KR100518914B1 - 소량의 불순물을 함유한 물을 정화하는 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 부유하는 미립자, 지방물질. 미생물 등을 포함하는 소량의 불순물을 함유하는 물을 정화하는 장치이다.
본 발명의 장치는, 섬유로 된 하나 이상의 시트로 구성되고 유기분말 또는 무기분말로 채워진 필터요소(3)를 장착한 그리드를 구비한다.
본 발명은 물을 소비하는 모든 산업, 특히 원유처리산업과, 화학, 제지 및 농업식량산업에 응용될 수 있다.
Description
본 발명은 부유하는 무기물 미립자, 유기물, 탄화수소, 미생물등을 함유하는, 소량의 불순물을 함유하는 물을 정화하는 장치에 관한 것이다.
본 발명은 물을 소비하는 모든 산업, 특히 원유를 생산가공하는 산업과, 화화, 석유화학, 제지 및 농업식량산업 등에 응용되며, 본 발명은 또한 강물, 석호수(漏湖水), 지하수 및 해수의 정화에도 응용할 수 있다.
하나의 여과장치가 미국특허 3,791,527에 기술되어 있다. 이 장치는 여과되어야 할 부유물을 함유하는 저장용기내에 배치된 천공된 회전드럼을 갖춘 필터와, 계속적으로 새것으로 교체되고 드럼둘레에 부분적으로 감기는 한 장의 여과지를 구비한다. 또한 이 여과지와 천공된 드럼의 표면 사이에는 이음매없는 플라스틱 천을 설치한다.
드럼의 내부는 압력이 감소되어 있어, 드럼내의 천공을 통하여 액체를 안으로 끌어들이는 효과를 가지며, 미립자들은 종이(여과지)의 표면에 침전된다.
이 장치에 의하면, 액체의 유속은 낮고, 종이는 매우 빠르게 브로킹(blocks)하며, 주어진 시간내에 여과되어야 할 일정량의 액체를 처리하는데 큰 면적의 종이를 필요로 한다.
종이는 특히 젖었을 때는 기계적인 강도가 낮아서, 필터요소를 전방으로 움직이면서 필터내에서 계속적으로 풀리도록 잡아당기는 가능성에 한계가 있다.
천연섬유 또는 인공섬유로 이루어진 여과지는 흡수용량이 낮고, 넓은 범위의 부유물의 여과에는 적합하지 않는 특성을 가진다.
본 발명의 목적은 이러한 결점들을 극복하고, 특히 부유하는 무기를 미립자, 유기물, 탄화수소, 그리고 예를들면 바이러스, 세균, 박테리아, 조류(淺類), 효모, 플랑크톤과 같은 미생물을 함유하는 물을 정화하는 장치를 제공하는 것이다.
일반적으로, 본 발명의 장치는 리터당 100mg 이하의 부유 미생물을 함유하는 물을 정화하는데 특히 적합하다.
본 발명장치에 의해, 정수후에 얻어진 물 속의 미생물의 양은 리터당 3mg 이하로 감소된다.
또한, 본 장치는 물의 유속이 높고, 브로킹율이 낮으며, 유기액체물질의 흡수용량이 매우 높다.
본 발명장치는 기름정제기와, 재생이용 목적으로 폐수를 정화하기 위한 기름 생산 플랫폼에 응용될 수 있는데, 이것은 장비가 부식되거나 또는 비정상적으로 훼손되는 것을 방지하기 위하여 매우 깨끗한 물을 사용하는 것을 포함한다.
기름생산 플랫폼의 경우에서, 지하수를 재생이용하는 것은 부유물의 한계크기가 2미크론을 초과하지 않는 깨끗한 수질을 요구한다. 자연환경으로 배출하는 경우에 탄화수소 함유량은 가능한한 낮아야 한다. 대개의 산업에 있어서 이와 유사한 특성이 요구된다.
본 발명은 끝으로, 부유하는 무기물 미립자, 유기물, 탄화수소, 미생물 등을 포함하는 소량의 불순물을 함유한 물을 정화하는 장치를 제공하고, 필터요소가 장착된 천을 지지하는 그리드(grid)와, 물이 필터요소를 통과하도록 하기 위해 물을 필터요소와 접촉시키는 수단과, 상기 필터요소를 통과한 후에 물을 수납하는 수단을 구비하며, 상기 필터요소는, 섬유로 만들어지고 유기분말 또는 무기분말로 채워진 하나 이상의 시트를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 특징으로서, 필터요소는 각각 첫 번째, 두 번째 및 세 번째 필터시트를 겹쳐놓은 3겹으로 된 필터시트를 구비하며, 첫 번째 것은 필터 천과 접촉하고 1내지 5미크론의 입자크기를 가진 분말로 채워지며, 두 번째 것은 5내지 30미크론의 입자크기를 가진 분말로 채워지고, 세 번째 것은 50내지 150미크론의 입자크기를 가진 분말로 채워진다.
본 발명의 또 다른 특징으로서, 섬유로 된 하나 이상의 시트는 1내지 150미크론의 입자크기를 가지는 유기분말 또는 무기분말로 채워진다.
본 발명의 또 다른 특징으로서, 섬유로 된 시트는 50% 내지 70%의 셀룰로스와, 10% 내지 20%의 인공섬유와 하나 이상의 바인더로 만들어진다.
본 발명의 또 다른 특징으로서, 필터요소는 젖은 상태에서 기계적 강도를 향상시키는 수지를 추가로 포함한다.
본 발명의 또 다른 특징으로서, 필터요소를 친유성(親油性)있게 만들기 위해 미리 처리를 한다.
본 발명의 또 다른 특징으로서, 필터요소가 오일 반발력을 가지도록 만들기 위해 미리 설피나이징(sulfinizing) 처리를 한다.
본 발명의 또 다른 특징으로서, 필터요소가 내화성(耐火性)을 갖도록 미리 처리를 한다.
본 발명의 또 다른 특징으로서, 탄화수소 알키레이션(alkylation) 유니트에 사용되었던 산(酸)으로 필터요소를 미리 처리를 한다.
본 발명의 또 다른 특징으로서, 필터요소는 그것의 기계적 강도를 향상시키는 가는섬유를 추가로 포함한다.
본 발명의 또 다른 특징으로서, 필터요소는 정전하(靜電荷)를 쉽게 제거하기 위해 전기전도성 분말을 추가로 포함한다.
본 발명을 첨부도면을 참조하여 이하에서 상술하기로 한다.
물을 소비하는 공장이나 물처리 공장 또는 자연환경에서 회복된 물가운데는, 지하수, 가공처리수, 담수화 된 물, 사람이 살고 있는 플랫폼으로 부터 방출된 오수, 해수와 석호수(渴湖水), 빗물, 생물학적 연못으로 부터 발생한 물, 직물, 제지, 화학 및 농업식량산업으로 부터 발생한 물 등을 언급할 수 있다.
이러한 모든 물은, 미립자의 함유량이 낮고 그중 약간의 미립자들은 0.1미크론 내지 20미크론의 매우 작은 입자크기를 갖는 공통점을 가진다. 본 발명의 목적은, 부유물질의 함유량이 리터당 3mg 이하이고 미립자의 크기가 2미크론 이하이며, 제지공장에서 하루 40000m3와 오일정제기에서 하루 15000m3의 유출비율인 경우에 유기물 함유량이 리터당 0.1mg 이하인 물을 제공하는 것이다.
또한, 이러한 물은 브로킹 특성이나 반 가루반죽 같은 농도를 나타내는 물질을 함유할 수 있다. 이것은, 예를들면 크기가 1미크론 내지 100미크론인 플랑크톤, 효모, 해조등과 같은 미생물을 함유하는 물의 경우이다.
이러한 물은 또한 2미크론 내지 250미크론, 특히 10미크론 내지 50미크론의 미세한 물방울의 형태로 된 탄화수소 입자 부유물을 함유한다.
도2에 개략적으로 도시된 특별한 실시예에 따른 본 발명의 장치는,
- 정화되어질 소량의 불순물을 함유한 물을 저장하는 탱크(4)와,
- 탱크(4)에 물을 공급하는 공급수단(6)과,
- 에폭시수지로 만들어진 회전하는 천공된 드럼("그리드"라고도 한다)(1)과,
- 드럼(1)의 외벽을 덮는 폴리에스테르 섬유로 만들어진 천(2)과,
- 유기분말 또는 무기분말로 채워진 섬유로 된 시트로 구성되는 필터요소(3)와,
- 필터요소(3)를 공급하기 위한 공급롤(9)과,
- 정화될 물에 부유하는 물질을 실은 필터요소(3)를 복구하기 위한 복구롤(10),
- 필터요소(3)를 통과하는 물을 복구하기 위한 복구수단(7)을 구비한다.
본 장치는 또한 드럼(1)의 내부에 진공을 가하는 수단(도시되지 않음)을 구비할 수 있다. 미설명 부호 5는 수납공간, 8은 모터펌프이다.
예컨데 미량의 규산과 같은 부유하는 무기미립자와, 예컨데 동물성지방 또는 식물성지방, 탄화수소와 같은 유기물질과, 예컨데 프랑크톤, 박테리아, 바이러스, 효모 또는 조류와 같은 미생물을 포함하는 소량의 불순물을 함유하는 물은 탱크(4)내의 물의 높이를 조절하는 장치를 구비한 공급수단(6)에 의해 탱크(4)에 전달된다.
드럼(1)의 내부와 필터요소(3)의 외면사이의 압력차의 효과하에서, 물은 부유하는 물질을 보유하는 필터를 통과하고, 정화된 물은 드럼의 내부로 흐르고, 상기 복구수단(7)에 의해 드럼으로부터 방출된다.
본 발명의 주요 장점중의 하나는 셀룰로스 또는 인공섬유와, 충진제 분말을 함유하는 물의 공급원에 따라 매우 다양한 특성을 나타내는, 물속에 부유하는 물질에 가장 적합한 충진제 분말을 고르는 능력이다. 본 발명의 이 장점은 아래의 예를 읽어봄으로써 더욱 잘 이해하게 될 것이다.
유기분말 또는 무기분말로 채워진 섬유로 된 필터요소(3)를 사용하는 것의 다른 장점은 필터요소의 특성의 향상이다.
아래에는, 식물성 물질로 채워진 여과지의 특성과 복구된 섬유로 부터 제조된 충진되지 않은 여과지의 특성을 비교한 표가 예시되어 있다.
WP는 폐지(廢紙; Waste paper)를 의미함.
VF 150은 150㎛ 이하의 입자크기의 식물성 충진제를 의미함.
V1은 변수 1을 의미함.
△는 차이를 의미함.
복구된 종이와 식물성 충진제와 같은 값싼 재료로 부터 제조되는 필터요소의 이러한 특성을 얻는다는 사실로 인해, 본 발명의 장치는 특히 경제적이다.
상기 표에서 본 것 처럼, 종이의 단위구역당 중량은 식물성 분말의 추가에 의해 영향을 받지 않는다. 단위구역당 중량에 대한 두께의 비율에 의해 한정된 충진된 종이의 부피는 충진되지 않은 종이의 부피보다 크다. 물방울 흡수를 특징지우는 변수값의 감소는 유기분말 충진제가 종이를 친수성(親水性)있게 만든다는 것을 나타낸다. 브레이킹 길이와 파열강도는 유기분말 충진제가 증가함에 따라 떨어진다. 종이를 통하는 여과액의 흐름비율을 특징짓는 수압용량은 유기분말을 첨가함으로써 매우 크게 증가된다. 40%의 식물성 분말로 채워진 종이의 경우에, 수압용량은 충진되지 않은 종이로써 얻어진 것 보다 10배이상 크다. 이러한 놀랄만한 결과는 예상밖이였다.
필터요소의 기계적 강도는, 필터요소를 예를들면 요소 포르말린, 멜라민 포르말린 또는 에피크로로히드린(epichlorohydrin)으로 된 수지에 통합시킴으로써 향상될 수 있다. 이러한 특성의 모든 장점은, 필터요소를 연속적으로 전방으로 이동시킬 수 있도록 하기 위하여 필터요소가 높은 기계적 장력을 받는 장치들에서 발견된다.
본 발명장치에 의해, 필터요소의 특성은 필터요소를 적절히 처리함으로써 그것을 친유성과 친수성있게, 그리고 내화성있게 만들기에 적합하도록 될 수 있다.
예를들어, 산(酸)으로 처리함으로써 필터요소가 오일 반발력을 갖도록, 즉 방수되고 다공성이 없도록 만든다.
만약 탄화수소 알키레이션 유니트에 사용된 산을 쓰면, 분말과 섬유에 의해 흡수되는 산과 결합된 탄화수소에 의해 이러한 특성이 더욱 향상된다.
본 장치의 다른 특성에 따라, 필터요소는 섬유와 분말외에도, 유연성과 압착성을 향상시켜 필터요소가 압력에서의 변화와 정화될 물의 흐름비율의 변화를 더 잘 나타내게 하는 효과를 갖는 가는섬유를 포함한다.
섬유, 분말 및 가는섬유의 각각의 비율은 정화될 물에 가장 적합한 특성을 얻도륵 실험적으로 선택된다.
본 발명의 장치의 다른 특성에 의해, 필터요소는 예를들어 전도성 금속염과 같은 전기전도성 분말을 함유하며, 조작작업중에 마찰에 의해 형성되는 정전기를 제거할 수 있고, 특히 필터요소가 롤 형태로 되어 있는 장치에서 그러하다.
이 안전성은 가연성 물건이 있는 결과로 인해 불꽃이 폭발을 일으킬 수 있는 산업에서 특히 추구된다. 이것은 탄화수소를 함유한 물의 경우이다.
정전하를 제거함으로써 필터요소의 롤을 더 쉽게 풀 수 있다.
전도성 분말로 채워진 필터요소를 사용함으로써, 예를들어 전도된 슈(shoe)와 브러시와 같은 정전하 제거 수단을 설치하지 않아도 되고, 또는 필터요소가 릴을 남길 때와 그리고 분말이 기계에 쓰여지기 전에 분말을 습기있게 하는 모든 경우에 물로 필터요소를 습기있게 만드는 수단을 설치하지 않아도 된다.
실시예 1
본 발명의 장치는 제지공장으로 부터 최종적으로 방출되는, 소량의 불순물을 함유하는 물을 정화하기 위한 것이다.
정화후에 얻어진 물은 생물학적 물 처리소의 하중을 구성한다.
정화되어질 물은 다음과 같은 특성을 나타낸다.
- 약간 메스꺼운 냄새
- 회색
- 1에 가까운 밀도
- 40℃에서의 점도 : 10 센티푸아즈(centipoises)
- 부유하는 고체성분은 리터당 1g
- 미립자 크기는 3㎛ 내지 100㎛
- 화학적 산소 요구량 : 270 mg/리터
- 생물학적 산소 요구량 : 76 mg/리터
이 실시예에서 쓰인 필터는 컨베이어 그리드, 폭이 90cm인 사용하지 않은 필터요소, 불순물을 함유한 필터요소를 복구하는 릴, 진공펌프, 여과수 복구용 펌프를 포함하는, 풀리는 종이를 갖춘 필터이다. 정화되어질 물은 이 유니트의 꼭대기 부분속으로 유입된다.
여기서 쓰인 필터요소는 폐지로 부터 제조되고 가문비나무 분말로 채워지는 종이이다. 필터요소는 복구된 섬유의 70%와 10㎛ 내지 150㎛의 입자크기를 갖는 분말의 30%를 포함한다. 그 특성은 다음과 같다.
- 단위구역당 중량 : 200 g/m2
- 두께 : 500 ㎛
- 브레이킹 길이 : 1800 m
- 건조파열강도 : 1.2 kpa m2/g
정화되어질 물속에 부유하는 셀룰로스와 무기물질의 입자는 충진된 종이에 흡착된다.
이렇게 형성된 층은 다공성를 가진다. 이런식으로 20℃ 온도에서 시간당 그리고 충진된 종이의 m2당 3m2까지의 물을 처리할 수 있다.
얻어진 여과수는 무색, 투명하고 냄새없는 물이다. NFT 표준 90202에 기술된 방법에 의해 결정된 부유물질의 성분은 제로(無)이다. 화학적 산소요구량은 리터당 120mg 이고 생물학적 산소요구량은 리터당 18mg 이다.
본 발명의 장치에 의해 얻어진 물은 안정되고, 재생이용할 수 있는 물의 모든 특성을 나타낸다.
우리의 예에서, 종이공장은 연간 43,000톤의 종이를 생산하고 또한 연간 1,290,000m2의 물을 처리해야 한다.
충진된 종이의 소비량은 시간당 50m2이다. 부유물질의 양은 연간 28,000톤이다.
불순물을 함유한 종이는 판지나 또는 정수용으로 충진된 종이를 제조하기 위해 재생이용된다.
소비되는 전기에너지는 정수된 물의 입방미터당 1kw hour 이므로, 에너지의 관점에서 볼 때 본 발명의 경제적인 장점이 된다.
실시예 2
원유처리 유니트의 조작에 사용된 물은 방출표준을 충족시켜야 한다. 이를 위해, 물은 특별히, 목적물이 화화적 산소요구량(COD)과 생물학적 산소요구량(BOD)에 의해 특징되는 생물학적 부하를 줄이는 생물학적 탱크에서 처리된다. 이러한 처리에도 불구하고, 침전작용에 의해 보충된 물은 자연환경으로 직접 방출될 수 없다. 그 물은 부유물을 덜 함유한 다른 물과 희석되어야 하지만, 방출된 부유물질의 양은 언제나 동일하다.
이 물을 처리하는 본 발명의 장치는 진공상태에서 조작하는 벨트필터와, 충진된 종이로 구성되는 필터요소를 구비하며, 그 구성은 다음과 같다.
- 재생이용된 셀룰로스 섬유 : 60% 중량
- 유기분말은 가문비나무 분말 : 39% 중량
- 첨가제는 에피크로로히드린 : 1% 중량
가문비나무 분말의 입자크기는 5미크론 내지 150미크론이다.
종이의 특성은 다음과 같다.
- 단위구역당 중량 : 277 g/m2
- 두께 : 528 ㎛
- 부피 : 1.9 ㎛3/g
- 물방울 흡수 : 2 s
- 브레이킹 길이 : 1105 m
- 건조파열강도 : 0.69 kpa m2/g
- 습기파열강도 : 0.35 kpa m2/g
- 25℃에서의 수압용량 : 7 m2/m2/h
충진된 종이는 풀리고, 여러 진공실을 통과하여 부유물질과 미세오염물을 함유하게 된다.
여과수는 옅고. 투명하며, 냄새가 없다.
아래의 표는 정화되어질 물과 본 발명의 장치의 수단에 의해 얻어진 물의 특성과 정화 수율(收率)를 나타낸다.
불순물 함유수의 처리율은 시간당 그리고 충진된 종이의 m2당 7m2이다.
충진된 종이는 브로킹하지 않으며, 1미크론 내지 10미크론 범위의 입자크기를 가진 박테리아는 흐름율이 뚜렷이 변경되지 않고 충진된 종이에 흡착되는 것이 발견되었다.
본 발명의 장치로 얻어진 여과수는 자연환경에 방출될 수 있을 만한 특성을 나타내는 물이다.
전기사용은 정화된 물의 톤당 0.8kw hour 이다.
연간 513,000톤의 물을 적하하는 경우에 480,000톤의 정화된 물이 복구된다. 따라서 손실량은 33,000톤이다.
본 발명은 부유하는 무기물 미립자, 유기물, 탄화수소, 미생물 등을 함유하는 물을 정화하는 장치를 제공하고, 본 발명장치는 필터요소가 장착된 천을 지지하는 그리드(grid)와, 물이 필터요소를 통과하도록 하기 위해 물을 필터요소와 접촉시키는 수단과, 상기 필터요소를 통과한 후에 물을 수납하는 수단을 구비하며, 부유하는 무기물 미립자, 유기물, 탄화수소, 미생물을 함유하는 물을 정화하고, 정수후 물 속의 미생물의 양을 리터당 3mg이하로 감소시켜 자연환경에 방출할 수 있을 만한 특성을 가진 물로 만든다.
도1은 소량의 불순물을 함유한 물을 정화하는 장치의 개략도
도2는 회전드럼을 구비하는 본 발명의 장치의 특별한 실시예의 개략도.
Claims (11)
- 부유하는 무기미립자, 유기물질, 탄화수소, 미생물을 포함하는 불순물을 함유한 물을 정화하는 장치에 있어서,필터요소(3)를 장착한 천(2)을 지지하는그리드(1)와, 소량의 불순물을 함유한 물을 필터요소(3)와 접촉시켜 상기 필터요소(3)를 통과하도록 하며, 상기 필터요소(3)를 통과한 후의 물을 수납하는 수납공간(5)을 구비하고, 상기 필터요소(3)는 유기분말 또는 무기분말로 채워진 한 장 이상의 종이로 구성되는 것을 특징으로 하는 소량의 불순물을 함유한 물을 정화하는 장치.
- 제 1항에 있어서,필터요소(3)는 각각 첫 번째, 두 번째 및 세 번째 시트를 겹쳐놓은 3겹으로 된 종이시트를 구비하며, 첫 번째 것은 필터 천과 접촉하고 1내지 5미크론의 입자크기를 가진 분말로 채워지며, 두 번째 것은 5내지 100미크론의 입자크기를 가진 분말로 채워지고, 세 번째 것은 50 내지 150미크론의 입자크기를 가진 분말로 채워지는 것을 특징으로 하는, 소량의 불순물을 함유한 물을 정화하는 장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,한 장 이상의 종이는 1미크론 내지 150미크론의 입자크기를 가지는 유기분말 또는 무기분말로 채워지는 것을 특징으로 하는, 소량의 불순물을 함유한 물을 정화하는 장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,종이시트는 50% 내지 70%의 셀룰로스와, 10% 내지 20%의 인공섬유와 하나 이상의 바인더로 만들어지는 것을 특징으로 하는, 소량의 불순물을 함유한 물을 정화하는 장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,필터요소(3)는 젖은 상태에서 그것의 기계적 강도를 향사시키는 수지를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 소량의 불순물을 함유한 물을 정화하는 장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,필터요소(3)를 친유성이 있도록 미리 처리를 하는 것을 특징으로 하는, 소량의 불순물을 함유한 물을 정화하는 장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,필터요소(3)가 오일 반발력을 가지도록 만들기 위해 미리 설피나이징 처리를 하는 것을 특징으로 하는, 소량의 불순물을 함유한 물을 정화하는 장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,필터요소(3)가 내화성을 갖도록 미리 처리를 하는 것을 특징으로 하는, 소량의 불순물을 함유한 물을 정화하는 장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,탄화수소 알키레이이션 유니트에 사용되었던 산으로 필터요소(3)를 미리 처리를 하는 것을 특징으로 하는, 소량의 불순물을 함유한 물을 정화하는 장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,필터요소(3)는 그것의 기계적 강도를 향상시키는 가는 섬유를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 소량의 불순물을 함유한 물을 정화하는 장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,필터요소(3)는 정전하를 쉽게 제거하기 위해 전기전도성 분말을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 소량의 불순물을 함유한 물을 정화하는 장치.
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