KR101196243B1

KR101196243B1 - 탈수 방법

Info

Publication number: KR101196243B1
Application number: KR1020067018605A
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: 2012-11-05
Also published as: CN1930092B; EP1723085B1; EP1723085A1; ES2387808T3; AU2005229336B2; CA2558092C; US20070187330A1; NZ549348A; GB0405493D0; DK1723085T3; AU2005229336A1; US7754086B2; WO2005095291A1; CN1930092A; CA2558092A1; KR20060132719A

Abstract

본 발명은 현탁액에 제1 응집제를 응집량으로 투여하여 농후화된 현탁액을 형성하고, 당해 농후화된 현탁액 속에 제2 응집제를 탈수량으로 혼합하고, 농후화된 현탁액을 기계적 탈수시켜 케이크를 형성함을 포함하는, 수성 현탁액의 탈수 방법에 관한 것으로, 여기서 제2 응집제는, 중합체 농도가 2중량% 이상이고 고유 점도가 3dℓ/g 이상인, 실질적으로 무수 상태인 중합체 입자(i) 또는 용해되거나 수화된 중합체를 포함하는 수성 조성물(ii) 형태로 현탁액 속에 혼합되는 수용성 또는 수팽윤성 중합체를 포함함을 특징으로 한다.

현탁액, 제1 응집제, 제2 응집제, 탈수 방법, 케이크 고형분, 미립자 중합체.

Description

탈수 방법{Dewatering process}

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 들면, 현탁된 고체 유기 물질 또는 무기 고형물을 함유하는 현탁액을 응집시킨 다음 탈수시키는 것이 관행이다. 예를 들면, 하수 슬러지, 폐수, 직물 산업 유출물, 바이엘 알루미나 공정으로부터의 적니(red mud) 및 석탄 찌거기의 현탁액 등과 같은 슬러지를 응집시키는 것이 관행이다. 응집은 일반적으로 현탁액 속에 응집제를 혼합하고 현탁된 입자를 응집시킨 다음, 응집된 현탁액을 탈수시켜 탈수된 케이크를 형성함으로써 성취된다.

현탁액의 탈수시에는, 현탁액으로부터 액체를 제거하고 현탁액의 무수 고형물을 크게 증가시키기 위해 응집제로서 고분자량 수용성 중합체를 현탁액에 첨가하는 것이 공지되어 있다. 고분자량 응집제의 성질은 양이온성, 음이온성, 비이온성 또는 양쪽성일 수 있다. 중합체성 응집제의 선택은 처리될 기질에 크게 좌우될 것이다. 예를 들면, 현탁된 유기 물질을 포함하는 수성 현탁액, 예를 들면, 하수 슬러지를 처리하기 위해 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 들면, 1중량% 이하, 일반적으로 0.5중량% 이하이고, 0.2중량% 이하만큼 낮을 수 있다.

응집제를 현탁액에 도입하는 각종 대안적인 방법들이 제안되어 왔다. 국제 공개공보 제WO-A-02/079099호에는 하나 이상의 응집제 에멀젼을 고형물 액체 분리 공정에 직접 가하여 동일 반응계에서 응집제가 적용물 속에서 직접 방출되도록 전환되는 방법이 기재되어 있다. 에멀젼을 구체적으로 고형물 액체 분리 공정에 가하여 충분한 시간 동안 충분한 압력하에 유효량의 고전단에 적용하여 초기 분리 전에 에멀젼의 신속한 전환 및 응집제의 벌크 현탁액으로의 완전한 방출을 보장한다.

국제 공개공보 제WO-A-98/31749호 및 제WO-A-98/31748호 둘 다는 낮은 고유 점도의 용해된 양이온성 중합체를 함유하는 수성 매질 중의 높은 고유 점도의 양이온성 중합체의 분산액을 제조하는 방법에 관한 것이다. 이렇게 형성된 생성물은 고분자량 응집제를 제공하기 위한 편리한 수단인 용해되지 않은 높은 고유 점도의 양이온성 중합체의 수성 분산액이다. 분산 중합체는 물에 통상의 농도로 용해시킬 수 있거나, 현탁액에 직접 첨가할 수 있다.

동일한 공정에 상이한 2개의 중합체성 응집제를 사용하는 것도 또한 공지되어 있다. 관행에서, 하수 슬러지의 탈수는 동일한 전하(공-이온성)를 갖는 2개의 중합체성 응집제의 첨가를 포함할 수 있다. 다른 공정에서는, 반대 전하(카운터 이온성)를 갖는 2개의 중합체를 적용하는 것이 공지되어 있다. 2개의 중합체성 응집제를 수성 현탁액에 적용할 경우, 이들을 동시에 또는 보다 일반적으로는 순차적으로 첨가할 수 있다.

미국 특허 제4,861,492호에는 중합체 용액으로 처리한 다음, 가압 탈수 전에 중합체 용액으로 추가로 처리함으로써 슬러지를 농후화시키는 것이 기재되어 있다. 중합체 용액은 0.2 내지 1.5%의 통상의 농도일 것이고, 두 가지 처리시 동일한 농도로 될 것이다.

국제 공개공보 제WO-A-01/05712호는 현탁액에 중합체성 응집제의 진한 용액과 중합체성 응집제의 묽은 용액을 실질적으로 동시에 가하여 현탁액을 탈수시키는 공정이 기재되어 있다. 진한 중합체 용액과 묽은 중합체 용액 둘 다는 1% 이하의 통상의 농도로, 일반적으로는 이보다 훨씬 낮은 농도로 가한다.

국제 공개공보 제WO-A-02/72482호는 중합체 40 내지 60중량%를 포함하는 중합체 조성물과 중합체 0.05 내지 0.2중량%를 포함하는 중합체 조성물이 동시에 도입되는, 현탁된 고형물의 수성 현탁액을 응집 및 탈수시키는 공정을 기술한다. 당해 공정이 여과 및 자유 배수를 약간 개선시키지만, 현탁액, 특히 하수 슬러지 탈수시 수득된 케이크 고형물을 개선시키는 것이 바람직할 것이다.

본원의 우선일에 공개되지 않은 국제 출원 제PCT/EP03/09381호에는 양이온성 중합체 응집제 및 응고제를 포함하는 조성물을 사용하는 현탁액의 탈수방법이 기재되어 있고, 이때 응고제는 캡슐화된다. 현탁액의 자유 배수 후, 응고제는, 예를 들면, 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, 고함량의 케이크 고형물을 수득하는 것은, 특히 하수 슬러지의 탈수시, 종종 어려울 수 있다. 현탁액의 최초 탈수를 돕는 응집제 또는 응고제를 첨가하고, 응집제 또는 응고제를 추가로 가한 다음, 추가로 탈수시켜 고함량의 케이크 고형물을 수득하는 것도 또한 공지되어 있다. 이러한 공정은 일본 공개특허공보 제10-249398호, 일본 공개특허공보 제61-257300호, 일본 공개특허공보 제06-343999호, 일본 공개특허공보 제06-344000호 및 유럽 공개특허공보 제1035077호에 기재되어 있다.

일본 공개특허공보 제10-249398호에는 2단계 탈수법에서 폴리아미딘계 고분자량 응고제가 제1 또는 제2 고분자량 응집제로서 사용되는 2단계 탈수 방법이 기재되어 있다. 폴리아미딘계 고분자량 응집제는, (메트)아크릴로니트릴 또는 N-비닐카복실산 아미드, N-이소프로페닐카복실산 아미드, N-비닐카복실산 이미드 또는 N-이소프로페닐카복실산 이미드를 공중합시킨 다음, 당해 공중합체를 아미딘으로 가수분해시켜 수득한다.

일본 공개특허공보 제61-257300호는 탈수된 슬러지 케이크 내의 함수량 감소와 관련된다. 하수 슬러지는, 유기 고분자량 응집제를 슬러지에 가한 후에 탈수기에서 탈수시킨 다음, 무기 처리제(예: 염화제2철)을 가한 다음, 슬러지로부터 액체를 분리하여 케이크를 형성함으로써 탈수기 내에서 추가로 탈수시킨다. 고체 또는 반고체 케이크는 유기 고분자량 응집제를 슬러지에 가하고, 무기 처리제를 가하여 잔류수를 제거함으로써 수득한다.

일본 공개특허공보 제06-343999호에는 슬러지를 벨트 프레스형 탈수기(belt press type dehydrator)로 공급하기 위한 전처리 공정이 기재되어 있다. 고분자량의 양이온성 중합체성 응고제를 슬러지에 가하여 응집시켜, 벌키한 플락(flock) 구조를 제공한다. 이를 비중 탈수기(gravity dehydrator)로 농축된다. 이후, 고양이온성의 중합체성 응고제를, 이러한 농축 슬러지에 가한 다음, 벨트 프레스로 탈수시킨다.

일본 공개특허공보 제06-344000호에는 슬러지의 기계적 탈수 공정이 기재되어 있다. 고분자량의 양이온성 중합체성 응고제를 슬러지에 가하여 응집시켜, 벌키한 플락 구조를 제공한다. 이후, 이를 비중 탈수기로 농축시킨다. 이후, 고양이온성의 중합체성 응고제를, 이러한 농축 슬러지에 가한 다음, 기계적 탈수기로 탈수시킨다.

유럽 공개특허공보 제1035077호에는 슬러지를 혼합 영역으로 공급하여 응집제로 처리한 슬러지의 탈수 방법 및 어셈블리가 기재되어 있다. 응집 슬러지를 혼합 영역으로부터 제거하고, 예비 탈수시킨 다음, 제2 혼합 영역에서 제2 응집 공정을 수행한다. 생성된 농후한 슬러지를 가압 어셈블리 속에서 탈수시켜 탈수된 슬러지를 제공하고, 가압 영역으로 도입하기 전에, 제2 혼합 영역으로부터 깨끗한 물을 방출시킨다.

증가된 케이크 고형물을 제공하기 위한 현탁액의 탈수를 유도하는 개선된 공정을 제공하는 것이 바람직할 것이다. 특히, 용이하고 편리하게 제조되어 적용 될 수 있는 처리제를 포함하는 공정을 제공하는 것이 바람직할 것이다.

본 발명에 따라서, 본 발명자들은 현탁액에 제1 응집제를 응집량으로 투여하여 농후화된 현탁액을 형성하고, 당해 농후화된 현탁액 속에 제2 응집제를 탈수량으로 혼합하고, 농후화된 현탁액을 기계적 탈수시켜 케이크를 형성함을 포함하는, 수성 현탁액의 탈수 방법을 제공하는 것으로, 여기서 제2 응집제가, 실질적으로 무수 상태인 중합체 입자(i) 또는 중합체 농도가 2중량% 이상이고 고유 점도가 3dℓ/g 이상인, 용해되거나 수화된 중합체를 포함하는 수성 조성물(ii) 형태로 현탁액 속에 첨가되는 수용성 또는 수팽윤성 중합체를 포함함을 특징으로 한다.

본 발명은 현탁된 고형물을 농축시키는데 바람직한 적합한 현탁액에 적용가능하다. 이는 폐수, 직물 산업 유출물, 무기 현탁액, 예를 들면, 바이엘 알루미나 공정으로부터의 적니 또는 석탄 찌거기, 제지 공장 폐기물, 예를 들면, 셀룰로스성 슬러지를 포함한다. 당해 공정은 특히 하수 슬러지의 탈수에 적용가능하다.

탈수 방법에서, 현탁액은 제1 응집제의 첨가에 따라 우선 농후화된다. 이러한 단계는 유리수를 초기 응집 및 방출시켜 농후한 현탁액을 생성함을 포함한다. 일반적으로, 유리수의 방출은 자유 배수 또는 여과에 의해 달성될 수 있고, 기계적 수단(예: 벨트 농후화장치 또는 회전 드럼 농후화장치)을 사용하는 것이 통상적이다. 제1 응집제는 초기 벌크 현탁액 내로 통상적으로 첨가될 것이다. 응집제는 현탁액의 초기 응집 및 부분 탈수를 유도하기에 충분한 양으로 첨가되어야 한다. 바람직하게는, 현탁액을 농후화시켜 반고체 슬러지 페이스트를 생성한다. 일반적으로, 이러한 제1 응집제는 통상적 방식으로 통상적인 농도, 예를 들면, 0.1 내지 1중량%, 특히 0.2 내지 0.5중량%로 첨가되는 중합체일 것이다.

탈수 방법은, 제2 응집제를 이러한 농후화된 현탁액 속에 혼합하는 것을 필요로 하며, 여기서, 제2 응집제는 중량 평균 입자 직경이 50㎛ 이상인 무수 중합체 입자(i) 또는 중합체 농도가 2중량% 이상인, 용해되거나 수화된 중합체를 포함하는 수성 조성물(ii) 형태이다. 무수 입자 또는 고농도 수성 제2 응집제는 농후화된 현탁액 속에 용이하게 혼합되어 통상의 혼합 장치를 사용하여 전체적으로 분포될 수 있다. 적합한 혼합 장치는, 예를 들면, 리본형 혼합기 또는 혼련성 혼합기를 포함한다. 리본형 혼합기는 혼합 용기의 거의 전체 표면을 가로질러 일소하는 나선형 혼합 블레이드로 이루어진다. 혼련성 혼합기는 서로 맞물릴 뿐만 아니라 혼합기 벽에 대한 밀접한 공차(close tolerance)를 형성하는 2개의 혼련성 암으로 이루어진다.

이후, 탈수 케이크를 제조하기 위해 더 많은 물을 방출시킬 농후화된 슬러지를 기계적 탈수시킨다. 통상적으로, 이러한 기계적 탈수는 일반적으로 압축을 포함하며, 예를 들면, 임의의 벨트 프레스, 필터 프레스, 스크류 프레스 또는 원심분리기일 수 있다. 이렇게 처리된 농후한 현탁액을 기계적 탈수시킬 경우, 예기치않게도 높은 함량의 케이크 고형물이 성취될 수 있다.

본 발명의 한 형태에서, 제2 응집제를 무수 중합체성 입자 형태로 농후화된 현탁액 내로 도입된다. 중합체성 입자의 입자 직경은 2000㎛ 또는 3000㎛ 이상 클 수 있거나, 일반적으로는 50㎛ 이하이지는 않지만, 10㎛ 또는 20㎛ 이하로 작을 수 있다. 일반적으로, 입자 직경의 범위는 50 내지 2000㎛이다. 바람직하게는, 입자의 직경은 100㎛ 내지 800㎛, 예를 들면, 120㎛ 내지 800㎛ 또는 150㎛ 내지 800㎛이다. 보다 바람직하게는, 입자의 범위는 250 내지 750㎛이다. 입자들은 일반적으로 50 내지 1000㎛, 바람직하게는 100 내지 800㎛, 보다 바람직하게는 300 내지 700㎛인 중량 평균 입자 직경으로 한정될 수도 있다.

추가의 양태에서, 제2 응집제는 액체 중의 제2 응집제 중합체 입자의 슬러지 형태로 현탁액 속에 도입될 수 있다. 액체는 제2 응집제 또는 현탁액의 입자들과 불리하게 상호작용하지 않는 적합한 액체일 것이다. 적합하게는, 액체는 폴리에틸렌글리콜일 수 있다.

제2 응집제는 용해되거나 수화된 중합체를 포함하는 수성 조성물로서 농후화된 현탁액 내로 도입될 수도 있다. 수성 조성물은 중합체를 2중량% 이상 포함할 것이다. 수성 조성물은 중합체를 10중량% 이상 포함할 수 있지만, 일반적으로 중합체 농도가 2 내지 5중량%인 경우, 유용한 결과를 수득한다.

제1 응집제 및 제2 응집제는 임의의 적합한 천연 또는 합성 중합체성 응집제일 수 있고, 통상적으로 고분자량일 것이다. 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 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 30,000,000 이하일 것이다.

본 발명의 제1 응집제 및 제2 응집제의 성질은 양이온성, 음이온성, 비이온성 또는 양쪽성일 수 있다. 중합체성 응집제의 선택은 처리될 기질에 크게 좌우된다. 예를 들면, 현탁된 유기 물질을 포함하는 수성 현탁액, 예를 들면 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.

당해 중합체는 수용성 단량체 또는 수용성 단량체 블렌드의 중합으로 제조될 수 있다. 수용성이란, 수용성 단량체 또는 수용성 단량체 블렌드의 물에 대한 용해도가 물 100㎖ 중 5g 이상임을 의미한다. 당해 중합체는 임의의 적합한 중합방법으로 편리하게 제조될 수 있다.

수용성 중합체가 비이온성인 경우, 당해 중합체는 하나 이상의 수용성 에틸렌계 불포화 비이온성 단량체, 예를 들면, 아크릴아미드, 메타크릴아미드, 하이드록시에틸 아크릴레이트, 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 들면, 아크릴산, 메타크릴산, 말레산, 크로톤산, 이타콘산, 비닐설폰산, 알릴 설폰산, 2-아크릴아미도-2-메틸프로판 설폰산 및 이들이 염이다. 바람직한 중합체는 나트륨 아크릴레이트와 아크릴아미드와의 공중합체이다.

바람직하게는, 수용성 중합체는 양이온성이고, 임의로 본원에서 언급된 하나 이상의 비이온성 단량체와 함께 하나 이상의 에틸렌계 불포화 양이온성 단량체로부터 형성된다. 양이온성 중합체는 음이온성 그룹보다 양이온성 그룹이 현저하게 더 존재하는 한, 양쪽성일 수도 있다. 양이온성 단량체는 디알킬아미노 알킬 (메트) 아크릴레이트, 디알킬아미노 알킬 (메트) 아크릴아미드, 이의 산 부가물 및 4급 암모늄 염, 디알릴 디메틸 암모늄 클로라이드를 포함한다. 바람직한 양이온성 단량체는 디메틸아미노 에틸 아크릴레이트 및 디메틸 아미노에틸 메타크릴레이트의 메틸 클로라이드 4급 암모늄 염을 포함한다. 특히 바람직한 중합체는 아크릴아미드와, 디메틸아미노 에틸 아크릴레이트의 메틸 클로라이드 4급 암모늄 염의 공중합체를 포함한다.

당해 중합체는 실질적으로 분지화제 또는 가교결합제의 부재하에 제조되어 온 선형일 수 있다. 또는, 당해 중합체는, 예를 들면, 유럽 공개특허공보 제202780호에서와 같이 분지되거나 가교결합될 수 있다.

바람직하게는, 당해 중합체는 역상 에멀젼 중합에 이어, 임의로 공비 탈수로도 불리우는 감압 및 감온하에서의 탈수에 의해 오일 중의 중합체 입자의 분산액을 형성함으로써 제조될 수 있다. 또는, 당해 중합체는 역상 현탁 중합에 의해 비드 형태로, 또는 수용액 중합에 이어, 분쇄, 건조 후 미분시킴으로써 분말로서 제공될 수 있다. 당해 중합체는, 예를 들면, 유럽 공개특허공보 제150933호, 유럽 공개특허공보 제102760호 또는 유럽 공개특허공보 제126528호에 규정된 방법에 따라서, 현탁 중합에 의해 비드로서 또는 유중수 에멀젼 중합에 의해 유중수 에멀젼 또는 분산액으로서 생성될 수 있다.

제2 응집제는 30중량% 이상의 1종의 또는 2종 이상의 양이온성 단량체로부터 형성되는 것이 특히 바람직하다. 양이온성 단량체 단위를 40 또는 50중량% 이상 포함하는 중합체가 훨씬 더 바람직하다. 양이온도(cationicity)가 매우 높은 양이온성 중합체, 예를 들면, 80% 이하 또는 심지어 100% 양이온성 단량체 단위를 갖는 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 언급한 바와 같이, 제2 응집제는 비교적 고분자량이 바람직하다. 일반적으로, 제2 응집제는 미립자이며, 고유 점도가 0.5dℓ/g 이상인 중합체일 것이다. 통상적으로, 고유 점도는 3dℓ/g 이상일 것이고, 흔히 20dℓ/g 또는 30dℓ/g 만큼 높을 수 있지만, 바람직하게는 4 내지 10dℓ/g일 것이다. 수성 조성물로서 도입되는 경우, 제2 응집제는 3dℓ/g 이상일 것이며, 20dℓ/g 또는 30dℓ/g 만큼 높을 수도 있으며, 또한 바람직하게는 4 내지 10dℓ/g일 것이다.

중합체의 고유 점도는, 중합체의 활성 함량을 기준으로 하여 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 50㎖를 사용하여 용적 플라스크에서 100㎖로 희석시키고, 전체를 탈이온수를 사용하여 100㎖ 마크까지 희석시킨다. 중합체의 고유 점도는 1M 완충된 염 용액 중에서 25℃에서 넘버 1 현탁 레벨 점도계(Number 1 suspended level viscometer)를 사용하여 측정한다.

제2 응집제로서 사용하기 위한 하나의 특히 유용한 양이온성 중합체 종류는 고유 점도가 4 내지 10dℓ/g인, 디메틸 아미노 에틸 (메트) 아크릴레이트의 메틸 클로라이드 4급 암모늄 염 50 내지 100중량%와 아크릴아미드 0 내지 50중량%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 들면 7dℓ/g 또는 8dℓ/g 이상일 수 있다. 이러한 중합체는 포름알데하이드/아민 부가물을 폴리아크릴아미드와 반응시킴으로써 제조될 수 있다. 아민은, 예를 들면, 디메틸아민 또는 기타 2급 아민일 수 있다. 바람직하게는, 만니히 부가 폴리아크릴아미드는 4급화 염이고, 이들은 유리 염기 만니히를 적합한 4급화제, 예를 들면, 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.

효과적인 탈수는 이들 중합체가 제2 응집제로서 농후화된 현탁액에 첨가되는 경우에 달성될 수 있다.

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

각종 중합체들이 제1 응집제로서 사용되어 제2 응집제로 처리하기 위한 적합하게 농후화된 현탁액을 수득할 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.

다음 실시예는 본 발명을 설명한다.

실시예 1

유기 중합체 응집제의 2단계 첨가를 사용한 수성 현탁액의 탈수

중합체

중합체(A)는 고유 점도 12dℓ/g의 탈수 에멀젼(액체 분산 생성물) 형태의 선형 고분자량 양이온성 아크릴아미드계 중합체이다. 중합체(B)는 고유 점도 5dℓ/g의 비드 형태(bead form)의 선형 양이온성 4급화 디메틸 아미노 에틸 메타크릴레이트계 단독중합체이다.

달리 언급하지 않는 한, 고유 점도는 설명 부분에 기재된 정보에 따라, pH 7로 완충된 1M 염화나트륨 속에서 넘버 1 현탁 레벨 점도계를 사용하여 측정한다.

시험 기질

침지된 혼합 1차/활성화 슬러지 샘플에 대해 탈수 시험을 수행하였다. 샘플의 건조 고체 함량은 3.28%이다.

실험 공정

(A) 중합체의 2단계 첨가

i) 중합체(A)를 먼저 탈이온수에 용해시켜 1% w/v의 균질 용액을 수득하고, 사용 전에 0.25% w/v로 추가로 희석시켰다. 중합체(B)를 탈이온수에 용해시켜 1% w/v, 5% w/v 및 20% w/v의 세가지 균질 용액을 수득하였다. 1% w/v 용액을 탈이온수를 사용하여, 사용 전에 0.25% w/v로 추가로 희석시켰다.

ii) 침지된 혼합 1차/활성화 슬러지 250㎖를 1ℓ들이 플라스틱 비이커(120㎝ 직경 ×120㎝ 높이)에 넣었다. 표준 실험실용 교반기를, 비이커 뚜껑의 중심에서 구멍을 통해 위치해 있는 교반기 축을 갖춘 비이커에 고정시켰다. 교반기는 4개의 블레이드를 갖추고 있는 편평한 크로스헤드형이다(각 패들은 25㎝ 너비 ×1.1㎝).

iii) 적절한 용적의 중합체(A)의 0.25% 용액을 주입기를 사용하여 슬러지에 첨가하고, 뚜껑을 비이커에 고정시켰다. 1,500rpm에서 10초 동안 교반시켜 슬러지를 응집시켰다. 8㎝ 직경의 벨트-프레스 여과천(belt-press filter cloth)을 포함하는 필터 멤브레인을 갖는 여과 셀에 응집된 슬러지를 부어넣고, 측정용 실린더에 여액을 수거하였다.

iv) 30초 배출 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 옮겼다. 이후, 중합체(B)를 농후화된 슬러지에 가하였다. 중합체(B) 용액, 즉 0.25% w/v, 5% w/v 및 20% w/v를 주입기를 사용하여 주입하여 혼합하는 한편, 무수 상태의 중합체(B)는 단지 농후화된 슬러지의 상부에 뿌렸다. 중합체 속에서 혼합시키기 위해, 처리한 농후화된 슬러지를 느리게 원을 그리면서 섞는 동작(circular folding action)으로 스파츌라를 사용하여 45초 동안 손으로 교반하였다.

vi) 이후, 중합체 처리한 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 시간은 10분이 된다. 110℃에서 밤새 가열하여, 케이크 고체 함량을 측정하였다.

(B) 대조군 - 농후화된 슬러지의 혼합을 포함하는, 묽은 중합체(들)의 전형적인 1단계 첨가

하위 항목(iii)에서, 적절한 용적의 중합체(B)의 0.25% w/v 용액을 중합체(A)의 0.25% 용액과 동시에 가하고, 하위 항목(v)에서, 중합체(B)의 첨가를 생략하는 것을 제외하고는(농후화된 슬러지를 느리게 원을 그리면서 섞는 동작으로 스파츌라를 사용하여 45초 동안 손으로 교반하는 것은 그대로), 당해 공정은 항목(A)에 기재되어 있는 과정과 정확히 동일하였다.

(C) 대조군 - 농후화된 슬러지의 혼합을 제외한, 묽은 중합체(들)의 전형적인 1단계 첨가

항목(iii)에서, 적절한 용적의 중합체(B)의 0.25% w/v 용액을 중합체(A)의 0.25% 용액과 동시에 가하고, 항목(v)를 생략하는 것을 제외하고는, 당해 공정은 항목(A)에 기재되어 있는 과정과 정확히 동일하였다.

결과

시험(A)의 결과를 표 1에 기재하였다.

시험(B) 및 시험(C)의 결과를 표 2에 기재하였다.

상기 표 1에서, "-"는 "측정 안됨"을 의미한다.

상기 표 2에서, "-"는 "측정 안됨"을 의미하고, ^*는 농후화된 슬러지의 2단계 혼합을 생략함을 의미한다.

표 1과 표 2의 결과는, 건조 케이크 고체가 중합체의 2단계 첨가를 사용하여 수득됨을 입증한다.

표 1의 결과는, 높은 농도의 중합체 용액(5% 및 20%)과 실질적인 무수 중합체가, 제공된 건조 케이크 고체에서 전형적인 중합체 용액 농도(0.25%)만큼 효과적임을 나타낸다.

표 2의 결과는 또한 전형적인 처리로, 농후화된 슬러지의 추가 혼합[시험(B)]이 어떠한 추가의 혼합이 없는 것[시험(C)]에 비해 케이크 고체에 불리한 영향을 미침을 나타낸다.

실시예 2

제2 응집제가 높은 농도로 첨가되거나 고체로서 제1 응집제와 동시에 첨가되는 경우, 케이크 고체가 개선되지 않음을 입증하기 위함

중합체

중합체(A)는 고유 점도 12dℓ/g의 탈수 에멀젼(액체 분산 생성물) 형태의 선형 고분자량 양이온성 아크릴아미드계 중합체이다. 중합체(B)는 고유 점도 5dℓ/g의 비드 형태의 선형 양이온성 4급화 디메틸 아미노 에틸 메타크릴레이트계 단독중합체이다.

시험 기질

침지된 혼합 1차/활성화 슬러지 샘플에 대해 탈수 시험을 수행하였다. 샘플의 건조 고체 함량은 2.16%이다.

실험 공정

(A) 중합체의 2단계 첨가

ii) 침지된 혼합 1차/활성화 슬러지(Rotherham STW) 250㎖를 1ℓ들이 플라스틱 비이커(120㎝ 직경 ×120㎝ 높이)에 넣었다. 표준 실험실용 교반기를, 비이커 뚜껑의 중심에서 구멍을 통해 위치해 있는 교반기 축을 갖춘 비이커에 고정시켰다. 교반기는 4개의 블레이드를 갖추고 있는 편평한 크로스헤드형이다(각 패들은 25㎝ 너비 ×1.1㎝).

iii) 적절한 용적의 중합체(A)의 0.25% 용액을 주입기를 사용하여 슬러지에 첨가하고, 뚜껑을 비이커에 고정시켰다. 1,500rpm에서 10초 동안 교반시켜 슬러지를 응집시켰다. 8㎝ 직경의 벨트-프레스 여과천을 포함하는 여과 셀에 응집된 슬러지를 부어넣고, 측정 실린더에 여액을 수거하였다.

iv) 30초 배출 후에, 여과천에 보유된 농후화된 슬러지를 '퍼로윙' 기술을 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 옮겼다. 이후, 중합체(B)를 농후화된 슬러지에 가하였다. 중합체(B) 용액, 즉 0.25% w/v, 5% w/v 및 20% w/v를 주입기를 사용하여 주입하여 혼합하는 한편, 무수 중합체(B)는 단지 농후화된 슬러지의 상부에 뿌렸다. 중합체 속에서 혼합시키기 위해, 처리한 농후화된 슬러지를 느리게 원을 그리면서 섞는 동작으로 스파츌라를 사용하여 45초 동안 손으로 교반하였다.

vi) 이후, 중합체 처리한 농후화된 슬러지를 피스톤-프레스 장치로 옮기고, 압축 탈수 단계에 적용시킨다. 20psi의 압력을 사용하여 2분 동안 탈수를 개시한 다음, 추가의 3분 동안 10psi/분씩 최대 60psi까지 증가시킨다. 60psi에서 추가의 5분 동안 압력을 유지시키면 총 압축 탈수 시간은 10분이 된다. 110℃에서 밤새 가열하여, 케이크 고체 함량을 측정하였다.

(B) 대조군 - 농후화된 슬러지의 혼합을 제외한, 묽은 중합체(들)의 전형적인 1단계 첨가

항목(iii)에서, 적절한 용적의 중합체(B) 용액 또는 무수 중합체(B)를 중합체(A)의 0.25% 용액과 동시에 가하고, 항목(v)를 생략하는 것을 제외하고는, 당해 공정은 항목(A)에 기재되어 있는 과정과 정확히 동일하였다.

결과

시험(A)의 결과를 표 3에 기재하였다.

시험(B)의 결과를 표 4에 기재하였다.

상기 표 3에서, "-"는 "측정 안됨"을 의미한다.

표 3과 표 4의 결과는, 건조 케이크 고체가, 동시 첨가와는 반대로 중합체의 2단계 첨가를 사용하여 수득됨을 입증한다.

표 4의 결과는 또한 높은 농도의 용액(5% 또는 20%) 또는 무수 중합체를 사용하는 중합체(B)의 동시 첨가가 전형적인 농도(0.25%)를 사용하는 동시 첨가에 비해 개선된 결과를 제공하지 못함을 나타낸다.

Claims

수성 현탁액의 탈수 방법으로서,

상기 수성 현탁액이 하수 슬러지이고,

상기 방법이,

a) 분자량 1,000,000 이상의 양이온성 유기 아크릴아미드 중합체인 제1 응집제를 상기 현탁액에 상기 현탁액 1ℓ당 50 내지 600mg으로 첨가하여 농후화된 현탁액을 형성하여 유리수를 초기 응집 및 방출시키고,

b) 상기 농후화된 현탁액 속에, 양이온성 폴리아크릴아미드로부터 선택되거나, 디메틸 아미노 에틸 (메트) 아크릴레이트의 메틸 클로라이드 4급 암모늄 염 50 내지 100중량%와 아크릴아미드 0 내지 50중량%로부터 형성된 중합체인, 고유 점도가 4 내지 10dℓ/g인 제2 응집제를 상기 현탁액 1ℓ당 50 내지 400mg으로 도입한 후 혼합하고,

c) 상기 농후화된 현탁액을 기계적 압축 탈수시켜 케이크를 형성함을 포함하고,

상기 제2 응집제가, 중량 평균 입자 직경이 50㎛ 이상인 무수 상태의 중합체 입자(i) 또는 중합체 농도가 2중량% 이상인, 용해되거나 수화된 중합체를 포함하는 수성 조성물(ii)의 형태로 상기 현탁액 속에 혼합되는 수용성 또는 수팽윤성 중합체를 포함함을 특징으로 하는, 수성 현탁액의 탈수 방법.
삭제
제1항에 있어서, 상기 기계적 압축 탈수 방법이 벨트 프레스(belt press), 필터 프레스, 스크류 프레스 및 원심분리기로 이루어진 그룹으로부터 선택된 장치를 사용하는, 수성 현탁액의 탈수 방법.
제1항에 있어서, 상기 제2 응집제가, 중합체 농도가 2 내지 5중량%인 용해되거나 수화된 중합체를 포함하는 수성 조성물 형태인, 수성 현탁액의 탈수 방법.
삭제
제1항에 있어서, 제2 응집제가 30중량% 이상의 양이온성 단량체 또는 단량체들로부터 형성되는, 수성 현탁액의 탈수 방법.
삭제
삭제
제1항에 있어서, 제2 응집제가, 고유 점도가 4 내지 10dℓ/g인, 디메틸 아미노 에틸 (메트) 아크릴레이트의 메틸 클로라이드 4급 암모늄 염 50 내지 100중량%와 아크릴아미드 0 내지 50중량%로부터 형성된 중합체인, 수성 현탁액의 탈수 방법.
삭제
삭제
제1항에 있어서, 상기 제2 응집제가 액체 중의 슬러리 형태로 현탁액에 도입되는, 수성 현탁액의 탈수 방법.
제12항에 있어서, 상기 액체가 폴리에틸렌 글리콜인, 수성 현탁액의 탈수 방법.