JP6770349B2 - 高分子凝集剤造粒粉末の製造方法及び汚泥の脱水方法 - Google Patents
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- Separation Of Suspended Particles By Flocculating Agents (AREA)
- Treatment Of Sludge (AREA)
- Polymerisation Methods In General (AREA)
- Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)
Description
〔1〕少なくともカチオン性単量体と架橋性単量体とを含む単量体混合物をエマルション重合して得られる重合体エマルションを乾燥する高分子凝集剤粉末の製造方法であって、以下の工程(A)乃至(D)
工程(A): 前記単量体混合物の水溶液を含む水相と、水と実質的に非混和性の炭化水素及び界面活性剤を含む油相と、を混合して、乳化粒子のメジアン径が10μm以下の油中水型単量体エマルションを作製する乳化工程、
工程(B): 前記油中水型単量体エマルション中の前記単量体混合物をラジカル重合開始剤の存在下で重合して、分散相に重合体を含む油中水型重合体エマルションを作製する重合工程、
工程(C): 前記油中水型重合体エマルションから水及び炭化水素を蒸発させて分離した蒸気を凝縮して得られる水及び炭化水素から成る凝縮液のうち、水を系外に排出するとともに、炭化水素を系内に戻すことにより、下記式(1)で表される脱水率が65〜99%の範囲になるまで前記油中水型重合体エマルションから水の一部を除去して重合体の分散液を作製する還流脱水工程であって、用いる前記炭化水素の質量が、前記油中水型重合体エマルションの固形分の質量に対して0.6〜2.0倍である還流脱水工程、
工程(D): 前記分散液から、炭化水素及び水を除去して前記重合体の粉末を作製する乾燥工程、
を含み、
さらに前記工程(C)の終了後から前記工程(D)の開始前までの間、又は前記工程(D)において、造粒工程を含むことを特徴とする高分子凝集剤造粒粉末の製造方法である。
CH2=CR1−CO−X−Q−N+R2R3R4・Z− ・・・化(2)
(但し、R1は水素原子又はメチル基、R2及びR3はそれぞれ独立に炭素数1〜3のアルキル基又はベンジル基、R4は水素原子、炭素数1〜3のアルキル基又はベンジル基であり、同種でも異種でもよい。Xは酸素原子又はNH、Qは炭素数1〜4のアルキレン基又は炭素数2〜4のヒドロキシアルキレン基、Z−は対アニオンをそれぞれ表す。)
なお、本明細書において、アクリレート及び/又はメタクリレートを(メタ)アクリレートと表し、アクリルアミド及び/又はメタクリルアミドを(メタ)アクリルアミドと表し、アクリル酸及び/又はメタクリル酸を(メタ)アクリル酸と表す。
乳化工程(A): 前記単量体混合物の水溶液を含む水相と、水と実質的に非混和性の炭化水素及び界面活性剤を含む油相と、を混合して、乳化粒子のメジアン径が10μm以下の油中水型単量体エマルションを作製する乳化工程、
重合工程(B): 前記油中水型単量体エマルション中の前記単量体混合物をラジカル重合開始剤の存在下で重合して、分散相に重合体を含む油中水型重合体エマルションを作製する重合工程、
還流脱水工程(C): 前記油中水型重合体エマルションから水及び炭化水素を蒸発させて分離した蒸気を凝縮して得られる水及び炭化水素から成る凝縮液のうち、水を系外に排出するとともに、炭化水素を系内に戻すことにより、前記式(1)で表される脱水率が65〜99%の範囲になるまで前記油中水型重合体エマルションから水の一部を除去して重合体の分散液を作製する還流脱水工程であって、用いる前記炭化水素の質量が、前記油中水型重合体エマルションの固形分の質量に対して0.6〜2.0倍である還流脱水工程、
乾燥工程(D): 前記分散液から、炭化水素及び水を除去して前記重合体の粉末を作製する乾燥工程。
乳化工程(A)においては、少なくともカチオン性単量体と架橋性単量体とを含む単量体混合物の水溶液から成る水相と、水と実質的に非混和性の炭化水素及び界面活性剤を含む油相と、を混合して乳化し、油中水型単量体エマルションを作製する。水相はエマルションの分散相を構成し、油相はエマルションの連続相を構成する。
CH2=CR1−CO−X−Q−N+R2R3R4・Z− ・・・化(2)
但し、R1は水素原子又はメチル基、R2及びR3はそれぞれ独立に炭素数1〜3のアルキル基又はベンジル基、R4は水素原子、炭素数1〜3のアルキル基又はベンジル基であり、同種でも異種でもよい。Xは酸素原子又はNH、Qは炭素数1〜4のアルキレン基又は炭素数2〜4のヒドロキシアルキレン基、Z−は対アニオンをそれぞれ表し、Z−としては、塩化物イオン等のハロゲン化物イオンや硫酸イオンが例示される。
CH2=CR5−CO−Y−CO−CR6=CH2 ・・・化(3)
但し、R5及びR6はそれぞれ独立にH又はCH3、YはO(C2H4O)n又はO(C3H6O)nであり、nは1〜10の整数を示す。
乳化工程(A)及び重合工程(B)における炭化水素の含量は、油中水型エマルション全量に対して15〜50質量%が好ましい。
乳化工程(A)及び重合工程(B)における好ましい界面活性剤のHLB値は3.0〜9.0であり、3.0〜5.0がより好ましい。また、HLB値の異なる2種以上の界面活性剤を併用してもよい。2種以上の界面活性剤を併用する場合には、各界面活性剤のHLB値の加重平均で3.0〜9.0の範囲になるように調整して用いることが好ましく、3.0〜5.0の範囲がさらに好ましい。
混合HLB値 = Σ(HLBS×WS)/Σ WS ・・・式(4)
但し、一般式(4)のHLBSは非イオン界面活性剤SのHLB値を示す。また、WSはHLBSの値を有する非イオン界面活性剤Sの質量(g)を示す。
本発明において、上記単量体混合物の水溶液から成る乳化粒子のメジアン径は10μm以下とする。また、本発明においては、油中水型単量体エマルションにおける乳化粒子と、それを重合して得られる油中水型重合体エマルションにおける乳化粒子とは、ほぼ同一の粒度分布であることが好ましい。よって、重合体の粉末の一次粒子の粒度分布のメジアン径を10μm以下にするためには、乳化工程(A)における乳化粒子の粒径分布のメジアン径も10μm以下にしておく必要がある。乳化粒子のメジアン径は、0.3〜10μmが好ましく、0.5〜5μmがさらに好ましく、0.7〜3μmが最も好ましい。乳化粒子のメジアン径が10μmを超えると、高分子凝集剤の凝集性能が著しく低下する。メジアン径を0.3μmより小さくしても高分子凝集剤の性能は向上せず、界面活性剤の増量が必要になったり、乳化機でより高せん断を加える処理が必要になるので好ましくない。
なお、本発明において乳化粒子径は、レーザー光散乱法により測定される体積平均粒子径を意味する。
重合工程(B)においては、油中水型単量体エマルション中の前述の単量体混合物をラジカル重合開始剤の存在下で重合し、得られる重合体を分散相に含む油中水型重合体エマルションを作製する。
還流脱水工程(C)においては、油中水型重合体エマルションから水及び炭化水素を蒸発させて分離した蒸気を凝縮して得られる水及び炭化水素から成る凝縮液のうち、水を系外に排出するとともに、炭化水素を系内に戻すことにより、前記油中水型重合体エマルションから水の一部を除去し、重合体の分散液を作製する。
乾燥工程(D)においては、架橋型重合体粒子のスラリー(分散液)から、炭化水素及び水を除去して架橋型重合体の粉末を作製する。
本発明の製造方法では、還流脱水工程(C)の終了後から乾燥工程(D)の開始前までの間、又は乾燥工程(D)の途中において、造粒工程(E)を行う。造粒工程(E)は、乾燥工程(D)で粉末化した高分子凝集剤の粉体特性をさらに改善するために行う。造粒工程(E)は、還流脱水工程(C)の終了後から乾燥工程(D)の開始前までの間、又は乾燥工程(D)の途中において、必要に応じて結合剤を添加し、乾燥工程(D)において撹拌しながら乾燥することにより行うことができる。このとき、粉末状の高分子凝集剤の粉体特性が好ましく改善するように、撹拌条件や乾燥条件を適宜調整することが好ましい。結合剤の添加後には、架橋型重合体を撹拌しながら乾燥しなければならない。撹拌しながら乾燥することで、粉末と結合剤をより均一に混合することができて、かつ造粒強度の強い造粒品を得ることができる。このように好適に造粒した結果、汎用の粉末品と同様の粉体特性に改善され、汎用の粉末用の自動溶解装置等の既存設備でも同様に取り扱うことができるようになる。
結合剤の添加率は、油中水型重合体エマルションの固形分の合計質量に対して、3〜70質量%が好ましく、4〜65質量%がさらに好ましい。また、結合剤に含まれる水分の添加率は、架橋型重合体の固形分の合計質量に対して、3〜30質量%が好ましく、4〜20質量%がさらに好ましい。結合剤及びそれに含まれる水分の添加率が少な過ぎると十分に造粒できない場合があり、多過ぎると造粒し過ぎて粗粒が多く発生したり、その後の再乾燥が長時間になる場合がある。
造粒を含む乾燥工程(D)の後には、必要に応じて、得られた造粒品の粒度を調節するために、乾燥後の造粒品を篩分したり、篩分で生じた粗粒を解砕してもよい。
造粒を含む乾燥工程(D)の具体例としては、例えば、撹拌装置、真空ラインの先に還流冷却器、真空ポンプ及び受液槽を備えたセパラブルフラスコに、還流脱水工程(C)で得られたほぼ乾燥した架橋型重合体の粒子が分散したスラリーを仕込み、結合剤として重合工程(B)で得られた油中水型重合体エマルションの一部を、前記の好ましい添加率で添加した後、撹拌翼で撹拌しながら、90℃のオイルバス中で炭化水素及び残りの水が留出しなくなるまで減圧乾燥した後、引き続き、品温が50℃以上に到達するまで撹拌しながら減圧乾燥後、目開き2.36mmのステンレス製試験篩で篩分し、さらにオン品は解砕し、サンプル全量を同試験篩に通過させて造粒品を得る方法が挙げられる。
すなわち、汚泥に、必要に応じて無機凝集剤を添加し、好ましくはpHを4〜7に調節する。その後、この汚泥に本発明の高分子凝集剤を添加し、公知の方法で撹拌及び/又は混合することで汚泥中の懸濁物と高分子凝集剤を作用させて、汚泥フロックを形成させる。形成された汚泥フロックを、公知の手段により機械的に脱水処理することで、処理水と脱水ケーキに分離する。なお、本発明の高分子凝集剤として架橋型両性重合体を使用する場合は、前記無機凝集剤を併用することが好ましい。また、脱臭、脱リン及び脱窒等を目的とする場合は、汚泥のpHを5未満にすることが好ましい。
無機凝集剤としては、特に制限されないが、硫酸バンド、ポリ塩化アルミニウム、塩化第二鉄、硫酸第一鉄、ポリ硫酸第二鉄等が例示される。
脱水装置としては、特に制限されないが、スクリュープレス型脱水機、ベルトプレス型脱水機、フィルタープレス型脱水機、スクリューデカンター、多重円盤等が例示される。
純水400mLに、0.50質量%となる量の試料(粉末サンプル)を加えて十分に溶解し、試料溶液を調製した。B型回転式粘度計を用いて、この試料溶液の25℃、ローター回転数12rpmにおける粘度を測定した。
塩化ナトリウム5.84gを純水に溶解して全容量を80.0mLに調製した塩化ナトリウム水溶液に、前記0.5%水溶液粘度を測定後の試料溶液20.0mLを加えて十分に溶解し試料溶液を調製した。BLアダプタ及び専用のBLローターを装着したB型回転式粘度計を用いて、この試料溶液の25℃、ローター回転数60rpmにおける粘度を測定した。
容量25mLの円筒型容器の上にセットしたロートから容器に試料(粉末サンプル)を溢れるまで投入した後、山盛りとなった余剰分を綺麗に取り除き、円筒型容器にぴったりと入った試料の質量と容量の比から嵩比重を求めた。
試料(粉末サンプル)をステンレス製試験篩で篩分し、粒子径が1.0〜1.7mmの粒子を取り出した。これらの粒子について、以下の方法で造粒強度を測定した。
まず、造粒強度を測定する1粒目の粒子を実験台とガラスプレートで挟み、ガラスプレートの上から荷重を加えて粒子を圧縮し、粒子が破壊されるまで徐々に荷重を増加した。そして、粒子が破壊される瞬間の荷重を硬度計(株式会社テクロック製の商品名「テクロック・デュロメータGS−720G」)で測定した。なお、実験台とガラスプレートができるだけ平行を保つように注意した。また、硬度計の押針でガラスプレートを介して粒子の真上から粒子に荷重を加えて測定した。
1粒目の粒子の圧縮破壊時の荷重を測定後、同じ操作を繰り返して、合計10個の粒子の圧縮破壊時の荷重を測定し、その荷重の平均値を求めて造粒強度(N)とした。
凝集した汚泥中のフロックの大きさ(フロック径)を目視で測定した。
内径80mm、深さ50mm、目開き250μmのステンレス製試験篩に、凝集した汚泥を一気にそそぎ込み、重力ろ過した。このとき、ろ液が200mLのメスシリンダーに入るようにロートをセットしておき、汚泥投入後、5秒、10秒、20秒、30秒経過後のろ液の容量を計測して、重力ろ過性を評価した。このうち、10秒経過後のろ液の容量を10秒後ろ液量(mL)とした。
前記の重力ろ過性の評価後のろ液の外観について、下記の基準により目視で評価した。
◎: ろ液に懸濁成分(SS)の流出が全く見られない
〇: ろ液に懸濁成分(SS)の流出がほとんど見られない
△: ろ液に懸濁成分(SS)の流出が若干量見られる
×: ろ液に懸濁成分(SS)の流出が多量に見られる
前記の重力ろ過性を評価後のステンレス製試験篩上に残った重力ろ過後の汚泥の含水ケーキの一部を適量(12g程度)取り出し、目開き180μmのナイロン製ろ布を内部にセットした遠心沈降管を用いて、2000rpmで10分間遠心脱水することで脱水ケーキを得た。得られた脱水ケーキを取り出し、アルミパンに秤量して、105℃の熱風乾燥機で16時間乾燥した後、乾燥後の質量を測定し、乾燥による減少量と乾燥前の質量の質量比から含水率を求めた。
容量2Lの円筒形のセパラブルフラスコにHLBが3.7のソルビタンセスキオレート17.1gを計りとり、256.0gのノルマルヘプタンを添加して溶解し、油相を調製した。一方、別のビーカーに79質量%ジメチルアミノエチルアクリレート塩化メチル4級塩水溶液463.8gと50質量%アクリルアミド水溶液67.2gを混合し、架橋剤としてメチレンビスアクリルアミドの0.1質量%水溶液3.6g、イソプロピルアルコール0.8g、キレート剤のEDTA・二ナトリウムの5質量%水溶液を4.0g、開始剤としてt−ブチルハイドロパーオキサイドの0.35質量%水溶液2.0gを添加後、イオン交換水を添加し、98%硫酸でpH4.0に調整し、682.6gの水相を調製した。
なお、還流脱水工程が進んでフラスコ内の油中水型重合体エマルション(スラリー)に含まれる水量が減るに連れて沸点が上昇し、次第にノルマルヘプタンの沸点98℃に近付いた。
参考例1と同じ条件にて乳化及び重合を行い、架橋型重合体を含む油中水型重合体エマルションを得た。続いて、還流脱水を行わずに次工程の減圧乾燥を行ったところ、架橋型重合体がセパラブルフラスコの底面、壁面、撹拌翼等に付着して固化し、さらに減圧乾燥を続けると付着した固化物が強固になり、乾燥終点に達する頃には付着物が固くて剥がせず、最終的には乾燥品を回収できなくなった。
単量体の組成、メジアン径、架橋剤の添加量等の重合条件及び炭化水素の含有量、脱水率終点等の還流脱水条件を表1に示すように変えたこと以外は、参考例1と同様に操作して、高分子凝集剤粉末A2〜A10、B4を得た。脱水後のスラリーの状態や乾燥後の粉末の状態はともに良好だった。また得られた粉末サンプルの物性評価を行い、表1に示した。
参考例1と同じ条件にて乳化及び重合を行い、架橋型重合体を含む油中水型重合体エマルションを得た。重合終了後、参考例1と同様にして、容量300mLのセパラブルフラスコに、表1に示す炭化水素の含有量及び界面活性剤の配合比率に基づくHLBの荷重平均値が8.0となるように、油中水型重合体エマルション100.0g、ノルマルヘプタン25.4g及びHLBが13.5のポリエチレングリコールオレイン酸モノエステル1.44gを仕込んで還流脱水を行った。あとは参考例1と同様に操作して、高分子凝集剤粉末A11を得た。脱水後のスラリーの状態や乾燥後の粉末の状態はともに良好だった。また得られた粉末サンプルの物性評価を行い、表1に示した。
参考例1と同じ条件にて乳化及び重合を行い、架橋型重合体を含む油中水型重合体エマルションを得た。重合終了後、参考例1と同様にして、容量300mLのセパラブルフラスコに、表1に示す炭化水素の含有量及び界面活性剤の配合比率に基づくHLBの荷重平均値が8.0となるように、油中水型重合体エマルション100.0g、所定量のノルマルヘプタン及びHLBが13.5のポリエチレングリコールオレイン酸モノエステル1.44gを仕込んで還流脱水を行った。そして、表1に示す脱水率終点に到達した後は、参考例1と同様に操作して、高分子凝集剤粉末B2〜B3を得た。
一方、比較製造例3では、還流脱水終了後のセパラブルフラスコには、比較製造例2ほど壁面への付着はなかったものの、減圧乾燥後には、架橋型重合体の一部がセパラブルフラスコの底面、壁面、撹拌翼等に付着して固化するとともに、粉砕が必要な大きな塊が多量に発生して、乾燥後の粉末の状態は悪かった。しかし、そのような粗粒についても、適宜粉砕して粉末サンプルにした後、物性評価を行い、表1に示した。
「DAC」: ジメチルアミノエチルアクリレート塩化メチル4級塩
「AM」: アクリルアミド
「MBAM」: N,N’−メチレンビスアクリルアミド
「IPA」: イソプロピルアルコール
「IsoparG」:エクソンモービル製の炭化水素溶剤;商品名「IsoparG」
底面及び壁面とのクリアランスが約1mmとなるようにステンレス製のアンカー翼をセットした容量300mLのステンレス製のセパラブルフラスコに、参考例1の還流脱水工程で得られた脱水率92%のほぼ乾燥した架橋型重合体の粒子が分散したスラリー105gと、結合剤として、参考例1の重合工程で得られた架橋型重合体を含む油中水型重合体エマルション(還流脱水工程前のもの)を重合体として18gを仕込み、200rpmで撹拌しながら、絶対圧13kPaに減圧し、オイルバスを室温から90℃に昇温して減圧乾燥を開始した。このとき、結合剤に含まれる水分は、脱水率92%のスラリー及び結合剤の固形分の合計質量に対して9.5質量%であった。
途中、架橋型重合体の粒子が分散したスラリーの温度が40〜43℃くらいで沸点に達し、ノルマルヘプタンと残りの水を含む蒸気が出始めた。凝縮液の流量を見ながら真空度を調節し、全溶剤量の80質量%以上を蒸発させて、品温が上昇に転じたことを確認後、絶対圧4kPaで30分間の仕上げ乾燥を行った。
乾燥工程を終了後、品温を40℃以下に冷却した後、目開き2.36mmのステンレス製試験篩で篩分して粗粒を除去し、通過するものを造粒品1とした。粗粒については、篩を通過するように解砕して造粒品2とした。造粒品1と造粒品2を混合して高分子凝集剤造粒粉末C1を得た。また、得られた粉末サンプルの粉体特性及び物性評価を行い、表2に示した。
結合剤として、参考例1の重合工程で得られた架橋型重合体を含む油中水型重合体エマルションの添加量を表2に示すように変えたこと以外は、製造例1と同様に操作して、高分子凝集剤造粒粉末C3〜C4を得た。また、得られた粉末サンプルの粉体特性及び物性評価を行い、表2に示した。
結合剤として、参考例1の重合工程で得られた架橋型重合体を含む油中水型重合体エマルションの代わりに水を7g添加したこと以外は、製造例1と同様に操作して、高分子凝集剤造粒粉末C5を得た。また、得られた粉末サンプルの粉体特性及び物性評価を行い、表2に示した。
初めに結合剤を添加せず、参考例1の還流脱水工程で得られた脱水率92%のスラリー105gのみを仕込み、製造例1と同様に、200rpmで撹拌しながら、絶対圧13kPaに減圧し、オイルバスを室温から90℃に昇温して減圧乾燥を開始した。
次に、減圧乾燥によって蒸発する予定の全溶剤量の約50質量%のノルマルヘプタン(約27g)が留出した時点で、結合剤として、参考例1の重合工程で得られた架橋型重合体を含む油中水型重合体エマルションを重合体として26gを仕込み、引き続き、200rpmで撹拌しながら、90℃のオイルバス中でノルマルヘプタン及び残りの水が留出しなくなるまで減圧乾燥した。そして、品温が上昇に転じたことを確認後、絶対圧4kPaで30分間の仕上げ乾燥を行った。
あとは、製造例1と同様に操作して、高分子凝集剤造粒粉末C2を得た。また、得られた粉末サンプルの粉体特性及び物性評価を行い、表2に示した。
初めに結合剤を添加せず、参考例1の還流脱水工程で得られた脱水率92%のスラリー105gのみを仕込み、製造例1と同様に、200rpmで撹拌しながら、絶対圧13kPaに減圧し、オイルバスを室温から90℃に昇温して減圧乾燥を開始した。
次に、減圧乾燥によって蒸発する予定の全溶剤量の約50質量%のノルマルヘプタン(約27g)が留出した時点で、結合剤として水を3g添加し、スラリーの性状が安定するまで撹拌混合した後、引き続き、200rpmで撹拌しながら、90℃のオイルバス中でノルマルヘプタン及び残りの水が留出しなくなるまで減圧乾燥した。そして、品温が上昇に転じたことを確認後、絶対圧4kPaで30分間の仕上げ乾燥を行った。
あとは、製造例1と同様に操作して、高分子凝集剤造粒粉末C6を得た。また、得られた粉末サンプルの粉体特性及び物性評価を行い、表2に示した。
結合剤を添加しなかったこと以外は、製造例1と同様に操作して、粉末状の高分子凝集剤D1を得た。また、得られた粉末サンプルの粉体特性及び物性評価を行い、表2に示した。
さらに、物性評価の結果、結合剤の有無や結合剤の添加量に関わらず、0.5%水溶液粘度や0.1%塩粘度等の物性は殆ど変化しなかった。よって、結合剤を添加し、撹拌しながら乾燥及び造粒することで、高分子凝集剤の優れた性能を維持した上で粉体特性を改善することができる。
公共下水処理場1から採取した汚泥について、フロック形成及び遠心脱水処理の卓上試験を実施した。なお、この汚泥の性状は、pH=5.0、TS=30,900mg/L、VTS/TS=84.3質量%、SS=21,100mg/L、VSS/SS=85.8質量%、粗浮遊物/SS=15.2質量%、電気伝導度=262mS/mであった。
まず300mLのビーカーに汚泥100mLを採取し、これに、参考例1、参考例3、製造例1、比較製造例4で製造した高分子凝集剤の0.2質量%水溶液を、高分子凝集剤が汚泥質量に対して表3に示す添加量となるように、シリンジでそれぞれ添加した。この汚泥を1000rpmで30秒間攪拌し、汚泥をフロック化させ、フロック径を目視で測定した。次に、この凝集した汚泥全量を内径80mm、深さ50mm、目開き250μmのステンレス製試験篩に一気にそそぎ込み、重力ろ過した。このとき、ろ液が200mLのメスシリンダーに入るようにロートをセットしておき、所定時間経過毎にろ液の容量を測定して、重力ろ過性を評価した。また、ろ液の外観を目視で評価した。
次いで、重力ろ過性を評価後のステンレス製試験篩上に残った重力ろ過後の汚泥の含水ケーキの一部を適量(12g程度)取り出し、目開き180μmのナイロン製ろ布を内部にセットした遠心沈降管を用いて、2000rpmで10分間遠心脱水し、得られた脱水ケーキの含水率を測定した。これらの試験結果を表3に示した。
さらに、A3よりもメジアン径を小さくしたA1、並びに、A1と同じ参考例1の条件で重合及び還流脱水したポリマーを用い、撹拌しながら乾燥及び造粒したC1では、脱水ケーキの含水率が何れも80%未満となり、A3よりも脱水性能に優れた。
公共下水処理場2から採取した汚泥について、フロック形成及び遠心脱水処理の卓上試験を実施した。なお、この汚泥の性状は、pH=5.1、TS=41,400mg/L、VTS/TS=72.1質量%、SS=35,300mg/L、VSS/SS=72.4質量%、粗浮遊物/SS=17.5質量%、電気伝導度=252mS/mであった。
300mLのビーカーに汚泥100mLを採取し、これに、参考例6、参考例11、製造例5、比較製造例4で製造した高分子凝集剤の0.2質量%水溶液を、高分子凝集剤が汚泥質量に対して表4に示す添加量となるように、シリンジでそれぞれ添加した。あとは実施例1と同様に操作して、フロック径、重力ろ過性、ろ液の外観、脱水ケーキの含水率を測定した。これらの試験結果を表4に示した。
特に、架橋度の高い高分子凝集剤造粒粉末A6では、A11やC5と比較して高分子凝集剤の添加量が少し増えるものの、適正な添加量ではフロック径が大きく、重力ろ過性に優れ、ろ液に懸濁成分(SS)の流出が見られず、脱水ケーキの含水率が74%程度と低くて脱水性能に優れた。
このように、本発明の製造方法により得られた高分子凝集剤を使用すると、難脱水汚泥に対しても優れた脱水性能を示す。
Claims (12)
- 少なくともカチオン性単量体と架橋性単量体とを含む単量体混合物をエマルション重合して得られる重合体エマルションを乾燥する高分子凝集剤粉末の製造方法であって、以下の工程(A)乃至(D)
工程(A): 前記単量体混合物の水溶液を含む水相と、水と実質的に非混和性の炭化水素及び界面活性剤を含む油相と、を混合して、乳化粒子のメジアン径が10μm以下の油中水型単量体エマルションを作製する乳化工程、
工程(B): 前記油中水型単量体エマルション中の前記単量体混合物をラジカル重合開始剤の存在下で重合して、分散相に重合体を含む油中水型重合体エマルションを作製する重合工程、
工程(C): 前記油中水型重合体エマルションから水及び炭化水素を共沸させて分離した蒸気を凝縮して得られる水及び炭化水素から成る凝縮液のうち、水を系外に排出するとともに、炭化水素を系内に戻すことにより、下記式(1)で表される脱水率が65〜99%の範囲になるまで前記油中水型重合体エマルションから水の一部を除去して重合体の分散液を作製する還流脱水工程であって、当該還流脱水工程における前記炭化水素の質量が、前記油中水型重合体エマルションの固形分の質量に対して0.6〜2.0倍である還流脱水工程、
工程(D): 前記分散液から、炭化水素及び水を除去して前記重合体の粉末を作製する乾燥工程、
を含み、
さらに前記工程(C)の終了後から前記工程(D)の開始前までの間、又は前記工程(D)において、造粒工程を含むことを特徴とする高分子凝集剤造粒粉末の製造方法。
- 前記工程(D)の乾燥工程が、絶対圧2〜20kPaの減圧条件下で行われる請求項1に記載の高分子凝集剤造粒粉末の製造方法。
- 前記工程(D)の乾燥工程が、前記粉末の品温が50℃以上に到達するまで行う請求項1又は請求項2に記載の高分子凝集剤造粒粉末の製造方法。
- 前記工程(C)の終了後から前記工程(D)の開始前までの間、又は前記工程(D)において、水、重合体の水溶液、又は重合体の油中水型エマルションから選択される少なくとも1種から成る結合剤を添加する請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の高分子凝集剤造粒粉末の製造方法。
- 前記単量体混合物が、ノニオン性単量体を含む請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の高分子凝集剤造粒粉末の製造方法。
- 前記カチオン性単量体が、下記一般式(2)で表されるカチオン性単量体の1種又は2種以上を含む請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の高分子凝集剤造粒粉末の製造方法。
CH2=CR1−CO−X−Q−N+R2R3R4・Z− ・・・化(2)
(但し、R1は水素原子又はメチル基、R2及びR3はそれぞれ独立に炭素数1〜3のアルキル基又はベンジル基、R4は水素原子、炭素数1〜3のアルキル基又はベンジル基であり、同種でも異種でもよい。Xは酸素原子又はNH、Qは炭素数1〜4のアルキレン基又は炭素数2〜4のヒドロキシアルキレン基、Z−は対アニオンをそれぞれ表す。) - 前記カチオン性単量体が、ジメチルアミノエチルアクリレートの塩化メチル第4級塩及びジメチルアミノエチルメタクリレートの塩化メチル第4級塩の少なくとも1種である請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の高分子凝集剤造粒粉末の製造方法。
- 前記炭化水素が、常圧における沸点が65〜130℃の範囲の炭化水素である請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載の高分子凝集剤造粒粉末の製造方法。
- 前記炭化水素が、ノルマルヘプタンである請求項1〜請求項8のいずれか1項に記載の高分子凝集剤造粒粉末の製造方法。
- 前記工程(C)の還流脱水工程が、常圧乃至絶対圧40kPaの減圧条件下で行われる請求項1〜請求項9のいずれか1項に記載の高分子凝集剤造粒粉末の製造方法。
- 前記界面活性剤が、HLB値が3.0〜9.0である請求項1〜請求項10のいずれか1項に記載の高分子凝集剤造粒粉末の製造方法。
- 汚泥に、請求項1〜請求項11のいずれか1項に記載の製造方法により得られた高分子凝集剤造粒粉末の水溶液を添加して脱水する汚泥の脱水方法。
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