KR100464714B1

KR100464714B1 - 수처리용 응집제 제조 방법

Info

Publication number: KR100464714B1
Application number: KR10-2002-0028860A
Authority: KR
Inventors: 고가요시아키; 하세가와다카오; 오오쿠보히로유키
Original assignee: 가부시끼가이샤 도꾸야마; 스이도 기코 가부시키가이샤
Priority date: 2001-05-25
Filing date: 2002-05-24
Publication date: 2005-01-06
Also published as: US20030019815A1; US7338617B2; CN100396611C; DE60202169T2; JP4014896B2; KR20020090157A; CN1388070A; EP1260484A2; JP2003038908A; EP1260484B1; US20050121377A1; EP1260484A3; DE60202169D1

Abstract

본 발명은 수처리, 특히 관개수, 폐수 등으로부터 현탁 물질 및 다른 불순물을 제거하는데 사용되는 고응결 성능을 갖는 금속-실리카 무기 중합체 응집제를 산업상 염가로 안정되게 제조할 수 있는 방법에 관한 것이다.

본 발명에 의한 방법에서는, 무기산 수용액과 실리케이트 수용액을 각각 5m/s 이상의 유속으로 충돌시켜 100~200g/L의 SiO₂농도와 6cp 미만의 점도를 갖는 실리카졸을 제조한다. 다음에 실리카졸을 숙성시켜 6~30cp의 점도를 갖는 실리카졸을 만든 다음 실리카졸을 염화제이철 등의 수용성 금속염과 혼합하여 응집제를 제조한다.

Description

수처리용 응집제 제조 방법{A PROCESS FOR PREPARING A FLOCCULANT FOR WATER TREATMENT}

본 발명은 수처리용 응집제 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고처리능력을 갖는 수처리용 응집제를 간단하고 염가로 제조하는 방법에 관한 것이다.

현탁 물질과 기타 불순물을 제거하는 관개수 또는 폐수의 정화는 불순물을 응결 및 침전시키기 위해서 관개수 또는 폐수에 응집제를 넣는 등의 수처리 방법에 의해 이루어진다. 이를 위해 사용되는 응집제로는 황산알루미늄, 폴리염화알루미늄, 및 염화제이철이 있다.

이들 응집제중 황산알루미늄과 폴리염화알루미늄이 널리 사용된다. 그러나 알루미늄은 양쪽성 금속이므로, 조류에 의해 생성된 유기산 등의 수중 유기물과 배위한 가용성 알루미늄으로서 처리수에 잔존하는 문제가 있다. 또한 알루미늄 응집제는 저수온에서 응결 성능이 그다지 높지 않아 다량으로 넣어야 할 필요가 있다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 철염 등의 수용성 금속염을 중합 실리케이트에 첨가하여 제조된 금속-실리카 무기 중합체 응집제, 특히 금속염으로써 응결 성능과 비독성의 면에서 높고 안정한 철염을 채택한 철- 실리카 무기 중합체 응집제에 관심이 모아지고 있다.

이러한 응집제는 예를 들어 JP-B-4(1992)/75796과 일본 특허 2, 732, 067호에 개시되어 있는 바와 같이, 비커 등의 용기에 염산 또는 황산 등의 무기산 수용액에 실리케이트 수용액을 첨가하여 약 1~6%의 농도의 SiO₂를 갖는 실리카졸을 제조하고, 실온에서 수시간 동안 실리케이트 수용액을 저으면서 숙성시켜 중합을 진행시킨 다음 철염 등의 금속염 수용액을 용액에 첨가함으로써 얻는다.

상기 방법으로 제조된 금속-실리카 무기 중합체 응집제는 고응결 성능을 발휘하고 겔 시간이 길어 장시간 저장에도 불구하고 그 응결 성능을 유지한다. 또한 저수온하에서도 고응결 성능을 발휘하고 수처리제로서 기타 여러가지 이점이 있다.

그러나 무기산 수용액에 실리케이트 수용액을 첨가하는 상기 방법에 의해 제조된 실리카졸은 70g/L(7%에 약간 못 미침)보다 SiO₂농도를 높일 수 없다. 이는 부분적인 불균일이 실리케이트 수용액과 무기산 수용액의 혼합물에서 발생하기가 지극히 쉽고 불균일부가 즉시 겔화하여 고농도 실리카졸 제조시 균일한 실리카졸을얻기가 어려워지기 때문이다. 따라서 양호한 응결 성능을 갖는 응집제를 제조하기 위해서는 SiO₂의 농도를 낮게 설정하여야 하는데 이는 제조성의 열화를 가져온다.

또한 금속-실리카 무기 중합체 응집제의 응집성을 향상시키고 실용적인 응결 성능을 실현하기 위해서, 숙성시 약 60℃ 하에서 가열하면서 실리카졸을 숙성(실리케이트의 중합을 진행시켜 실리케이트의 분자량을 증가시킴)시켜야 한다. 따라서 가열기를 필요하여 제조 비용이 상승된다.

이것이 상술한 여러 이점을 가짐에도 불구하고 금속-실리카 무기 중합체 응집제가 실제로 산업에서 이용되지 않는 이유이다.

따라서 특별한 장치 없이도 저렴하고 다량으로 응결 성능이 뛰어난 금속-실리카 무기 중합체 응집제를 제조하는 방법이 요망된다

도1은 각각 5m/s 이상의 유속으로 무기산 수용액과 실리케이트 수용액을 충돌시키는데 사용되는 Y형상 장치를 나타낸 도면.

도2는 트럭 등으로 운송 가능한 수처리용 응집제를 제조하는 장치의 전체 구조를 나타낸 도면.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명자들은 JP-B-4(1992)/54619에 개시된 균일 고농도 실리카졸을 제조하는 방법에 관하여 집중 연구하였다. 추가적인 연구 결과, 상기 공보로부터 유도된 응용법으로 제조된 것을 특정 점도를 갖도록 숙성시킨 실리카졸이 금속-실리카 무기 중합체 응집제의 원료로서 유용하다는 것을 알았다.

본 발명자들은 실리카졸의 점도, 실리카졸의 SiO₂의 농도 및 생성 응집제의 응집성을 더 연구하였고, 그 결과 본 발명을 완성하였다.

구체적으로, 본 발명은100~200g/L의 SiO₂농도와 6cp 미만의 점도를 갖는 실리카졸을 숙성시켜 100~200g/L의 SiO₂농도와 6~30cp의 점도를 갖는 실리카졸을 제조하고 상기 실리카졸을 수용성 금속염과 혼합하는 수처리용 응집제 제조 방법에 관한 것이다.

또한 본 발명은 100~200g/L의 SiO₂농도와 6cp 미만의 점도를 갖는 실리카졸을 숙성시켜 100~200g/L의 SiO₂농도와 6~30cp의 점도를 갖는 실리카졸을 제조하고 상기 실리카졸을 물로 희석하여 50~70g/L의 SiO₂농도를 갖는 실리카졸을 제조한 다음 수용성 금속염과 혼합하는 수처리용 응집제 제조 방법에 관한 것이다.

상기 방법에서, 100~200g/L의 SiO₂농도와 6cp 미만의 점도를 갖는 실리카졸은 무기산 수용액과 실리케이트 수용액을 각각 5m/s 이상 15m/s이하의 유속으로 충돌시킴으로써 제조한다.

본 발명은 또한 상기한 어느 방법에도 적용될 수 있는 것으로, (a) 무기산 수용액 저장 탱크, (b) 실리케이트 수용액 저장 탱크, (c) 금속염 수용액 저장 탱크, (d) 무기산 수용액 저장 탱크에 저장된 무기산 수용액과 실리케이트 수용액 저장 탱크에 저장된 실리케이트 수용액을 각각 5m/s 이상 15m/s이하의 유속으로 충돌시킴으로써 실리카졸을 제조하는 충돌 장치, (e) 충돌로 얻은 실리카졸을 교반하면서 숙성시키는 교반 숙성 장치 및 (f) 교반 숙성 장치로부터 나온 실리카졸과 금속염 수용액을 혼합하기 위해 금속염 수용액 저장 탱크에 저장된 금속염 수용액을 공급하는 공급 장치를 구비하는 수처리용 응집제 제조 장치를 제공한다.

본 발명의 방법은 필수적으로 100~200g/L의 SiO₂농도와 6cp 미만의 점도를 갖는 실리카졸(이러한 실리카졸을 이하에서는 단지 "원료(raw) 실리카졸"이라고 함)을 숙성(실리케이트의 중합을 진행시키는 단계)하여 100~200g/L의 SiO₂농도와 6~30cp 의 점도를 갖는 실리카졸(이러한 실리카졸을 이하에서는 단지 "숙성(aged)실리카졸"이라고 함)을 제조하는 단계를 구비한다.

100g/L 미만 또는 200g/L 이상의 SiO₂농도를 갖는 실리카졸은 원료 실리카졸로서 부적합한데, 이는 생성 응집제의 응집성이 떨어져 현탁 물질을 응결 침전시키는데 긴 시간이 소요되기 때문이다.

100g/L 미만의 SiO₂농도를 갖는 실리카졸은 6~30cp 의 점도에 달하기 까지 너무 긴 숙성 시간(나중에 언급함)이 소요되고 배치당 소량만이 제조됨으로써 제조성이 떨어진다.

처리할 물에 응집제를 첨가할 때 현탁 물질을 급속으로 고응집시키기 위해서는 원료 실리카졸은 140~160g/L의 SiO₂농도를 갖는 실리카졸인 것이 바람직하다.

실제로 6cp 이상의 점도를 갖는 실리카졸은 숙성 없이도 얻을 수 있다. 따라서 6cp 미만의 점도를 갖는 실리카졸이 원료 실리카졸로서 사용된다. 고응집성을 갖는 응집제를 얻기 위해서 원료 실리카졸은 5cp이하의 점도를 갖는 것이 바람직하다.

실리카졸의 점도는 20℃에서 회전 점도계로 측정한다.

상기 특정한 농도와 점도를 갖는 실리카졸을 제조하는 방법은 특별히 한정되지 않는다. JP-B-4(1992)/54619에 개시된 바와 같이, 특정 유속 이상으로 무기산 수용액과 실리케이트 수용액을 접촉시키는 방법, JP-A-8(1996)/333112에 개시된 바와 같이, 실리케이트 수용액과 황산을 물의 흐름속에 붓는 방법, 또는 알킬 실리케이트를 산 또는 알칼리성 조건하에서 가수 분해, 또는 실리케이트 수용액을 이온 교환막으로 전기 투석하는 방법 등에 의해 제조할 수 있다.

이들 방법중에서, 무기산 수용액과 실리케이트 수용액을 특정 유속 이상으로 충돌시키는 것이 매우 유용한데, 그 이유는 제조 설비가 간단하고, 원료와 운전이 염가이어서 저제조비용으로 원료 실리카졸을 제조할 수 있으며, 상기한 범위의 농도와 점도를 갖는 실리카졸을 안정적으로 제조할 수 있기 때문이다.

상기 방법을 상세히 설명하면, 황산 또는 염산 등의 무기산 수용액을 실리케이트 수용액과 각각 5m/s 이상의 유속, 바람직하게는 7m/s 이상, 보다 바람직하게는 10m/s 이상 15m/s이하의 유속으로 충돌시킨다. 이 방법에서 무기산 수용액와 실리케이트 수용액은 모두 상기 유속을 가질 필요가 있다. 만일 하나 또는 양자 모두가 상기 범위 이하의 유속을 가지면 부분적으로 겔화가 일어나 균일한 졸을 얻기가 어렵게 된다.

원료 실리카졸을 제조하는데 사용되는 무기산의 농도는 바람직하게는 2~7N, 보다 바람직하게는 3~6N이다. 이 범위로 농도를 규제함으로써, 생성 실리카졸의 농도를 쉽게 100~200g/L로, 점도를 6cp 미만으로, 숙성 소요 시간(나중에 언급함)을 5분~20시간의 범위 내로 한정할 수 있어, 산업상 제조가 용이해지게 된다.

실리케이트 수용액으로서, 소듐 실리케이트 수용액이 바람직하게 사용되고, 용액에서 SiO₂농도는 바람직하게는 200~350g/L, 보다 바람직하게는 250~300g/L이다. 이 범위로 농도를 규제함으로써, 생성 실리카졸의 농도는 100~200g/L이고 실리케이트 수용액이 무기산 수용액과 혼합(충돌)되는 동안 겔화의 진행을 방지함으로써 균일한 실리카졸을 얻을 수 있다.

소듐 실리케이트 수용액은 일반적으로 2.5~4의 SiO₂와 Na₂O의 몰비를 갖는다. 무기산 수용액과 실리케이트 수용액을 충돌시키는 장치로는 도1에 나타낸 Y형상 장치가 바람직하다. 구체적으로는 무기산 수용액과 실리케이트 수용액은 원료 저장 탱크(5, 5')로부터 원료 공급관(1, 1')으로 보내지고 쵸크부(4, 4')에서 가속되어 반응부(3)에서 서로 충돌한다. 반응부(3)에서 생성된 실리카졸은 졸 방출관(2)을 통해 졸 저장 탱크(7)로 보내진다. 실리카졸(원료 실리카졸)은 숙성되어 수용성 금속염(나중에 언급함)과 혼합한다.

장치의 크기는 적당히 선택한다. 일반적으로 원료 공급관(1, 1')은 5~40mm의 직경과 직경에 대해 1.5~6배의 길이를 갖는다. 쵸크부(4, 4')는 0.5~6mm의 직경과 직경에 대해 0.5~5배의 길이를 갖는다. 졸 방출관(2)은 5~20mm 직경과 10~100mm 길이를 갖는다. 따라서 Y형상 장치는 전체적으로 약 40~100mm의 폭과 40~150mm의 높이와 2~70mm의 두께를 갖는 극히 크기가 작은 장치로 할 수 있다.

상기 방법으로 제조된 100~200g/L의 SiO₂농도의 실리카졸은 실리카졸의 SiO₂농도에 따라서 제조된 직후(숙성전)에 통상 2~5cp의 점도를 갖는다.

상기 방법으로 제조된 100~200g/L의 SiO₂농도와 6cp 미만의 점도를 갖는 실리카졸은 숙성할 필요, 즉 점도를 6~30cp의 범위로 만드는 실리케이트 중합을 수행할 필요가 있다.

숙성 온도는 특별히 한정하지는 않지만, 원료 실리카졸이 100~200g/L의 SiO₂농도를 가질 때에 일반적으로 실온(약 15~40℃)으로 설정한다. 온도는 이 범위에 있는 한 일정하게 유지할 필요가 없다. 즉 상기 농도를 갖는 원료 실리카졸의 사용은 제조 비용을 줄일 수 있는데, 이는 실리카졸을 별도의 가열기(서모스탯) 없이도 숙성할 수 있기 때문이다.

숙성 시간은 원료 실리카졸의 SiO₂농도와 점도에도 의하지만 일반적으로 20분~4시간이고, 바람직하게는 40~220분이다. 140~160g/L의 SiO₂농도와 약 5cp의 점도를 갖는 원료 실리카졸은 약 20~35℃에서 숙성할 때,30~200분에서 점도가 6~30cp에 달한다.

미숙성의 또는 점도 6cp 미만의 불완전 숙성된 실리카졸은 후술할 수용성 금속염과 혼합할 때 양호한 응집성을 갖는 응집제를 얻을 수 없다. 30cp 이상의 점도를 갖도록 과도 숙성된 실리카졸은 양호한 응집성을 갖는 응집제를 얻을 수 없다. 실리카졸은 7~20cp의 점도를 갖도록 숙성하는 것이 바람직하다.

원료 실리카졸의 숙성은 바람직하게는 졸 저장 탱크 등의 용기에서 천천히 교반하면서 수행하는 것이 바람직하다.

100~200g/L의 SiO₂농도와 6~30cp 의 점도를 갖더라도 상기 방법으로 숙성하지 않은 실리카졸은 수용성 금속염과 혼합할 때 충분한 응집성을 갖는 응집제를 만들 수 없다. 숙성 하였더라도, 일단 30cp 이상으로 점도가 올라간 것을 물 또는 저점도 실리카졸과 혼합하여 6~30cp범위로 조정한 실리카졸은 양호한 응집성을 가진 응집제를 만들 수 없다.

예를 들어, 다음의 경우는 불완전한 응집성을 갖는 응집제를 생성한다:

200g/L 이상의 SiO₂농도와 30cp 이상의 점도를 갖는 실리카졸을 물로 희석하여 100~200g/L의 SiO₂농도와 6~30cp 의 점도를 갖는 실리카졸을 제조하는 경우;

100g/L 미만의 SiO₂농도와 6~30cp의 점도를 갖는 실리카졸을 200g/L 이상의 SiO₂농도와 6~30cp 의 점도를 갖는 실리카졸과 혼합하여 100~200g/L의 SiO₂농도와 6~30cp 의 점도를 갖는 실리카졸을 제조하는 경우;

100~200g/L의 SiO₂농도와 30cp 이상의 점도를 갖는 실리카졸을 동일 농도와 더 낮은 점도를 갖는 실리카졸과 혼합하여 100~200g/L의 SiO₂농도와 6~30cp 의 점도를 갖는 실리카졸을 제조하는 경우.

상기한 방법으로 얻은 숙성 실리카졸을 수용성 금속염과 혼합하여 응집제를 제조한다.

수용성 금속염은 특별히 한정되지 않으며, 철, 알루미늄, 또는 마그네슘중 어느 하나의 염산염, 질산염 또는 황산염을 사용할 수 있다. 응집제의 응집성과 장시간 저장의 안정성, 생체의 안전을 고려할 때, 철염이 바람직하고, 제이철염이 더 바람직하다. 가장 바람직한 수용성 금속염은 염화제이철과 황산제이철이다.

수용성 금속염의 바람직한 양은 금속의 종류에 따라 다르다. 금속이 철(Fe)일 때, 철염은 Si/Fe 몰비가 0.1~5, 보다 바람직하게는 Si/Fe 몰비가 0.5~3인 양으로 첨가한다. 금속이 알루미늄(Al)일 때, 알루미늄염은 Si/Al 몰비가 2.5~15인 양으로 첨가하는 것이 바람직하다. 금속이 마그네슘(Mg)일 때, 마그네슘염은 Si/Mg 몰비가 2~10인 양으로 첨가하는 것이 바람직하다. Si/금속 몰비가 클수록, 응집성이 높아진다. 비율이 작을수록, 겔화가 덜 일어나 결과적으로 안정성이 향상된다.

수용성 금속염은 바람직하게는 물에 용해하여 수용액을 얻어 숙성 실리카졸과 혼합하여 실리카졸에 균일 분산되게 된다. 염화제이철이 수용성 금속염으로 사용될 때, 수용액에서의 농도는 바람직하게는 20~40중량%이다.

수용성 금속염을 숙성 실리카졸과 혼합할 때, 수용성 금속염(또는 그 수용액)을 상기 방법으로 제조되는 100~200g/L의 SiO₂농도와 6~30cp 의 점도를 갖는 실리카졸과 혼합 하여도 좋다. 다른 방법으로, 수용성 금속염(또는 그 수용액)을 SiO₂농도가 50~70g/L이 될 때까지 희석된 실리카졸과 혼합하면, 응집제의 응집성을 향상시킬 수 있어 더욱 바람직하다.

수용성 금속염과 혼합한 실리카졸은 SiO₂농도가 10~30g/L이 될 때까지 다시 물로 희석하는 것이 응집제로서 더욱 바람직하다.

숙성 실리카졸을 수용성 금속염과 혼합하여 얻은 응집제는 장시간 저장 안정성을 위해 pH를 1~3으로 조정한 것이 바람직하다. 이 범위로 pH가 조정되면 수개월동안 안정되게 저장할 수 있다. 이에 비해 pH가 중성에 가까우면 저장 동안 겔화할 가능성이 커진다. 일반적으로 원료 실리카졸을 상술한 방법, 즉 무기산 수용액과 실리케이트 수용액을 충돌시켜 제조할 때, 응집제는 별도의 조정 없이 pH가 1~3이 된다. PH가 이 범위를 벗어나면, 각종 산, 예를 들어 황산 또는 각종 염기, 예를 들어 수산화나트륨을 첨가하여 조정할 수 있다.

상기 방법에 의한 수처리용 응집제의 제조 장치는 특별히 한정되지 않는다. 공지 실리카졸 제조 장치, 교반 및 저장 장치 및 액의 첨가 및 혼합 장치 중에서 필요에 따라 적절히 조합하여 제작한다.

전술한 바와 같이, 100~200g/L의 높은 SiO₂농도를 갖는 실리카졸을 숙성시킨 다음 물 등으로 희석한다. 이는 종래 경우에 비해서 소형의 장치로 숙성할 수 있다. 숙성은 가열 공정 없이도 수행 가능하므로 숙성 장치를 가열할 장치가 불필요하다. 따라서 실리카졸을 숙성시키는 숙성 장치는 각종 운반 차량으로 운반할 수 있다. 상술한 특징은 100~200g/L의 SiO₂농도를 갖는 원료 실리카졸을 제조한 후 운반 중 숙성시켜 수처리용 응집제가 사용될 장소로 운반하여 현장에서 공급되는 물로 실리카졸을 희석 사용하는 것을 가능하게 한다. 따라서 운반 비용이 희석에 사용되는 물의 양만큼 감소된다. 상술한 특징은 응집제로 처리할 물의 조건을 보면서 처리할 물에 따라 Si/금속 몰비를 최적으로 조절하는 것을 지극히 쉽게 한다.

무기산 수용액과 실리케이트 수용액을 각각 5m/s 이상 15m/s 이하의 속도로 충돌킴으로써 반응시켜 원료 실리카졸을 제조하는 장치로서 앞서 설명한 Y형상 장치 같은 장치를 채택함으로써, 원료 실리카졸의 제조에 필요한 제조 장치 부분을 소형화할 수 있게 되어, 원료 실리카졸의 제조 장치를 포함, 수처리용 응집제를 제조하는 제조 장치의 운반을 가능하게 할 수 있다. 즉, 실리카졸의 숙성 장치를 운반할 수 있는 이점 뿐만 아니라, 수처리용 응집제를 임의의 시간 및 장소에서 임의의 필요량을 쉽게 제조할 수 있어 제조 비용을 현격히 저감시킨다.

각종 운반 차량에 의해 운반할 수 있는 제조 장치의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도2에 나타낸 바와 같이, 제조 장치는 무기산 수용액 저장 탱크(5), 실리케이트 수용액 저장 탱크(5'), 금속염 수용액 저장 탱크)(9)(이들 3개의 저장 탱크를 원료 저장 탱크로 통칭), 무기산 수용액 저장 탱크에 저장된 무기산 수용액을 실리케이트 수용액 저장 탱크에 저장된 실리케이트 수용액과 각각 5m/s 이상 15m/s이하의 속도로 충돌시켜 반응시킴으로써 실리카졸을 제조하는 충돌 장치(8), 충돌로 얻은 실리카졸을 교반하면서 숙성시키는 교반 숙성 장치(7) 및 교반 숙성 장치(7)로부터 빼낸 실리카졸과 금속염 수용액을 혼합하기 위해 금속염 수용액 저장 탱크에 저장된 금속염 수용액을 공급하는 공급 장치(10)를 구비한다. 제조 장치는 필요에 따라 후술하는 각종 장치를 부설한다.

제조 장치는 트럭 등의 통상의 운반 차량에 의해 응집제가 사용되는 장소로 운반하여 응집제가 쓰이는 곳에서 차량 또는 적당한 곳에다 차량으로부터 장치를 내려놓고 하기의 원료로부터 응집제를 제조한다.

제조용 원료는, 예를 들어 농축 황산(약 75~98%) 등의 상용의 고농도 무기산 수용액, 농도 28~40%의 상용의 고농도 실리케이트 수용액 및 상용의 염화제이철 수용액(약 37%)이면 된다. 이들 원료는 제조장치와 함께 운반하거나 또는 따로 운반하여 제조 장치에 공급한다. 물은 관개수 등, 현장에서 공급할 수 있는 것이면 된다. 따라서 운반 비용이 저감된다. 물론 필요에 따라 물도 원료에 함께 운반할 수 있다.

응집제를 제조하기 위해서, 고농도 무기산 수용액와 고농도 실리케이트 수용액은 먼저 원료 실리카졸의 제조에 적합한 농도로 물로 희석한다. 희석은 무기산 수용액 저장 탱크(5)와 실리케이트 수용액 저장 탱크(5')에서 행한다. 이들 용액을 물과 희석시키기 위해서 관개수 또는 외부수원의 물 등을 사용할 수 있다. 제조 장치에 공급하기 전에, 수압 제어기(11) 또는 수압과 유속을 급수 밸브(도시 생략)로 제어하는 장치를 통과하게 하는 것이 바람직하다. 희석 용액의 농도가 균일하게 하려면, 저장 탱크에는 교반 장치(도시 생략) 가 구비되는 것이 바람직하다.

원료 실리카졸의 제조에 적당한 농도로 희석된 무기산 수용액과 실리케이트 수용액은 충돌 장치(8)에 의해 각각 5m/s 이상의 속도로 서로 충돌시킴으로서 반응시켜 실리카졸을 형성한다. 충돌 장치(8)는 충돌부(12)와 무기산 수용액과 실리케이트 수용액을 각각 5m/s 이상의 속도로 토출하는 펌프(6, 6')로 구성된다. 충돌 장치(8)로서 Y형상 장치가 그 구조가 단순하고 소형인 점에서 바람직하다. 펌프는 종래의 것이다. 토출되는 무기산 수용액과 실리케이트 수용액의 양은 실리카졸의 SiO₂농도를 100~200g/L로 만들기에 적절하게 조정한다.

상기 방법으로 얻은 원료 실리카졸은 교반 숙성 장치(7)에 바로 보내져서 숙성된다. 숙성은 앞서 말한 바와 같이 실리카졸의 점도가 6~30cp가 될 때까지 계속한다. 교반 숙성 장치(7)에는 숙성 실리카졸을 교반하는 교반 장치(13)와 점도를 측정하는 점도계(14)가 구비되어 있다. 바람직하게는 교반 숙성 장치에는 온도계(15)와 pH 미터(도시 생략)가 더 구비되어 온도와 pH를 측정한다.

교반하면서 숙성시킴으로서 목표 6~30cp의 점도를 갖도록 숙성된 (숙성)실리카졸은 방출관(16, 20)을 통해 배출하여 응집제 최종 제조 탱크(저장 탱크)(19)에 보내진다. 도시한 바와 같이 펌프(17)로 배출하거나, 경우에 따라 중력 자유 낙하로 배출한다.

전술한 바와 같이, 숙성 실리카졸은 바람직하게는 금속염 수용액에 혼합하기 전에 물로 희석하여 50~70g/L의 SiO₂농도로 한다. 희석은 교반 숙성 장치(7) 또는 응집제 최종 제조 탱크(19)에서 행할 수 있다. 바람직하게는 숙성 실리카졸은 응집제 최종 제조 탱크(19)에 이동한 후에 희석수가 교반 숙성 장치(7), 방출관(16, 20) 및 펌프(17)를 거쳐 응집제 최종 제조 탱크(19)에 넣어진다. 이러한 희석은 희석수의 운행이 교반 숙성 장치(7), 방출관(16, 20) 및 펌프(17)를 세척하고 교반 숙성 장치(7)의 크기가 비교적 소형이라는 점에서 바람직하다. 희석수는 무기산 수용액과 실리케이트 수용액의 희석과 마찬가지로 외원에서 수압 제어기(11)로부터 공급되어도 좋다.

다음에 공급 장치(10)에 의해서, 금속염 수용액 저장 탱크(9)에 저장된 금속염 수용액을 그 SiO₂농도가 50~70g/L으로 조정된 숙성 실리카졸에 공급한다. 공급 장치(10)는 숙성 실리카졸을 금속염 수용액과 혼합하는 장치에 금속염 수용액을 공급하는 기능을 가진 것이면 특별히 한정되지 않는다. 바람직하게는 공급 장치는, 구조의 단순화를 위해 도시한 바와 같이 금속염 수용액을 공급하는 공급관(18, 20), 밸브(21) 및 펌프(22)로 된다. 공급관(18)은 바람직하게는 배관의 단순화를 위해 방출관(16)의 일부에서 숙성 실리카졸 방출관(16)에 접속된다. 이 경우 도면의 관(20)은 숙성 실리카졸 방출관(16)과 공급관(18)으로서 동시에 기능한다. 물론 금속염 수용액을 파선으로 나타낸 관(20')을 통해 직접 또는 관(20")을 통해 교반 숙성 장치(7)을 거쳐서 응집제 최종 제조 탱크(19)에 넣어도 문제는 없다. 펌프(22) 없이 중력 자유 낙하를 이용하여 금속염 수용액을 공급하여도 된다.

한편, 미리 금속염 수용액을 응집제 최종 제조 탱크(19)에 공급하고, 이어서 숙성 실리카졸을 첨가하거나, 또는 금속염 수용액을 교반 숙성 장치(7)에 넣고 숙성 실리카졸과 혼합하는 방법에 의해서도 혼합할 수 있다.

상술한 바와 같이, 금속염 수용액과 혼합한 숙성 실리카졸은 수처리용 응집제로 사용하기 전에 물로 희석하여 10~30g/L의 SiO₂농도로 하는 것이 바람직하다.희석은 응집제 최종 제조 탱크(19)에서 행할 수 있다. 응집제 최종 제조 탱크(19)는, 예를 들어 통상의 큰 탱크이다. 제조 장치(24)(파선으로 둘러싼 부분)를 구성하는 모든 장치, 즉,원료 저장 탱크, 충돌 장치, 교반 숙성 장치, 금속염 수용액 저장 탱크 및 병렬관과는 달리, 응집제 최종 제조 탱크(19)는 수처리용 응집제가사용되는 곳에 쉽게 구비될 수 있어 이들 장치와 함께 운반할 필요가 없다.

따라서 사용될 장소에서 수처리용 응집제를 제조하기 위해 운반하여야 할 장치가 소형화되어 그 무게를 줄일 수 있다. 약1~6%의 SiO₂농도를 갖는 실리카겔을 약 60℃에서 반드시 숙성해야 하는 종래의 방법에서는, 본 발명의 방법으로 수처리용 응집제를 제조하는 것에 비해 동일량을 제조하는데 극히 거대한 장치가 필요함으로써 종래의 장치는 사실상 운반이 불가능하다는 사실을 고려하면, 이는 본 발명의 매우 중요한 이점이 아닐 수 없다.

수처리용 응집제는 물을 응집제 최종 제조 탱크(19)에 직접 첨가함으로써 10~30g/L의 SiO₂농도로 희석할 수 있다. 바람직하게는 희석은 희석수를 교반 숙성 장치(7)에 넣고 물을 방출관(16)을 통해 응집제 최종 제조 탱크(19)에 흘림시킴으로써 이루어진다. 이러한 희석은 장치 세척의 효과도 거둘 수 있어 바람직하다. 응집제 최종 제조 탱크(19)에 교반 장치(23)를 구비하여 수처리용 응집제의 전체적인 균일상태를 실현하는 것이 바람직하다.

원료 저장 탱크, 교반 숙성 탱크 및 다른 장치의 크기는 특별히 한정되지 않는다. 바람직하게는 운반 용이성과 수처리용 응집제의 풍부한 제조력을 고려할 때, 무기산 수용액 저장 탱크와 금속염 수용액 저장 탱크는 그 크기가 약 50~500L(보다 바람직하게는 100~300L), 실리케이트 수용액 저장 탱크는 그 크기가 100~600L(보다 바람직하게는 150~400L), 그리고 교반 숙성 탱크는 그 크기가 100~600L(보다 바람직하게는 300~500L)이다. 이들 용량은 배치당 1000~10000L의 수처리용 응집제를 제조할 수 있다. 다른 장치의 크기는 이들 원료 저장 탱크와 교반 숙성 탱크에 맞추어 적절히 결정된다.

바람직하게는 관에는 필요에 따라 각종 펌프와 유동 제어 장치(예를 들어, 밸브)가 적절히 구비된다.

장치가 겨울에 추운 지역에서 사용할 때에 원료가 얼어 숙성율이 낮아지는 것을 방지하기 위해서, 히터(도시 생략) 등이 구비되어 수압 제어기(11)로부터 각 장치에 공급된 물을 가열하여 교반 숙성 장치(7)가 과냉하는 것을 방지한다.

도시하지 않았지만, 본 발명의 수처리용 응집제를 제조하는 장치에는 일반적으로 각종 제어 장치가 구비되어 물과 실리카졸의 유속, 응집제의 점도, 온도, pH 등을 계측하여 필요에 따라 각 장치를 제어한다.

교반 장치를 제어하는 전원, 펌프와 제어 장치의 전원 수처리용 응집제가 제조될 곳(제조 장치를 운전할 곳)에 구비된 외부 전원이거나 제조 장치와 함께 운반된 모터 등이어도 좋다.

상기한 방법으로 수처리용 응집제를 제조한 후에, 제조 장치(24)는 필요에 따라 트럭 등의 운송 수단에 의해 다른 장소로 운반하고, 거기서 상기와 같이 수처리용 응집제를 제조한다. 작업의 용이화를 위해서 트럭 등에 의한 운반, 장치의 탑재 및 해체와 사용시의 설치, 수처리용 응집제를 제조하는 장치를 구성하는 부품(즉 원료 저장 탱크, 충돌 장치, 교반 숙성 탱크, 금속염 수용액 공급용 공급 장치 및 병렬관)은 종래의 방법으로 바람직하게 결합한다. 이 경우 부품 장치는 견고한 상호 접속을 달성하기 위해서 용접 등의 종래 수단으로 결합할 수도 있고, 나사, 볼트 너트 등의 기계적 조임 기구를 사용하면 보수 및 개수의 경우에 장치의 교환의 용이화의 측면에서 바람직하다.

수처리용 응집제는 그대로 또는 응집제 최종 제조 탱크(저장 탱크)(19)에 저장해 놓고 필요에 따라 사용하여도 좋다. 저장 탱크에의 저장이 다해갈 때, 제조 장치(24)를 다시 운전하여 응집제를 제조하고 저장 탱크를 다시 채운다.

제조 장치 또는 본 발명의 제조 방법에 따른 다른 제조 장치에 의해 얻어진 응집제는 상수용 강물과 폐수의 현탁 물질 등의 오염물질 등을 응결 및 침전시키는 데에 일반적으로 사용된다. 응집제는 통상 물속의 오염물질의 양에 따라서 Fe로 환산하여 3~6mg/L 사용한다.

(실시예)

본 발명을 이하의 실시예를 참조하여 더 상세히 설명하지만 본 발명은 이들에 한정되지 않는다.

실시예 및 비교예에서 실험법은 하기와 같다.

a)원료로서의 실리카졸의 제조

도1에 나타낸 바와 같이 1.2mmΦ×10mm 의 관으로 된 쵸크부를 갖는 나트륨 실리케이트 수용액 공급관과 1.4mmΦ×10mm의 관으로 된 쵸크부를 갖는 황산 수용액 공급관으로 된 Y형상 튜브 반응기를 사용하여, 실리카졸을 각 실시예 및 비교예에 나타낸 원료 농도 및 유속으로 제조하였다.

b)점도는 Tokyo keiki Seisakusho사제의 BL 점도계로 20℃에서 측정하였다.

c)응결 성능

타마강에서 끌어온 강물과 상용의 카올린(ENGEL HARD사제의 ASP-072)를 혼합 조절하여 23~26도의 혼탁도를 갖는 시험수를 제조하였다. 시험수 1000ml를 시험기가 연결된 6개의 병에 넣고, 물 1리터당 응집제를 Fe로 환산하여 4~5mg을 첨가하여 교반 속도 150rpm으로3분간 교반하여 응집시켰다. 이어서 시험수를 교반 속도 50rpm으로 10분간 교반하고 10분간 방치하였다. 이어서 300ml의 상징액을 수집하여 그 혼탁도 및 pH를 Nikken Labo 사제의 혼탁도계(SEP-PT-706D)와 pH 미터로 측정하였다.

실시예1

Y형상 튜브 반응기에, 농도 3.6N의 황산 수용액과 SiO₂농도 298g/L의 나트륨 실리케이트 수용액을 각각 1L/min의 속도로 공급하여, 10리터의 원료 실리카졸을 얻었다. 반응기에 공급된 황산과 나트륨 실리케이트의 유속은 각각 10.8m/s와 14.7m/s이다.

졸 방출관으로부터 졸 저장 탱크에 공급된 원료 실리카졸은 SiO₂농도가 150g/L이고 점도가 5.0cp이었다. 생성 실리카졸의 온도는 33℃였다.

농도가 150g/L이고 점도가 5.0cp인 원료 실리카졸로부터 1리터를 수집하여 실온(약 23℃)에서 120분간 완만히 교반하면서 숙성시켜 점도10cp의 숙성 실리카졸을 제조하였다. 숙성 실리카졸을 물로 희석하여 SiO₂농도 60g/L의 실리카졸을 만든다. 그런 다음 실리카졸을 37% 염화제이철 88ml과 혼합한다. 이 혼합에서 Si/Fe 몰비는 3이었다. 또한 실리카졸을 물로 희석하여 SiO₂농도 20g/L과 pH 1.3의 응집제를 제조하였다. 응집제의 응결 성능을 측정하여 그 결과를 표1에 나타낸다.

실시예2

숙성 시간이 180분이고 숙성 실리카졸의 점도가 19.5cp인 것을 제외하고는 실시예1과 마찬가지 방법으로 응집제를 제조한다. 응집제의 응결 성능을 측정하여 그 결과를 표1에 나타낸다.

실시예3

농도 2.4N의 황산 수용액과 SiO₂농도 230g/L의 나트륨 실리케이트 수용액을 사용하여 실시예1과 마찬가지의 방법으로 하여 SiO₂농도 110g/L과 점도3cp의 원료 실리카졸을 제조하였다.

원료 실리카졸을 180분간 숙성시켜 점도 7cp의 숙성 실리카졸을 만드는 점을 제외하고는 실시예1을 반복한다. 그 결과 Si/Fe 몰비 3, SiO₂농도 20g/L 및 pH1.4의 응집제를 얻었다. 응집제의 응결 성능을 측정하여 그 결과를 표1에 나타낸다.

실시예4, 5

원료 실리카졸을 숙성하여 10cp의 숙성 실리카졸을 만들고 물로 희석하지 않은 숙성 실리카졸에 염화제이철 수용액을 첨가하는 것을 제외하고는 실시예1과 마찬가지의 방법으로 하여 Si/Fe 몰비 3, SiO₂농도 20g/L 및 pH 1.3의 응집제를 제조하였다. 응집제의 응결 성능을 측정하여 그 결과를 표1에 나타낸다.

표1로부터 분명한 바와 같이, 실시예4, 5 간에 시험수에 첨가된 응집제의 양이 다르다.

비교예1

원료 실리카졸을 10분간 숙성시켜 점도 5cp의 숙성 실리카졸을 만드는 점을 제외하고는 실시예1과 마찬가지의 방법으로 하여 Si/Fe 몰비 3, SiO₂농도 20g/L 및 pH 1.3의 응집제를 제조하였다. 응집제의 응결 성능을 측정하여 그 결과를 표1에 나타낸다.

비교예2

원료 실리카졸을 210분간 숙성시켜 점도 38cp의 숙성 실리카졸을 만드는 점을 제외하고는 실시예1과 마찬가지의 방법으로 하여 Si/Fe 몰비 3, SiO₂농도 20g/L 및 pH 1.3의 응집제를 제조하였다. 응집제의 응결 성능을 측정하여 그 결과를 표1에 나타낸다.

비교예3

비교예2와 마찬가지 방법으로 제조된 점도 38cp의 숙성 실리카졸(숙성 시간:210분)과 비교예1와 마찬가지 방법으로 제조된 점도 5cp의 숙성 실리카졸(숙성 시간:10분)을 혼합하여 점도 10cp, SiO₂농도 150g/L의 혼합 실리카졸을 제조하였다. 1리터의 혼합 실리카졸을 숙성 실리카졸로 사용한 점을 제외하고는 실시예1과 마찬가지의 방법으로 하여 Si/Fe 몰비 3, SiO₂농도 20g/L 및 pH 1.3의 응집제를 제조하였다. 응집제의 응결 성능을 측정하여 그 결과를 표1에 나타낸다.

비교예4

Y형상 튜브 반응기에, 농도 8.5N의 황산 수용액을 0.53L/min의 유속(5.7m/s)으로, SiO₂농도 298g/L의 나트륨 실리케이트 수용액을 1.3L/min의 유속으로 각각 공급하고, 실시예1과 마찬가지로 하여 SiO₂농도 225g/L과 점도 5.7cp의 원료 실리카졸을 얻었다.

원료 실리카졸은 실온에서 3분간 숙성하여 19.5cp의 숙성 실리카졸이 되었다. 숙성 실리카졸을 사용하여, 실시예1과 마찬가지로 하여 Si/Fe 몰비 3, SiO₂농도 20g/L 및 pH1.1의 응집제를 제조하였다. 응집제의 응결 성능을 측정하여 그 결과를 표1에 나타낸다.

비교예5

농도 1.5N의 황산 수용액과 SiO₂농도 135g/L의 나트륨 실리케이트 수용액을 사용하여 실시예1과 마찬가지로 하여 SiO₂농도 50g/L과 점도 1.5cp의 원료 실리카졸을 제조하였다.

원료 실리카졸을 실온에서 120분간 숙성시켜 점도 1.5cp의 숙성 실리카졸을 만든다. 숙성 실리카졸을 사용하여, 실시예1과 마찬가지로 하여 Si/Fe 몰비 3, SiO₂농도 20g/L 및 pH 1.3의 응집제를 제조하였다. 응집제의 응결 성능을 측정하여 그 결과를 표1에 나타낸다.

비교예6

비교예5의 방법으로 제조된 SiO₂농도 50g/L과 점도 1.5cp의 원료 실리카졸을 실온에서 270분간 숙성시켰으나, 실리카졸은 여전히 점도가 1.5cp이다.

실리카졸을 실온에서 19.5시간(총 숙성 시간:24시간) 더 숙성시켰지만 생성 실리카졸은 점도가 겨우 2cp이었다.

본 발명에 따라 특정 농도의 원료 실리카졸을 사용하여 숙성시켜 점도 6~30cp의 숙성 실리카졸을 만드는 방법을 사용함으로써, 고응결 성능의 수처리용 응집제를 고농도로, 즉 배치당 고수율로 제조할 수 있다. 따라서 응집제는 산업상 저가로 제조할 수 있다. 또한 상기 방법에서, 특별한 가열 장치가 숙성에 필요하지 않다.이들을 감안할 때, 응집제의 제조 비용이 저감된다.

또한 무기산 수용액과 실리케이트 수용액을 소정 속도 이상으로 충돌시키는 방법을 체택함으로서 특정 농도를 갖는 원료 실리카졸의 안정된 연속 제조를 지극히 쉽게 한다. 이 방법에서 고속 교반기 등이 불필요하여 실리카졸의 제조 비용을 더욱 저감할 수 있다.

따라서 본 발명의 방법은 수처리용 응집제의 산업적 이용에 지극히 유용하다.

Claims

100~200g/L의 SiO₂농도와 6cp 미만의 점도를 갖는 실리카졸을 숙성시켜 100~200g/L의 SiO₂농도와 6~30cp의 점도를 갖는 실리카졸을 제조하고,

상기 실리카졸을 수용성 금속염과 혼합하는 수처리용 응집제 제조 방법.

상기 실리카졸을 물로 희석하여 50~70g/L의 SiO₂농도를 갖는 실리카졸을 제조하고,

제1항 또는 제2항에 있어서,

100~200g/L의 SiO₂농도와 6cp 미만의 점도를 갖는 상기 실리카졸을 무기산 수용액과 실리케이트 수용액을 각각 5m/s 이상 15m/s 이하의 유속으로 충돌시킴으로써 제조하는 수처리용 응집제 제조 방법.

(a) 무기산 수용액 저장 탱크,

(b) 실리케이트 수용액 저장 탱크,

(c) 금속염 수용액 저장 탱크,

(d) 무기산 수용액 저장 탱크에 저장된 무기산 수용액과 실리케이트 수용액 저장 탱크에 저장된 실리케이트 수용액을 각각 5m/s 이상 15m/s 이하의 유속으로 충돌시킴으로써 실리카졸을 제조하는 충돌 장치,

(e) 충돌로 얻은 상기 실리카졸을 교반하면서 숙성시키는 교반 및 숙성 장치 및

(f) 교반 및 숙성 장치로부터 배출된 실리카졸과 금속염 수용액을 혼합하기 위한 금속염 수용액 저장 탱크에 저장된 금속염 수용액을 공급하는 공급 장치를 구비하는 수처리용 응집제 제조 장치.