KR100696702B1 - 산업폐수 처리를 위한 전처리 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 산업폐수 처리를 위한 전처리 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 마이카 함유 폐수를 처리하기 위한 여과 장치 및 그것을 이용한 폐수처리 시스템으로서, 여과 처리조, 고액 분리기 및 진공펌프를 포함하는 것으로 구성된 여과 장치와, 집수 장치, 상기 여과 장치 및 재순환 장치를 포함하는 것으로 구성된 폐수처리 시스템을 제공한다. 본 발명에 따르면, 절연테이프 제조공정에서 발생하는 마이카 함유 폐수를 별도의 화학처리, 응집 침전 등을 행하지 않고 고체성분과 액체성분으로 용이하게 분리할 수 있으며 상기 분리된 성분들을 절연테이프 제조공정에 완전히 재사용할 수 있는 효과가 있다.

Description

산업폐수 처리를 위한 전처리 시스템 {Pre-treatment System for Treating Industrial Effluent}

도 1은 마이카를 사용한 절연테이프의 일부 제조공정과 그러한 제조공정에서 생성된 폐수의 처리를 위한 종래기술의 모식 공정도이다;

도 2는 종래기술에 사용되는 필터프레스의 사진과 그것의 작동 과정에 대한 모식도이다;

도 3은 마이카 함유 폐수가 종래기술의 필터프레스에서 여과되는 과정의 모식도이다;

도 4는 절연테이프의 제조공정에서 마이카 함유 폐수의 처리를 위한 본 발명에 따른 시스템의 모식적 공정도이다;

도 5는 본 발명에 따른 폐수처리 시스템의 하나의 실시예에 따른 구성도이다;

도 6은 도 5의 폐수처리 시스템에서 여과 장치의 모식적 구성도이다;

도 7a 및 7b는 도 6의 여과 장치에 사용될 수 있는 하나의 실시예에 따른 여과 유닛의 투시도이다;

도 8은 도 7의 여과 유닛에 사용될 수 있는 하나의 실시예에 따른 여과포의 확대 사진이다.

도면의 주요 부호에 대한 설명

100: 집수 장치 200: 여과 장치

210: 여과처리조 220: 고액분리기

230: 진공펌프 240: 진동장치

250: 여과 유닛 300: 재순환장치

400: 마이카 입자

본 발명은 산업폐수 처리를 위한 전처리 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 마이카 함유 폐수를 처리하기 위한 여과 장치 및 그것을 이용한 폐수처리 시스템으로서, 절연테이프 제조공정에서 발생하는 마이카 함유 폐수를 별도의 화학처리, 응집 침전 등을 행하지 않고 고체성분과 액체성분으로 용이하게 분리할 수 있으며 상기 분리된 성분들을 절연테이프 제조공정에 완전히 재사용할 수 있는 여과 장치 및 폐수처리 시스템을 제공한다.

전기, 전자분야에 많이 사용되는 절연테이프는 강인성 있는 수지 시트에 운모 분말(일명, 마이카(mica))을 도포한 후 테이프의 형상으로 절단하여 제조된다. 이러한 마이카의 도포에 의한 절연테이프의 제조공정에서는 필연적으로 마이카를 함유하고 있는 폐수(마이카 함유 폐수: mica-containing wastewater)가 발생한다. 마이카 함유 폐수를 그대로 방류하면 극심한 환경오염을 유발하게 되므로 폐수는 일정한 처리를 거쳐야만 한다.

도 1에는 마이카를 사용한 절연테이프의 일부 제조공정과 그러한 제조공정에서 생성된 폐수의 처리를 위한 종래기술의 공정도가 모식적으로 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 마이카는 원료인 운모로부터 불순물을 제거하고 고압의 물을 노즐을 통해 분사하여 분쇄함으로써 형성된다. 이러한 고압 분쇄과정에서 일부 폐수(마이카 함유 폐수)가 발생한다. 연속하여, 수지 시트에 마이카를 도포하는 과정과 미도포 성분을 수세하는 과정에서 역시 다량의 폐수가 발생한다. 종래의 폐수 처리 공정에서는, 도 1에서 보는 바와 같이, 우선 상기 폐수를 수집하고("집수 단계"), 화합물을 첨가하여 처리함("화학처리 단계")으로써 마이카를 응집·침전시키며("응집침전 단계"), 이때 얻어진 침전 슬러리를 여과하여("여과 단계") 마이카가 제거된 성분(물)을 방류하는 방법이 사용되고 있다.

침전 슬러리의 여과 공정에서는 일반적으로 필터프레스가 사용되는 바, 도 2에는 필터프레스의 실제 형상과 그것의 작동 과정이 도시되어 있다. 필터프레스는 고액(solid-liquid) 분리에 널리 사용되는 여과장치로서, 사각의 다공도판에 여과포(예를 들어, 부직포, 멤브레인포)를 씌워 고압으로 여러 개의 다용도판을 합친 후, 공급액을 투과시켜, 고체성분의 물질은 여과포에 남기고 액체성분의 물질은 투과시키는 과정을 거친다. 계속적인 여과에 의해 고체성분의 물질이 여과포에 누적됨으로써 일정한 압력에 도달하면, 도 2에서와 같이 다용도판을 분리하여 여과포에 누적되어 있는 고체성분의 물질을 제거하게 된다.

도 3에는 마이카를 함유하고 있는 폐수가 필터프레스에서 여과되는 구체적인 과정의 모식도가 도시되어 있다. 폐수가 다공성의 여과포(10) 안쪽으로 유입될 때, 고체성분의 마이카(20)는 여과포(10)의 기공 크기보다 크므로 여과포(10)의 내면에 누적되고 액체성분(30)만이 여과포(10)를 통과하게 된다.

그러나, 도 1의 공정과 도 2 및 3의 필터프레스를 사용하여 마이카 함유 폐수를 처리하는 종래의 기술은 다음과 같은 문제점을 가지고 있다.

첫째, 화학처리에 의해 마이카를 응집 및 침전시키는 방법은 큰 시설 부지를 필요로 하고 많은 시간이 소요되는 등 장치의 설치 및 운전 비용이 매우 높다.

둘째, 폐수의 처리 효율이 낮으며, 사용되지 않은 원료(미사용 마이카)가 재사용하지 못하고 폐기된다.

셋째, 필터프레스를 사용하여 제거된 고체 물질은 재사용이 불가능하여 버려지고, 여과된 액체성분 역시 해당 공정에 재사용되지 못한다. 또한, 고압 분쇄 단계에서는 많은 물이 사용되는데, 여기서 발생한 폐수를 재사용하지 못함으로 인하여, 절연테이프의 제조원가와 환경오염 측면에서 매우 바람직하지 못하다.

따라서, 본 발명은 이러한 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결할 수 있는 마이카 함유 폐수의 처리용 여과 장치, 및 상기 여과 장치를 기반으로 한 폐수처리 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자는 상기 종래기술의 문제점을 예의 주시하고 다양한 실험과 연구를 거듭한 끝에, 마이카 함유 폐수를 특정한 구조의 여과 장치를 사용하여 특정한 공정 시스템에 의해 처리할 경우, 폐수의 재활용, 저렴한 설치 및 운전비용 등 많은 효과들이 얻어질 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 마이카 함유 폐수의 처리를 위한 여과 장치는,

(a) 마이카 함유 폐수가 측부 또는 상부로 유입되고 역세 과정에서 발생한 농축 처리액이 하부로 배출되도록 구성되어 있으며 상부가 개방되어 있는 여과 처리조;

(b) 상기 여과 처리조의 개방된 상부를 통해 그것의 내부에 위치하며, 마이카의 입경 보다 작은 직경의 기공을 가진 여과포가 전체적으로 하부가 밀봉된 원통형 형상을 이루고 있으며 폐수의 흡입시 상기 원통형 형상이 위축되는 것을 방지하는 형태유지틀이 내부가 설치되어 있는 여과 유닛을 다수 포함하고 있으며, 상기 각각의 여과 유닛의 바깥쪽으로부터 안쪽으로 폐수 중의 액체성분만을 흡입할 수 있도록 구성되어 있는 고액 분리기; 및

(c) 상기 여과 유닛의 바깥쪽으로부터 안쪽으로 액체성분이 흡입될 수 있는 구동력(driving force)을 제공하는 진공 펌프;

를 포함하는 것으로 구성되어 있다.

따라서, 본 발명의 여과 장치는, 폐수의 여과 과정에서, 진공 펌프에 의한 흡입 구동력에 의해, 여과 처리조내의 폐수가 여과 유닛의 안쪽으로 이동하게 되고 이때 고체성분(주로, 마이카)은 여과포에 의해 걸려지고 액체성분(주로, 물)만이 흡입되게 된다.

바람직하게는, 역세 과정에서 여과 유닛의 외면에 부착 또는 누적되어 있던 고체성분의 분리를 더욱 용이하게 하기 위하여, 상기 고액 분리기를 진동시키는 진동 장치를 더 포함할 수 있다.

따라서, 역세과정에서는, 진공펌프의 작동을 멈추고, 여과 유닛 상부에 설치되어 있는 진동 장치를 작동시켜(및/또는 여과 유닛의 상부로부터 물을 주입함으로써) 여과 유닛 자체에 상하 진동을 주면 여과포가 상하 진동을 하여 여과포 외면에 누적되어 있던 고체성분(마이카)이 그것으로부터 분리되고, 여과포 내부에 위치한 형태 유지틀이 상하의 탄성력을 받아 움직이면서, 여과포를 구성하는 섬유사들의 사이를 벌려 역세의 효과를 극대화시킨다. 이러한 역세 과정에서 얻어진 농축 처리액은 여과 처리조의 하부를 통해 장치로부터 배출되게 된다.

여과 유닛 내부에 설치된 형태유지틀은 여과포를 통해 유입되는 액체성분이 원활히 통과될 수 있도록 큰 관통구를 가지고 있으면서 동시에 진공 펌프의 흡입 구동력에 의해 형태가 변화되지 않는 구조적 안정성을 가진 것이라면 특별히 제한되지 않는다. 바람직하게는, 축방향으로 약간의 신축성을 가지면서 큰 관통구간을 가진 압축 스프링이 사용될 수 있다.

진공펌프에 의해 흡입 구동력의 크기는 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 1 ~ 500 mmhg 크기의 진공을 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 역세 과정은 진공펌프에 걸리는 부하가, 예를 들어, 550 mmhg 정도에 이르렀을 때 실행하는 것이 바람직할 수 있다.

본 발명은 또한 상기와 같은 여과 장치를 사용하여 마이카 함유 폐수를 처리하기 위한 시스템을 제공한다. 본 발명에 따른 폐수처리 시스템은,

(a) 마이카를 사용하여 절연테이프를 제조하는 공정 중 고압 분쇄 단계, 도포 단계 및 수세 단계에서 발생한 마이카 함유 폐수를 모으는 집수 장치(wastewater-correcting apparatus);

(b) 상기 집수 장치로부터의 폐수를 여과포의 바깥쪽으로부터 안쪽으로 통과시키고 여과포의 내부에 진공을 걸어 여과 구동력을 제공함으로써 고체성분과 액체성분을 용이하게 분리하여, 일정한 주기로 상기 여과과정에서의 폐수의 흐름과 반대로 물을 역세시킴으로써 여과포 외면에 부착 또는 누적되어 있는 고체성분을 여과포로부터 분리하는 여과 장치(filtering apparatus); 및

(c) 여과 과정에서 상기 여과 장치로부터 분리된 액체성분을 절연테이프 제조공정의 원료로서 재순환시키고 역세 과정에서 상기 여과 장치로부터 분리된 고체성분을 절연테이프 제조공정의 원료로 재순환시키는 재순환 장치(recycle apparatus);

를 포함하는 것으로 구성되어 있다.

따라서, 본 발명의 처리 시스템에 따르면, 별도의 화학처리 및 응집·침전을 위한 과정이 필요치 않으며 처리된 폐수는 완전히 재순환될 수 있다.

상기 집수 장치는 폐수의 운송을 위한 펌프 및 파이프라인과 이를 저장하기 위한 집수조 등으로 구성되어 있다. 또한, 상기 재순환 장치는 분리된 액체성분 및 고체성분을 운송하기 위한 펌프 및 파이프라인, 액체성분의 저장을 위한 청수조, 고체성분의 저장을 위한 농축처리조 등으로 구성되어 있다. 이들 펌프, 파이프라인, 탱크 등은 본 발명의 내용을 바탕으로 당업자에 의해 용이하게 이해 및 재현될 수 있으므로 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.

상기 여과 장치는 앞서의 설명과 동일하며, 여과 과정시 분리된 액체성분은 주로 물로 이루어져 있고, 역세 과정시 얻어진 처리액은 주로 고체성분의 마이카와 물로 이루어져 있다. 따라서, 여과 과정에서 분리된 액체성분은 절연테이프 제조 공정의 고압 분쇄 단계로 재순환되고, 역세 과정에서 얻어진 처리액은 절연테이프 제조 공정의 불순물 제거 단계로 재순환될 수 있다.

이하 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 발명의 내용을 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.

도 4에는 마이카를 사용한 절연테이프의 제조공정에서 본 발명에 따른 폐수 처리 시스템의 공정도가 모식적으로 도시되어 있다. 절연테이프는 원료투입 단계(S101), 불순물제거 단계(S102), 고압분쇄 단계(S103), 도포 단계(S104), 수세 단계(S105) 및 건조 단계(S106)를 포함하는 공정에 의해 제조된다. 그 중, 고압분쇄 단계(S103), 도포 단계(S104) 및 수세 단계(S105)에서 마이카 함유 폐수가 발생하는데, 그러한 폐수를 한 곳에 모으는 집수 단계(S107)와 고체성분 및 액체성분으로 분리하는 여과 단계(S108)를 거쳐 처리한다. 여과 단계(S108)는 폐수로부터 액체성분만을 뽑아내는 여과 과정과, 계속적인 여과 과정 후 주기적으로 고체성분을 분 리하는 역세 과정을 포함하고 있다. 여과 과정에서 분리된 액체(분리수)는 고압분쇄 단계(S103)로 재순환되고, 역세 과정에서 얻어진 농축 처리액은 불순물제거 단계(S102)로 재순환된다. 따라서, 본 발명에 따른 시스템에서는 사실상 모든 폐수가 재순환된다.

도 5에는 본 발명에 따른 폐수처리 시스템의 하나의 실시예에 따른 구성도가 도시되어 있다. 도 5에서, "LS"는 레벨 스위치를 나타내고, "PG"는 압력 게이지를 나타내며, "FI"는 유량계를 나타낸다.

폐수처리 시스템은 집수 장치(100), 여과 장치(200) 및 재순환 장치(300)로 이루어져 있다. 집수 장치(100)의 집수조(110)에는 불순물 제거장치(120), 고압분쇄 장치(130) 및 도포 장치(140) 등에서 발생한 마이카 함유 폐수가 모인다. 일정한 량에 도달한 폐수는 원수공급펌프(150)에 의해 여과 장치(200)로 보내어진다. 여과 장치(200)는 여과 처리조(210), 고액 분리기(220), 진공펌프(230), 진동장치(240) 등으로 이루어져 있다. 여과 장치(200)의 더욱 자세한 확대된 구조는 도 6을 참조한다. 진공펌프(도 5의 230)는 고액 분리기(220)에 설치되어 있는 각각의 여과 유닛(250) 내부의 압력을 저하시켜 여과 구동력을 제공한다. 그러한 여과 구동력에 의해 여과 장치(200)로부터 분리된 액체성분은 청수조(310)에 저장된 후 공급펌프(320)에 의해, 앞서 설명한 바와 같이, 절연테이프 제조공정의 고압분쇄 단계로 송부된다.

한편, 계속적인 여과 작업에 의해 여과 유닛, 더욱 구체적으로는 여과 유닛(250)의 여과포 표면에 다량의 마이카가 부착 내지 누적되면 진공펌프(230)에는 높 은 로드가 걸리고 여과 효율은 점차적으로 떨어지게 된다. 그것이 어느 정도에 이르면, 진공펌프(230)의 구동을 멈추고, 진동장치(240)를 가동하여, 경우에 따라서는, 여과 유닛의 내부에 물을 공급하여 역세를 행하는데, 그러한 역세 과정에서 발생한 농축 처리액은 농축 처리조(330)로 보내어진다. 농축 처리조(330)의 농축 처리액은, 앞서의 설명과 같이, 절연테이프 제조공정의 불순물 제거 단계로 송부된다.

도 7a와 7b에는 도 6의 여과 장치에 사용되는 하나의 실시예에 따른 여과 유닛(250)이 투시도로서 도시되어 있다. 여과 유닛(250)은, 마이카(400)의 입경보다 작은 직경의 기공이 다수 형성되어 있고 하단이 밀봉된 원통형 형상의 여과포(252), 및 여과포(252)의 내부에 설치된 형태유지틀인 압축스프링(254)으로 구성되어 있다. 여과 과정(도 7a 참조)에서는 마이카 함유 폐수가 진공펌프(도시하지 않음)의 여과 구동력에 의해 여과 유닛(250)의 바깥쪽으로부터 안쪽으로 유입되며, 이때, 마이카(400)는 여과포(252)의 외면에 부착 내지 누적되게 된다. 따라서, 폐수 중 액체성분만이 여과포(252)를 통과하여 여과 유닛(250)의 상부로 이동하게 된다. 이때, 압축스프링(254)은 여과 구동력에 의해 여과포(252)가 수축되는 것을 방지하여 준다. 반면에, 역세 과정(도 7b 참조)에서는 진공펌프의 여과 구동력이 사라지고 대신, 진동장치(도시하지 않음)에 의해 여과 유닛을 진동시킴으로써 및/또는 여과 유닛(250)의 상부로부터 물을 주입함으로써, 여과포(252)의 외면에 부착 또는 누적되어 있던 마이카(400)가 그것으로부터 떨어지게 된다. 마이카의 이러한 이탈 현상은 진동장치에 의한 진동으로 더욱 촉진될 수 있다.

도 8에는 도 7의 여과 유닛에 사용될 수 있는 하나의 실시예에 따른 여과포의 확대 사진이 개시되어 있다. 도 8의 여과포는 5 겹의 폴리프로필렌(PP) 사가 직물 형태로 짜여 있는 구조로 되어 있으며, 이러한 직물의 사이에 마이카보다 작은 크기의 기공이 형성되어 있다.

본 발명의 폐수 여과 장치 및 시스템은, 마이카 함유 폐수의 처리를 위한 설치비용과 운전비용이 매우 낮으며, 특히, 폐수를 절연테이프 제조 공정으로 완전히 재사용할 수 있으므로, 매우 경제적이고 환경친화적이다.

본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (7)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. (a) 마이카를 사용하여 절연테이프를 제조하는 공정 중 고압 분쇄 단계, 도포 단계 및 수세 단계에서 발생한 마이카 함유 폐수를 모으는 장치로서, 폐수의 운송을 위한 펌프 및 파이프라인과 이를 저장하기 위한 집수조를 포함하는 집수 장치;

   (b) (i) 마이카 함유 폐수가 측부 또는 상부로 유입되고 역세 과정에서 발생한 농축 처리액이 하부로 배출되도록 구성되어 있으며 상부가 개방되어 있는 여과 처리조, (ii) 상기 여과 처리조의 개방된 상부를 통해 그것의 내부에 위치하며, 마이카의 입경 보다 작은 직경의 기공을 가진 여과포가 전체적으로 하부가 밀봉된 원통형 형상을 이루고 있으며 폐수의 흡입시 상기 원통형 형상이 위축되는 것을 방지하는 형태유지틀이 내부에 설치되어 있는 여과 유닛을 다수 포함하고 있으며, 상기 각각의 여과 유닛의 바깥쪽으로부터 안쪽으로 폐수 중의 액체성분만을 흡입할 수 있도록 구성되어 있는 고액 분리기, 및 (iii) 상기 여과 유닛의 바깥쪽으로부터 안쪽으로 액체성분이 흡입될 수 있는 구동력을 제공하는 진공 펌프를 포함하는 것으로 구성되고, 폐수 중의 고체성분과 액체성분을 용이하게 분리하여 일정한 주기로 상기 여과과정에서의 폐수의 흐름과 반대로 물을 역세시킴으로써 여과포 외면에 부착 또는 누적되어 있는 고체성분을 여과포로부터 분리하는 여과 장치; 및

   (c) 여과 과정에서 상기 여과 장치로부터 분리된 액체성분을 절연테이프 제조공정의 원료로서 재순환시키고 역세 과정에서 상기 여과 장치로부터 분리된 고체성분을 절연테이프 제조공정의 원료로 재순환시키는 장치로서, 분리된 액체성분 및 고체성분을 운송하기 위한 펌프 및 파이프라인, 액체성분의 저장을 위한 청수조, 고체성분의 저장을 위한 농축처리조 등을 포함하는 것으로 구성되어 있는 재순환 장치;

   를 포함하는 것으로 구성되어 있는, 마이카 함유 폐수를 처리하기 위한 장치.
5. 삭제
6. 제 4 항에 있어서, 여과 과정에서 분리된 액체성분은 절연테이프 제조 공정의 고압 분쇄 단계로 재순환되고, 역세 과정에서 얻어진 처리액은 절연테이프 제조 공정의 불순물 제거 단계로 재순환되는 것을 특징으로 하는 마이카 함유 폐수를 처리하기 위한 장치.
7. 제 4 항에 있어서, 상기 여과 장치는 역세 과정에서 여과포의 외면에 부착 또는 누적되어 있던 고체성분의 분리를 더욱 용이하게 하기 위하여, 상기 고액 분리기를 진동시키는 진동 장치를 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 마이카 함유 폐수를 처리하기 위한 장치.

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