JP5145823B2 - 有機系凝集剤と該薬剤を用いる廃水凝集処理方法 - Google Patents
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本有機系凝集剤において、DMAPAA系有機凝結剤成分とカチオン性高分子凝集剤成分とは別々の重合体であってもよく、その場合には、前記DMAPAA系有機凝結剤成分と前記カチオン性高分子凝集剤成分との混合重量比は、特に限定されないが、好ましくは、1:1〜1:2の範囲である。また、前記両成分を構成するモノマーが共重合された状態で両成分を有する共重合体であってもよく、その場合は、両成分をなすモノマーの仕込み時の混合重量比は、特に限定されないが、好ましくは、1:1〜1:2の範囲である。
ここで、DMAPAA系有機凝結剤成分とカチオン性高分子凝集剤成分とが別々の重合体として存在する場合には、前記DMAPAA系有機凝結剤成分は、DMAPAAのホモポリマーやDMAPAAとノニオン性モノマー(例えば、アクリルアミド)とのコポリマーを採用することができ、ポリマーの固有粘度は0.2〜2dL/g、分子量は数万〜300万程度のものを採用することができる。この場合のDMAPAA系有機凝結剤成分であるDMAPAAのホモポリマーあるいはDMAPAAとノニオン性モノマーとのコポリマーの形態は特に限定されないが、例えば、エマルションタイプ、水性タイプ、粉末タイプなどでもよい。
DMAPAA系有機凝結剤成分とカチオン性高分子凝集剤成分とが別々の重合体である場合のカチオン性高分子凝集剤の形態についても、特に限定されないが、例えば、エマルションタイプ、水性タイプ、粉末タイプなどを採用できる。該カチオン系高分子凝集剤成分の組成は、例えば、そのカチオン部がDAA(ジメチルアミノエチルアクリレートメチルハライド四級化物)であり、ノニオン部がAAm(アクリルアミド)であるものを採用することができる。この場合、前記DAAのモノマー単位が、20〜80モル%含まれている重合体、特に好適には、前記DAAのモノマー単位が、40〜80モル%含まれている重合体を採用できる。また、前記カチオン系高分子凝集剤成分のカチオン部の他の組成例としては、DAM(ジメチルアミノエチルメタクリレートメチルハライド四級化物)を挙げることができる。なお、カチオン性高分子凝集剤成分の重合体の固有粘度は、特に限定されないが、例えば、0.5〜10dL/gのものが有効である。
一方、DMAPAA系有機凝結剤成分とカチオン性高分子凝集剤成分とが一つの共重合体に存する場合には、共重合反応を行なう前の、DMAPAA系有機凝結剤成分を形成するためのDMAPAAモノマーとカチオン性高分子凝集剤成分を構成するモノマーの仕込み時の混合重量比は、特に限定されないが、好ましくは、1:1〜1:2の範囲である。
前記有機系凝集剤の添加方法の一例としては、無機凝集剤を添加した後にDMAPAAからなる有機凝結剤成分とカチオン性高分子凝集剤成分を共重合したポリマーとして同時に、あるいはDMAPAAからなる有機凝結剤成分から成る有機凝結剤とカチオン性高分子凝集剤成分から成るカチオン性高分子凝集剤を時間差おいて添加し(DMAPAAからなる有機凝結剤を先添加するのが望ましい)、攪拌機を有する反応槽で滞留時間3分〜30分反応させるか、分離装置に至るまでの滞留時間が10秒以上確保できる廃水ラインへ注入するようにする。
添加する前の薬剤状態については、所定の溶解槽においてそれぞれ別途溶解した状態のものでも良いが、共通の槽で、純分でトータル0.05〜5.0%に溶解した状態のものでも良い。溶解する前の状態としては、液状と粉末と別々でも良いが、粉末と粉末の混合物でも共重合物でも良い。
より詳しくは、1)A−1〜4は、DMAPAA系有機凝結剤成分とカチオン性高分子凝集剤成分(DAAとAAmの共重合物)の混合物であって、同カチオン性高分子凝集剤を構成するDAAとAAmのモル比を変化させた系である。
2)A−5〜6は、DMAPAA系有機凝結剤成分とカチオン性高分子凝集剤成分(DAMとAAmの共重合物)の混合物であって、同カチオン性高分子凝集剤を構成するDAMとAAmのモル比を変化させた系である。
3)A−7〜9は、DMAPAA系有機凝結剤成分とカチオン性高分子凝集剤成分(DAAとAAmの共重合物)の混合物であって、有機凝結剤成分とカチオン性高分子凝集剤成分の混合重量比を変化させた系である。
4)A−10〜13は、DMAPAA系有機凝結剤成分を構成するためのDMAPAAモノマーとカチオン性高分子凝集剤成分を構成するためのDAAモノマー及びAAmモノマーとの共重合物であって、DAAとAAmのモル比を変化させた系、およびDMAPAAモノマーとカチオン性高分子凝集剤成分を構成するためのモノマーとの仕込み比(重量比)を変えた系である。
5)A−14〜15は、DMAPAA系有機凝結剤成分とカチオン性高分子凝集剤成分(DAAとAAmの共重合物)の混合物で、DMAPAA系有機凝結剤成分の重合体の固有粘度を変化させた系である。以上の有機系凝集剤A−1〜15は、いずれも本発明の「実施例」として使用した。
6)次に、分類記号B−1が付された有機系凝集剤は、DMAPAAの単独重合体(ホモポリマー)である。
7)分類記号C−1が付された有機系凝集剤は、DADMACの単独重合体である。
8)分類記号D−1〜3が付された有機系凝集剤は、DADMAC系有機凝結剤成分とカチオン性高分子凝集剤成分(DAAとAAmの共重合物)の混合物であって、DAAとAAmのモル比を変化させた系である。以上の有機系凝集剤B−1、C−1、D−1〜3は、いずれも本発明に対する「比較例」として使用した。
試験例2は、紙パルプ製造工場の総合廃水の凝集沈殿処理を想定した試験である。
試験例3は、自動車工場の総合廃水の凝集沈澱処理を想定した試験である。なお、これらの試験例1〜3は、本発明の代表的な適用例を提示する趣旨で記載しているので、本試験によって本発明が適用される凝集処理技術が狭く限定されることはない。以下、試験例1〜3に関し、順に詳しく説明する。
<試験例1の目的>
本試験例1は、製紙工場のDIPや強制廃水に対するDMAPAA系有機凝結剤成分とカチオン性高分子凝集剤成分の併用の作用効果を、従来の架橋性DADMACと比較して検証する試験である。具体的には、DMAPAAと併用されるカチオン性高分子凝集剤成分の種類・組成(モル比)・混合比又は共重合比などを変えた時の凝集後のフロック径、フロックの沈降速度、上澄水濁度を測定した試験である。
まず、試験対象のサンプル廃水の性状は、pH:6.3、SS:2700mg/L、濁度:75.3度(660nm吸光度(logI0/I、I0:入射光強度 I:透過光強度)=0.301)であった。なお、このサンプル廃水500mLをビーカーに採取し、硫酸バンド(無機凝集剤の一例)に続いて、有機系凝結剤成分とカチオン性高分子凝集剤成分(DAA/AAm又はDAM/AAm)の混合物を添加した。なお、有機凝結剤成分とカチオン性高分子凝集剤成分はそれぞれの重合体を混合溶解(純分濃度で0.05〜3%程度に溶解)して同時に添加したり、両者を共重合したものを溶解して添加したりした。
(1)前記サンプル廃水を攪拌(条件:200rpm)しながら、硫酸バンドを所定量(表3参照)速やかに添加して、pH6.5の条件で、2分間反応させた。
(2)続いて、攪拌下(条件:200rpm)で、選択した所定の有機系凝集剤(A−1〜15、B−1、C−1、D−1〜3:上掲の「表2」を参照)を、一部の比較例(比較例112、113、114)を除いて、各3mg/L添加した(表4参照)。
(3)攪拌時間については、一部の有機系凝集剤(A−1、A−7、A−12、D−1、D−2)について、それぞれ1分、2分、5分、10分の条件で試験を行った。
(4)最後に、攪拌下、アニオン系高分子凝集剤1.5mg/L添加し、急速攪拌条件(180rpm)で60秒間反応させた後、緩速攪拌条件(60rpm)で120秒反応させた。なお、使用したアニオン系高分子凝集剤は、アクリルアミド(AAm)とアクリル酸(AA)の共重合体であり、AAm/AA=90/10モル比、固有粘度η=20dL/gである。
まず、有機系凝集剤がDMAPAAの単独重合体であるB-1を用いた比較例101では、上澄水濁度が8.3(0.033)である。また、有機系凝集剤がDADMACの単独重合体であるC-1を用いた比較例102では、上澄水濁度が8.8(0.035)であった(表4参照)。従って、DMAPAAとDADMACのそれぞれ単独組成である有機系凝結剤としての除濁性は、攪拌時間1分の条件では、ほぼ同等であることがわかった。
<試験例2の目的>
本試験例2は、製紙工場の総合廃水に対するDMAPAA系凝結剤成分としての重合体とカチオン性高分子凝集剤成分としての重合体を混合したものあるいは両成分を共に有する共重合物の作用効果を、従来の架橋性DADMACと比較することによって検証する試験である。具体的には、DMAPAAと併用されるカチオン性高分子凝集剤の種類・組成(モル比)・混合重量比又はモノマーの仕込み比(重量比)を変えた時の凝集後のフロック径、フロックの沈降速度、上澄水濁度を比較した試験である。
まず、本試験例2の試験対象であるサンプル廃水の性状は、pH:6.5、SS:460mg/L、濁度:630度(660nm吸光度・logT=2.52)、電気伝導度215mS/mであった。このサンプル廃水500mLをビーカーに採取し、ポリ塩化アルミニウム(PAC、無機凝集剤の一例)を添加した後、有機系凝結剤成分とカチオン性高分子凝集剤成分(DAA/AAm又はDAM/AAm)を添加し、さらに、アニオン系凝集剤(AAm/AA)を添加した。なお、有機凝結剤成分とカチオン性高分子凝集剤成分はそれぞれの重合体を混合溶解(純分濃度で0.05〜3%程度に溶解)して同時に添加したり、両者を共重合したものを溶解して添加したりした。
(1)前記サンプル廃水を攪拌(条件:200rpm)しながら、pH7.0の条件で、PACを所定量(表6参照)速やかに添加して、2分間反応させた。
(2)続いて、攪拌下(条件:200rpm)で、選択した所定の有機系凝結剤(A−1〜11、B−1、C−1、D−1〜3:上掲の「表2」を参照)を、一部の比較例(比較例209〜211)を除き、各2mg/L添加した。
(3)攪拌時間については、1分、2分、5分、10分の4系統で試験を行った。
(4)最後に、攪拌下、アニオン系高分子凝集剤を1.5mg/L添加し、急速攪拌条件(180rpm)で60秒間反応させた後、緩速攪拌条件(60rpm)で120秒反応させた。なお、使用したアニオン系高分子凝集剤は、アクリルアミド(AAm)とアクリル酸(AA)の共重合体であり、AAm/AA=90/10モル比、固有粘度η=20dL/gである(試験例1と同じ)。
上澄水濁度の測定値をみると、DMAPAA系凝結剤成分としてのDMAPAAホモポリマーとカチオン性高分子凝集剤成分としてのDAA/AAmコポリマーとの混合物である有機系凝集剤を用いた場合(実施例201〜207)、あるいはDMAPAA系凝結剤を構成するためのDMAPAAモノマーとカチオン性高分子凝集剤成分を構成するためのDAAモノマー及びAAmモノマーの共重合物である有機系凝集剤(A−10、A−11、A―12、A―13)を用いた場合(実施例208〜211)では、有機系凝集剤として架橋性DADMACを単独で用いた場合よりも除濁性に優れている。
<試験例3の目的>
本試験例3は、自動車工場の総合廃水に対するDMAPAA系凝結剤成分としての重合体とカチオン性高分子凝集剤成分としての重合体を混合したものあるいは両成分を共に有する共重合物の作用効果を、従来の架橋性DADMACと比較することによって検証する試験である。具体的には、DMAPAAと併用されるカチオン性高分子凝集剤成分の種類・組成(モル比)・混合重量比又はモノマーの仕込み比を変えた時の凝集後のフロック径、フロックの沈降速度、上澄水濁度を比較した試験である。
まず、本試験例3の試験対象であるサンプル廃水の性状は、pH:7.4、SS:39mg/L、濁度:110度(660nm吸光度・logT=0.44)、電気伝導度89mS/mであった。このサンプル廃水500mLをビーカーに採取し、硫酸バンド(無機凝集剤の一例)を添加し、次に、有機系凝結剤成分とカチオン性高分子凝集剤成分(DAA/AAm又はDAM/AAm)を添加し、さらに、アニオン系凝集剤(AAm/AA)を添加した。なお、有機凝結剤成分とカチオン性高分子凝集剤成分はそれぞれの重合体を混合溶解(純分濃度で0.05〜3%程度に溶解)して同時に添加したり、両者を共重合したものを溶解して添加したりした。
(2)続いて、攪拌下(条件:200rpm)で、選択した所定の有機系凝結剤(A−1、2、12、B−1、C−1、D−1:上掲の「表2」を参照)を、一部の比較例(比較例307〜309)を除き、各1.0mg/L添加した。
(3)攪拌時間については、1分、2分、5分、10分の4系統で試験を行った。
(4)最後に、攪拌下、アニオン系高分子凝集剤を1.5mg/L添加し、急速攪拌条件(180rpm)で60秒間反応させた後、緩速攪拌条件(60rpm)で120秒反応させた。なお、併用したアニオン系高分子凝集剤は、アクリルアミド(AAm)とアクリル酸(AA)の共重合体であり、AAm/AA=90/10モル比、固有粘度η=20dL/gである(試験例1と同じ)。
上澄水濁度の測定値をみると、DMAPAA系凝結剤成分としてのDMAPAAホモポリマーとカチオン性高分子凝集剤成分としてのDAA/AAmコポリマーとの混合物である有機系凝集剤を用いた場合(実施例301,303〜305)、あるいは、DMAPAA系凝結剤を構成するためのDMAPAAモノマーとカチオン性高分子凝集剤成分を構成するためのDAAモノマー及びAAmモノマーの共重合物である有機系凝集剤を用いた場合(実施例302,306〜308)では、有機系凝集剤に架橋性DADMACを単独で用いた場合よりも除濁性に優れている(表7、表8参照)。
Claims (7)
- 廃水中の懸濁物を凝集するための薬剤であって、
DMAPAA(ジメチルアミノプロピルアクリルアミドのメチルハライド四級化物)系有機凝結剤成分と、カチオン性高分子凝集剤成分とが別々の重合体、あるいは前記両成分を構成するモノマーが共重合された状態で両成分を有する共重合体、を少なくとも含む有機系凝集剤。 - 前記DMAPAA系有機凝結剤成分と前記カチオン性高分子凝集剤成分の混合重量比が、1:1〜1:2の範囲であることを特徴とする請求項1記載の有機系凝集剤。
- 前記カチオン性高分子凝集剤成分のカチオン部が、DAA(ジメチルアミノエチルアクリレートメチルハライド四級化物)であり、ノニオン部がAAm(アクリルアミド)であることを特徴とする請求項1又は2に記載の有機系凝集剤。
- 前記DAAのモノマー単位が、20〜80モル%含まれていることを特徴とする請求項3記載の有機系凝集剤。
- 前記カチオン性高分子凝集剤成分のカチオン部が、DAM(ジメチルアミノエチルメタクリレートメチルハライド四級化物)であり、ノニオン部がAAm(アクリルアミド)であることを特徴とする請求項1記載の有機系凝集剤。
- 廃水に凝集剤を添加して廃水中の懸濁物を凝集する凝集処理方法であって、DMAPAAからなる有機凝結剤成分と、カチオン性高分子凝集剤成分とが別々の重合体を、あるいは前記両成分を構成するモノマーが共重合された状態で両成分を有する共重合体を、廃水に添加することを特徴とする廃水の凝集処理方法。
- 請求項1〜5のいずれか1項記載の有機系凝集剤を、廃水に添加することを特徴とする、請求項6記載の廃水の凝集処理方法。
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