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TW201920005A - 經表面處理之礦物材料及其在水淨化的應用 - Google Patents

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TW201920005A
TW201920005A TW108102407A TW108102407A TW201920005A TW 201920005 A TW201920005 A TW 201920005A TW 108102407 A TW108102407 A TW 108102407A TW 108102407 A TW108102407 A TW 108102407A TW 201920005 A TW201920005 A TW 201920005A
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mineral material
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sediment
cationic
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TW108102407A
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瑪汀 波菲特
皮斯可 傑吉
丹尼爾Ｅ 葛拉德
尤阿辛 史考寇夫
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瑞士商歐米亞國際公司
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Abstract

本發明係關於一種用於增加水性污泥及/或沉積物之固體含量的方法；經表面處理之礦物材料的用途，其用於增加污泥及/或沉積物的固體含量；以及一種含經表面處理之礦物材料和雜質的複合材料，其係藉由該方法所獲得。

Description

經表面處理之礦物材料及其在水淨化的應用
本發明係關於一種用於增加水性污泥及/或沉積物之固體含量的方法；經表面處理之礦物材料的用途，其用於增加污泥及/或沉積物的固體含量；以及一種含經表面處理之礦物材料和雜質的複合材料，其係藉由該方法所獲得。
水污染在全世界構成了嚴重的問題。在此方面，水污染被認為是在發展中國家造成死亡和疾病的主要原因，但工業化國家仍在掙扎於此污染問題，一般來說，當水、污泥及沈積物經人為污染物所損害時則會被認定為遭污染，且並無法支應人類的使用，諸如：用作飲用水，及/或對水生及/或以陸地為主的植物和動物區系產生不利影響。
導致水、污泥及沈積物污染的特定污染物或雜質包括各式各樣的化學物質、病原體及物理或感覺的變化，諸如：高溫、不良氣味及變色。在此方面，該化學污染物可包括有機物質和無機物質，特定言之，許多該等無機成分也可為天然存在的(鈣鹽、鈉鹽、錳鹽等)，以至於它們的濃度通常是以下之關鍵：確定何者為天然水、污泥或沉積物成分，以及何者為污染物。這種水、污泥或沉積物污染的來源通常源自於都市(urban)廢水、或城市的(municipal)廢水或工業廢水，然而，該等污染物和雜質可進入天然水循環 中，且舉例而言，含該等污染物或雜質的水、污泥及/或沉積物因而可為湖水、河水、鹹水〔例如：微鹹水、鹽水或鹵水(brine)〕、污泥(諸如：港口污泥、海洋污泥或沿岸污泥)或土木工程的懸浮沉積物(諸如：鑽井泥漿或褐煤污泥)。
在本領域中，有數種用於淨化污水及/或污泥及/或懸浮沉積物之脫水的途徑已被提出，舉例而言，有一種途徑涉及添加絮凝劑(Flocculant)以去除或至少降低污染物的量，該污染物諸如：精細固體、微生物及經溶解的無機和有機材料。絮凝是指以凝聚物或「片狀」形式、從溶液中將經溶解的化合物及/或膠體粒子去除之方法，而該術語亦經用於指出將精細粒子叢聚在一起成為絮凝物之方法。
絮凝劑或絮凝試劑(flocculating agent)是化學品，其經使用於水中以促進絮凝，特別是經使用於廢水中，或者是污泥及/或沉積物處理方法中。
許多絮凝劑為多價陽離子，諸如：鋁、鐵、鈣或鎂。這些帶正電荷的離子會與帶負電荷的粒子和分子相互作用，以降低聚集障壁；此外，在適當的pH和其它條件下，許多此類化學品會與水反應形成不溶性氫氧化物，當其沉澱時，會連接在一起形成長鏈或篩孔，物理性地將小粒子捕捉進較大的絮凝物中。
所使用的常見絮凝劑或凝聚劑(coagulant)為硫酸鋁或聚氯化鋁(PAC)。硫酸鋁會與水反應形成氫氧化鋁的絮凝物，與鋁化合物的凝聚可在水成品中留下鋁殘留物，其在高濃度時對人類有毒性；在聚氯化鋁(PAC)溶液中，鋁離子已形成在離子簇所組成的聚合物裡，該離子簇係藉由氧原子進行橋接。舉例而言，PAC係經用於處理褐色飲用水，其包含有機材料(諸如樹葉)及/或無機材料(諸如導致褐色變色的鐵和錳化合物)，然而，PAC通常不 足以從水中去除所有的棕色變色。
氯化鐵(III)為另一種常見的凝聚劑。鐵(III)凝聚劑比起硫酸鋁能作業於更大的pH範圍內，但對許多水源水而言並不有效，有鐵化合物的凝聚劑典型地會在水成品中留下鐵殘留物，這可給水帶來輕微的味道，並可導致瓷器夾具上呈褐色的色斑；此外，氯化鐵(III)將給水處理系統帶來腐蝕風險。
用在基於高比表面積(諸如：活性碳或膨土)之水處理的其它熟知絮凝劑具有一般性缺點，即在它們吸附待去除物質之後，非常難將其加以分離，其原因在於該絮凝劑的精細分離狀態(finely divided state)。
另一種策略涉及使用聚合絮凝助劑。習知的聚合絮凝助劑為聚丙烯醯胺，然而，此途徑的一個問題為這些聚合絮凝助劑通常在很大程度上係經過量使用，以確保待處理之水中的所有精細固體粒子聚集，因此，從水相中將經絮凝材料加以分離之後，濾液中的聚丙烯醯胺含量通常會增加，其原因在於所使用的大量聚合絮凝助劑。然而，由於含聚合絮凝助劑(特別是聚丙烯醯胺)的水存在著嚴重的環境問題，所以在本質上不能將濾液輕易地排出，因此，需要進一步的時間和低成本淨化步驟，以從濾液中去除聚合絮凝助劑。
另一種途徑涉及使用經表面處理之碳酸鈣，其中係以一種塗料覆蓋該碳酸鈣的至少一部分可及表面積，該塗料包含至少一種如EP 2589430或WO 2014/180631中所揭示之陽離子性聚合物；在CA 2734310中揭示了使用含有聯繫(tethering)聚合物的錨(anchor)粒子；在EP 0273335中揭示了藉由使用固體材料來使經溶解的化合物及/或膠體粒子絮凝，其中係以聚陽離子性聚合物來處理這些固體材料的表面。
然而，此途徑的一個問題為，如果從水相中將經絮凝材料加以去除(例如藉由通過過濾)，則會在相當短的時間內堵塞住過濾器，因此，這 種所得濾餅的水含量相對較高，導致燃燒時的能量消耗急劇增加；另一方面，由於脫水率低，這種過濾方法往往非常耗時；此外，由於上述問題，所得污泥及/或沉積物難以被脫水，所以這些經處理之污泥及/或沉積物的固體含量仍然相當低。如此一來的結果為，因為無法將污泥及/或沉積物當作半固體材料來進行處理(舉例而言，可用諸如機械挖掘機的適當設備來剷除半固體材料)，但仍然需要一些強力的泵送，所以其處理是相當複雜的，只能藉由除渣來去除表面上的浮動材料，其需要大型槽體，且因為除渣時亦將去除水，故除渣材料仍需經受脫水步驟，且因此需將額外的脫水設備放置到位。
因此，會持續需要可用於污泥及/或沉積物處理方法中的替代試劑、物質或加工條件，其比起現有絮凝劑或方法能提供更佳的性能，或者是可經用於改善或增補現有試劑、物質或加工條件的性能。
在此方面，可發現本發明的一個目的為提供替代試劑、物質或加工條件，其比起現有絮凝劑或方法能提供更佳的性能或增補的性能，並有效地增加待處理之污泥及/或沉積物的固體含量。
另一個目的為提供替代試劑、物質或加工條件，其比起現有絮凝劑或方法能提供更佳的性能或增補的性能，並有效地降低待處理之污泥及/或沉積物裡，經過濾之水中的雜質濃度，而他們較佳能在低成本時也同時有好的性能。
可發現本發明的另一個目的為提供試劑、物質或加工條件，可將其使用在一種用於增加污泥及/或沉積物之固體含量的方法中，該試劑、物質或加工條件比起現有絮凝劑或方法能提供更好的性能或增補的性能，並有效地導致出一種污泥或沉積物，其基於所得污泥或沉積物的總重量計，具有相對低 的水含量。
可發現本發明的進一步目的為提供試劑、物質或加工條件，其有助於污泥或懸浮沉積物之過濾。
藉由經界定於獨立項中之本發明標的，解決了上述目的和其它目的。
本發明的第一態樣係關於一種用於增加水性污泥及/或沉積物之固體含量的方法，其包含以下步驟：a)提供含雜質之待脫水的水性污泥及/或沉積物；b)提供至少一種經表面處理之礦物材料，其中在進行表面處理前的該礦物材料具有0.05g/mL至0.80g/mL之乾粉振實容積密度(tapped bulk density)(根據ISO 787/11標準方法所測量)，且其中係藉由一種材料來對該礦物材料進行表面處理，該材料向該礦物材料提供陽離子電荷；c)使步驟a)的污泥及/或沉積物和步驟b)的至少一種經表面處理之礦物材料接觸，以獲得經表面處理之礦物材料和雜質的複合材料；以及d)從含步驟c)之複合材料的污泥及/或沉積物中去除水。
本發明人驚訝地發現到，可藉由至少一種材料來對礦物材料進行表面處理而獲得經表面處理之該礦物材料，該材料向該礦物材料提供陽離子電荷，其中在進行表面處理前的該礦物材料具有0.05g/mL至0.80g/mL之乾粉振實容積密度(根據ISO 787/11標準方法所測量)，且可有效地用於增加水性污 泥及/或沉積物的固體含量；此外，可將此經表面處理之礦物材料用於水性污泥及/或沉積物的水淨化。
本發明人發現到，當至少一種經表面處理之礦物材料被至少部分施加至待處理的水性污泥及/或沉積物表面上，或者是與待處理之水性污泥及/或懸浮沉積物進行混合時，此種經表面處理之礦物材料會向該水性污泥及/或沉積物中的雜質提供優異結合活性；此外，本發明人發現到，在過濾此種穩定懸浮液的過程中可降低或防止過濾器的堵塞或阻塞(clogging)，因此，這種所得濾餅的水含量相對較低，導致燃燒時的能量消耗急劇減少，且因而降低了能源成本，因此，所提供者為一種用於增加水性污泥及/或沉積物之固體含量的有效方法。已經觀察到容積密度的選擇對本發明方法而言係至關重要的，在進行表面處理前的礦物材料之乾粉振實容積密度為0.05g/mL至0.80g/mL，其經假設額外反映了該礦物材料的孔隙率，此種選擇與表面處理結合後，對水性污泥及/或沉積物的所謂固體含量增加作出相當大程度的貢獻。
本發明的另一種態樣係關於經表面處理之礦物材料的用途，其用於增加污泥及/或沉積物的固體含量，其中在進行表面處理前的該礦物材料具有0.05g/mL至0.80g/mL之乾粉振實容積密度(根據ISO 787/11標準方法所測量)，且其中用一種材料來對該礦物材料進行表面處理，該材料向該礦物材料提供陽離子電荷。
本發明的另一種態樣係關於一種含經表面處理之礦物材料和雜質的複合材料，其係藉由根據本發明之方法所獲得。
應理解到為了本發明之目的，以下術語具有以下含義：術語「淨化(purification)」在本發明中之意涵是指減少或去除水中不能被容忍的有害化合物及/或其它化合物；此外，該術語是指降低水中天然存在之化合物的濃度。
術語「雜質(impurities)」在本發明中之意涵是指天然存在之化合物，其中它們在水裡的濃度，及/或在污泥及/或沉積物裡的濃度係高於天然濃度及/或非天然存在的化合物。
術語「礦物材料(mineral material)」在本發明中之意涵是指在標準環境溫度和壓力(SATP)下(其是指溫度25℃和絕對壓力正好100kPa)為固體、天然存在或合成所產生的物質，該天然存在的物質為無機的，且具有晶體結構或非晶形的。
術語「經表面處理(surface-treated)」之礦物材料在本發明中之意涵是指一種礦物材料，其已透過另外的處理步驟，用向該礦物材料提供陽離子電荷的材料來進行加工，以使得該礦物材料粒子的表面更具陽離子性。其中在本申請案中，已描述了將一種化合物(特別是陽離子性聚合物或三價陽離子)「塗佈至」或「加載至」(顆粒狀)礦物材料上，這意味著該化合物可通常存在於從該粒子外部直接可及之粒子的全部或部分位置上，這些位置包括粒子的外部表面，還有從外部表面可及的孔或孔腔。
術語「可及表面積(accessible surface area)」或「可及外部表面(accessible outer surface)」之礦物材料在本發明中之意涵是指可及或暴露於至少一種材料的礦物材料粒子表面，該材料向藉由熟諳此技藝者所習知之混合及/或塗佈技術來進行施加的礦物材料提供陽離子電荷，且從而在該礦物材料粒子的表面形成單層陽離子表面處理材料。在此方面，應注意到需用來將可及表面積完全飽和之陽離子表面處理材料的量係經界定為單層濃度，因此可藉由在礦物材料粒子表面上形成雙層或多層結構來選擇更高的濃度，基於Papirer、Schultz及Turchi之發表(Eur.Polym.J.,Vol.20,No.12,pp.1155-1158,1984)，熟諳此技藝者可輕易地計算此種單層濃度。
術語「顆粒狀(particulate)」在本發明中之意涵是指由多個粒 子所構成的材料。舉例而言，可藉由該多個粒子的粒徑分佈來定義它。
術語「該材料向該礦物材料提供陽離子電荷(material which provides a cationic charge to the mineral material)」在本發明中之意涵是指當與礦物粒子結合時，提供正總電荷的任何表面處理材料或塗料材料；術語「一價、二價或三價陽離子(mono-,di-,or trivalent cations)」是指具有一個、兩個或三個正負載的陽離子，例如：Fe3+-離子、Al3+-離子、Mn2+-離子及Zn2+-離子；術語「陽離子性聚合物(cationic polymer)」在本發明中之意涵是指當與礦物材料粒子結合時，提供正總電荷的任何聚合物。因此，只要仍有能提供正總電荷的充分陽離子單體單元，就不排除陰離子單體單元的存在，而亦可將相同概念套用至與礦物粒子結合時能提供正總電荷的兩性聚合物。
術語「振實容積密度(tapped bulk density)」在本發明中之意涵是指粉末的密度，其取決於個別粒子被多緊密地包裝在一起。容積密度不僅會被固體的真實密度影響，還會被粒徑分佈、粒子形狀及內聚性影響，處理或振動粉末化材料能克服內聚力並允許粒子相對於彼此進行移動，且較小的粒子可因此進入較大粒子間的空間裡，則由粉末所佔據的總體積減少，且其密度增加，最終不加壓就無法測量到其它天然粒子的堆疊，在這個階段，已實現了最大限度的粒子堆疊。在振實速率、落差高度及容器尺寸的受控條件下，最大堆疊效率之條件為高度可重複的。因此，可以精確地測量振實密度，這種振實密度的測量係經形式化於ISO 787/11(787-11：1981“General methods of test for pigments and extenders--Part 11：Determination of tamped volume and apparent density after tamping”)，而亦能夠執行自動化振實密度測定。
在本案的上下文中，應將術語「孔(pore)」理解成描述在顆粒間及/或顆粒內部所發現的空間，即由粒子在它們最近相鄰接觸下所形成的空間(粒子間的孔)，諸如在多孔粒子內的粉末空間抑或緻密及/或空隙空間(粒 子內的孔)中，且當藉由表面潤濕液體的液體及/或支撐體吸收而將該等空間加以飽和時，允許液體在壓力下通過。
可從汞侵入孔隙率測量(intrusion porosimetry measurement)來計算根據本發明之「顆粒內的侵入比孔體積(intraparticle intruded specific pore volume)」，且其描述了在每單位質量之含粒子樣品中，在粒子內所發現的經測量孔體積。侵入比空隙體積表示在每單位質量之樣品中，能被汞侵入之全部個別孔體積的總和，其能藉由使用Micrometrics Autopore IV孔隙率測定儀來進行測量。例示性的汞孔隙率測量實驗必需排空多孔樣品以去除經捕獲之氣體，而樣品在那之後會被汞圍繞，可用被樣品取代的汞量來計算出樣品之整體體積(Vbulk)；然後將壓力施加於汞，以至於其透過連接到外部表面的孔來侵入樣品，汞的最大施加壓力可為414MPa，其相當於拉普拉斯喉直徑0.004μm；針對汞效應和穿透計效應而言，還有也針對樣品的壓縮而言，可用Pore-Comp(P.A.C Gane等人，“Void Space Structure of Compressible Polymer Spheres and ConsolidatedCalcate Carbon Carbon Paper-Coating Formulations”,Industrial and Engineering Chemistry Research 1996,35(5)：1753-1764)來校正數據，藉由採用累加侵入曲線的一階導數，就揭露了基於等效拉普拉斯直徑的孔徑分佈，其不可避免地包括屏蔽效應(若存在)；侵入總比空隙體積對應於藉由汞孔隙率測定儀所測定、每單位質量之樣品中的空隙體積。
術語「固體(solid)」是指材料的物理狀態，除非另有說明，否則係在溫度20℃下觀察此物理狀態。
應將化合物的「絕對水溶性(absolute water solubility)」理解為在水中的化合物最大濃度，其中可以在平衡條件下、在20℃時觀察到一種單相混合物。絕對水溶性係以每100g水中的化合物(g)來加以提供。
本文中所述之顆粒狀材料的「粒徑(particle size)」係藉由其 粒徑的分布d x來加以描述，其中d x值表示某直徑，相對於它有以重量計x %之粒子具有小於d x的直徑。舉例而言，此意謂d 20值為粒徑中所有粒子之20wt%小於該粒徑者；d 50值因而為重量中值粒徑，即所有粒子之50wt%大於該粒徑，且50wt%小於該粒徑；除非另有說明，否則為了本發明之目的，粒徑係經指定為重量中值粒徑d 50。粒徑係藉由使用Micromeritics儀器公司的SedigraphTM 5100儀器來進行測量，該方法和該儀器為熟諳此技藝者所習知的，且通常經用於測定填料和顏料的粒徑，係在0.1wt% Na4P2O7的水溶液進行該測量。
藉由以氮氣作為吸附氣體的Brunauer Emmett Teller(BET)法，還有使用來自Micromeritics的Gemini V儀器，可測定本發明之通篇文件中所使用的材料「比表面積(specific surface area)」(以m2/g表達)，該方法為熟諳此技藝者所熟知，且經界定於ISO 9277：1995。在測量之前，在250℃下調節樣品30分鐘的時間，可藉由將比表面積(m2/g)和材料的質量(g)相乘來獲得該材料的總表面積(m2)。
如果有需要，可藉由使用來自Mettler-Toledo(T=120℃、自動開閘3、標準乾燥)的濕氣分析儀HR73、以樣品尺寸為5至20g來測定懸浮液的「固體含量」(在本發明之意涵中係以wt%來加以提供)和複合材料的「水含量」(在本發明之意涵中係以wt%來加以提供)。
除非另有規定，否則術語「乾燥(drying)」是指一種據以從待乾燥之材料中去除至少一部分水的方法，以達成所得「乾燥」材料在120℃下之重量為恆定的。此外，「經乾燥」或「乾燥」材料係藉由其總濕氣含量來進行定義，除非另有規定，基於乾燥材料的總重量計，該總濕氣含量小於或等於1.0wt%、較佳小於或等於0.5wt%、更佳小於或等於0.2wt%及最佳在0.03至0.07wt%之間。
除非另有明確陳述，否則在本文中，當明確或不明確之冠詞 (例如：「a」、「an」或「the」)係經用於出單數名詞時，其包括該名詞的複數。
當在本發明說明書和申請專利範圍中使用術語「含(comprising)」的情況下，其並未排除其它要素。為了本發明之目的，術語「由...所組成(consisting of)」係經認為是術語「含」的較佳具體實例，若在下文中將一個群組界定為包括至少一定數量的具體實例，則也應將其理解為揭示了一個較佳僅由這些具體實例所組成之群組。
可交換使用如「可獲得(obtainable)」或「可定義(definable)」之術語，還有「所得(obtained)」或「經界定(defined)」之術語。舉例而言，這意味著除非本案的上下文中另有清楚地規定，否則縱然總是藉由術語「所得(obtained)」或「經界定(defined)」來包括一種有限的理解以作為較佳具體實例，但卻並非必須用術語「所得(obtained)」來說明例如：需藉由例如術語「所得(obtained)」之前的步驟順序來獲得此種具體實例。
每當使用術語「包括(including)」或「具有(having)」時，這些術語必須相當於如本文先前所界定的「含(comprising)」。
在相應之下方申請專利範圍(subclaims)中界定了本發明方法的有利具體實例及其用途。
根據本發明的一個具體實例，步驟a)的該污泥及/或沉積物包含諸如以下之污泥：港口污泥、河川污泥、沿岸污泥或消化污泥、採礦污泥、城市污泥、土木工程污泥、鑽井泥漿及來自以下之污泥：石油探勘；啤酒廠或其它飲料工業的廢水或操作用水；造紙工業中的廢水或操作用水；彩色、油漆或塗料工業；農業廢水；屠宰場廢水；皮革工業廢水及皮革鞣製工業。
根據本發明的另一個具體實例，步驟b)的至少一種經表面處理 之該礦物材料包括含碳酸鎂及/或碳酸鈣的礦物材料、及/或含鋁或鋁矽酸鹽的礦物材料及/或頁矽酸鹽，且較佳係選自由以下所組成之群組：浮石、岩渣(scorea)、凝灰岩、MCC、高嶺土、膨土、鋁土、鋁礬土、石膏、碳酸鎂、珍珠岩、白雲石、矽藻土、碳鈣鎂礦、菱鎂礦、軟水鋁石、坡縷石、雲母、蛭石、菱水鎂鋁石、鋰膨潤石、禾樂石、三水鋁石、高嶺石、蒙脫石、伊來石、綠坡縷石、合成鋰皂石、海泡石、水菱鎂礦、沸石及其混合物，較佳係選自由以下所組成之群組：MCC、碳鈣鎂礦、珍珠岩、水菱鎂礦、沸石、膨土及其混合物，以及最佳係選自由以下所組成之群組：水菱鎂礦、沸石及其混合物。
根據本發明的另一個具體實例，關於在進行表面處理前的至少一種經表面處理之該礦物材料，其礦物材料粒子具有以下重量中值粒徑d 50值：介於1.0μm和300μm之間、較佳介於1μm和200μm之間、更佳介於2μm和50μm之間、又更佳介於3μm和30μm之間，以及最佳介於4μm和25μm之間；及/或在進行表面處理前的至少一種經表面處理之該礦物材料，其礦物材料具有以下乾粉振實容積密度(根據ISO 787/11標準方法所測量)：0.07g/mL至0.60g/mL、較佳為0.08g/mL至0.40g/mL及最佳為0.10g/mL至0.20g/mL；及/或在進行表面處理前的至少一種經表面處理之該礦物材料，其礦物材料粒子具有以下比表面積：1至800m2/g、更佳為20至500m2/g、又更佳為30至300m2/g及最佳為30至150m2/g。
根據本發明的另一個具體實例，至少一種經表面處理之該礦物材料的表面處理包含至少一種選自由以下所組成之群組的材料：一價、二價或三價陽離子；陽離子性聚合物及其混合物，該材料向該礦物材料提供陽離子電荷。
根據本發明的另一個具體實例，該陽離子性聚合物包含以下聚合物：具有以下正電荷密度：在1mEq/g和15mEq/g範圍內、更佳在2.5mEq/g 和12.5mEq/g範圍內，以及最佳在5mEq/g和10mEq/g範圍內；及/或其中至少60%、較佳至少70%、更佳至少80%、又更佳至少90%及最佳等同於100%之單體單元具有正電荷；及/或具有以下重量平均分子量Mw：低於1,000,000g/mole、更佳為50,000至750,000g/mole、又更佳為50,000至650,000g/mole及最佳為100,000至300,000g/mole；及/或為均聚物，其係基於選自由以下所組成之群組的單體單元：二烯丙基二烷基銨鹽、三級胺和四級化的胺、四級化的亞胺、丙烯醯胺、甲基丙烯醯胺、N,N-二甲基丙烯醯胺、丙烯酸、甲基丙烯酸、乙烯磺酸、乙烯吡咯啶酮、丙烯酸羥乙酯、苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯及乙酸乙烯酯，較佳為二烯丙基二烷基銨鹽和丙烯酸；或為共聚物，其係基於選自由以下所組成之群組的單體單元：二烯丙基二烷基銨鹽和甲基丙烯酸，還有選自由以下所組成之群組的共聚單體單元：丙烯醯胺、甲基丙烯醯胺、N,N-二甲基丙烯醯胺、丙烯酸、甲基丙烯酸、乙烯磺酸、乙烯吡咯啶酮、丙烯酸羥乙酯、苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、乙酸乙烯酯及其混合物，較佳該單體單元係選自二烯丙基二烷基銨鹽和甲基丙烯酸，且該共聚單體單元係選自丙烯醯胺和丙烯酸。
根據本發明的另一個具體實例，該一價、二價或三價陽離子係選自Fe3+、Al3+、Mn2+、Zn2+及其混合物。
根據本發明的一個具體實例，用向該礦物材料提供陽離子電荷的至少一種材料來對礦物材料之以下可及表面積進行表面處理：至少0.1%、較佳介於0.2%和50%之間、更佳介於0.5%和30%之間、又更佳介於0.7%和20%之間，以及最佳介於1.0%和10%之間。
根據本發明的另一個具體實例，該方法進一步包含步驟e)，其使步驟a)之待脫水的污泥及/或沉積物的和至少一種聚合絮凝助劑接觸。
根據本發明的另一個具體實例，該聚合絮凝助劑具有以下重量平均分子量Mw：在100,000至10,000,000g/mole範圍內、較佳在300,000至 5,000,000g/mole範圍內、更佳在300,000至1,000,000g/mole範圍內，以及最佳在300,000至800,000g/mole範圍內；及/或為非離子性或離子性、較佳係選自以下的陽離子性或陰離子性聚合物：聚丙烯醯胺、聚丙烯酸酯、聚(氯化二烯丙基二甲基銨)、聚乙烯亞胺、多胺、澱粉及其混合物。
根據本發明的另一個具體實例，係藉由過濾、沉積及離心，且較佳藉由過濾來執行步驟d)。
根據本發明的另一個具體實例，該方法進一步包含添加陰離子性聚合物之步驟，其係在步驟d)之前、較佳在步驟c)之後。
根據本發明的另一個具體實例，該複合材料在過濾自污泥及/或沉積物之後，以及在乾燥之前，具有以下水含量：少於90wt%、較佳低於80wt%、更佳低於60wt%、又更佳低於50wt%及最佳低於30wt%。
如上所述，用於增加水性污泥及/或沉積物之固體含量的本發明方法包含步驟a)、b)、c)及d)；在下文中指出了本發明的進一步細節，且特別是用於水淨化，還有污泥及/或沉積物脫水之本發明方法的前述步驟。
步驟a)：提供待脫水之水性污泥及/或沉積物
根據本發明方法的步驟a)，提供了待脫水之水性污泥及/或沉積物，其中該污泥及/或沉積物包含雜質。
該污泥及/或沉積物包含諸如以下之污泥：港口污泥、河川污泥、沿岸污泥或消化污泥、採礦污泥、城市污泥、土木工程污泥、鑽井泥漿及來自以下之污泥：石油探勘；啤酒廠或其它飲料工業的廢水或操作用水；造紙工業中的廢水或操作用水；彩色、油漆或塗料工業；農業廢水；屠宰場廢水；皮革工業廢水及皮革鞣製工業。
在本發明的上下文中，術語「操作用水(process water)」是指運作或維護工業程序所需的任何水。術語「廢水(waste water)」是指從其使 用地點(例如工廠)所排出的任何水。
術語「污泥(sludge)」在本發明中之意涵是指任何種類的污泥，例如：初級污泥、生物污泥、混合污泥，、消化污泥、物理化學污泥及礦物污泥。在此方面，初級污泥來自沉降過程，且通常包含大的及/或緊密的粒子；生物污泥來自廢水的生物處理，且通常係由微生物的混合物所製成，這些微生物(主要為細菌)透過外聚合物之合成而在細菌絮凝中進行合併；混合污泥為初級污泥和生物污泥之摻合物，且通常包含35wt%至45wt%的初級污泥，還有65wt%至55wt%的生物污泥；消化污泥來自生物穩定步驟，且通常係在生物污泥或混合污泥中執行操作之方法(稱為消化作用)，其可在不同溫度(嗜溫性或嗜熱性)下，以及在有氧氣存在或無氧氣存在(嗜氧性或厭氧性)時完成該方法；物理化學污泥為物理化學處理廢水之結果，且係由凝聚物所構成，其係藉由化學處理所產生；礦物污泥係經提供自礦物加工過程(諸如：採石場加工或採礦選礦過程)中所產生的污泥，且基本上包含各種尺寸的礦物粒子。
在本發明的上下文中，術語「沉積物(sediment)」是指任何天然存在之材料的含水粒子。
較佳地，待處理之污泥及/或沉積物包含有機雜質及/或無機雜質。
根據本發明的方法，待處理之污泥及/或沉積物包含無機雜質。術語「無機雜質(inorganic impurities)」在本發明中之意涵是指天然存在之化合物，其中它們在水裡的濃度，及/或在污泥及/或沉積物裡的濃度高於典型在水裡所觀察到的天然濃度及/或非天然存在的化合物。
特別的是，許多無機雜質典型地係作為經溶解之無機物而存在，即溶液中的無機物質，諸如鈣及/或鎂的碳酸氫鹽，其能引發暫時硬度，而硫酸鹽和氯化物則帶來永久硬度。存在於水裡，及/或在污泥及/或沉積物裡的 其它無機雜質包括以下：二氧化碳，其溶解於水中以提供弱酸性的碳酸；鈉鹽；沙河床中所濾出的矽酸鹽；來自鹽水侵入的氯化物；鋁，其來自使用化學品和礦物質；肥料的磷酸鹽；衍生自促進牙齒強健之添加劑的氟化合物，還有肥料工廠和鋁工廠所排放的氟化合物；衍生自肥料使用之徑流的硝酸鹽化合物和亞硝酸鹽化合物，還有化糞池所滲漏的硝酸鹽化合物和亞硝酸鹽化合物；污水或氯，其衍生自城市系統的氯化以防治水煤性疾病；衍生自鋼鐵工廠和金屬工廠，還有塑膠工廠和肥料工廠所排放的氰化合物。
若待處理之污泥及/或沉積物包含重金屬雜質，則它們典型地為以下：鐵化合物，其衍生自礦物和生鏽鐵管的亞鐵和鐵；銻化合物，其衍生自石油精煉廠、阻燃劑或電子產品的排放物；砷化合物，其衍生自天然沉積物的沖蝕、果園的徑流、玻璃的徑流及生產電子產品時的廢物；鋇化合物，其衍生自鑽井廢物和金屬精煉廠的排放物；鈹化合物，其衍生自金屬精煉廠和燃煤工廠的排放物，還有電氣、航太及國防工業的排放物；鎘化合物，其衍生自鍍鋅管的腐蝕加工、金屬精煉廠的排放物及廢電池和油漆的徑流；鉻化合物，其衍生自鋼鐵廠和製漿廠的排放物；鈷和鎳化合物，金屬精煉廠的排放物和廢電池的徑流；銅和鉛化合物，其衍生自家用衛生設備系統的腐蝕加工；硒化合物，其衍生自石油精煉廠和礦廠的排放物，諸如：用於金屬或金屬礦提取之礦廠，或者是任何其它產生污染污泥的礦廠；鉈化合物，其衍生自衍生自礦廠加工處的濾出物，還有從電子、玻璃和藥廠的排出物；或者是鋅或汞化合物，其衍生自採礦、冶煉金屬(如：鋅、鉛及鎘)及鋼鐵生產，且燃燒煤和某些廢物可將鋅釋放至環境中。
此外，待處理之污泥及/或沉積物亦可包含有機雜質。在本發明的上下文中，須廣義地解釋術語「有機雜質(organic impurities)」，且其包括特定的有機化合物，諸如：界面活性劑、多環化合物、膽固醇或內分泌干擾化 合物，還有更複雜的有機材料(例如：來自微生物的有機材料)。
雜質在本發明中之意涵應包括有機雜質、無機雜質、生物雜質、礦物雜質或其組合，其中該雜質可用經溶解、經分散或經乳化的形式存在，還有用膠體的形式存在；或經吸附於固體；以及用其組合或甚至其它的形式存在。
較佳地，待淨化之污泥及/或沉積物包括至少一種下列有機雜質，其係選自由以下所組成之群組：界面活性劑；膽固醇；內分泌干擾物；胺基酸；蛋白質；碳水化合物；消泡劑；上漿劑，其係選自由以下所組成之群組：烷基烯酮二聚物(AKD)、鏈烯基琥珀酸酐(ASA)或其混合物；聚乙酸乙烯酯；聚丙烯酸酯，特別是聚丙烯酸酯橡膠；苯乙烯丁二烯共聚物，特別是苯乙烯丁二烯橡膠；微生物；礦物油；植物的油和脂肪；或其任何混合物。
在本發明方法的另一較佳具體實例中，有機雜質亦包含瀝青。本發明中所用之術語「瀝青(pitch)」是指在造紙或製漿加工時所產出的特定類型有機材料，造紙時的主要纖維來源為木材，其藉由研磨、熱處理及化學處理之組合而在製漿過程中被還原成其組分纖維，在此過程中，木材內所包含的天然樹脂係以微滴形式被釋放至操作用水中，這些液滴被稱為瀝青。通常將瀝青的化學組成物分成四類親脂性成分：脂肪和脂肪酸、固醇酯和固醇、類萜及蠟；化學組成物取決於纖維來源，諸如：樹的種類，還有產生樣品的季節生長。
若有機成分為界面活性劑，則該界面活性劑可為離子性或非離子性。若該界面活性劑為陰離子性，則其可具有選自羧酸酯、硫酸酯或磺酸酯的官能團；若該界面活性劑為陽離子性，則其官能團可為四級銨基團。
若待處理之污泥及/或沉積物包含內分泌干擾化合物，則它們較佳係選自含有以下之群組：舉例而言，內源性激素，諸如：17β-雌二醇 (E2)、雌酮(E1)、雌三醇(E3)、睾固酮或二氫睾酮；植物激素和黴激素，諸如：β-植甾醇、金雀異黃酮(genistein)、大豆黃酮或玉米赤黴烯酮(zeraleon)；藥物，諸如：17β-乙炔雌二醇(EE2)、美雌醇(mestranol，ME)，己烯雌酚(DES)；以及工業化學品，諸如：4-壬基苯酚(NP)、4-叔辛基苯酚(OP)、雙酚A(BPA)、三丁基錫(TBT)、甲基汞、鄰苯二甲酸酯、PAK或PCB。
若待處理之污泥及/或沉積物包含消泡劑，則它可以是環氧乙烷乙二醇醚、基於矽油的消泡劑、脂肪酸酯消泡劑或任何其混合物。消泡劑較佳可選自黏性物質，黏性物質是源自於再生紙的潛在沉積物形成成分，一般來說，實例為膠水、熱熔塑膠、印刷油墨及膠乳。在生產紙產品成品時，造紙工業利用各種量的再生纖維或再生紙作為紙纖維配料(furnish)來源，再生紙通常會被以上所概述的合成聚合物污染，且這些聚合物材料是指造紙領域中的黏性物質，黏性物質不同於來自木材提取餾分之天然存在樹脂性材料的瀝青，參考E.L.Back和L.H.Allen之「Pitch Control,Wood Resin and Deresination」,Tappi Press,Atlanta,2000，其中進一步詳細描述了黏性物質。
若待處理之污泥及/或沉積物包含微生物，則它們較佳選自細菌、真菌、古細菌或原生生物。
較佳的植物油為食用油，諸如：椰子油、玉米油、棉籽油、芥花油、棕櫚油、大豆油、葵花油或亞麻仁油。
待淨化之污泥及/或沉積物的精確組成，特別是無機及/或有機雜質的量，係取決於污水及/或污泥及/或沉積物的來源而變化。
步驟b)：提供至少一種經表面處理之礦物材料
根據本發明方法的步驟b)，提供了至少一種經表面處理之礦物材料。
措辭「至少一種(at least one)」經表面處理之礦物材料意味著在本發明方法中可提供一或多種經表面處理之礦物材料。
根據本發明的方法，在進行表面處理前的礦物材料具有0.05g/mL至0.80g/mL之乾粉振實容積密度(根據ISO 787/11標準方法所測量)，且其中用一種材料來對該礦物材料進行表面處理，該材料向該礦物材料提供陽離子電荷。
根據本發明方法的一個具體實例，步驟b)的至少一種經表面處理之礦物材料包括含碳酸鎂及/或碳酸鈣的礦物材料、及/或含鋁或鋁矽酸鹽的礦物材料及/或頁矽酸鹽，且較佳係選自由以下所組成之群組：浮石、岩渣(scorea)、凝灰岩、MCC、高嶺土、膨土、鋁土、鋁礬土、石膏、碳酸鎂、珍珠岩、白雲石、矽藻土、碳鈣鎂礦、菱鎂礦、軟水鋁石、坡縷石、雲母、蛭石、菱水鎂鋁石、鋰膨潤石、禾樂石、三水鋁石、高嶺石、蒙脫石、伊來石、綠坡縷石、合成鋰皂石、海泡石、水菱鎂礦、沸石及其混合物，較佳係選自由以下所組成之群組：MCC、碳鈣鎂礦、珍珠岩、水菱鎂礦、沸石、膨土及其混合物，以及最佳係選自由以下所組成之群組：水菱鎂礦、沸石及其混合物。
術語「含碳酸鎂及/或碳酸鈣的礦物材料(magnesium and/or calcium carbonate comprising mineral material)」在本發明中之意涵是指包含碳酸鎂或碳酸鈣的礦物材料，或者是包含碳酸鎂和碳酸鈣的礦物材料。
根據本發明方法的一個具體實例，礦物材料包含天然碳酸鈣(GCC)、合成或沉澱碳酸鈣(PCC)及/或經表面處理之碳酸鈣(MCC)。
「研磨碳酸鈣(Ground calcium carbonate)」(GCC)在本發明中之意涵是指來自天然來源(諸如：石灰石、大理石、或白堊或白雲石)、且藉著旋風器或分級器之處理(諸如：藉由濕式法及/或乾式法之研磨、篩選及/或區分)來進行加工的碳酸鈣；「沉澱碳酸鈣(Precipitated calcium carbonate)」(GCC)在本發明中之意涵是指一種合成材料，其通常藉由二氧化碳和石灰在水性環境中反應後的沉澱而獲得，或藉由鈣和碳酸根離子源在水中的沉澱而獲得；「經表面處理之碳酸鈣(Surface-modified calcium carbonate)」(MCC)在本發明中之意涵是指一種天然碳酸鈣及/或沉澱碳酸鈣，其在製備經表面處理之碳酸鈣前，藉由使該碳酸鈣與酸或離子、還有二氧化碳反應而獲得，其中二氧化碳係藉由酸處理及/或經供應自外部來源而臨場形成。
根據一個具體實例，基於礦物材料的總重量計，碳酸鈣存在於礦物材料中的量為0wt%至50wt%，基於礦物材料的總重量計，較佳的量為0wt%至40wt%、更佳為0wt%至25wt%、又更佳為0wt%至10wt%、又更佳為0wt%至5wt%，最佳為0wt%至1wt%；根據本發明的一個較佳具體實例，礦物材料中完全不存在研磨或天然碳酸鈣(GCC)、及/或合成或沉澱碳酸鈣(PCC)及/或經表面改質之碳酸鈣(MCC)。
至少一種含碳酸鎂及/或碳酸鈣的礦物材料較佳為含碳酸鎂的礦物材料，且更佳係選自石膏、碳鈣鎂礦、珍珠岩、白雲石、菱鎂礦或水菱鎂礦，並最佳係選自碳鈣鎂礦或水菱鎂礦。石膏具有化學式CaSO4．2H2O；碳鈣鎂礦具有化學式Mg3Ca(CO3)4，且在三方晶系中結晶；珍珠岩為具有含以下之不同組成的非晶相火山玻璃：SiO2、Al2O3、Na2O、K2O、Fe2O3、MgO及CaO；白雲石具有化學式CaMg(CO3)2，且在三方晶系中結晶；水菱鎂礦具有化學式Mg5(CO3)4(OH)2．4H2O，且在單斜棱柱形晶系中結晶；菱鎂礦具有化學式Mg(CO3)。
至少一種含碳酸鎂及/或碳酸鈣的礦物材料可包含其它礦物材料作為副產物，例如：蛇紋石，一種具有化學式(Mg,Fe)3Si2O5(OH)4的水合鎂鐵頁矽酸鹽，以及具有化學式Mg(OH)2的水鎂石。基於含碳酸鎂及/或碳 酸鈣的礦物材料之總重量計，副產物存在於含碳酸鎂及/或碳酸鈣的礦物材料中之量可少於20wt%、較佳少於15wt%、更佳少於10wt%及最佳少於5wt%。
根據本發明的較佳具體實例，至少一種礦物材料僅由含碳酸鎂及/或碳酸鈣的礦物材料所組成，且較佳係由碳鈣鎂礦和水菱鎂礦所組成；根據本發明的示例性具體實例，至少一種礦物材料係由水菱鎂礦所組成。
術語「含鋁或鋁矽酸鹽的礦物材料(aluminium or aluminosilicate comprising mineral material)」在本發明中之意涵是指包含由以下所構成之礦物的礦物材料：鋁和氧，以及視情況之矽和相對陽離子。
至少一種含鋁的礦物材料較佳包含鋁土、鋁礬土及其混合物。鋁土或氧化鋁具有化學式Al2O3；鋁礬土，一種大部分由礦物三水鋁石Al(OH)3、軟水鋁石γ-AlO(OH)及一水硬鋁石α-AlO(OH)所組成的鋁礦物。
至少一種含鋁矽酸鹽的礦物材料較佳包含沸石。在本發明之意涵中，沸石具有能適應各式各樣陽離子的多孔結構，該陽離子諸如：Na+、K+、Ca2+、Mg2+及其它，這些正離子相當鬆散地固持著，且能容易地在接觸溶液中與其它交換；沸石包含以下：具有化學式NaAlSi2O．6H2O的方沸石、化學式為(Ca,Na2,K2,Mg)Al2Si4O12．6H2O的菱沸石、具有化學式(Na,K,Ca)2-3Al3(Al,Si)2Si13O36．12H2O的斜髮沸石、具有化學式(Ca,Na)2-3Al3(Al,Si)2Si13O36‧12H2O的片沸石、具有化學式Na2Al2Si3O10．2H2O的鈉沸石、化學式為(Ca,Na2,K2)3Al6Si10O32．12H2O的鈉十字沸石，以及具有化學式NaCa4(Si27Al9)O72．28(H2O)的灰沸石。
根據本發明的較佳具體實例，至少一種礦物材料僅由含鋁或鋁矽酸鹽的礦物材料所組成，且較佳係由沸石所組成；根據本發明的更佳具體實例，至少一種礦物材料係由斜髮沸石所組成。
至少一種含碳酸鎂及/或碳酸鈣的礦物材料可包含其它礦物材料作為副產物，例如：具有化學式CaMg(CO3)2的白雲石、具有化學式CaF2的螢石、具有化學式PbS的方鉛礦、化學式為CaSO4．2H2O的石膏、化學組成為MnCO3的菱錳礦、具有化學式(Zn,Fe)S的閃鋅礦，以及化學式為Sb2S3的輝銻礦(stibnite)〔有時被稱為輝銻礦(antimonit)〕。基於含碳酸鎂及/或碳酸鈣的礦物材料之總重量計，副產物存在於含碳酸鎂及/或碳酸鈣的礦物材料中之量可少於20wt%、較佳少於15wt%、更佳少於10wt%及最佳少於5wt%。
礦物材料可源自於火山岩，如：浮石、岩渣或凝灰岩。術語「頁矽酸鹽(phyllosilicate)」在本發明中之意涵是指任何片狀矽酸鹽礦物。
至少一種頁矽酸鹽較佳為膨土。因此，至少一種頁矽酸鹽較佳包含膨土，更佳係由膨土所組成。
若至少一種頁矽酸鹽包含膨土，較佳係由膨土所組成，則膨土較佳選自以下：鈉膨土、鈣膨土、鉀膨土及其混合物。
應理解膨土較佳為天然材料，且因此通常取決於來源，其精確組成(其組分數目和單一組分的量)可在寬範圍內變化。
舉例而言，膨土通常包含各種黏土礦物，較佳由各種黏土礦物所組成。該黏土礦物諸如：特別是主要成分的蒙脫石，但還有作為相伴礦物的石英、高嶺土、高嶺石、矽藻土、雲母、長石、黃鐵礦、方解石、方矽石、坡縷石或綠坡縷石、蛭石、菱水鎂鋁石、鋰膨潤石、禾樂石，伊利石、合成鋰皂石、海泡石及其混合物，取決於原產地，這些礦物和其它成分可用可變量存在。
根據一個具體實例，膨土包含選自蒙脫石的黏土礦物和選自包含以下之群組的相伴礦物：石英、雲母、高嶺石、長石、黃鐵礦、方矽石及其混合物。
在本發明的一個具體實例中，至少一種頁矽酸鹽包括含蒙脫石的膨土，較佳係由含蒙脫石的膨土所組成。
基於膨土的總重量計，蒙脫石含量為至少50wt%、較佳至少60wt%(例如在60.0和95.0wt%之間)的膨土特別適合作為步驟c)的至少一種頁矽酸鹽。
另外或替代地，膨土包含選自包含以下之群組的組分：SiO2、Al2O3、CaO、Fe2O3、K2O、MgO、Na2O、TiO2及其類似物。
舉例而言，膨土包含SiO2，基於膨土的總重量計，其量為至少50.0wt%、較佳為50.0至95.0wt%，例如50.0至80.0wt%；另外或替代地，膨土包含Al2O3，基於膨土的總重量計，其量為至少10.0wt%、較佳為10.0至40.0wt%，例如10.0至30.0wt%。
另外或替代地，膨土包含CaO、Fe2O3、K2O、MgO、Na2O及/或TiO2，基於膨土的總重量計，其量為低於20.0wt%、較佳為5.0至20.0wt%，例如5.0至15.0wt%。舉例而言，膨土包含CaO，基於膨土的總重量計，其量為低於10.0wt%、較佳為0.5至10.0wt%，例如0.5至5.0wt%；舉例而言，膨土包含Fe2O3，基於膨土的總重量計，其量為低於10.0wt%、較佳為1.0至10.0wt%，例如2.5至7.5wt%；舉例而言，膨土包含K2O，基於膨土的總重量計，其量為低於10.0wt%、較佳為0.5至10.0wt%，例如0.5至5.0wt%；舉例而言，膨土包含MgO，基於膨土的總重量計，其量為低於10.0wt%、較佳為0.5至10.0wt%，例如0.5至5.0wt%；舉例而言，膨土包含Na2O，基於膨土的總重量計，其量為低於5.0wt%、較佳為0.05至5.0wt%，例如0.05至2.5wt%；舉例而言，膨土包含TiO2，基於膨土的總重量計，其量為低於5.0wt%、較佳為0.05至5.0wt%，例如0.05至2.5wt%。
在進行表面處理前的礦物材料具有以下乾粉振實容積密度(根 據ISO 787/11標準方法所測量)：0.05g/mL至0.80g/mL、較佳為0.07g/mL至0.60g/mL、更佳為0.08g/mL至0.40g/mL及最佳為0.10g/mL至0.20g/mL。
根據本發明的一個具體實例，在進行表面處理前的礦物材料粒子可具有以下重量中值粒徑d 50值：在1.0μm和300μm之間、較佳在1μm和200μm之間、更佳在2μm和50μm之間，又更佳在3μm和30μm之間及最佳在4μm和25μm之間。
在進行表面處理前的礦物材料粒子可具有以下d 98：少於500μm、較佳少於300μm、更佳少於200μm，又更佳少於50μm及最佳少於30μm。
如本文所用和如本領域中通常所定義，重量粒徑「d 98」值係經定義為藉由粒子來計算粒子質量之98%(平均點)的尺寸，該粒子具有等於特定值的直徑。根據沉積法來測量重量粒徑，沉積法是在重力場中的沉降行為分析，以Micromeritics儀器公司的SedigraphTM 5100來進行測量。
在進行表面處理前的礦物材料粒子具有以下比表面積(使用氮氣和BET法所測量)：1至800m2/g、更佳為20至500m2/g、又更佳為30至300m2/g及最佳為30至150m2/g，舉例而言，在進行表面處理前，經表面處理之礦物材料的礦物材料粒子具有40m2/g至60m2/g的比表面積，例如57m2/g的比表面積。
根據本發明的一個具體實例，關於在進行表面處理前的至少一種經表面處理之礦物材料，其礦物材料粒子具有以下重量中值粒徑d 50值：在1.0μm和300μm之間、較佳在1μm和200μm之間、更佳在2μm和50μm之間，又更佳在3μm和30μm之間及最佳在4μm和25μm之間；或關於在進行表面處理前的至少一種經表面處理之礦物材料，其礦物材料具有以下乾粉振實容積密度(根據ISO 787/11標準方法所測量)：0.07g/mL至0.60g/mL、較佳為0.08g/mL至 0.40g/mL及最佳為0.10g/mL至0.20g/mL；或關於在進行表面處理前的至少一種經表面處理之礦物材料，其礦物材料粒子具有以下比表面積：1至800m2/g、更佳為20至500m2/g、又更佳為30至300m2/g及最佳為30至150m2/g。
根據本發明的一個具體實例，關於在進行表面處理前的至少一種經表面處理之礦物材料，其礦物材料粒子具有以下重量中值粒徑d 50值：在1.0μm和300μm之間、較佳在1μm和200μm之間、更佳在2μm和50μm之間，又更佳在3μm和30μm之間及最佳在4μm和25μm之間；且關於在進行表面處理前的至少一種經表面處理之礦物材料，其礦物材料具有以下乾粉振實容積密度(根據ISO 787/11標準方法所測量)：0.05g/mL至0.80g/mL、較佳為0.07g/mL至0.60g/mL、較佳為0.08g/mL至0.40g/mL及最佳為0.10g/mL至0.20g/mL；且關於在進行表面處理前的至少一種經表面處理之礦物材料，其礦物材料粒子具有以下比表面積：1至800m2/g、更佳為20至500m2/g、又更佳為30至300m2/g及最佳為30至150m2/g。
在一個較佳具體實例中，本發明經表面處理之礦物材料的礦物材料為水菱鎂礦粒子，且具有在進行表面處理前為0.05g/mL至0.80g/mL的乾粉振實容積密度(根據ISO 787/11標準方法所測量)，還有在進行表面處理前為0.1μm和50μm的重量中值粒徑d 50值，以及具有在進行表面處理前在1m2/g至250m2/g範圍內的比表面積。
在一個較佳具體實例中，本發明經表面處理之礦物材料的礦物材料粒子為沸石粒子，且具有在進行表面處理前為0.05g/mL至0.80g/mL的乾粉振實容積密度(根據ISO 787/11標準方法所測量)，還有在進行表面處理前為0.1μm和50μm的重量中值粒徑d 50值，以及具有在進行表面處理前在1m2/g至250m2/g範圍內的比表面積。
根據本發明方法，用一種材料來對礦物材料進行表面處理，該 材料向該礦物材料提供陽離子電荷。
根據本發明的一個具體實例，至少一種經表面處理之礦物材料的表面處理包含至少一種選自由以下所組成之群組的材料：一價、二價或三價陽離子；陽離子性聚合物及其混合物，該材料向該礦物材料提供陽離子電荷。
在此方面，關於經表面處理之礦物材料塗層中所包含的至少一種陽離子性聚合物，其可選自具有在1mEq/g和15mEq/g範圍內之正電荷密度的任何陽離子性聚合物，較佳地，至少一種陽離子性聚合物係經選擇，以使其具有以下正電荷密度：在2.5mEq/g和12.5mEq/g範圍內，且最佳在5mEq/g和10mEq/g範圍內。
舉例而言，至少一種陽離子性聚合物具有以下正電荷密度：在6mEq/g和8mEq/g範圍內，且最佳在6mEq/g和7mEq/g範圍內；替代地，至少一種陽離子性聚合物具有在7mEq/g和8mEq/g範圍內的正電荷密度。
另外或替代地，至少一種陽離子性聚合物係經選擇，以使至少60%的單體單元攜帶陽離子電荷；較佳地，至少70%的單體單元具有陽離子電荷，更佳為至少80%，又更佳為至少90%。在本發明的一個較佳具體實例中，至少一種經表面處理之礦物材料包含至少一種陽離子性聚合物，其中幾乎高達100%、較佳為100%的單體單元具有陽離子電荷。
在一個較佳具體實例中，至少一種經表面處理之礦物材料包含至少一種具有以下重量平均分子量Mw的陽離子性聚合物：低於1,000,000g/mole、更佳為50,000至750,000g/mole、又更佳為50,000至650,000g/mole及最佳為100,000至300,000g/mole。
在本發明方法中，藉由表面處理來涵蓋經表面處理之礦物材料，該表面處理包含至少一種陽離子性聚合物的均聚物及/或共聚物。
在一個較佳具體實例中，至少一種經表面處理之礦物材料的表 面處理包含至少一種陽離子性聚合物的均聚物，也就是說，陽離子性聚合物基本上(即等於或低於99.5wt%)由相應單體單元所組成。
在一個較佳具體實例中，僅選自由以下所組成之群組的單體單元可在均聚物中被檢測到：二烯丙基二烷基銨鹽、三級胺、四級化的胺、四級化的亞胺、丙烯醯胺、甲基丙烯醯胺、N,N-二甲基丙烯醯胺、丙烯酸、甲基丙烯酸、乙烯磺酸、乙烯吡咯啶酮、丙烯酸羥乙酯、苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯及乙酸乙烯酯。
在本發明的一個較佳具體實例中，至少一種經表面處理之礦物材料的表面處理包含基於二烯丙基二烷基銨鹽單體的均聚物，在一個較佳具體實例中，二烯丙基二烷基銨鹽單體為氯化二烯丙基二甲基銨。
在本發明的另一較佳具體實例中，至少一種經表面處理之礦物材料的表面處理包含基於丙烯酸單體的均聚物。
在本發明之意涵中，基於酸(例如丙烯酸)單體單元之均聚物的陽離子性聚合物為一種陽離子性均聚物，其中該均聚物的骨架係由此單體酸分子所形成，但酸基團不以-COOH或-COO-的形式存在於該均聚物中，而是舉例而言，與醇(例如乙醇)進行酯化。
在陽離子性聚合物為共聚物的情況下，應理解該共聚物包含可與合適共聚單體共聚合的單體。較佳地，根據本發明之共聚物的陽離子性聚合物包含(較佳係由以下所組成)選自二烯丙基烷基銨鹽和甲基丙烯酸的單體單元，以及選自由以下之群組所組成的共聚單體單元：丙烯醯胺、甲基丙烯醯胺、N,N-二甲基丙烯醯胺、丙烯酸、甲基丙烯酸、乙烯磺酸、乙烯吡咯啶酮、丙烯酸羥乙酯、苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、乙酸乙烯酯及其混合物。
舉例而言，經表面處理之礦物材料的表面處理可包含一種陽離子性聚合物，其在US 2009/0270543 A1中經描述為梳狀聚合物。
在本發明之意涵中，含酸(例如丙烯酸)單體單元之共聚物的陽離子性聚合物為一種陽離子性共聚物，其中該共聚物的一些酸基團可不以-COOH或-COO-的形式存在，而是舉例而言，與醇(例如乙醇)進行酯化。根據一個較佳具體實例，含酸(例如丙烯酸)單體單元之共聚物為一種陽離子性共聚物，其中該共聚物的所有酸基團與醇(例如乙醇)進行酯化。
在一個較佳具體實例中，陽離子性聚合物為由以下所製備的共聚物：92wt%、分子量2,000g/mole的甲氧基聚甲基丙烯酸乙二醇酯，還有8wt%的丙烯酸，並藉由蘇打進行至少部分地中和；在其它較佳具體實例中，陽離子性聚合物為由以下所製備的共聚物：92wt%、分子量2,000g/mole的甲氧基聚甲基丙烯酸乙二醇酯，還有8wt%的丙烯酸，並藉由蘇打進行完全中和。
若均聚物或共聚物的單體及/或共聚單體單元為二烯丙基二烷基銨鹽，則它們較佳選自由以下所組成之群組：溴化二烯丙基二甲基銨、氯化二烯丙基二甲基銨、磷酸二烯丙基二甲基銨、硫酸二烯丙基二乙基銨、溴化二烯丙基二乙基銨、氯化二烯丙基二乙基銨、磷酸二烯丙基二乙基銨、硫酸二烯丙基二乙基銨、溴化二烯丙基二丙基銨、氯化二烯丙基二丙基銨、磷酸二烯丙基二丙基銨及硫酸二烯丙基二丙基銨。在一個較佳具體實例中，二烯丙基二烷基銨鹽單體為氯化二烯丙基二甲基銨單體。
在一個特佳具體實例中，陽離子性聚合物為基於氯化二烯丙基二甲基銨(polyDADMAC)的均聚物。
若均聚物或共聚物的單體及/或共聚單體單元為四級化的胺，則它們較佳為表氯醇反應產物，諸如聚胺表氯醇。
若均聚物或共聚物的單體及/或共聚單體單元為四級化的亞胺，則它們較佳為聚乙亞胺。
在一個較佳具體實例中，作為共聚物之本發明陽離子性聚合物 包含選自以下之單體單元：二烯丙基二烷基銨鹽和甲基丙烯酸，還有共聚單體單元丙烯醯胺或丙烯酸。
舉例而言，至少一種經表面處理之礦物材料的表面處理包含至少一種陽離子性聚合物的共聚物，其中單體和共聚單體單元可僅衍生自二烯丙基二烷基銨鹽和丙烯醯胺。在一個較佳具體實例中，本發明共聚物的陽離子性聚合物包含可僅衍生自氯化二烯丙基二甲基銨和丙烯醯胺的單體和共聚單體單元；替代地，至少一種經表面處理之礦物材料的表面處理包含至少一種陽離子性聚合物的共聚物，其中該單體和共聚單體單元可僅衍生自甲基丙烯酸和丙烯酸。
另外或替代地，至少一種經表面處理之礦物材料的表面處理包含至少一種陽離子性聚合物的共聚物，其中單體和共聚單體單元可僅衍生自丙烯酸和丙烯醯胺。
另外，應理解共聚物具有以下共聚單體含量：較佳多於2.0wt%、更佳多於5wt%、還更佳多於7.5wt%。舉例而言，共聚物較佳具有以下共聚單體含量：較佳在2wt%和80wt%範圍內、更佳在5wt%和60wt%範圍內及最佳在7.5wt%和40wt%範圍內，重量百分比係基於共聚物的總重量計。
在一個較佳具體實例中，至少一種經表面處理之礦物材料的表面處理包含一種共聚物，其中單體單元和共聚單體單元的莫耳比為5：1至1：5、更佳為4：1至1：4、又更佳為3：1至1：3及最佳為3：1至1：1。
在一個較佳具體實例中，陽離子性聚合物包含至少兩種陽離子性聚合物的混合物。較佳地，若陽離子性聚合物包含至少兩種陽離子性聚合物的混合物，則一種陽離子性聚合為基於氯化二烯丙基二甲基胺之均聚物；替代地，若陽離子性聚合物包含至少兩種陽離子性聚合物的混合物，則一種陽離子性聚合為基於丙烯酸之均聚物。
在其它較佳具體實例中，陽離子性聚合物包含兩種陽離子性聚合物的混合物，其中一種陽離子性聚合為基於氯化二烯丙基二甲基胺之均聚物，且另一種係選自由以下所組成之群組：基於丙烯酸的均聚物、基於氯化二烯丙基二甲基銨和丙烯醯胺的共聚物，以及基於甲基丙烯酸和丙烯酸的共聚物；替代地，若離子性聚合物包含兩種陽離子性聚合物的混合物，其中一種陽離子性聚合為基於丙烯酸之均聚物，則另一種係選自由以下所組成之群組：基於氯化二烯丙基二甲基銨的均聚物、基於氯化二烯丙基二甲基銨和丙烯醯胺的共聚物，以及基於甲基丙烯酸和丙烯酸的共聚物。
若離子性聚合物包含兩種陽離子性聚合物的混合物，則基於氯化二烯丙基二甲基銨的均聚物和第二陽離子性聚合物之莫耳比為99：1至1：99、更佳為50：1至1：50、又更佳為25：1至1：25及最佳為10：1至1：10。在本發明的一個特佳具體實例中，基於氯化二烯丙基二甲基銨的均聚物和第二陽離子性聚合物之莫耳比為90：1至1：1、更佳為90：1至10：1及最佳為90：1至50：1。
在另一較佳具體實例中，基於丙烯酸的均聚物和第二陽離子性聚合物之莫耳比為99：1至1：99、更佳為50：1至1：50、又更佳為25：1至1：25及最佳為10：1至1：10。在本發明的一個特佳具體實例中，基於丙烯酸的均聚物和第二陽離子性聚合物之莫耳比為90：1至1：1、更佳為90：1至10：1及最佳為90：1至50：1。
至少一種一價、二價或三價陽離子可為包含一個、兩個或三個正電荷的任何陽離子，陽離子可為無機性或有機性，但較佳為無機性。根據本發明的一個較佳具體實例，一價、二價或三價陽離子係選自Fe3+、Al3+、Mn2+、Zn2+及其混合物。
根據本發明的一個具體實例，用向該礦物材料提供陽離子電荷的至少一種材料來對礦物材料之以下可及表面積進行表面處理：至少0.1%、較佳介於0.2%和50%之間、更佳介於0.5%和30%之間、又更佳介於0.7%和20% 之間，以及最佳介於1.0%和10%之間。
根據本發明的一個具體實例，用至少一種陽離子性聚合物來對礦物材料的以下可及表面積進行表面處理：至少0.1%、較佳介於0.2%和50%之間、更佳介於0.5%和30%之間、又更佳介於0.7%和20%之間，以及最佳介於1.0%和10%之間。
根據本發明的一個具體實例，用至少一種一價、二價或三價陽離子來對礦物材料的以下可及表面積進行表面處理：至少0.1%、較佳介於0.2%和50%之間、更佳介於0.5%和30%之間、又更佳介於0.7%和20%之間，以及最佳介於1.0%和10%之間。
根據一個具體實例，表面處理僅由至少一種陽離子性聚合物所組成，例如表面處理僅由聚DADMAC所組成。在表面處理僅由至少一種陽離子性聚合物所組成的情況下，用聚DADMAC來對礦物材料的以下可及表面積進行表面處理：至少0.1%、較佳介於0.2%和50%之間、更佳介於0.5%和30%之間、又更佳介於0.7%和20%之間，以及最佳介於1.0%和10%之間。
根據一個具體實例，表面處理僅由一價、二價或三價陽離子所組成，例如表面處理僅由Fe3+-離子所組成。在表面處理僅由一價、二價或三價陽離子所組成的情況下，用Fe3+-離子來對礦物材料的以下可及表面積進行表面處理：至少0.1%、較佳介於0.2%和50%之間、更佳介於0.5%和30%之間、又更佳介於0.7%和20%之間，以及最佳介於1.0%和10%之間。
根據一個具體實例，表面處理僅由至少一種陽離子性聚合物和一價、二價或三價陽離子所組成，例如表面處理僅由聚DADMAC和Fe3+-離子所組成。
在一個具體實例中，至少一種陽離子性聚合物在水中具有以下溶解度：高於50g/100ml水、較佳高於75g/100ml水、又更佳高於100g/100ml 水及最佳高於150g/100ml水。在一個特佳的實施方案中，至少一種陽離子性聚合物易溶於水。
在一個具體實例中，一價、二價或三價陽離子在水中具有以下溶解度：高於50g/100ml水、較佳高於75g/100ml水、又更佳高於100g/100ml水及最佳高於150g/100ml水。在一個特佳的實施方案中，一價、二價或三價陽離子易溶於水。
較佳地，在讓用於本發明方法的經表面處理之礦物材料與待處理之污泥及/或沉積物接觸之前，藉由混合礦物材料(較佳呈泥漿形式)和向該礦物材料提供陽離子電荷的材料(較佳呈懸浮液形式)來製備它，此混合能藉由熟諳此技藝者所習知的任何常見手段來加以完成。
經表面處理之礦物材料較佳呈顆粒狀材料形式，並可具有污水處理相關之材料所常見使用的粒徑分佈。經表面處理之礦物材料可具有以下乾粉振實容積密度(根據ISO 787/11標準方法所測量)：0.05g/mL至0.80g/mL、較佳為0.07g/mL至0.60g/mL、更佳為0.08g/mL至0.40g/mL及最佳為0.10g/mL至0.20g/mL。
經表面處理之礦物材料粒子可具有以下重量中值粒徑d 50值：介於1.0μm和300μm之間、較佳介於1μm和200μm之間、更佳介於2μm和50μm之間、又更佳介於3μm和30μm之間，以及最佳介於4μm和25μm之間。
經表面處理之礦物材料粒子可具有以下d 98：少於500μm、較佳少於300μm、更佳少於200μm，又更佳少於50μm及最佳少於30μm。
經表面處理之礦物材料粒子可具有以下比表面積：1至800m2/g、更佳為20至500m2/g、又更佳為30至300m2/g及最佳為30至150m2/g。
在一個具體實例中，經表面處理之礦物材料為用聚DADMAC進行表面處理過的水菱鎂礦。經表面處理之礦物材料可具有0.05g/mL至0.80g/mL 的乾粉振實容積密度(根據ISO 787/11標準方法所測量)、0.1μm至50μm的重量中值粒徑d 50值，以及在1m2/g至250m2/g範圍內的比表面積；較佳地，用聚DADMAC進行表面處理過的水菱鎂礦粒子具有0.10g/mL至0.20g/mL的乾粉振實容積密度、6μm至40μm的重量中值粒徑d 50值，以及在30m2/g至100m2/g範圍內的比表面積，舉例而言，用聚DADMAC進行表面處理過的水菱鎂礦粒子具有0.15g/mL的乾粉振實容積密度、8.4μm的重量中值粒徑d 50值，以及在進行塗佈前為57m2/g的比表面積。
根據另一較佳具體實例，經表面處理之礦物材料為用聚DADMAC進行表面處理過的沸石，較佳為斜髮沸石。經表面處理之礦物材料可具有0.05g/mL至0.80g/mL3的乾粉振實容積密度(根據ISO 787/11標準方法所測量)、0.1μm至50μm的重量中值粒徑d 50值，以及在1m2/g至250m2/g範圍內的比表面積。較佳地，用聚DADMAC進行表面處理過的沸石粒子具有0.07g/mL至0.60g/mL的乾粉振實容積密度、6μm至40μm的重量中值粒徑d 50值，以及在30m2/g至300m2/g範圍內的比表面積，舉例而言，用聚DADMAC進行表面處理過的沸石粒子具有0.41g/mL的乾粉振實容積密度、12μm的重量中值粒徑d 50值，以及在進行塗佈前為30m2/g至300m2/g的比表面積。
根據另一較佳具體實例，經表面處理之礦物材料為用聚DADMAC進行表面處理過的沸石，較佳為斜髮沸石。經表面處理之礦物材料可具有0.05g/mL至0.80g/mL3的乾粉振實容積密度(根據ISO 787/11標準方法所測量)、0.1μm至50μm的重量中值粒徑d 50值，以及在1m2/g至250m2/g範圍內的比表面積。較佳地，用聚DADMAC進行表面處理過的沸石粒子具有0.07g/mL至0.60g/mL的乾粉振實容積密度、6μm至40μm的重量中值粒徑d 50值，以及在30m2/g至300m2/g範圍內的比表面積，舉例而言，用聚DADMAC進行表面處理過的沸石粒子具有0.41g/mL的乾粉振實容積密度、12μm的重量中值粒徑 d 50值，以及在進行塗佈前為30m2/g至300m2/g的比表面積。
用於本發明方法的經表面處理之礦物材料能以任何合適的形式存在，例如：以細礫(granules)形式及/或粉末形式，或者是以餅狀形式。舉例而言，用於本發明方法的經表面處理之礦物材料呈粉末形式及/或細礫形式，根據一個較佳具體實例，用於本發明方法的經表面處理之礦物材料可作為水性懸浮液的形式而存在，例如：呈泥漿或糊的形式，其可用輸送螺桿來進行計；在表面處理後，可以直接使用泥漿而不必進一步淨化。
根據本發明的一個具體實例，將分散試劑加至經表面處理之礦物材料中，分散試劑可為熟諳此技藝者所習知的任何分散試劑，舉例而言，分散試劑可為帶陰離子電荷的「梳狀聚合物」。術語「帶陰離子電荷的梳狀聚合物」是指由主鏈(也稱為骨架)和含聚環氧烷之側鏈(視情況以烴鏈封端)所形成的梳形聚合物，且碳酸基團及/或其它酸基團係以自由酸形式或其鹽之形式(即羧酸根離子之形式)連結接至主鏈上，聚環氧烷側鏈則可透過酯鍵、醯胺鍵或醚鍵來鍵結至主鏈上；除了碳酸基團和聚環氧烷側鏈之外，也能在主鏈上鍵結其它官能化基團或非官能化基團，例如：帶正電的官能團，諸如四級銨基團。在US 2009/0199741A1、US 6,387,176 B1、EP 1136508 A1、EP 1138697 A1、EP 1189955 A1、EP 0736553 A1及EP 2641941 A1中揭示了可能的分散劑，可用於本發明之帶陰離子電荷的梳狀聚合物實例為MELFLUX®或MelPers®系列聚合物，例如：可獲自BASF(Trostberg,Germany)的MelPers®2450、可獲自Coatex,LLC(Chester,SC)的ETHACRYL® M分散劑或可獲自Kao Specialties Americas,LLC(High Point,NC)的MIGHTY Eg®分散劑。在本發明的一個例示性具體實例中，添加可獲自Coatex的ETHACRYL® M分散劑作為分散試劑，可用以下的量來將分散試劑添加至礦物材料或經表面處理之礦物材料當中：基於礦物材料或經表面處理之礦物材料的乾重計為0.01wt%至10wt%、較佳為0.1 wt%至5wt%及最佳為1wt%至3wt%，舉例而言，基於礦物材料的乾重計，將1.8wt%的分散試劑添加至礦物材料當中。
「泥漿」或「懸浮液」在本發明中之意涵包含未溶解固體，即經表面處理之礦物材料和水，以及視情況的其它添加劑，舉例而言，懸浮液可包括經表面處理之礦物材料、水及如聚丙烯酸酯的額外分散試劑。在本發明的另一較佳具體實例中，懸浮液不含如聚丙烯酸酯的額外分散試劑；懸浮液通常含有大量固體，比起形成它們的液體來說，懸浮液更黏稠，且一般而言具有更高的密度；在本領域所接受的是，一般性術語「分散液」尤其涵蓋了特定類型的分散液「懸浮液」或「泥漿」。
在一個較佳具體實例中，待用於本發明方法的經表面處理之礦物材料係經懸浮於水中，以使泥漿具有以下經表面處理之礦物材料的含量：基於泥漿的總重量計，在1wt%至80wt%範圍內、更佳為3wt%至60wt%、又更佳為5wt%至40wt%及最佳為8wt%至20wt%。舉例而言，待用於本發明方法的經表面處理之礦物材料係經懸浮於水中，以使泥漿具有10wt%經表面處理之礦物材料的含量。
步驟c)使污泥及/或沉積物與至少一種經表面處理之礦物材料接觸
根據本發明方法的步驟c)，使步驟a)所提供之待脫水的污泥及/或沉積物與步驟b)之至少一種經表面處理的礦物材料接觸，以獲得經表面處理之礦物材料和雜質的複合材料。
一般而言，可藉由熟諳此技藝者所習知的任何常見手段來讓待脫水的污泥及/或沉積物與經表面處理之礦物材料接觸。
舉例而言，關於使待脫水的污泥及/或沉積物與至少一種經表面處理之礦物材料接觸的步驟，其較佳發生用至少一種經表面處理之礦物材料來至少部分地覆蓋污泥及/或沉積物的表面，其中在進行表面處理前的該礦物材料 具有0.05g/mL至0.80g/mL的乾粉振實容積密度(根據ISO 787/11標準方法所測量)，且其中係藉由一種材料來對該礦物材料進行表面處理，該材料向該礦物材料提供陽離子電荷；另外或替代地，關於使待脫水的污泥及/或沉積物與至少一種經表面處理之礦物材料接觸的步驟，其較佳發生步驟a)的污染污泥及/或沉積物與步驟b)的經表面處理之礦物材料混合，熟諳此技藝者將根據他的需要和可用設備來調整混合條件(諸如混合速度的組態)。
較佳地，係藉由例如攪動手段來將經表面處理之礦物材料懸浮於待處理之污泥及/或沉積物中。
關於使待脫水的污泥及/或沉積物與至少一種經表面處理之礦物材料接觸的操作處理時間，其係經在數秒至數分鐘(例如：20s或更久、較佳為30s或更久、更佳為60s或更久，以及最佳為120s或更久)之範圍內操作一段時間。一般而言，係藉由污泥及/或沉積物污染的程度和待處理之特定污泥及/或沉積物，來測定使待處理的污泥及/或沉積物與至少一種經表面處理之礦物材料接觸的長度。
應當理解的是，關於根據本發明方法的經表面處理之礦物材料，其量係經選擇以在待處理之污泥及/或沉積物中是足夠的，即高到足以向存在於污染污泥及/或沉積物中之至少一種類型的無機雜質提供有效結合活性，但同時低到在待處理之水、及/或污泥及/或沉積物中，觀察不到明顯量的未結合、經表面處理之礦物材料。
關於經表面處理之礦物材料的量，其取決於待處理之污泥及/或沉積物的類型，還有雜質的類型及量。較佳地，基於待處理之水、及/或污泥及/或沉積物之總重量計，添加以下量的經表面處理之礦物材料：10ppm至1wt%、更佳為100ppm至0.2wt%及最佳為100ppm至1000ppm。
可添加經表面處理之礦物材料來作為例如上述懸浮液的水性懸 浮液；替代地，可用任何合適的固體形式(例如：用細礫或粉末的形式，或者是餅的形式)來將它加入待脫水之污泥及/或沉積物中。
步驟d)從含步驟c)之複合材料的污泥及/或沉積物中去除水。
根據本發明之步驟d)，從含步驟c)之複合材料的污泥及/或沉積物中去除水。
根據本發明的一個具體實例，係藉由過濾、沉積及離心，且較佳藉由過濾來執行步驟d)。
在完成接觸/絮凝後，可藉由熟諳此技藝者所習知的常見分離手段，來去除至少一種經表面處理之礦物材料和雜質的經絮凝礦物材料，該手段諸如：過濾、沉積及離心，且較佳藉由過濾來進行。
舉例而言，可用濾紙〔例如具有孔徑12至25μm的Whatman濾紙589/1(90mm)〕來執行過濾。可在SATP條件下執行過濾，該條件意味著溫度25℃和絕對壓力正好100kPa；替代地，可在例如隔膜泵或噴水真空泵所提供的真空下執行過濾，適合之隔膜泵可獲自吸取容量為2.4m3/小時的Vacuubrand Type MZ 2C。
替代地，可用大袋子(big bag)來執行過濾，大袋子是一種由可撓性纖維(例如：厚織聚乙烯或聚丙烯)所製成的工業容器。舉例而言，適合之大袋子為具有200μm篩孔大小、可商購自Huesker的地工織物袋(SoilTain®,Typ PP 105/105 Dw)，大袋子可呈內部為1m直徑、且可能是10米長之形式，其將需要工業泵以有效地將污泥泵送至此該袋子中。
根據一個具體實例，可用批次或連續模式來執行過濾，舉例而言，可過濾懸浮液一次或更多次，例如：兩次、三次或四次。每次可用新的過濾器來過濾懸浮液，或每次使用含已過濾複合材料的相同過濾器來過濾懸浮液；替代地，可用連續模式來過濾懸浮液1至30000s的時間，例如：1至5000 s、較佳60至2500s及最佳600至1000s的時間。
本發明人驚訝地發現到，根據本發明之方法可有效地增加含水性污泥及/或沉積物的固體含量。本發明人驚訝地發現到，在過濾此種懸浮液的過程中可降低或防止過濾器及/或大袋子的堵塞或阻塞，因此，所得濾餅的水含量相對較低，導致燃燒時的能量消耗急劇減少，且因而降低了能源成本。
對不同行業所產生之污泥及/或沉積物的脫水施用是可行的，該污泥及/或沉積物諸如：工業廢水；飲用水；都市廢水；污泥，諸如：港口污泥、河川污泥、沿岸污泥或消化污泥；啤酒廠或其它飲料工業的廢水或操作用水；造紙工業中的廢水或操作用水；彩色、油漆或塗料工業；農業廢水；屠宰場廢水；皮革工業廢水及皮革鞣製工業。
有鑒於本發明方法在增加如上所定義之水性污泥及/或沉積物固體含量的極佳結果，本發明的另一種態樣為經表面處理之礦物材料的用途，其用於增加污泥及/或沉積物的固體含量，其中在進行表面處理前的該礦物材料具有0.05g/mL至0.80g/mL之乾粉振實容積密度(根據ISO 787/11標準方法所測量)，且其中用一種材料來對該礦物材料進行表面處理，該材料向該礦物材料提供陽離子電荷。
根據本發明的另一種態樣揭示了一種含經表面處理之礦物材料和雜質的複合材料，其係藉由根據本發明之方法所獲得。
根據本發明的另一個具體實例，該複合材料在過濾自污泥及/或沉積物之後，以及在乾燥之前，具有以下水含量：少於90wt%、較佳低於80wt%、更佳低於60wt%、又更佳低於50wt%及最佳低於30wt%。可用具有孔徑12至25μm的Whatman濾紙589/1(90mm)來執行目前情況之過濾，可在隔膜泵所提供的真空下執行過濾，該隔膜泵來自吸取容量為2.4m3/小時的Vacuubrand Type MZ 2C。
視情況之方法步驟：
在本發明的一個具體實例中，方法進一步包含步驟e)，其使步驟a)之待脫水的污泥及/或沉積物的和至少一種聚合絮凝助劑接觸。
可在本發明方法中使用本領域內所習知的任何聚合絮凝助劑。較佳聚合絮凝助劑之實例包括基於聚丙烯酸酯的聚丙烯醯胺或聚電解質、聚(氯化二烯丙基二甲基銨)、聚乙烯亞胺、多胺及其混合物，還有諸如澱粉的天然聚合物或諸如經改質碳水化合物的天然經改質聚合物。
在一個較佳具體實例中，聚合絮凝助劑不為聚丙烯醯胺。
較佳地，聚合絮凝助劑具有至少100,000g/mole的重量平均分子量，在一個較佳具體實例中，聚合絮凝助劑具有以下重量平均分子量Mw：在100,000至10,000,000g/mole範圍內、較佳在300,000至5,000,000g/mole範圍內、更佳在300,000至1,000,000g/mole範圍內，以及最佳在300,000至800,000g/mole範圍內。
聚合絮凝助劑可為離子性或非離子性。較佳地，聚合絮凝助劑為離子性，例如：陰離子性聚合絮凝助劑或陽離子性聚合絮凝助劑。
在本發明上下文中，術語「陽離子(cationic)」是指具有正總電荷的任何聚合物，因此，只要仍有能提供正總電荷的充分陽離子單體單元，且能使該聚合物用作絮凝助劑，就不排除陰一些陰離子單體單元的存在。此外，術語「陽離子性聚合絮凝助劑(cationic polymeric flocculation aid」亦包含某些聚合物，其具有帶官能基團之單體單元，該官能基團在經添加至待處理之水中時變為陽離子性，例如在酸性水中變為銨基團的胺基團。
術語「陰離子(anionic)」是指具有負總電荷的任何聚合物，因此，只要仍有能提供負總電荷的充分陰離子單體單元，且能使該聚合物用作絮凝助劑，就不排除陰一些陽離子單體單元的存在。此外，術語「陰離子性聚 合絮凝助劑(anionic polymeric flocculation aid」亦包含某些聚合物，其具有帶官能基團之單體單元，該官能基團在經添加至待處理之水中時變為陰離子性，例如酸基團，諸如磺酸基團。
本發明的較佳聚合絮凝助劑為聚丙烯醯胺，藉由熟諳此技藝者所習知的適當改質，可將聚丙烯醯胺用作陽離子性聚合絮凝助劑和陰離子性聚合絮凝助劑。
較佳地，聚丙烯醯胺包括以下衍生自丙烯醯胺的單體單元：至少50mol%、更佳至少60mol%及又更佳至少75mol%。
可藉由引入例如衍生自(甲基)丙烯酸的適當共聚單體單元來獲得陰離子性聚丙烯醯胺(即具有負總電荷的聚丙烯醯胺)。
可藉由引入例如衍生自以下的適當共聚單體單元來獲得陽離子性聚丙烯醯胺(即具有負總電荷的聚丙烯醯胺)：(甲基)丙烯酸胺基烷基酯，諸如(甲基)丙烯酸二甲基胺甲酯、(甲基)丙烯酸二甲基胺乙酯、(甲基)丙烯酸二甲基胺丙酯、(甲基)丙烯酸二乙基胺甲酯、(甲基)丙烯酸二乙基胺乙酯或(甲基)丙烯酸二乙基胺丙酯，其可藉由鹵烷來進行四級化。
於另一較佳具體實例裡，在本發明方法中用聚丙烯酸酯來作為較佳聚合絮凝助劑。較佳地，用聚丙烯酸酯來作為陽離子性聚合絮凝助劑；更特定言之，用作陽離子性聚合絮凝助劑的聚丙烯酸酯不含丙烯醯胺，在一個例示性具體實例中，聚合絮凝助劑係由市售的絮凝助劑Nerolan AG 580(可商購自德國Nerolan Wassertechnik GmbH)所組成。Nerolan AG 580表示不含丙烯醯胺的聚丙烯酸酯。
較佳地，聚丙烯酸酯包括至少50mol%、更佳至少60mol%及又更佳至少75mol%之衍生自以下的單體單元：(甲基)丙烯酸胺基烷基酯，諸如(甲基)丙烯酸二甲基胺甲酯、(甲基)丙烯酸二甲基胺乙酯、(甲基)丙 烯酸二甲基胺丙酯、(甲基)丙烯酸二乙基胺甲酯、(甲基)丙烯酸二乙基胺乙酯或(甲基)丙烯酸二乙基胺丙酯，其可藉由鹵烷來進行四級化。
替代地，聚合絮凝助劑可為一種聚合物，其在US 2009/0270543 A1中經描述為梳狀聚合物。
在一個較佳具體實例中，聚合絮凝助劑為由以下所製備的共聚物：92wt%、分子量2,000g/mole的甲氧基聚甲基丙烯酸乙二醇酯，還有8wt%的丙烯酸，並藉由蘇打進行至少部分地中和；在其它較佳具體實例中，聚合絮凝助劑為由以下所製備的共聚物：92wt%、分子量2,000g/mole的甲氧基聚甲基丙烯酸乙二醇酯，還有8wt%的丙烯酸，並藉由蘇打進行完全中和。
根據本發明的一個較佳具體實例，可藉由將步驟b)的至少一種經表面處理之礦物材料和步驟e)的至少一種聚合絮凝助劑，用至少一種經表面處理之礦物材料：至少一種聚合絮凝助劑之以下重量比，添加至步驟a)的污泥及/或沉積物添加中以進行步驟c)之接觸：95：5至5：95、更佳為80：20至20：80及又更佳為60：40至40：60。
使待脫水的污泥及/或沉積物與至少一種經表面處理之礦物材料、還有聚合絮凝助劑接觸的步驟，較佳發生用至少一種經表面處理之礦物材料、還有聚合絮凝助劑來至少部分地覆蓋(同時地或分開地)污泥及/或沉積物的表面；另外或替代地，使待脫水的污泥及/或沉積物與至少一種經表面處理之礦物材料、還有聚合絮凝助劑接觸的步驟，較佳發生污泥及/或沉積物係同時地或分開地與經表面處理之礦物材料、還有聚合絮凝助劑混合。熟諳此技藝者將根據他的需要和可用設備來調整混合條件(諸如混合速度的組態)。
較佳地，係藉由例如攪動手段來將經表面處理之礦物材料和聚合絮凝助劑懸浮於待處理之污泥及/或沉積物中。
關於使待脫水的污泥及/或沉積物與至少一種經表面處理之礦物 材料、還有聚合絮凝助劑接觸的操作處理時間，其係經在數秒至數分鐘(例如：30s或更久、較佳為60s或更久、更佳為90s或更久，以及最佳為180s或更久)之範圍內操作一段時間。一般而言，係藉由水污染的程度和待處理之特定水、及/或污泥及/或沉積物，來測定使待處理的水、及/或污泥及/或沉積物與至少一種經表面處理之礦物材料、還有聚合絮凝助劑接觸的長度。
在本發明的一個較佳具體實例中，重複方法步驟d)一或多次。
應當理解的是，關於根據本發明方法的經表面處理之礦物材料，其量係經選擇以在待處理之污泥及/或沉積物中是足夠的，即高到足以向存在於污染污泥及/或沉積物中之至少一種類型的無機雜質提供有效結合活性，但同時低到在待處理之污泥及/或沉積物中，觀察不到明顯量的未結合、經表面處理之礦物材料。
關於經表面處理之礦物材料和聚合絮凝助劑的量，其取決於待處理之污泥及/或沉積物的類型，還有雜質的類型及量。較佳地，基於待處理之水、及/或污泥及/或沉積物之總重量計，添加以下量的經表面處理之礦物材料：10ppm至1wt%、更佳為100ppm至0.2wt%及最佳為100ppm至500ppm；較佳地，基於待處理之水、及/或污泥及/或沉積物之總重量計，添加以下量的聚合絮凝助劑：1ppm至1wt%、更佳為5ppm至1000ppm。
可添加聚合絮凝助劑來作為水性懸浮液或水性溶液；替代地，可用任何合適的固體形式(例如用粉末的形式)來將它加入帶淨化之水、及/或待脫水之污泥及/或沉積物中。
所揭示者為，若聚合絮凝助劑係經用於含經表面處理之礦物材料、聚合絮凝助劑及雜質的複合材料中，則其係藉由根據本發明之方法所獲得。
根據本發明的一個具體實例，該方法進一步包含添加陰離子性 聚合物之步驟，其係在步驟d)之前、較佳在步驟c)之後。
術語「陰離子性聚合物(anionic polymer)」在本發明中之意涵是指能提供負總電荷的任何聚合物，因此，只要仍有能提供負總電荷的充分陰離子單體單元，就不排除陰陽離子單體單元的存在，而亦可將相同概念套用至與含碳酸鈣礦物材料結合、或經塗佈於其上方時，能提供負總電荷的兩性聚合物。
在此方面，至少一種陰離子性聚合物可選自任何陰離子性聚合物，其具有在1μEq/g(負電荷)至15000μEq/g(負電荷)範圍內之負總電荷密度；較佳地，至少一種陰離子性聚合物係經選擇，以至於其具有在1000μEq/g(負電荷)至10000μEq/g(負電荷)範圍內、最佳在2000μEq/g(負電荷)至8000μEq/g(負電荷)範圍內的負總電荷密度。
在本發明的一個較佳具體實例中，至少一種陰離子性聚合物具有以下重量平均分子量Mw的陽離子性聚合物：至少50000g/mole、較佳為50000g/mole至低於1000000g/mole、更佳為70000至750000g/mole、又更佳為90000至650000g/mole及最佳為100,000至300000g/mole。
在本發明的一個較佳具體實例中，陰離子性聚合物為均聚物及/或共聚物。
在於EP 0441037或未公開之申請案EP 15159304中描述了可使用的陰離子性聚合物。
視情況地，可將其它添加劑添加至待處裡之水、及/或污泥及/或沉積物中。它們可能包括用於pH調節的試劑和常見絮凝劑，諸如：聚氯化鋁、氯化鐵或硫酸鋁。然而，在一個較佳的具體實例中，本發明之水淨化法及/或污泥及/或沉積物的脫水方法不使用任何另外常見的無機絮凝助劑，諸如：聚氯化鋁、氯化鐵或硫酸鋁。
關於經表面處理之礦物材料、聚合絮凝助劑及其較佳具體實例之定義，在討論本發明方法的技術細節時將參考上方所提供之陳述。
以下實施例可另外說明本發明，但並非意味著欲將本發明限制於該等例示性具體實例中。
實施例
可基於以下實施例而更適當地理解本發明之範疇和關注內容，該實施例旨在說明本發明的具體實例，然而，不應將它們解釋為以任何方式限制申請專利範圍之範疇。
測量方法
用以下測量方法來評估實施例和申請專利範圍中所提供之參數。
根據ISO 787/11之礦物材料振實容積密度
透過有力(power)漏斗將100g±0.5g的乾燥礦物材料粉末搖動或篩分至250mL毫升的玻璃量筒(刻度為2mL)中；輕輕敲打量筒圓筒，直到樣品表面大致平整為止；然後將量筒放置在振實體積計(震擊體積計STAV II,Engelsmann)的座中，並經1250次之步驟來加以振實，直到最後兩次讀數間的差值小於2mL為止，以最接近的1mL來讀取最終值。
振實密度[g/mL]係經評估為：經秤重樣品[g]/振實體積[mL]
顆粒狀材料的粒徑分佈(直徑<X之粒子的質量%)和重量中值粒徑(d 50)
透過沉積法(即在重力場中的沉降行為分析)，來測定顆粒狀材料的重量中值細粒粒徑和細粒粒徑質量分佈，以SedigraphTM 5100來進行測量。
方法和儀器為熟諳此技藝者所習知的，且通常經用於測定填料 和顏料的粒徑，係在0.1wt% Na4P2O7的水溶液進行測量，用高速攪拌器和超音波來分散樣品。
材料的BET比表面積
藉由在250℃下加熱30分鐘的時間以對樣品進行調節後，使用氮氣、根據ISO9277、透過BET法來測量BET比表面積，在進行此測量前，對樣品進行過濾、潤洗，以及在110℃下、於烘箱中乾燥至少12小時。
pH測量
在大約25℃下、藉由使用標準pH計來測量水樣品的pH。
電荷密度
用粒子電荷偵檢器(PCD)來測量聚合物和經表面處理之礦物材料的電荷密度，所使用的粒子電荷偵檢器為PCD-03或PCD-05，其皆可獲自Mütek，具有測量器型1(measuring cell type 1)(10至30ml)。
藉由對器具中的樣品和10.0g的去礦質水進行秤重來進行樣品之電荷密度測量，需用液體來覆蓋器具中的電極。
將活塞緩慢地插入測量器具中並開始測量。
用2.5mmol/l的聚乙烯硫酸鉀溶液來滴定樣品。該溶液之製備係藉由在容量瓶(500ml)中秤重0.234g的聚乙烯硫酸鉀鹽，並用大約250ml的去離子水將其溶解來進行；添加500μl的37%甲醛溶液和100μl的99%芐醇，並用去離子水填充該溶液至達500ml。
藉由用1000ml的2.5mmol/l聚-DADMAC溶液來滴定10.0g的去礦水，對2.5mmol/l的聚乙烯硫酸鉀溶液之滴定溶液因子(f)進行測定，藉由以下方程式來計算因子f：因子(f)=理論體積(ml)/所使用的體積(ml)
藉由以下方程式來計算經滴定樣品的電荷密度： 電荷密度=滴定液消耗量(ml)*2.5(μmol/ml)*因子f/乾燥樣品的樣品重(g)
懸浮液中之材料的固體重(wt%)或固體含量
藉由用固體材料的重量除以水性懸浮液的總重量來測定固體重量。可藉由使用來自Mettler-Toledo(T=120℃、自動開閘3、標準乾燥)的濕氣分析儀HR73、以樣品尺寸為5至20g來測定懸浮液的「固體含量」(在本發明之意涵中係以wt%來加以提供)。
濁度
對各個樣品來說，在20分鐘的沉降期後測量濁度。用Hach Lange 2100AN Is實驗室濁度計來測量濁度，並使用下的StabCal濁度標準品(formazin標準品)來執行校準：<0.1、20、200、1000、4000及7500 NTU。
製備經表面處理之礦物材料
用陽離子性塗料材料來塗佈礦物材料，所使用的礦物材料係經列於下方：
所使用的陽離子性塗料材料為
●可商購自BASF的Catiofast BP液體、基於氯化二烯丙基二甲基銨(polyDADMAC)的陽離子性均聚物。
●氯化鐵(III)可商購自Sigma-Aldrich，其CAS標號為7705-08-0。
所使用的分散試劑為可獲自Coatex之ETHACRYL® M分散劑
提供具有10wt%固體含量之礦物材料的泥漿，視情況用1.8wt%的分散試劑分散該礦物材料，且用陽離子性塗佈材料來塗佈該礦物材料如下：
●基於礦物材料的總重量計，用1.8wt%的陽離子性聚合物來塗佈該礦物材料。
●用氯化鐵(III)來塗佈該礦物材料，其中基於沸石的乾重計，鐵質量為10wt%。
劇烈攪動所得泥漿，以獲得均質泥漿並避免沉降。
能獲得以下經表面處理之礦物材料：
脫水測試
藉由Garzweiler(德國)來從RWE Power Ag獲得經處理之沉積物樣品。取樣位置發生在「Sandfang LD10」池。所提供的樣品為深棕色、接近黑色，非常精細且具有油性稠度，並基於所提供樣品的總重量計，具有13.8wt%的總固體含量；所提供的沉積物樣品為有機沉積物樣品。藉由混合樣品並在500μm的篩孔上對其進行其篩分，以對沉積物樣品進行均質化，然後用水將其稀釋至基於樣品的總重量計為5wt%之總固體含量。
將實施例A中的經表面處裡之礦物材料添加至經稀釋的沉積物樣品中。向每噸的沉積物添加20kg的經表面處裡之礦物材料(乾燥/乾燥)，其表示基於經稀釋之沉積物的總重量計，1000ppm的經表面處裡之礦物材料；對混合物進行混合2分鐘。
然後用具有孔徑12至25μm的Whatman濾紙589/1(90mm)、在90mm的Büchner漏斗上過濾經處理之沉積物樣品，在標準環境條件下、用吸取容量為2.4m3/小時的Vacuubrand Type MZ 2C隔膜泵來執行過濾10min。
在常壓(100kPa)、70℃下去除濾餅，並於烘箱中乾燥10hrs，用Mettler Toledo分析天平在乾燥前後測量濾餅的質量，基於乾燥前後的質量來計算樣品的固體含量，其值經列於下表中；此外，也測量了濾液濁度。
此數據顯示可能用本發明方法來進行沉澱物處理，特別是增加水性沉積物的固體含量。如從樣品2至10之所見，可能藉由根據本發明之方法來進行處理，其中使用至少一種經表面處理之該礦物材料、其中在進行塗佈前的該礦物材料具有在0.05g/mL和0.80g/mL之間的乾粉振實容積密度，在進行塗佈前的該礦物材料粒子具有0.1μm至50μm的重量中值粒徑d 50值，以及其中藉由一種材料來覆蓋該礦物材料，該材料向該礦物材料提供可能藉由過濾來增加水性沉積物之固體含量的陽離子電荷；此外，可看出本發明方法中之樣品(樣品2至10)的固體含量遠高於比較方法中之樣品(樣品1)的固體含量，其中所使用的經表面處理之礦物材料為GCC，其具有1.3g/mL的振實容積密度和5.0μm的重量中值粒徑。在樣品1中，過濾器被堵塞住，因此，大部分的水不會流過過濾器，而是停留在濾餅中和在漏斗上，因此，濾餅的固體含量相對低；反之，樣品2至10中之濾餅並未被堵塞住，因此，大量的水會流過過濾器，因此，濾餅的固體含量相對高。
此外，與樣品1(100 NTU)相較之下，樣品2至10(11至78 NTU)中的濾液濁度值低得多，因此，與比較方法相較之下，本發明方法的過濾質量和效率是提高的。

Claims (13)

  1. 一種用於增加水性污泥及/或沉積物之固體含量的方法，其包含以下步驟：a)提供含雜質之待脫水的水性污泥及/或沉積物；b)提供至少一種經表面處理之礦物材料，其中該礦物材料在進行表面處理前具有0.05g/mL至0.80g/mL之乾粉振實容積密度(tapped bulk density)(根據ISO 787/11標準方法所測量)，且其中係藉由一種材料來對該礦物材料進行表面處理，該材料向該礦物材料提供陽離子電荷；c)使步驟a)的污泥及/或沉積物和步驟b)的至少一種經表面處理之礦物材料接觸，以獲得經表面處理之礦物材料和雜質的複合材料；以及d)從含步驟c)之複合材料的污泥及/或沉積物中去除水，其中步驟b)之至少一種經表面處理之礦物材料係選自由以下所組成之群組：高嶺土、膨土、坡縷石、雲母、菱水鎂鋁石、鋰膨潤石、高嶺石、蒙脫石、禾樂石、伊來石及其混合物，且其中步驟a)之污泥及/或沉積物係選自諸如以下之污泥：港口污泥、河川污泥、沿岸污泥或消化污泥、採礦污泥、土木工程污泥及鑽井泥漿。
  2. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中a)該至少一種經表面處理之礦物材料的礦物材料粒子在進行表面處理前具有以下重量中值粒徑d 50值：介於1.0μm和300μm之間，較佳介於1μm和200μm之間，更佳介於2μm和50μm之間，又更佳介於3μm和30μm之間，以及最佳介於4μm和25μm之間；及/或b)該至少一種經表面處理之礦物材料的礦物材料在進行表面處理前具有以下乾粉振實容積密度(根據ISO 787/11標準方法所測量)：0.07g/mL至0.60g/mL，較佳為0.08g/mL至0.40g/mL，及最佳為0.10g/mL至0.20g/mL；及/或 c)該至少一種經表面處理之礦物材料的礦物材料粒子在進行表面處理前具有以下比表面積：1至800m2/g，更佳為20至500m2/g，又更佳為30至300m2/g，及最佳為30至150m2/g。
  3. 根據申請專利範圍第1或2項之方法，其中該至少一種經表面處理之礦物材料的表面處理包含至少一種選自由以下所組成之群組的材料：一價、二價或三價陽離子、陽離子性聚合物及其混合物，該材料向該礦物材料提供陽離子電荷。
  4. 根據申請專利範圍第3項之方法，其中該陽離子性聚合物包含以下聚合物：a)具有以下正電荷密度：在1mEq/g和15mEq/g範圍內，更佳在2.5mEq/g和12.5mEq/g範圍內，以及最佳在5mEq/g和10mEq/g範圍內；及/或b)其中至少60%，較佳至少70%，更佳至少80%，又更佳至少90%，及最佳等同於100%之單體單元具有正電荷；及/或c)具有以下重量平均分子量Mw：低於1,000,000g/mole，更佳為50,000至750,000g/mole，又更佳為50,000至650,000g/mole，及最佳為100,000至300,000g/mole；及/或d)為均聚物，其係基於選自由以下所組成之群組的單體單元：二烯丙基二烷基銨鹽、三級胺和四級化的胺、四級化的亞胺、丙烯醯胺、甲基丙烯醯胺、N,N-二甲基丙烯醯胺、丙烯酸、甲基丙烯酸、乙烯磺酸、乙烯吡咯啶酮、丙烯酸羥乙酯、苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯及乙酸乙烯酯，較佳為二烯丙基二烷基銨鹽和丙烯酸；或e)為共聚物，其係基於選自由以下所組成之群組的單體單元：二烯丙基二烷基銨鹽和甲基丙烯酸，還有選自由以下所組成之群組的共聚單體單元：丙烯醯胺、甲基丙烯醯胺、N,N-二甲基丙烯醯胺、丙烯酸、甲基丙烯酸、乙烯磺 酸、乙烯吡咯啶酮、丙烯酸羥乙酯、苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、乙酸乙烯酯及其混合物，較佳該單體單元係選自二烯丙基二烷基銨鹽和甲基丙烯酸且該共聚單體單元係選自丙烯醯胺和丙烯酸。
  5. 根據申請專利範圍第3項之方法，其中該一價、二價或三價陽離子係選自Fe3+、Al3+、Mn2+、Zn2+及其混合物。
  6. 根據申請專利範圍第1項至第5項中任一項之方法，其中用向該礦物材料提供陽離子電荷的該至少一種材料來對該礦物材料之以下可及表面積進行表面處理：至少0.1%，較佳介於0.2%和50%之間，更佳介於0.5%和30%之間，又更佳介於0.7%和20%之間，以及最佳介於1.0%和10%之間。
  7. 根據申請專利範圍第1項至第6項中任一項之方法，其中該方法進一步包含步驟e)，其使步驟a)或c)之待脫水的污泥及/或沉積物和至少一種聚合絮凝助劑接觸。
  8. 根據申請專利範圍第7項之方法，其中步驟e)之聚合絮凝助劑a)具有以下重量平均分子量Mw：在100,000至10,000,000g/mole範圍內，較佳在300,000至5,000,000g/mole範圍內，更佳在300,000至1,000,000g/mole範圍內，以及最佳在300,000至800,000g/mole範圍內；及/或b)為非離子性或離子性，較佳係選自以下的陽離子性或陰離子性聚合物：聚丙烯醯胺、聚丙烯酸酯、聚(氯化二烯丙基二甲基銨)、聚乙烯亞胺、多胺、澱粉及其混合物。
  9. 根據申請專利範圍第1項至第8項中任一項之方法，其中係藉由過濾、沉積及/或離心且較佳藉由過濾來執行步驟d)。
  10. 根據申請專利範圍第1項至第9項中任一項之方法，其中該方法進一步包含添加陰離子性聚合物之步驟，其係在步驟d)之前，較佳在步驟c)之後。
  11. 一種經表面處理之礦物材料的用途，其用於增加污泥及/或沉積物的固體含量，其中該礦物材料在進行表面處理前具有0.05g/mL至0.80g/mL之乾粉振實容積密度(根據ISO 787/11標準方法所測量)，且其中用一種材料來對該礦物材料進行表面處理，該材料向該礦物材料提供陽離子電荷，且其中該經表面處理之礦物材料係選自由以下所組成之群組：高嶺土、膨土、坡縷石、雲母、菱水鎂鋁石、鋰膨潤石、高嶺石、蒙脫石、禾樂石、伊來石及其混合物，且其中該污泥及/或沉積物係選自諸如以下之污泥：港口污泥、河川污泥、沿岸污泥或消化污泥、採礦污泥、土木工程污泥及鑽井泥漿。
  12. 一種含經表面處理之礦物材料和雜質的複合材料，其可藉由根據申請專利範圍第1項至第10項中任一項之方法獲得。
  13. 根據申請專利範圍第12項之複合材料，其基於該複合材料在過濾自該污泥及/或沉積物之後以及在乾燥之前之總重，具有以下水含量：少於90wt%，較佳低於80wt%，更佳低於60wt%，又更佳低於50wt%，及最佳低於30wt%。
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