KR100599985B1 - 응집반응장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 목적은 농축용 스크린을 구비하고, 피처리액중의 부유 고형분의 응집 및 수분의 분리에 의한 피처리액의 농축을 단일한 장치로 행하는 농축형 응집반응장치를 제공하는 데 있다.
이를 위하여 본 발명에서는 농축용 스크린의 형상을 원통형으로 하고 농축형스크린의 슬릿눈의 방향을 수평방향으로 하여 조내 혼합용 교반기의 샤프트 상부에 감속기를 연결하고, 감속기에 농축용 스크린의 피처리액측과 분리수측의 양측 근방을 따라 회전하는 브러시를 연결하고, 그것에 의하여 농축용 스크린에 부착하는 응집생성물을 연속적으로 제거한다.

Description

응집반응장치{COAGULATION REACTION DEVICE}
본 발명은 오니(汚泥)나 폐수중의 현탁물질 등을 농축하여 수분을 분리하기 위하여 사용하는 응집반응장치에 관한 것으로, 특히 응집반응과 응집생성물의 농축 및 수분의 분리를 동시에 행하는 것이 가능한 농축형 응집반응장치에 관한 것이다.
오니나 폐수중에서 현탁물질 등을 분리하는 종래의 방법에 있어서는, 먼저 응집반응조에서 각종 응집법에 의하여 폐수중의 현탁물질 등을 응집시켜 응집펠릿으로 하고, 다음으로 고체-액체분리장치(이하, 고액분리장치라 함)에서 응집펠릿 및 물의 혼합액을 고액(固液)분리하는 경우가 많다. 이 방법에서는 폐수중의 현탁물질농도가 낮은 경우는 고액분리장치에 투입되는 분리수의 응집펠릿에 대한 용적비율이 커져, 고액분리장치의 고형물 분리처리속도는 상대적으로 작아진다. 고형물 분리의 처리속도를 높이는 방법으로서는, 응집반응조와 고액분리장치 사이에 농축장치를 설치하거나, 또는 응집반응조를 농축형 응집반응장치로 교체하는 방법이 있었다. 농축장치를 설치하는 방법과 비교하여 농축형 응집반응장치로 교체하는 방법은, 개조비용이 작고 콤팩트하여 효율적이다.
농축형 응집반응장치에 있어서, 오니나 폐수중에서 현탁물질 등을 응집하고 응집한 펠릿을 농축하여 고액분리하는 경우, 응집펠릿은 입자지름이 2 내지 10mm 정도로 성장한다. 응집펠릿을 포함한 피처리수로부터 수분의 일부가 반응장치내의 농축분리용 슬릿을 통과하여 시스템밖으로 배출되기 때문에 응집펠릿을 포함하는 피처리수(현탁액)는 농축된다.
전형적인 농축형 응집반응장치의 개략 종단면도를 도 2에 나타낸다. 도 2를 사용하여, 농축형 응집반응장치에 의한 피처리액의 처리를 이하에 설명한다. 도 2에 있어서 농축형 응집반응장치(1)는 대략 세로형 원통형상이다. 반응장치(1)의 하부측면에 오니공급관(6)과 폴리머공급관(7)이, 또 반응장치의 상부측면에 농축오니 유출관(9), 중간측면에 분리수 유출관(19)이 각각 접속되어 있다. 반응장치(1) 상부에는 구동장치(12)가 있고, 이 구동장치(12)는 반응장치(1)의 응집반응조(2)내를 교반하기 위해 샤프트(14)에 부착된 교반블레이드(15) 및 스크레이퍼(21)를 회전시킨다. 분리수를 분리하는 슬릿을 가지는 스크린(3)이 링형의 웨지와이어를 수평으로 하여 그것을 수직방향으로 겹치고 이들을 서포트바에 의해 고정한 구조로 되어 있다. 이들은 도 3의 링형의 웨지와이어(22), 이들은 서포트바(23)와 마찬가지이다.
응집반응조(2)내의 중앙부에는 스크린(3) 표면상의 상향유속을 높이기 위한 드래프트 튜브(5)가 있다. 피처리액인 오니는 교반블레이드(15)에 의해 교반되어 응집반응조(2)의 내벽을 따라 상승하고, 내벽과 드래프트튜브(5) 사이를 통하여 스크린(3)의 위치까지 상승하는 동안에 액중의 현탁물질 등이 응집한다. 응집한 펠릿은 스크린(3)의 슬릿에서 고액분리된다. 스크린(3)을 지난 분리수는 분리수 유출관(19)으로부터 시스템밖으로 배출되므로, 조(2)내의 현탁물질 농도가 상승한다. 농축된 오니는 농축오니 유출관(9)으로부터 고액분리장치로 보내진다. 분리수는 자연적으로 흘러 내리며, 그 유량제어는 텔레스코프밸브(18)에 의해 행하여진다.
이상 설명한 바와 같이, 응집펠릿을 포함하는 응집생성물은 통상은 장치내에 배치된 교반기 등에 의한 수류에 의해 교반되면서 조내를 수분간 체류한 후에, 상기한 농축오니와 같이 응집농축액으로서 다음공정으로 이송된다. 그러나, 응집반응조내의 응집펠릿이 반응조내를 체류하고 있을 때에 분리용 슬릿에 부착, 퇴적되어 분리액의 유출이 방해되면, 슬릿의 유효분리면적이 감소하여 농축효율이 저하한다. 그 때문에 통상은 슬릿면상의 크로스플로우 유속을 크게 하거나, 슬릿면 부근에 스크레이퍼(21)나 브러시를 사용하여 응집펠릿의 부착, 퇴적을 방지하고 있다. 이들 슬릿 눈막힘(slit clogging) 방지기구는 장치구조의 간략화를 위해 새로운 구동장치를 설치하지 않고 효과를 얻도록 하는 것이 바람직하므로, 조내의 교반기의 구동력을 이용한 간단한 구조의 것인 경우가 많다.
그러나 이들의 간단한 눈막힘 방지기구는 응집생성물의 성상(性狀)에 따라 크게 그 효과가 다르다. 구체적으로는 응집펠릿과 분리수의 점성, 응집펠릿의 입자지름 및 전단강도 등이 다르면 응집생성물의 슬릿면에 대한 부착의 정도가 달라, 그 방지기구가 기능하는 경우와 그렇지 않은 경우가 생긴다. 예를 들어 일반적으로는 하수처리장이나 활성오니처리시설 등에서 발생하는 오니 등과 같이 응집펠릿의 입자지름, 전단력이 모두 비교적 큰 경우는 종래의 슬릿 눈막힘 방지기구로 충분히 대응할 수 있으나, 오니입자가 매우 미세하고, 응집펠릿의 전단력을 좌우하는 오니중의 무기성분비가 대단히 작은 특수한 오니 등을 대상으로 하는 경우는 그 응집펠릿의 전단강도가 극단적으로 작은 경우가 있어, 응집펠릿의 일부가 파괴되어 슬릿의 눈을 막는 경우가 있다. 그 때문에 크로스플로우 수류나 스크레이퍼에 의한 눈막힘 방지기구로서는 효과가 불충분해지는 경우가 있다. 즉 대상이 되는 오니의 성상, 또는 생성한 응집펠릿의 성상이 미세하고, 전단강도가 작고, 무른 경우에 대응할 수 있는 농축형 응집반응장치는 없었다.
본 발명의 목적은 종래 기술의 상기 문제점을 해결하여, 응집반응용 교반기 이외의 구동장치를 사용하지 않고 간단한 구조로 분리용 슬릿의 눈막힘을 방지하는 기구를 조립하여, 연속하여 안정된 농축효율을 유지하는 것을 가능하게 한 농축형 응집반응장치를 제공하는 데 있다.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 농축용 스크린을 구비하고 피처리액의 응집 및 수분의 분리에 의해 농축을 단일의 장치로 행하는 응집반응장치로서, 농축용 스크린의 형상을 원통형으로 하고, 농축형 스크린의 슬릿눈의 방향을 수평방향으로 하여 조내 혼합용 교반기의 샤프트 상부에 감속기를 연결하고, 감속기에 농축용 스크린의 1차측과 2차측의 양측 근방을 따라 회전하는 브러시를 연결하고, 그것에 의하여 농축용 스크린에 부착되는 응집생성물을 연속적으로 제거하는 농축형 응집반응장치를 제공한다. 여기서 상기 농축용 스크린의「1차측」은 상기 스크린의 피처리액측을 가리키고, 「2차측」은 분리물측을 가리킨다.
상기 브러시는 1차측 브러시의 털끝과 스크린 1차측 사이의 클리어런스를 0내지 5 mm로 하고, 2차측 브러시의 털끝과 스크린 2차측 사이의 클리어런스를 0 내 지 10 mm으로 하고, 다시 상기 감속기의 감속비를 1/5 내지 1/15로 함으로써, 효율적으로 부착오니를 제거하는 것이 가능해진다.
1차측 브러시의 털끝과 스크린 1차측 사이의 클리어런스는 0 mm로 하는 것이 가장 바람직하나, 제작상 항상 0 mm로 하는 것은 곤란하므로, 0 내지 5 mm의 범위로 한 것이다. 또 2차측 브러시의 털끝과 스크린 2차측 사이의 클리어런스에 대해서는, 스크린의 바깥쪽(2차측)에는 세로방향으로 서포트바가 있기 때문에, 0 mm로 하면 브러시의 마모가 크다는 것을 고려하여, 0 내지 10 mm 정도로 하는 것이 바람직하다.
도 1은 본 발명의 농축형 응집반응장치의 개략 설명도,
도 2는 종래의 농축형 응집반응장치의 개략 설명도,
도 3은 본 발명의 농축형 응집반응장치에서 사용되는 농축용 스크린의 사시도이다.
※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 응집반응장치 　 　　　　　　 2 : 응집반응조
3 : 스크린 　　　　　　　　　　　4 : 분리수 고임부
5 : 드래프트 튜브 6 : 오니공급관
7 : 폴리머공급관 8 : 분리수 연결관
9 : 농축오니 유출관 10 : 1차측 브러시
11 : 2차측 브러시 12 : 구동장치
13 : 감속기 14 : 샤프트
15 : 교반블레이드 16 : 배플
17 : 오니 안내판 18 : 텔레스코프밸브
19 : 분리수 유출관 20 : 스프레이노즐
21 : 스크레이퍼 22 : 웨지와이어
23 : 서포트바 24 : 브러시
25 : 브러시의 털
도 2의 종래의 농축형 응집반응장치(이하「종래형」이라 함)와 비교하는 방법으로, 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다.
본 발명의 농축형 응집반응장치(이하「본 발명형」이라 함)의 실시예의 개요를 도 1에 나타낸다. 본 발명형에서는 스크린(3)의 1차측(안쪽)면상에서 1차측 브러시(10)가 회전하고, 스크린(3)의 2차측(바깥쪽)면상에서 2차측 브러시(11)가 회전하는 구조로 되어 있다. 양 브러시(10, 11)는 각각 2개씩 존재하고, 교반블레이드(15)와 감속비 1/8의 감속기(13)를 거쳐 접속되어 있다. 1차측 브러시(10)의 털의 직경은 1.0 mm이고, 브러시의 털끝과 스크린(3)의 클리어런스는 1 mm, 2차측 브러시(11)의 털의 직경은 0.15 mm이고, 브러시의 털끝과 스크린(3)의 클리어런스는 3 mm로 설정되어 있다. 2종류의 브러시가 스크린을 사이에 끼워 넣는 형으로 설치되어 있기 때문에, 농축오니 유출관(9)은 반응조(2)의 수면 중앙 부근을 배출구로 하여 조 중단 측면으로부터 조밖으로 배출하는 구조로 되어 있다. 본 발명형의 그 밖의 세부구조는 종래형과 동일하다.
앞서 설명한 바와 같이 종래형은 일반적인 하수오니나, 각종 공장배수의 활성오니처리후의 잉여오니 등을 응집 및 농축하는 것이 가능하였다. 그러나 응집후의 응집펠릿의 전단강도가 극단적으로 작은 경우, 응집펠릿은 조내의 교반력에 의해 입자지름 1 내지 5 mm 정도까지 작아지고, 다시 그 일부는 스크린 1차측이나 스크레이퍼와의 마찰력 등에 의해 입자지름 1 mm 이하로 작게 파쇄되는 경우가 있다. 입자지름 1 mm 이하로 파쇄된 응집펠릿(「분쇄펠릿」이라 함)은, 분리수와 함께 스크린을 통과하여 분리수 고임부로 들어가거나 또는 스크린의 웨지와이어(22)의 두께 부분에 퇴적하여 스크린의 슬릿눈을 막게 된다. 특히 응집제로서 점성이 높은 고분자 응집제 등을 단독으로 사용하고, 또한 응집제의 첨가량이 과잉기미가 있을 경우, 분리수 고임부(4)나 웨지와이어의 두께부분에 존재하는 분쇄펠릿은 지나친 응집제에 의해 재응집하여 웨지와이어의 두께부분이나 스크린 2차측에 강고하게 부착하기 때문에 부착오니가 자연스럽게 박리될 때까지 시간이 걸리는 경우가 있다.
본 발명의 형태에서는 스크린(3)의 1차측과 2차측의 양 면상에서 브러시(10, 11)가 회전하기 때문에 스크린(3)의 1차측(안쪽) 및 2차측(바깥쪽) 모두에 오니가 부착하기 어렵다. 2차측 브러시(11)는 이동중에 스크린(3)의 2차측에 용접되어 있는 연직방향의 세로의 서포트바(23)와 접촉하므로, 2차측 브러시(11)의 털은 단속적으로 휘어지거나 곧 바로 되돌아가 슬릿의 2차측으로부터 1차측을 향하여 수류를 일으키고 있다. 이 수류는 웨지와이어(22)의 두께부분의 분쇄펠릿의 퇴적을 경감시키는 효과를 가지고 있다. 2차측 브러시(11)의 털은 서포트바(23)와 접촉하면서 회전하고 있기 때문에 내마모성이 우수하고, 구부러진 경우에도 형상이 복원되기 쉬운 소재가 적합하다.
도 1의 응집반응장치에 있어서, 반응조(2)의 내벽 하부에는 교반효과를 올리기 위하여 배플(16)을 설치하고, 내벽 상부에는 농축오니의 배출을 돕기 위한 오니 안내판(17)을 설치하고, 또는 반응조(2)의 상부에는 스크린(3) 상부의 눈막힘을 줄일기 위해 스프레이노즐(20)을 설치하여도 좋다.
(실시예)
다음으로, 본 발명형을 실제로 조립한 실시예의 운전결과의 일예에 대하여 상세하게 설명한다. 본 실시예에서 사용한 농축형 응집반응장치는 도 1에 나타낸 장치와 동일한 구조를 가지고, 유효용적은 1.4㎥, 유효스크린면적은 2.5㎡의 타입이다. 대상오니는 배수처리장에서 발생한 오니를 사용하였다. 사용한 응집제는 카티온계의 고분자응집제만으로 하였다. 배수처리장의 오니는 유기성분의 비율이 높아 심하게 부패가 진행되고 있어 고분자 응집제 단독으로 응집시킨 경우, 응집펠릿은 매우 전단강도가 작고, 무른 성질이 있었다. 농축배율은 약 2배로 하고 오니공급량은 30 내지 50㎥/시간으로 하였다. 오니농축은 0.8 내지 1.5%의 범위에서 변동하였다. 고분자응집제의 오니중 SS(Suspended Solid : 부유 고형물)당의 첨가율은 약 0.7%로 하였다. 이상의 조건으로 24시간 연속운전을 약 3개월간 행하였다. 처리결과를 표 1에 나타낸다.
실시예의 처리성적
항 목 범 위 평 균 치
처리속도 30 내지 50㎥/시간 42㎥/시간
분리수 SS농도 62 내지 880㎎/ℓ 440㎎/ℓ
농축오니농도 2.1 내지 3.5% 2.7%
연속운전일수 90일 이상
실시예의 처리성적의 평균치는 처리속도 ; 42㎥/시간, 분리수 SS농도 ; 440㎎/ℓ, 농축오니농도 ; 2.7%이고, 90일 이상의 연속운전이 가능하였다. 처리수 SS농도의 평균치가 수백㎎/ℓ이하인 점에서 농축분리가 매우 양호하게 행하여지고 있다고 할 수 있다.
여기서, 농축오니농도는 수분 및 현탁물질(고형분)로 이루어지는 오니에 대하여 현탁물질의 중량을 수분 및 현탁물질의 중량으로 나눈 비율을 의미한다.
본 발명의 농축형 응집반응장치를 사용함으로써, 응집반응용 교반기 이외의 구동장치를 사용하지 않고, 응집펠릿이 매우 무르고 작은 경우에 있어서도 분리용 슬릿에 눈막힘을 일으키기 어렵고, 고농축·분리성능을 장기간에 걸쳐 유지할 수 있다.
실시예에서 보는 바와 같이 본 발명의 농축형 응집반응장치에 의하면, 처리속도를 크게 취할 수 있고, 분리수로서 SS농도가 낮은 처리수가 얻어지고, 농축에 의해 얻어지는 농축오니농도도 커서, 예를 들어 2.7% 이며, 이와 같은 처리를 90일 이상의 연속운전을 하는 것이 가능하였다. 처리수 SS농도의 평균치가 440 ㎎/ℓ인 점에서 농축분리가 양호하게 행하여지고 있다고 할 수 있다.

Claims (4)

  1. 피처리액의 응집 및 농축을 행하는 농축형 응집반응장치로서, 대략 원통형의 반응조, 반응조 위쪽에 배치되는 대략 원통형의 농축용 스크린, 반응조 및 농축용 스크린의 대략 중심을 통하여 수직방향으로 신장하는 조내 혼합용 교반기의 샤프트를 구비하고, 농축용 스크린의 슬릿눈의 방향을 수평방향으로 하여 조내 혼합용 교반기의 샤프트 상부에 감속기를 연결하고, 감속기에 농축용 스크린의 1차측 및 2차측을 따라 회전하는 브러시를 연결하여, 농축용 스크린에 부착되는 응집생성물을 연속적으로 제거하는 것을 특징으로 하는 농축형 응집반응장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 브러시중 1차측 브러시의 털의 직경을 0.5 내지 1.5 mm로 하고, 상기 털끝과 스크린 1차측 사이의 클리어런스를 0 내지 5 mm로 하고, 2차측 브러시의 털의 직경을 0.05 내지 0.9 mm로 하고, 상기 털끝과 스크린 2차측 사이의 클리어런스를 0 내지 10 mm로 하고, 상기 감속기의 감속비를 1/5 내지 1/15로 하는 것을 특징으로 하는 농축형 응집반응장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    반응조내에 배치되어 교반효과를 촉진하는 배플판, 교반블레이드의 위쪽에 배치되어 오니의 배출을 촉진하는 안내판, 농축용 스크린의 표면의 유속을 높이기 위한 드래프트튜브, 및 농축용 스크린의 눈막힘을 줄이는 스프레이노즐을 더 구비하여, 원통형 반응조에 오니 및 응집용 폴리머가 공급되고, 농축오니는 반응조의 수면 중앙 부근을 배출구로 하는 농축오니 유출관을 거쳐 장치 외부로 유출되는 것을 특징으로 하는 농축형 응집반응장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    농축용 스크린은 링형의 웨지와이어를 수평으로 하여 수직방향으로 복수개 겹치고, 그들을 수직방향의 서포트바에 의해 고정하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 농축형 응집반응장치.
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