JP6651825B2 - 汚泥脱水剤及び汚泥脱水方法 - Google Patents
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Description
(1) アミジン系カチオン性ポリマーと2種類のカチオン性ポリマーとを併用する方法(特開2011−224420号公報)
(2) アミジン系カチオン性ポリマーとベンジル系カチオン性ポリマーとを併用する方法(特開2012−96199号公報)
(3) ポリビニルアミジンと架橋性イオン性水溶性高分子(メタアクリル酸エステル系又はジアリルジメチルアンモニウムクロライド系カチオン性ポリマー)とを併用する方法(特開2004−25095号公報)
(4) ポリビニルアミジンとジアリルジメチルアンモニウムクロライド系カチオン性ポリマーと両性ポリマーとを併用する方法(特開2004−167465号公報)
また、特開2004−25095号公報で用いられる架橋性イオン性高分子の噴霧乾燥品は、溶解に時間がかかる、未溶解物が発生しやすいといった欠点がある。
即ち、本発明は以下を要旨とする。
(1) アミジン系カチオン性ポリマーとその他のカチオン性ポリマー等を併用する従来品では達成し得なかった良好な凝集効果を得ることができ、遠心脱水機のような強いせん断力のかかる脱水機による脱水にも対応し得る高強度で粗大な汚泥フロックを形成することができる。
(2) アミジン系カチオン性ポリマーであるカチオン性ポリマーCの配合割合を従来品に比べて大幅に低減した上で、良好な凝集効果と、濾過性及び脱水性の向上効果を得ることができる。従って、安価な汚泥脱水剤により、低含水率の脱水ケーキを得ることができる。
(3) 3種類のポリマーを粉末状態で混合することで容易に一剤化することができ、また、使用時にはこれを水に溶解させた水溶液として容易に薬注制御することができ、その際の溶解性も速く、取り扱い性、作業性に優れる。
また、「(メタ)アクリル」は「アクリル」及び/又は「メタアクリル(メタクリル)」をさし、「(メタ)アクリレート」、「(メタ)アクリロ」についても同様である。
本発明において、特定のカチオン性ポリマーAと両性ポリマーBとカチオン性ポリマーCとの各ポリマーの相互作用の詳細については明確でないが、以下のような作用機構の相乗効果により、本発明の効果が発現されるものと推定される。
(1) カチオン性ポリマーAに含まれるベンジル4級化塩のベンジル基に由来する高い疎水性のために、本発明の汚泥脱水剤を添加して得られる凝集フロックの水親和性が低下し、含水率が下がり易い脱水性に優れた凝集フロックが形成される。
(2) カチオン性ビニルモノマーとアニオン性ビニルモノマーとノニオン性ビニルモノマーとの共重合物である両性ポリマーBは、アニオン性ビニルモノマーに由来する繰り返し単位を有することから、カチオン性ポリマーA,Cのカチオン粒子が吸着した汚泥粒子を互いに強固に結合させて、カチオン性ポリマーのみの組成では達成しえない高強度で粗大な汚泥フロックの形成に寄与する。
(3) アミジン系カチオン性ポリマーであるカチオン性ポリマーCは、その特徴的なフロック形成力によりフロックの強度を更に高め、脱水機の圧搾圧力に抗するフロック強度を得るために寄与する。
本発明で用いるカチオン性ポリマーAは、下記一般式(1)で表されるベンジル系カチオン単位(1)(以下「ベンジル系カチオン単位(1)」と称す場合がある。)を繰り返し単位として含むものである。
本発明で用いる両性ポリマーBは、カチオン性ビニルモノマーとアニオン性ビニルモノマーとノニオン性ビニルモノマーとの共重合物である。
本発明で用いるカチオン性ポリマーCは、下記一般式(2)で表されるアミジン単位(以下「アミジン単位(2)」と称す場合がある。)又は下記一般式(3)で表されるアミジン単位(以下「アミジン単位(3)」と称す場合がある。)を繰り返し単位として有するものである。
アミジン単位(2),(3)は反応するモノマーの異性体によって決定される。なお、この異性体は通常、共存している。
本発明の汚泥脱水剤中のカチオン性ポリマーAと両性ポリマーBとカチオン性ポリマーCとの割合は、これらの合計100重量%におけるカチオン性ポリマーAの割合が58〜90重量%、両性ポリマーBの割合が8〜40重量%、カチオン性ポリマーCの割合が2〜30重量%であり、好ましくは、カチオン性ポリマーAの割合が70〜85重量%、両性ポリマーBの割合が10〜20重量%、カチオン性ポリマーCの割合が5〜20重量%である。
各ポリマーの割合が上記範囲外であると、これらの3種のポリマーを組み合わせて用いることによる本発明の効果を得ることができない。
本発明の汚泥脱水剤は、上述のカチオン性ポリマーAと両性ポリマーBとカチオン性ポリマーCとを含むものであればよく、カチオン性ポリマーAと両性ポリマーBとカチオン性ポリマーCとが別々に提供されるものであっても、これらが予め混合されて一剤化されたものであってもよい。
例えば、カチオン性ポリマーAと両性ポリマーBとカチオン性ポリマーCとを粉末状態で所定の配合に混合した粉末組成物として製剤化し、使用する場合は0.1〜0.5重量%程度の水溶液として汚泥に添加することができる。
或いは、各々のポリマーを別々に溶解して各々の水溶液を汚泥に添加しても同等の効果を得ることができる。
本発明の汚泥脱水剤を汚泥に添加して脱水するには、本発明の汚泥脱水剤を汚泥に添加して20秒〜5分程度混合した後、脱水機に投入して脱水すれば良い。
この汚泥脱水剤と汚泥との混合は、移送配管内で行ってもよく、別途設けた凝集反応槽で行ってもよい。また、遠心脱水機のように混合機構を有する脱水機であれば、脱水前の混合工程を省略することができる。
以下の実施例及び比較例で用いたカチオン性ポリマーは次の通りである。
撹拌機、還流冷却管、温度計及び窒素導入管をつけた500mLフラスコに、ジメチルアミノエチルメタアクリレートのベンジルクロライド4級化物の2.0モル/L溶液を300mL入れ、雰囲気を窒素ガスで置換した。ここへ2,2’−アゾビス(2−アミジノプロパン)二塩酸塩を5.0×10−4モル/L加え、40℃に昇温し10時間重合を行なった。得られたポリマーゲルをアセトン中で裁断し、濾過した後、真空乾燥して粉末ポリマーを得た。
このカチオン性ポリマーの、0.1Nの塩化ナトリウム水溶液を溶媒として30℃で測定した固有粘度は、6.6dl/gであった。また、このカチオン性ポリマーのコロイド当量は、pH=4において3.6meq/gであった。このカチオン性ポリマーを、ポリマーA−1とする。
撹拌機、還流冷却管、温度計及び窒素導入管をつけた500mlフラスコに、N−ビニルホルムアミド35.5g(0.5モル)、アクリロニトリル26.5g(0.5モル)及び水310gを入れ、雰囲気を窒素で置換した。撹拌しつつ60℃に昇温し、2,2’−アゾビス(2−アミジノプロパン)二塩酸塩の10%水溶液1.0gを添加し、60℃を保ったまま5時間重合を続けた。水中にポリマーが析出した懸濁液に濃塩酸98.1g(塩化水素として1.0モル)を加え、加熱して還流しつつ4時間反応し、ポリマーをアミジン化した。得られたポリマー溶液をアセトン中に添加し、析出したポリマーを真空乾燥した。
このカチオン性ポリマーの、1N塩化ナトリウム水溶液を溶媒として30℃で測定した固有粘度は、4.0dl/gであった。また、このカチオン性ポリマーのコロイド当量は、pH=4において5.8meq/gであった。このカチオン性ポリマーを、ポリマーC−1とする。
<製造例3〜6:両性ポリマーB−1,X−1,X−2の製造>
撹拌機、還流冷却管、温度計及び窒素導入管をつけた500mLフラスコに、表2に示すカチオン性ビニルモノマー、アニオン性ビニルモノマー及びノニオン性ビニルモノマーを表2に示す割合で含む全ビニルモノマーを40重量%入れ、雰囲気を窒素ガスで置換した。ここへ過硫酸カリウムを0.4×10−4モル/L加え、40℃に昇温し20時間重合を行なった。得られたポリマーゲルをアセトン中で裁断し、濾過した後、真空乾燥して各々両性ポリマーの粉末を得た。
得られたポリマーをそれぞれポリマーB−1、ポリマーX−1、ポリマーX−2とする。
以下の実施例及び比較例において、脱水試験に供した各工場の余剰汚泥の性状は下記表3,4に示す通りである。
以下の実施例及び比較例における脱水試験は以下の方法で行った。
次いで、ブフナーロートに直径50mmの筒をセットし、ここに凝集させた汚泥を一気に投入し、20秒後の濾液量を測定した。また、濾取された凝集物のフロック径と濾液へのSSのリーク量(SV:Sludge Volume)を測定した。濾液量は多い程、フロック径は大きい程、SVは少ない程好ましい。
また、以下の方法で凝集フロック強度の評価と脱水ケーキの含水率の測定を行った。
濾過後のブフナーロート上の凝集物を手に取り、徐々に絞ってその時の強度をフロック強度として以下の基準で判定した。
○:1回で容易に絞り込まれ流動性の無い固形物が得られ、絞る過程でSSの漏れが無い。
△○:上記○と下記△の中間。
△:4から5回緩やかに絞ると固形物となるが、その間に指からのフロックの漏れが認められる。
×:緩やかに絞ってもフロックが指の間から抜ける。
上記の評価で多重円盤脱水機、スクリュープレス脱水機、回転加圧脱水機での脱水工程後半の圧密圧搾工程でのフロック耐性を相対的に評価することができ、評価は「△○」又は「○」であることが好ましい。
濾過後のブフナーロート上の凝集物を、直径30mm、高さ17.5mmのカラムに詰め、0.1MPaで60秒圧搾して脱水ケーキを得た。この脱水ケーキの含水率を測定した。
下記表5に示す脱水剤を、それぞれ用い、ポリ鉄3000mg/L(汚泥のSSに対するFe換算の添加量で3重量%)と、各脱水剤を有効成分(ポリマー)として100mg/L(汚泥のSSに対して0.9重量%)とを、食肉工場の余剰汚泥に添加して、前述の脱水試験を行い、結果を表6に示した。
なお、脱水剤は、いずれも0.2重量%水溶液として添加した。
下記表7に示す脱水剤を用い、ポリ鉄を使用せずに、製紙工場の余剰汚泥に対して、各脱水剤を有効成分(ポリマー)として50mg/L(汚泥のSSに対して1.3重量%)添加したこと以外は実施例1と同様に脱水試験と評価を行い、結果を表8に示した。
Claims (6)
- 下記一般式(1)で表されるベンジル系カチオン単位を繰り返し単位として有するカチオン性ポリマーAと、カチオン性ビニルモノマーとアニオン性ビニルモノマーとノニオン性ビニルモノマーとの共重合物である両性ポリマーBと、下記一般式(2)又は(3)で表されるアミジン単位を繰り返し単位として有するカチオン性ポリマーCとを含み、カチオン性ポリマーAと両性ポリマーBとカチオン性ポリマーCとの合計100重量%におけるカチオン性ポリマーAの割合が58〜90重量%、両性ポリマーBの割合が8〜40重量%、カチオン性ポリマーCの割合が2〜30重量%であり、
前記カチオン性ポリマーAが、下記一般式(1)で表されるベンジル系カチオン単位のみからなるホモポリマーであるか、或いは、該ベンジル系カチオン単位と他の繰り返し単位とを有するコポリマーであって、該ベンジル系カチオン単位を全繰り返し単位中に70モル%以上含有するコポリマーであることを特徴とする汚泥脱水剤。
- 請求項1において、カチオン性ポリマーAと両性ポリマーBとカチオン性ポリマーCとの合計100重量%におけるカチオン性ポリマーAの割合が70〜85重量%、両性ポリマーBの割合が10〜20重量%、カチオン性ポリマーCの割合が5〜20重量%であることを特徴とする汚泥脱水剤。
- 請求項1又は2において、前記両性ポリマーBの全繰り返し単位中のカチオン性ビニルモノマー、アニオン性ビニルモノマー及びノニオン性ビニルモノマーに由来する繰り返し単位のモル組成比が、カチオン性ビニルモノマー10〜50モル%、アニオン性ビニルモノマー5〜40モル%、ノニオン性ビニルモノマー10〜85モル%であることを特徴とする汚泥脱水剤。
- 請求項1ないし3のいずれか1項において、前記カチオン性ポリマーCが、前記一般式(2)又は(3)で表されるアミジン単位と他の繰り返し単位とを有するコポリマーであって、該アミジン単位を全繰り返し単位中に20〜90モル%含有するコポリマーであることを特徴とする汚泥脱水剤。
- 請求項1ないし4のいずれか1項に記載の汚泥脱水剤を汚泥に添加して脱水することを特徴とする汚泥脱水方法。
- 前記汚泥に、ポリ硫酸第二鉄を添加した後、前記汚泥脱水剤を添加することを特徴とする請求項5に記載の汚泥脱水方法。
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