KR102582204B1

KR102582204B1 - 오니 탈수제 및 오니 탈수 방법

Info

Publication number: KR102582204B1
Application number: KR1020217032387A
Authority: KR
Inventors: 아야코 사카모토; 시게루 사토; 가즈야 와타나베; 시호코 세키구치
Original assignee: 쿠리타 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2019-04-24
Filing date: 2020-03-13
Publication date: 2023-09-22
Also published as: TWI810442B; EP3960266A4; TW202104099A; EP3960266A1; EP3960266B1; WO2020217772A1; US20230096219A1; KR20220002281A; JP6819718B2; JP2020179330A

Abstract

여러 가지 오니에 대해 안정적인 탈수 효과를 발휘할 수 있는, 탈수 성능이 우수한 오니 탈수제, 및 이것을 사용한 오니 탈수 방법을 제공한다. 본 발명의 오니 탈수제는, 카티온성 단량체에서 유래하는 구성 단위를 갖는 폴리머를 포함하고, 상기 폴리머의 1 몰/L 질산나트륨 수용액의 30 ℃ 에서의 고유 점도 [η]₁[dL/g], 및, 상기 폴리머의 0.01 몰/L 질산나트륨 수용액의 30 ℃ 에서의 고유 점도 [η]_0.01[dL/g] 로부터, 하기 식 (I) 에 의해 구해지는 k 값이, 0.8 초과 2.2 미만이다. k = ([η]_0.01- [η]₁)/9 (I)

Description

오니 탈수제 및 오니 탈수 방법

본 발명은, 오니, 특히 난탈수성 오니의 탈수 처리에 적합한 오니 탈수제, 및 이것을 사용한 오니 탈수 방법에 관한 것이다.

식품 공장이나 화학 공장, 시뇨 처리장 등에서 발생하는 잉여 오니 등을 주체로 한 오니의 탈수 처리에 사용되는 오니 탈수제로서는, 일반적으로, 카티온성 고분자 응집제가 사용되고 있다. 그러나, 최근, 오니의 발생량 증가나 성상의 변화 등, 오니의 다양화에 수반하여, 난탈수성의 오니도 증가하고 있어, 중력 여과성 등의 탈수 성능이 보다 우수한 오니 탈수제가 요구되고 있다.

종래, 카티온성 고분자 응집제에 의한 오니 탈수제로서는, 디메틸아미노에틸(메트)아크릴레이트 또는 그 염화메틸 4 급 화물 등이 주로 사용되고 있었지만, 추가적인 탈수 성능의 향상을 위해, 최근, 이와 같은 카티온성 고분자 응집제 이외의 오니 탈수제도 여러 가지 제안되어 있다.

예를 들어, 특허문헌 1 에는, 유중수적 에멀션 (W/O 에멀션) 상 액체를 건조시켜 조립 (造粒) 한, 전하 내포율 35 ~ 90 % 의 이온성 수용성 고분자를, 오니의 탈수에 사용하는 것이 기재되어 있다.

특허문헌 2 및 3 에는, 전하 내포율이 높은 것과 낮은 것의 2 종류의 가교성 수용성 이온성 고분자를 조합한 응집 처리제를, 오니의 탈수에 사용하는 것이 기재되어 있다.

또, 특허문헌 4 에는, 아미딘계 폴리머와 가교형 카티온성 폴리머와 비가교형 카티온성 폴리머의 혼합물에 의한 오니 탈수제가 개시되어 있다.

특허문헌 5 에는, 탄소수 7 이상의 알킬화제로 4 급 암모늄화된 (메트)아크릴레이트계 카티온성 폴리머를 포함하는, 복수의 폴리머의 혼합물에 의한 오니 탈수제가 기재되어 있다.

일본 공개특허공보 2009-280649호 일본 공개특허공보 2005-144346호 국제 공개 제2008/015769호 일본 공개특허공보 2011-224420호 일본 공개특허공보 2012-254430호

그러나, 상기와 같은 종래의 오니 탈수제를 사용한 경우에는, 형성되는 응집 플록이 작거나, 2 종류의 약제의 혼합 밸런스의 조정이 번잡하거나 하는 등, 오니의 탈수 처리를 반드시 효율적으로 실시할 수는 없었다.

또, 종래는, 오니의 탈수 성능을 좌우하는 것은, 오니 탈수제의 폴리머의 카티온도이며, 카티온도가 높을수록 하전 중화력이 높고, 탈수 성능이 우수하다고 생각되고 있었다.

그러나, 상기 서술한 바와 같은 최근의 오니의 다양화에 수반하여, 오니의 전기 전도율이나 유기 물질의 함유 농도 등의 성상의 차이에 의해, 탈수 효과에 큰 불균일이 생기는 경우도 있어, 카티온도를 높인 오니 탈수제가, 반드시 양호한 탈수 성능을 갖는다고는 할 수 없는 경우도 있었다.

또, 특허문헌 3 에는, 오니 탈수제의 가교 폴리머는, 단단한 구조가 되는 것에 의해, 강고한 응집 플록을 형성할 수 있다. 한편으로, 구조가 단단해지면, 수중에서의 폴리머 사슬의 확장이 억제되고, 응집을 저해하는 방향이 되어, 오니 처리에 필요한 오니 탈수제의 첨가량을 많게 할 필요가 있다는 문제점이 예시되고 있다.

그러나, 오니 탈수제의 폴리머에 대해, 수중에서의 폴리머 사슬의 확장이나 경도와 오니 탈수 성능의 관계는, 충분히는 명확하게 되어 있지 않다. 또, 폴리머 사슬의 확장이나 경도의 지표가 되는 폴리머 물성의 관점에서의 검토도, 거의 되어 있지 않은 것이 실정이다.

그래서, 본 발명자들은, 폴리머 사슬의 확장에 관하여, 폴리머의 강직성에 주목해, 폴리머의 강직성과 오니 탈수제의 탈수 성능의 관계성을 검토한 바, 종래보다 탈수 성능이 우수한 오니 탈수제를 찾아내기에 이르렀다.

본 발명은, 이와 같은 상황하에서 이루어진 것으로, 여러 가지 오니에 대해 안정적인 탈수 효과를 발휘할 수 있는, 탈수 성능이 우수한 오니 탈수제, 및 이것을 사용한 오니 탈수 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 폴리머의 강직성과 상관하는 파라미터가 소정의 조건을 만족하는 폴리머가, 우수한 오니 탈수 성능을 갖고, 여러 가지 오니에 대해 안정적인 탈수 효과를 발휘하는 것을 알아낸 것에 근거하는 것이다.

즉, 본 발명은, 이하의 [1] ~ [5] 를 제공한다.

[1] 카티온성 단량체에서 유래하는 구성 단위를 갖는 폴리머를 포함하고, 상기 폴리머의 1 몰/L 질산나트륨 수용액의 30 ℃ 에서의 고유 점도 [η]₁ [dL/g], 및, 상기 폴리머의 0.01 몰/L 질산나트륨 수용액의 30 ℃ 에서의 고유 점도 [η]_0.01 [dL/g] 로부터, 하기 식 (I) 에 의해 구해지는 k 값이, 0.8 초과 2.2 미만인, 오니 탈수제.

k = ([η]_0.01- [η]₁)/9 (I)

[2] 상기 고유 점도 [η]₁이 1.0 ~ 6.5 dL/g 인, 상기 [1] 에 기재된 오니 탈수제.

[3] 상기 폴리머가, 하기 식 (1) 로 나타내는 카티온성 단량체의 가교 중합체, 또는, 하기 식 (1) 로 나타내는 카티온성 단량체와 비이온성 단량체의 가교 공중합체이며, 상기 폴리머의 구성 단위가 되는 단량체의 합계 100 몰% 중, 상기 카티온성 단량체가 30 몰% 이상인, 상기 [1] 또는 [2] 에 기재된 오니 탈수제.

[화학식 1]

(식 (1) 중, R¹ 은, 수소 원자 또는 메틸기이며, R² 및 R³ 은, 각각 독립적으로, 수소 원자 또는 탄소수 1 ~ 3 의 알킬기이며, R⁴ 는, 수소 원자, 탄소수 1 ~ 3 의 알킬기 또는 벤질기이다. A 는, 산소 원자 또는 이미노기이며, B 는 탄소수 2 ~ 4 의 알킬렌기이다. X^- 는 음이온이다.)

[4] 상기 폴리머가 유중수적 에멀션형인, 상기 [1] ~ [3] 중 어느 1 항에 기재된 오니 탈수제.

[5] 상기 [1] ~ [4] 중 어느 1 항에 기재된 오니 탈수제를 오니에 첨가하여, 상기 오니를 탈수하는, 오니 탈수 방법.

본 발명의 오니 탈수제는, 우수한 오니 탈수 성능을 갖고, 여러 가지 오니에 대해 안정적인 탈수 효과를 발휘할 수 있다. 따라서, 상기 오니 탈수제를 사용하는 본 발명의 오니 탈수 방법에 의하면, 여러 가지 오니의 탈수 처리를 안정적 또한 효율적으로 실시할 수 있다.

이하, 본 발명의 오니 탈수제, 및 그 오니 탈수제를 사용한 오니 탈수 방법을 상세하게 설명한다.

또한, 본 명세서에 있어서, 「(메트)아크릴」이란, 아크릴 및/또는 메타크릴을 의미하는 것이며, 「(메트)아크릴레이트」 및 「(메트)아크릴로일」이라는 표기에 대해서도 동일하다.

[오니 탈수제]

본 발명의 오니 탈수제는, 카티온성 단량체에서 유래하는 구성 단위를 갖는 폴리머를 포함하는 것이다. 그리고, 상기 폴리머의 1 몰/L 질산나트륨 수용액의 30 ℃ 에서의 고유 점도 [η]₁ [dL/g], 및, 상기 폴리머의 0.01 몰/L 질산나트륨 수용액의 30 ℃ 에서의 고유 점도 [η]_0.01[dL/g] 로부터, 하기 식 (I) 에 의해 구해지는 k 값이, 0.8 초과 2.2 미만인 것을 특징으로 한다.

k = ([η]_0.01- [η]₁)/9 (I)

상기 오니 탈수제는, 폴리머의 강직성과 상관하는 파라미터인 k 값이 소정의 수치 범위 내인 폴리머를 포함하는 것에 의해, 우수한 오니 탈수 성능을 갖는다.

＜k 값＞

오니 탈수제의 탈수 성능은, 그 오니 탈수제의 이온성 폴리머의 폴리머 사슬의 확장 상태에 관계한다고 생각하고, 본 발명에 있어서는, 폴리머 사슬의 확장이나 수축의 정도, 즉, 폴리머의 강직성과 상관하는 폴리머 물성인 고유 점도에 근거하는 파라미터로서 k 값을 채용한다.

소정의 용매에 대해 이온 강도 I 가 상이한 복수의 용매 시료를 사용하여, 이온성 폴리머의 고유 점도 [η] 를 측정하고, 세로축을 [η], 가로축을 I^-1/2 로 한 그래프에 플롯하면, 직선 관계가 얻어지는 것이 알려져 있다 ("Journal of Polymer Science", 1959, Vol.37, Issue 132, pp.375-383 참조). 이 직선의 기울기가, 폴리머의 강직성과 상관이 있다고 생각된다.

상기 직선의 기울기가 작을수록, 이온성 폴리머의 고유 점도는, 이온 강도의 영향을 받기 어렵다고 할 수 있다. 즉, 상기 기울기가 작을수록, 폴리머 사슬의 확장이 이온 강도에 좌우되지 않는 강직한 폴리머라고 할 수 있다.

본 발명에서는, 폴리머의 설계나 선정에 있어서의 간편성의 관점에서, 폴리머의 1 몰/L 질산나트륨 수용액의 30 ℃ 에서의 고유 점도 [η]₁, 및, 0.01 몰/L 질산나트륨 수용액의 30 ℃ 에서의 고유 점도 [η]_0.01의 2 점의 고유 점도에 근거하는 직선의 기울기를 k 값으로 한다. 1 몰/L 질산나트륨 수용액의 이온 강도 I = 1 이며, 또, 0.01 몰/L 질산나트륨 수용액의 이온 강도 I = 0.01 인 것으로부터, 식 (I) 은, 하기의 계산에 의해 유도된다.

k = ([η]_0.01- [η]₁)/(0.01^-1/2- 1^-1/2)

= ([η]_0.01- [η]₁)/9 (I)

0.01 몰/L 질산나트륨 수용액은, 일반적인 오니의 전기 전도율과 거의 동등하고, 고유 점도 [η]_0.01 은, 오니 중에서의 폴리머 사슬의 확장을 나타내는 기준이 된다.

한편, 1 몰/L 질산나트륨 수용액에 있어서의 고유 점도 [η]₁ 은, 외부 환경의 이온 강도의 변화에 수반하는 폴리머 사슬의 확장의 변화를 나타내는 기준이 된다.

k 값은, 0.8 초과 2.2 미만이며, 바람직하게는 0.9 초과 2.1 미만, 보다 바람직하게는 1.0 ~ 2.0 이다.

k 값이 작을수록, 외부 환경의 이온 강도의 영향을 받기 어려운, 강직한 폴리머이며, 반대로, k 값이 클수록, 폴리머 사슬이 신축하기 쉬운, 부드러운 폴리머라고 할 수 있다.

k 값이 0.8 이하이면, 폴리머의 강직성이 지나치게 높고, 폴리머 사슬의 확장이 작아, 그 폴리머가 오니 입자와 접촉할 기회가 억제되고, 그 폴리머의 오니 입자에 대한 흡착이 불충분해져, 양호한 오니 탈수 성능이 얻어지지 않는다. 한편, k 값이 2.2 이상에서는, 폴리머가 지나치게 부드러워, 그 폴리머는 오니 입자에 강고하게 흡착할 수 없고, 이 경우도, 양호한 오니 탈수 성능이 얻어지지 않는다.

＜고유 점도＞

고유 점도 [η] 는, 상기와 같이, 폴리머 사슬의 확장이나 수축의 정도의 지표가 되는 폴리머 물성이다.

또한, 고유 점도 [η] 는, 폴리머의 분자량이 클수록, 커지는 경향이 있어, 분자량의 일단의 기준으로도 될 수 있다. 단, 고유 점도 [η] 는, 폴리머의 구성 단위가 되는 단량체의 구조나 중합 조건 등에도 좌우되어, 반드시 분자량의 대소에 대응한다고는 한정되지 않는다.

고유 점도 [η]₁ 은, 상기 서술한 바와 같이, 외부 환경의 이온 강도의 변화에 수반하는 폴리머 사슬의 확장의 변화를 나타내는 기준이 되는 것이며, 1.0 ~ 6.5 dL/g 인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 1.5 ~ 5.0 dL/g, 더욱 바람직하게는 1.7 ~ 4.9 dL/g 이다.

고유 점도 [η]_0.01 이 상기 수치 범위 내의 폴리머이면, 여러 가지 오니 중에서, 폴리머 사슬이 적당히 확장될 수 있어, k 값이 상기의 원하는 수치 범위를 만족하기 쉽다.

고유 점도 [η]_0.01 은, k 값 및 고유 점도 [η]₁ 과의 관계로부터 정할 수 있지만, 8.5 ~ 26.0 dL/g 인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 9.5 ~ 23.5 dL/g 이며, 더욱 바람직하게는 10.0 ~ 23.0 dL/g 이다.

본 발명에 있어서는, 고유 점도 [η] 는, 하기 식 (II) 로 나타내는 허긴스 (Huggins) 의 식을 사용하여 산출된 값으로 한다.

η_SP/C = [η] ＋ k'[η]²C (II)

식 (II) 중, η_SP : 비점도 (=η_rel- 1), k' : 허긴스 정수 (定數), C : 폴리머 농도, η_rel : 상대 점도를 나타낸다.

또한, 허긴스 정수 k' 는, 폴리머의 종류나 용매의 종류에 따라 정해지는 정수이지만, 식 (II) 로부터 알 수 있는 바와 같이, 세로축을 η_SP/C, 가로축을 C 로 한 그래프에 플롯했을 때의 기울기로서 구할 수 있다. 구체적으로는, 폴리머 농도가 상이한 복수의 폴리머 용액 시료를 조제하고, 각 농도의 폴리머 용액 시료의 비점도 η_SP 를 구하고, 세로축을 η_SP/C, 가로축을 C 로 한 그래프에 플롯하고, C 를 0 으로 외삽한 절편의 값이 고유 점도 [η] 이다.

비점도 η_SP 는, 하기 실시예에 나타내는 바와 같은 방법에 의해 구할 수 있다.

＜폴리머＞

본 발명의 오니 탈수제는, 카티온성 단량체에서 유래하는 구성 단위를 갖는 폴리머를 포함하는 것이다.

상기 폴리머의 구성 단위가 되는 단량체는, 카티온성 단량체를 필수로 하고, 또한, 비이온성 단량체 및/또는 아니온성 단량체를 포함하고 있어도 된다. 상기 k 값이 소정의 수치 범위 내가 되도록 하는 관점에서, 카티온성 단량체만, 또는, 카티온성 단량체 및 비이온성 단량체인 것이 바람직하다.

(카티온성 단량체)

상기 카티온성 단량체로서는, 하기 식 (1) 로 나타내는 화합물이 바람직하다.

[화학식 2]

상기 식 (1) 중, R¹ 은, 수소 원자 또는 메틸기이다.

R² 및 R³ 은, 각각 독립적으로, 수소 원자 또는 탄소수 1 ~ 3 의 알킬기이며, 바람직하게는 탄소수 1 ~ 3 의 알킬기이다.

R⁴ 는, 수소 원자, 탄소수 1 ~ 3 의 알킬기 또는 벤질기이며, 바람직하게는, 수소 원자 또는 탄소수 1 ~ 3 의 알킬기이다.

A 는, 산소 원자 또는 이미노기이며, B 는 탄소수 2 ~ 4 의 알킬렌기이다.

X^- 는 음이온이며, 바람직하게는, 염소 이온, 브롬 이온, 요오드 이온, 1/2·SO₄ ^-, HSO₄ ^- 또는 CH₃SO₄ ^- 이다.

상기 카티온성 단량체로서는, 예를 들어, 2-((메트)아크릴로일옥시)에틸트리메틸암모늄클로라이드, 2-((메트)아크릴로일옥시)에틸디메틸벤질암모늄클로라이드 등의 (메트)아크릴로일옥시알킬 제 4 급 암모늄염 ; 2-((메트)아크릴로일옥시)에틸디메틸아민황산염 또는 염산염, 3-((메트)아크릴로일옥시)프로필디메틸아민염산염 등의 (메트)아크릴로일옥시알킬 제 3 급 아민염 ; 3-((메트)아크릴로일아미노)프로필트리메틸암모늄클로라이드, 3-((메트)아크릴로일아미노)프로필트리메틸암모늄메틸술페이트 등의 (메트)아크릴로일아미노알킬 제 4 급 암모늄염 등을 들 수 있다. 이들은, 1 종 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상을 병용해도 된다.

상기 카티온성 단량체 중에서도, 중합성이나 오니 탈수 성능 등의 관점에서, (메트)아크릴로일옥시알킬 제 4 급 암모늄염, (메트)아크릴로일옥시알킬 제 3 급 아민염이 바람직하고, 2-((메트)아크릴로일옥시)에틸트리메틸암모늄클로라이드, 2-((메트)아크릴로일옥시)에틸디메틸아민황산염이 보다 바람직하고, 2-(아크릴로일옥시)에틸트리메틸암모늄클로라이드가 더욱 바람직하다.

(비이온성 단량체)

비이온성 단량체로서는, 예를 들어, (메트)아크릴아미드, N,N-디메틸(메트)아크릴아미드 등의 아미드류 ; (메트)아크릴로니트릴 등의 시안화비닐계 화합물 ; (메트)아크릴산메틸, (메트)아크릴산에틸 등의 (메트)아크릴산알킬에스테르류 ; 아세트산비닐 등의 비닐에스테르류 ; 스티렌, α-메틸스티렌, p-메틸스티렌 등의 방향족 비닐계 화합물 등을 들 수 있다. 이들은, 1 종 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상을 병용해도 된다.

상기 비이온성 단량체 중에서도, 수용성이 우수하고, 상기 폴리머 중의 단량체 조성비의 조정이 용이하고, 양호한 오니 탈수 성능이 얻어지기 쉬운 점 등으로부터, 아미드류가 바람직하고, (메트)아크릴아미드가 보다 바람직하고, 아크릴아미드가 더욱 바람직하다.

(아니온성 단량체)

아니온성 단량체로서는, 예를 들어, 비닐술폰산, 비닐벤젠술폰산, 2-아크릴아미드-2-메틸프로판술폰산, (메트)아크릴산, 이타콘산, 말레산, 및 이들의 알칼리 금속염 등을 들 수 있다. 이들은, 1 종 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상을 병용해도 된다.

상기 폴리머는, 상기 식 (1) 로 나타내는 카티온성 단량체의 가교 중합체, 또는, 상기 식 (1) 로 나타내는 카티온성 단량체와 비이온성 단량체의 가교 공중합체인 것이 바람직하다. 또, 상기 가교 공중합체에 있어서는, 상기 폴리머의 구성 단위가 되는 단량체의 합계 100 몰% 중, 상기 카티온성 단량체가 30 몰% 이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 35 ~ 95 몰%, 더욱 바람직하게는 40 ~ 90 몰% 이다.

이와 같은 카티온성 단량체에서 유래하는 구성 단위를 갖는 가교 중합체임으로써, 상기 k 값이 소정의 수치 범위 내인 폴리머가 얻어지기 쉽다.

상기 폴리머는, 가교하고 있음으로써, 강직화하여, 변형되기 어려운 구조가 되고, 폴리머가 오니 입자 표면의 전체면을 덮는 일없이, 그 오니 입자의 활성 표면의 일부분과 강하게 결합한다. 활성 표면의 나머지 부분에, 다른 폴리머 분자가 결합하는 결과, 오니 입자 간에서 고밀도의 결합이 형성되어, 교반 등의 강한 시어에 견딜 수 있는 강고한 응집 플록의 형성이 가능해진다.

또한, 본 발명에 있어서는, 상기 폴리머의 중합 시의 단량체의 배합 조성비를, 상기 폴리머의 구성 단위가 되는 단량체의 조성비로 간주한다.

상기 가교 중합체 또는 가교 공중합체는, 중합 시에, 필요에 따라, 가교제를 사용하여 제조된다.

상기 가교제로서는, 예를 들어, N,N'-메틸렌비스(메트)아크릴아미드, 트리알릴아민, 에틸렌글리콜디(메트)아크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜디(메트)아크릴레이트, 1,3-부틸렌글리콜디(메트)아크릴레이트, 트리알릴아민, 에톡시화이소시아누르산트리(메트)아크릴레이트 등을 들 수 있다. 이들은, 1 종 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상을 병용해도 된다.

이들 가교제 중, 얻어지는 폴리머의 k 값을 소정의 수치 범위 내로 조정하기 쉬운 점에서, N,N'-메틸렌비스(메트)아크릴아미드, 트리알릴아민, 에톡시화이소시아누르산트리(메트)아크릴레이트가 바람직하고, N,N'-메틸렌비스아크릴아미드, 트리알릴아민, 에톡시화이소시아누르산트리아크릴레이트가 보다 바람직하고, N,N'-메틸렌비스아크릴아미드가 더욱 바람직하다.

또한, 본 발명에서 언급하는 폴리머의 구성 단위가 되는 단량체에는, 상기 가교제는 포함하지 않는다.

상기 오니 탈수제에 포함되는 상기 폴리머는, 1 종 단독이어도 되고, 2 종 이상을 병용해도 된다. 예를 들어, 2 종의 폴리머인 경우는, 각 폴리머를 혼합한 1 제형으로 해도 되고, 혹은 또, 각 폴리머를 별개의 액제 등으로 하고, 사용 시에 병용하는 2 제형으로 해도 된다.

상기 오니 탈수제는, 본 발명의 효과를 저해하지 않는 범위 내에 있어서, 상기 폴리머 이외에, 예를 들어, 술팜산, 황산나트륨, 황산수소나트륨 등의 기타 성분이나, 용매 등을 포함하고 있어도 된다. 단, 상기 기타 성분의 함유량은, 그 오니 탈수제 100 질량% 중, 10 질량% 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 5 질량% 이하, 더욱 바람직하게는 0 질량% 이다.

상기 용매는, 상기 오니 탈수제 중에 상기 폴리머를 적당한 농도로 존재시키기 위해서 사용되고, 상기 폴리머를 안정적으로, 균일한 상태로 유지하기 위해, 또, 그 오니 탈수제의 취급 용이성 등의 관점에서, 포함될 수 있다. 상기 용매로서는, 통상, 물이지만, 후술하는 상기 폴리머의 제조 방법에서 기인하는 유성 용매 등의 유기 용매 등도 들 수 있다.

상기 오니 탈수제가, 후술하는 바와 같은 유중수적 에멀션 (W/O 에멀션) 형 폴리머를 포함하는 경우, 그 오니 탈수제 중의 폴리머 농도는, 30 ~ 60 질량% 인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 32 ~ 55 질량%, 더욱 바람직하게는 35 ~ 50 질량% 이다. 그 오니 탈수제는, 사용 시에, 첨가하는 오니의 성상 등에 따라, 상기 폴리머가 소정의 농도가 되도록, 물 등의 용매로 적절히 희석한 첨가액을 조제하면 된다.

＜폴리머의 제조 방법＞

상기 폴리머는, 그 폴리머의 구성 단위가 되는 단량체를, 중합 개시제, 및, 필요에 따라 가교제를 사용하여 중합함으로써 제조할 수 있다.

(중합 개시제)

상기 폴리머의 중합에 사용하는 중합 개시제로서는, 예를 들어, 과황산암모늄, 과황산칼륨 등의 과황산염 ; 과산화벤조일 등의 유기화 산화물 ; 아조비스이소부티로니트릴, 아조비스시아노발레르산, 2,2'-아조비스(2-아미디노프로판) 2 염산염, 2,2'-아조비스(2,4-디메틸발레로니트릴), 2,2'-아조비스(4-메톡시-2,4-디메틸발레로니트릴), 2,2'-아조비스(2-메틸아미디노프로판) 2 염산염, 2,2'-아조비스(2-메틸프로피온아미딘) 2 염산염, 2,2'-아조비스[2-(2-이미다졸린-2-일)프로판] 2 염산염 등의 아조계 화합물 등을 들 수 있다. 이들은, 1 종 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상을 병용해도 된다.

상기 중합 개시제의 첨가량은, 폴리머의 구성 단위가 되는 단량체의 조성 등에 따라, 적절히 설정할 수 있지만, 상기 단량체의 합계 질량 100 질량부에 대해, 통상 0.01 ~ 0.5 질량부 정도이다.

(가교제)

상기 서술한 가교제는, 상기 가교 중합체 또는 상기 가교 공중합체를 제조하기 위해서, 필요에 따라 사용된다.

상기 가교제를 사용하는 경우의 종류 및 첨가량은, 상기 폴리머의 원하는 k 값에 따라, 적절히 조정된다. 상기 가교제의 종류나 기타 중합 조건 등에 따라 다르기도 하지만, 상기 폴리머의 구성 단위가 되는 단량체의 합계 질량에 대한 상기 가교제의 첨가량이 많을수록, 상기 k 값은 작아지는 경향이 있다. 상기 가교제의 첨가량은, 상기 단량체의 합계 질량에 대해, 통상 5 ~ 500 질량ppm 정도이며, 바람직하게는 10 ~ 400 질량ppm, 보다 바람직하게는 15 ~ 300 질량ppm 이다.

(중합 방법)

중합 방법의 양태로서는, 예를 들어, 유화 중합법, 수용액 중합법, 현탁 중합법 등을 들 수 있다. 이들 중합 방법 중, 제조 용이성이나, 제조한 폴리머의 오니 탈수제로서 취급 용이성이나 오니에 대한 용해성 등의 관점에서, 폴리머가 W/O 에멀션형으로 얻어지는 유화 중합법이 바람직하다.

유화 중합법은, 공지된 방법을 사용할 수 있고, 예를 들어, 유성 용매와 계면 활성제를 포함하는 유상을 조제하고, 그 유상 중에, 상기 폴리머의 구성 단위가 되는 단량체의 수용액을 첨가하여 교반 혼합하고, 유화시켜 중합을 실시한다. 상기 중합 개시제는, 수용성인 경우에는 상기 단량체의 수용액에 혼합해 두면 되고, 또, 유용성인 경우에는 유화 후에 첨가하면 된다.

상기 유성 용매로서는, 예를 들어, 등유, 경유 등의 광물유 및 이들의 정제품인 노말 파라핀, 이소파라핀, 나프텐유 등을 사용할 수 있고, 또, 이들과 동등의 성상을 갖는 합성유, 식물유, 동물유 또는 이들의 혼합물을 사용할 수도 있다.

상기 계면 활성제로서는, 예를 들어, 소르비탄모노올리에이트, 소르비탄모노스테아레이트 등의 소르비탄 지방산 에스테르 ; 폴리옥시에틸렌라우릴에테르, 펜타옥시에틸렌올레일에테르 등의 폴리옥시에틸렌알킬에테르 등의 비이온성 계면 활성제가 바람직하게 사용된다.

상기와 같이 하여 얻어진 W/O 에멀션형 폴리머는, 상기 k 값을 구할 때에, 그대로 물 및 소정 농도의 질산나트륨 수용액으로 희석하여, 고유 점도의 측정에 사용하는 폴리머 용액 시료를 조제할 수 있다. 이와 같이, W/O 에멀션형 폴리머는, 중합 후의 폴리머의 정제 등의 후처리를 필요로 하지 않기 때문에, 폴리머 제조의 조작을 간략화할 수 있다.

또한, W/O 에멀션형 폴리머는, 상기 유성 용매를 포함하는 상태로 얻어지지만, 고유 점도의 측정에 사용하는 폴리머 용액 시료는, 다량의 물 및 질산나트륨 수용액으로 희석하여 조제되기 때문에, 그 유성 용매의 존재를 무시할 수 있다. 따라서, 본 발명에 있어서는, W/O 에멀션형 폴리머의 고유 점도도, 질산나트륨 수용액을 용매로 하여 측정한 폴리머의 고유 점도로 간주하는 것으로 한다.

제조한 폴리머를 건조나 분쇄 등의 후처리를 거쳐 고체상으로 한 후에, 고유 점도의 측정을 위해서, 폴리머를 용해하여 용액 조제하는 것은, 조작이 번잡해지고, 또한, 후처리 시의 가열이나 분쇄 시의 시어 등에 의해, 폴리머의 강직성이 변화하여, 원하는 k 값을 갖는 폴리머를 안정적으로 얻을 수 없는 경우도 있다. 이 때문에, 오니에 대해 액상으로 첨가 사용되는 오니 탈수제의 실용상의 관점에서도, 상기 폴리머는, 물로 희석함으로써, 빠르고, 간편하게, 오니 탈수제로서 조제할 수 있는, W/O 에멀션형인 것이 바람직하다.

[오니 탈수 방법]

본 발명의 오니 탈수 방법은, 오니에, 상기 오니 탈수제를 첨가하여, 상기 오니를 탈수하는 방법이다.

상기 오니 탈수 방법의 적용 대상인 오니로서는, 예를 들어, 하수의 잉여 오니, 혼합 생오니, 소화 오니, 식품 공장이나 화학 공장 등의 잉여 오니나 응침 (凝沈) 혼합 오니, 시뇨 처리장 등의 혼합 오니 등을 들 수 있다.

본 발명의 오니 탈수제를 사용한 오니 탈수 방법에 의하면, 여러 가지 오니에 대해, 탈수 처리를 안정적 또한 효율적으로 실시할 수 있다.

예를 들어, 오니 중의 부유 물질 (SS : Suspended Solids) 의 함유량이 0.4 ~ 4.0 질량% 정도인 경우, 상기 오니 탈수제의 첨가량은 20 ~ 1600 mg/L 인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 30 ~ 1200 mg/L, 더욱 바람직하게는 50 ~ 800 mg/L 이다.

또한, 여기서 말하는 SS 의 함유량은, 하기 실시예에 기재된 분석 방법에 의해 구해진 값이다.

오니에 대한 상기 오니 탈수제의 첨가 방법은, 특별히 한정되는 것이 아니고, 공지된 방법을 적용할 수 있다. 예를 들어, 상기 오니 탈수제를, 그 오니 탈수제 중의 상기 폴리머가 소정의 농도가 되도록 물 등의 용매로 희석한 후, 오니에 첨가할 수 있다.

상기 오니 탈수제를 첨가할 때의 첨가액에 있어서의 상기 폴리머의 농도는, 오니에 대해 그 폴리머를 균일하게 분산시키는 등의 관점에서, 0.01 ~ 1.0 질량% 인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.03 ~ 0.6 질량%, 더욱 바람직하게는 0.05 ~ 0.4 질량% 이다.

상기 오니 탈수제를 첨가한 오니는, 예를 들어, 응집 반응조에서 교반 날개에 의해, 소정의 교반 조건 (예를 들어, 180 rpm 으로 30 초간 등) 으로 교반함으로써, 응집 플록을 형성시킬 수 있다.

그리고, 상기 응집 플록을 탈수기로 탈수 처리하여, 고액 분리함으로써, 탈수 케이크가 얻어진다.

상기 탈수기로서는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, 벨트 프레스 여과기, 스크루 프레스 탈수기, 다중 원판형 탈수기, 원심 탈수기 등을 들 수 있다.

상기 탈수 케이크는, 매립 폐기 처분, 혹은 또, 원예용 흙이나 시멘트 원료로서 재이용된다.

상기 탈수 케이크는, 운반이나 처분, 재이용 가공 등에 있어서 취급하기 쉬운 것으로 하는 관점에서, 괴상의 케이크 형상이 붕괴되지 않고, 또한, 함수분이 가능한 한 적은 것이 바람직하다. 본 발명의 오니 탈수 방법에 의하면, 이와 같은 취급성이 양호한 탈수 케이크를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 오니 탈수 방법에 있어서는, 본 발명의 오니 탈수제를 사용함으로써, 여러 가지 오니에 대해, 안정적 또한 효율적으로 탈수 처리를 실시할 수 있지만, 본 발명의 오니 탈수제 이외에, 그 오니 탈수제에 있어서의 상기 폴리머와 상이한 폴리머를 포함하는 다른 오니 탈수제를 병용해도 된다. 병용하는 다른 오니 탈수제에 있어서의 폴리머로서는, 예를 들어, 카티온성 관능기를 갖는 폴리머 또는 아니온성 폴리머를 들 수 있다. 상기 카티온성 관능기를 갖는 폴리머에는, 카티온성 폴리머뿐만 아니라, 양성 (兩性) 폴리머도 포함된다. 또, 이들 폴리머는, 가교형이어도 되고, 직사슬형 등의 비가교형이어도 된다.

상기 다른 오니 탈수제도, 본 발명의 오니 탈수제의 첨가와 동일한 첨가 방법으로 첨가되는 것이 바람직하다.

실시예

이하, 실시예에 기초하여 본 발명을 설명하지만, 본 발명은 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

각종 폴리머를 준비하고, 그 폴리머를 사용한 오니 탈수제 시료의 평가 시험을 실시했다.

[폴리머의 준비]

하기 실시예 및 비교예의 오니 탈수제 시료에 사용하는 각종 폴리머를, 이하에 나타내는 각 합성예 또는 시판품에 의해 준비했다.

각 폴리머에 있어서의 각종 구성 단량체는, 이하와 같이 약칭한다.

·DAA : 2-(아크릴로일옥시)에틸트리메틸암모늄클로라이드 ; 분자량 193.7

·DAM-1 : 2-(메타크릴로일옥시)에틸디메틸암모늄클로라이드 ; 분자량 207.7

·DAM-2 : 2-(메타크릴로일옥시)에틸디메틸아민황산염 ; 분자량 266.3

·AAM : 아크릴아미드 ; 분자량 71.1

·AA : 아크릴산 ; 72.1

(합성예 1)

교반기, 냉각관, 질소 도입관 및 온도계를 부착한 1 L 4 구 세퍼러블 플라스크에, 노말 파라핀 301 g, 펜타옥시에틸렌올레일알코올에테르 40 g, 및 소르비탄모노올리에이트 12 g 을 주입하고, 교반 혼합하여, 유층 혼합물을 조제했다.

이어서, DAA 의 80 질량% 수용액 400 g, AAM 79 g, 가교제로서 N,N'-메틸렌비스아크릴아미드 0.023 g, 및 물 167 g 의 혼합 수용액을 상기 유층 혼합물에 첨가하여, 호모게나이저 교반에 의해 유화시켰다. 이것을, 교반하, 50 ℃ 로 조정하고, 질소 가스를 30 분간 버블링했다. 질소 가스 기류하, 중합 개시제로서 2,2'-아조비스(2-메틸프로피온아미딘) 2 염산염의 4 질량% 톨루엔 용액 1.0 g 을 첨가하고, 45 ~ 55 ℃ 에서 8 시간 중합시켜, W/O 에멀션형 폴리머 (폴리머 농도 42.5 질량%) 를 얻었다.

또한, 상기 폴리머 농도는, 이하와 같이 하여 구했다.

약 10 g 의 W/O 에멀션형 폴리머를 비커에 넣어 정밀 칭량한 후, 그 W/O 에멀션형 폴리머의 10 질량배 이상의 아세톤을 첨가하여 폴리머를 석출시키고, 상청액을 제거했다. 다시 아세톤을 첨가하여 상청액을 제거하고, 이 조작을 합계 3 회 반복하여, 폴리머를 정제한 후, 진공 건조기로, 실온 (25 ℃) 에서 48 시간 건조시켜, 분말상의 폴리머를 얻었다.

얻어진 분말상의 폴리머를 정밀 칭량하고, 최초로 측정한 W/O 에멀션형 폴리머의 질량에 대한 그 분말상 폴리머의 질량의 비율을 산출하고, 이 값을 폴리머 농도 [질량%] 로 했다.

(합성예 2 ~ 14)

합성예 1 에 있어서, 합성 원료로서 사용하는 구성 단량체, 가교제 및 중합 개시제를 하기 표 1 의 각 합성예에 나타내는 것으로 변경하고, 그 이외는 합성예 1 과 마찬가지로 하여, 각 W/O 에멀션형 폴리머를 얻었다.

(시판품 1 ~ 3)

시판되는 W/O 에멀션형 폴리머로서, 쿠리타 공업 주식회사 제조 「쿠리픽스 (등록상표)」시리즈를 사용했다. 구성 단량체 조성은, 각각, 하기 표 2 에 나타내는 바와 같다.

＜고유 점도＞

각 폴리머에 대해, 이하의 (i) ~ (vi) 의 순서에 따라, 고유 점도를 구했다.

(i) 캐논 펜스케 점도계 (주식회사 쿠사노 화학 제조 No.75) 5 개를 유리 기구용 중성 세제에 1 일 이상 침지 후, 물로 충분히 세정하고, 건조시켰다.

(ii) W/O 에멀션형 폴리머를 물로 희석하여, 폴리머 농도 0.2 질량% 의 수용액을 조제했다. 또한, 시판품의 폴리머 농도는, 카탈로그값에 의한다.

(iii) (ii) 에서 조제한 폴리머 농도 0.2 질량% 의 수용액 50 mL 에 2 몰/L 질산나트륨 수용액 50 mL 를 첨가하고, 마그네틱 스터러로 500 rpm 으로 20 분간 교반하여, 폴리머 농도 0.1 질량% 의 1 몰/L 질산나트륨 수용액을 얻었다. 이것을 1 몰/L 질산나트륨 수용액으로 희석하여, 0.02, 0.04, 0.06, 0.08, 0.1 질량% 의 5 단계의 폴리머 농도의 폴리머 용액 시료를 조제했다. 또한, 폴리머 미첨가의 1 몰/L 질산나트륨 수용액을 블랭크액으로 했다.

(iv) 온도 30 ℃ (±0.02 ℃ 내) 로 조정한 항온 수조 내에, (i) 에서 준비한 점도계 5 개를 수직으로 장착했다. 각 점도계에 홀 피펫으로 블랭크액 10 mL 를 넣은 후, 온도를 일정하게 하기 위해서 약 30 분간 정치했다. 그 후, 스포이트 마개를 사용하여 액을 빨아 올리고, 자연 낙하시켜, 표선을 통과하는 시간을 스톱 워치로 1/100 초 단위까지 측정했다. 이 측정을, 각 점도계에 대해 5 회 반복하고, 평균값을 블랭크값 (t₀) 으로 했다.

(v) (iii) 에서 조제한 5 단계의 폴리머 농도의 폴리머 용액 시료 각 10 mL 를, 블랭크액의 측정을 실시한 점도계 5 개에 넣고, 온도를 일정하게 하기 위해서 약 30 분간 정치했다. 그 후, 블랭크액의 측정과 동일한 조작을 3 회 반복하고, 농도마다의 통과 시간의 평균값을 측정값 (t) 으로 했다.

블랭크값 t₀, 측정값 t, 및 폴리머 용액 시료의 농도 [질량/체적%] (=C [g/dL]) 로부터, 하기 식 (III) 및 (IV) 에 나타내는 관계식으로부터, 상대 점도 η_rel, 비점도 η_SP 및 환원 점도 η_SP/C [dL/g] 를 구했다.

η_rel= t/t₀ (III)

η_SP= (t - t₀)/t₀= η_rel- 1 (IV)

이들 값으로부터, 상기 서술한 허긴스의 식에 근거하는 고유 점도를 구하는 방법에 따라, 각 폴리머의 고유 점도 [η] 를 구했다.

(vi) (iii) 에 있어서, 질산나트륨 수용액의 농도를 변경하여, 폴리머 농도 0.1 질량% 의 0.01 몰/L 질산나트륨 수용액을 조제했다. 이것을 0.01 몰/L 질산나트륨 수용액으로 희석하고, 상기 (iii) 과 마찬가지로 하여, 5 단계의 폴리머 농도의 폴리머 용액 시료를 조제하고, (iii) ~ (v) 의 순서에 따라, 각 폴리머의 고유 점도 [η] 를 구했다.

＜k 값＞

상기의 고유 점도의 측정으로 구해진 1 몰/L 질산나트륨 수용액의 30 ℃ 에서의 고유 점도를 [η]₁[dL/g], 0.01 몰/L 질산나트륨 수용액의 30 ℃ 에서의 고유 점도를 [η]_0.01[dL/g] 로 한다. 이들 [η]₁및 [η]_0.01의 값으로부터, 하기 식 (I) 에 의해, 각 폴리머에 대해, k 값을 산출했다.

k = ([η]_0.01- [η]₁)/9 (I)

각 폴리머의 고유 점도 [η]₁및 [η]_0.01, 그리고 k 값을 하기 표 2 에 정리해 나타낸다.

[오니]

오니 탈수제 시료의 평가 시험에서 사용한 오니의 상세를 하기 표 3 에 나타낸다. 표 3 에 나타내는 오니의 성상을 나타내는 각 항목의 약칭 및 분석 방법 (하수도 시험법에 준거) 은, 이하와 같다.

(1) SS

오니 100 mL 를 칭량한 후, 3000 rpm 으로 10 분간 원심 분리하여 상청액을 제거했다. 침전물을 수세하면서 칭량 완료된 도가니에 흘려 넣고, 105 ~ 110 ℃ 의 범위 내의 온도에서 15 시간 건조시킨 후, 칭량하고, 건조 후의 상기 도가니 내의 잔류물의 질량을 구했다.

건조 전의 오니 100 mL 의 질량에 대한 상기 잔류물의 질량의 비율을, 오니 100 mL 중의 부유 물질 (SS : Suspended Solids) 의 함유량 [질량%] 으로 했다.

(2) VSS

상기 (1) 에 있어서 상기 도가니 내의 잔류물 (SS) 의 질량을 구한 후, 그 잔류물 (SS) 이 도가니에 들어간 상태에서, 600 ± 25 ℃ 의 범위 내의 온도에서 2 시간 강열하고, 방랭 후에 칭량하고, 강열 후의 상기 도가니 내의 잔류물의 질량을 구했다.

강열 전의 상기 도가니 내의 잔류물 (SS) 과 강열 후의 그 도가니 내의 잔류물의 질량의 차분은, 오니 100 mL 중의 휘발성 부유 물질 (VSS : Volatile Suspended Solids) 의 질량이다. SS 의 질량에 대한 강열 후의 상기 잔류물 (VSS) 의 질량의 비율을, VSS 의 함유율 [질량%/SS] 로서 구했다.

(3) TS

오니 100 mL 를 칭량하여, 칭량 완료된 도가니에 넣고, 105 ~ 110 ℃ 의 범위 내의 온도에서 15 시간 건조시킨 후, 칭량하고, 건조 후의 상기 도가니 내의 잔류물의 질량을 구했다.

건조 전의 오니 100 mL 의 질량에 대한 상기 잔류물의 질량의 비율을, 오니 100 mL 중의 증발 잔류물 (TS : Total Solids ; 전고형분) 의 함유율 [질량%] 로서 구했다.

(4) VTS

상기 (3) 에 있어서 상기 도가니 내의 잔류물 (TS) 의 질량을 구한 후, 그 잔류물 (TS) 이 도가니에 들어간 상태에서, 600 ± 25 ℃ 의 범위 내의 온도에서 2 시간 강열하고, 방랭 후에 칭량하고, 강열 후의 상기 도가니 내의 잔류물의 질량을 구했다.

강열 전의 상기 도가니 내의 잔류물 (TS) 과 강열 후의 그 도가니 내의 잔류물의 질량의 차분은, 오니 100 mL 중의 휘발성 부유 물질 (VTS : Volatile Total Solids) 의 질량이다. TS 의 질량에 대한 강열 후의 상기 잔류물 (VTS) 의 질량의 비율을, VTS 의 함유율 [질량%/TS] 로서 구했다.

(5) 섬유분

오니 100 mL 를 100 메시 (눈금 간격 149 ㎛) 의 체로 여과하고, 체 상의 잔류물을 수세하면서 칭량 완료된 도가니에 흘려 넣고, 105 ~ 110 ℃ 의 범위 내의 온도에서 15 시간 건조시킨 후에 칭량하고, 건조 후의 상기 도가니 내의 잔류물의 질량을 구했다.

그 후, 상기 잔류물이 도가니에 들어간 상태에서, 600 ± 25 ℃ 의 범위 내의 온도에서 2 시간 강열하고, 방랭 후에 칭량하고, 강열 후의 상기 도가니 내의 잔류물의 질량을 구했다.

강열 전의 상기 도가니 내의 잔류물과 강열 후의 그 도가니 내의 잔류물의 질량의 차분은, 오니 100 mL 중의 입경 약 149 ㎛ 이상의 휘발성 부유 물질의 질량이며, 주로 휘발성 섬유분의 질량이다. SS 의 질량에 대한 강열 후의 상기 잔류물 (입경 약 149 ㎛ 이상의 휘발성 부유 물질) 의 질량의 비율을, 섬유분의 함유율 [질량%/SS] 로서 구했다.

(6) pH

JIS Z 8802 : 2011 에 준거하여, 유리 전극법의 조작에 기초하여, pH 를 측정했다. 또한, pH 의 교정에는, 시판되는 프탈산염, 중성 인산염 및 탄산염의 각 pH 표준액을 사용했다.

(7) 전기 전도율

JIS K 0102 : 2016 에 준거하여, 전기 전도율을 측정했다.

[오니 탈수제 시료의 평가 시험]

상기에 있어서 준비한 폴리머를 사용한 오니 탈수제 시료를 사용하여, 오니 처리의 탁상 시험을 실시하고, 하기의 평가 방법에 의해, 오니 탈수제 시료의 오니 탈수 성능의 평가를 실시했다.

(실시예 1)

합성예 1 에서 얻어진 W/O 에멀션형 폴리머를 물로 희석하여, 폴리머 농도 0.2 질량% 의 수용액을 조제하고, 이것을 오니 탈수제 시료 1 로 했다.

오니 A 200 mL 를 300 mL 비커에 채취하고, 오니 탈수제 시료 1 을 첨가 농도 110 mg/L 가 되도록 첨가하고, 180 rpm 으로 30 초간 교반하여, 응집 플록을 형성시켜, 처리 오니를 얻었다.

(실시예 2 ~ 11 및 비교예 1 ~ 8)

실시예 1 에 있어서, 오니, 오니 탈수제 시료 및 그 첨가 농도를 하기 표 4 에 나타내는 바와 같이 변경하고, 그 이외는 실시예 1 과 마찬가지로 하여, 오니에 오니 탈수제 시료를 첨가하여, 응집 플록을 형성시켜, 처리 오니를 얻었다.

＜평가 방법＞

상기 실시예 및 비교예에 있어서의 처리 오니에 대해, 이하에 나타내는 각 항목의 평가를 실시했다. 이들 평가 결과를 하기 표 4 에 정리해 나타낸다.

(1) 플록 직경

비커 내의 응집 플록 중, 그 비커의 상방으로부터 관찰할 수 있는 임의의 약 100 개를 대상으로 하여, 각 응집 플록의 최대 직경을 메저로 측정하고, 이들의 평균값을 플록 직경으로 했다.

플록 직경은, 오니 탈수제의 플록 형성력의 지표이다. 플록 직경이 클수록, 조대한 응집 플록이 형성된다고 평가할 수 있고, 오니 탈수제 시료의 플록 형성력이 높다고 할 수 있다. 단, 플록 직경이 지나치게 큰 경우, 후술하는 케이크 함수율이 높아지는 경향이 있다. 플록 직경은 4.5 mm 이상인 것이 바람직하다.

(2) 20 초 여과량

200 mL 메스 실린더 상에, 부흐너 깔때기 (내경 80 mm, 구멍 직경 약 1 mm) 를 설치하고, 이어서, 그 부흐너 깔때기의 여과면의 상측에, 직경 50 mm 의 폴리염화비닐제의 통을 설치했다. 처리 오니를 상기 통 내에 단번에 붓고, 붓기 시작하고 나서 20 초 후까지의 여과액을 메스 실린더로 채취하고, 그 메스 실린더의 눈금으로부터 판독한 여과액의 양을, 20 초 여과량으로 했다.

20 초 여과량은, 중력 여과성의 지표이다. 20 초 여과량이 많을수록, 중력 여과성이 우수한 응집 플록이 형성되었다고 평가할 수 있다. 단, 20 초 여과량이 많아도, 후술하는 SS 리크량이 많으면, 처리 오니가 양호한 상태로 탈수 처리되어 있다고는 할 수 없고, 오니 탈수제 시료의 오니 탈수 성능의 평가에 있어서는, 20 초 여과량 및 SS 리크량을 함께 판단할 필요가 있다.

(3) SS 리크량

상기 (2) 에서 20 초 여과량을 측정 후, 또한, 40 초 후에, 상기 메스 실린더를 별도의 메스 실린더로 바꾸고, 처리 오니를 붓기 시작하고 나서 60 초 후 이후에 그 부흐너 깔때기의 구멍을 통과하여 채취된 액의 양을, 그 메스 실린더의 눈금으로부터 판독했다. 이 판독한 액량을 SS 리크량으로 했다.

여기서 말하는 SS 리크량이란, 처리 오니 중에서, 조대한 응집 플록이 형성되어 있지 않거나, 또는, 붕괴된 미소한 플록 등의 부유 물질 (SS) 의 양의 기준이 되는 수치이다.

SS 리크량이 적을수록, 강고하고 조대한 응집 플록이 형성되었다고 평가할 수 있다.

(4) 케이크 함수율

상기 (3) 에서 SS 리크량을 측정 후, 그 부흐너 깔때기 상에 남은 응집 플록을, 폴리염화비닐제 칼럼 (내경 30 mm, 높이 17.5 mm) 에 채웠다. 상기 칼럼을 제거하고, 바닥면이 약 30 mm 인 대략 원형의 괴상의 응집 플록을, 상면으로부터 0.1 MPa 로 60 초간 압착하여, 탈수 케이크를 얻었다.

상기 탈수 케이크의 질량, 및, 그 탈수 케이크를 105 ℃ 에서 15 시간 건조시킨 후의 탈수 케이크의 질량을 측정했다. 상기 탈수 케이크의 건조 전과 건조 후의 질량의 차분을, 탈수 케이크의 함수량으로 간주했다. 건조 전의 상기 탈수 케이크의 질량에 대한 상기 함수량의 비율을, 케이크 함수율 [질량%] 로서 구했다.

케이크 함수율이 80 질량% 이상 88 질량% 미만이면, 종래의 오니 처리제에 의한 탈수 처리로 얻어진 탈수 케이크와 마찬가지로 취급할 수 있는 양호한 탈수 케이크가 얻어졌다고 평가할 수 있다. 또, 탈수 케이크의 폐기 처리 등에 있어서의 취급성 등의 관점에서, 케이크 함수율은 낮은 편이 바람직하다.

또한, 비교예 1, 3, 5 및 7 에 대해서는, SS 리크량이 지나치게 많아, 케이크 함수율을 구하는 데에 충분한 탈수 케이크를 얻는 것은 곤란했다.

표 4 에 나타낸 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, k 값이 소정 범위 내인 폴리머를 포함하는 본 발명의 오니 탈수제에 의하면, 처리 오니에 있어서의 플록 직경, 20 초 여과량, SS 리크량 및 케이크 함수율이 모두 양호했다. 즉, 본 발명의 오니 탈수제는, 오니 탈수 성능이 우수한 것이 확인되었다.

Claims

카티온성 단량체에서 유래하는 구성 단위를 갖는 폴리머를 포함하고, 상기 폴리머의 1 몰/L 질산나트륨 수용액의 30 ℃ 에서의 고유 점도 [η]₁[dL/g], 및, 상기 폴리머의 0.01 몰/L 질산나트륨 수용액의 30 ℃ 에서의 고유 점도 [η]_0.01 [dL/g] 로부터, 하기 식 (I) 에 의해 구해지는 k 값이, 0.8 초과 2.2 미만이고,
상기 폴리머가, 하기 식 (1) 로 나타내는 카티온성 단량체의 가교 중합체, 또는, 하기 식 (1) 로 나타내는 카티온성 단량체와 비이온성 단량체의 가교 공중합체이며, 상기 폴리머의 구성 단위가 되는 단량체의 합계 100 몰% 중, 상기 카티온성 단량체가 30 몰% 이상이고,
상기 가교 중합체에 있어서의 가교제의 첨가량이, 상기 단량체의 합계 질량에 대해, 10 ~ 400 질량ppm 인, 오니 탈수제.
k = ([η]_0.01－ [η]₁)/9 (I)

(식 (1) 중, R¹ 은, 수소 원자 또는 메틸기이며, R² 및 R³ 은, 각각 독립적으로, 수소 원자 또는 탄소수 1 ~ 3 의 알킬기이며, R⁴ 는, 수소 원자, 탄소수 1 ~ 3 의 알킬기 또는 벤질기이다. A 는, 산소 원자 또는 이미노기이며, B 는 탄소수 2 ~ 4 의 알킬렌기이다. X^- 는 음이온이다.)
제 1 항에 있어서,
상기 고유 점도 [η]₁ 이 1.0 ~ 6.5 dL/g 인, 오니 탈수제.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 폴리머가 유중수적 에멀션형인, 오니 탈수제.
제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 오니 탈수제를 오니에 첨가하여, 상기 오니를 탈수하는, 오니 탈수 방법.
삭제