KR20060132441A - 배수 처리 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 계면활성제, 착색제 및 실리카를 함유하는 수계 분산체와 그 외의 고형분을 함유하는 배수를 처리 대상으로 하는 배수 처리 방법으로서, 폴리실리카철 응집제를 사용하여 배수의 처리를 행하는 배수 처리 방법이다.

배수 처리 방법, 수계 분산체, 폴리실리카철 응집제

Description

배수 처리 방법{WASTEWATER TREATMENT PROCESS}

도 1은 본 발명의 실시 형태에 의한 배수 처리 장치의 일례를 나타내는 개략도.

도 2는 종래의 배수 처리 방법을 나타내는 개략도.

[부호의 설명]

10…원수조, 12…반응조, 14…응집조, 16…응집 침전조, 18…생물처리조,

20…후 침전조, 22…모래 여과 장치, 24…활성탄 여과 흡착 장치,

26…오니 농축조, 28…탈수 장치

본 발명은 전자사진용 토너(정전하상 현상용 토너:electrostatic latent image developing toner) 등을 제조하는 공정에서 배출되는, 고형분을 함유하는 배수를 처리 대상으로 하는 배수 처리 방법에 관한 것이다.

수성 도료, 전자사진용 토너 등의 제조 공장에서의 수계 분산체의 제조 공 정에서는 착색제 분산액 등을 함유하는 배수가 발생한다. 이들의 배수에는, 착색제(colorant) 성분인 안료 등 외에, 안료 등의 분산성을 올리기 위해서 계면 활성 제나, 내첨제로서 실리카가 함유되어 있기 때문에, 고형분 농도와 함께 화학적 산소 요구량(COD:Chemical Oxygen Demand)이 커서, 이 상태로 하천이나 하수도 등에 배출할 수는 없다. 이 때문에, 이들의 배수는 공장 내의 배수 처리 시설에서 처리한 후에 외부로 배출한다.

특히, 최근, 전자사진용 토너의 제조 방법으로서, 종래의 혼련분쇄법( conventional mix-and-grind method) 대신에, 유화중합법(emulsion polymerization method)에 의한 토너를 비롯하여, 현탁중합법(suspension polymerization method), 용해 현탁법 등의 각종 화학적 토너 제법이 개발되어, 실시되고 있다. 예를 들면, 유화중합법에서는, 결착 수지의 중합성 단량체를 유화중합시켜서 형성된 수지 분산 액과 착색제, 이형제(release agent), 필요에 따라서, 대전 제어제(charge control agent) 등을 계면활성제(surfactant)의 존재 하에, 수계 용매 중에 교반·혼합하면서, 응집(aggregate), 가열 융합(heat and fuse)시켜, 소정의 입경, 입도 분포, 형상, 구조를 가진 착색 수지 입자인 토너 입자를 제조하지만, 이 과정에서 계면 활성제 수용액이나, 안료 분산액, 이형제 분산액, 에멀션(emulsion) 수용액, 실리카 분산액, 장치 세정 배수 등, 고형분을 함유하는 배수가 발생한다.

통상, 일반적인 배수 처리로는 응집 침전(Coagulation-Sedimentation) 처리가 이용되는 경우가 많다. 응집 침전 처리라 함은 「5판, 공해 방지 기술과 법규 수질편(일본 통상산업성 환경입지국(Environmental Protection and Industrial Location Bureau, Ministry of International Trade and Industry) 감수, 2001년 발행) 141∼153페이지」에 기재되어 있는 바와 같이, 배수 처리 분야에서 가장 일 반적으로 사용되고 있는 고액 분리 조작이며, 널리 이용되고 있다. 응집 침전 처리는 배수에 응집제(coagulant)을 첨가함으로써 플럭(flock)(응집에 의해 생긴 조대(粗大)입자)을 생기게 하고, 물과 플럭의 비중 차에 의해, 플럭을 침전시켜 고액 분리를 행하는 처리 방법이다. 이렇게 해서 고체로서 분리된 플럭은 산업 폐기물의 오니로서 처리되고, 고체를 분리한 물은 화학적 산소 요구량이 저감하여, 하천이나 하수도로 배출되고 있다. 이들의 고액 분리한 후의 오니는 그대로 가압 여과 탈수 장치로 탈수 처리하는 경우가 많다. 가압 여과 탈수 장치라 함은 「5판, 공해 방지의 기술과 법규 수질편(일본 통상산업성 환경입지국 감수, 2001년 발행) 182페이지」에도 기재되어 있는 바와 같이, 배수 처리 분야에서 가장 일반적으로 사용되고 있는 탈수 장치이다.

일본 특개평7-136408호 공보에는, 유기 오염 물질 함유 배수를 고액 분리하는 배수 처리 방법에서, 발생한 오니의 일부를, 피처리 원수(原水)측으로 되돌려서 순환함으로써, 오니의 최종 처리가 용이한 배수 처리 방법이 개시되어 있다. 또한, 일본 특개평9-225474호 공보에는, 에멀션 배수의 처리에, 가압 부상(加壓浮上) 분리를 행하는 방법이 개시되어 있다.

그러나, 실제 토너 제조 공장 등에서 발생하는 배수의 고형분이나 화학적 산소 요구량은 공정에 따라 편차가 커서, 고형분 농도 또는 화학적 산소 요구량이 낮은 배수의 처리에 일본 특개평7-136408호 기재된 방법을 사용하면, 응집제의 첨가에 의해 형성되는 플럭이 적기 때문에, 오니가 침강하기 어렵고, 고형분 또는 화학적 산소 요구량이 내려가지 않는다는 문제를 일으킨다. 특히, 이 방법을 실리카 함유 배수의 처리에 사용하면, 그 실리카의 작용에 의해, 메커니즘은 잘 모르지만, 오니가 침강하기 어렵다는 문제가 있다.

또한, 일본 특개평9-225474호 공보에 기재된 방법은, 에멀션 배수의 처리는 가능지만, 토너 제조 공장에서 발생하는 모든 종류의 배수에 그대로 적용할 수있는 것은 아니다.

또한, 예를 들면, 전자사진용 토너의 유화중합법, 현탁중합법, 용해 현탁법 등의 화학적 토너 제법에 의한 제조 공정에서 발생하는, 계면활성제, 착색제, 이형제, 실리카, 기타 많은 성분을 함유하는 배수의 응집 침전 처리에서는, 플럭의 침전조 등에서의 침강성이 나쁘고, 특히, 고형분 농도 또는 화학적 산소 요구량이 낮은 배수의 고액 분리 시에 매우 장시간의 침강 처리가 요구된다. 또한, 배수 중에 함유되는 소량의 고형분을 응집 침전 처리하기 위해서, 다량의 응집제를 사용하면, 산업 폐기물로서 처리하는 오니가 다량으로 발생한다는 문제가 있다.

본 발명은 수성 도료, 전자사진용 토너 등의 제조 공장에서의 수계 분산체의 제조 공정에서 배출되는, 고형분을 함유하는 배수의 처리를 효율적으로 행하고, 응집제의 사용량 및 오니의 발생량을 삭감할 수 있는 배수 처리 방법이다.

본 발명은 계면활성제, 착색제 및 실리카를 함유하는 수계 분산체와 그 외의 고형분을 함유하는 배수를 처리 대상으로 하는 배수 처리 방법으로서, 폴리실리카철 응집제(polysilicate-iron coagulant)를 사용하여 상기 배수 처리를 행한다.

또한, 본 발명은 계면활성제, 착색제 및 실리카를 함유하는 수계 분산체와 그 외의 고형분을 함유하는 배수를 처리 대상으로 하는 배수 처리 방법으로서, 상기 그 외의 고형분은 정전하상 현상용 토너를 함유하고, 폴리실리카철 응집제를 사용하여 상기 배수 처리를 행한다.

본 발명에 의하면, 수성 도료, 전자사진용 토너 등의 제조 공장에서의, 계면 활성제, 착색제 및 실리카를 함유하는 수계 분산체의 제조 공정에서 배출되는, 고형분을 함유하는 배수 처리에서, 폴리실리카철 응집제를 사용하는 처리 방법에 의해, 처리를 효율적으로 행할 수 있고, 응집제의 사용량 및 오니의 발생량을 삭감할 수 있다.

본 발명의 실시 형태에 대하여 이하에 설명한다. 여기서는, 전자사진용 토너 제조 공정을 예로 하여, 본 발명의 실시 형태에 의한 배수 처리 방법을 설명한다.

본 발명자들이 검토한 결과에 의하면, 토너 제조 공정에서 배출되는, 계면활성제 수용액이나, 안료 분산액, 이형제 분산액, 에멀션 수용액, 실리카 분산액 등의 배출액에서, 전(全)배수량에 대하여 30∼70중량%을 차지하는 고형분 농도가 낮은 배수, 예를 들면, 계면활성제 수용액을 함유하는 배수와, 고형분 농도가 높은 배수를 혼합하면, 계면활성제의 작용에 의해, 응집 침전 처리에서의 침강 시간이 길어지고, 또한 응집 침전시키기 위해서 사용하는 무기 응집제, 예를 들면 염화제2철 등의 첨가량이 증가하여, 그 결과, 응집 침전물의 양, 즉 산업 폐기물로서 처리하는 오니가 다량으로 발생한다. 이것은, 무기 응집제로서 사용하고 있는 염화제2 철 등의 무기염의 일정량이, 배수 중에 함유되는 계면활성제와 전하 중화 반응하여, 응집제로서의 작용을 저해하기 때문인 것으로 생각된다. 또한, 고형분 농도가 낮은 배수에 대하여 응집 침전 처리를 행하는 경우에도, 일정량의 응집제가 항상 필요하지만, 그러한 고형분 농도가 낮은 배수가 전(全)배수량에 대하여 30∼70중량%을 차지하기 때문에, 다량의 응집제를 사용하는 결과로 되었다.

그래서, 본 발명자들은 예의 검토한 결과, 토너 제조 공정 등에서 발생하는, 고형분을 함유하는 배수의 처리에서, 폴리실리카철 응집제를 사용하는 처리 방법에 의해, 응집 처리를 효율적으로 행할 수 있고, 응집제의 사용량 및 오니의 발생량을 삭감할 수 있음을 알아내었다. 이것은, 메커니즘은 잘 모르지만, 배수 중에 함유되는 실리카와, 응집제가 가진 실리카가 결합함으로써, 응집제의 양이 적어도 응집 효과가 발현함에 의한 것으로 생각하고 있다.

<배수 처리 방법>

본 실시 형태에 의한 배수 처리 방법에서는, 토너 제조 공정 등에서 배출되는 고형분 함유 배수에 대하여, 폴리실리카철 응집제를 사용한 응집 침전 처리 및 가압 부상 처리 중 적어도 하나가 행해진다. 그래서, 각 배수는 각 배수 처리가 행해진 후, 하천 등으로 방류된다. 하천 등에 방류하는 경우에는, 예를 들면, 화학적 산소 요구량을 20mg/L 이하로 해야 하고, 토너 제조 공정 등에서 발생하는 배수의 화학적 산소 요구량은 배수 중의 고형분의 분리, 예를 들면 응집 침전 처리에 의해 큰폭으로 저감됨을 실험에 의해 알 수 있다.

응집 침전 처리를 행할 경우, 응집제로서 폴리실리카철 응집제를 배수에 첨 가한다. 응집 침전 처리를 행하는 예에 대해서, 도면을 이용하여 이하에 구체적으로 설명하지만, 이것에 한정되는 것은 아니다.

도 1에는 본 실시 형태에 의한 배수 처리 방법을 행하기 위한 배수 처리 장치의 일례의 개략도를 나타낸다.

본 실시 형태에 의한 배수 처리 장치의 일례인 배수 처리 장치(1)는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 원수조(原水槽)(10)와, 반응조(12)와, 응집조(14)와, 응집 침전조(16)와, 생물 처리조(18)와, 후(後)침전조(20)와, 모래 여과 장치(22)와, 활성탄 여과 흡착 장치(24)와, 오니 농축조(26), 탈수 장치(28)를 구비하고 있다.

더 상세히 설명하면, 배수 처리 장치(1)에서, 원수조(10), 반응조(12), 응집조(14), 응집 침전조(16), 생물 처리조(18), 후 침전조(20), 모래 여과 장치(22), 활성탄 여과 흡착 장치(24)의 입구와 출구가 각각 직렬로 배관 등을 거쳐서 접속되어 있다. 또한, 오니 농축조(26)의 입구는 후 침전조(20) 하부의 출구에 배관 등 을 거쳐서 접속되어 있고, 탈수 장치(28)의 입구는 오니 농축조(26)의 출구에 배관 등을 거쳐서 접속되어 있다.

본 실시 형태에 의한 배수 처리 방법을 도 1을 참조하여 설명한다.

토너 제조 공정에서 배출되는 배수에 대해서는, 우선 응집 침전 처리가 행해진다. 응집 침전 처리는, 반응조(12)에서의, 배수에의 응집제의 첨가 및 응집 반응을 행하는 반응 공정과, 응집조(14)에서의, 반응 공정에서 응집 반응한 응집물로 플럭을 형성하는 플럭 형성 공정과, 응집 침전조(16)에서의, 플럭과 분리액으로 분리하는 분리 공정을 포함한다.

우선 배수는, 원수조(10)에 일시적으로 저류한 후, 반응조(12)에서 교반 블래이드 등의 교반 수단에 의해 급속 교반되면서 펌프 등에 의해 응집제가 첨가되어, 응집 반응이 행해진다(반응 공정). 그 후, 응집 반응이 행해진 반응액은 응집조(14)로 송액된다.

이 반응 공정에서 사용되는 응집제로서, 폴리실리카철 응집제를 사용한다. 폴리실리카철 응집제의 첨가량은, 처리하는 배수에 대하여 1mg/L∼50Omg/L의 범위의 농도인 것이 바람직하고, 1mg/L∼100mg/L의 범위의 농도인 것이 더 바람직하다. 첨가량이 1mg/L보다 적으면, 응집 효과가 적고 발생하는 오니의 함수율이 높아지는 경우가 있고, 500mg/L보다 많으면, 발생하는 오니 양이 증가하여 다음 공정에서의 분리가 곤란해지는 경우가 있다.

또한, 배수 중의 계면활성제의 함유량이 배수의 중량에 대하여 0.1중량%∼4중량%의 범위이며, 또한 배수 중의 실리카의 함유량이 배수의 중량에 대하여 0.1중량%∼4중량%의 범위일 때에, 폴리실리카철 응집제를 사용함으로써, 특히 효과가 발휘된다. 계면활성제 함유량이 0.1중량%보다 낮고 실리카 함유량이 0.1중량%보다 낮을 경우에는, 막 분리 등의 기술이 적용된다. 이렇게, 배수 처리의 처리 효율을 고려하여, 각 공정에서 배출되는 배수 중에 함유되는 계면활성제 및 실리카의 양에 따라, 다른 배수 처리 방법을 적용하는 것이 바람직하다. 또한, 라텍스 폴리머(에멀션 분산액) 제조 공정에서 배출되는 배출액에 대해서는, 원심 농축 등의 농축 처리가 곤란할 경우가 있기 때문에, 농축 황산을 사용한 가열 산분해법 등의 다른 배수 처리 방법을 적용해도 좋다.

폴리실리카철 응집제에서의, Si/Fe의 몰비는 응집 효과의 관점에서 0.1∼4.0의 범위인 것이 바람직하고, 1.0∼3.0의 범위인 것이 더 바람직하다.

폴리실리카철 응집제를 사용한 응집 반응 시의 반응액의 pH는 응집 효과의 관점에서 4∼9의 범위인 것이 바람직하고, 5∼7의 범위인 것이 더 바람직하다.

이 반응 공정에서 폴리실리카철 응집제와 함께 다른 응집제를 병용해도 좋다. 병용되는 응집제로는, 일반적인 무기계 응집제, 유기계 응집제를 사용할 수 있다. 무기계 응집제로는, 예를 들면, 황산알루미늄, 염화제2철, 폴리염화알루미늄 등이 사용되고, 저렴하고, 응집성이 양호한 등의 이유로, 염화제2철을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 유기계 응집제로는, 예를 들면 폴리아크릴아미드계, 폴리아크릴산 소다계 등의 음이온성 고분자 응집제; 폴리아크릴아미드계, 폴리아크릴산에스테르계, 폴리메타크릴산에스테르계, 폴리아민계, 폴리디시안디아미드계 등의 양이온성 고분자 응집제; 폴리아크릴아미드계, 폴리에틸렌옥사이드계 등의 비이온성 고분자 응집제; 아크릴산디메틸아미노에틸계 등의 양쪽성 고분자 응집제를 사용할 수 있다. 응집성이 양호한 등의 이유로, 양이온성 고분자 응집제 및/또는 양쪽성 고분자 응집제를 사용하는 것이 바람직하고, 폴리아크릴아미드계의 양이온성 고분자 응집제 및/또는 아크릴산디메틸아미노에틸계의 양쪽성 고분자 응집제를 사용하는 것이 더 바람직하다. 또한, 응집제로서, 폴리실리카철 응집제와 함께 상기 무기계 응집제 및 유기계 응집제로부터 선택되는 2개 이상의 응집제를 조합시켜서 사용해도 좋다.

병용할 경우의 무기계 응집제의 첨가량은 처리하는 배수에 대하여 500mg/L∼ 500Omg/L의 범위의 농도인 것이 바람직하고, 1000mg/L∼3000mg/L의 범위의 농도인 것이 더 바람직하다.

또한, 병용할 경우의 유기계 응집제의 첨가량으로는, 처리하는 배수에 대하여 1mg/L∼500mg/L의 범위의 농도인 것이 바람직하고, 5mg/L∼300mg/L의 범위의 농도인 것이 더 바람직하다.

반응 공정에서 교반 블레이드 등의 교반 수단에 의해 급속 교반함으로써 응집 반응이 행해지지만, 교반 속도는 100rpm∼500rpm의 범위인 것이 바람직하다. 교반 속도가 1OOrpm보다 작으면, 응집 반응이 충분히 행해지지 않고, 입자가 감소되지 않는 경우가 있고, 500rpm보다 크면, 한번 형성된 응집물이 다시 미세해져 버리는 경우가 있다.

다음에, 응집조(14)에서, 반응조(12)로부터 이송된 반응액에 대하여 교반 블레이드 등의 교반 수단에 의해 완속 교반이 행해져, 배수 중의 현탁 물질이 응집한 플럭이 형성된다(플럭 형성 공정). 이 플럭 중에는, 주로, 안료, 이형제, 실리카, 토너 입자 등이 포함되어 있다. 플럭은 완속 교반시킴으로써 성장한다. 이때 얻어지는 플럭의 현탁액(처리액)의 고형분 농도는 0.5∼1.5% 정도이다. 또한, 반응조(12)와 응집조(14)를 일체화한 조를 사용하여, 1개의 조내에서 반응 공정과, 플럭 형성 공정이 행해져도 좋다.

플럭 형성 공정에서 교반 블레이드 등의 교반 수단에 의해 교반함으로써 플럭을 성장시키지만, 교반 속도는 60rpm∼500rpm의 범위인 것이 바람직하고, 100rpm∼300rpm의 범위인 것이 더 바람직하다. 교반 속도가 60rpm보다 작으면, 플럭의 형성이 충분하지 않고, 입자가 감소되지 않는 경우가 있고, 500rpm보다 크면, 한번 형성된 플럭이 다시 미세해져 버리는 경우가 있다.

다음에, 응집조(14)에서 플럭 형성된 처리액은 응집 침전조(16)로 송액된다. 플럭 형성 공정에서, 통상 배수는 응집조(14)로 연속적으로 유입되어, 플럭 형성된 처리액은 연속적으로 응집 침전조(16)로 송액된다. 이때, 응집조(14)에서의 체류 시간으로는 5분∼20분의 범위인 것이 바람직하고, 10분∼15분의 범위인 것이 더 바람직하다. 체류 시간이 5분보다 작으면, 플럭의 형성이 충분하지 않아, 입자가 감소되지 않는 경우가 있고, 20분보다 크면, 처리 효율이 저하하는 경우가 있다. 또한, 응집조(14)에서 배치(batch)식으로 배수의 응집 처리가 행해져도 좋다. 이 경우, 처리 시간은 5분∼15분의 범위인 것이 바람직하고, 5분∼10분의 범위인 것이 더 바람직하다.

응집 공정에서의 처리하는 배수의 온도로는, 통상, 10℃∼30℃의 범위에서 행해지고, 바람직하게는, 15∼25℃의 범위에서 행해진다.

응집 침전조(16)로 송액된 처리액은 응집 침전조(16)에서 자연 침강 분리에 의해, 플럭이 농축된 침전물(오니 슬러리)과 분리액으로 분리된다(분리 공정). 또한, 분리 공정에서, 응집 침전 처리 대신에 가압 부상(浮上) 처리, 생물 처리 등을 행해도 좋지만, 오니의 발생량의 관점에서 응집 침전 처리 및 가압 부상 처리 중 적어도 하나를 행하는 것이 바람직하다. 또한, 가압 부상 처리라 함은, 가압수가 감압됨으로써 가압 상태에서 녹아 들어간 공기가 미세 기포로 되어서 방출되는 특성을 이용한 배수 처리 방법이며, 가압 부상조내에 가압수를 유입시켜, 발생한 미 세 기포에 배수내의 부유 물질을 부착시켜, 부유 물질을 부상 분리하는 처리 방법이다.

응집 침전조(16)에서 오니 슬러리와 분리된 분리액은, 생물 처리조(18)로 송액되어 생물 처리가 행해져, 용존 유기물이 제거된다. 생물 처리조(18)에서는 활성오니에 생식하는 박테리아 등으로 용존 유기물을 분해 처리하고, 다음의 후 침전조(20)에서 자연 침강에 의해, 활성오니와 상징수(上澄水)로 분리된다. 후 침전조(20)에서 얻어진 상징수는 모래 여과 장치(22)에서 잔존 고형물을 제거한 후, 활성탄 여과 흡착 장치(24)에서 용존 화학 물질이나 생물 처리 공정에서 처리할 수 없었던 용존 유기물을 흡착 처리한 후, 하천 등에 방류한다. 또한, 배수 성상에 따라서는 생물 처리 공정이 생략되는 경우도 있다.

한편, 응집 침전조(16)에서 분리액과 분리된 오니 슬러리 및 후 침전조(20)에서 얻어진 오니 슬러리는 펌프 등으로 오니 농축조(26)로 반송되어, 6∼12시간 정도 걸려서, 자연 침강하여 농축된다. 오니 슬러리의 고형분 농도는 0.5∼1.5중량% 정도이다. 또한, 농축 후의 고형분 농도는 2.0∼4.0중량% 정도이다. 농축 후의 오니 슬러리는 탈수 장치(28)에서 탈수 처리한 후, 산업 폐기물의 오니로서 처리된다. 또, 탈수 후의 오니 케이크의 고형분 농도는 30∼60중량% 정도이다. 또한, 탈수 장치(28)에서 발생한 여과액은, 토너 제조 공정에서 발생한 배수를 저장하는 원수조(10)로 이송되어, 새로운 배수와 혼합된 후, 상기한 폐수 처리 프로세스로 처리된다.

탈수 장치(28)로는 가압 엽상(葉狀) 여과기, 가압 누체(Nutsche) 등의 가압 여과기, 필터 프레스, 가압 부상기, 진공 여과기 등을 들 수 있지만, 통상은, 필터프레스가 사용된다. 또한, 발생하는 오니의 양을 감소시킬 수 있고, 처리 시간을 단축할 수 있고, 응집 공정에서 사용하는 응집제의 양을 감소시킬 수 있고, 장치의 유지(maintenance)성 등의 관점에서 탈수 공정 전에 원심분리 장치를 사용한 원심 농축에 의해 탈수해도 좋다.

종래의 배수 처리 방법에서는 도 2에 나타내는 바와 같이, 토너 제조 공정에서 배출되는 고형분 함유 배수에 대하여, 반응조(12)에서 염화제2철 응집제를 사용한 처리가 행해진 후, 응집조(14)에서 고분자 응집제를 사용한 처리가 더 행해진다. 이것은 염화제2철 응집제를 사용한 처리만으로는 응집이 충분히 행해지지 않고, 형성되는 플럭의 침강성이 나쁘기 때문이다. 또한, 그때의 응집제의 첨가량으로는, 통상, 무기 응집제 10Omg/L∼500Omg/L, 고분자 응집제 1mg/L∼100mg/L의 범위로 사용되고, 본 실시 형태에 의한 배수 처리 방법에 비해서 많은 응집제 양이 필요하게 된다. 이와 같이 종래의 방법에서는 실리카 등을 함유하는 배수에 대해서는, 응집 침전시키기 위해서 사용하는 응집제의 첨가량이 증가하고, 그 결과, 오니가 다량으로 발생한다. 이것에 비해, 본 실시 형태에 의한 배수 처리 방법에서는, 배수에 실리카 등이 함유되어 있어도, 폴리실리카철 응집제의 양은 소량이어도 좋고, 또한 고분자 응집제에 의한 다른 처리는 필요하지 않기 때문에, 처리를 효율적으로 행할 수 있어, 응집제의 사용량 및 오니의 발생량을 삭감할 수 있다.

본 발명의 실시 형태에 의한 배수 처리 방법은 유화중합법, 현탁중합법, 용해 현탁법 등의 각종 화학적 토너 제조 방법에 의한 제조 공정, 특히, 실리카나 계 면활성제를 다량으로 사용하는 유화중합법에 의한 토너의 제조 공정에서 배출되는 배수의 처리에 바람직하게 적용할 수 있다. 유화중합법에서는, 결착 수지의 중합성 단량체를 유화중합시켜서 형성된 수지 분산액과 착색제, 이형제, 필요에 따라 대전 제어제 등을 수계 용매 중에서 교반·혼합하면서, 응집, 가열 융합시켜, 소정의 입경, 입도 분포, 형상, 구조를 가진 착색 수지 입자인 토너 입자를 제조한다. 유화중합법은, 토너의 원재료로 되는 라텍스 폴리머의 제조 공정과, 착색제 분산액, 이형제 분산액 등의 분산액의 제조 공정과, 현상용 토너의 제조 공정으로 크게 나눌 수 있다. 이하에, 각각에 대해서 예를 들어 설명한다.

<전자사진용 토너>

[라텍스 폴리머의 제조 공정]

라텍스 폴리머를 생성하기 위해서는, 통상 모노머와 계면 활성제를 물에 첨가하고, 교반하여 에멀션으로 한다. 모노머 에멀션이 생성되면, 그 모노머 에멀션의 바람직하게는 25중량% 이하(즉, 소량의 모노머 에멀션)와, 유리기 개시제를, 수상(水相)에 첨가하여 혼합하고, 원하는 반응 온도에서 종(seed)중합을 개시한다. 종입자의 생성 후, 이 종입자 함유 조성물에 나머지 모노머 에멀션을 더 추가하여, 소정 온도에서, 소정 시간, 중합을 계속하여 중합을 완료하여, 라텍스 폴리머(에멀션 분산액)을 생성시킨다. 이 라텍스 폴리머의 제조 공정에서, 제조 공정에 불필요하게 되거나, 그 제조 공정의 설비 유지 등에서 발생한, 계면 활성제 등의 고형분을 함유하는 에멀션 분산액 등이 배출된다. 라텍스 폴리머가 생성되면, 착색제 분산액, 이형제 분산액 등과 함께 응집시켜서 응집체 입자로 한 다음, 이것을 융합 시켜서 토너 입자로 한다.

상기 모노머의 종류로는, 유리기 개시제와 반응할 수 있는 것이면 특히 한정되지 않는다. 모노머의 구체예로는 스티렌, 파라클로로스티렌, α-메틸스티렌 등의 스티렌류; 아크릴산 메틸, 아크릴산 에틸, 아크릴산 n-프로필, 아크릴산 n-부틸, 아크릴산 라우릴, 아크릴산 2-에틸헥실, 메타크릴산 메틸, 메타크릴산 에틸, 메타크릴산 n-프로필, 메타크릴산 라우릴, 메타크릴산 2-에틸헥실 등의 비닐기를 가진 에스테르류; 아크릴로니트릴, 메타크릴로니트릴 등의 비닐니트릴류 등을 들 수 있고, 이들의 모노머는 중합되어, 단독 중합체 또는 공중합체로 된다.

또한, 자기 유화성을 가진 폴리에스테르류, 폴리우레탄류와 같은 수지를 계면활성제와 함께 수계 매체 중에서 전단하여, 분산시켜도 좋다. 또한, 라텍스 폴리머로서, 암모니아 성분을 함유하는 것도 사용된다.

라텍스 폴리머의 제조에 사용되는 계면활성제로는, 음이온계 계면활성제(anionic surfactant), 양이온계 계면활성제(cationic surfactant) 또는 비이온계 계면활성제(non-ionic surfactant)를 사용할 수 있지만, 일반적으로는 음이온계 계면활성제가 분산력이 강하고, 수지 입자의 분산이 우수하기 때문에, 바람직하다. 비이온계 계면활성제는, 상기 음이온계 계면활성제 또는 양이온계 계면활성제와 병용하는 것이 바람직하다. 상기 계면 활성제는 1종 단독으로 사용해도 좋고, 2종 이상을 병용하여 사용해도 좋다.

음이온계 계면활성제의 구체예로는 라우르산칼륨, 올레산나트륨, 피마자유나트륨 등의 지방산 비누류; 옥틸설페이트, 라우릴설페이트, 라우릴에테르설페이트, 노닐페닐에테르설페이트 등의 황산 에스테르류; 라우릴술폰산나트륨, 도데실벤젠술폰산나트륨, 트리이소프로필나프탈렌설폰산나트륨, 디부틸나프탈렌설폰산나트륨 등의 알킬아릴설폰산나트륨; 나프탈렌설포네이트포르말린 축합물, 모노옥틸설포석시네이트, 디옥틸설포석시네이트, 라우르산아미드설포네이트, 올레산아미드설포네이트 등의 설폰산염류; 라우릴포스페이트, 이소프로필포스페이트, 노닐페닐에테르포스페이트 등의 인산에스테르류; 디옥틸설포숙신산나트륨 등의 디알킬설포숙신산염류; 설포숙신산라우릴 2나트륨 등의 설포숙신산염류; 등을 들 수 있다.

양이온계 계면활성제의 구체예로는 라우릴아민염산염, 스테아릴아민염산염, 올레일아민아세트산염, 스테아릴아민아세트산염, 스테아릴아미노프로필아민아세트산염 등의 아민염류; 라우릴트리메틸암모늄클로라이드, 디라우릴디메틸암모늄클로라이드, 디스테아릴디메틸암모늄클로라이드, 라우릴디히드록시에틸메틸암모늄클로라이드, 올레일비스폴리옥시에틸렌메틸암모늄클로라이드, 라우로일아미노프로필디메틸에틸암모늄에토설페이트, 라우로일아미노프로필디메틸히드록시에틸암모늄 퍼클로레이트, 알킬벤젠트리메틸암모늄클로라이드, 알킬트리메틸암모늄클로라이드 등의 4급 암모늄염류; 등을 들 수 있다.

비이온성 계면활성제의 구체예로는 폴리옥시에틸렌옥틸에테르, 폴리옥시에틸렌라우릴에테르, 폴리옥시에틸렌스테아릴에테르, 폴리옥시에틸렌올레일에테르 등의 알킬에테르류; 폴리옥시에틸렌옥틸페닐에테르, 폴리옥시에틸렌노닐페닐에테르 등의 알킬페닐에테르류; 폴리옥시에틸렌라우레이트, 폴리옥시에틸렌스테아레이트, 폴리옥시에틸렌올레이트 등의 알킬 에스테르류; 폴리옥시에틸렌라우릴아미노에테르, 폴 리옥시에틸렌스테아릴아미노에테르, 폴리옥시에틸렌오레일아미노에테르, 폴리옥시에틸렌 대두 아미노에테르, 폴리옥시에틸렌 우지(牛脂) 아미노에테르 등의 알킬 아민류; 폴리옥시에틸렌라우르산 아미드, 폴리옥시에틸렌스테아르산 아미드, 폴리옥시에틸렌올레산 아미드 등의 알킬 아미드류; 폴리옥시에틸렌 피마자유 에테르, 폴리옥시에틸렌 유채씨유 에테르 등의 식물유 에테르류; 라우르산디에탄올 아미드, 스테아르산디에탄올 아미드, 올레산디에탄올 아미드 등의 디에탄올 아미드 등의 알칸올아미드류; 폴리옥시에틸렌소르비탄 모노라우레이트, 폴리옥시에틸렌소르비탄 모노팔미에이트, 폴리옥시에틸렌소르비탄 모노스테아레이트, 폴리옥시에틸렌소르비탄 모노올레에이트 등의 소르비탄에스테르에테르류; 등을 들 수 있다.

유리기 개시제로는 특히 제한은 없다. 구체적으로는, 과산화수소, 과산화아세틸, 과산화쿠밀, 과산화tert-부틸, 과산화프로피오닐, 과산화벤조일, 과산화클로로벤조일, 과산화디클로로벤조일, 과산화브로모메틸벤조일, 과산화라우로일, 과황산암모늄, 과황산나트륨, 과황산칼륨, 퍼옥시탄산디이소프로필, 테트랄린히드로퍼옥사이드, 1-페닐-2-메틸프로필-1-히드로퍼옥사이드, 과(過)트리페닐아세트산tert-부틸히드로퍼옥사이드, 과포름산tert-부틸, 과아세트산tert-부틸, 과벤조산tert-부틸, 과페닐아세트산tert-부틸, 과메톡시아세트산tert-부틸, 과N-(3-톨루일)카바민산tert-부틸 등의 과산화물류; 2,2'-아조비스프로판, 2,2'-디클로로-2,2'-아조비스프로판, 1,1'-아조(메틸에틸)디아세테이트, 2,2'-아조비스(2-아미디노프로판)염산염, 2,2'-아조비스(2-아미디노프로판)질산염, 2,2'-아조비스이소부탄, 2,2'-아조비스이소부틸아미드, 2,2'-아조비스이소부티로니트릴, 2,2'-아조비스-2-메틸프로피온 산메틸, 2,2'-디클로로-2,2'-아조비스부탄, 2,2'-아조비스-2-메틸부티로니트릴, 2,2'-아조비스이소부틸산디메틸, 1,1'-아조비스(1-메틸부티로니트릴-3-설폰산나트륨), 2-(4-메틸페닐아조)-2-메틸말로노디니트릴, 4,4'-아조비스-4-시아노발레르산, 3,5-디히드록시메틸페닐아조-2-메틸말로노디니트릴, 2-(4-브로모페닐아조)-2-알릴말로노디니트릴, 2,2'-아조비스-2-메틸발레로니토릴, 4,4'-아조비스-4-시아노발레르산디메틸, 2,2'-아조비스-2,4-디메틸발레로니트릴, 1,1'-아조비스시클로헥산니트릴, 2,2'-아조비스-2-프로필부티로니트릴, 1,1'-아조비스-1-클로로페닐에탄, 1,1'-아조비스-1-시클로헥산카보니트릴, 1,1'-아조비스-1-시클로헵탄니트릴, 1,1'-아조비스-1-페닐에탄, 1,1'-아조비스쿠멘, 4-니트로페닐아조벤질시아노아세트산에틸, 페닐아조디페닐메탄, 페닐아조트리페닐메탄, 4-니트로페닐아조트리페닐메탄, 1,1'-아조비스-1,2-디페닐에탄, 폴리(비스페놀A-4,4'-아조비스-4-시아노펜타노에이트), 폴리(테트라에틸렌글리콜-2,2'-아조비스이소부티레이트) 등의 아조 화합물류; 1,4-비스(펜타에틸렌)-2-테트라젠, 1,4-디메톡시카보닐-1,4-디페닐-2-테트라젠 등을 들 수 있다.

본 실시 형태에서, 라텍스 폴리머의 크기는 레이저 회절식 입도 분포 측정 장치(laser diffraction type particle size distribution analyzer)(니키소사 (NIKKISO Co., Ltd.)제 마이크로트랙(Microtrac))로 측정한 체적평균 입경(volume average particle size)으로, 0.05㎛∼1㎛ 정도이다.

[착색제 분산액, 이형제 분산액의 제조 공정]

착색제 분산액은 착색제, 계면활성제 등을, 수상 중에서 혼합하고, 분산 처 리를 함으로써 얻어진다. 동일하게 하여, 이형제 분산액은 이형제, 계면활성제 등을, 수상 중에서 혼합하여, 분산 처리를 함으로써 얻어진다. 이 착색제 분산액, 이형제 분산액의 제조 공정에서, 제조 공정에 불필요하게 되거나, 그 제조 공정의 설비 유지 등에서 발생한, 계면활성제, 착색제 등의 고형분을 함유하는 착색제 분산액이나, 계면활성제, 이형제 등의 고형분을 함유하는 이형제 분산액 등이 배출된다.

착색제로는, 예를 들면, 카본블랙, 크롬 옐로우, 한자 옐로우, 벤지딘 옐로우, 트렌 옐로우, 퀴놀린 옐로우, 퍼머넌트 오렌지 GTR, 피라졸론 오렌지, 발칸 오렌지, 왓청 레드, 퍼머넌트 레드, 브릴리언트카민 3B, 브릴리언트카민 6B, 듀퐁오일레드, 피라졸론 레드, 리솔레드, 로다민 B 레이크, 레이크 레드 C, 로즈 벤갈, 아닐린 블루, 울트라마린 블루, 칼코오일 블루, 메틸렌 블루 클로라이드, 프탈로시아닌 블루, 프탈로시아닌 그린, 마라카라이트 그린 옥살레이트 등의 각종 안료; 아크리딘계, 크산텐계, 아조계, 벤조퀴논계, 아진계, 안트라퀴논계, 디옥사진계, 티아진계, 아조메틴계, 인디고계, 티오인디고계, 프탈로시아닌계, 아닐린 블랙계, 폴리메틴계, 트리페닐메탄계, 디페닐메탄계, 티아졸계 등의 각종 염료 등을 들 수 있다. 이들의 착색제는 1종 단독으로 사용해도 좋지만, 2종 이상을 병용해도 좋다.

또한, 착색제 분산액 중의 착색제의 크기는, 예를 들면, 상기 레이저 회절식 입도 분포 측정 장치(니키소사제 마이크로트랙)로 측정한 체적평균 입경으로, 0.05㎛∼0.5㎛ 정도이다.

또한 이형제로서 작용하는 왁스의 종류로는 특히 제한은 없지만, 예를 들면, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부텐 등의 저분자량 폴리올레핀류; 연화점을 가진 실리콘류; 올레산아미드, 엘카산 아미드, 리시놀산 아미드, 스테아르산 아미드 등의 지방산 아미드류; 카르나우바 왁스, 라이스 왁스, 칸데릴라 왁스, 목랍, 호호바유 등의 식물계 왁스; 밀랍 등의 동물계 왁스류; 몬탄 왁스, 오조케라이트 왁스, 세라신, 파라핀 왁스, 마이크로크리스탈린 왁스, 피셔 트롭슈 왁스 등의 광물·석유계 왁스류; 스테아르산 스테아릴, 베헨산 베헤닐 등의 고급 지방산과 고급 알콜의 에스테르 왁스류; 등을 들 수 있다.

또한, 이형제 분산액 중의 이형제의 크기는, 예를 들면, 상기 레이저 회절식 입도 분포 측정 장치(니키소사제 마이크로트랙)로 측정한 체적평균 입경으로, 0.05㎛∼0.5㎛정도다.

계면활성제로는, 상기 라텍스 폴리머의 제조에 사용되는 계면활성제와 동일한 것을 들 수 있다.

[현상용 토너의 제조 공정]

상기 제조법에 의해 얻어진 라텍스 폴리머는, 다음과 같은 방법으로 토너의 제조에 사용된다. 상기 제조법에 의해 얻어진 라텍스 폴리머와, 착색제 분산액과, 이형제 분산액과, 필요에 따라서 응집제와, 필요에 따라서 대전제어제와, 및 필요에 따라서 그 외의 첨가제를 혼합하여, 얻어진 혼합물을 라텍스 폴리머의 유리전이온도(Tg) 부근의 온도, 바람직하게는, 라텍스 폴리머의 Tg±10℃로, 응집체를 생성함에 효과적인 시간, 예를 들면 1∼8시간 가열하여, 토너의 큰 응집체를 생성한다. 다음에, 이 응집체 현탁액을, 라텍스 폴리머의 Tg 또는 그것보다 높은 온도, 바람 직하게는 라텍스 폴리머의 Tg+40℃, 예를 들면 약 60∼약 120℃로 가열하여 합체 또는 융합시켜서 토너 입자를 조립하고, 이 토너 입자를 여과 등의 방법으로 모액으로부터 분리하여, 이온 교환수 등으로 세정(세정 공정)한 후, 건조한다.

라텍스 폴리머는, 통상 토너의 결착 수지로서 사용되고, 토너의 고형분에 대하여 75∼98중량% 정도 토너내에 존재한다.

착색제는, 통상 토너 중에, 착색에 효과적인 양, 예를 들면 토너의 고형분에 대하여 1∼15중량% 정도, 바람직하게는 3∼10중량% 정도 존재한다.

이형제로서 작용하는 왁스류의 바람직한 양으로는, 토너의 고형분에 대하여, 5∼20중량% 정도이다.

필요에 따라서 사용되는 응집제는, 융합에 효과적인 양, 예를 들면 토너의 고형분에 대하여 0.01∼10중량% 정도를 사용할 수 있다. 사용하는 응집제로는, 1가 이상의 전하를 가진 화합물이 바람직하고, 그 화합물의 구체예로는, 상술한 음이온성 계면활성제류; 염산, 황산, 질산, 아세트산, 옥살산 등의 산류; 염화마그네슘, 염화나트륨, 황산알루미늄, 황산칼슘, 황산암모늄, 질산알루미늄, 질산은, 황산구리, 탄산나트륨, 폴리염화알루미늄 등의 염류; 등을 들 수 있지만, 이들에 한정되는 것은 아니다. 바람직한 응집제로는 질산 등의 질소 성분을 가진 것을 들 수 있다.

대전 제어제는 대전시키는데 효과적인 양, 예를 들면 토너의 고형분에 대하여 0.1∼5중량%을 사용해도 좋다. 적당한 대전 제어제로는 알킬피리디늄 할로겐화물류, 중황산염류, 실리카 등의 대전 제어제류, 알루미늄 착체와 같은 음(陰)대전 제어제 등을 들 수 있지만, 이들에 한정되는 것은 아니다.

기타 필요에 따라 첨가제로서, 무기 입자 등을 습식 첨가해도 좋다. 습식 첨가하는 무기 입자로는 실리카, 알루미나, 티타니아, 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 인산3칼슘 등, 통상 토너 표면의 외첨제로서 사용되는 모든 것을, 이온성 계면활성제나 고분자 산, 고분자 염기 등으로 물에 분산시켜, 실리카 등의 무기 입자 분산액으로서 습식 첨가할 수 있다.

본 실시 형태에서 사용되는 실리카의 분산액 중의 크기는, 상기 레이저 회절식 입도 분포 측정 장치(니키소사제 마이크로트랙)로 측정한 체적 평균 입경으로, 4nm∼150nm 정도이다.

이상과 같은 라텍스 폴리머의 제조 공정, 착색제 분산액의 제조 공정, 이형제 분산액의 제조 공정, 토너 제조 공정 등의 제조 공정(토너의 세정 공정을 포함함)에서, 제조 공정에 불필요하게 되거나, 그 제조 공정의 설비 유지 등에서 발생한, 계면활성제, 착색제, 이형제, 무기 입자, 실리카, 토너 등의 고형분을 함유하는 에멀션 분산액, 안료 분산액, 이형제 분산액, 실리카 분산액, 무기 입자 분산액, 토너 분산액, 장치 세정 배수 등이 배출된다. 그 배수량 비율은, 상기 세정 공정에서 배출되는 실리카 분산액이 전체의 약 1%을 차지한다. 이들의 배수는 원수조에 모여, 상기 배수 처리 방법에 의한 처리가 실시된다.

본 실시 형태에 의한 배수 처리 방법은, 이상과 같은 유화중합법 등의 화학적 토너 제조 방법에 의한 전자사진용 토너의 제조 공정에서 배출되는 고형분함유 배수의 처리에 적용하는 것이 바람직하다.

이상의 본 발명의 실시 형태의 설명에서, 전자사진용 토너의 제조 공정을 예로 하였지만, 본 실시 형태에 의한 배수 처리 방법은, 수성 도료 등의 수계 분산체의 제조 공장 등의 제조 공정에서 배출되는 계면활성제나 실리카 함유 배수에 대해서도, 적용할 수 있다.

[실시예]

이하, 실시예 및 비교예를 들어, 본 발명을 더 구체적으로 상세히 설명하지만, 본 발명은 그 요지를 넘지 않는 한, 이하의 실시예에 한정되는 것은 아니다.

<전자사진용 토너의 제조예>

이하에, 본 실시예 및 비교예에서의 배수 처리가 행해지는 배수가 배출되는, 전자사진용 토너의 제조예를 나타낸다.

[에멀션 분산액의 제조]

스티렌 320중량부

n-부틸 아크릴레이트 80중량부

아크릴산 10중량부

도데칸티올 10중량부

이 용액 420중량부와, 비이온성 계면활성제(산요 카세이제 (manufactured by Sanyo Chemical Industries, Ltd), 노니폴 400(NONIPOL 400) 6중량부, 및 음이온성 계면활성제(다이이치 고교 세이야쿠사제(manufactured by Dai-ichi kogyo Seiyaku Co., Ltd), 네오겐 R(NE0GEN R)) 10중량부를 이온교환수 550중량부에 용해한 용액을 플라스크 중에 넣어서 분산, 유화하고, 10분간 천천히 교반·혼합하면서, 과황 산 암모늄 4중량부를 용해한 이온 교환수 50중량부를 투입하였다. 그 후, 플라스크내를 질소로 충분히 치환하고나서 교반하면서 오일 배스에서 계내가 70℃로 될 때까지 가열하여, 5시간 그대로 유화중합을 계속하여, 에멀션 분산액을 얻었다.

에멀션 분산액에서 얻어진 라텍스 폴리머는, 레이저 회절식 입도 분포 측정 장치(니키소사제 마이크로트랙)로 수지 입자의 체적 평균 입경(D50)을 측정한 바, 155nm이며, 시차주사 열량계(differential scanning calorimeter)(시마즈 세이사쿠쇼제(manufactured by Shimadzu Corporation), DSC-50)를 사용하여 온도상승속도 10℃/분으로 수지의 유리 전이점을 측정한 바, 54℃이며, 분자량 측정기(토소사제 (manufactured by Tosoh Corporation), HLC-8020)를 사용하여, THF를 용매로서 중량평균 분자량(폴리스티렌 환산)을 측정한 바, 3만3천이었다.

[착색제 분산액의 제조]

안료 150중량부

음이온성 계면활성제(네오겐 SC(NEOGEN SC) : 다이이치 고교 세이야쿠(주)제 20중량부

이온 교환수 400중량부

이상을 혼합하여, 알티마이저(Altimizer)로 분산처리하여, 착색제 분산액을 제조하였다. 또한, 안료는 옐로우용으로는 C.I. 피그먼트 옐로우 74(다이니치세이카사제(manufactured by Dainichi seika Color & Chemicals Mfg. Co., Ltd.)), 시안용으로는 C.I.피그먼트 블루 15:3(BASF사제), 마젠타용으로는 C.I.피그먼트 레드 122(다이니치 세이카사제), 블랙용으로는 카본블랙(카보트사제(manufactured by Cabot Corporation))을 각각 사용하였다.

[이형제 분산액의 제조]

파라핀 왁스(닛뽄 세이로(주)제(manufactured by Nippon Seiro Co., Ltd):

HNP0190, 융점 85℃) 50중량부

양이온성 계면활성제(카오(주)제(manufactured by Kao Corporation):

사니졸 B50(SANISOL B50)) 5중량부

이온 교환수 200중량부

이상을 95℃로 가열하여, 호모게나이저(IKA사제((주)제 (manufactured by IKA JAPAN):울트라타락스 T50(ULTRA-TURRAX T50))을 사용하여 분산시킨 후, 압력 토출형 호모게나이저로 분산처리하여, 평균 입경이 550nm인 이형제를 분산시켜 되는 이형제 분산액을 제조하였다.

[응집 입자(aggregation particle)의 제조]

에멀션 분산액 200중량부

착색제 분산액 30중량부

이형제 분산액 70중량부

양이온성 계면 활성제(카오(주)제:사니졸 B50) 1.5중량부

이상을 환형 스테인레스제 플라스크 중에서 호모게나이저(IKA사제:울트라타락스 T50)를 사용하여 혼합하고, 분산시킨 후, 가열용 오일배스 중에서 플라스크내를 교반하면서 48℃까지 가열하였다. 48℃에서 30분간 유지한 후, 광학 현미경으로 관찰하면 평균 입경이 약 5㎛인 응집 입자(체적:95㎤)가 형성되어 있음이 확인 되었다.

[부착 입자의 제조]

제조한 상기 응집 입자의 분산액에, 상기 수지 입자 분산액을 천천히 60중량부 추가하였다. 또한, 상기 수지 입자 분산액에 함유되는 수지 입자의 체적은 25㎤이었다. 그리고, 가열용 오일배스의 온도를 50℃로 올려서 1시간 유지하였다. 광학 현미경으로 관찰하면, 평균 입경이 약 5.7㎛인 부착 입자가 형성되어 있음이 확인되었다.

그 후, 제조한 상기 부착 입자의 분산액에, 음이온성 계면활성제(네오겐 SC:다이이치 고교 세이야쿠(주)제) 3중량부를 추가한 후, 상기 스테인레스제 플라스크를 밀폐하고, 자력 씰을 사용하여 교반을 계속하면서, 105℃까지 가열하여, 3시간 유지하였다. 또한, 냉각 후, 반응 생성물을 여과하고, 이온교환수로 충분히 세정한 후, 건조시킴으로써, 전자사진용 토너를 얻었다.

[배수 A의 조성]

배수 A라 함은 상기 전자사진용 토너의 제조를 행하는 제조 공장의 세정공정에서 배출된 배수이며, 그 중에는, 안료 분산액, 이형제(왁스) 분산액, 에멀션 분산액, 계면활성제 수용액, 실리카 등이 함유되는 배수이다. 배수 A의 주요 조성에 대해서 이하에 나타낸다. 배수 A에는 계면활성제, 라텍스 폴리머, 착색제, 왁스, 실리카 등이 함유되고, 배수 A의 고형분 농도는 0.01중량%、 화학적 산소 요구량은 20mg/L이었다.

계면활성제 0.008중량부

라텍스 폴리머 0.004중량부

착색제 0.016중량부

왁스 0.012중량부

실리카 0.06중량부

물 999.9중량부

또한, 고형분 농도는 알루미늄제의 용기에, 배수 샘플을 넣고, 오븐에서 수분을 증발시키는 방법으로 측정하였다. 또한, 화학적 산소 요구량은, JIS K 0102 17에 정해져 있는 방법으로 측정하였다. 구체적으로는, 시료에 산화제를 첨가하고, 일정한 조건 하에서 반응시켜, 그때 소비한 산화제의 양을 산소의 양으로 환산하여 표시하는 시험 방법이다.

[배수 B의 제조]

배수 B는 상기 전자사진용 토너의 제조를 행하는 제조 공장의 세정 공정에서 배출된 배수이며, 배수 A와는 조성은 거의 동일하지만 그 농도가 다르다. 배수 B의 주 조성에 대해서 이하에 나타낸다. 배수 B에는 계면활성제, 라텍스 폴리머, 착색제, 이형제(왁스), 실리카 등이 함유되고, 배수 B의 고형분 농도는 5중량%、화학적 산소 요구량은 1000mg/L이었다.

계면활성제 4중량부

라텍스 폴리머 2중량부

착색제 8중량부

왁스 6중량부

실리카 30중량부

물 950중량부

(실시예 1)

[배수 A의 처리]

상기 토너 제조 공정에서 배출된 고형분 농도 0.01중량%의 배수 A를, 도 1에 나타내는 배수 처리 장치를 사용하여 처리하였다. 본 실시 형태에서는, 응집 침전법에 의한 처리를 예시하고 있지만, 가압 부상 분리법 또는, 이들을 조합하여도 좋으며, 이것에 한정되는 것은 아니다. 배수 A를, 우선 원수조(10)에 모으고, 그곳으로부터 펌프로 반응조(12)로 송액하고, 배수의 pH를 산(염산)으로 5∼7로 조정하면서, 폴리실리카철 응집제(Fe/Si 몰비=1.0)를 50mg/L 첨가하고, 교반 속도 500rpm, 체류 시간 10분으로, 응집 반응을 행하였다. 다음에, 얻어진 반응액을 펌프로 응집조(14)(18㎥)로 송액하고, 교반 속도 300rpm, 체류 시간 10분으로 플럭 형성을 행하였다. 플럭 형성은 양호하게 행할 수 있었다. 다음에, 응집조(14)에서 플럭 형성된 처리액을, 펌프로 응집 침전조(16)로 송액하였다. 송액된 처리액을, 응집 침전조(16)에서 자연 침강 분리에 의해, 플럭이 농축된 오니 슬러리와 분리액으로 분리하였다. 분리에 필요한 시간은 1시간이었다. 응집 침전조(16)에서 오니 슬러리와 분리된 분리액은 생물 처리조(18)로 펌프로 송액되어 생물 처리(활성오니 처리)가 행해진 후 침전조(20)에서 자연 침강에 의해 활성오니와 상징수로 분리되고, 상징수가 모래여과장치(22) 및 활성탄 여과 흡착 장치(24)로 송액되어, 더 여과를 행하였다. 이 배출수의 화학적 산소 요구량은 < 5mg/L이었다. 또한, 응집 침전조(16)에서 분리액과 분리된 오니 슬러리, 및 후 침전조(20)에서 얻어진 오니 슬러리는 오니 농축조(26)에서 농축하여, 탈수 장치(28)(필터 프레스)에 의한 탈수 처리 공정을 거쳐서, 오니로서 회수하였다. 배수 A를 18㎥ 처리하였지만, 처리된 배수는 착색없이 투명하고, 최종적인 오니 발생량은 0.15g/L이었다.

(비교예 1)

상기 토너 제조 공정에서 배출된 고형분 농도 0.01중량%의 배수 A를, 도 2에 나타내는 배수 처리 장치를 사용하여 처리하였다. 배수 A를, 우선 원수조(10)에 모으고, 그곳으로부터 펌프로 반응조(12)로 송액하고, 배수의 pH를 산(염산)으로 6∼7로 조정하면서, 무기계 응집제(염화제2철 수용액)을 5000mg/L 첨가하여, 교반 속도 500rpm, 체류 시간 10분으로, 응집 반응을 행하였다. 다음에, 얻어진 반응액을 펌프로 응집조(14)로 송액하고, 고분자 응집제(아크릴아미드계 고분자 응집제, 하이몰록 SS-1OO(HYMOLOCK SS-1OO), 하이모사제(manufactured by Hymo Co.,Ltd.)) 1mg/L을 첨가하여, 교반 속도 30Orpm, 체류 시간 1O분으로 플럭 형성을 행하였다. 플럭 형성은 양호하게 행할 수 있었다. 다음에, 플럭 형성된 처리액을, 펌프로 응집 침전조(16)로 송액하였다. 송액된 처리액을, 응집 침전조(16)에서 자연침강 분리에 의해, 플럭이 농축된 오니 슬러리와 분리액으로 분리하였다. 분리에 필요한 시간은 1시간이었다. 응집 침전조(16)에서 오니 슬러리와 분리된 분리액은 생물 처리조(18)로 펌프로 송액되어 생물 처리(활성오니 처리)가 행해진 후침전조(20)에서 자연침강에 의해 활성오니와 상징수로 분리되고, 상징수가 모래 여과 장치(22) 및 활성탄 여과 흡착 장치(24)로 송액되어, 더 여과를 행하였다. 이 배출수의 화 학적 효소 요구량은 < 5mg/L이었다. 또한, 응집 침전조(16)에서 분리액과 분리된 오니 슬러리, 및 후 침전조(20)에서 얻어진 오니 슬러리는 오니 농축조(26)에서 농축하여, 탈수 장치(28)(필터 프레스)에 의한 탈수 처리 공정을 거쳐서, 오니로서 회수하였다. 배수 A를 18㎥ 처리하였지만, 최종적인 오니 발생량은 5.1g/L이었다.

(실시예 2)

[배수 B의 처리]

상기 토너 제조 공정에서 배출된 고형분 농도 5중량%의 배수 B를, 도 1에 나타내는 배수 처리 장치를 사용하여 처리하였다. 배수 B을, 우선 원수조(10)에 모으고, 그곳으로부터 펌프로 반응조(12)로 송액하고, 배수의 pH를 산(염산)으로 5∼7로 조정하면서, 폴리실리카철 응집제(Fe/Si 몰비=1.0)를 100mg/L 첨가하여, 교반 속도 500rpm, 체류 시간 10분으로, 응집 반응을 행하였다. 다음에, 얻어진 반응액을 펌프로 응집조(14)로 송액하고, 교반 속도 300rpm, 체류 시간 10분으로 플럭 형성을 행하였다. 플럭 형성은 양호하게 행할 수 있었다. 다음에, 응집조(14)에서 플럭 형성된 처리액을, 펌프로 응집 침전조(16)로 송액하였다. 송액된 처리액을, 응집 침전조(16)에서 자연침강 분리에 의해, 플럭이 농축된 오니 슬러리와 분리액으로 분리하였다. 분리에 필요한 시간은 1시간이었다. 응집 침전조(16)에서 오니 슬러리와 분리된 분리액은, 생물처리조(18)에 펌프로 송액되어 생물 처리(활성오니 처리)가 행해진 후침전조(20)에서 자연침강에 의해 활성오니와 상징수로 분리되고, 상징수가 모래여과장치(22) 및 활성탄 여과 흡착장치(24)로 송액되어, 더 여과를 더 행하였다. 이 배출수의 화학적 산소 요구량은 < 5mg/L이었다. 또한, 응집 침 전조(16)에서 분리액과 분리된 오니 슬러리, 및 후침전조(20)에서 얻어진 오니 슬러리는, 오니 농축조(26)에서 농축하여, 탈수 장치(28)(필터 프레스)에 의한 탈수 처리 공정을 거쳐, 오니로서 회수하였다. 배수 B를 18㎥ 처리하였지만, 처리된 배수는 착색 없이 투명하고, 최종적인 오니 발생량은 50.1g/L이었다.

(비교예 2)

상기 토너 제조 공정에서 배출된 고형분 농도 5중량%의 배수 B를, 도 2에 나타내는 배수 처리 장치를 사용하여 처리하였다. 배수 B를, 우선 원수조(10)에 모으고, 그곳으로부터 펌프로 반응조(12)로 송액하고, 배수의 pH를 산(염산)으로 6∼7로 조정하면서, 무기계 응집제(염화제2철 수용액)를 5000mg/L 첨가하여, 교반 속도 5OOrpm, 체류 시간 1O분으로, 응집 반응을 행하였다. 다음에, 얻어진 반응액을 펌프로 응집조(14)로 송액하고, 고분자 응집제(아크릴아미드계 고분자 응집제, 하이몰록 SS-100, 하이모사제) 2mg/L을 첨가하여, 교반 속도 300rpm, 체류 시간 1O분으로 플럭 형성을 행하였다. 플럭 형성은 양호하게 행할 수 있었다. 다음에, 플럭 형성된 처리액을, 펌프로 응집 침전조(16)로 송액하였다. 송액된 처리액을, 응집 침전조(16)에서 자연침강 분리에 의해, 플럭이 농축된 오니 슬러리와 분리액으로 분리하였다. 분리에 필요한 시간은 1시간이었다. 응집 침전조(16)에서 오니 슬러리와 분리된 분리액은 생물 처리조(18)로 펌프로 송액되어 생물 처리(활성오니 처리)가 행해진 후침전조(20)에서 자연침강에 의해 활성오니와 상징수로 분리되고, 상징수가 모래 여과 장치(22) 및 활성탄 여과 흡착 장치(24)로 송액되어, 더 여과를 행하였다. 이 배출수의 화학적 산소 요구량은 < 5mg/L이었다. 또한, 응집 침 전조(16)에서 분리액과 분리된 오니 슬러리, 및 후침전조(20)에서 얻어진 오니 슬러리는, 오니 농축조(26)에서 농축하고, 탈수 장치(28)(필터 프레스)에 의한 탈수 처리 공정을 거쳐서, 오니로서 회수하였다. 배수 B를 18㎥ 처리했지만, 처리된 배수는 안료 등에 의한 착색이 남았다. 최종적인 오니 발생량은 185g/L이었다.

[표 1]

	배수	응집제 종류	합계 응집제 사용량 [mg/L]	오니발생량 [g/L]	화학적 산소요구량 [mg/L]
실시예 1	A	폴리실리카철	50	0.15	< 5
실시예 2	B	폴리실리카철	100	50.1	< 5
비교예 1	A	염화제2철 + 고분자응집제	5000	5.1	< 5
비교예 2	B	염화제2철 + 고분자응집제	5000	185	< 5

표 1에 나타내는 바와 같이, 실시예 1,2와 같이 응집제로서 폴리실리카철 응집제를 사용함으로써, 염화제2철 응집제를 사용하여 처리를 행한 비교예 1,2에 비해서, 처리를 효율적으로 행할 수 있고, 배수 A에 대해서는, 응집제의 사용량을 약 1/100으로, 오니의 발생량을 약 1/30으로, 배수 B에 대해서는, 응집제의 사용량을 약 1/50으로, 오니의 발생량을 약 1/3으로 삭감할 수 있었다.

본 발명에 의하면, 수성 도료, 전자사진용 토너 등의 제조 공장에서의, 계면 활성제, 착색제 및 실리카를 함유하는 수계 분산체의 제조 공정에서 배출 되는 고형분을 함유하는 배수의 처리에서, 폴리실리카철 응집제를 사용하는 처리 방법에 의해, 처리를 효율적으로 행할 수 있고, 응집제의 사용량 및 오니의 발생량을 삭감할 수 있다.

Claims (14)

1. 계면활성제, 착색제 및 실리카를 함유하는 수계 분산체와 그 외의 고형분을 함유하는 배수를 처리 대상으로 하는 배수 처리 방법으로서,

   폴리실리카철 응집제를 사용하여 상기 배수의 처리를 행하는 것을 특징으로 하는 배수 처리 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 폴리실리카철 응집제의 첨가량은, 상기 배수에 대하여, 1mg/L∼500mg/L의 범위의 농도인 것을 특징으로 하는 배수 처리 방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 폴리실리카철 응집제에서의, Si/Fe의 몰비는 0.1∼4.0의 범위인 것을 특징으로 하는 배수 처리 방법.
4. 제1항에 있어서,

   상기 폴리실리카철 응집제를 사용하는 배수 처리 시의 반응액의 pH는 4∼9의 범위인 것을 특징으로 하는 배수 처리 방법.
5. 제1항에 있어서,

   상기 폴리실리카철 응집제 및 무기계 응집제를 사용하여 상기 배수의 처리를 행하는 것을 특징으로 하는 배수 처리 방법.
6. 제5항에 있어서,

   상기 무기계 응집제는 폴리염화알루미늄 및 염화제2철 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 배수 처리 방법.
7. 제5항에 있어서,

   상기 무기계 응집제의 첨가량은, 상기 배수에 대하여, 500mg/L∼5000mg/L의 범위의 농도인 것을 특징으로 하는 배수 처리 방법.
8. 제1항에 있어서,

   상기 폴리실리카철 응집제 및 유기계 응집제를 사용하여 상기 배수 처리를 행하는 것을 특징으로 하는 배수 처리 방법.
9. 제8항에 있어서,

   상기 유기계 응집제의 첨가량은, 상기 배수에 대하여, 1mg/L∼500mg/L의 범위의 농도인 것을 특징으로 하는 배수 처리 방법.
10. 제1항에 있어서,

    배수에의 응집제의 첨가 및 응집 반응을 행하는 반응 공정과,

    상기 반응 공정에서 응집 반응한 응집물로 플럭을 형성하는 플럭 형성 공정과,

    상기 플럭과 분리액으로 분리하는 분리 공정을 포함하고,

    상기 응집제가 폴리실리카철 응집제인 것을 특징으로 하는 배수 처리 방법.
11. 제10항에 있어서,

    상기 분리 공정에서, 응집 침전 처리 및 가압 부상 처리 중 적어도 하나를 행하는 것을 특징으로 하는 배수 처리 방법.
12. 제10항에 있어서,

    상기 반응 공정에서, 상기 배수의 온도는 10℃∼30℃의 범위인 것을 특징으로 하는 배수 처리 방법.
13. 계면 활성제, 착색제 및 실리카를 함유하는 수계 분산체와 그 외의 고형분을 함유하는 배수를 처리 대상으로 하는 배수 처리 방법으로서,

    상기 그 외의 고형분은 정전하상 현상용 토너를 포함하고,

    폴리실리카철 응집제를 사용하여 상기 배수 처리를 행하는 것을 특징으로 하는 배수 처리 방법.
14. 제13항에 있어서,

    배수에의 응집제의 첨가 및 응집 반응을 행하는 반응 공정과,

    상기 반응 공정에서 응집 반응한 응집물로 플럭을 형성하는 플럭 형성 공정과,

    상기 플럭과 분리액으로 분리하는 분리 공정을 포함하고,

    상기 응집제가 폴리실리카철 응집제인 것을 특징으로 하는 배수 처리 방법.

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