KR101198649B1

KR101198649B1 - 탈수 공정

Info

Publication number: KR101198649B1
Application number: KR1020067018689A
Authority: KR
Inventors: 토니 윗태커; 피터 노먼; 대릴 스미스
Original assignee: 시바 스페셜티 케미칼스 워터 트리트먼츠 리미티드
Priority date: 2004-03-12
Filing date: 2005-02-28
Publication date: 2012-11-08
Also published as: EP1730081A1; KR20060127189A; AU2005229334B2; CN1930091A; CA2558143C; CA2558143A1; WO2005095286A1; AU2005229334A1; NZ549349A; GB0405504D0; US20070187331A1; US7749392B2

Abstract

본 발명은 수성 현탁액을 응집량의 제1 응집제 및 탈수량의 제2 응집제로 처리하는 단계(여기서, 제1 응집제는 응집을 유발하고 수성 현탁액의 농후화를 도우며, 제2 응집제는 수성 현탁액을 추가로 탈수시킨다) 및 수성 현탁액을 기계적으로 탈수시켜 케이크를 형성하는 단계를 포함하는, 응집 시스템을 사용하는 수성 현탁액의 탈수방법으로서, 제2 응집제가 용해되거나 수화된 중합체를 포함하고 20℃, RVT 점도계, 스핀들 6, 1rpm에서 측정한 브룩필드 점도가 30,000cps 이상인 수성 조성물의 형태로 수성 현탁액 속에 혼합되는 수용성 또는 수 팽윤성 중합체임을 특징으로 하는, 수성 현탁액의 탈수방법에 관한 것이다.

응집제, 케이크, 하수 오니, 브룩필드 점도

Description

탈수 공정{Dewatering process}

본 발명은 수성 현탁액을 응집 및 탈수시켜 탈수된 케이크를 형성하는 방법에 관한 것이다.

응집제를 수성 현탁액에 적용하여 고형물을 현탁액으로부터 분리시키는 것은 널리 공지되어 있다. 예를 들면, 현탁된 고체 유기 물질 또는 미네랄 고형물을 함유하는 현탁액을 응집시킨 다음 탈수시키는 것이 관행이다. 예를 들면, 하수 오니, 폐수, 직물 산업 유출물, 바이엘 알루미나 공정으로부터의 적니(red mud) 및 석탄 찌꺼기의 현탁액 등과 같은 오니를 응집시키는 것이 관행이다. 응집은 일반적으로 현탁액 속에서 응집제를 혼합하고 현탁된 입자를 응집시킨 다음, 응집된 현탁액을 탈수시켜 탈수된 케이크를 형성함으로써 성취된다.

현탁액의 탈수시, 응집제로서 고분자량 수용성 중합체를 현탁액에 첨가하여 현탁액으로부터 액체를 제거하고 현탁액의 건조 고형물을 크게 증가시키는 것이 공지되어 있다. 고분자량 응집제의 성질은 양이온성, 음이온성, 비이온성 또는 양쪽성일 수 있다. 중합성 응집제의 선택은 처리될 기질에 크게 좌우된다. 예를 들면, 현탁된 유기 물질, 예를 들면, 하수 오니를 포함하는 수성 현탁액을 처리하기 위해 고분자량 양이온성 응집제를 사용하는 것이 관행이다. 제지 공정에서는, 양이온성, 비이온성, 음이온성 또는 양쪽성 응집제를 사용하는 것이 공지되어 있다. 미네랄 현탁액의 응집은 흔히 음이온성 응집제를 사용하여 수행한다.

현탁된 유기 물질을 함유하는 현탁액을 응집시키기 위해 중합체를 수성 조성물로서 사용하는 것이 표준 관행이다. 일반적으로, 중합체의 조성물은 비교적 묽고, 예를 들면, 1중량% 이하, 일반적으로 0.5중량% 이하이고, 0.2중량% 이하만큼 낮을 수 있다.

응집제를 현탁액에 도입하는 다양한 대체 방법이 제안되어 왔다. 국제공개공보 제WO-02/079099호에는, 하나 이상의 응집제 에멀젼을 고형물 액체 분리 공정에 직접 첨가하여, 응집제가 적용물로 직접 방출되도록 동일 반응계에서 전환시키는 방법이 기재되어 있다. 에멀젼을 구체적으로 고형물 액체 분리 공정에 첨가하고 충분한 시간 및 압력으로 유효량의 고전단에 적용하여 최초 분리 전에 에멀젼의 신속한 전환 및 응집제의 벌크 현탁액으로의 완전 방출을 보장한다.

국제공개공보 제WO-98/31749호 및 제WO-98/31748호 둘 다는 고유 점도가 낮은 용해된 양이온성 중합체를 함유하는 수성 매질 중의 고유 점도가 높은 양이온성 중합체의 분산액을 제조하는 방법에 관한 것이다. 이렇게 형성된 생성물은 고분자량 응집제를 제공하기 위한 편리한 수단인 용해되지 않고 고유 점도가 높은 양이온성 중합체의 수성 분산액이다. 분산 중합체는 물 속에 통상적 농도로 용해시킬 수 있거나, 현탁액에 직접 첨가할 수 있다.

동일한 공정에서 상이한 2개의 중합성 응집제를 사용하는 것도 공지되어 있다. 관행에서, 하수 오니의 탈수는 동일한 전하(공-이온성)를 띄는 2개의 중합성 응집제의 첨가를 포함할 수 있다. 다른 공정에서는, 반대 전하(카운터-이온성)를 띄는 2개의 중합체를 적용하는 것이 공지되어 있다. 2개의 중합성 응집제를 수성 현탁액에 적용할 경우, 이들은 동시에 또는 더욱 일반적으로는 순차적으로 첨가할 수 있다.

국제공개공보 제WO-01/05712호에는, 현탁액에 중합성 응집제의 농축 및 희석 용액을 실질적으로 동시에 첨가하여 현탁액을 탈수시키는 공정이 기재되어 있다. 중합체의 농축 용액 및 희석 용액 둘 다 1% 이하의 통상적 농도로, 일반적으로는 이보다 훨씬 낮은 농도로 첨가한다.

국제공개공보 제WO-02/72482호에는, 40 내지 60중량%의 중합체를 포함하는 중합체 조성물과 0.05 내지 0.2중량%의 중합체를 포함하는 중합체 조성물이 동시에 도입되는, 현탁된 고형물의 수성 현탁액을 응집 및 탈수시키는 공정이 기재되어 있다. 당해 공정은 여과 및 자유 배수를 약간 개선시키지만, 현탁액, 특히 하수 오니의 탈수시 수득된 케이크 고형물을 개선시키는 것이 바람직할 것이다.

본원의 우선일에 공개되지 않은 국제 출원 제PCT/EP03/09381호에는, 양이온성 중합체 응집제 및 캡슐화된 응고제를 포함하는 조성물을 사용하는 현탁액의 탈수방법이 기재되어 있다. 현탁액의 자유 배수 후, 응고제는, 예를 들면, 응고제를 포함하는 캡슐을 파열시키거나 응고제가 포획된 매트릭스로부터 이동시킴으로써 현탁액 속으로 방출시킨다. 케이크 고형물이 상당히 개선될 수 있지만, 보다 용이하게 제조하고/하거나 적용할 수 있는 응집 생성물을 사용하여 등가의 또는 개선된 케이크 고형물을 제공하는 것이 바람직할 것이다.

그러나, 높은 케이크 고형물 함량을 수득하는 것은, 특히 하수 오니의 탈수시, 종종 어려울 수 있다. 현탁액의 최초 탈수를 돕는 응집제 또는 응고제를 첨가한 다음, 응집제 또는 응고제를 추가로 첨가한 후, 추가로 탈수시켜 높은 케이크 고형물 함량을 수득하는 것도 또한 공지되어 있다. 이러한 공정은 일본 공개특허공보 제A-10-249398호, 일본 공개특허공보 제A-61-257300호, 일본 공개특허공보 제A-06-343999호, 일본 공개특허공보 제A-06-344000호 및 유럽 공개특허공보 제EP-1035077호에 기재되어 있다. 그러나, 이들 공정은 응집제에 의한 2개의 별도 처리를 포함하는 2단계 탈수를 필요로 한다는 단점이 있다.

증가된 케이크 고형물을 제공하기 위한 현탁액의 탈수를 유발하는 개선된 공정을 제공하는 것이 바람직할 것이다. 특히, 보다 용이하고 편리하게 제조하고 적용할 수 있는 처리제를 포함하는 공정을 제공하는 것이 바람직할 것이다. 본 발명의 추가의 목적은 2개의 별개 단계로 응집제 첨가물을 사용할 필요성을 피하는 공정을 제공하는 것이다.

본 발명의 제1 측면에 따르면, 본 발명자들은 수성 현탁액을 응집량의 제1 응집제 및 탈수량의 제2 응집제로 처리하는 단계(여기서, 제1 응집제는 응집을 유발하고 수성 현탁액의 농후화를 도우며, 제2 응집제는 수성 현탁액을 추가로 탈수시킨다) 및 수성 현탁액을 기계적으로 탈수시켜 케이크를 형성하는 단계를 포함하는, 응집 시스템을 사용하는 수성 현탁액의 탈수방법으로서,
제2 응집제가, 용해되거나 수화된 중합체를 포함하고 20℃, RVT 점도계, 스핀들 6, 1rpm에서 측정한 브룩필드 점도가 30,000cps 이상인 수성 조성물의 형태로 수성 현탁액 속에 혼합되는 수용성 또는 수 팽윤성 중합체임을 특징으로 하는, 수성 현탁액의 탈수방법을 제공한다.

본 발명은 현탁된 고형물을 농축시키는 데 바람직한 적합한 현탁액에 적용 가능하다. 이는 폐수, 및 직물 산업 유출물인 미네랄 현탁액, 예를 들면, 바이엘 알루미나 공정으로부터의 적니 또는 석탄 찌꺼기, 제지 공장 폐기물, 예를 들면, 셀룰로스성 오니를 포함한다. 당해 공정은 특히 하수 오니의 탈수에 적용 가능하다.

탈수 공정에서, 현탁액은 제1 응집제의 첨가에 따라 우선 농후화된다. 이 단계는 유리수의 최초 응집 및 방출을 수반하여 농후화된 현탁액을 생성시킨다. 일반적으로, 유리수의 방출은 자유 배수 또는 여과로 성취할 수 있고, 기계적 수단, 예를 들면, 벨트 증점제, 벨트 프레스 회전 드럼 증점제 또는 원심분리기를 사용하는 것이 통상적이다. 응집제는 현탁액의 최초 응집 및 부분 탈수를 유발하기에 충분한 양으로 사용해야 한다. 바람직하게는, 현탁액을 농후화시켜 반고체 오니 페이스트를 생성시킨다. 일반적으로, 이러한 제1 응집제는 통상적 농도, 예를 들면, 0.1 내지 1중량%, 특히 0.2 내지 0.5중량%로 첨가되는 중합체일 것이다.

일반적으로, 제1 응집제 및 제2 응집제는 초기 벌크 현탁액 속에 첨가될 것이다.

탈수 공정은 당해 현탁액의 농후화시 제2 응집제의 작용을 필요로 한다. 본 발명자들은, 비교적 점성인 제2 응집제가 농후화 전에는 상기 벌크 현탁액에 실질적으로 혼합되지 않지만, 혼합 및/또는 기계적 탈수 동안 상기 농후화된 현탁액 속으로 통합되고 물의 추가 방출을 유도하여 탈수된 케이크를 생성시킨다는 것을 밝혀냈다. 제2 응집제는 통상의 혼합 장치를 사용하여 농후화된 현탁액으로 용이하게 혼합시켜 전체적으로 분포시킬 수 있다. 적합한 혼합 장치는, 예를 들면, 리본형 혼합기 또는 혼련성 혼합기를 포함한다. 리본형 혼합기는 혼합 용기의 거의 전체 표면을 가로질러 일소하는 나선 또는 나선형 혼합 블레이드로 이루어진다. 혼련 혼합기는 서로 맞물릴 뿐만 아니라 혼합기 벽에 대한 고정된 공차(close tolerance)를 형성하는 2개의 혼련 암으로 이루어진다. 또는, 제2 응집제는 기계적 탈수 동안 농후화된 오니 전반에 걸쳐 분포될 수 있다. 일반적으로, 이러한 기계적 탈수는 압착을 포함할 수 있고, 예를 들면, 임의의 벨트 프레스, 필터 프레스, 스크류 프레스 또는 원심분리기일 수 있다. 이렇게 처리된 농후화된 현탁액을 기계적 탈수에 적용할 경우, 뜻밖에 높은 케이크 고형물 함량이 수득될 수 있다.

바람직하게는, 제2 응집제는 용해되고/되거나 수화된 중합체를 포함하는 수성 조성물이다. 보다 바람직하게는, 수성 조성물은 중합체를 2중량% 이상 포함할 수 있다. 일반적으로, 중합체 농도는 5% 이상, 흔히 10% 이상일 수 있다. 수성 조성물은 중합체를 20% 이상, 예를 들면, 25% 이하 또는 30% 이하만큼 포함할 수 있지만, 일반적으로 중합체 농도가 5% 내지 20중량%일 때 유용한 결과가 수득된다. 제2 응집제 조성물에서 사용되는 중합체의 양은 중합체의 형태, 분자량 및 가교도에 의해 좌우될 것이다. 일반적으로, 고분자량 중합체를 저분자량 중합체보다 낮은 농도로 사용할 수 있다. 따라서, 중합체의 정확한 양은 브룩필드 점도를 30,000cps 이상으로 만들기에 충분하다. 일반적으로, 제2 응집제 조성물의 점도는 40,000cps 이상일 수 있고, 흔히 60,000 이상 또는 80,000cps 이상일 수 있다. 당해 조성물은 상당히 더 점성일 수 있고, 여전히 유용한 결과, 예를 들면, 900,000, 1,000,000 이상을 만들 수 있다. 일반적으로, 보다 효과적인 결과는 제2 응집제의 점도가 100,000 내지 800,000cps일 때 실현된다. 특히 바람직한 조성물의 점도는 400,000cps 내지 800,000cps일 수 있다.

제1 응집제 및 제2 응집제는 임의의 적합한 천연 또는 합성 중합성 응집제일 수 있고, 일반적으로 고분자량일 수 있다. 천연 중합체는, 예를 들면, 양이온성 전분, 음이온성 전분 및 키토산 등을 포함한다. 합성 중합체는 에틸렌계 불포화 단량체의 직쇄, 측쇄 및 가교결합된 중합체를 포함한다. 제1 응집제는 제2 응집제와 동일할 수 있거나, 또는 2개의 응집제들은 상이할 수 있다. 일반적으로, 제1 응집제 및 제2 응집제의 중합체는 분자량이 500,000 초과, 일반적으로 1,000,000 이상, 통상적으로 5,000,000 내지 30,000,000 이하일 것이다.

본 발명의 제1 응집제 및 제2 응집제의 성질은 양이온성, 음이온성 또는 비이온성일 수 있다. 중합성 응집제의 선택은 처리될 기질에 크게 좌우된다. 예를 들면, 현탁된 유기 물질을 포함하는 수성 현탁액, 예를 들면, 하수 오니를 처리하기 위해 고분자량 양이온성 응집제를 사용하는 것이 관행이다. 제지 공장 폐기물 처리시, 양이온성, 비이온성, 음이온성 또는 양쪽성 응집제를 사용하는 것이 공지되어 있다. 미네랄 현탁액의 응집은 흔히 음이온성 응집제를 사용하여 수행한다.

당해 중합체는 수용성 단량체 또는 수용성 단량체 블렌드의 중합반응으로 제조할 수 있다. "수용성"이라는 용어는, 수용성 단량체 또는 수용성 단량체 블렌드의 물에 대한 용해도가 물 100㎖ 중 5g 이상임을 의미한다. 당해 중합체는 임의의 적합한 중합방법으로 편리하게 제조할 수 있다.

수용성 중합체가 비이온성일 경우, 당해 중합체는 하나 이상의 수용성 에틸렌계 불포화 비이온성 단량체, 예를 들면, 아크릴아미드, 메타크릴아미드, 하이드록시에틸 아크릴레이트, N-비닐피롤리돈으로부터 형성할 수 있다. 바람직하게는, 당해 중합체는 아크릴아미드로부터 형성된다.

수용성 중합체가 음이온성일 경우, 당해 중합체는 상기 언급한 하나 이상의 에틸렌계 불포화 음이온성 단량체 또는 하나 이상의 음이온성 단량체와 하나 이상의 비이온성 단량체와의 블렌드로부터 형성된다. 음이온성 단량체는, 예를 들면, 아크릴산, 메타크릴산, 말레산, 크로톤산, 이타콘산, 비닐설폰산, 알릴 설폰산, 2-아크릴아미도-2-메틸프로판 설폰산 및 이들의 염이다. 바람직한 중합체는 나트륨 아크릴레이트와 아크릴아미드와의 공중합체이다.

바람직하게는, 수용성 중합체는 양이온성이고, 임의로 본원에 언급된 하나 이상의 비이온성 단량체와 함께 하나 이상의 에틸렌계 불포화 양이온성 단량체로부터 형성된다. 또한, 양이온성 중합체는, 양이온성 그룹이 음이온성 그룹보다 현저히 더 많이 존재하는 한, 양쪽성일 수 있다. 양이온성 단량체로는 디알킬아미노 알킬 (메트)아크릴레이트, 디알킬아미노 알킬 (메트)아크릴아미드, 이의 산 부가염 및 4급 암모늄염, 디알릴 디메틸 암모늄 클로라이드를 포함한다. 바람직한 양이온성 단량체는 디메틸아미노 에틸 아크릴레이트 및 디메틸 아미노에틸 메타크릴레이트의 메틸 클로라이드 4급 암모늄염을 포함한다. 특히 바람직한 중합체는 아크릴아미드와, 디메틸아미노 에틸 아크릴레이트의 메틸 클로라이드 4급 암모늄염과의 공중합체를 포함한다.

당해 중합체는 분지화제 또는 가교결합제의 부재하에 실질적으로 제조된 직쇄형일 수 있다. 또는, 당해 중합체는, 예를 들면, 유럽 공개특허공보 제EP-202780호에 기재된 바와 같이 분지형 또는 가교결합형일 수 있다.

바람직하게는, 당해 중합체는 역상 에멀젼 중합반응, 이어서 임의로 공비 탈수반응으로 오일 속의 중합체 입자의 분산액을 형성하여 제조할 수 있다. 또는, 당해 중합체는 역상 현탁액 중합반응에 의해 비드 형태로, 또는 수용액 중합반응, 이어서 분쇄, 건조 후 연마에 의해 분말로서 제공할 수 있다. 당해 중합체는, 예를 들면, 유럽 공개특허공보 제EP-150933호, 유럽 공개특허공보 제EP-102760호 또는 유럽 공개특허공보 제EP-126528호에 기재된 방법에 따라 현탁 중합반응에 의해 비드로서 또는 수중유 에멀젼 중합반응에 의해 유중수 에멀젼 또는 분산액으로서 제조할 수 있다.

제2 응집제는 30중량% 이상의 양이온성 단량체 또는 단량체들로부터 형성하는 것이 특히 바람직하다. 40중량% 또는 50중량% 이상의 양이온성 단량체 단위를 포함하는 중합체가 더욱 보다 바람직하다. 양이온도(cationicity)가 매우 높은 양이온성 중합체, 예를 들면, 80% 이하 또는 심지어 100%의 양이온성 단량체 단위를 포함하는 중합체를 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 양이온성 제2 응집제 중합체가 양이온성 폴리아크릴아미드, 디알킬 디알릴 암모늄 클로라이드의 중합체, 디알킬 아미노 알킬 (메트)아크릴레이트(또는 이의 염)의 중합체 및 디알킬 아미노 알킬 (메트)아크릴아미드(또는 이의 염)의 중합체로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 경우가 특히 바람직하다.

상기 기재한 바와 같이, 제2 응집제는 비교적 고분자량이 바람직하다. 일반적으로, 제2 응집제는 고유 점도가 0.5dl/g 이상인 중합체일 것이다. 일반적으로, 고유 점도는 3dl/g 이상일 것이고, 종종 20 또는 30dl/g만큼 높을 수 있지만, 바람직하게는 4 내지 10dl/g일 것이다.

중합체의 고유 점도는 중합체의 활성 함량을 기준으로 하여 중합체 수용액(0.5 내지 1%w/w)을 제조함으로써 측정할 수 있다. 용적 플라스크에서, 이러한 0.5 내지 1% 중합체 용액 2g을 (탈염수 1ℓ당, 인산이수소나트륨 1.56g 및 인산수소이나트륨 32.26g을 사용하여) pH 7.0으로 완충된 2M 염화나트륨 용액 50㎖를 사용하여 100㎖로 희석시키고, 전체를 탈염수로 100㎖로 표시된 곳까지 희석시킨다. 중합체의 고유 점도는 1M 완충된 염 용액 속에서 25℃에서 넘버 1 현탁 레벨 점도계(Number 1 suspended level viscometer)를 사용하여 측정한다.

제2 응집제로서 사용하기 위한 하나의 특히 유용한 양이온성 중합체 형태는 디메틸 아미노 에틸 (메트)아크릴레이트의 메틸 클로라이드 4급 암모늄염 50 내지 100중량% 및 고유 점도가 4 내지 10dl/d인 아크릴아미드 0 내지 50중량%를 포함한다. 바람직하게는, 양이온성 중합체는 디메틸 아미노 에틸 (메트)아크릴레이트의 메틸 클로라이드 4급 암모늄염 80% 이상을 포함한다.

다른 적합한 중합성 제2 응집제는 고유 점도가 1dl/g 이상, 바람직하게는 2dl/g 이상인 폴리비닐 아미딘 및 폴리비닐 아민을 포함한다.

또 다른 특히 적합한 제2 응집제 부류는 만니히(Mannich) 부가 폴리아크릴아미드이다. 이상적으로, 이러한 중합체의 고유 점도는 1dl/g 이상이고, 매우 종종 4dl/g 이상, 예를 들면, 7 또는 8dl/g 이상일 수 있다. 이러한 중합체는 포름알데히드/아민 부가물을 폴리아크릴아미드와 반응시켜 제조할 수 있다. 아민은, 예를 들면, 디메틸아민 또는 다른 2급 아민일 수 있다. 바람직하게는, 만니히 부가 폴리아크릴아미드는 4급화 염이고, 이들은 유리 염기 만니히를 적합한 4급화제, 예를 들면, 메틸 클로라이드 또는 디메틸 설페이트와 반응시켜 제조할 수 있다.

제2 응집제로서 적합한 또 다른 중합체는 고유 점도가 0.5dl/g 이상, 바람직하게는 1dl/g 이상인 폴리 디메틸 디알릴 암모늄 클로라이드를 포함한다.

현탁액의 효과적인 탈수는 이들 중합체가 제2 응집제로서 사용할 때 성취할 수 있다.

본 발명의 추가의 측면에서, 본 발명자들은 제2 응집제를 탈수 현탁액을 위한 많은 상이한 공정에서 사용할 수 있다는 것을 밝혀냈다. 제2 응집제는 단독으로 또는 다른 응집 시스템과 함께 사용할 수 있다. 농후화된 현탁액, 특히 농후화된 하수 오니에 대한 제2 응집제의 작용은 통상의 공정과 비교하여 뜻밖에 많은 양의 물의 방출을 유도하고 극도의 높은 케이크 고형물 함량을 생성시키는 것으로 보인다. 따라서, 본 발명의 이러한 추가의 양태에 따르면, 본 발명자들은 용해되거나 수화된 수용성 또는 수 팽윤성 중합체를 포함하는 수성 응집제 조성물(당해 수성 응집제 조성물은 20℃, RVT 점도계, 스핀들 6, 1rpm에서 측정한 브룩필드 점도가 30,000cps 이상임을 특징으로 한다)의 수성 현탁액 탈수용 용도를 제공한다.

특히 효과적인 결과는 수성 조성물을 제1 응집제와 함께 제2 응집제로서 본 발명의 제1 측면에 따라 사용할 때 수득된다.

수성 조성물의 투입량은 기질에 좌우되고, 일반적으로 이는 통상적 양일 것이다. 일반적으로, 하수 오니 처리를 위해, 효과적인 탈수량으로 밝혀진 수성 조성물(제2 응집제)의 투입량은, 현탁액 1ℓ당, 흔히 활성 중합체 50mg 이상이다. 일반적으로, 이러한 양은, 예를 들면, 400mg/ℓ 이하로 많을 수 있다. 바람직한 투입량은 60 내지 300mg/ℓ이다. 제1 응집제의 사용량은 일반적으로, 현탁액 1ℓ당, 활성 중합체 50mg 이상일 것이고, 500 또는 600mg/ℓ만큼 많을 수 있다. 바람직한 투입량은 100 내지 400mg/ℓ일 것이다.

제2 응집제로 처리하기 위해 적합하게 농후화된 현탁액을 수득하기 위해 다양한 중합체를 제1 응집제로서 사용할 수 있다. 바람직하게는, 제1 응집제는 양이온성 유기 중합체이다. 이는 현탁액이 하수 오니일 경우 특히 그러하다. 바람직한 양이온성 중합체는 아크릴아미드 중합체, 폴리비닐 아미딘, 폴리비닐 아민, 폴리디메틸 디알릴 암모늄 클로라이드, 폴리 아민, 폴리에틸렌이민, 만니히 폴리아크릴아미드 및 4급화 만니히 폴리아크릴아미드로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 중합체를 포함한다.

제1 응집제 및 제2 응집제를 순차적으로 첨가할 수 있고, 이러한 경우, 일반적으로 제2 응집제를 현탁액에 먼저 첨가하지만, 이의 역순으로 첨가할 수 있다. 일반적으로, 제1 응집제 및 제2 응집제는 근접하게 첨가하고, 바람직하게는 이들은 실질적으로 동시에 첨가한다. 2개의 응집제를 이러한 방식으로 첨가할 경우, 이들은 바람직하게는 별도로 첨가할 수 있지만, 몇몇 상황에서는 제1 응집제와 제2 응집제를 유리한 결과를 갖는 단일 조성물로 배합한다.

특히 효과적인 결과는 제1 응집제와 제2 응집제를 오니에 동시에, 그러나 개별적으로 첨가할 경우 성취할 수 있다. 이론에 제한됨이 없이, 제1 응집제는 오니의 응집을 유발하고, 분산되지 않은 제2 응집제의 중합체는 응집된 구조물 내에 포획되지만 응집된 오니가 농후화될 때까지 상당한 탈수를 유도하지 않고, 제2 응집제의 중합체들을 혼합함으로써 전반적으로 분포시키고, 오니와 통합되어 추가의 탈수가 성취되는 것으로 이해된다.

다음 실시예는 본 발명을 예시한다.

실시예

종래 및 고농도 유기 중합체 응집제의 1단계 첨가에 의한 수성 현탁액의 탈수

중합체

중합체 A는 고유 점도가 12dl/g인 탈수화된 에멀젼(액체 분산액 생성물) 형태의 선형 고분자량 고양이온성 아크릴아미드계 중합체이다. 중합체 B는 고유 점도가 5dl/g인 비드 형태의 4급화 디메틸 아미노 에틸 메타크릴레이트계 중합체의 선형 저분자량 내지 중분자량 양이온성 단독중합체이다.

달리 기재되어 있지 않는 한, 고유 점도는 명세서에 기재된 정보에 따라 pH 7로 완충된 1M 염화나트륨 속에서 넘버 1 현탁 레벨 점도계를 사용하여 측정하였다.

시험 기질

탈수 시험은 소화된 혼합된 1차/활성화 오니의 샘플에서 수행하였다. 샘플의 건조 고형분 함량은 3.28%이다.

실험 절차

(A) 중합체(들)의 1단계 첨가

i) 중합체 A를 우선 탈염수 속에 용해시켜 1w/v%의 균질한 용액을 제공하고, 사용 전에 0.25w/v%로 추가로 희석시켰다. 중합체 B를 탈염수 속에 용해시켜 1w/v% 및 20w/v%의 2개의 균질한 용액을 제공하였다. 1w/v% 용액을 사용 전에 탈염수로 0.25w/v%로 추가로 희석시켰다.

ii) 소화된 혼합된 1차/활성화 오니 250㎖를 1ℓ들이 플라스틱 비이커(120㎝ 직경 ×120㎝ 높이) 속에 위치시켰다. 표준 실험실 교반기를 비이커 뚜껑의 중심에서 구멍을 통해 위치한 교반기 축을 갖는 비이커에 고정시켰다. 교반기는 4개의 블레이드를 갖는 편평한 크로스헤드 형태(각각의 패들은 1.1㎝ 간격으로 넓이가 25㎝이다)이다.

iii) 중합체 A 0.25% 용액, 및 중합체 B 0.25% 또는 20% 용액의 적절한 용적을 시린지를 사용하여 오니에 동시에 첨가하고, 뚜껑을 비이커에 고정시켰다. 1,500rpm에서 10초 동안 교반하여 오니를 응집시켰다. 응집된 오니를 직경이 8㎝인 벨트-프레스 필터 천을 포함하는 필터 막을 갖는 여과 셀 속에 부어 넣으면, 여액은 측정 실린더 속에 수집된다.

iv) 30초 배수 후, 필터 천에 보유된 농후화된 오니를 '퍼로윙(furrowing)' 기술로 처리하여, 이로써 스패츌라를 몇몇 방향으로 오니를 가로질러 서서히 휘저어, 더 많은 물을 방출시켰다. 퍼로윙을 30초 동안 수행하였다. 여액의 용적을 기록하였다.

v) 농후화된 오니를 250㎖들이 비이커로 이동시키고, 느리게 원을 그리면서 섞는 동작으로 스패츌라를 사용하여 45초 동안 손으로 교반하였다.

vi) 이어서, 농후화된 오니를 피스톤-프레스 디바이스로 이동시키고, 압착 탈수 단계에 적용시켰다. 2분 동안 20psi의 압력을 사용하여 탈수를 시작한 다음, 1분 간격으로 추가의 3분 동안 10psi씩 증가시켜 최대 60psi까지 증가시켰다. 60psi에서 추가의 5분 동안 압력을 유지시키면 총 압축 탈수 시간은 10분이 된다. 습식 케이크를 제거하고, 110℃에서 밤새 가열하여 케이크 고형물 함량을 측정하였다.

(B) 농후화된 오니 와의 혼합을 제외한 중합체(들)의 1단계 첨가

당해 절차는 항목(v)를 생략한다는 점을 제외하고는 항목(A)에 기재된 절차와 정확하게 동일하였다.

(C) 제어 - 2단계 공정에서 고농도 용액 중합체의 첨가

절차를 하기 사항을 제외하고는 항목(A)에 기재된 바대로 수행하였다.

항목(iii) - 중합체 A의 0.25% 용액의 적절한 용적을 시린지를 사용하여 오니에 첨가하고, 뚜껑을 비이커에 고정시켰다. 1,500rpm에서 10초 동안 교반하여 오니를 응집시켰다. 응집된 오니를 직경이 8㎝인 벨트-프레스 필터 천을 포함하는 여과 셀 속에 부어 넣으면, 여액은 측정 실린더 속에 수집된다.

항목(v) - 농후화된 오니를 250㎖들이 비이커로 이동시켰다. 중합체 B의 20% 용액의 적절한 용적을 시린지를 사용하여 농후화된 오니에 첨가하였다. 중합체 속에서 혼합하기 위해, 처리된 농후화된 오니를 느리게 원을 그리면서 섞는 동작으로 스패츌라를 사용하여 45초 동안 손으로 교반하였다.

결과

결과는 표 1에 기재되어 있다.

데이타 세트	시험 절차	중합체 A 투입량 (mg/ℓ)	여액 용적 (㎖)	중합체 B		케이크 고형물(%)
데이타 세트	시험 절차	중합체 A 투입량 (mg/ℓ)	여액 용적 (㎖)	투입량(mg/ℓ)	용액 농도(w/v)	케이크 고형물(%)
1	A	200	160	100	0.25%	14.73
		200	158	150	0.25%	15.60
		200	156	200	0.25%	15.92
2	B	200	161	100	0.25%	16.07
		200	156	150	0.25%	16.86
		200	156	200	0.25%	17.60
3	A	200	-	75	20%	19.58
		200	164	100	20%	20.72
		200	160	150	20%	21.99
4	C	200	156	75	20%	20.26
		200	-	100	20%	21.42
		200	-	150	20%	21.64

데이타 세트 1 및 데이타 세트 2는 희석 중합체 용액의 하수 오니로의 통상 적인 첨가를 나타낸다. 당해 결과는, 통상적 처리로 농후화된 오니를 추가 혼합하는 것(세트 1)은 어떠한 추가 혼합이 없는 것(세트 2)과 비교하여 케이크 고형물에 불리한 영향을 미친다는 것을 나타낸다.

데이타 세트 3 및 데이타 세트 4는 제1 단계(세트 3)에서 고농도 용액을 첨가하여 향상된 케이크 고형물을 성취할 수 있고, 이는 제2 단계(세트 4)에서 고농도 용액을 첨가하는 것만큼 효과적이라는 것을 나타낸다.

Claims

i) 하수 오니인 수성 현탁액을 현탁액 1ℓ당 활성 중합체 50mg 내지 600mg의 양이온성 유기 아크릴아미드 중합체인 제1 응집제 및 현탁액 1ℓ당 활성 중합체 50mg 내지 400mg의 제2 응집제로 처리하는 단계 및

ii) 수성 현탁액을 기계적으로 압착 탈수시켜 케이크를 형성하는 단계를 포함하고,

상기 제1 응집제가 응집을 유발하고 유리수의 방출을 수반한 수성 현탁액의 농후화를 도우며, 상기 제2 응집제가 수성 현탁액을 추가로 탈수시키는, 응집 시스템을 사용하는, 하수 오니인 수성 현탁액의 탈수방법으로서,

상기 제2 응집제가, 용해되거나 수화된 중합체를 포함하고 20℃에서 스핀들 6을 갖는 RVT 점도계를 사용하여 1rpm에서 측정한 브룩필드 점도가 400,000cps 이상인 수성 조성물의 형태로 수성 현탁액 속에 혼합되는 수용성 또는 수 팽윤성 중합체이고, 상기 제2 응집제가 양이온성 폴리아크릴아미드이거나, 디알킬 아미노 알킬 아크릴레이트 또는 디알킬 아미노 알킬 메트아크릴레이트로부터 선택된 하나 이상의 에틸렌계 불포화 양이온성 단량체 및 임의로 하나 이상의 비이온성 단량체로부터 형성되고 양이온성 단량체 단위를 50 내지 100중량% 함유하는 양이온성 수용성 중합체이고, 상기 제1 응집제와 제2 응집제가 1,000,000 이상의 분자량을 가짐을 특징으로 하는, 수성 현탁액의 탈수방법.
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제1항에 있어서, 기계적 탈수가 벨트 프레스, 필터 프레스, 스크류 프레스 및 원심분리기로 이루어진 그룹으로부터 선택된 장치를 사용하는, 수성 현탁액의 탈수방법.
제1항 또는 제3항에 있어서, 제2 응집제의 중합체 농도가 2중량% 이상인, 수성 현탁액의 탈수방법.
제1항 또는 제3항에 있어서, 제2 응집제의 브룩필드 점도가, 20℃에서 스핀들 6을 갖는 RVT 점도계를 사용하여 1rpm에서 측정할 때, 400,000 내지 800,000cps인, 수성 현탁액의 탈수방법.
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제1항 또는 제3항에 있어서, 제2 응집제의 고유 점도가 0.5dl/g 이상인, 수성 현탁액의 탈수방법.
제1항 또는 제3항에 있어서, 제2 응집제가 디메틸 아미노 에틸 아크릴레이트 또는 디메틸 아미노 에틸 메트아크릴레이트의 메틸 클로라이드 4급 암모늄염 50 내지 100중량% 및 아크릴아미드 0 내지 50중량%로부터 형성된 고유 점도가 4 내지 10dl/g인 중합체인, 수성 현탁액의 탈수방법.
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제1항 또는 제3항에 있어서, 제1 응집제와 제2 응집제가 실질적으로 동시에 첨가되는, 수성 현탁액의 탈수방법.
제1항 또는 제3항에 있어서, 제1 응집제와 제2 응집제가 단일 조성물로 배합되는, 수성 현탁액의 탈수방법.
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