상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제철폐수의 부유물 제거장치는,
제철폐수를 저장하도록 구성되는 원폐수 저장조,
외측에 자석이 부착되고 내부에는 다공의 판상인 필러가 일정간격을 두고 1개 이상 구비되고, 상기 원폐수 저장조와 폐수소통관계로 연결되어 상향류 방향으로 공급되는 제철폐수의 부유물을 필러와 본체에 부착하도록 구성되고, 필러의 상부에는 세척용 노즐이 구비되는 1개 이상의 자성분리조,
상기 자성분리조의 상부와 처리수 소통관계로 연결되고, 일측에는 자성분리조의 노즐에 세척수를 공급하는 공급관이 구비되고, 타측에는 처리수 배출관이 구비되는 처리수 저장조
상기 자성분리조의 하부와 세척수 소통관계로 연결되어 노즐에서 분사된 세척수가 필러를 통과하여 인입되는 세척수 저장조를 포함하여 구성된다.
또한, 본 발명의 제철폐수의 부유물 제거방법은,
제철폐수를 내부에 다공의 판상인 필러가 구비된 제1자성분리조의 상향류 방향으로 공급하여 부유물을 제1자성분리조의 본체와 필러에 자력에 의해 포집하고 처리수를 배출하는 단계,
상기 제1자성분리조에서 배출된 처리수를 교반하는 단계,
교반된 처리수를 제2자성분리조의 상향류 방향으로 공급하여 부유물을 제2자성분리조의 본체와 필러에 자력에 의해 포집하고 처리수는 처리수 저장조로 배출하는 단계를 포함하고,
상기 자성분리조의 본체와 필러에 부유물 부착능이 포화된 시점에는 상기 자성분리조의 자력을 제거한 상태에서 상기 처리수 저장조의 처리수를 자성분리조의 상부에 세척수로 분사하여 부착물을 제거하는 단계를 포함하여 구성된다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
제철공업은 그 특성상 발생 폐수중에 철과 같은 자성체를 많이 함유하고 있는데 부유물 중 자성체의 함량은 약 40 ~ 80% 정도 범위이다. 그 예로는 제강공장, 미니밀공장, 열간압연공장, 냉간압연공장, 연주공장에서 발생하는 폐수들이다. 이 중에서도 제강공장 집진폐수의 경우는 부유물의 함량이 높아 부유물만 제거하게 되면 다시 집진수로 사용할 수 있으므로 본 발명에 가장 적합하다.
따라서, 본 발명에서는 제철폐수의 경우 자석을 이용하면 약품을 사용치 않음은 물론 부유물을 중력대신 자력에 의해 빠른 속도로 제거할 수 있다는데 착안하여 자력을 이용한 수처리 방법을 개발하게 이른 것이다.
본 발명은 자석을 이용하는 종래의 부유물 처리기술과는 달리, 침전조를 이용하지 않고 자력에 의해 부유물을 빠른 속도로 제거하므로 처리시간을 획기적으로 단축할 수 있다.
본 발명의 제철폐수의 부유물 제거장치를 도 4을 통해 설명한다. 본 발명의 부유물 제거장치는, 원폐수저장조(10), 자성분리조(20), 처리수 저장조(40), 세척수 저장조(50)의 기본적인 구성을 가지며, 필요에 따라 교반조(30), 탈수기 또는 원심분리기(60)가 추가로 포함된다.
원폐수 저장조(10)은 제철폐수를 저장하도록 구성된다. 상측에는 원폐수 유입구가 구비되며, 하측에는 원폐수 공급구가 구비된다. 원폐수 공급구와 자성분리조(20)의 하부는 배관(14)을 통해 원폐수 소통관계를 형성한다. 이 배관(14)에는 원폐수 공급펌프(12)가 구비된다.
자성분리조(20)는 외측에 자석(22)이 부착되고 내부에는 다공의 판상인 필러(24)가 일정간격을 두고 1개 이상 구비되며, 필러의 상부에는 세척용 노즐(26)이 구비된다. 자성분리조(20)는 원폐수 저장조(10) 보다 상부에 위치하여 제철폐수를 상향류 방향으로 통과시킨다. 본 발명의 자성분리조는 제철폐수를 상향류 방향으로 공급하면서 자력에 의해 폐수중의 자성체와 부유물을 필러와 자성분리조의 본체에 포집시키므로 침전조를 사용하지 않고 폐수처리 할 수 있는 장점이 있다.
상기 자석(22)은 원폐수 저장조의 배관(14)를 통해 상향류 방향으로 공급된 제철폐수의 부유물을 필러와 본체에 부착시키는 것으로, 영구자석, 전자석 어떤 것이든 가능하다. 자석은 2개가 한 세트로서 자성분리조를 사이에 두고 대향하도록 구비되는 것이 바람직하다. 자석의 세기는 자성분리조의 중심자력이 1,500Gauss이상 되면 제철폐수내 부유물의 제거에 효과적이다. 자력의 세기가 강할수록 부유물 제거효율이 커진다.
필러(24)는 폐수를 통과시키면서 부유물을 부착할 수 있도록 다공체로서 판상형태를 가지는 것이 바람직하다. 그 예로는 철망이 있다. 도 5에는 자성분리조의 측면도와 평면도로서 철망을 필러로 이용한 것으로, 철망을 일정간격을 두어 1개 이상, 다수개 설치한 것이다.
노즐은 도 5와 같이 필러의 상부에서 물을 분사하여 필러(24)와 본체에 부착된 부착물을 제거하도록 구성된다.
본 발명에 따라 자성분리조(20)를 2개이상 설치하는 경우에 그 자성분리조(20a)(20b) 사이에 교반조(30)를 설치하는 것이 바람직하다. 교반조(30)는 하측의 유입구를 통해 유입되는 처리수를 교반할 수 있도록 교반기(32)가 설치되는 것이 바람직하다. 교반기는 두개의 자성분리조(20)의 중간에 위치하는 높이로 설치되어 교반조를 통과한 처리수가 수두 차이에 의해 제2자성분리조(20b)에 공급되어 상향류방향으로 진행되도록 한다. 교반하는 과정에서는 제1 자성분리조(20a)에서 완전히 제거되지 않는 부유물들이 자성플럭을 형성하게 된다. 이 자성플럭은 제2 자성분리조(20b)를 한번 더 통과하는 과정에서 자력에 의해 제거된다.
처리수저장조(40)는 자성분리조(20)의 상부와 처리수 소통관계로 연결되어 처리수를 공급받아 상등액을 배출한다. 한편, 자성분리조의 세척이 필요한 경우에는 처리수 저장조(40)의 세척수를 배관(42)을 통해 노즐(26)로 공급하게 된다. 배관(42)에는 세척펌프(44)와 블로어(46)가 구비되어 세척수를 고압으로 노즐에 공급한다.
세척수 저장조(50)는 자성분리조(20)의 하부와 세척수 소통관계로 연결되어 노즐에서 분사된 세척수가 필러를 통과하여 유입되도록 구성된다. 세척수 저장조의 일측에는 원심분리기(60)로 세척수를 공급하는 슬러지 펌프(52)가 구비된다.
본 발명에서는 세척수 저장조(50)의 세척수를 공급받아 부유물을 케이크 형태로 만들어 처리수와 분리하여 배출되도록 구성할 수 있는데, 이 경우에는 탈수기 또는 원심분리기(60)를 이용할 수 있다. 탈수기 또는 원심분리기(60)에서 나오는 처리수는 다시 원폐수 저장조(10)로 공급되거나 방출된다.
이하, 본 발명의 제철페수의 부유물 제거장치를 이용한 제철폐수의 부유물 제거방법에 대해 설명한다.
본 발명에서는 제철폐수를 내부에 다공의 판상이 필러(24a)가 구비된 제1 자성분리조(20a)의 상향류 방향으로 공급하여 부유물을 자력에 의해 자성분리조의 본체와 필러(24a)에 포집하고, 처리수는 배출한다. 자성분리조(20)의 상향류 방향으로 공급되는 제철폐수의 유입선속도는 30~50m/hr이 바람직하다. 그 이유는 유입선속도가 30m/hr미만이면 자성분리장치가 너무 커지게 되며 50m/hr 보다 빠르면 유입선속도가 너무 빨라서 부유물 제거효율이 떨어진다. 자석의 세기는 자성분리조의 중심자력이 1,500Gauss이상 되면 제철폐수내 부유물의 제거에 효과적이다. 자력의 세기가 강할수록 부유물 제거효율이 커진다.
다음으로 자성분리조에서 배출된 처리수를 교반한다. 자성분리조에서 포집하지 못하고 배출된 미세 자성체와 부유물은 교반조(30)에서 교반기(32)의 의해 교반되면서 자성플럭으로 형성된다. 자성플럭을 함유한 1차 처리수는 교반조(30)와 제2 자성분리조(20b)와의 수두 차에 의해 제2 자성분리조(20b)내를 상향류 방향으로 공급된다. 이때 폐수중의 자성플럭은 제2 자성분리조(20b)의 본체와 필러(24b)에 포집되고, 2차 처리수는 처리수 저장조(40)으로 배출된다.
이와 같은 폐수처리를 계속하면, 자성분리조(20a)(20b)의 본체와 필러(24a)(24b)에 부유물이 포집 축적되어 더 이상의 부유물을 제거할 수 없는 시점에 도달하게 된다. 즉, 부유물 포착능이 포화된 시점에 도달하게 된다.
이 시점이 되면 부유물을 자성분리조(20)에서 탈리하는 세척공정을 수행하게 된다. 세척방법은 우선적으로 자력을 제거한 상태에서 세척펌프(44)를 가동시켜 자성분리조(20)의 상부에 설치된 노즐(26)을 통해 고압으로 세척수를 분사한다. 이때 세척 효율을 높이기 위해 블로어(46)를 가동시켜 고압의 공기를 주입할 수도 있다. 자성분리조가 세척되면 자성체와 부유물을 고농도로 함유한 세척수가 발생하게 되는데, 이 세척수는 세척수 저장조(50)로 유입되게 된다.
고농도의 부유물을 함유한 세척수는 펌프(52)에 의해 고속으로 회전하는 원심분리기(60)로 유입되어 고형물과 물의 비중차에 의해 원심력으로 분리된다. 원심분리기(60)에서 처리된 처리수는 다시 원수저장조(10)로 유입되고 탈수된 케이크(Cake)는 원심분리기(16)에서 배출되게 된다.
이하, 본 발명을 실시예를 통해 보다 구체적으로 설명한다.
[실시예]
종래예
제철소의 제강공장 집진폐수의 처리를 도 1의 종래방법에 따라 처리하였다. 먼저, 폐수집수조에 폐수를 모은 후 반응조에서 NaOH를 주입하여 pH를 조절한 다음, 고분자응집제와 30분 동안 반응시켜 조대플럭을 형성시킨 후 3시간의 체류시간을 갖는 침전조에서 중력에 의해 조대플럭을 침전시켜 슬러지와 상등액으로 고액 분리하였다. 상등액을 배출하고 슬러지는 농축조에서 농축시킨 후 필터 프레스 등을 이용하여 탈수시켜 케이크 형태로 배출하였다. 이 결과는 표 3에 나타내었다.
발명예
제강공장의 제철폐수내 자성체의 함량을 분석하였다. 3회 실시 결과 미니밀공장의 제철폐수 부유물 중 자성체의 함량은 57.1 ~ 79.2%의 범위였고, 평균 함량은 66.9%로 분석되었다. 다음 표 1은 제강공장 폐수의 자성체의 함량을 나타낸 것이다.
구분 |
부유물농도(mg/L) |
자성체의 함량(mg/L) |
부유물중 자성체의 비율(%) |
평균 |
4736 |
2728 |
57.6 |
도 4와 같이 구성된 제철폐수의 부유물 제거장치를 이용하여 폐수처리하였다. 표 2에는 이 장치의 기본사양이 제시되어 있다. 자성분리조에서는 전자석을 이용하였는데, 전자석의 표면자력은 8,000Gauss 중심자력은 2,000Gauss이다.
항목 |
주요사양 |
체류시간(min) |
원폐수저장조 |
Φ1.0m X 1.0m |
11.78 |
원폐수공급펌프 |
6.0㎥/hr X 2.0㎏/㎠ X 5.5kW |
|
자성분리조(2set) |
0.3mW X 0.3mL X 1.0Mh |
1.35 X 2 = 2.70 |
전자석(2 set) |
8000Gauss X 7.0Kw |
|
필러(2 set) |
1.0 ~ 2.0cm, SS 400(아연도금) |
|
교반조 |
Φ0.8m X 1.0m |
7.54 |
교반기 |
0.4Kw |
|
세척펌프 |
6.0㎥/hr X 10.0㎏/㎠ X 5.5kW |
|
슬러지펌프 |
1.0㎥/hr X 2.0㎏/㎠ X 0.75kW |
|
세척수 저장조 |
0.9mW X 1.2mL X 1.07mH |
|
처리수 저장조 |
0.9mW X 0.7mL X 1.07mH |
|
블로어 |
1.5kW |
|
원심분리기 |
100L/min X 2200rpm X 2.95kW |
|
총 체류시간 |
|
22.02 |
종래 폐수처리공정의 반응조와 침전지의 총 체류시간은 4시간 30분인 반면 본 발명의 자성분리 장치의 체류시간은 전부 합하여 22분에 불과하였다.
자성분리조내 제철폐수의 유입선속도를 44.4m/hr로 유지하여 30분 동안 폐수를 유입시켜 자성체와 부유물을 포집제거 한 후 1분 동안은 전자석을 끊고 물과 공기를 이용하여 부유물을 탈리시키는 세척공정을 주기적으로 반복하면서 운전하였다. 다음 표 3은 현장에서의 수차례 실험 결과 기존의 응집 침전공정과 본 발명에서 제안된 자성분리공정의 부유물 제거율을 분석한 실험결과이다.
구분 |
원수(mg/L) |
1차처리수(mg/L) |
2차처리수(mg/L) |
부유물제거율(%) |
종래예(응집침전) |
4736 |
|
110 |
97.7 |
발명예(자성분리) |
4736 |
518 |
66.7 |
98.6 |
제강공장의 제철폐수의 부유물 농도는 4736 mg/L 였으며, 1차 자성분리 처리수의 부유물 농도는 518 mg/L로 1차 자성분리에서 89.1%의 부유물이 제거되었다. 2차자성분리 처리수의 부유물 농도는 66.7 mg/L로 본 발명의 부유물 제거장치에서 부유물 제거율은 98.6%였다. 반면, 종래의 응집침전공정의 처리수 부유물 농도는 110mg/L로서 부유물 제거율은 97.7%였다. 본 발명의 부유물 제거효율이 종래 보다 우수함을 알 수 있었다.
한편, 도 4의 부유물 제거장치에서 세척수를 원심분리기(60)를 이용하여 처리하였는데, 유입유량은 1㎥/hr로 유지하고, 원심분리 시간은 30분, 케이크(Cake) 배출시간은 5분으로 설정하여 운전하였다. 원심분리기 처리수는 원폐수 저장조(10)으로 다시 유입시키고 케이크는 배출하였다. 케이크의 함수율은 평균 23.2%로 기존의 필터 프레스의 함수율 24.2% 보다 우수함을 알 수 있었다. 다음 표는 케이크의 함수율과 조성을 나타낸 표이다.
구분 |
함수율(%) |
성분 분석 결과(%) |
T-Fe |
SiO2
|
Al2O3
|
CaO |
MgO |
ZnO |
S |
원심분리기 |
23.2 |
55.13 |
0.79 |
0.30 |
14.29 |
1.54 |
4.65 |
0.02 |
필터프레스 |
24.2 |
46.70 |
0.83 |
0.30 |
20.76 |
2.16 |
4.52 |
0.03 |
본 발명에서 실시예로 설명한 폐수처리장치와 그 방법은 하나의 예로서 일부의 장치나 공정을 생략, 교체하거나 추가할 수도 있다. 예를 들어 교반조, 원심분리기는 임의로 생략할 수 있으며 또한, 전자석 대신 영구자석을 사용할 수도 있다. 따라서, 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술사상과 실질적으로 동일한 구성을 갖고 유사한 작용효과를 제공하는 것은 차이점이 있더라도 본 발명의 기술적범위에 포함된다.