KR101204283B1 - 탈수 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 수성 현탁액을 제1 응집제의 응집량 및 제2 응집제의 탈수량으로 처리하고, 당해 현탁액을 기계적 탈수 공정에 적용하여 케이크를 형성함을 포함하는, 응집 시스템을 사용하는 수성 현탁액의 탈수 방법에 관한 것으로, 여기서 상기 제1 응집제는 응집을 유도하여 현탁액의 농후화를 돕고, 상기 제2 응집제는 입자 직경이 20㎛ 이상인 수용성 또는 수팽윤성 미립자 중합체 형태로 현탁액 속에서 혼합되는 수용성 또는 수팽윤성 중합체이다.
현탁액, 제1 응집제, 제2 응집제, 탈수방법, 케이크 고형분, 미립자 중합체
Description
본 발명은 수성 현탁액을 응집 및 탈수시켜 탈수된 케이크를 형성하는 방법에 관한 것이다.
응집제를 수성 현탁액에 적용하여 고형물을 현탁액으로부터 분리시키는 것은 익히 공지되어 있다. 예를 들어, 현탁된 고체 유기 물질 또는 무기 고형물을 함유하는 현탁액을 응집시킨 다음 탈수시키는 것이 관행이다. 예를 들어, 슬러지, 예컨대 하수 슬러지, 폐수, 직물 산업 유출물, 바이엘 알루미나 공정으로부터의 적니(red mud) 및 석탄 찌거기의 현탁액 등을 응집시키는 것이 관행이다. 응집은 일반적으로 현탁액 속에서 응집제를 혼합하고 현탁된 입자를 응집시킨 다음, 응집된 현탁액을 탈수시켜 탈수된 케이크를 형성함으로써 달성된다.
현탁액의 탈수시에는, 응집제로서 고분자량 수용성 중합체를 현탁액에 첨가하여 현탁액으로부터 액체를 제거하고 현탁액 중의 무수 고형물을 크게 증가시키는 것이 공지되어 있다. 고분자량 응집제의 성질은 양이온성, 음이온성, 비이온성 또는 양쪽성일 수 있다. 중합체성 응집제의 선택은 처리될 기질에 크게 좌우될 것이다. 예를 들어, 현탁된 유기 물질을 함유하는 수성 현탁액, 예를 들어, 하수 슬러지를 처리하기 위해서는 고분자량 양이온성 응집제를 사용하는 것이 관행이다. 제지 공정에서는, 양이온성, 비이온성, 음이온성 또는 양쪽성 응집제를 사용하는 것이 공지되어 있다. 무기 현탁액의 응집은 흔히 음이온성 응집제를 사용하여 수행된다.
현탁된 유기 물질을 함유하는 현탁액을 응집시키기 위해 중합체를 수성 조성물로서 적용하는 것이 표준 관행이다. 일반적으로, 중합체의 조성물은 비교적 묽고, 예를 들어, 1중량% 이하, 일반적으로 0.5중량% 이하이고, 0.2중량% 이하만큼 낮을 수 있다.
응집제를 현탁액에 도입하는 여러 대안법이 제안되어 왔다. 국제공개공보 제WO-A-02/079099호에는 하나 이상의 응집제 에멀젼을 고형물 액체 분리 공정에 직접 첨가하여 동일 반응계에서 응집제가 적용물에 직접 방출되도록 전환되는 방법이 기재되어 있다. 에멀젼을 특별히 고형물 액체 분리 공정에 첨가하고 충분한 시간 및 압력 동안 유효량의 고전단에 적용함으로써 임의 최초 분리 전에 에멀젼의 신속한 전환 및 응집제의 벌크 현탁액으로의 완전한 방출을 보장한다.
국제공개공보 제WO-A-98/31749호 및 제WO-A-98/31748호 둘 다는 용해된 저 고유 점도 양이온성 중합체를 함유하는 수성 매질 중의 고 고유 점도 양이온성 중합체의 분산액을 제조하는 방법에 관한 것이다. 이렇게 형성된 생성물은 고분자량 응집제를 제공하기 위한 편리한 수단인 용해되지 않은 고 고유 점도 양이온성 중합체의 수성 분산액이다. 분산 중합체는 물에 통상적 농도로 용해시킬 수 있거나, 현탁액에 직접 첨가할 수 있다.
동일한 공정에 상이한 2종의 중합체성 응집제를 사용하는 것도 또한 공지되어 있다. 관행에서, 하수 슬러지의 탈수는 동일한 전하(공동이온성(co-ionic))를 띄는 2종의 중합체성 응집제의 첨가를 포함할 수 있다. 다른 공정에서는, 반대 전하(반대이온성)를 띄는 2종의 중합체를 적용하는 것이 공지되어 있다. 2종의 중합체성 응집제를 수성 현탁액에 적용할 경우, 이들은 동시에 또는 더욱 일반적으로는 순차적으로 첨가할 수 있다.
국제공개공보 제WO9950195호에는 제1 수용성 이온성 중합체성 응집제 및 제2 수용성 이온성 중합체성 응집제를 포함하는 수성 조성물을 현탁된 유기 고형물의 수성 현탁액에 첨가함으로써 상기 현탁액을 탈수시키는 방법이 기재되어 있다. 제1 응집제는 제2 응집제보다 과량이고, 두 응집제는 반대이온성이다. 제1 응집제 및 제2 응집제가 반대이온성 침전물의 입자를 형성하는 것이 필요조건이다. 상기 반대이온성 침전물은, 반대이온성 침전물 내에 함유된 제2 응집제를 방출시키기 위해 파열되도록 고안된다.
미국 특허 제6,063,291호는 응집제 중의 하나가 미립자인 반대이온성 응집제의 혼합물을 첨가하는 현탁액의 응집을 기술한다. 미국 특허 제5,112,500호는 무수 양이온성 중합체 입자 및 무수 음이온성 중합체 입자를 현탁액에 별도로 첨가하여 이를 응집시키는 방법을 기술한다.
이러한 반대이온성 응집제 시스템은 특정 슬러지, 특히 상당량의 유기 성분을 함유하는 슬러지, 예를 들어, 하수 슬러지를 탈수시키고자 할 경우에 유해한 효과를 유발할 수 있다.
국제공개공보 제WO-A-01/05712호는 현탁액에 중합체성 응집제의 진한 용액 및 중합체성 응집제의 묽은 용액을 실질적으로 동시에 첨가하여 현탁액을 탈수시키는 방법을 나타낸다. 진한 중합체 용액 및 묽은 중합체 용액 둘 다는 1% 이하의 통상적 농도로, 일반적으로는 이보다 훨씬 낮은 농도로 첨가한다.
국제공개공보 제WO-A-02/72482호는 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 방법을 기술한다. 당해 방법이 여과 및 자유 배수를 약간 개선시키지만, 현탁액, 특히 하수 슬러지의 탈수로 수득되는 케이크 고형물을 개선시키는 것이 바람직할 것이다.
본원의 우선일에 공개되지 않은 국제 출원 제PCT/EP03/09381호는 양이온성 중합체 응집제 및 응고제를 포함하는 조성물(이때, 응고제는 캡슐화되어 있음)을 사용함으로써 현탁액을 탈수하는 방법을 기술한다. 현탁액의 자유 배수 후, 응고제는, 예를 들어 응고제를 포함하는 캡슐을 파열시키거나 응고제가 포획된 매트릭스로부터 이동시킴으로써 현탁액 속으로 방출된다. 케이크 고형물이 상당히 개선될 수 있지만, 보다 용이하게 제조되고/되거나 적용될 수 있는 응집 생성물을 사용하여 등가의 또는 개선된 케이크 고형물을 제공하는 것이 바람직할 것이다.
그러나, 고(高)케이크 고형물을 수득하는 것은, 특히 하수 슬러지의 탈수시, 때로는 어려울 수 있다. 현탁액의 최초 탈수를 돕는 응집제 또는 응고제를 첨가한 다음, 응집제 또는 응고제를 추가로 첨가한 후, 추가로 탈수시켜 고케이크 고형물을 수득하는 것도 또한 공지되어 있다. 이러한 방법은 일본 특허 공개 제10-249398호, 일본 특허 공개 제61-257300호, 일본 특허 공개 제06-343999호, 일본 특허 공개 제06-344000호 및 유럽 특허원 제1035077호에 기재되어 있다. 그러나, 이들 방법은 응집제에 의한 2개의 개별 처리 단계를 포함하는 2단계 탈수를 필요로 한다는 단점이 있다.
현탁액을 탈수시켜 증가된 케이크 고형물을 제공하는 개선된 방법을 제공하는 것이 바람직할 것이다. 특히, 보다 용이하고 편리하게 제조되어 적용될 수 있는 처리제를 포함하는 방법을 제공하는 것이 바람직할 것이다. 본 발명의 추가의 목적은 응집제의 첨가를 2개의 개별 단계로 할 필요성을 피하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 수성 현탁액을 제1 응집제의 응집량 및 제2 응집제의 탈수량으로 처리하고, 당해 현탁액을 기계적 탈수 공정에 적용하여 케이크를 형성함을 포함하는, 응집 시스템을 사용하는 수성 현탁액의 탈수 방법으로서, 상기 제1 응집제는 응집을 유도하여 현탁액의 농후화를 돕고, 상기 제2 응집제는 추가로 현탁액을 탈수시키는 것이고, 상기 제2 응집제가, 입자 직경이 20㎛ 이상인 수용성 또는 수팽윤성 미립자 중합체 형태로 현탁액에 혼합되는 수용성 또는 수팽윤성 중합체임을 특징으로 하고, 상기 제1 응집제와 상기 제2 응집제가 반대이온성이 아닌 탈수 방법이 제공된다.
제1 응집제와 제2 응집제가 반대이온성 침전물을 형성하지 않는 것이 중요하다. 예를 들어, 제1 응집제는 비이온성일 수 있는 반면, 제2 응집제는 음이온성일 수 있고, 바람직하게는 양이온성이다. 또는, 제1 응집제는 양이온성 또는 음이온성일 수 있고, 제2 응집제는 비이온성일 수 있다. 제1 응집제 및 제2 응집제 둘 다가 공동이온성이어서 두 응집제 모두가 음이온성이거나 가장 바람직하게는 양이온성인 것이 특히 바람직하다.
본 발명은 현탁된 고형물을 농축시키는 것이 바람직한 임의 적합한 현탁액에 적용가능하다. 이는 폐수, 및 직물 산업 유출물, 무기 현탁액, 예를 들어, 바이엘 알루미나 공정으로부터의 적니 또는 석탄 찌거기, 제지 공장 폐기물, 예를 들어, 셀룰로스성 슬러지를 포함한다. 당해 방법은 특히 하수 슬러지의 탈수에 적용가능하다.
탈수 방법에서, 현탁액은 제1 응집제의 첨가에 따라 우선 농후화된다. 이 단계는 최초 응집 및 자유 수의 방출을 포함하여 농후한 현탁액을 생성한다. 일반적으로, 자유 수의 방출은 자유 배수 또는 여과에 의해 달성될 수 있고, 기계적 수단, 예를 들어, 벨트 농후화 장치, 벨트 프레스 회전 드럼 농후화 장치 또는 원심분리기를 사용하는 것이 통상적이다. 응집제는 현탁액의 최초 응집 및 부분 탈수를 유도하기에 충분한 양으로 적용되어야 한다. 바람직하게는, 현탁액을 농후화시켜 반고체 슬러지 페이스트를 생성한다. 일반적으로, 이러한 제1 응집제는 통상적 농도, 예를 들어, 0.1 내지 1중량%, 특히 0.2 내지 0.5중량%로 첨가되는 중합체일 것이다.
통상적으로, 제1 응집제 및 제2 응집제는 최초의 벌크 현탁액속에 첨가될 것이다.
탈수 방법은, 입자 직경 20㎛ 이상의 중합체 입자 형태인 제2 응집제가 상기의 농후한 현탁액에 대해 작용하는 것을 포함한다. 미립자 제2 응집제는 실질적으로 무수 상태가 바람직하지만, 부분적으로 수화될 수 있다. 본 발명자들은, 미립자 제2 응집제가 농후화 전에 벌크 현탁액에 실질적으로 혼합되는 것이 아니라, 혼합 및/또는 기계적 탈수 동안에 상기 농후한 현탁액 속으로 통합되고 물의 추가 방출을 유도하여 탈수된 케이크를 생성한다는 것을 밝혔다. 중합체성 입자들은 농후한 현탁액 속으로 용이하게 혼합될 수 있고, 통상의 혼합 장치를 사용하여 전체적으로 분포될 수 있다. 적합한 혼합 장치는, 예를 들어, 리본형 믹서 또는 혼련성 믹서를 포함한다. 리본형 믹서는 혼합 용기의 거의 전체 표면을 가로질러 일소하는 헬릭스형(helical) 또는 나선형(spiral) 혼합 블레이드로 이루어진다. 혼련성 믹서는 서로 맞물릴 뿐만 아니라 믹서 벽에 대한 밀접한 공차(a close tolerance)를 형성하는 2개의 혼련성 암으로 이루어진다. 또는, 제2 응집제는 기계적 탈수 동안 농후화 슬러지 전반에 걸쳐 분포될 수 있다. 통상적으로, 이러한 기계적 탈수는 일반적으로 압축을 포함하며, 예를 들어, 벨트 프레스, 필터 프레스, 스크류 프레스 또는 원심분리기 중 임의의 것일 수 있다. 이렇게 처리된 농후한 현탁액을 기계적 탈수에 적용할 경우, 예기치않게도 고케이크 고형물이 수득되었다.
일반적으로, 제2 응집제는 입자 직경이 50㎛ 이상인 미립자 중합체일 것이다. 중합체성 입자의 입자 직경은 2000 또는 3000㎛ 이상만큼 클 수 있고, 또는 일반적으로는 50㎛ 이하이지는 않지만, 10 또는 20㎛ 이하만큼 작을 수 있다. 일반적으로, 입자 직경의 범위는 50 내지 2000㎛일 것이다. 바람직하게는, 입자의 직경은 100㎛ 내지 800㎛, 예를 들어, 120 또는 150 내지 800㎛일 것이다. 보다 바람직하게는, 입자 직경의 범위는 250 내지 750㎛이다. 또한, 입자들은 중량평균 입자 직경에 의해 규정될 수도 있고, 일반적으로 상기 중량평균 입자 직경은 50 내지 1000㎛, 바람직하게는 100 내지 800㎛, 보다 바람직하게는 300 내지 700㎛일 것이다.
제1 응집제 및 제2 응집제는 임의의 적합한 천연 또는 합성 중합체성 응집제일 수 있고, 통상적으로 고분자량일 것이다. 천연 중합체는, 예를 들어, 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 응집제는 상이할 수 있다. 일반적으로, 제1 응집제 및 제2 응집제의 중합체의 분자량은 500,000 초과, 일반적으로 1,000,000 이상, 통상적으로 5,000,000 내지 30,000,000일 것이다.
본 발명의 제1 응집제 및 제2 응집제의 성질은 양이온성, 음이온성 및 비이온성일 수 있다. 중합체성 응집제의 선택은 처리될 기질에 크게 좌우된다. 예를 들어, 현탁된 유기 물질을 포함하는 수성 현탁액, 예를 들어 하수 슬러지를 처리하기 위해 고분자량 양이온성 응집제를 사용하는 것이 관행이다. 제지 공장 폐기물 처리시, 양이온성, 비이온성, 음이온성 또는 양쪽성 응집제를 사용하는 것이 공지되어 있다. 무기 현탁액의 응집은 흔히 음이온성 응집제를 사용하여 수행된다. 이미 언급한 바와 같이, 제1 응집제 및 제2 응집제는 공동이온성이어야 하거나 이들 중 적어도 하나는 비이온성일 수 있다. 따라서, 제1 응집제와 제2 응집제는 반대이온성이어서는 안된다.
당해 중합체는 수용성 단량체 또는 수용성 단량체 블렌드의 중합으로 제조될 수 있다. 수용성이란, 수용성 단량체 또는 수용성 단량체 블렌드의 물에 대한 용해도가 물 100ml 중 5g 이상임을 의미한다. 당해 중합체는 임의의 적합한 중합방법으로 편리하게 제조될 수 있다.
수용성 중합체가 비이온성일 경우, 당해 중합체는 하나 이상의 수용성 에틸렌계 불포화 비이온성 단량체, 예를 들어, 아크릴아미드, 메타크릴아미드, 하이드록시에틸 아크릴레이트, 또는 N-비닐피롤리돈으로부터 형성될 수 있다. 바람직하게는, 당해 중합체는 아크릴아미드로부터 형성된다.
수용성 중합체가 음이온성일 경우, 당해 중합체는 하나 이상의 에틸렌계 불포화 음이온성 단량체, 또는 하나 이상의 음이온성 단량체와 앞서 언급한 하나 이상의 비이온성 단량체의 블렌드로부터 형성된다. 음이온성 단량체는, 예를 들어, 아크릴산, 메타크릴산, 말레산, 크로톤산, 이타콘산, 비닐설폰산, 알릴 설폰산, 2-아크릴아미도-2-메틸프로판 설폰산 및 이들의 염이다. 바람직한 중합체는 나트륨 아크릴레이트와 아크릴아미드의 공중합체이다.
바람직하게, 수용성 중합체는 양이온성이고, 임의로 본원에서 언급된 하나 이상의 비이온성 단량체와 함께, 하나 이상의 에틸렌계 불포화 양이온성 단량체로부터 형성된다. 양이온성 중합체는 또한 음이온성 그룹보다 양이온성 그룹이 현저하게 더 존재하는 한, 양쪽성일 수도 있다. 양이온성 단량체는 디알킬아미노 알킬 (메트)아크릴레이트, 디알킬아미노 알킬 (메트)아크릴아미드, 이의 산 부가염 및 4급 암모늄 염, 또는 디알릴 디메틸 암모늄 클로라이드를 포함한다. 바람직한 양이온성 단량체는 디메틸 아미노에틸 메타크릴레이트 및 디메틸아미노 에틸 아크릴레이트의 메틸 클로라이드 4급 암모늄 염을 포함한다. 특히 바람직한 중합체는 디메틸아미노 에틸 아크릴레이트의 메틸 클로라이드 4급 암모늄 염과 아크릴아미드의 공중합체를 포함한다.
당해 중합체는 실질적으로 분지화제 또는 가교결합제의 부재하에 제조되어 온 점에서 선형일 수 있다. 또는, 당해 중합체는, 예를 들어, 유럽 특허원 제202780호에 기재된 바와 같이 분지되거나 가교결합될 수 있다.
바람직하게, 당해 중합체는 역상 에멀젼 중합에 이어, 임의로 공비 탈수에 의해 오일 중의 중합체 입자의 분산액을 형성함으로써 제조될 수 있다. 또는, 당해 중합체는 역상 현탁액 중합에 의해 비드 형태로, 또는 수용액 중합에 이어, 분쇄, 건조 후 미분시킴으로써 분말로서 제공될 수 있다. 당해 중합체는, 예를 들어, 유럽 특허원 제150933호, 유럽 특허원 제102760호 또는 유럽 특허원 제126528호에 규정된 방법에 따라서 현탁 중합에 의해 비드로서 또는 유중수 에멀젼 중합에 의해 유중수 에멀젼 또는 분산액으로서 생성될 수 있다.
제2 응집제는 30중량% 이상의 양이온성 단량체 또는 단량체들로부터 형성되는 것이 특히 바람직하다. 40 또는 50중량% 이상의 양이온성 단량체 단위를 포함하는 중합체가 훨씬 더 바람직하다. 양이온도(cationicity)가 매우 높은 양이온성 중합체, 예를 들어, 80% 이하 또는 심지어 100% 양이온성 단량체 단위를 갖는 양이온성 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.
앞서 기술한 바와 같이, 제2 응집제는 비교적 고분자량이 바람직하다. 일반적으로, 제2 응집제는 고유 점도가 0.5dl/g 이상인 중합체일 것이다. 통상적으로, 고유 점도는 3dl/g 이상일 것이고, 흔히 20 또는 30dl/g만큼 높을 수 있지만, 바 람직하게는 4 내지 10dl/g일 것이다.
중합체의 고유 점도는 중합체의 활성 함량을 기준으로 하는 중합체 수용액(0.5 내지 1%w/w)을 제조함으로써 측정될 수 있다. 이러한 0.5 내지 1% 중합체 용액 2g을 (탈이온수 1ℓ당 인산이수소나트륨 1.56g 및 인산수소이나트륨 32.26g을 사용하여) pH 7.0으로 완충된 2M 염화나트륨 용액 50ml를 사용하여 용적 플라스크에서 100ml로 희석시키고, 전체를 탈이온수를 사용하여 100ml 마크까지 희석시킨다. 중합체의 고유 점도는 1M 완충 염 용액 중에서 25℃에서 넘버 1 현탁 레벨 점도계(Number 1 suspened level viscometer)를 사용하여 측정한다.
제2 응집제로서 사용하기 위한 하나의 특히 유용한 양이온성 중합체 종류는 고유 점도가 4 내지 10dl/d인 아크릴아미드 0 내지 50중량% 및 디메틸 아미노 에틸 (메트)아크릴레이트의 메틸 클로라이드 4급 암모늄 염 50 내지 100중량%를 포함한다. 바람직하게는, 양이온성 중합체는 디메틸 아미노 에틸 (메트)아크릴레이트의 메틸 클로라이드 4급 암모늄 염을 80% 이상 포함한다.
기타 적합한 중합체성 제2 응집제는 고유 점도가 1dl/g 초과, 바람직하게는 2dl/g 초과인 폴리비닐 아미딘 및 폴리비닐 아민을 포함한다.
또 다른 특히 적합한 제2 응집제 부류는 만니히(Mannich) 부가 폴리아크릴아미드이다. 이상적으로, 이러한 중합체의 고유 점도는 1dl/g 초과이고, 매우 흔히 4dl/g 이상, 예를 들어 7 또는 8dl/g 이상일 수 있다. 이러한 중합체는 포름알데히드/아민 부가물을 폴리아크릴아미드와 반응시킴으로써 제조될 수 있다. 아민은, 예를 들어, 디메틸아민 또는 기타 2급 아민일 수 있다. 바람직하게는, 만니히 부 가 폴리아크릴아미드는 4급화 염이고, 이들은 유리 염기 만니히를 적합한 4급화제, 예를 들어, 메틸 클로라이드 또는 디메틸 설페이트와 반응시킴으로써 제조될 수 있다.
제2 응집제로서 적합한 또 다른 중합체는 고유 점도가 0.5dl/g 초과, 바람직하게는 1dl/g 이상인 폴리 디메틸 디알릴 암모늄 클로라이드를 포함한다.
현탁액의 효과적인 탈수는 이들 중합체가 제2 응집제로서 사용될 경우에 달성될 수 있다.
수성 조성물의 투여량은 기질에 좌우되고, 일반적으로 이는 통상적 양일 것이다. 통상적으로, 하수 슬러지 처리를 위해, 유효한 탈수량으로 밝혀진 수성 조성물(제2 응집제)의 투여량은 흔히 현탁액 1ℓ당 활성 중합체 50mg 이상이다. 일반적으로, 당해 양은 더 많을 것이고, 예를 들어, 400mg/ℓ 이하일 것이다. 바람직한 투여량은 60 내지 300mg/ℓ이다. 제1 응집제의 사용량은 일반적으로 현탁액 1ℓ당 활성 중합체 50mg 이상일 것이고, 500 또는 600mg/ℓ만큼 많을 수 있다. 바람직한 투여량은 100 내지 400mg/ℓ일 것이다.
제2 응집제로 처리하기 위한 적합하게 농후화된 현탁액을 수득하기 위해, 여러 중합체가 제1 응집제로서 사용될 수 있다. 바람직하게는, 제1 응집제는 양이온성 유기 중합체이다. 이는 현탁액이 하수 슬러지일 경우 특히 그렇다. 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 응집제는 순차적으로 첨가할 수 있고, 이러한 경우, 일반적으로 제2 응집제를 먼저 현탁액에 첨가하지만, 이의 역순으로 사용할 수 있다. 일반적으로, 제1 응집제 및 제2 응집제는 근접하게 첨가하고, 바람직하게는 이들은 실질적으로 동시에 첨가한다. 두 응집제를 이러한 방식으로 첨가할 경우, 이들은 바람직하게는 별도로 첨가할 수 있지만, 몇몇 상황에서는 제1 응집제와 제2 응집제를 유리한 결과를 갖는 단일 조성물로 합한다. 하나의 바람직한 국면에서, 단일 조성물은 제1 응집제가 직경이 10㎛ 이하인 입자들을 포함하고, 제2 응집제가 직경이 20㎛ 이상, 바람직하게는 50㎛ 이상인 입자들을 포함하는 미립자 중합체 생성물이다. 제2 응집제의 입자 크기는 앞서 규정된 바와 같을 수 있다. 본 발명자들은 제1 응집제가 현탁액에 대해 실질적으로 즉시 작용하여 응집 및 농후화를 일으키는 경향이 있고, 보다 큰 입자 크기의 제2 응집제는 농후화된 현탁액 전반에 걸쳐 용이하게 분포하여 추가의 탈수를 유도할 수 있음을 밝혀내었다.
특히 효과적인 결과는 제1 응집제와 제2 응집제를 동시에, 그러나 별도로 슬러지에 첨가할 경우 달성될 수 있다. 이론에 구애받지 않고, 제1 응집제는 슬러지의 응집을 유도하고, 분산되지 않은 제2 응집제의 중합체는 응집된 구조물 내에 포획되지만 응집된 슬러지가 농후화될 때까지 어떠한 유의적 탈수도 유도하지 않고, 그 후, 제2 응집제의 중합체를 혼합함으로써 전반적으로 분포되어 슬러지와 통합되고, 추가의 탈수를 달성하는 것으로 간주된다.
추가의 양태에서, 제2 응집제는 표면에 피복물이 도포된 중합체성 입자를 포함한다. 피복물은 제2 응집제 입자의 용해를 지연시킴으로써, 현탁액에 첨가시 제1 응집제가 현탁액에 작용하여 응집을 유도하여 농후화된 현탁액을 생성하고 피복된 제2 응집제 입자가 상기 농후화된 현탁액의 전반에 분포되어 추가의 탈수를 유도하도록 한다. 피복물은, 예를 들어, 실리콘 화합물일 수 있거나, 또는 수용성 왁스일 수 있다. 수용성 왁스는, 예를 들어, 폴리에틸렌글리콜 또는 폴리프로필렌 글리콜일 수 있다. 적합한 수용성 왁스는, 예를 들어, 분자량이 600(PEG600) 이상인 폴리에틸렌글리콜이다. 제1 응집제와 제2 응집제를 단일 조성물 (여기서, 제2 응집제는 피복된 입자를 포함)로 합하는 것이 바람직할 수 있다.
본 발명의 추가의 양태에서, 제2 응집제는 액체 중의 제2 응집제 중합체 입자의 슬러리 형태로 현탁액에 도입될 수 있다. 당해 액체는 제2 응집제의 입자 또는 현탁액과 불리하게 상호작용하지 않는 적합한 액체일 수 있다. 적합하게는, 당해 액체는 폴리에틸렌글리콜일 수 있다.
다음 실시예는 본 발명을 예시한다.
실시예
유기 중합체 응집제의 통상적 용액 및 무수 입자의 1단계 첨가를 통한 수성 현탁액의 탈수
중합체
중합체 A는 고유 점도가 12dl/g인 탈수 에멀젼(액체 분산 생성물) 형태의 선형 고분자량 고양이온성 아크릴아미드계 중합체이다. 중합체 B는 고유 점도가 5dl/g인 4급화 디메틸 아미노 에틸 메타크릴레이트의 선형 저분자량 내지 중분자량 양이온성 단독중합체 계열의 비드 형태의 중합체이다.
달리 언급하지 않는 한, 고유 점도는 상세한 설명에 기재된 정보에 따라, pH 7로 완충된 1M 염화나트륨 속에서 넘버 1 현탁 레벨 점도계를 사용하여 측정한다.
시험 기질
소화(digested) 혼합 1차/활성화 슬러지 샘플에 대해 탈수 시험을 수행하였다. 샘플의 무수 고형분 함량은 3.28%였다.
실험 과정
(A) 중합체(들)의 1단계 첨가
i) 중합체 A를 먼저 탈이온수에 용해시켜 1% w/v의 균질 용액을 수득하고, 사용 전에 0.25% w/v로 추가로 희석시켰다. 중합체 B를 탈이온수에 용해시켜 1% w/v 용액을 수득하였다. 탈이온수를 사용하여, 1% w/v 용액을 사용 전에 0.25% w/v로 추가로 희석시켰다.
ii) 소화 혼합 1차/활성화 슬러지 250㎖를 1ℓ들이 플라스틱 비이커(120㎝ 직경 ×120㎝ 높이)에 넣었다. 표준 실험실용 교반기를, 비이커 뚜껑의 중심에 있는 구멍을 통해 위치해 있는 교반기 축을 갖춘 비이커에 고정시켰다. 교반기는 4개의 블레이드를 갖추고 있는 편평한 크로스헤드형이다(각 패들은 25㎝ 너비 ×1.1㎝이다).
iii) 적절한 용적의 중합체 A의 0.25% 용액 및 중합체 B의 0.25% 용액 또는 실질적으로 무수 입자(250 내지 500㎛)를 슬러지에 동시에 첨가하고, 뚜껑을 비이커에 고정시켰다. 1,500rpm에서 15초 동안 교반시켜 슬러지를 응집시켰다. 8㎝ 직경의 벨트-프레스 여과천(belt-press filter cloth)을 포함하는, 여과 멤브레인을 갖는 여과 셀에 상기 응집된 슬러지를 부어넣고, 측정용 실린더로 여액을 수집하였다.
iv) 30초 배수 후에, 여과천에 보유된 농후화된 슬러지를 '퍼로윙' 기술(furrowing technique)을 적용시켜, 스파츌라로 몇몇 방향에서 슬러지를 가로질러 서서히 물을 빠지게 하여, 더 많은 물을 방출시킨다. 퍼로윙을 30초 동안 수행하였다. 여액의 용적을 적어두었다.
v) 농후화된 슬러지를 250㎖ 들이 비이커에 옮기고, 느리게 원을 그리면서 섞는 동작(circular folding action)으로 스파츌라를 사용하여 45초 동안 손으로 교반하였다.
vi) 이후, 농후화된 슬러지를 피스톤-프레스 장치로 옮기고, 압축 탈수 단계에 적용시킨다. 20psi의 압력을 사용하여 2분 동안 탈수를 개시한 다음, 1분 간격으로 추가의 3분 동안 10psi씩 최대 60psi까지 증가시킨다. 60psi에서 추가의 5분 동안 압력을 유지시키면 총 압축 탈수 시간은 10분이 된다. 습식 케이크를 제거하고, 110℃에서 밤새 가열하여 케이크 고형분 함량을 측정하였다.
(B) 농후화된 슬러지의 혼합을 제외한, 중합체(들)의 1단계 첨가
항목(v)를 생략하는 것을 제외하고는, 당해 공정은 항목 (A)에 기재되어 있는 과정과 정확히 동일하였다.
(C) 대조군- 무수 중합체 입자의 2단계 공정으로의 첨가
당해 과정은 다음을 제외하고는 항목 (A)에서 기재되어 있는 바와 같다:
항목(iii)- 적절한 용적의 중합체 A의 0.25% 용액을 시린지를 사용하여 슬러지에 첨가하고, 뚜껑을 비이커에 고정시켰다. 1,500rpm에서 10초 동안 교반시켜 슬러지를 응집시켰다. 8㎝ 직경의 벨트-프레스 여과천을 포함하는 여과 셀에 응집된 슬러지를 부어넣고, 측정용 실린더로 여액을 수집하였다.
항목(v)- 농후화된 슬러지를 250㎖ 들이 비이커에 옮겼다. 적합한 중량의 중합체 B의 실질적으로 무수 입자(250 내지 500㎛)를 농후화된 슬러지에 첨가하였다. 중합체를 내부 혼합하기 위해, 처리된 농후화된 슬러지를 느리게 원을 그리면서 섞는 동작으로 스파츌라를 사용하여 45초 동안 손으로 교반하였다.
결과
결과를 표 1에 기재하였다.
데이터 세트 1 및 2는 하수 슬러지에 묽은 중합체 용액의 통상적 첨가를 나타낸다. 당해 결과는 통상적 처리로, 농후화된 슬러지의 추가 혼합(세트 1)이 어떠한 추가의 혼합이 없는 것(세트 2)에 비해 케이크 고형분에 불리한 영향을 미침을 나타낸다.
데이터 세트 3 및 4는 개선된 케이크 고형분은 제1 단계(세트 3)로 실질적으로 무수인 중합체를 첨가함으로써 달성될 수 있고, 이는 제2 단계(세트 4)로 실질적으로 무수인 중합체를 첨가하는 것만큼 효과적임을 보여준다.
Claims (19)
- 응집 시스템을 사용하는 하수 슬러지인 수성 현탁액의 탈수방법으로서, 상기 방법이,i) 상기 현탁액을, 분자량이 1,000,000 이상인 제1 응집제의 응집량과 미립자 중합체 형태인 제2 응집제의 탈수량으로 처리하는 단계,ii) 초기 응집과 자유 수의 방출을 포함하는 상기 현탁액을 농후화시키는 단계,iii) 상기 미립자 제2 응집제를 혼합 또는 기계적 탈수 공정 동안 상기 농후화된 현탁액에 통합시키는 단계, 및iv) 상기 현탁액을 기계적 압축 탈수 공정에 적용하여 케이크를 형성하는 단계를 포함하고,상기 제1 응집제가 응집을 유도하여 상기 현탁액의 농후화를 돕고, 상기 제2 응집제가 상기 현탁액을 추가로 탈수시키며,상기 제2 응집제가 양이온성 폴리아크릴아미드들로부터 선택된 수용성 또는 수팽윤성 중합체이거나, 디알킬 아미노알킬(메트) 아크릴레이트들 (또는 이의 염들)의 중합체들로부터 선택된, 양이온성 단량체 단위들 50 내지 100중량%로부터 형성된 중합체이고, 고유 점도가 3 dl/g 이상인 상기 제2 응집제가, 입자 직경이 50㎛ 이상인 수용성 또는 수팽윤성 미립자 중합체 형태로 상기 현탁액 속에 혼합되며, 상기 제1 응집제가 양이온성 아크릴아미드 중합체임을 특징으로 하는, 응집 시스템을 사용하는 하수 슬러지인 수성 현탁액의 탈수방법.
- 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 기계적 탈수 공정이 벨트 프레스, 필터 프레스, 스크류 프레스 및 원심분리기로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나의 장치를 사용하는, 응집 시스템을 사용하는 하수 슬러지인 수성 현탁액의 탈수방법.
- 제1항에 있어서, 상기 제2 응집제가, 입자 직경이 100 내지 2000㎛인 미립자 중합체인, 응집 시스템을 사용하는 하수 슬러지인 수성 현탁액의 탈수방법.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 제2 응집제의 고유 점도가 4 내지 10 dl/g인, 응집 시스템을 사용하는 하수 슬러지인 수성 현탁액의 탈수방법.
- 제1항에 있어서, 상기 제2 응집제가, i) 고유 점도가 4 내지 10 dl/g인 아크릴아미드 0 내지 20중량% 및 디메틸 아미노 에틸 (메트)아크릴레이트의 메틸 클로라이드 4급 암모늄 염 80 내지 100중량%로부터 형성된 중합체인, 응집 시스템을 사용하는 하수 슬러지인 수성 현탁액의 탈수방법.
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 제1 응집제와 제2 응집제가 실질적으로 동시에 첨가되는, 응집 시스템을 사용하는 하수 슬러지인 수성 현탁액의 탈수방법.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 응집제와 제2 응집제가 단일 조성물로 합해지는, 응집 시스템을 사용하는 하수 슬러지인 수성 현탁액의 탈수방법.
- 제13항에 있어서, 상기 단일 조성물이, 상기 제1 응집제가 직경 10㎛ 이하의 입자들을 포함하고, 상기 제2 응집제가 직경 50㎛ 이상의 입자들을 포함하는 미립자 중합체 생성물인, 응집 시스템을 사용하는 하수 슬러지인 수성 현탁액의 탈수방법.
- 제1항에 있어서, 상기 제2 응집제가 표면에 피복물이 도포된 중합체성 입자들을 포함하는, 응집 시스템을 사용하는 하수 슬러지인 수성 현탁액의 탈수방법.
- 제15항에 있어서, 상기 피복물이 실리콘인, 응집 시스템을 사용하는 하수 슬러지인 수성 현탁액의 탈수방법.
- 제15항에 있어서, 상기 피복물이 수용성 왁스인, 응집 시스템을 사용하는 하수 슬러지인 수성 현탁액의 탈수방법.
- 제1항에 있어서, 상기 제2 응집제가 액체 중의 슬러리 형태로 상기 현탁액에 도입되는, 응집 시스템을 사용하는 하수 슬러지인 수성 현탁액의 탈수방법.
- 제18항에 있어서, 상기 액체가 폴리에틸렌 글리콜인, 응집 시스템을 사용하는 하수 슬러지인 수성 현탁액의 탈수방법.
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