TW201834976A - 污泥脫水劑及污泥脫水方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種即便添加量少而脫水效果特別是絮凝體形成力及重力過濾性亦優異的污泥脫水劑、以及使用該污泥脫水劑的污泥脫水方法。一種污泥脫水劑及使用其的污泥脫水方法，所述污泥脫水劑包含選自含有由特定的構造式表示的單體的聚合物A、聚合物B及聚合物C中的一種以上的交聯聚合物，且所述交聯聚合物藉由1.0 N硝酸鈉測定所得的固有黏度為0.5 dL/g～5.0 dL/g。

Description

污泥脫水劑及污泥脫水方法
本發明是有關於一種適於污泥、特別是難脫水性的污泥的脫水處理的污泥脫水劑、以及使用該污泥脫水劑的污泥脫水方法。
對於以食品工廠或化工廠、糞便處理廠等所產生的剩餘污泥為主體的污泥的脫水處理，一般使用陽離子性高分子凝聚劑。然而，伴隨近年來污泥產生量的增加或污泥性狀的變化，難脫水化發展，強烈要求重力過濾性等脫水效果的提升。
先前，作為添加於污泥中的陽離子性高分子凝聚劑，主要使用(甲基)丙烯酸二甲基胺基乙酯或其氯化甲基四級化物等，但為了進一步改善脫水效果，除藉由此種陽離子性高分子凝聚劑進行的處理以外，例如亦提出有如專利文獻1～專利文獻5所示般的提案。
專利文獻1中記載了將對油包水型乳劑狀液體經過乾燥步驟進行造粒所得的電荷內含率35%～90%的離子性水溶性高分子用於污泥的脫水處理。 另外，專利文獻2及專利文獻3中記載了應用使電荷內含率高者與電荷內含率低者此兩種交聯性水溶性離子性高分子組合而成的凝聚處理劑作為污泥脫水劑。 另外，專利文獻4中揭示有一種藉由脒系聚合物與交聯型陽離子性聚合物及非交聯型陽離子性聚合物的混合物所得的污泥脫水劑，專利文獻5中揭示有一種添加無機凝聚劑之後添加兩性高分子凝聚劑的污泥處理方法。 [現有技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本專利特開2009-280649號公報 專利文獻2：日本專利特開2005-144346號公報 專利文獻3：國際公開第2008/015769號公報 專利文獻4：日本專利特開2011-224420號公報 專利文獻5：日本專利特開昭63-158200號公報
[發明所欲解決之課題] 然而，於如上所述的現有技術中，所形成的絮凝體（floc）小、或者兩種試劑的添加平衡的調整繁雜等，未必能有效率地進行污泥的脫水處理。 另外，專利文獻3中列舉了如下問題點：交聯聚合物藉由交聯而水中的分子的擴散被抑制，並作為｢密度填滿的｣分子形態而存在，故使污泥凝聚所需要的污泥脫水劑的添加量增多。關於該情形，認為是指，於污泥脫水劑的分子的擴散被抑制的狀態、即固有黏度低的情況下，污泥的凝聚效果差。 然而，與作為污泥脫水劑的高分子於水中的分子的擴散和脫水效果之間的關係相關的機制等並不十分明確。
所以，本發明者等人著眼於交聯性高分子的分子的擴散和對於污泥的凝聚效果之間的關係性而進行了反覆研究。其結果，發現特定的高分子以少的添加量發揮優異的脫水效果。
即，本發明的目的在於提供一種即便添加量少而脫水效果特別是絮凝體形成力及重力過濾性亦優異的污泥脫水劑、以及使用該污泥脫水劑的污泥脫水方法。 [解決課題之手段]
本發明是基於發現了包含特定的交聯聚合物且具有特定的固有黏度的脫水處理劑以少的添加量發揮優異的絮凝體形成力及重力過濾性。
即，本發明提供以下[1]～[5]。 [1] 一種污泥脫水劑，包含選自下述聚合物A、聚合物B及聚合物C中的一種以上的交聯聚合物，且所述交聯聚合物於1.0 N硝酸鈉水溶液中的30℃下的固有黏度為0.5 dL/g～5.0 dL/g。 聚合物A：聚合物構成單元的單體組成包含由下述通式（1）表示的陽離子性單體1莫耳%～100莫耳%與非離子性單體0莫耳%～99莫耳%的交聯聚合物 [化1]（式（1）中，R1 為氫原子或甲基。R2 及R3 分別獨立地為碳數1～3的烷基或烷氧基、或者苄基。R4 為氫原子、碳數1～3的烷基或烷氧基、或者苄基。A為氧原子或NH基。B為碳數2～4的伸烷基或伸烷氧基（alkoxylene）。X- 為陰離子） 聚合物B：聚合物構成單元的單體組成包含由下述通式（2）表示的陽離子性單體1莫耳%～100莫耳%與非離子性單體0莫耳%～99莫耳%的交聯聚合物 [化2]（式（2）中，R5 及R6 分別獨立地為氫原子或甲基。X- 為陰離子） 聚合物C：聚合物構成單元的單體組成包含由所述通式（1）表示的陽離子性單體1莫耳%～99莫耳%、由下述通式（3）表示的陰離子性單體1莫耳%～99莫耳%、及非離子性單體0莫耳%～98莫耳%的交聯聚合物 [化3]（式（3）中，R7 為氫原子或CH2 COOY。R8 為氫原子、甲基或COOY。Q為SO3 - 、C6 H4 SO3 - 、CONHC(CH3 )2 CH2 SO3 - 或COO- 。Y為氫原子或陽離子） [2] 如所述[1]所述的污泥脫水劑，其為乳劑狀液體、或者其乾燥造粒體或粉體。
[3] 一種污泥脫水方法，將如所述[1]或[2]所述的污泥脫水劑添加於污泥中，並對所述污泥進行脫水。 [4] 如所述[3]所述的污泥脫水方法，其中將所述污泥脫水劑與所述交聯聚合物以外的其他聚合物併用，且所述其他聚合物為具有陽離子性官能基的聚合物或陰離子性聚合物。 [5] 如所述[4]所述的污泥脫水方法，其中，所述具有陽離子性官能基的聚合物中，聚合物構成單元的單體組成包含：選自由所述通式（1）表示的陽離子性單體及由所述通式（2）表示的陽離子性單體中的一種以上的陽離子性單體1莫耳%～100莫耳%、非離子性單體0莫耳%～99莫耳%、以及由所述通式（3）表示的陰離子性單體0莫耳%～50莫耳%。 [發明的效果]
根據本發明，可提供一種即便添加量少而脫水效果特別是絮凝體形成力及重力過濾性亦優異的污泥脫水劑。另外，可提供一種使用該污泥脫水劑的有效率的污泥脫水方法。
以下，對本發明的污泥脫水劑、以及使用該污泥脫水劑的污泥脫水方法進行詳細說明。 再者，本說明書中，所謂｢(甲基)丙烯酸基｣是指｢丙烯酸基｣及/或｢甲基丙烯酸基（metha-acryl）（甲基丙烯酸基（methacryl））｣，關於｢(甲基)丙烯酸酯｣、｢(甲基)丙烯醯基（(meth)acryloyl）｣的表述，亦為同樣。
[污泥脫水劑] 本發明的污泥脫水劑包含選自聚合物A、聚合物B及聚合物C中的一種以上的交聯聚合物。而且，所述交聯聚合物於1.0 N硝酸鈉水溶液中的30℃下的固有黏度為0.5 dL/g～5.0 dL/g。 此種污泥脫水劑以與現有的污泥脫水劑同等或更少的添加量發揮優異的絮凝體形成力及重力過濾性等脫水效果。認為獲得優異的脫水效果的原因在於如下述（1）及（2）般的機制。 （1）具有所述般的固有黏度的交聯聚合物為由於進行高度交聯且分子剛直化，故難以發生應變的構造。因此，污泥粒子表面不藉由所述交聯聚合物一分子將該粒子的整個表面覆蓋，而是藉由與多個交聯聚合物分子強烈鍵結而將整個面覆蓋。其結果，於污泥粒子之間經由所述交聯聚合物而形成高密度的鍵，從而能夠形成亦可耐攪拌等強烈切變（shear）的堅固的絮凝體。 （2）另外，所述交聯聚合物於高度的交聯構造的內部封入有陽離子電荷，藉由施加攪拌等物理性的力，所封入的陽離子電荷被緩緩釋放至外部，藉由該陽離子電荷與污泥粒子表面的逐次反應容易形成粗大的絮凝體。
（交聯聚合物） 所述污泥脫水劑中使用的交聯聚合物為選自下述所示的聚合物A、聚合物B及聚合物C中的一種以上。該些中，可單獨使用一種，亦可併用兩種以上。該些中，就獲得更優異的脫水效果的觀點而言，較佳為包含聚合物A。所述交聯聚合物更佳為聚合物A。
於所述污泥脫水劑中，除所述交聯聚合物以外，例如亦可包含選自由胺磺酸等粉末酸或硫酸鈉等鹽類等所組成的群組中的一種以上的化合物等。但是，就脫水效果的觀點而言，污泥脫水劑中的所述交聯聚合物的含量較佳為90質量%以上，更佳為95質量%以上，進而佳為98質量%以上，尤佳為100質量%。
＜聚合物A＞ 聚合物A為聚合物構成單元的單體組成包含由下述通式（1）表示的陽離子性單體（以下僅表述為｢陽離子性單體（1）｣）1莫耳%～100莫耳%與非離子性單體0莫耳%～99莫耳%的交聯聚合物。對該些單體進行聚合而製成交聯聚合物的方法並無特別限定，視需要使用交聯劑。 再者，本發明中提及的聚合物構成單元的單體組成中不包含所述交聯劑。
[化4]
所述式（1）中，R1 為氫原子或甲基。R2 及R3 分別獨立地為碳數1～3的烷基或烷氧基、或者苄基。R4 為氫原子、碳數1～3的烷基或烷氧基、或者苄基。A為氧原子或NH基。B為碳數2～4的伸烷基或伸烷氧基。X- 為陰離子，較佳為氯、溴、碘、1/2·SO4 - 或CH3 SO4 - 。
作為陽離子性單體（1），例如可列舉：2-((甲基)丙烯醯氧基)乙基三甲基氯化銨、2-((甲基)丙烯醯氧基)乙基二甲基苄基氯化銨等(甲基)丙烯醯氧基烷基四級銨鹽；2-((甲基)丙烯醯氧基)乙基二甲基胺硫酸鹽或鹽酸鹽、3-((甲基)丙烯醯氧基)丙基二甲基胺鹽酸鹽等(甲基)丙烯醯氧基烷基三級胺鹽；3-((甲基)丙烯醯基胺基)丙基三甲基氯化銨、3-((甲基)丙烯醯基胺基)丙基三甲基銨甲基硫酸鹽等(甲基)丙烯醯基胺基烷基四級銨鹽等。該些中，可單獨使用一種，亦可併用兩種以上。該些中，較佳為(甲基)丙烯醯氧基烷基四級銨鹽，特別是就容易獲得聚合性優異且具有牢固構造的交聯聚合物而言，較佳為2-(丙烯醯氧基)乙基三甲基氯化銨。
聚合物A中包含陽離子性單體（1）1莫耳%～100莫耳%作為聚合物構成單元。即，關於聚合物A，其構成單體全部可為陽離子性單體（1），或者另外亦可為陽離子性單體（1）1莫耳%以上且不足100莫耳%與非離子性單體99莫耳%以下的共聚物。但是，由於陽離子性單體（1）為100莫耳%的聚合物的吸濕性高，故就污泥脫水劑的脫水效果及操作性等觀點而言，聚合物A較佳為共聚物。該共聚物的聚合物構成單元中，陽離子性單體（1）的比例較佳為30莫耳%～95莫耳%，更佳為50莫耳%～90莫耳%，進而佳為55莫耳%～85莫耳%。
作為所述非離子性單體，例如可列舉：(甲基)丙烯醯胺、N,N-二甲基(甲基)丙烯醯胺等醯胺類；(甲基)丙烯腈等氰乙烯（vinyl cyanide）系化合物；(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯等(甲基)丙烯酸烷基酯類；乙酸乙烯酯等乙烯基酯類；苯乙烯、α-甲基苯乙烯、對甲基苯乙烯等芳香族乙烯基系化合物等。該些非離子性單體可單獨使用一種，亦可併用兩種以上。該些中，就容易獲得水溶性優異、聚合物中的單體組成比的調整容易、並且具有牢固構造的交聯聚合物而言，較佳為丙烯醯胺。
＜聚合物B＞ 聚合物B為聚合物構成單元的單體組成包含由下述通式（2）表示的陽離子性單體（以下僅表述為｢陽離子性單體（2）｣）1莫耳%～100莫耳%與非離子性單體0莫耳%～99莫耳%的交聯聚合物。對該些單體進行聚合而製成交聯聚合物的方法並無特別限定，視需要使用交聯劑。
[化5]
所述式（2）中，R5 及R6 分別獨立地為氫原子或甲基。X- 為陰離子，與關於所述通式（1）為同樣。
作為陽離子性單體（2），可列舉：二烯丙基二甲基氯化銨、二甲基烯丙基二甲基氯化銨等。該些中，可單獨使用一種，亦可併用兩種以上。
聚合物B中包含陽離子性單體（2）1莫耳%～100莫耳%作為聚合物構成單元。即，關於聚合物B，其構成單體全部可為陽離子性單體（2），或者另外亦可為所述陽離子性單體1莫耳%以上且不足100莫耳%與非離子性單體99莫耳%以下的共聚物。就污泥脫水劑的脫水效果的觀點而言，聚合物B較佳為共聚物。該共聚物的聚合物構成單元中，陽離子性單體（2）的比例較佳為30莫耳%～95莫耳%，更佳為50莫耳%～90莫耳%，進而佳為55莫耳%～85莫耳%。 所述非離子性單體與關於所述聚合物A為同樣。
＜聚合物C＞ 聚合物C為聚合物構成單元的單體組成包含所述陽離子性單體（1）1莫耳%～99莫耳%、由下述通式（3）表示的陰離子性單體（以下表述為｢陰離子性單體（3）｣）1莫耳%～99莫耳%、及非離子性單體0莫耳%～98莫耳%的交聯聚合物。對該些單體進行共聚而製成交聯聚合物的方法並無特別限定，視需要使用交聯劑。
[化6]
所述式（3）中，R7 為氫原子或CH2 COOY。R8 為氫原子、甲基或COOY。Q為SO3 - 、C6 H4 SO3 - 、CONHC(CH3 )2 CH2 SO3 - 或COO- 。Y為氫原子或陽離子。作為所述陽離子，例如可列舉鹼金屬離子。
作為陰離子性單體（3），例如可列舉：乙烯基磺酸、乙烯基苯磺酸、2-丙烯醯胺-2-甲基丙磺酸、(甲基)丙烯酸、衣康酸、馬來酸、以及該些的鹼金屬鹽。該些中，可單獨使用一種，亦可併用兩種以上。該些中，較佳為丙烯酸。
聚合物C可為陽離子性單體（1）與陰離子性單體（3）的共聚物，或者另外亦可為除該些單體以外亦將非離子性單體作為聚合物構成單元的共聚物。該些共聚物的聚合物構成單元中，陽離子性單體（1）的比例較佳為30莫耳%～98莫耳%，更佳為50莫耳%～97莫耳%，進而佳為55莫耳%～95莫耳%。另外，陰離子性單體（3）的比例較佳為2莫耳%～70莫耳%，更佳為3莫耳%～50莫耳%，進而佳為5莫耳%～45莫耳%。 於聚合物C為陽離子性單體（1）與陰離子性單體（3）的共聚物的情況下，該共聚物的聚合物構成單元中，陽離子性單體（1）的比例較佳為30莫耳%～98莫耳%，更佳為50莫耳%～97莫耳%，進而佳為55莫耳%～95莫耳%。 於聚合物C為陽離子性單體（1）、陰離子性單體（3）及非離子性單體的共聚物的情況下，非離子性單體的比例較佳為1莫耳%～65莫耳%，更佳為5莫耳%～50莫耳%，進而佳為10莫耳%～35莫耳%。陽離子性單體（1）、陰離子性單體（3）及非離子性單體的尤佳比例的範圍分別為55莫耳%～80莫耳%、5莫耳%～15莫耳%、10莫耳%～30莫耳%。 所述非離子性單體與關於所述聚合物A為同樣。
（固有黏度） 構成本發明的污泥脫水劑的交聯聚合物於1.0 N硝酸鈉水溶液中的30℃下的固有黏度為0.5 dL/g～5.0 dL/g。 固有黏度亦成為分子量的指標，存在聚合物的分子量越大則固有黏度越高的傾向。但是，固有黏度亦受到作為聚合物構成單元的單體的構造或聚合條件等的影響，故未必與分子量的大小相對應。 本發明中，使用所述交聯聚合物中具有特定的固有黏度者。
於固有黏度為所述範圍外的情況下，存在所形成的絮凝體直徑難以變大且重力過濾性差，從而無法獲得充分的脫水效果的傾向。就獲得更優異的脫水效果的觀點而言，交聯聚合物的固有黏度較佳為0.8 dL/g～4.9 dL/g，更佳為1.0 dL/g～4.5 dL/g，進而佳為1.2 dL/g～4.5 dL/g。
固有黏度以[η]表示，並設為使用下述赫金斯（Huggins）式而算出的值。 赫金斯式： ηSP /C=[η]+k'[η]2 C 所述式中，ηSP ：表示比黏度（=ηrel -1），k'：表示赫金斯常數，C：表示聚合物溶液黏度，ηrel ：表示相對黏度。 製備不同濃度的交聯聚合物的溶液，針對各濃度的溶液來求出比黏度ηSP ，並繪製ηSP /C對C的關係，將C外推至0的截距的值為固有黏度[η]。 比黏度ηSP 是藉由如下述實施例所示般的方法而求出。
[交聯聚合物的製造方法] 所述交聯聚合物可藉由將成為聚合物構成單元的單體、聚合起始劑、以及視需要的交聯劑混合並使其聚合而製造。
作為聚合起始劑，例如可列舉：過硫酸銨、過硫酸鉀等過硫酸鹽；過氧化苯甲醯等有機化氧化物；偶氮雙異丁腈、偶氮雙氰基戊酸、2,2'-偶氮雙(2-脒基丙烷)二鹽酸鹽、2,2'-偶氮雙(2,4-二甲基戊腈)等偶氮系化合物等。 聚合起始劑的使用量通常相對於總單體量而為0.001莫耳%～0.1莫耳%左右。
作為交聯劑，例如可列舉：N,N'-亞甲基雙(甲基)丙烯醯胺、三烯丙胺、乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、聚乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、1,3-丁二醇二(甲基)丙烯酸酯等。 交聯劑的添加量是以交聯聚合物的固有黏度成為所述範圍內的方式進行調整。通常相對於除交聯劑以外的總單體質量而較佳為50 ppm～500 ppm，更佳為80 ppm～300 ppm，進而佳為100 ppm～200 ppm。
聚合方法的態樣並無特別限定，例如可列舉：水溶液聚合法、乳化聚合法、懸浮聚合法等。該些中，就所獲得的交聯聚合物的易操作性或者於污泥中的溶解性等觀點而言，較佳為作為乳劑狀液體而獲得的製造方法，更佳為藉由乳化聚合法而獲得作為油包水型乳劑（W/O（water-in-oil）型乳劑）狀液體的交聯聚合物。 乳化聚合例如可藉由如下方法進行：於包含界面活性劑與油性溶媒的油層混合物中添加包含成為交聯聚合物的聚合物構成單元的單體與水、以及視需要的交聯劑等的混合水溶液，進行攪拌混合以使其乳化，並向其中添加聚合起始劑。藉由此種方法而獲得作為W/O型乳劑狀液體的交聯聚合物。 作為所述油性溶媒，例如可使用煤油、輕油等礦物油以及作為該些的精製品的正鏈烷烴（normal paraffin）、異鏈烷烴（isoparaffin）、環烷油（naphthenic oil）等，另外，亦可使用與該些具有同等性狀的合成油、植物油、動物油或者該些的混合物。 作為所述界面活性劑，例如可較佳地使用山梨糖醇酐單油酸酯、山梨糖醇酐單硬脂酸酯等山梨糖醇酐脂肪酸酯；聚氧伸乙基月桂基醚、戊氧伸乙基油烯基醚等聚氧伸乙基烷基醚等非離子性界面活性劑。
另外，亦可藉由使用噴霧乾燥機等的噴霧乾燥來對作為此種乳劑狀液體而獲得的交聯聚合物進行造粒或粉末化，從而製成乾燥造粒體或粉體。若設為此種形態，則可提升污泥脫水劑的易操作性。
[污泥脫水方法] 本發明的污泥脫水方法為將所述污泥脫水劑添加於源自食品工廠或化工廠、糞便處理廠等的剩餘污泥或混合污泥等污泥中並對所述污泥進行脫水的方法。 本發明的污泥脫水劑藉由少量亦可發揮優異的脫水效果，因此可抑制對於污泥的添加量，並可實現脫水處理的操作性的提升或成本削減。例如，於懸浮物質（懸浮固體（Suspended Solid，SS））濃度為0.4質量%～4.0質量%左右的情況下，所述污泥脫水劑的添加量較佳為20 mg/L～1600 mg/L，更佳為50 mg/L～1200 mg/L，進而佳為60 mg/L～800 mg/L。
將所述污泥脫水劑添加於污泥中的添加方法並無特別限定，可應用公知的污泥脫水劑的添加方法。一般而言，製成所述污泥脫水劑中的交聯聚合物濃度為0.01質量%～0.5質量%、較佳為0.03質量%～0.3質量%的水溶液或水分散液而添加於污泥中。視情況亦可以粉末等固體狀添加。
（與其他聚合物的併用） 於使用本發明的污泥脫水劑的污泥脫水方法中，亦可將所述污泥脫水劑與所述交聯聚合物以外的其他聚合物併用。作為所併用的其他聚合物，可列舉具有陽離子性官能基的聚合物或陰離子性聚合物。於具有陽離子性官能基的聚合物中不僅包含陽離子性聚合物，亦包含兩性聚合物。另外，可併用的其他聚合物可為交聯型，亦可為直鏈狀等非交聯型，但就充分發揮所述污泥脫水劑的脫水效果的觀點而言，較佳為直鏈狀者。 該些其他聚合物與所述污泥脫水劑的交聯聚合物同樣地，亦較佳為製成聚合物濃度為0.01質量%～0.5質量%的水溶液或水分散液而添加於污泥中，更佳為0.03質量%～0.3質量%。另外，視情況亦可以粉末等固體狀添加。
＜具有陽離子性官能基的聚合物＞ 作為具有陽離子性官能基的聚合物，例如可使用聚合物構成單元的單體組成包含選自所述陽離子性單體（1）及所述陽離子性單體（2）中的一種以上的陽離子性單體（以下表述為｢陽離子性單體（1）·（2）｣）1莫耳%～100莫耳%、非離子性單體0莫耳%～99莫耳%、及所述陰離子性單體（3）0莫耳%～50莫耳%的聚合物。所述聚合物可為直鏈狀聚合物，或者另外亦可為具有所述交聯聚合物的固有黏度的範圍外的固有黏度的交聯型聚合物。 關於所述具有陽離子性官能基的聚合物，其構成單體可全部為陽離子性單體（1）·（2），或者另外亦可為包含陽離子性單體（1）·（2）1莫耳%以上且不足100莫耳%、非離子性單體0莫耳%～99莫耳%、及陰離子性單體（3）0莫耳%～50莫耳%的共聚物。
作為所述具有陽離子性官能基的聚合物中的陽離子性單體（1）·（2）的具體例，與關於所述聚合物A或所述聚合物B所列舉者同樣地，可列舉：2-((甲基)丙烯醯氧基)乙基三甲基氯化銨、2-((甲基)丙烯醯氧基)乙基二甲基苄基氯化銨等(甲基)丙烯醯氧基烷基四級銨鹽；2-((甲基)丙烯醯氧基)乙基二甲基胺硫酸鹽或鹽酸鹽、3-((甲基)丙烯醯氧基)丙基二甲基胺鹽酸鹽等(甲基)丙烯醯氧基烷基三級胺鹽；3-((甲基)丙烯醯基胺基)丙基三甲基氯化銨、3-((甲基)丙烯醯基胺基)丙基三甲基銨甲基硫酸鹽等(甲基)丙烯醯基胺基烷基四級銨鹽、二烯丙基二甲基氯化銨、二甲基丙烯酸基二甲基氯化銨等。該些中，可單獨使用一種，亦可併用兩種以上。該些中，較佳為(甲基)丙烯醯氧基烷基四級銨鹽或(甲基)丙烯醯氧基烷基三級胺鹽。
作為所述具有陽離子性官能基的聚合物中的非離子性單體的具體例，與關於所述聚合物A所列舉者同樣地，例如可列舉：(甲基)丙烯醯胺、N,N-二甲基(甲基)丙烯醯胺等醯胺類；(甲基)丙烯腈等氰乙烯系化合物；(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯等(甲基)丙烯酸烷基酯類；乙酸乙烯酯等乙烯基酯類；苯乙烯、α-甲基苯乙烯、對甲基苯乙烯等芳香族乙烯基系化合物等。該些中，可單獨使用一種，亦可併用兩種以上。該些中，較佳為丙烯醯胺。
作為所述具有陽離子性官能基的聚合物中的陰離子性單體（3）的具體例，與關於所述聚合物C所列舉者同樣地，例如可列舉：乙烯基磺酸、乙烯基苯磺酸、2-丙烯醯胺-2-甲基丙磺酸、(甲基)丙烯酸、衣康酸、馬來酸、以及該些的鹼金屬鹽。該些中，可單獨使用一種，亦可併用兩種以上。該些中，較佳為丙烯酸。
所述具有陽離子性官能基的聚合物可與所述污泥脫水劑混合並作為一液而添加，或者另外亦可與所述污泥脫水劑分別同時添加，亦可逐次添加。所併用的所述污泥脫水劑與具有陽離子性官能基的聚合物的質量比較佳為20:80～80:20，更佳為25:75～75:25，進而佳為30:70～70:30。
＜陰離子性聚合物＞ 作為陰離子性聚合物，例如可列舉：聚丙烯酸鈉、聚丙烯醯胺部分水解物、丙烯酸鈉與丙烯醯胺的共聚物、部分磺甲基化聚丙烯醯胺、丙烯醯胺與(2-丙烯醯胺)-2-甲基丙磺酸鹽的共聚物、丙烯醯胺與丙烯酸鈉及(2-丙烯醯胺)-2-甲基丙磺酸鹽的三元共聚物等。該些中，較佳為聚丙烯醯胺部分水解物、或者丙烯酸鈉與丙烯醯胺的共聚物。
於將所述陰離子性聚合物與所述污泥脫水劑併用的情況下，較佳為將所述污泥脫水劑添加於污泥中之後添加所述陰離子性聚合物。所併用的所述污泥脫水劑與陰離子性聚合物的質量比較佳為50:50～95:5，更佳為60:40～90:10，進而佳為65:35～80:20。 [實施例]
以下，基於實施例來說明本發明，但本發明並非由下述實施例限制。 [聚合物的準備] 藉由下述合成例1～合成例7來分別製造實施例中使用的聚合物（A1）～聚合物（A5）、聚合物（B1）及聚合物（C1）。另外，藉由下述合成例8及合成例9來分別製造下述比較例中使用的聚合物（Z1）及聚合物（Z2）。 另外，實施例及比較例中亦使用作為市售品的聚合物（Z3）～聚合物（Z9）。再者，聚合物（Z7）為聚脒系凝聚劑。
（合成例1）聚合物（A1）的合成 於附有攪拌機、冷卻管、氮氣導入管及溫度計的1 L四口可分離式燒瓶中裝入正鏈烷烴312 g、戊氧伸乙基油烯基醚25 g及山梨糖醇酐單油酸酯25 g，並進行攪拌混合，從而製備油層混合物。 繼而，將2-(丙烯醯氧基)乙基三甲基氯化銨（2-(acryloyloxy)ethyltrimethylammonium chloride，DAA）的80質量%水溶液388 g、丙烯醯胺（acrylamide，AAM）28 g、作為交聯劑的N,N'-亞甲基雙丙烯醯胺0.04 g及純水222 g的混合水溶液添加於所述油層混合物中，並藉由均質機攪拌使其乳化。於攪拌下將其調整為50℃，並將氮氣以30分鐘吹入液體中。一面使氮氣以氣相流動，一面添加2,2'-偶氮雙(2,4-二甲基戊腈)的4質量%甲苯溶液2 g，於45℃～55℃下進行8小時聚合，從而獲得作為W/O型乳劑狀液體的交聯聚合物。 藉由桌上型噴霧乾燥機使該乳劑狀液體噴霧乾燥，從而獲得作為水分為5質量%以下的粉體的交聯聚合物（A1）。
（合成例2）聚合物（A2）的合成 合成例1中，將N,N'-亞甲基雙丙烯醯胺的添加量設為0.06 g，另外，不藉由噴霧乾燥機進行噴霧乾燥，除此以外，以與合成例1同樣的方式獲得作為W/O型乳劑狀液體的交聯聚合物（A2）。
（合成例3）聚合物（A3）的合成 合成例1中，添加於油層混合物中的原料調配組成中，將2-(丙烯醯氧基)乙基三甲基氯化銨（DAA）的80質量%水溶液變更為349 g，將丙烯醯胺（AAM）變更為68 g，以及將N,N'-亞甲基雙丙烯醯胺變更為0.05 g，除此以外，以與合成例1同樣的方式獲得作為水分為5質量%以下的粉體的交聯聚合物（A3）。
（合成例4）聚合物（A4）的合成 合成例1中，將N,N'-亞甲基雙丙烯醯胺的添加量設為0.035 g，除此以外，以與合成例1同樣的方式獲得作為水分為5質量%以下的粉體的交聯聚合物（A4）。
（合成例5）聚合物（A5）的合成 以與合成例1同樣的方式製備油層混合物。 繼而，將2-(丙烯醯氧基）乙基三甲基氯化銨（DAA）的80質量%水溶液349 g、丙烯醯胺（AAM）68 g、作為交聯劑的N,N'-亞甲基雙丙烯醯胺0.065 g、作為聚合起始劑的2,2'-偶氮雙(2-甲基丙脒)二鹽酸鹽0.26 g及純水222 g的混合水溶液添加於所述油層混合物中，並藉由均質機攪拌使其乳化。於攪拌下將其調整為50℃，並將氮氣以30分鐘吹入液體中。一面使氮氣以氣相流動，一面於45℃～55℃下進行8小時聚合，從而獲得作為W/O型乳劑狀液體的交聯聚合物（A5）。
（合成例6）聚合物（B1）的合成 合成例1中，將添加於所述油層混合物中的混合水溶液的調配組成變更為二烯丙基二甲基氯化銨（diallyldimethylammonium chloride，DADMAC）的70質量%水溶液370 g、丙烯醯胺（AAM）76 g、純水192 g及2,2'-偶氮雙(2,4-二甲基戊腈)的4質量%甲苯溶液1 g，除此以外，以與合成例1同樣的方式獲得作為水分為5質量%以下的粉體的交聯聚合物（B1）。
（合成例7）聚合物（C1）的合成 以與合成例1同樣的方式製備油層混合物。 繼而，將2-(丙烯醯氧基)乙基三甲基氯化銨（DAA）的80質量%水溶液363 g、丙烯醯胺（AAM）28 g、丙烯酸（acrylic acid，AA）7.2 g、作為交聯劑的N,N'-亞甲基雙丙烯醯胺0.04 g、及純水240 g的混合水溶液添加於所述油層混合物中，並藉由均質機攪拌使其乳化。於攪拌下將其調整為50℃，並將氮氣以30分鐘吹入液體中。其後，一面使氮氣以氣相流動，一面添加2,2'-偶氮雙(2,4-二甲基戊腈)的4質量%甲苯溶液2 g，於45℃～55℃下進行8小時聚合，從而獲得作為W/O型乳劑狀液體的交聯聚合物（C1）。
（合成例8）聚合物（Z1）的合成 合成例2中，添加於油層混合物中的原料調配組成中，將N,N'-亞甲基雙丙烯醯胺變更為0.03 g，以及將2,2'-偶氮雙(2,4-二甲基戊腈)的4質量%甲苯溶液變更為1.5 g，除此以外，以與合成例2同樣的方式獲得作為W/O型乳劑狀液體的交聯聚合物（Z1）。
（合成例9）聚合物（Z2）的合成 添加於合成例1的油層混合物中的原料調配組成中，將2-(丙烯醯氧基)乙基三甲基氯化銨（DAA）的80質量%水溶液變更為349 g，將丙烯醯胺（AAM）變更為68 g，將N,N'-亞甲基雙丙烯醯胺變更為0.05 g，以及將2,2'-偶氮雙(2,4-二甲基戊腈)的4質量%甲苯溶液變更為4.5 g，除此以外，以與合成例1同樣的方式獲得作為水分為5質量%以下的粉體的交聯聚合物（Z2）。
[固有黏度測定] 關於所述各聚合物，以如下方式求出固有黏度。 （1）將5支坎農-范氏（Cannon-Fenske）黏度計（草野化學股份有限公司製造的No.75）於玻璃器具用中性洗滌劑中浸漬一天以上之後，藉由去離子水進行充分清洗並使其乾燥。 （2）藉由磁力攪拌器於500 rpm的攪拌下將精秤的聚合物0.3 g添加於去離子水中，攪拌2小時之後，靜置15小時～24小時，從而製備0.2質量%水溶液。其後，以500 rpm攪拌30分鐘之後，藉由3G2玻璃濾器進行全量過濾。 再者，關於聚合物（A2）、聚合物（A5）、聚合物（C1）及聚合物（Z1），將W/O型乳劑狀液體添加於大大過剩的丙酮中並進行析出精製，對該析出物進行真空乾燥而製成粉體，並供於固有黏度測定。 （3-1）關於聚合物（A1）～聚合物（A5）、聚合物（B1）、聚合物（C1）、聚合物（Z1）～聚合物（Z4）、聚合物（Z6）及聚合物（Z8），將2 N硝酸鈉水溶液50 mL添加於濾液50 mL中，藉由磁力攪拌器以500 rpm攪拌20分鐘之後，獲得聚合物濃度0.1質量%的1 N硝酸鈉水溶液，藉由1 N硝酸鈉水溶液對其進行稀釋，從而製備0.02質量%～0.1質量%的範圍內的5級濃度的聚合物試樣溶液。再者，將1 N硝酸鈉水溶液（1 N-NaNO3 ）設為空白（blank）溶液。 （3-2）關於聚合物（Z5），於所述（3-1）中，使用0.2 N或0.1 N氯化鈉水溶液代替2 N或1 N硝酸鈉水溶液來製備聚合物試樣溶液。再者，將0.1 N氯化鈉水溶液（0.1 N-NaCl）設為空白溶液。 （3-3）關於聚合物（Z7）及聚合物（Z9），於所述（3-1）中，使用2 N或1 N氯化鈉水溶液代替2 N或1 N硝酸鈉水溶液來製備聚合物試樣溶液。再者，將1 N氯化鈉水溶液（1 N-NaCl）設為空白溶液。 （4）於調整為溫度30℃（±0.02℃以內）的恆溫水槽內垂直地安裝5支所述黏度計。藉由全移液管（whole pipette）將空白溶液10 mL放入各黏度計中之後，為了使溫度一定而靜置約30分鐘。其後，使用吸管塞將溶液吸上來並使其自然下落，藉由馬錶且至1/100秒單位為止測定通過標線的時間。針對各黏度計，重覆進行5次該測定，並將平均值設為空白值（t0 ）。 （5）將上文中製備的5級濃度的聚合物試樣溶液各10 mL放入進行了空白溶液的測定的5支黏度計中，為了使溫度一定而靜置約30分鐘。其後，重覆進行3次與空白溶液的測定同樣的操作，並將每一濃度的通過時間的平均值設為測定值（t）。 （6）根據所述空白值t0 及測定值t、以及聚合物試樣溶液的濃度C[質量/體積%]（=C[g/dL]），並藉由下述關係式來求出相對黏度ηrel 、比黏度ηSP 及還原黏度ηSP /C[dL/g]。 ηrel =t/t0 ηSP =（t-t0 ）/t0 =ηrel -1 根據該些值，並依據基於所述赫金斯式的固有黏度的求出方法，算出各聚合物的固有黏度[η]。
將關於各聚合物的固有黏度的測定結果示於下述表1。 再者，表1的單體組成中的略稱如下。 ·陽離子性單體（1） DAA：2-(丙烯醯氧基)乙基三甲基氯化銨 DAM：2-(甲基丙烯醯氧基)乙基三甲基氯化銨（2-(methacryloyloxy)ethyltrimethylammonium chloride） DAM（Bz）：2-(甲基丙烯醯氧基)乙基二甲基苄基氯化銨（2-(methacryloyloxy)ethyldimethylbenzylammonium chloride） DAM（硫酸）：2-(甲基丙烯醯氧基)乙基二甲基胺硫酸鹽（2-(methacryloyloxy)ethyldimethylamine sulfate） ·非離子性單體 AAM：丙烯醯胺 ·陽離子性單體（2） DADMAC：二烯丙基二甲基氯化銨 ·陰離子性單體（3） AA：丙烯酸 NaA：丙烯酸鈉（sodium acrylate）
[表1]
[污泥脫水評價] 關於使用所述表1所示的各種聚合物的污泥脫水劑試樣，進行針對各種污泥而言的污泥脫水的評價試驗。再者，下述評價試驗中所使用的各聚合物的水溶液的聚合物濃度中，將聚合物（Z9）以外設為0.2質量%，將聚合物（Z9）設為0.1質量%。
下述表2中示出用於評價試驗的各種污泥的性狀。再者，污泥的性狀中各成分的略稱及測定方法（依據下水道試驗法）如下。另外，表2中各成分量的單位表述的｢%｣是指質量%。 SS（Suspended Solid）：懸浮物質；以3000 rpm對污泥100 mL進行10分鐘離心分離並將上清液去除，一面對沈澱物進行水洗一面使其流入秤量完畢的坩堝中，以相對於污泥的質量比例來表示於105℃～110℃下進行乾燥後的質量。 VSS（揮發性懸浮固體（Volatile suspended solids））：懸浮物質的灼燒損失量；於600±25℃的範圍內的溫度下對秤量懸浮物質後的裝入有懸浮物質的坩堝進行灼燒，放置冷卻後進行秤量，以相對於懸浮物質的質量比例來表示灼燒前後的質量之差。 TS（總固體（Total solids））：蒸發殘留物；將污泥100 mL放入秤量完畢的坩堝中，以相對於污泥的質量比例來表示於105℃～110℃下進行乾燥後的質量。 VTS（揮發性總固體（Volatile Total Solids））：灼燒損失量；於600±25℃的範圍內的溫度下對秤量蒸發殘留物後的裝入有蒸發殘留物的坩堝進行灼燒，放置冷卻後進行秤量，以相對於蒸發殘留物的質量比例來表示灼燒前後的質量之差。 纖維成分：藉由100目的篩對污泥100 mL進行過濾，一面對篩上的殘留物進行水洗，一面使其流入坩堝中，秤量於105℃～110℃下進行乾燥後的坩堝。其後，於600±25℃的溫度範圍內進行灼燒，放置冷卻後進行秤量，以相對於懸浮物質的質量比例來表示灼燒前後的質量之差。
[表2]
（實施例1） 將聚合物（A1）的0.2質量%水溶液與聚合物（Z4）的0.2質量%水溶液以質量比50:50混合，從而製備污泥脫水劑試樣（聚合物水溶液）。 將該污泥脫水劑試樣以120 mg/L（0.9質量%/SS）的聚合物添加量添加於採取至300 mL燒杯中的污泥1 200 mL中，以180 rpm攪拌30秒，從而形成凝聚絮凝體。
（實施例2～實施例24及比較例1～比較例24） 實施例1中，將污泥的種類、所使用的聚合物的種類及添加量如下述表3所示般進行變更，除此以外，以與實施例1同樣的方式製備污泥脫水劑試樣，並添加於污泥中，從而形成凝聚絮凝體。
（實施例25） 將聚合物（A1）的0.2質量%水溶液以90 mg/L（0.4質量%/SS）的聚合物添加量添加於採取至300 mL燒杯中的污泥5 200 mL中，以180 rpm攪拌30秒之後，以35 mg/L（0.15質量%/SS）的聚合物添加量添加聚合物（Z9）（陰離子性聚合物）的0.1質量%水溶液，進而以180 rpm攪拌20秒，從而形成凝聚絮凝體。
（比較例25） 實施例25中，使用聚合物（Z3）代替聚合物（A1），除此以外，以與實施例25同樣的方式形成凝聚絮凝體。
關於污泥脫水劑試樣的評價試驗項目及其評價方法如下。將該些評價結果彙總示於下述表3及表4。 ＜絮凝體直徑＞ 關於所述實施例及比較例中所形成的凝聚絮凝體，以尺（measure）並以目視對可自燒杯上方觀察到的約100個絮凝體直徑進行測定，求出大概的平均尺寸。 可以說該絮凝體直徑越大，則污泥脫水劑的絮凝體形成力越高，脫水效果越優異。 ＜20秒過濾量＞ 於200 mL量筒上設置內徑80 mm、孔徑約1 mm的布赫納漏斗（Buchner funnel），並於其上方設置直徑50 mm的聚氯乙烯製的筒。將上文中測定絮凝體直徑後所凝聚的污泥迅速注入至該筒內，根據量筒的刻度讀取並測定自注液起20秒後的過濾量。 可以說該過濾量越多，則重力過濾性越優異，脫水效果越優異。 ＜SS洩漏量＞ 於所述20秒過濾量測定後，根據量筒的刻度讀取並測定自注液起60秒後於布赫納漏斗中通過的污泥的固體成分量來作為SS洩漏量。 可以說SS洩漏量越少，則所形成的絮凝體的凝聚性能越優異，脫水效果越優異。 ＜泥餅（cake）含水率＞ 於所述SS洩漏量測定之後，將殘留於布赫納漏斗上的凝聚物填塞於直徑30 mm、高度17.5 mm的聚氯乙烯製管柱中。拆下管柱，並以0.1 MPa壓縮60秒，從而獲得脫水泥餅。對該脫水泥餅的質量與使該脫水泥餅於105℃下乾燥後的質量進行測定，將損失量視作脫水泥餅的含水量並算出泥餅含水率。 若泥餅含水率為80質量%～85質量%左右，則可與先前同樣地對該脫水泥餅進行操作，就乾燥處理等觀點而言，值低者為佳。
再者，關於比較例3及比較例12，無法進行凝聚絮凝體的過濾及壓縮。另外，關於比較例11、比較例14、比較例18、比較例19、比較例21及比較例22，無法進行凝聚絮凝體的壓縮。
[表3]
[表4]
如根據表3及表4所示的結果可知般，藉由包含規定固有黏度的交聯聚合物的本發明的污泥脫水劑，而絮凝體直徑變大，20秒過濾量增多，SS洩漏量減少，另外，可使泥餅含水率降低。即，確認到本發明的污泥脫水劑的脫水效果優異。 另外，於將本發明的污泥脫水劑及其以外的其他聚合物併用的情況下，觀察到絮凝體直徑進一步變大並顯示出良好的凝聚性的傾向。
無

Claims (5)

  1. 一種污泥脫水劑，包含選自下述聚合物A、聚合物B及聚合物C中的一種以上的交聯聚合物，且所述交聯聚合物於1.0 N硝酸鈉水溶液中的30℃下的固有黏度為0.5 dL/g～5.0 dL/g； 聚合物A：聚合物構成單元的單體組成包含由下述通式（1）表示的陽離子性單體1莫耳%～100莫耳%與非離子性單體0莫耳%～99莫耳%的交聯聚合物；（通式（1）中，R1 為氫原子或甲基；R2 及R3 分別獨立地為碳數1～3的烷基或烷氧基、或者苄基；R4 為氫原子、碳數1～3的烷基或烷氧基、或者苄基；A為氧原子或NH基；B為碳數2～4的伸烷基或伸烷氧基；X- 為陰離子） 聚合物B：聚合物構成單元的單體組成包含由下述通式（2）表示的陽離子性單體1莫耳%～100莫耳%與非離子性單體0莫耳%～99莫耳%的交聯聚合物；（通式（2）中，R5 及R6 分別獨立地為氫原子或甲基；X- 為陰離子） 聚合物C：聚合物構成單元的單體組成包含由所述通式（1）表示的陽離子性單體1莫耳%～99莫耳%、由下述通式（3）表示的陰離子性單體1莫耳%～99莫耳%、及非離子性單體0莫耳%～98莫耳%的交聯聚合物；（通式（3）中，R7 為氫原子或CH2 COOY；R8 為氫原子、甲基或COOY；Q為SO3 - 、C6 H4 SO3 - 、CONHC(CH3 )2 CH2 SO3 - 或COO- ；Y為氫原子或陽離子）。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的污泥脫水劑，其為乳劑狀液體、或者其乾燥造粒體或粉體。
  3. 一種污泥脫水方法，將如申請專利範圍第1項或第2項所述的污泥脫水劑添加於污泥中，並對所述污泥進行脫水。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的污泥脫水方法，其中將所述污泥脫水劑與所述交聯聚合物以外的其他聚合物併用，且所述其他聚合物為具有陽離子性官能基的聚合物或陰離子性聚合物。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的污泥脫水方法，其中所述具有陽離子性官能基的聚合物中，聚合物構成單元的單體組成包含：選自由所述通式（1）表示的陽離子性單體及由所述通式（2）表示的陽離子性單體中的一種以上的陽離子性單體1莫耳%～100莫耳%、非離子性單體0莫耳%～99莫耳%、以及由所述通式（3）表示的陰離子性單體0莫耳%～50莫耳%。
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