KR100248174B1

KR100248174B1 - 폐수내부유고형물의 연속제거를 위한 자성유체분리시스템

Info

Publication number: KR100248174B1
Application number: KR1019970048016A
Authority: KR
Inventors: 강점룡; 서근학; 김용하
Original assignee: 김용하; 서근학
Priority date: 1997-09-22
Filing date: 1997-09-22
Publication date: 2000-03-15
Also published as: KR970074666A

Abstract

본 발명은 폐수내 부유 고형물의 연속 제거를 위한 자성 유체 분리시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 대량으로 배출하고 있는 하수처리장, 분뇨처리장, 그리고 양어장 등의 폐수에 존재하는 부유 고형물(浮游固形物)을 자성 미분체와 결합시켜 자성플럭을 만들고, 이 자성플럭을 자석으로 분리 및 소각하여 제거하고, 자성 미분체는 회수하여 재사용하도록 함으로써 폐수내 부유 고형물을 효율적으로 제거할 수 있음은 물론, 환경오염 방지와 자원 재활용이 가능할 수 있도록 하는 폐수내 부유 고형물의 연속 제거를 위한 자성 유체 분리시스템에 관한 것이다.

본 발명은 폐수에 포함된 부유고형물을 제거하는 장치에 있어서, 자성 미분체의 저장 및 공급을 위한 자성 미분체 공급조와, 상기 미분체 공급조로 부터 공급되는 자성 미분체 및 부유고형물이 포함된 폐수를 교반 혼합시켜 부유 고형물이 자성 미분체에 부착된 자성플럭을 형성시키는 혼합조와, 상기 혼합조로부터 배출되는 자성플럭이 포함된 혼합슬러리를 이송관의 외주연에 설치된 다수의 자석에 의해 자성플럭만을 포집하여 자성플럭 및 정제수를 분리하는 하나 이상의 자성유체 분리탑과, 상기 자성유체 분리탑의 자석에 흡착된 자성플럭을 수집 및 연소시켜 자성 미분체 만을 회수하는 자성 미분체 회수기로 구성된 것을 특징으로 한다.

[색인어]

폐수, 부유 고형물, 자성, 분리시스템, 마그네타이트, 자성 미분체

Description

폐수내 부유 고형물의 연속 제거를 위한 자성 유체 분리시스템

일반적으로 깨끗한 물을 적절하게 공급하는 것은 인간 생존 뿐만 아니라 동식물의 성장에도 필수 불가결한 것이며, 깨끗한 물을 공급하기 위한 수(水)처리 공정 중 폐수 내 부유 고형물의 분리는 탁도(濁度) 향상과 병원균을 포함한 유해물질의 제거면에서 19세기 초부터 그 중요성이 인식되어 공공용수에 침강과 여과처리를 실시하여 왔다.

특히 폐수내 부유 고형물의 제거효율은 입자의 크기 또는 밀도가 작아질수록 감소되는데, 이 때문에 약 30-50㎛ 이하의 미세입자 처리에는 화학약품인 응집제등을 투여하여 입자크기를 크게한 후 여과하거나, 또는 침강탱크의 표면을 크게하여 침강에 소요되는 체류 시간을 길게하므로써 제거하는 방법 등을 택하고 있으나, 이에 따른 시설 투자 및 운전비용, 그리고 화학약품인 응집제의 사용으로 부유물이 제거된 정제수내에 잔존하는 응집용 화학약품의 유해성과 폐 슬러지의 처분 등이 문제점으로 작용하고 있다.

따라서 폐수내에 존재하는 부유 고형물을 마그네타이트(Magne-tite)와 자성 미분체(磁性微粉體)에 흡착되어 플럭(Floccule)이 형성되는 성질을 이용하여 제거하는 방법은 미국 특허 제 4,039,447호(폐수 처리방법 및 장치), 일본 공개특허공보 소 58-95581(폐수처리에 있어서 현탁물의 분리방법), 일본 공개특허공보 소 58-66396(폐수 처리에 있어서 현탁물의 분리방법), 일본 공개특허 공보 평 2-35989(유기성 폐수의 자기 처리방법), 일본 공개 특허공보 평 2-184305(벨트 프레스형 탈수 처리방법) 등에서 이미 알려져 있다.

즉, 상기에 제시된 각 특허에서 폐수내 부유 고형물이 마그네타이트와 자성 미분체에 흡착되어 플럭이 형성되는 기본적인 원리는 제1도에 도시된 바와 같이 폐수내의 부유 고형물(S)이 마그네타이트와 같은 자성 미분체(MF)를 만나면 부유 고형물(S)이 자성 미분체(MF)에 흡착되어 자성플럭(MS)을 형성하게 되는 원리이다.

따라서 상기의 원리를 이용한 미국 특허 제 4,039,447호는 드럼식 자기 디스크에 자성 플럭이 부착 및 제거되도록 하고 있으며, 일본 공개특허공보 소 58-95581호는 분리조의 바닥에 자석을 설치하여 유입되는 폐수 중의 응집체를 중역침강과 더불어 자기 흡착시켜 급속 침강시킴과 동시에 자석을 좁은 액체의 통로에 설치하여 폐수내 액체의 통로를 따라 가면서 응집체가 자석에 흡착되도록 하고 있으며, 일본 공개특허공보 소59-66395에서는 처리조의 바닥에 설치된 고정 또는 착탈이 가능한 자석에 의해 응집체를 흡착하는 금속침전 방식을 각각 사용하고 있으나, 이와 같은 폐수 제거장치는 구조가 복잡할 뿐만 아니라 폐수에 존재하는 부유물의 제거 효율이 낮은 것으로 알려져 있다.

특히 일본 공개특허공보 소 60-244390호는 상기의 원리를 이용하여 적조(赤潮)플랑크톤을 제거하기 위한 것으로서, 적조 플랑크톤을 함유하는 물에 강자성체 미립자를 첨가한 후 필요에 따라서는 응집제를 첨가하여, 제1자기필터에 상기의 물을 통과시켜 일정시간 이후에는 상기 제1자기필터를 세정하고, 적조 플랑크톤과 강자성체 미립자의 혼합물을 함유하는 상기의 세정수를 제2자기필터에 통과시켜 강자성체 미립자와 적조 플랑크톤을 분리하고, 분리되어진 강자성체 미립자를 재활용함과 동시에 적조 플랑크톤은 탈수 농축 처리하는 것으로 되어 있다.

상기와 같은 일본 공개특허공보 소 60-244390호에 있어 제거 대상은 적조 플랑크톤이며, 이 적조 플랑크톤의 제거를 위해 제1, 제2자기필터와, 다수의 저류조 또는 저장조 등을 구비하여 구조가 복잡할 뿐만 아니라 적조 플랑크톤과 강자성체 미립자의 응집력을 높이기 위해 무기 응집제와 고분자계 응집제를 투입하여 화학적 처리에 기인하고 있어 2차 환경오염의 원인이 될 수 있으며, 이로 인해 운영비가 많이 소요되며, 처리 능력이 20~50mg/l에 불과하여 많은 량의 적조 플랑크톤이 함유된 해수를 처리하기에는 부적합하며, 특히 상기의 장치로서는 폐수에 포함된 가축의 분뇨 등과 같은 부유 고형물을 제거할 수 없는 문제점이 있는 것이다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로 가운데가 중공(中空) 형태인 이송관의 외주연에 다수의 자석을 일정한 규칙에 의해 설치된 자성유체분리탑을 구성하고, 상기 이 자성유체분리탑 내부에 자성 미분체와 부유 고형물이 결합된 자성플럭을 포함하는 폐수를 일정한 압력 및 유속으로 혼합 공급함에 따라 자성플럭이 자석에 흡착되어 물과 분리되도록 하고, 이 분리된 자성플럭을 연소시켜 부유고형물을 제거함과 동시에 자성 미분체를 회수 후 재 사용 할 수 있게 하여 부유고형물을 연속 분리 제거함으로써 가축의 분뇨, 공장의 오염물과 같은 폐수내에 존재하는 부유 고형물을 별도의 응집용 화학약품을 사용하지 않고서도 제거시킬 수 있도록 한 것을 기술적 과제로 한다.

본 발명은 폐수에 포함된 부유고형물을 제거하는 장치에 있어서, 자성 미분체의 저장 및 공급을 위한 자성 미분체 공급조와, 상기 미분체 공급조)로부터 공급되는 자성 미분체 및 부유고형물이 포함된 폐수를 교반 혼합시켜 부유 고형물이 자성 미분체에 부착된 자성플럭을 형성시키는 혼합조와, 상기 혼합조로부터 배출되는 자성플럭이 포함된 혼합슬러리를 이송관의 외주연에 설치된 다수의 자석에 의해 자성플럭만을 포집하여 자성플럭 및 정제수를 분리하는 하나 이상의 자성유체 분리탑과, 상기 자성유체 분리탑의 자석에 흡착된 자성플럭을 수집 및 연소시켜 자성 미분체 만을 회수하는 자성 미분체 회수기로 구성된 것을 특징으로 한다.

제1도는 본 발명에 따른 자성플럭의 형성과 자성 분리의 개념도.

제2도는 본 발명에 따른 폐수내 부유 고형물의 연속 제거를 위한 자성유체 분리시스템의 블록도.

제3도는 본 발명의 폐수내 부유 고형물의 연속 제거를 위한 자성유체 분리 시스템의 구성도.

제4도는 본 발명에 따른 자성유체 분리탑의 구성도.

제5도는 본 발명의 폐수내 부유 고형물의 연속 제거를 위한 자성유체 분리 시스템의 다른 실시예의 구성도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 혼합조 11 : 교반기

12 : 모터 13 : 교반날개

14 : 자성 미분체 공급조 15, 15a, 15b : 제1펌프

16a, 16b : 제1밸브 17a, 17b : 제2밸브

18 : 제2펌프 19a, 19b : 제3밸브

20a, 20b : 자성유체 분리탑 21 : 이송관

22 : 자석 23 : 내관

24 : 미세 그물망 30 : 자성 미분체 회수기

31 : 소각로 32 : 공기 공급펌프

33 : 사이클론 34 : 유동층로

35 : 스크류피더 36 : 모터

37 : 스프레이 인젝터 41 : 진동장치

42 : 로터리밸브 43a, 43b : 삼방향밸브

44 : 포집탱크 S : 부유고형물

MF : 자성 미분체 WS : 혼합슬러리

MS : 자성플럭 CW : 정제수

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 제2도 내지 제5도를 참고하여 설명하면 다음과 같다.

제2도는 본 발명에 따른 폐수내 부유 고형물의 연속 제거를 위한 자성유체 분리시스템의 개념을 나타낸 블록도로서 자성 미분체(MF)의 저장 및 공급을 위한 자성 미분체 공급조(14)와, 상기 미분체 공급조(14)로부터 공급되는 자성 미분체(MF) 및 부유고형물(S)이 포함된 폐수(WW)를 교반 혼합시켜 부유 고형물(S)이 자성 미분체(MF)에 부착된 자성플럭(MS)을 형성시키는 혼합조(10)와, 상기 혼합조(10)로부터 배출되는 자성플럭(MS)이 포함된 폐수(WW)를 이송관(21)의 외주연에 설치된 다수의 자석(22)에 의해 자성플럭(MS)만을 포집하여 자성플럭(MS) 및 정제수(CW)를 분리하고 이를 배출하는 하나 이상의 자성유체 분리탑(20a)(20b)과, 상기 자성유체 분리탑(20a)(20b)의 자석(22)에 흡착된 자성플럭(MS)을 수집 및 연소시켜 자성 미분체(MF)만을 회수하고 이를 자성 미분체 공급조(14)로 재 투입하는 자성 미분체 회수기(30)로 구성되어 있다.

상기와 같이 이루어진 본 발명의 동작개념을 설명하면, 먼저, 혼합조(10)에 미분체 공급조(14)로부터 마그네타이트와 같은 자성 미분체(MF)와 부유고형물(S)이 포함된 폐수(WW)가 유입되면 상기 자성 미분체(MF)와 폐수(WW)를 교반 혼합하게 되며, 이때 제1도에서와 같이 폐수(WW)에 포함된 부유고형물(S)과 자성 미분체(MF) 사이에 판 데르 발스(van der waals)힘과 같은 응집력이 발생됨에 따라 부유 고형물(S)과 자성 미분체(MF)가 서로 결합되어 자성플럭(MS)을 형성시키게 되고, 이러한 자성플럭(MS)과 나머지 물은 자성유체분리탑(20a)(20b)인 이송관(21)의 하측에 일정한 압력과 유속으로 공급된다.

따라서 상기 자성유체분리탑(20a)(20b)인 이송관(21)의 하측에 자성플럭(MS)과 물이 일정한 압력과 유속으로 공급되어 이송관(21) 내부의 수위가 상승하게 되며, 이때 자성 미분체(MF)와 부유 고형물(S)이 결합된 자성플럭(MS)은 이송관(21)외주연에 다수 설치된 자석(22)에 흡착됨으로써 자성유체분리탑(20a)(20b)을 경유시 자성플럭(MS)과 물이 서로 분리되며, 상기 자성플럭(MS)이 제거된 정제수는 이송관(21)상부로 배출된다.

한편, 자석(22)에 흡착된 자성플럭(MS)은 자성 미분체 회수기(30)로 공급되어 건조 또는 연소과정을 거쳐 자성 미분체(MF)만을 회수하고, 이 회수된 자성 미분체(MF)를 자성 미분체 공급조(14)로 투입하여 재 사용할 수 있도록 한 것이며, 여기서 자성유체 분리탑(20a)(20b)을 하나 이상 설치하여 선택적으로 사용하게 한 이유는 하나의 자성유체 분리탑(20a)에서 자성플럭(MS)을 포집하는 동안 다른 자성유체 분리탑(20b)에서는 포집된 자성플럭(MS)을 분리 배출시킴으로써 폐수(WW)내 부유 고형물(S)을 연속제거 시키기 위함이다.

제3도는 본 발명의 폐수내 부유 고형물의 연속 제거를 위한 자성유체 분리시스템의 구체적인 실시예를 나타낸 구성도로서, 자성 미분체(MF)의 저장 및 공급을 위한 자성 미분체 공급조(14)가 구비되고, 혼합조(10)에는 상기 미분체(MF)와 폐수(WW)를 고르게 혼합시키기 위해 모터(12)와 교반날개(13)로 구성된 교반기(11)가 설치되며, 상기 혼합조(10)의 일측에는 제1펌프(15)와 제1밸브(16a)(16b)를 통해 하나 이상의 자성유체분리탑(20a)(20b)의 하측 일측으로 강제 공급하도록 되어 있다.

여기서 상기 자성유체분리탑(20a)(20b)은 원통 또는 사각통의 이송관(21) 외벽 둘레에 다수의 자석(22)이 설치되고, 이 자석(22)의 수는 2~8개로서 서로 45-180°각도로 배치되어 있으며, 상기 자석(22)은 전자석과 같이 자성력을 온/오프 가능한 것을 사용한다.

또한 상기 자성유체분리탑(20a)(20b)하측의 단측에는 자성 미분체(MF)와 부유고형물(S)이 결합된 자성플럭(MS)을 배출하는 제2밸브(17a)(10b)가 설치되며, 이 제 2밸브 제 2밸브(17a)(17b)의 타측에는 수분이 포함된 자성플럭(MS)을 자성 미분체 회수기(30)로 강제 공급하는 제2펌프(18)가 설치되고, 자성유체분리탑(20a)(20b) 상측의 일측에는 정화된 정제수를 배출하기 위한 제3밸브(19a)(19b)가 설치된다.

여기서 상기 자성 미분체 회수기(30)는 공기 공급펌프(32)로부터 공급되는 공기로서 상기 자성플럭(MS)을 연소시키는 소각로(31)가 구비되고, 상기 소각로(31)상부에는 자성플럭(MS) 소각시 발생되는 수증기 및 연소공기를 포집하는 사이클론(33)이 설치되어 구성된다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 일실시예에 다른 폐수내 부유 고형물의 연속 제거를 위한 자성 유체 분리시스템의 작용 관계를 제1도 및 제3도를 참고하여 설명하면 다음과 같다.

먼저 제3도에서와 같이 혼합조(10)에 자성 미분체 공급조(14)로부터 공급되는 미분체(MF)와 부유고형물(S)이 포함되어 있는 폐수(WW)가 유입되면 교반기(11)인 모터(12) 및 교반날개(13)의 연계동작에 의해 고르게 혼합시키게 되며, 이 과정에서 제1도에서와 같이 폐수내의 부유고형물(S)이 마그네타이트와 같은 자성 미분체(MF)를 만나면상호간에 반데르발스의 응집력이 발생하여 결합됨으로써 부유 고형물(S)이 자성 미분체(MF)에 흡착되어 자성플럭(MS)을 형성하게 되며, 이러한 자성 플럭(MS)이 포함된 혼합슬러리(WS)는 제1펌프(15)의 구동에 의해 강제로 제1밸브(16a)(16b)를 통해 자성유체분리탑(20a)(20b)인 이송관(21)의 하측으로 유입되어 진다.

따라서 제1펌프(15) 구동에 의한 강제 공급으로 이송관(21)의 혼합슬러리(WS)수위는 상측 방향으로 상승되어지고, 이와 같은 상승 과정에서 이송관(21) 외벽에 설치된 다수의 자석(22)의 자성력에 의해 자성플럭(MS)이 흡착됨으로써 폐수(WW)와 분리됨에 따라 이송관(21)의 상측으로 올라갈수록 자성플럭(MS)이 제거율은 높아지게 되어 결국 자성플럭(MS)이 제거된 정제수는 제3밸브(19a)(19b)를 통해 외부로 배출되는 것이다.

여기서 상기 이송관(21)의 외벽 둘레에 설치된 다수의 자석(22)은 2~8개로서 서로 45~180°각도로 배치함에 따라 이송관(21)내의 혼합슬러리(WS)가 상측 방향으로 흐르는 과정에서 자석(22)부분을 통과할 때 상기 자석(22)의 자성력에 의해 자성플럭(MS)이 이송관(21)의 내벽 둘레 방향으로 이동하여 자석(22)이 배열된 이송관(21)의 내벽에 집중 포집되도록 하였다.

한편, 자성유체 불리탑(20a)(20b)의 자석(22)에 자성플럭(MS)이 일정량 만큼 포집되면 제1밸브(16a)(16b)를 폐쇄시켜 이송관(21)으로 유입되는 혼합슬러리(WS)를 차단시킨 후 상기 자석(22)의 자성력을 오프 차단하게 되면 자석에 흡착된 자성플럭(MS)이 상기 자석(22)으로부터 분리됨과 동시에 하중에 의해 이송관(21)의 바닥면에 모이게 되고, 이 상태에서 제2밸브(17a)(17b)의 개방과 동시에 제2펌프(18)를 가동함으로써 이송관(21)의 바닥면에 모인 자성플럭(MS)을 자성 미분체 회수기(30)의 소각로(31)로 강제 공급하게 된다.

따라서 상기 소각로(31)에 공급된 자성플럭(MS)은 소각되어지나, 자성 미분체(MF)는 연소되지 않아 소각되지 않고 부유고형물(S)만이 소각되며, 소각시 발생되는 수증기 및 연소공기는 사이클론(33)에서 포집하여 부유 고형물(S)을 유기질비료로 사용할 수 있도록 하는 한편, 연소되지 않은 자성 미분체(MF)는 회수하여 재 사용하게 되는 것이다.

제4a도는 본 발명에 따른 자성유체 분리탑의 다른 실시예를 나타낸 구조도로서, 원통 또는 사각형의 이송관(21) 내측 중앙부의 축 중심선 상에 기둥형 내관(23)을 내장 형성하여 이송관(21)의 하측 일측에 유입되는 혼합 슬러리(WS)는 이송관(21) 내측과 내관(23)의 외측 사이를 흐르도록 하고 있다.

이와 같은 구조는 이송관(21) 내부에 혼합 슬러리(WS)가 상향류로 흐르는 과정에서 자석(22) 세트 부분을 통과할 때 자석(22)의 자성력에 의해 자성플럭(MS)이 이송관(21)의 내벽 둘레 방향으로 이동하여 자석(22)이 배열된 이송관(21)의 내측에 집중되도록 함으로써 포집 효율을 향상시키도록 한 것이다.

제4b도는 본 발명에 다른 자성유체 분리탑의 또다른 실시예를 나타낸 구조도로서, a도와 같이 원통 및 사각형의 이송관(21)내측이나, b도와 같이 이송관(21)과 내관(23) 사이에 미세 그물망(24)을 밀착시켜 자성플럭(MS)이 상기 미세그물망(24)의 내측에 형성되도록 한 후 상기 미세망(24)을 들어내어 물 세척법에 의해 자성플럭(MS)을 제거하도록 한 것이다.

제5도는 본 발명에 따른 폐수내 부유 고형물의 연속 제거를 위한 자성 유체분리시스템의 다른 실시예를 도시한 것으로서, 자성 미분체 공급조(14)의 하측에는 자성 미분체(MF)의 응집을 방지하고 고르게 배출하기 위한 진동장치(41)가 설치되고, 상기 자성 미분체 공급조(14) 중앙 하부의 배출관에는 로터리밸브(42)가 설치되어 혼합조(10)에 투입되는 자성 미분체(MF)의 투입속도 및 투입량을 조절하도록 되어 있다.

그리고 혼합조(10)에는 자성 미분체 공급조(14)로부터 공급되는 미분체(MF)와 폐수(WW)를 고르게 혼합시키기 위해 모터(12)와 교반날개(13)로 구성된 교반기(11)가 설치되며, 상기 혼합조(10)의 일측에는 제1펌프(15a)(15b)를 통해 하나 이상의 자성유체분리탑(20a)(20b)인 이송관(21)이 하측 일측에 강제 공급하도록 되어 있으며, 상기 혼합조(10)와 제1펌프(15a)(15b) 사이에는 혼합조(10)에 존재하는 자성플럭(MS)과 물을 이송관(21)으로 공급하는 한편, 상기 이송관(21)의 자석(22)에 의해 포집된 자성플럭(MS)을 포집탱크(44)로 공급하는 3방향밸브(43a)(43b)가 설치된다.

여기서 자성유체분리탑(20a)(20b)은 원통 또는 사각통의 이송관(21) 외벽 둘레에 다수의 자석(22)이 설치되어 있으며, 이 자석(22)의 수는 2~8개로서 서로 45~180°각도로 배치되고, 자성유체분리탑(20a)(20b) 상측의 일측에는 정화된 정제수를 배출하기 위한 제3밸브(19a)(19b)가 설치되며, 상기 포집탱크(44)의 일측에는 수분을 포함하는 포집된 자성플럭(MS)을 자성 미분체 회수기(30)로 강제 공급하는 제2펌프(18)가 설치되어 있다.

또한 상기 자성 미분체 회수기(30)는 유동층로(34)에 가스 또는 고온의 공기를 공급함으로써 건조 내지는 연소시켜 자성플럭(MS)으로부터 자성 미분체(MF)만을 분리하고, 유동층로(34) 일측에는 모터(36)에 의해 회전하여 분리된 자성 미분체(MF)를 자성 미분체 공급조(14)로 공급하는 스크류피더(35)가 설치되어 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 다른 실시예에 따른 폐수내 부유 고형물의 연속 제거를 위한 자성 유체 분리시스템의 작용 관계를 제5도를 참고하여 설명하면 다음과 같다.

먼저 혼합조(10)에 자성 미분체 공급조(14)로부터 공급되는 미분체(MF)와 부유고형물(S)이 포함되어 있는 폐수(WW)가 유입되면 교반기(11)인 모터(12) 및 교반날개(13)의 연계 동작에 의해 고르게 혼합시키게 되며, 이 과정에서 제1도에서와 같이 폐수내의 부유고형물(S)이 마그네타이트와 같은 자성 미분체(MF)를 만나면 상호간에 반데르발스의 응집력이 발생하여 결합됨으로써 부유 고형물(S)이 자성 미분체(MF)에 흡착되어 자성플럭(MS)을 형성하게 된다.

이러한 상태에서 3방향밸브(43a)(43b)를 조작하여 자성유체분리탑(20a)(20b)으로 유로(流路)를 자성유체분리탑(20a)(20b)으로 설정하고 제1펌프(15a)(15b)를 구동하게 되면 혼합조(10)의 자성플럭(MS)이 포함된 혼합슬러리(WS)가 제1펌프(15a)(15b)의 구동에 의해 강제로 3방향밸브(43a)(43b)를 통해 자성유체분리탑(20a)(20b)인 이송관(21)의 하측으로 유입되어 진다.

이때 자성 미분체 공급조(14)의 자성 미분체(MF)가 혼합조(10)에 투입될 경우 진동장치(41)의 구동에 의해 자성 미분체(MF)가 미세한 진동을 일으키게 되어 서로 응집되는 현상을 방지하고, 로터리밸브(42)의 조작으로 자성 미분체(MF)의 배출량을 조절할 수 있도록 되어 있다.

따라서 제 1펌프(15a)(15b) 구동에 의한 강제 공급으로 이송관(21)의 혼합슬러리(WS) 수위는 상측 방향으로 상승되어되어지고, 이와 같은 상승 과정에서 이송관(21)외벽에 설치된 다수의 자석(22)의 자성력에 의해 자성플럭(MS)이 흡착됨으로써 폐수(WW)와 분리됨에 따라 이송관(21) 상측으로 올라갈수록 자성플럭(MS)의 제거율은 높아지게 되어 결국 자성플럭(MS)이 제거된 정제수는 제3밸브(19a)(19b)를 통해 외부로 배출되는 것이다.

한편, 자성유체 분리탑(20a)(20b)의 자석(22)에 자성플럭(MS)이 일정량 만큼 포집되면 제1펌프(15a)(15b)의 가동을 중지시켜 이송관(21)으로 유입되는 혼합슬러리(WS)를 차단시킴과 동시에 상기 자석(22)의 자성력을 차단하게 되면 자석에 흡착된 자성플럭(MS)이 자석(22)으로부터 분리됨과 동시에 하중에 의해 이송관(21)의 바닥면에 모이게 되고, 이 상태에서 3방향밸브(43a)(43b)를 조작하여 유로(流路)를 포집탱크(44)로 설정한 후 제1펌프(15a)(15b)를 역회전시켜 흐름 방향을 반대로 제어하면 상기 이송관(21)의 바닥면에 모인 자성플럭(MS)이 포집탱크(44)에 모두 저장하게 된다.

이 후 3방향밸브(43a)(43b)를 조작하여 유로를 다시 이송관(21)으로 설정하고 제1펌프(15a)(15b)를 정회전시키게 되면 이송관(21)내부로 혼합슬러리(WS)가 유입되고, 유입된 수위가 상승될 때 자성플럭(MS)이 자석(22)에 흡착 및 포집탱크(44)에 저장되는 과정을 반복하게 된다.

한편, 상기 포집탱크(44)에 소정량의 자성플럭(MS)이 저장되었을 경우 제2펌프(18)를 가동하여 포집탱크(44)에 저장되어진 자성플럭(MS)을 자성 미분체 회수기(30)의 고온 유동층로(34)의 내부에 설치된 스프레이 인젝터(Spray injector)(37)를 통해 약 15g/min의 속도로 장입하면서 약 230℃의 고온 공기를 유동층로(34) 하부에서 분산판(38)을 경유하여 약 0.2m/s의 공탑속도로 보내 유동상태를 유지시킴에 따라 상기 자성플럭(MS)에 포함된 수분은 고온 유동층로(34) 내부를 낙하하면서 건조제거됨과 동시에 자성 미분체(MF)에 부착되었던 부유고형물(S)은 유동층 하부에서 연소에 의해 제거되며, 연소되지 않고 고온 유동층로(34) 하부에 잔여되는 자성 미분체(MF)는 모터(36)에 의해 회전하는 스크류 피더(35)에 의해 배출하여 자성 미분체 공급조(14)로 재 투입하여 사용하게 되는 것이다.

본 발명에 있어서 혼합 슬러리(WS)의 공탑유속, 부유 공형물(S)에 대한 자성 미분체(MF)의 질량비, 자석(22)의 배치 및 개수, 자성 미분체(MF)의 증류 및 입경, 자성유체분리탑(20a)(20b)을 구성하고 있는 이송관(21)의 내경, 및 기둥형 내관(23)의 직경에 따라서 부유 고형물(S)의 제거효율을 조절할 수 있다.

본 실시예에서 사용한 자성 미분체(MF)는 평균입도가 약 2㎛인 1급 시약용 사삼산화철(四三酸化鐵)로 부유 고형물에 대한 마그네타이트의 질량비(마그네타이트의 농도(ppm)/부유 고형물의 농도(ppm))는 약 1.0으로, 그리고 자성유체 분리탑(20a)내 폐수의 공탑속도는 0.3cm/s로 조절하였다.

총 폐수 처리시간은 10시간, 시간 채취는 1시간 간격으로 매회 슬러리 교반 혼합조(10)로 유입되는 폐수(샘플 1), 폐수와 마그네타이트의 혼합 슬러리(샘플 2), 그리고 자성유체 분리탑(20a)에서 배출되는 정제수(샘플 3)에 대해 실시하였으며, 이때 폐수(WW)내 부유 고형물(S)의 농도는 미국 공공보건 협회가 제정한 수(水) 및 폐수(廢水)검사에 대한 표준방법(Standard Method)으로 분석하였으며, 폐수(WW)내 부유 고형물(S)의 제거효율은 다음 식에 의해 계산된다.

제거효율(%) =

아래 표는 실험 시작후 1시간 간격으로 측정한 샘플 1, 샘플 2, 그리고 샘플 3에 대한 부유 고형물(S)의 농도와 시간별 제거효율을 나타낸 것으로, 평균 제거효율은 97.8%의 결과로 나타났다.

[표 1]

상기와 같이 본 발명의 폐수내 부유 고형물의 연속 제거를 위한 자성 유체 분리시스템은 가운데가 중공 형태인 이송관의 외주연에 다수의 자석을 일정한 규칙에 의해 설치된 자성유체분리탑을 구성하고, 상기 이 자성유체분리탑 내부에 자성 미분체와 부유 고형물이 결합된 자성플럭을 포함하는 폐수를 일정한 압력 및 유속으로 혼합 공급함에 따라 자성플럭이 자석에 흡착되어 물과 분리되도록 하고, 이 분리된 자성플럭을 연소시켜 부유 고형물을 제거함과 동시에 자성 미분체를 회수후 재 사용 할 수 있게 하여 부유 고형물을 연속 분리 제거함으로써 대량으로 배출하고 있는 하수처리장, 분뇨처리장, 그리고 양어장 등의 폐수에 존재하는 부유 고형물을 효율적으로 제거할 수 있음은 물론, 환경오염 방지와 자원 재활용이 가능할 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims

폐수에 포함된 부유고형물(S)을 제거하는 장치에 있어서, 자성 미분체(MF)의 저장 및 공급을 위한 자성 미분체 공급조(14)와, 상기 미분체 공급조(14)로부터 공급되는 자성 미분체(MF) 및 부유고형물(S)이 포함된 폐수(WW)를 교반 혼합시켜 부유 고형물(S)이 자성 미분체(MF)에 부착된 자성플럭(MS)을 형성시키는 혼합조(10)와, 상기 혼합조(10)로부터 배출되는 자성플럭(MS)이 포함된 혼합슬러리(WW)를 이송관(21)의 외주면에 설치된 다수의 자석(22)에 의해 자성플럭(MS)만을 포집하여 자성플럭(MS) 및 정제수(CW)를 분리하는 하나 이상의 자성유체 분리탑(20a)(20b)과, 상기 자성유체 분리탑(20a)(20b)의 자석(22)에 흡착된 자성플럭(MS)를 수집 및 연소시켜 자성 미분체(MF) 만을 회수하는 자성 미분체 회수기(30)로 구성된 것을 특징으로 하는 폐수내 부유 고형물의 연속 제거를 위한 자성 유체 분리시스템.
제1항에 있어서 상기 자성유체 분리탑(20a)(20b)은, 이송관(21)내부의 축 중심선상에 기둥형 내관(23)을 형성한 이중탑으로 구성하여 혼합 슬러리가 상기 이송관(21)의 내측과 내관(23)의 외측 사이에 흐르도록 한 것을 특징으로 하는 폐수내 부유 고형물의 연속 제거를 위한 자성 유체 분리시스템.
제1항에 있어서 상기 자석(22)은, 이송관(21)의 외주연 높이 방향으로 일정 간격을 두고 1~8단으로 배치하되, 2~8개를 사용하여 서로 45~180°각도로 배치되며, 온/오프 가능한 것을 특징으로 하는 폐수내 부유 고형물의 연속 제거를 위한 자성 유체 분리 시스템.
제1항에 있어서, 상기 자성 미분체 공급조(14)의 일측에 진동장치(41)와 로터리밸브(42)를 설치하여 자성 미분체(MF)의 응집을 방지하고 배출량을 조정할수 있도록 한 것을 특징으로 하는 폐수내 부유 고형물의 연속 제거를 위한 자성 유체 분리시스템.
제1항에 있어서 상기 자성 미분체 회수기(30)는, 고온의 열로서 소각하는 소각로(31)와, 스프레이 인젝터(37)를 통해 고속도로 장입하여 고온 공기를 보내 유동 낙하하면서 건조 제거시키는 유동층로(34) 중에서 택일 선택하여서 된 것을 특징으로 하는 폐수내 부유 고형물의 연속 제거를 위한 자성 유체 분리시스템.
제1항 내지 제5항에 있어서, 상기 자성유체 분리탑(20a)(20b)인 이송관(21)의 하측 일측에는 제1 밸브(16a)(16b)를 설치하고, 상기 이송관(21)의 하측 타측에는 제2밸브(17a)(17b)를 설치하고, 상기 혼합조(10)와 상기 제1밸브(16a)(16b) 사이에 제1펌프(15)를 설치하여 상기 자성유체 분리탑(20a)(20b)에 혼합슬러리(WS)를 강제로 공급하고, 상기 자성 미분체 회수기(30)와 제2밸브(17a)(17b)사이에 제2 펌프(18)를 설치하여 상기 자성 미분체 회수기(30)에 자성플럭(MS)을 강제로 공급하고, 상기 제1 및 제2밸브(17a)(17b)를 교호로 개폐하여 부유고형물을 연속적으로 제거할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 폐수내 부유 고형물의 연속 제거를 위한 자성 유체 분리시스템.
제1항 내지 제5항에 있어서, 상기 혼합조(10)와 상기 자성유체 분리탑(20a)(20b)인 이송관(21)의 하측 일측에 밤방향밸브(43a)(43b) 및 제1펌프(15a)(15b)를 연결 설치하고, 상기 상방향밸브(43a)(43b)의 일측에 포집탱크(44)를 설치하고, 상기 포집탱크(44)와 자성 미분체 회수기(30) 사이에 제2 펌프(18)를 설치하고, 상기 삼

방향밸브(43a)(43b)의 유로 경로와 제1펌프(15a)(15b)의 순차적인 구동에 의해 부유고형물을 연속적으로 제거하고, 상기 포집탱크(44)에 일정량의 자성플럭(MS)을 저장할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 폐수내 부유 고형물의 연속 제거를 위한 자성 유체 분리시스템.