーには、アクリルアミド、メタクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジエチルアクリルアミド、Ｎ―イソプロピルアクリルアミド、Ｎ−ビニルホルムアミド、Ｎ−ビニルメチルアセトアミド、Ｎ−ビニル ピロリドン、Ｎ−ｔ−ブチルアクリルアミド、Ｎ−メチロールアクリルアミド等が含まれる。好ましい非イオンモノマーは、アクリルアミドおよびメタクリルアミドである。アクリルアミドがより好ましい。
【００２７】
「ＲＳＶ」は、リデュースド・スペシフィック・ビスコシティー（Reduced Specific Viscosity）の略である。ポリマー溶液のＲＳＶとは、特定の濃度において、ポリマーが溶液の粘度を高める能力の尺度であり、ポリマー分子の構造（大きさ、形を含む）、およびポリマー分子間の相互作用による。Paul J. Floryの“Principles of Polymer Chemistry”, Cornell University Press, Ithaca, NY., 1953, Chapter VII, “Determination of Molecular Weights”, pp. 266-316によれば、実質的に直鎖で十分に溶解されている同シリーズのポリマー同族体内では、希釈されたポリマー溶液のリデュースド・スペシフィック・ビスコシティー（ＲＳＶ）の大きさは、ポリマー鎖長や平均分子量の指標である。ＲＳＶは、特定のポリマー濃度および温度において測定され、以下のように計算される。
【００２８】
【数１】
η＝ポリマー溶液の粘度
η0＝同温度における溶媒の粘度
ｃ＝溶液中のポリマーの濃度
濃度ｃの単位は、ｇ/１００ｍｌ、または、ｇ/ｄｌである。したがって、ＲＳＶの単位はｄｌ/ｇである。本明細書においては、ＲＳＶ測定に用いられた溶剤は、１．０モル濃度の硝酸ナトリウム溶液である。この溶剤中のポリマー濃度は、０．０４５ｇ/ｄｌである。ＲＳＶは３０℃で計測された。粘度ηおよび粘度η0は、キャノンウベローデ型セミマイクロ希釈粘度計サイズ７５を用いて計測された。粘度計は、３０±０．０２℃に調整された恒温層に完全な垂直位置に設置された。ＲＳＶの計算における固有誤差は約２ｄｌ/ｇである。同シリーズの２つのポリマー同族体が類似のＲＳＶであるときは、それらは類似の分子量である事を示す。
【００３０】
実施の形態
本発明の好ましい態様においては、前記非イオンモノマーは、アクリルアミドおよびメタクリルアミドから選択され、前記陽イオンモノマーは、ジメチルアミノエチル アクリレート メチル クロライド 第４級塩、ジメチルアミノエチル メタクリレート メチル クロライド 第４級塩、アクリルアミドプロピルトリメチルアンモニウム クロライド、およびメタクリルアミドプロピルトリメチルアンモニウム クロライドから選択される。
【００３１】
他の好ましい態様においては、前記ヒドロキシアルキル（メタ）アクリレートは、ヒドロキシエチル アクリレート、ヒドロキシプロピル アクリレート、ヒドロキシブチル アクリレート、ヒドロキシエチル メタクリレート、ヒドロキシプロピル メタクリレート、６−ヒドロキシヘキシル メタクリレートから選択される。
【００３２】
他の好ましい態様においては、陽イオンラテックスポリマーは、約２０〜８０モル％の１つまたはそれ以上の前記陽イオンモノマー、約１〜２．５モル％の1つまたはそれ以上の前記ヒドロキシアルキル（メタ）アクリレート、および約１７．５〜７９モル％の1つまたはそれ以上の前記非イオンモノマーを重合させることにより調製される。
【００３３】
他の好ましい態様においては、前記非イオンモノマーはアクリルアミドであり、前記陽イオンモノマーはジメチルアミノエチル アクリレート メチル クロライド 第４級塩である。
【００３４】
他の好ましい態様においては、前記ヒドロキシアルキル（メタ）アクリレートはヒドロキシエチル メタクリレートである。
【００３５】
本発明のポリマーを用いた処理に適する汚泥には、1次処理汚泥、活性ごみ、好気的および嫌気的に消化された工業および都市ごみが含まれる。
【００３６】
汚泥を効果的に凝集させるために必要とされる全ポリマー量は、処理される汚泥の特性や要求されている脱水度などにより大幅に異なる場合がある。通常ポリマーは、活動ポリマーを基調にして約１０〜６００ｐｐｍ、好ましくは約１５〜４００ｐｐｍ、より好ましくは約２０〜２００ｐｐｍの量を添加される。
【００３７】
従来の方法に付加することもできる。凝集を促すために、汚泥と凝集剤の混合物の攪拌が必要な場合もある。その後の、分離された固体の液体からの分離には、ろ過および、または沈殿法などの従来の方法を用いることができる。
【００３８】
本発明の好ましい態様においては、汚泥は高剪断法によって脱水される。
【００３９】
他の好ましい態様においては、高剪断法は遠心分離汚泥脱水である。
【００４０】
遠心分離汚泥脱水では、汚泥を高速で回転させて重力による分離を起こさせることにより、遠心分離機の中で固体―液体分離が生じる。前記遠心分離機において達成される重力は２０００〜３０００Ｇである。ソリッドボール遠心分離機（solid bowl centrifuge）は汚泥の脱水に最も頻繁に用いられる型である。ソリッドボール遠心分離機は連続流水式である。
【００４１】
円錐―円筒型が最も一般的に用いられているソリッドボール遠心分離機である。それは、より柔軟性のある機械であり、所望の性能基準に応じてケークの乾燥度のバランスを変えられ、幅広い範囲で品質の中心化ができる。円錐―円筒型ソリッドボール遠心分離機は、ボール、および、ボールとコンベヤとを多少速度は異なるが同方向に回転させる特殊なギアシステムを通じて結合されているコンベヤを有する回転ユニットから成る。ボールの一端の円錐部は、コンベヤが汚泥を押し出す排出口の上方に脱水ビーチ(dewatering beach)を形成する。浄化された脱離液は、堰を超えて流れ出るか、スキマー（skimmer）によって除去される。
【００４２】
凝集された汚泥は、ボールに入るとすぐに重力だけではなく、汚泥がボール壁にぶつかることにより生じる高衝撃な剪断力に曝される。汚泥はその後コンベヤ部へ移動し、固形物と液体は分離される。遠心分離機に伴う剪断力は、ベルトフィルタープレスのような他の脱水装置のものとは異なる。後者においては、汚泥が余分な水を放出するようにベルトによる圧力下で圧搾された後に、水は重力によって排水される。遠心分離機による高衝撃な剪断力によって沈殿物は瞬時に分解される傾向にあるので、高い沈殿力を与えるポリマーを必要とする。以下に示すように、本発明の陽イオンターポリマーは、従来の陽イオンポリマーと比較して、高い剪断強度の沈殿物を提供する。
【００４３】
本発明の陽イオンターポリマーの性能は、ここに参考文献として挙げる米国特許第４，７８３，３１４号に記載されているように、不活性蛍光トレーサーにより観察できる。特には、本発明の陽イオンラテックスターポリマーを含む構成、および上記のように処理される汚泥に不活性蛍光トレーサーを既知の比率で添加される場合である。処理された汚泥の蛍光発光を測定し、計量し、最大の脱水性能を達成するためのポリマーの供給量および供給速度を調整するために用いられる。
【００４４】
「不活性蛍光トレーサー化合物」とは、処理中の汚泥の存在下で蛍光発光できる物質を意味する。不活性蛍光トレーサー化合物は、汚泥中に存在するいかなる物質、脱水工程における温度または温度変化によって、感知できるほどの影響を受けるべきではない。代表的な不活性蛍光トレーサー化合物には、モノ―、ジ―、およびトリスルホン化ナフタレン、およびそれらの水溶性塩、１，３，６，８−ピレンテトラスルホン酸、やアシッドイエロー７（acid yellow 7）などのスルホン化ピレン誘導体、およびそれらの水溶性塩などが含まれる。好ましい不活性蛍光トレーサー化合物は、１，３，６，８−ピレンテトラスルホン酸、ナトリウム塩である。
【００４５】
陽イオンラテックスターポリマー／不活性蛍光トレーサー化合物組成物は、本発明の陽イオンラテックスターポリマーに攪拌しながら不活性蛍光トレーサー化合物を添加することにより調製される。不活性蛍光トレーサー化合物と共に、本文中に記載されているような転化界面活性剤が添加されてもよい。添加される不活性蛍光トレーサー化合物の量は、ポリマー組成や処理される汚泥の特性を考慮して、一般的な関連技術によって前もって決定されてもよい。
【００４６】
上記は、以下の実施例を参照することにより理解を深めることができるが、実施例は例示するために提供されたもので、本発明の範囲を限定するものではない。
【００４７】
実施例
実施例１
アクリルアミド／ジメチルアミノエチル アクリレート メチル クロライド 第四級塩／ヒドロキシエチル メタクリレート（４９．２／４９．８／１．０）ターポリマーの調製
４８．９％アクリルアミド水溶液（Nalco Chemical Co., Naperville, IL）を２１１．３ｇ、水４５．８ｇ、および、アジピン酸９．０ｇを混ぜ合わせることにより水モノマー相を作製した。組成物は溶解するまで攪拌された。得られた溶液に、８０．５％ジメチルアミノエチル アクリレート メチル クロライド 第四級塩溶液（DMAEA・MCQ, NCF Manufacturing, Inc., Riceboro, GA）を３５４．７ｇ、ヒドロキシエチル メタクリレート(Rocryl 400, Rohm and Haas Company, Philadelphia, PA)を３．８ｇ、ＥＤＴＡ・４Ｎａ＋（エチレンジアミン四酢酸、四ナトリウム塩、Van Waters & Rogers, Geismar, LA）を０．１２ｇ添加した。
【００４８】
パラフィン系石油（Escaid 110, Exxon Chemical Company, Houston, TX）２５２．０ｇ、Ｓｐａｎ ８０（ソルビタン モノオレアート、ICI Specialty Chemicals, Wilmington, DE）９．０ｇ、および、Ｔｗｅｅｎ ６１（POE(4) ソルビタン モノステアレート、ICI Specialty Chemicals, Wilmington, DE）１８．９ｇの混合物を界面活性剤が溶解するまで加熱（５４〜５７℃）して、油相を調製した。油相はリアクター２ｌに供給された。勢いよく攪拌（底から３インチの位置に、土台にテフロン（登録商標）のパドルが付いた１０ｍｍのロッドおよび、６ブレードダービンで９００ｒｐｍ）している状態で、モノマー相が２分以上かけて加えられた。得られた混合物は４２℃で３０分攪拌された。
【００４９】
油中水乳状液にＡＩＢＮ（２，２´―アゾビス（イソブチロニトリル）、E. I. duPnot Nemours & Co. Inc.; Wilmington, DE）０．２９７ｇおよび、ＡＩＶＮ（２，２´―アゾビス（２，４−ジメチルバレロニトリル）、E. I. duPnot Nemours & Co. Inc.; Wilmington, DE）０．０４５ｇを添加した。重合は、窒素雰囲気下で４２〜４５℃で３時間、その後７４℃で１時間行なわれた。重合完了後、反応混合物は室温まで冷却された。
【００５０】
得られたラテックスポリマーのブルックフィールド粘度は４９７ｃｐｓ（３０ｒｐｍで＃２スピンドル）であった。油中水乳状液ポリマー２．０ｇを１９８．０ｇの含水０．１２ｇＡｌｆｏｎｉｃ １４１２−６０(Vista Chemical Co., Houston, TX)と３００ｍｌビーカー中で３０分間よく攪拌して混合することにより、ポリマー溶液を得た。ターポリマーに関して、６．６ｄｌ/ｇ（１Ｍ Ｎａｎｏ３，４５０ｐｐｍ、３０℃）ＲＳＶが計測された。
【００５１】
本発明の陽イオンターポリマーの代表的な特性を表１にまとめた。ポリマーは実施例１の方法により調製された。
【００５２】
【表１】
実施例２
アクリルアミド／ジメチルアミノエチル アクリレート メチル クロライド 第四級塩／ヒドロキシエチル メタクリレート（４９．２／４９．８／１．０）蛍光トレーサーを含むターポリマーの調製
Ａｌｆｏｎｉｃ １４１２−６０(Vista Chemical Co., Houston, TX)１６．８ｇを１５分かけて実施例１の油中水ポリマー混合物に加え、その後、１０％ピレン四硫酸ナトリウム塩水溶液（B. F. Goodrich, Cleveland, OH）９．０ｇを１５分かけて加えることにより、蛍光トレーサーを含む自己転化ポリマーを調製した。
【００５４】
実施例３
遠心分離機ベンチ試験
遠心分離チューブ中の２０ｍｌの汚泥に、所望の濃度でポリマーを添加し、ボルテックスミキサーで１０秒間攪拌した。その後、汚泥を１０００Ｇで１分間遠心分離機にかけた。さらに、ボルテックスミキサーで１０秒間混合した。沈殿物が目視で観測され、４を最良とした、０から４の評価を行なった。評価３または４のポリマーが遠心分離機において効果的である。ベンチ試験は、実地試験における遠心分離機の実際の性能と、広範囲にわたって相関関係がある。
【００５５】
０．７６モルまでのヒドロキシエチルメタアクリレート（ＨＥＭＡ）を含む代表的なポリマー、および、代表的な従来の組成物にの特性を表２にまとめた。前記ポリマーは米国特許第５，０９３，４１３号の記載と同様に調製した。
【００５６】
表２における本発明の代表的なポリマー、および、代表的な従来のポリマーの遠心分離機ベンチ試験のデータを表３〜５にまとめた。
【００５７】
【表２】
【表３】
【表４】
【表５】
【表６】
表３〜５に示すように、ヒドロキシエチルメタクリレートを０．７６モル％以下含む従来のポリマーは、本発明のポリマーと比較して、効果がないか、または、効率的ではなかった（つまり、高ポリマー投与量を必要とする）。
【００６３】
この技術に通じる者には、ここに述べられている現在の好ましい態様への様々な変更や改良があきらかである。そのような変更や改良は、本発明の意図や範囲を逸脱せずに、付帯の利点を減少することなく行うことができる。したがって、そのような変更および改良は添付された特許請求の範囲に含まれる。
Claims (8)
- １つまたはそれ以上の陽イオンモノマーを１〜９９．１モル％と、１つまたはそれ以上のヒドロキシアルキル（メタ）アクリレートを０．９〜５モル％と、１つまたはそれ以上の非イオンモノマーを１７．５〜９８．１モル％と、を重合させて調製される陽イオンラテックスターポリマーであって、
前記非イオンモノマーは、アクリルアミドおよびメタクリルアミドから選択され、
前記陽イオンモノマーは、ジメチルアミノエチル アクリレート メチル クロライド 第４級塩、ジメチルアミノエチル メタクリレート メチル クロライド 第４級塩、アクリルアミドプロピルトリメチルアンモニウム クロライド、およびメタクリルアミドプロピルトリメチルアンモニウム クロライドから選択されることを特徴とする陽イオンラテックスターポリマー。 - 前記ヒドロキシアルキル（メタ）アクリレートは、ヒドロキシエチル アクリレート、ヒドロキシプロピル アクリレート、ヒドロキシブチル アクリレート、ヒドロキシエチル メタクリレート、ヒドロキシプロピル メタクリレート、６−ヒドロキシヘキシル メタクリレートから選択される請求項１記載の陽イオンラテックスターポリマー。
- ２０〜８０モル％の１つまたはそれ以上の前記陽イオンモノマー、１〜２．５モル％の1つまたはそれ以上の前記ヒドロキシアルキル（メタ）アクリレート、および１７．５〜７９モル％の1つまたはそれ以上の前記非イオンモノマーを重合させることにより調製される請求項２記載の陽イオンラテックスターポリマー。
- 前記非イオンモノマーはアクリルアミドであり、前記陽イオンモノマーはジメチルアミノエチル アクリレート メチル クロライド 第４級塩である請求項３記載の陽イオンラテックスターポリマー。
- 前記ヒドロキシアルキル（メタ）アクリレートはヒドロキシエチル メタクリレートである請求項４記載の陽イオンラテックスターポリマー。
- 効果的な量の請求項１記載の陽イオンラテックスターポリマーを汚泥に添加することを含む汚泥脱水方法。
- 汚泥は高剪断法によって脱水され、前記高剪断法は遠心分離脱水である請求項６記載の方法。
- 請求項１記載の陽イオンターポリマー、および、不活性トレーサー化合物を有する化学組成物。
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