KR100385706B1 - Process for Removing Silica from Wastewater - Google Patents
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Abstract
본원에서는 다량의 폐수로부터 실리카를 제거하기 위한 방법 및 시스템을 개시한다. 상기 방법에 있어서, 실리카를 함유하는 폐수 스트림은 에피클로로히드인/디메틸아민 중합체와 같은 응집제로 처리되어, 5미크론 이상의 직경을 갖는 송이모양(cluster)으로 덩어리진 구형 입자가 생성된다. 처리된 폐수는 상기 폐수로부터 실리카 오염물 입자를 물리적으로 분리하는 미량여과 막(microfiltration membrane)에 통과된다. 0.5 미크론 내지 5 미크론의 공극 크기를 갖는 상업적으로 이용가능한 미량여과막이 사용될 수 있다. 상기 미량여과막에 통과되는 상기 처리된 폐수의 유속은 150 GFD(gallons per square foot of membrane per day) 내지 600 GFD 이다. 상기 미량여과 막을 주기적으로 역류 세척하고 상기 막이 배치된 여과 용기를 간헐적으로 배수시킴으로써 상기 막의 표면으로부터 고체가 제거된다. 상기 여과 용기내의 상기 고체 물질은 보유 탱크로 운반되어 더욱 더 처리된다.Disclosed herein are methods and systems for removing silica from large amounts of wastewater. In this process, the wastewater stream containing silica is treated with a flocculant such as epichlorohydrin / dimethylamine polymer to produce clustered agglomerated spherical particles having a diameter of at least 5 microns. Treated wastewater is passed through a microfiltration membrane that physically separates silica contaminant particles from the wastewater. Commercially available microfiltration membranes with pore sizes of 0.5 microns to 5 microns can be used. The flow rate of the treated wastewater passing through the microfiltration membrane is from 150 gallons per square foot of membrane per day (GFD) to 600 GFD. Solids are removed from the surface of the membrane by periodically backwashing the microfiltration membrane and intermittently draining the filtration vessel in which the membrane is placed. The solid material in the filtration vessel is transferred to a holding tank for further processing.
Description
많은 산업상의 작업으로부터, 실리카를 함유하는 다량의 폐수가 발생된다. 예를 들어, 반도체 소자의 제조에서 광범위하게 이용되는 화학기계적 연마(CMP) 공정으로부터, 다량의 실리카를 함유하는 폐수 스트림이 발생된다. 이러한 CMP 공정은 반도체 소자의 제조를 위한 여러 가지의 단계동안에 실리콘계 웨이퍼 표면을 연마하기 위해 사용된다. 이러한 CMP 동안에 연마용 슬러리 및 실리카를 함유하는 폐수 스트림(waste stream)이 발생된다. 이러한 실리카는 상기 폐수가 환경으로 방출되어 설비에 재순환되기 전에 제거되어야 한다.Many industrial operations generate large amounts of wastewater containing silica. For example, wastewater streams containing large amounts of silica are generated from chemical mechanical polishing (CMP) processes that are widely used in the manufacture of semiconductor devices. This CMP process is used to polish silicon-based wafer surfaces during various steps for the fabrication of semiconductor devices. During this CMP a waste stream containing a polishing slurry and silica is generated. This silica must be removed before the wastewater is released into the environment and recycled to the plant.
공업용 냉각수에 존재하는 용해된 실리카가 주된 문제가 된다. 실리카는 냉각수에 일반적으로 존재하여 열교환기, 배관, 밸브, 펌프, 및 보일러를 막히게 할 수 있는 스케일(scale) 형성물질이다. 스케일을 형성하려는 실리카의 경향을 상당히 억제할 수 있는 억제제, 킬레이트제 또는 분산제는 알려져 있지 않다. 냉각수시스템에서 실리카의 농도가 약 150 내지 약 200mg/l 의 용해도 한계를 초과하는 경우, 상기 실리카는 중합되어 스케일을 형성한다. 또한, 상기 실리카는 마그네슘 및 칼슘과 같은 다가 양이온과 반응하여 스케일을 형성할 수도 있다.Dissolved silica present in industrial cooling water is a major problem. Silica is a scale forming material that is commonly present in cooling water and can clog heat exchangers, piping, valves, pumps, and boilers. No inhibitors, chelating agents or dispersants are known which can significantly inhibit the tendency of silica to form scales. When the concentration of silica in the cooling water system exceeds the solubility limit of about 150 to about 200 mg / l, the silica polymerizes to form scale. The silica may also react with polyvalent cations such as magnesium and calcium to form scale.
연구원들은 황산제2철, 염화칼슘, 염화마그네슘, 산화마그네슘, 수산화알루미늄, 알루미늄산나트륨 및 활성 알루미나를 이용하여 가용성 실리카를 제거하기 위한 많은 방법을 연구했다. 이러한 방법들 중에서 활성 알루미나를 이용하는 방법에 많은 관심이 집중되었다(참조, Matson에게 허여된 미국특허 제4,276,180호 및 Matchett에게 허여된 미국특허 제5,512,181호). 알칼리성 환경(pH 8이상)에서 알루미늄산나트륨, 황산알루미늄 및 염화알루미늄과 같은 기타 알루미늄 함유 화합물이 가용성 및 콜로이드 실리카를 제거하기 위해 사용되어 왔다(참조, Browne 특허, 미국특허 제5,453,206호). 그러나, 이러한 방법들은 실리카 입자들이 5 미크론 이하의 크기로 분해되기 때문에 높은 유속의 기계적 시스템을 통해 다량의 폐수를 분해할 수 없다.The researchers studied a number of methods for removing soluble silica using ferric sulfate, calcium chloride, magnesium chloride, magnesium oxide, aluminum hydroxide, sodium aluminate, and activated alumina. Among these methods, much attention has been focused on using activated alumina (see US Pat. No. 4,276,180 to Matson and US Pat. No. 5,512,181 to Matchett). Other alkaline containing compounds such as sodium aluminate, aluminum sulphate and aluminum chloride have been used to remove soluble and colloidal silica in alkaline environments (above pH 8) (see Browne Patent, US Pat. No. 5,453,206). However, these methods cannot break down large amounts of wastewater through high-flow mechanical systems because the silica particles are degraded down to 5 microns in size.
미량여과 시스템(microfiltration system)이 폐수로부터 실리카 오염물의 제거를 위하여 고려되어 왔다. 그러나, 약 0.5 미크론의 공극 크기를 갖는 대표적인 미량여과 막은 통상적인 무기 응집제에 의해 침전되어진 실리카에 의해 급속하게 막혀 버린다. 이러한 실리카 입자들은 대부분 1.0 미크론 이하의 크기를 갖는다. 또한, 상기 무기응집제는 미세한 콜로이드 실리카의 침전을 돕지 못한다. 또한 부분적으로 형성된 엉김물(floc)이 상기 막의 공극을 변형 또는 차단함으로써 흐름을 방해한다.Microfiltration systems have been considered for the removal of silica contaminants from wastewater. However, representative microfiltration membranes having a pore size of about 0.5 microns are rapidly blocked by silica precipitated by conventional inorganic flocculants. Most of these silica particles have a size of 1.0 micron or less. In addition, the inorganic coagulant does not help precipitation of fine colloidal silica. Partially formed flocs also impede the flow by deforming or blocking the pores of the membrane.
따라서, 당업계에는 폐수로부터 실리카를 제거하기 위한 개선된 방법에 대한 필요성이 존재한다.Thus, there is a need in the art for an improved method for removing silica from wastewater.
이러한 방법 및 시스템은 본원에 개시되고 청구되어 있다.Such methods and systems are disclosed and claimed herein.
본 발명은 실리카를 함유하는 폐수를 높은 유속으로 처리하고 정제하는 것에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명은 여과 막과 함께 유기 중합체를 이용하여 다량의 폐수로부터 실리카를 제거하는 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to the treatment and purification of wastewater containing silica at high flow rates. More specifically, the present invention relates to a method and apparatus for removing silica from large quantities of wastewater using organic polymers with filtration membranes.
도 1a는 실시예 3에서 생성된 침전 실리카입자의 24,000배율 광현미경 사진.Figure 1a is a photomicrograph of 24,000 magnification of the precipitated silica particles produced in Example 3.
도 1b는 실시예 3에서 생성된 침전 실리카입자의 49,000배율 광현미경 사진.Figure 1b is a 49,000 magnification photomicrograph of the precipitated silica particles produced in Example 3.
도 2a는 실시예 4에서 생성된 침전 실리카입자의 20,000배율 광현미경 사진.Figure 2a is a photomicrograph of 20,000 magnification of the precipitated silica particles produced in Example 4.
도 2b는 실시예 4에서 생성된 침전 실리카입자의 40,000배율 광현미경 사진.Figure 2b is a 40,000 magnification photomicrograph of precipitated silica particles produced in Example 4.
도 3은 하나의 폐수 전처리 시스템의 개략도.3 is a schematic representation of one wastewater pretreatment system.
도 4는 불순물을 고유속으로 제거하기 위한 하나의 폐수 미량여과 장치의 개략도.4 is a schematic diagram of one wastewater microfiltration apparatus for high velocity removal of impurities.
본 발명은 다량의 폐수로부터 실리카를 제거하기 위한 방법에 관한 것이다. 이러한 방법에 있어서, 실리카를 함유하는 폐수스트림(wastewater stream)이 응집제로서 유기 중합체에 의해 처리된다. 이러한 응집제는 실리카와 반응하여, 약 5μ 이상의 크기를 갖는 송이모양(cluster)으로 덩어리지는 구형 입자들을 형성한다. 본원에서 사용되는 용어 "폐수스트림"은 실리카를 함유하는 원수(raw water)뿐만 아니라 실리카를 함유하는 공정수 스트림을 포함한다.The present invention relates to a method for removing silica from a large amount of wastewater. In this process, a wastewater stream containing silica is treated with an organic polymer as a flocculant. This flocculant reacts with silica to form spherical particles that clump into clusters having a size of about 5 microns or more. The term "wastewater stream" as used herein includes raw water containing silica as well as process water stream containing silica.
원하는 입자를 형성하기 위해 사용될 수 있는 유기 및 무기 응집제로는 폴리아크릴아미드(양이온성, 비이온성 및 음이온성), 25,000 내지 1,500,000의 분자량, 바람직하게는 100,000 이상의 분자량, 더욱 바람직하게는 100,000 내지 300,000의 분자량을 갖는 epi-dma(에피클로로히드린/디메틸아민 중합체), DADMAC(폴리디알릴디메틸암모늄 클로라이드), 아크릴아미드와 DADMAC의 공중합체, 천연 구아르 등이 있다. 실리카에 대한 응집제의 화학 양론적 비는 허용가능한 실리카의 제거가 최소의 응집제 코스트로 달성되도록 최적화되는 것이 바람직하다. 필요한 응집제 농도는 실리카 오염물의 유입농도, 폐수유속, 실리카 오염물의 유출 허용요건, 응집제/오염물 반응속도 등을 포함한 몇 가지의 인자들에 따라 좌우된다. 실리카 오염물의 경우, 응집제에 대한 실리카의 비는 시스템에 의존하여 일반적으로 20:1 내지50:1, 바람직하게는 약 40:1 이다. 소량의 실리카가 유출스트림에 존재할 수 있는 경우, 응집제에 대한 규소의 비는 120:1 이상일 수 있다. 또한 상기 최적의 몰비는 사용되는 응집제에 따라 변화할 수도 있다. 예를 들어, 저분자량 epi-dma 및 초고분자량 epi-dma는 규소를 응집하기 위해 상기 투여량의 3배 내지 5 배가 필요할 수 있다.Organic and inorganic flocculants which can be used to form the desired particles include polyacrylamide (cationic, nonionic and anionic), a molecular weight of 25,000 to 1,500,000, preferably a molecular weight of 100,000 or more, more preferably 100,000 to 300,000 Epi-dma (epichlorohydrin / dimethylamine polymer) having a molecular weight, DADMAC (polydiallyldimethylammonium chloride), a copolymer of acrylamide and DADMAC, natural guar, and the like. The stoichiometric ratio of flocculant to silica is preferably optimized so that the removal of acceptable silica is achieved with minimal flocculant cost. The required flocculant concentration depends on several factors, including the concentration of silica contaminants, wastewater flow rate, silica contaminant allowance, and flocculant / contaminant reaction rates. In the case of silica contaminants, the ratio of silica to flocculant is generally from 20: 1 to 50: 1, preferably about 40: 1, depending on the system. If a small amount of silica can be present in the effluent stream, the ratio of silicon to flocculant can be at least 120: 1. The optimum molar ratio may also vary depending on the flocculant used. For example, low molecular weight epi-dma and ultra high molecular weight epi-dma may need three to five times the dose to agglomerate silicon.
상기 유기 응집제는 실리카를, 약 10μ내지 90μ의 크기를 갖는 입자형태로 덩어리지는 구형입자로 형성하는 것으로 확인되었다. 이러한 실리카 입자는 미량여과 막으로부터 쉽게 분리되므로, 막의 분해 없이 실리카를 효율적으로 제거할 수 있다.The organic flocculant was found to form silica as spherical particles which agglomerate in the form of particles having a size of about 10 to 90. Since these silica particles are easily separated from the microfiltration membrane, the silica can be efficiently removed without decomposition of the membrane.
임의적으로, 실리카의 제거를 최적화하기 위하여 소량의 보조응집제를 상기 유기 및 중합체성 응집제와 함께 사용할 수도 있다. 대표적인 보조 응집제의 예로는 염화수소산알루미늄("ACH", AlnOH2n-mClm, 예를 들어 Cl에 대한 Al의 대표적인 비가 2:1인 Al4OH6Cl2), 알루미늄산나트륨(NaAlO2), 염화알루미늄(AlCl3), 및 폴리염화알루미늄("PAC", Al6OCl5)이 있다. 상기 무기 응집제에 대한 실리카의 대표적인 몰비는 약 25:1 이다.Optionally, small amounts of coagulant may be used with the organic and polymeric flocculant to optimize the removal of silica. Examples of representative coagulants include aluminum chloride ("ACH", Al n OH 2n-m Cl m , for example Al 4 OH 6 Cl 2 with a typical ratio of Al to Cl 2 : 1), sodium aluminate (NaAlO). 2 ), aluminum chloride (AlCl 3 ), and polyaluminum chloride (“PAC”, Al 6 OCl 5 ). A representative molar ratio of silica to the inorganic flocculant is about 25: 1.
처리된 폐수는 폐수로부터 실리카 오염물을 물리적으로 분리하는 미량여과 막에 통과된다. 적당한 미량여과 막은 W.L. Gore, Koch, 및 National Filter Media (미국 유타주 솔트레이크시티 소재)와 같은 제조자로부터 상업적으로 입수가능하다. 예를 들어, 본 발명에서 사용되는 GOR-TEXR 막은 테프론의 분무 코팅을 갖는폴리프로필렌 펠트(felt)로 이루어진다. 상기 테프론 코팅은 막을 통한 물의 통과를 촉진하기 위한 것이다. 이러한 미량여과 막 재료는 많은 폐수 처리 시스템에 유용한 것으로 확인되었다. 그러나, 상기 미량여과 막이 플루오르화물 또는 실리카를 제거하기 위한 시스템에서 사용되는 때, 상기 응집된 입자들이 상기 막의 내부 표면 및 외부 표면에 부착되어 상기 막이 막혀버리는 것으로 밝혀졌다. 이러한 경우에 있어서 역류세척(backflushing)은 효과적이지 못한 것으로 확인되었다.Treated wastewater is passed through a microfiltration membrane that physically separates silica contaminants from the wastewater. Suitable microfiltration membranes are W.L. Commercially available from manufacturers such as Gore, Koch, and National Filter Media (Salt Lake City, Utah). For example, the GOR-TEXR membrane used in the present invention consists of polypropylene felt with a spray coating of Teflon. The Teflon coating is for promoting the passage of water through the membrane. These microfiltration membrane materials have been found to be useful in many wastewater treatment systems. However, when the microfiltration membrane is used in a system for removing fluoride or silica, it has been found that the aggregated particles adhere to the inner and outer surfaces of the membrane and block the membrane. In this case, backflushing was found to be ineffective.
이러한 미량여과 막은 그 표면적을 최대화하기 위하여 관형 "속" (tubular "sock")의 형태로 사용된다. 이러한 형태의 막은 사용중에 무너지는 것을 방지하기 위하여 홈붙이 튜브(slotted tube)위에 배치된다. 상기 막과 상기 홈붙이 튜브의 사이에 망상 재료(net material)가 배치되어 상기 막과 상기 튜브의 홈 사이의 흐름을 촉진한다. 아주 많은 체적의 유량을 처리하기 위하여, 여과 속(filter sock)을 각각 함유하는 다수의 막 모듈(membrane module)이 사용된다.Such microfiltration membranes are used in the form of tubular "sock" to maximize their surface area. This type of membrane is placed over a slotted tube to prevent it from collapsing during use. A net material is disposed between the membrane and the grooved tube to facilitate flow between the membrane and the groove of the tube. In order to handle very large volume flow rates, a number of membrane modules each containing a filter sock are used.
이러한 미량여과 막은 0.5미크론 내지 5미크론, 바람직하게는 0.5미크론 내지 1.0미크론의 공극 크기를 가지는 것이 바람직하다. 실리카 오염물에 대한 응집제의 비를 조절하면, 침전된 오염물 입자중 99.99%가 5미크론 이상일 수 있다. 따라서, 더욱 큰 공극 크기를 갖는 미량여과 막을 사용할 수 있다. 0.5 내지 1미크론 공극 크기의 미량여과 막에 통과되는 처리된 폐수의 유속은 150 GFD(gallon/막 ft2/일; gallon per foot of membrane per day) 내지 600 GFD일 수 있는 것으로 확인되었다.Such microfiltration membranes preferably have a pore size of 0.5 microns to 5 microns, preferably 0.5 microns to 1.0 microns. By controlling the ratio of flocculant to silica contaminant, 99.99% of the precipitated contaminant particles may be at least 5 microns. Thus, microfiltration membranes with larger pore sizes can be used. 0.5 to 1 micron flow rate of the treated waste water is passed through a small amount of filtration membrane of pore size was 150 GFD; was found to be (gallon / ft 2 membrane / one gallon per foot of membrane per day) to 600 GFD.
상기 미량여과 막을 주기적으로 역류 세척하고 상기 막이 배치된 여과 용기를 배수시킴으로써 막 표면으로부터 고체를 제거하는 것이 바람직하다. 이러한 주기적이고 단기간의 역류 세척에 의해서, 상기 미량여과 막 속(sock)의 벽으로부터 어떤 축적된 오염물들이 제거된다. 상기 여과 용기내에 존재하는 이러한 제거된 고체물질은 이를 더욱 더 처리하기 위한 보유 탱크내로 배출된다.It is desirable to remove the solids from the membrane surface by periodically backwashing the microfiltration membrane and draining the filtration vessel in which the membrane is placed. By this periodic, short-term countercurrent wash, any accumulated contaminants are removed from the walls of the microfiltration membrane sock. This removed solid material present in the filtration vessel is discharged into a holding tank for further processing.
본원에 개시된 폐수처리 시스템은 실리카 오염물 배출 한계를 만족시키도록 설계된다. 이러한 폐수 전처리에 의하여, 불용성 실리카 오염물 입자가 상기 미량여과막에 의하여 효율적으로 제거된다.The wastewater treatment system disclosed herein is designed to meet silica contaminant emission limits. By this wastewater pretreatment, insoluble silica contaminant particles are efficiently removed by the microfiltration membrane.
본 발명은 다량의 폐수로부터 실리카 오염물을 제거하기 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명의 실시에 있어서, 상기 폐수는 수거되어 한 종 이상의 유기 중합체 응집제에 의해 전처리됨으로써, 실리카가 응집제(들)와 반응하여, 5μ이상의 크기를 갖는 송이모양(cluster)으로 덩어리지는 구형 입자들이 형성된다. 이러한 응집제는 반응용기 또는 정지 직렬믹서(static in-line mixers)를 사용하여 폐수와 혼합되는 것이 바람직하지만, 다른 혼합방법이 사용될 수도 있다.The present invention relates to a method for removing silica contaminants from a large amount of wastewater. In the practice of the present invention, the wastewater is collected and pretreated with at least one organic polymer flocculant, whereby the silica reacts with the flocculant (s) to form spherical particles that cluster into clusters having a size of at least 5μ. do. Such flocculants are preferably mixed with the wastewater using reaction vessels or static in-line mixers, although other mixing methods may be used.
다음에, 처리된 폐수는 0.5μ내지 5μ의 공극크기를 갖는 미량여과 막에 통과됨으로써 실리카 오염물 입자가 제거된다. 이러한 시스템에 있어서, 150 GFD(ga llons per square foot of membrane per day) 내지 600 GFD의 폐수 유속이 가능하다. 이러한 미량여과 막은 주기적으로 역류 세척되어 상기 막표면으로부터 고체가 제거된다. 이러한 제거된 고체는 여과 용기의 바닥부에 중력 수거되고 침강 탱크에 시간 순환식으로 배출되어 슬러지가 더욱 더 처리된다.The treated wastewater is then passed through a microfiltration membrane having a pore size of 0.5 microns to 5 microns to remove silica contaminant particles. In such a system, wastewater flow rates from 150 gallons per square foot of membrane per day (GFL) to 600 GFD are possible. This microfiltration membrane is periodically backwashed to remove solids from the membrane surface. This removed solid is gravity collected at the bottom of the filtration vessel and discharged in a settling tank in a time cycle to further treat the sludge.
상기 미량여과 막은 카셋트 모양의 모듈로 제공되는 것이 바람직하다. 이러한 미량 여과막은 고회수율의 무적재 여과 배열(high recovery dead head filtrat ion array)로 정의 입자분리(positive particle separation)를 제공한다. 이러한 무적재 여과(dead head filtration)는 저압(4psi 내지 15psi, 바람직하게는 5psi 내지 10psi) 및 고유속에서 효과적으로 수행됨으로써, 이송 펌프를 필요로 함이 없이 공급수의 100%가 방출될 수 있다. 여과동안에 막의 벽에 침강되는 고체는 주기적으로 역류세척됨으로써 막 표면으로부터 제거되고 중력 침강되어, 계속적으로 깨끗한 여과 영역이 확보된다. 이러한 개개의 모듈을 카셋트 모양으로 디자인함으로써 막모듈을 용이하게 교체할 수 있다.The microfiltration membrane is preferably provided in a cassette-shaped module. These microfiltration membranes provide positive particle separation in a high recovery dead head filtrat ion array. This dead head filtration is effectively performed at low pressures (4 psi to 15 psi, preferably 5 psi to 10 psi) and high flow rates so that 100% of the feed water can be discharged without the need for a transfer pump. Solids that settle on the wall of the membrane during filtration are periodically backwashed to remove them from the membrane surface and gravity settling to ensure a clean filtration area continuously. By designing these individual modules in a cassette shape, membrane modules can be easily replaced.
일반적으로 바람직하며 본 발명에서 유용한 여과 속(filter sock)은 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌 펠트 기재(felt backing material)상에 코팅된 테프론 코팅을 함유한다. 이러한 필터 속은 W.L. Gore로부터 입수가능하다. 미국 유타주 솔트레이크시티에 소재한 National Filter Media에 의해 제조되는 또 다른 일반적으로 바람직한 필터 속은 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌 펠트 기재에 코팅된 폴리프로필렌 막으로 이루어진다. 막의 "고장"(failure)은 기계적 고장 때문이 아니라 주로 선속 손실(flux loss) 때문에 발생한다. 많은 작업에 있어서, 막으로부터 오염물을 세척하기보다는 막 속(membrane sock)을 교체하는 것이 코스트면에서 더욱 효과적인 것으로 판단하고 있다.Filter sock, which is generally preferred and useful in the present invention, contains a Teflon coating coated on a polypropylene or polyethylene felt backing material. The filter inside is W.L. Available from Gore. Another generally preferred filter core manufactured by National Filter Media, Salt Lake City, Utah, consists of a polypropylene membrane coated on a polypropylene or polyethylene felt substrate. The "failure" of the membrane occurs mainly because of flux loss, not because of mechanical failure. In many operations, it is believed that replacing the membrane sock is more cost effective than cleaning contaminants from the membrane.
막의 수명은 여과 시스템의 연속적 조작 및 조작 비용의 측면에서 중요한 것이다. 상기 W.L. Gore 및 National Filter Media에 의해 제조되는 막은 160℉ 이상의 온도 및 13 이상의 pH에서 강인할 뿐 아니라 심각한 고장을 일으키지 않는 것으로 확인되었다. 본 발명에 있어서 예상되는 작업 조건은 실온 및 5 내지 11의 pH 이다. 일반적으로 바람직한 pH 범위는 약 7.3 내지 9.3 이지만, 이러한 pH 범위의 ±1.0의 pH 범위에서 양호한 결과가 얻어진다. 무기 응집제를 부가하기 전에 pH를 조절하는 것이 일반적으로 바람직하다. 본 발명에 따라 사용되는 막은 18개월 이상의 수명을 가지는 것으로 판단된다. 이러한 여과 시스템은 저압, 바람직하게는 4 내지 15psi의 압력에서 조작된다. 더욱 높은 압력에서 조작하는 것도 가능하지만, 압력이 높을수록 막의 선속 손실이 더 빨라진다. 일반적으로 바람직한 조작 압력은 약 25psi 이하이지만, 30 내지 80psi의 압력에서 조작되는 상업적으로 입수가능한 고압 미량여과 시스템과 함께 유기응집제를 사용하는 경우에도 우수한 결과가 얻어졌다. 통상적인 무기 응집제를 이용하는 기존의 미량여과 시스템을 유기 응집제와 함께 사용되도록 개조함으로써 극적으로 개선된 성능을 얻을 수 있다.The life of the membrane is important in terms of the continuous operation of the filtration system and the cost of the operation. W.L. Membranes manufactured by Gore and National Filter Media have been found to be tough at temperatures above 160 ° F and pH above 13 and do not cause significant failures. The operating conditions expected in the present invention are room temperature and a pH of 5-11. Generally the preferred pH range is about 7.3 to 9.3, but good results are obtained in the pH range of ± 1.0 of this pH range. It is generally desirable to adjust the pH before adding the inorganic flocculant. Membranes used according to the invention are believed to have a lifespan of at least 18 months. This filtration system is operated at low pressure, preferably at a pressure of 4 to 15 psi. It is also possible to operate at higher pressures, but the higher the pressure, the faster the flux loss of the membrane. Although the preferred operating pressure is generally about 25 psi or less, good results have also been obtained when using organic coagulants with commercially available high pressure microfiltration systems operated at pressures of 30 to 80 psi. Dramatically improved performance can be obtained by adapting existing microfiltration systems using conventional inorganic flocculants for use with organic flocculants.
하기의 실시예는 본 발명을 더욱 더 예시하기 위하여 제시되는 것이다. 이러한 실시예는 순전히 예시하기 위한 것으로서 본 발명을 제한하려는 것이 아니다.The following examples are presented to further illustrate the present invention. These examples are purely illustrative and are not intended to limit the invention.
실시예 1Example 1
15gpm의 실험 규모 시스템을 이용하여 플루오르화물을 함유하는 폐수 및 플루오르화물과 실리카의 결합 흐름을 처리했다. 플루오르화물, 전체 용해된 고체(TD S), 전체 현탁된 고체(TSS), 및 기타 존재하는 일부의 염 형태의 제거를 돕기위하여, Al:F가 0.23:1가 되도록 하는 양의 38% 알루미늄산나트륨 용액 및 35ppm 투여량의 50% 염화수소산알루미늄을 사용했다. 중간 하전된(medium charge, 25±5 몰%) 중간 분자량 폴리아크릴아미드 중합체를 이용하여 침전물을 응집시켜서 상기 침전물의 여과 또는 침강을 용이하게 하였다. 이러한 과정에 의해서, 매우 낮거나 또는 검출될 수 없는 플루오르화물 유출값 및 3.0 이하의 실트 밀도 인덱스(Silt Densi ty Indices)를 얻었다. 여과막은 National Filter Media로부터 입수한 0.5μ 폴리프로필렌 결합막이었다. 용기의 조작 압력이 9psi이하인 때 측정된 막의 선속은 650 내지 900 GFD 였다. 상기 유입 및 유출되는 폐수중의 F 및 상기 결합 흐름중의 F+SiO2에 대하여 측정한 결과가 하기 표 1 및 2에서 각각 기록되며, 표 1 및 2에서 단위는 백만부당부(ppm)로 주어진다.An experimental scale system of 15 gpm was used to treat the fluoride containing wastewater and the combined flow of fluoride and silica. 38% sodium aluminate in an amount such that Al: F is 0.23: 1 to aid in the removal of fluoride, totally dissolved solids (TD S), totally suspended solids (TSS), and other salt forms of some present. A solution and a 35 ppm dose of 50% aluminum hydrochloride was used. A medium charged (25 ± 5 mol%) medium molecular weight polyacrylamide polymer was used to flocculate the precipitate to facilitate filtration or sedimentation of the precipitate. By this procedure, very low or undetectable fluoride effluent values and silt density indexes below 3.0 were obtained. The filtration membrane was a 0.5 micron polypropylene bonded membrane obtained from National Filter Media. When the operating pressure of the vessel was less than 9 psi, the flux of the membrane measured was between 650 and 900 GFD. The results measured for F in the inflow and outflow wastewater and F + SiO 2 in the combined flow are reported in Tables 1 and 2, respectively, in Tables 1 and 2 given in parts per million (ppm).
실시예 2Example 2
15gpm의 실험 규모 시스템을 이용하여 실리카를 함유하는 폐수를 처리했다. 실리카, TDS 및 TSS의 제거를 돕기 위하여, Al:Si 비가 0.45:1이 되게 하는 양의 38% 알루미늄산나트륨 용액, 25ppm 투여량의 50% 염화수소산알루미늄, 및 0.25 내지 1.0ppm 투여량의 20% 에피클로로히드린/디메틸아민 중합체(고하전 저분자량 양이온성 epi-DMA 생성물)를 사용했다. 이러한 물질을 이용하여, 여과 또는 침전이 용이한 입자를 형성했다. 이러한 과정에 의해서, 매우 낮거나 또는 검출될 수 없는플루오르화물 유출값 및 3.0 이하의 실트 밀도인덱스(Silt Density Indices)를 얻었다. 여과막은 National Filter Media로부터 입수한 것으로 PTFE(폴리테트라플루오로에틸렌) 코팅을 갖는 0.5μ 폴리프로필렌 펠트(felt)이었다. 용기의 조작 압력이 9 psi이하인 때 막의 선속은 175 내지 400 GFD 였다. SiO2유입 및 유출량에 대한 측정 결과는 하기 표 3에서 기록되며, 표 3에서 단위는 백만부당부(ppm)로 주어진다.An experimental scale system of 15 gpm was used to treat silica-containing wastewater. To aid in the removal of silica, TDS and TSS, a 38% sodium aluminate solution in an amount such that the Al: Si ratio is 0.45: 1, 50 ppm aluminum chloride at 25 ppm dose, and 20% at 0.25 to 1.0 ppm dose Epichlorohydrin / dimethylamine polymer (highly charged low molecular weight cationic epi-DMA product) was used. This material was used to form particles that are easy to filter or settle. This procedure yielded very low or undetectable fluoride effluent values and a Silt Density Indices of 3.0 or less. The filtration membrane was obtained from National Filter Media and was 0.5μ polypropylene felt with a PTFE (polytetrafluoroethylene) coating. The membrane flux was 175-400 GFD when the vessel's operating pressure was 9 psi or less. The measurement results for SiO 2 inflow and outflow are reported in Table 3 below, where the units are given in parts per million (ppm).
실시예 3Example 3
3 내지 5gpm 벤치 규모 시스템(bench scale system)을 이용하여 실리카를 함유하는 폐수를 처리하였다. 이러한 실리카 함유 폐수스트림은 Rodel에 의해 시판되는 것으로 ILD 1300으로 알려져 있는 상업적으로 입수가능한 CMP 슬러리로부터 얻은 것이었다. 이러한 ILD 1300 슬러리를 제조자의 지시에 따라 희석하여 흑연퍼니스 원자흡광법으로 측정한 결과 약 1380ppm의 Si를 함유하였고, 이온 크로마토그래피로 측정한 결과 약 70ppm의 암모늄 (NH4)을 함유한 것으로 확인되었다. 1리터의 폐수의 무게는 약 993.7g 이었다. 상기 규소는 폐수중에서 용해 및 콜로이드 실리카로 존재하였다. 이러한 폐수 스트림에 소량의 수산화나트륨 및 황산을 부가하여 pH를 약 8.58로 조절했다. 이때, 상기 폐수 스트림은 약 3분간 혼합되면서 pH가 조절되었다. 250,000±50,000의 분자량을 갖는 2.09g의 epi-DMA (에피클로로히드린/디메틸아민 중합체; EnChem Lot I-1397/423/MIC)의 20중량% 용액 및 0.19g의 건조 염화수소산알루미늄을 1리터의 상기 폐수 스트림에 부가하고 약 20분간 혼합했다.Wastewater containing silica was treated using a 3-5 gpm bench scale system. This silica containing wastewater stream was obtained from a commercially available CMP slurry known as ILD 1300 sold by Rodel. The ILD 1300 slurry was diluted according to the manufacturer's instructions and measured by graphite furnace atomic absorption method and contained about 1380 ppm of Si, and by ion chromatography, it was found to contain about 70 ppm of ammonium (NH 4 ). . One liter of wastewater weighed approximately 993.7 g. The silicon was present as dissolved and colloidal silica in wastewater. A small amount of sodium hydroxide and sulfuric acid were added to this wastewater stream to adjust the pH to about 8.58. At this time, the wastewater stream was adjusted to pH while mixing for about 3 minutes. 1 liter of 20 wt% solution of 2.09 g of epi-DMA (Epichlorohydrin / dimethylamine polymer; EnChem Lot I-1397 / 423 / MIC) having a molecular weight of 250,000 ± 50,000 and 0.19 g of dry aluminum chloride It was added to the wastewater stream and mixed for about 20 minutes.
상기 반응 혼합물을, 약 3.5인치 직경을 갖는 2피트 길이 여과 속(filter sock)을 통해 약 6psi의 압력으로 펌핑했다. 막의 선속은 189 GFD로 측정되었다. 상기 여과 속은 W.L. Gore로부터 입수한 GOR-TEXR막(Lot. No. 66538-3-786)을 구비했다. 상기 막은 0.5μ 공극크기(1.5μ 절대)를 갖는 폴리프로필렌 펠트상에 코팅된 PTFE(폴리테트라플루오로에틸렌) 코팅을 가졌다.The reaction mixture was pumped to a pressure of about 6 psi through a 2 foot long filter sock having a diameter of about 3.5 inches. Membrane flux was measured at 189 GFD. The filtration was equipped with a GOR-TEX R membrane (Lot. No. 66538-3-786) obtained from WL Gore. The membrane had a PTFE (polytetrafluoroethylene) coating coated on a polypropylene felt with 0.5μ pore size (1.5μ absolute).
상기 여과막의 유출물을 수거하여 흑연 퍼니스 원자 분광법으로 측정한 결과, 약 15.5ppm의 Si를 함유하였고, 이온 크로마토그래피로 측정한 결과 약 70ppm의 암모늄(NH4)을 함유한 것으로 확인되었다. 필터의 표면으로부터 고체를 수거하여 24시간 동안 공기 건조시켰다. 이와 같이 회수된 고체는 상기 여과막의 표면으로부터 쉽게 제거되는 구형입자였다. 상기 고체를 건조 및 분쇄하여 분석한 결과가 하기의 표 4에서 중량%로 기록된다.The effluent of the filter membrane was collected and measured by graphite furnace atomic spectroscopy, and contained about 15.5 ppm of Si, and by ion chromatography, it was found to contain about 70 ppm of ammonium (NH 4 ). Solids were collected from the surface of the filter and air dried for 24 hours. The solid thus recovered was spherical particles easily removed from the surface of the filtration membrane. The solids were dried and milled to analyze the results in weight percent in Table 4 below.
상기 회수된 고체내의 다른 성분, 예를 들어 나트륨, 칼륨, 및 ILD 1300의 알려지지 않은 독점 성분들은 분석되지 않았다.Other components in the recovered solids such as sodium, potassium, and unknown proprietary components of ILD 1300 have not been analyzed.
도 1a는 24,000배율로 촬영한 상기 얻어지는 구형 실리카 입자의 주사 전자 현미경 사진(SEM)이다. 도 1b는 49,000배율로 촬영한 도 1a 입자의 주사전자현미경 사진(SEM)이다. 이러한 입자는 대표적으로 0.05μ내지 0.15μ의 입자크기를 가졌다. 이러한 구형 입자는 막의 공극 크기보다 작지만, 막을 통과하지 않는 거대한 송이모양(cluster)으로 덩어리지는 것으로 확인되었다. 이러한 송이모양은 10μ내지 300μ의 평균 크기를 가진다. 이러한 시료에 대한 EDS 분석 결과, 상기 시료내에 규소 및 알루미늄이 존재하는 것이 확인되었으며, 상기 규소의 농도는 알루미늄의 농도보다 아주 더 높은 것으로 확인되었다.1A is a scanning electron micrograph (SEM) of the resulting spherical silica particles taken at 24,000 magnification. FIG. 1B is a scanning electron micrograph (SEM) of the particle of FIG. 1A taken at 49,000 magnification. These particles typically have a particle size of 0.05μ to 0.15μ. These spherical particles were found to clump into large clusters that are smaller than the membrane pore size but do not pass through the membrane. These clusters have an average size of 10 μ to 300 μ. EDS analysis of this sample confirmed the presence of silicon and aluminum in the sample, and the concentration of silicon was found to be much higher than that of aluminum.
실시예 4Example 4
3 내지 5gpm 벤치 규모 시스템을 이용하여 실리카를 함유하는 폐수를 처리했다. 이러한 실리카 함유 폐수 스트림은 Hoescht에 의해 시판되는 것으로 KLEBOSOL로 알려져 있는 상업적으로 입수가능한 CMP 슬러리로부터 얻은 것이었다. 이러한 KLEBOSOL 슬러리를 제조자의 지시에 따라 희석하여 흑연퍼니스 원자흡광법으로 측정한 결과 약 4474ppm의 Si, 및 약 3.2ppm의 알루미늄을 함유하는 것으로 확인되었다. 1리터의 상기 폐수의 무게는 약 998.4g 이었다. 상기 규소는 폐수중에서 용해 및 콜로이드 실리카로 존재하였다. 이러한 폐수 스트림에 소량의 수산화나트륨 및 황산을 부가하여 pH를 약 9.84로 조절하였다. 이때, 상기 폐수 스트림은 약 3분간 혼합되면서 pH가 조절되었다. 250,000±50,000의 분자량을 갖는 2.09g의 epi-DMA (에피클로로히드린/디메틸아민 중합체; EnChem Lot I-1397/423/MIC)의 20중량% 용액 1리터의 상기 폐수 스트림에 부가하고 약 20분간 혼합했다.Wastewater containing silica was treated using a 3-5 gpm bench scale system. This silica containing wastewater stream was obtained from a commercially available CMP slurry known as KLEBOSOL, which is commercially available from Hoescht. The KLEBOSOL slurry was diluted according to the manufacturer's instructions and measured by graphite furnace atomic absorption method, and found to contain about 4474 ppm of Si and about 3.2 ppm of aluminum. One liter of the wastewater weighed about 998.4 g. The silicon was present as dissolved and colloidal silica in wastewater. A small amount of sodium hydroxide and sulfuric acid were added to this wastewater stream to adjust the pH to about 9.84. At this time, the wastewater stream was adjusted to pH while mixing for about 3 minutes. 1 liter of a 20% by weight solution of 2.09 g of epi-DMA (Epichlorohydrin / dimethylamine polymer; EnChem Lot I-1397 / 423 / MIC) having a molecular weight of 250,000 ± 50,000 was added to the wastewater stream and for about 20 minutes Mixed.
상기 반응혼합물을, 실시예 3의 필터 속(filter sock)을 통해 약 6psi의 압력으로 펌핑하였다. 상기 필터막의 유출물을 수거하여 흑연퍼니스 원자분광법으로 측정한 결과, 약 8.32ppm의 Si 및 0.1ppm 미만의 알루미늄을 함유하는 것으로 확인되었다. 상기 필터의 표면으로부터 고체를 수거하여 24시간 동안 공기 건조시켰다. 이와 같이 회수된 고체는 필터 막의 표면으로부터 쉽게 제거되는 거의 구형의 입자였다. 이러한 고체는 상기 막으로부터 제거된 때 건조한 것으로 확인되었다. 도 2a 및 도 2b는 상기 얻어지는 구형 실리카 입자의 주사전자현미경 사진이다. 이러한 입자는 0.05μ 내지 0.15μ의 입자크기를 가졌다. 상기 고체를 건조 및 분쇄하여 분석한 결과가 하기의 표 5에서 중량%로 기록된다.The reaction mixture was pumped through a filter sock of Example 3 to a pressure of about 6 psi. The effluent of the filter membrane was collected and measured by graphite furnace atomic spectroscopy, and found to contain about 8.32 ppm of Si and less than 0.1 ppm of aluminum. Solids were collected from the surface of the filter and air dried for 24 hours. The solid thus recovered was nearly spherical particles that were easily removed from the surface of the filter membrane. This solid was found to be dry when removed from the membrane. 2A and 2B are scanning electron micrographs of the obtained spherical silica particles. These particles had a particle size of 0.05μ to 0.15μ. The solids were dried and crushed and the results are reported in weight percent in Table 5 below.
도 2a는 20,000 배율로 촬영한 상기 얻어지는 구형 실리카 입자의 주사전자현미경 사진(SEM) 이다. 도 2b는 40,000 배율로 촬영한 도 2a 입자의 주사전자현미경 사진(SEM)이다. 이러한 시료에 대한 EDS 분석 결과, 상기 시료내에 규소 및 알루미늄이 존재하는 것이 확인되었으며, 상기 규소의 농도는 알루미늄의 농도보다 아주 더 높은 것으로 확인되었다. 도 2a 및 도 2b의 실리카 입자는 도 1a 및 도 1b의 실리카 입자와 아주 유사하다.2A is a scanning electron micrograph (SEM) of the obtained spherical silica particles taken at 20,000 magnification. FIG. 2B is a scanning electron micrograph (SEM) of the FIG. 2A particle taken at 40,000 magnification. EDS analysis of this sample confirmed the presence of silicon and aluminum in the sample, and the concentration of silicon was found to be much higher than that of aluminum. The silica particles of FIGS. 2A and 2B are very similar to the silica particles of FIGS. 1A and 1B.
도 3은 본 발명의 범위에 속하는 하나의 가능한 폐수 전처리 시스템(10)을 예시한다. 상기 폐수 전처리 시스템(10)은 폐수공급 스트림(18)을 한 종 이상의 응집제와 반응시킬 수 있는 복수의 전처리 반응기(12),(14),(16)를 구비한다. 상기 폐수공급 스트림내의 오염물과 반응하는 응집제는 응집제 공급스트림(20),(22),(2 4)를 통해 상기 전처리 반응기내에 도입된다. 상기 전처리 반응기 내부의 pH를 pH 센서(26)에 의해 탐지하는 것이 바람직하다. 필요한 경우, 상기 전처리 반응기에 산 또는 염기를 산/염기 공급 스트림(28)을 통해 부가하여 pH를 조절할 수도 있다.3 illustrates one possible wastewater pretreatment system 10 within the scope of the present invention. The wastewater pretreatment system 10 includes a plurality of pretreatment reactors 12, 14, 16 capable of reacting the wastewater feed stream 18 with one or more flocculants. Coagulants that react with contaminants in the wastewater feed stream are introduced into the pretreatment reactor via coagulant feed streams 20, 22, 24. It is preferable to detect the pH inside the pretreatment reactor by the pH sensor 26. If desired, pH may be adjusted by adding acid or base to the pretreatment reactor via acid / base feed stream 28.
상기 전처리 반응기의 수는 사용되는 응집제의 수 및 폐입자를 형성하기 위해 사용되는 화학제의 수에 따라 변화할 수 있다. 상기 반응기의 크기는 반응시간에 따라 변화할 수 있다.The number of pretreatment reactors may vary depending on the number of flocculants used and the number of chemicals used to form the waste particles. The size of the reactor may vary depending on the reaction time.
필요한 전처리 반응기를 통과한 후, 상기 폐수공급 스트림은 상기 전처리된 폐수를 보유하기 위한 공급탱크(30)에 유입된다. 필요한 경우, 추가의 응집제를 응집제 공급스트림(31)을 통해 공급탱크(30)에 직접 부가할 수도 있다. 도 4에서 도시한 바와 같이, 상기 전처리된 폐수는 여과용기 공급스트림(38)을 통해 하나 이상의 여과용기(32),(34),(36)에 유입된다. 공급 스트림(38)의 크기는 상기 여과용기의 설계 유속에 따라 좌우될 수 있다. 예를 들어, 2500gpm을 각각 처리하는 5 개의 여과용기를 가지는 시스템에 있어서는 24인치의 공급라인이 적당하다. 각각의 여과 용기(32),(34),(36)는 수직하게 단독으로 설치된 여과장치이다. 각각의 여과용기의 수 및 크기는 시스템의 용량요건에 따라 변화할 수 있다. 각각의 여과용기로부터 여액 스트림(40)을 통해 여액이 제거된다.After passing through the required pretreatment reactor, the wastewater feed stream enters feed tank 30 for holding the pretreated wastewater. If desired, additional flocculant may be added directly to feed tank 30 via flocculant feedstream 31. As shown in FIG. 4, the pretreated wastewater enters one or more of the filtration vessels 32, 34, 36 through the filtration vessel feedstream 38. The size of the feed stream 38 may depend on the design flow rate of the filter vessel. For example, a 24 inch supply line is suitable for a system with five filter vessels each handling 2500 gpm. Each of the filtration vessels 32, 34, 36 is a filtration device installed vertically alone. The number and size of each filter vessel can vary depending on the capacity requirements of the system. The filtrate is removed from the filtrate via filtrate stream 40.
각각의 여과용기는 9 내지 49개의 여과카셋트 모듈을 위한 탑재플렛폼(moun ting platform)을 구비하는 것이 바람직하다. 하나의 일반적으로 바람직한 여과카셋트 모듈은 0.5 미크론의 여과막으로 각각 구성된 16개의 여과 속(filter sock)을 구비한다. 평가된 유속은 0.9gpm/막 면적(ft2)이다. 각각의 카셋트 모듈은 64ft2의 막면적을 가진다. 또한 각각의 카셋트 모듈은 58gpm으로 평가되며 15psi이하의 차압을 가진다. 상기 여과 카셋트 모듈의 제거 및 교체를 위하여 승강장치가 구비되는 것이 바람직하다.Each filtration vessel preferably has a mounting platform for 9 to 49 filtration cassette modules. One generally preferred filter cassette module has sixteen filter sock each comprised of 0.5 micron filtration membranes. The flow rate evaluated is 0.9 gpm / membrane area (ft 2). Each cassette module has a membrane area of 64 ft 2 . Each cassette module is also rated at 58 gpm and has a differential pressure of less than 15 psi. It is preferable that a lifting device is provided to remove and replace the filtration cassette module.
상기 여과막은 여액에 의해 주기적으로 역류 세척됨으로써 막표면으로부터고체가 제거된다. 이러한 역류 세척 과정동안에, 상기 여과용기는 라인으로부터 차단되고, 폐수가 여과용기로부터 배출되어 역류 배출스트림(42)을 통해 역류탱크(44 )로 유입된다. 이러한 역류탱크(44)는 상기 역류된 폐수가 역류 귀환 스트림(46)을 통해 공급탱크(30)로 운반되기 전에 상기 폐수를 잠시 저장한다. 대표적인 역류 사이클동안 2500gpm의 여과용기에 대하여 400 내지 500갈론의 물이 사용되는 것으로 판단된다. 상기 역류 과정동안에 개개의 여과용기(32),(34)(36) 내의 압력 평형을 위하여 진공비이커(48)가 설치되는 것이 바람직하다. 과잉량 또는 초과 가압된 폐수를 배출 또는 방출하기 위하여 통기/감압 스트림(49)이 제공된다.The filtration membrane is periodically backwashed by the filtrate to remove solids from the membrane surface. During this countercurrent washing process, the filtration vessel is shut off from the line and the wastewater is discharged from the filtration vessel and flows into the countercurrent tank 44 through the countercurrent discharge stream 42. This backwash tank 44 stores the wastewater briefly before the backwashed wastewater is transported to the feed tank 30 via the backflow return stream 46. It is believed that 400 to 500 gallons of water is used for a 2500 gpm filter vessel during a typical counter flow cycle. It is preferred that a vacuum beaker 48 be installed for pressure equalization in the individual filter vessels 32, 34, 36 during the countercurrent process. Aeration / decompression stream 49 is provided for draining or releasing excess or excess pressurized wastewater.
상기 여과용기(32),(34),(36)의 여액 측부는 대기에 노출된다. 상기 여액은 상기 여과용기의 상단에서 수거되어 여액 스트림(40)으로 유입된다. 이러한 여액은 정의 수두(positive head)로서 작용한다. 이러한 정의 수두는 상기 용기의 압력 측부를 역류 배출스트림(42)을 통해 배수시키는 부의 수두(negative head)와 결부되어, 상기 여과 막을 역류 세척하기에 충분한 압력 구배를 발생한다.The filtrate side of the filtration vessels 32, 34, 36 is exposed to the atmosphere. The filtrate is collected at the top of the filter vessel and enters the filtrate stream 40. This filtrate acts as a positive head. This positive head is associated with a negative head that drains the pressure side of the vessel through the backflow outlet stream 42 to generate a pressure gradient sufficient to backwash the filtration membrane.
충분한 슬러지가 여과용기(32),(34),(36)의 바닥부에 침강된 후, 상기 슬러지는 배출스트림(50)을 통해 배출된다. 이러한 슬러지가 제거되는 때, 상기 여과막은 수세정 스트림(52)의 물로 세정되는 것이 바람직하다. 상기 수거되는 슬러지는 시스템으로부터 제거되어 더욱 더 처리되거나 또는 저장된다.After sufficient sludge has settled at the bottom of the filtration vessels 32, 34, 36, the sludge is discharged through the discharge stream 50. When this sludge is removed, the filtration membrane is preferably washed with water in the water washing stream 52. The collected sludge is removed from the system for further processing or storage.
주기적으로 상기 막은 미량의 유기물질을 제거하기 위해 침지를 필요로 할 수도 있다. 필요에 따라 또는 정규 유지 프로그램의 일부로서 세척을 수행하는 것이 바람직하다. 상기 용기의 배수구는 개방되어 모든 오염물이 상기 슬러지 배출스트림(50)을 통해 제거된다. 세척 공급스트림(54)을 통해 세척용액이 각각의 여과용기에 도입된다. 대표적인 세척용액으로는 산, 염기 및 계면활성제가 있다. 일부의 경우에 있어서, 상기 여과용기는 배수 및 세정되지 않고 다시 조작될 수도 있다. 막의 세정이 필요한 경우, 상기 여과용기(32),(34)(36)의 내용물은 세척 배출 스트림(56)을 통해 제거되어 더욱 더 처리된다.Periodically the membrane may require dipping to remove traces of organic material. It is desirable to perform the wash as needed or as part of a regular maintenance program. The drain of the vessel is opened so that all contaminants are removed through the sludge discharge stream 50. Wash solution is introduced into each filter vessel through wash feed stream 54. Representative washing solutions include acids, bases and surfactants. In some cases, the filter vessel may be operated again without draining and washing. If rinsing of the membrane is required, the contents of the filtration vessels 32, 34 and 36 are removed via the wash effluent stream 56 for further processing.
도 4에서 도시한 바와 같이, 필요한 유속을 제공하기 위해 복수의 여과용기를 병렬로 사용하는 것이 바람직하다. 그러나, 상기 여과용기는 1차 여과 및 2차 여과를 제공하기 위해 직렬로 조작될 수 있다. 역류 세척동안 상기 여과용기가 라인으로부터 차단되므로, 추가의 여과 용기를 사용하여 필요한 배출 유속을 확보하는 것이 바람직하다. 이러한 추가의 여과용기는 오프라인(off-line)을 유지하도록 설치되며 나머지 시스템은 유속 요건을 만족시킨다.As shown in Figure 4, it is preferable to use a plurality of filter vessels in parallel to provide the required flow rate. However, the filtration vessels can be operated in series to provide primary filtration and secondary filtration. Since the filter vessel is shut off from the line during the countercurrent wash, it is desirable to use an additional filter vessel to ensure the required discharge flow rate. These additional filtration vessels are installed to stay off-line and the rest of the system meets flow rate requirements.
상기 폐수처리 시스템은 시료 채취 및 분석이 가능하도록 여러 가지의 공정 스트림에 접근하기 위한 수단을 포함하는 것이 바람직하다. 상기 여과용기를 통해 흐르는 유체를 안전하게 제어하기 위한 것으로 당업계에서 사용되는 밸브, 펌프, 및 센서를 설치하는 것이 바람직하다. 또한, 이러한, 밸브, 펌프, 및 센서는 공정 자동화를 가능하게 한다.The wastewater treatment system preferably includes means for accessing various process streams to enable sampling and analysis. It is preferable to install valves, pumps, and sensors used in the art to safely control the fluid flowing through the filtration vessel. In addition, these valves, pumps, and sensors allow for process automation.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 침전된 입자에 대한 정의 물리적 장벽(positive physical barrier)을 이용하여 폐수로부터 오염물을 제거하기 위한 방법을 제공한다. 이러한 정의 분리 장벽에 의하여, 배출물은 통상적인 정화/모래여과 시스템보다 더욱 낮은 농도 한계를 갖는다.As described above, the present invention provides a method for removing contaminants from wastewater using a positive physical barrier to precipitated particles. With this positive separation barrier, the emissions have a lower concentration limit than conventional clarification / sand filtration systems.
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