KR101021213B1 - 지르코늄 페라이트 충진 카트리지 필터를 이용한 폐수 방류수의 인제거·회수장치 및 방법 - Google Patents

지르코늄 페라이트 충진 카트리지 필터를 이용한 폐수 방류수의 인제거·회수장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 지르코늄 페라이트 충진 카트리지 필터를 이용한 폐수 방류수의 인제거·회수장치 및 방법에 관한 것으로, 방류수계로 배출되는 처리수에 함유된 인성분을 지르코늄 페라이트를 통해 흡착하여 회수할 수 있도록 함으로써 공공수역과 도시 중소 하천 등의 수질을 오염시키는 원인을 제거할 수 있도록 함에 그 목적이 있다. 이를 위해 구성되는 본 발명은 수처리시스템의 최종 말단에 설치되어 배출되는 처리수를 유입시키는 처리수 유입펌프, 처리수 유입펌프에 의해 유입된 처리수를 통과시켜 처리수에 함유된 유·무기성 이물질을 여과하는 활성탄과 모래의 혼합 충진물 및 처리수에 함유된 인성분을 흡착하는 지르코늄 페라이트가 충진된 1기 이상의 필터, 지르코늄 페라이트(ZrFe2(OH)8)에 흡착된 인성분을 탈리시키기 위해 처리수 유입펌프에 의해 유입되는 처리수에 수산화나트륨(NaOH) 용액을 공급하는 수산화나트륨 공급기, 수산화나트륨 공급기에 의해 공급된 수산화나트륨(NaOH) 용액에 의해 탈리된 인성분이 포함된 배출수로부터 인성분을 결정화하여 회수하는 인결정화장치 및 수산화나트륨 공급기에 의해 공급된 수산화나트륨(NaOH) 용액을 통해 인성분이 탈리된 지르코늄 페라이트(ZrFe2(OH)8)의 인성분 흡착능을 회복시키기 위해 처리수 유입펌프에 의해 유입되는 처리수에 황산(H2SO4) 수용액을 공급하는 황산 공급기를 포함한 구성으로 이루어진다.
Figure R1020090069075
수처리, 처리수, 인성분, 지르코늄 페라이트, 여과필터, 지르코늄 필터

Description

지르코늄 페라이트 충진 카트리지 필터를 이용한 폐수 방류수의 인제거·회수장치 및 방법{Phosphorous recycle device and method}
본 발명은 지르코늄 페라이트 충진 카트리지 필터를 이용한 폐수 방류수의 인제거·회수장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수처리장치의 최종 말단에 설치되어 방류수계로 배출되는 처리수에 포함된 인성분을 지르코늄 페라이트 충진물을 통해 흡착하는 한편 흡착된 인성분의 결정화를 통해 회수할 수 있도록 한 지르코늄 페라이트 충진 카트리지 필터를 이용한 폐수 방류수의 인제거·회수장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 인은 주기율표 제 5B족에 속하는 질소족 원소의 하나로 1669년 독일의 H. 브란트에 의해 발견되어 졌으며, 자연계에서 홑원소물질로는 발견되지 않으며 주로 인산염 광물로 산출된다.
전술한 바와 같은 인광석의 주요 용도로는 비료 원료, 비누세척제 원료, 도금광택 표면처리, 가축사료 등이며, 기타 쥐약, 연수제, 염료, 치약, 살충제, 정당(精糖) 등으로 우리 생활과 밀접한 분양에서 다양하게 사용되고 있다. 이러한 인광석의 주요 산출국은 미국, 남아공, 모로코 및 서사하라이며, 이들 나라들은 세 계 매장량의 47%정도를 차지하고 있으며, 그 매장량이 꾸준히 감소하는 추세이다.
한편, 우리 나라의 경우 인광석이 산출되지 않아 전량 수입에 의존하고 있는 실정이다. 이러한 인은 석유등과 마찬가지로 장래 고갈이 염려되는 자원으로 회수에 관한 관심이 날로 증가되고 있다. 또한, 생활수준의 향상 및 산업의 발달로 각종 인을 포함하는 제품 사용량의 증가에 따라 생활하수 및 폐수의 인성분 증가로 하천 및 호소수의 부영양화가 빈번하게 발생하는 실정이다.
따라서, 전술한 바와 같은 인을 고효율적으로 제거할 수 있는 고도처리시설의 정비확충이 사회적으로 강하게 요구되고 있는 실정이다. 이러한 인의 제거 및 회수를 위한 방법은 크게 물리화학적 방법과 생물학적 방법으로 나눌 수 있다.
대표적으로, 응집제인 폴리알미늄클로라이드(PAC)를 이용하여 인을 제거하는 방법이 있다. 하지만, 이러한 물리화학적 방법은 과다한 약품사용으로 인한 비용 상승과 더블어 많은 양의 슬러지 발생의 단점을 가지고 있으며, 또한 생물학적인 인의 제거방법은 인의 제거의 한계점을 드러내고 있다.
전술한 바와 같은 한계를 극복하기 위해 다양한 시도들이 진행되고 있으며, 그중에 탈인 흡착제를 이용한 시도들이 진행되고 있다. 대표적인 탈인 흡착제로는 지르코늄계, 알루미나계, 티타늄계, 제올라이트 등이 있으며, 이들은 인산에 대한 흡착선택성이 매우 강해 낮은 농도까지 인을 제거하며 흡착용량이 우수하다. 그 중 지르코늄계의 지르코늄 페라이트는 탈인 흡착제의 가장 필수 요소인 내약품성이 우수하며, 표면에 존재하는 수산기에의해 높은 이온교환능력과 pH가 중성인 영역에서도 8mg-P/g adsorbent 로 높은 인 흡착능력을 가진다.
따라서, 본 출원인은 지르코늄 페라이트를 이용한 필터카트리지를 이용하여 방류수계로 배출되는 처리수에 포함된 인을 흡착 회수하여 재활용할 수 있는 기술을 개발하고자 한다.
본 발명은 전술한 바와 같은 사회적 요구에 따라 안출된 것으로, 방류수계로 배출되는 처리수에 함유된 인성분을 지르코늄 페라이트를 통해 흡착하여 회수할 수 있도록 함으로써 공공수역과 도시 중소 하천 등의 수질을 오염시키는 원인을 제거할 수 있도록 한 지르코늄 페라이트 충진 카트리지 필터를 이용한 폐수 방류수의 인제거·회수장치 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
아울러, 본 발명에 따른 기술의 다른 목적은 방류수계로 배출되는 처리수에 함유된 인성분을 지르코늄 페라이트를 통해 흡착하여 회수할 수 있도록 함으로써 인자원을 효율적으로 회수하는 기술을 개발하는데 그 목적이 있다.
나아가, 본 발명에 따른 기술의 또 다른 목적은 방류수계로 배출되는 처리수에 함유된 인성분을 지르코늄 페라이트를 통해 흡착하여 회수할 수 있도록 함으로써 회수된 인을 재자원화할 수 있도록 함에 그 목적이 있다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 구성된 본 발명은 다음과 같다. 즉, 본 발명에 따른 지르코늄 페라이트 충진 카트리지 필터를 이용한 폐수 방류수의 인제거·회수장치는 오수, 하수, 폐수에 포함된 입자성 물질이나 수중에 포함된 유·무기성 오염물질을 처리하여 방류수계로 처리수를 배출하는 수처리시스템에 있어서, 수처리시스템의 최종 말단에 설치되어 배출되는 처리수를 유입시키는 처리수 유입펌프; 처리수 유입펌프에 의해 유입된 처리수를 통과시켜 처리수에 함유된 유·무기성 이물질을 여과하는 활성탄과 모래의 혼합 충진물 및 처리수에 함유된 인성분을 흡착하는 지르코늄 페라이트가 충진된 1기 이상의 필터; 지르코늄 페라이트(ZrFe2(OH)8)에 흡착된 인성분을 탈리시키기 위해 처리수 유입펌프에 의해 유입되는 처리수에 수산화나트륨(NaOH) 용액을 공급하는 수산화나트륨 공급기; 수산화나트륨 공급기에 의해 공급된 수산화나트륨(NaOH) 용액에 의해 탈리된 인성분이 포함된 배출수로부터 인성분을 결정화하여 회수하는 인결정화장치; 및 수산화나트륨 공급기에 의해 공급된 수산화나트륨(NaOH) 용액을 통해 인성분이 탈리된 지르코늄 페라이트(ZrFe2(OH)8)의 인성분 흡착능을 회복시키기 위해 처리수 유입펌프에 의해 유입되는 처리수에 황산(H2SO4) 수용액을 공급하는 황산 공급기를 포함한 구성으로 이루어진다.
전술한 바와 같은 본 발명의 구성에서 필터는 1기의 필터하우징 내부에 활성탄과 모래의 혼합 충진물 및 지르코늄 페라이트(ZrFe2(OH)8)가 전위와 후위에 충진되어 유입된 처리수가 활성탄과 모래의 혼합 충진물을 먼저 통과한 다음 지르코늄 페라이트(ZrFe2(OH)8)를 통과하도록 구성된 1기 이상의 필터로 구성될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 구성에서 필터는 처리수 유입펌프에 의해 유입된 처리 수를 통과시켜 처리수에 함유된 유·무기성 이물질을 여과하는 활성탄과 모래가 필터하우징 내부에 혼합 충진된 구조로 이루어진 하나 이상의 여과필터; 및 여과필터를 경유한 처리수를 통과시켜 처리수에 함유된 인성분을 흡착하는 지르코늄 페라이트(ZrFe2(OH)8)가 필터하우징의 내부에 충진된 구조로 이루어지는 하나 이상의 지르코늄 필터로 구성될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 구성에서 지르코늄 필터는 여과필터의 각각의 후위에 1기 또는 2기 이상으로 배열 설치되어 여과필터를 경유한 처리수가 지르코늄 필터를 통과할 수 있도록 구성될 수 있다.
전술한 바와 같은 본 발명에 따른 구성에서 수산화나트륨(NaOH) 용액의 투입량은 지르코늄 페라이트 충진량의 5∼10배의 비율로 투입될 수 있고, 황산(H2SO4) 수용액의 투입량은 지르코늄 페라이트 충진량의 0.5∼1.5배의 비율로 투입될 수 있다.
그리고, 본 발명에 따른 구성에서 인결정화장치는 인성분이 포함된 배출수로부터 인성분을 결정화하는 경우 40 ∼ 60℃의 온도조건하에서 -80 ∼ -100 kPa 범위의 압력으로 진공농축을 통해 배출수로부터 인성분을 결정화하는 구성으로 이루어질 수 있다.
전술한 바와 같은 본 발명의 구성에서 여과필터 1기와 지르코늄 필터 1기로 한 조를 이루는 필터군이 다수의 조로 구성되는 경우 여과필터 각각의 입구측에는 개폐를 통해 여과필터로 유입되는 처리수의 유입을 온/오프(On/Off) 제어하여 처리 수 유입펌프를 통해 유입되는 처리수에 포함된 인성분의 농도에 따라 한 조의 필터만을 이용하여 인성분을 흡착·회수하거나 다수의 조를 이루는 필터를 이용하여 인성분을 흡착·회수할 수 있도록 하는 처리수 유입 개폐밸브가 더 구성될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 구성에는 여과필터 1기와 지르코늄 필터 1기로 한 조를 이루는 필터군이 다수의 조로 구성되는 경우 지르코늄 필터 각각의 배출측에는 개폐를 통해 지르코늄 필터를 경유한 처리수의 배출을 온/오프(On/Off) 제어하여 처리수에 포함된 인성분의 농도에 따라 지르코늄 필터를 통과한 처리수를 다음 조의 여과필터로 유입되도록 하거나 공영수역측으로 배출할 수 있도록 하는 처리수 배출 개폐밸브가 더 구성될 수 있다.
아울러, 본 발명에 따른 구성에는 여과필터 각각에는 유입되는 처리수의 유량을 검출하는 유량계가 더 설치될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 구성에서 여과필터 각각에는 유입되는 처리수의 유입압력을 검출하여 유입되는 처리수의 유입압력이 일정압력 이상으로 상승한 경우 여과필터 내부에 충진된 활성탄과 모래에 이물질의 쌓여 막힘이 발생한 것으로 판단하여 여과필터를 교체할 수 있도록 하는 압력계가 더 설치될 수 있다.
본 발명에 따른 지르코늄 페라이트 충진 카트리지 필터를 이용한 폐수 방류수의 인제거·회수방법은 오수, 하수, 폐수에 포함된 입자성 물질이나 수중에 포함된 유·무기성 오염물질을 처리하여 방류수계로 배출되는 처리수에 함유된 인성분을 흡착·회수하는 방법에 있어서, (a) 수처리시스템의 최종 말단에 활성탄과 모래의 혼합 충진물 및 지르코늄 페라이트가 충진된 필터에 처리수를 통과시켜 활성탄 과 모래의 혼합 충진물을 통한 이물질의 여과와 함께 처리수에 함유된 인성분이 지르코늄 페라이트(ZrFe2(OH)8)에 흡착되도록 하는 단계; (b) 단계(a)의 과정을 통해 처리수를 필터를 통과시키는 가운데 지르코늄 페라이트(ZrFe2(OH)8)에 인성분이 흡착되도록 한 다음 필터군으로 유입되는 처리수에 수산화나트륨(NaOH) 용액을 공급하여 지르코늄 페라이트(ZrFe2(OH)8)에 흡착된 인성분이 탈리되도록 하는 단계; (c) 단계(b)의 과정을 통해 지르코늄 페라이트(ZrFe2(OH)8)에 흡착된 인성분이 탈리되도록 한 다음 탈리된 인성분이 함유된 배출수를 수거하는 단계; (d) 단계(c)의 과정을 통해 수거된 인성분이 함유된 배출수를 인결정화장치를 통해 인성분을 결정화하여 회수하는 단계; 및 (e) 단계(d)의 과정을 통해 인성분이 함유된 배출수로부터 인성분을 결정화하여 인을 회수한 다음 유입되는 처리수에 황산(H2SO4) 수용액을 공급하여 지르코늄 페라이트(ZrFe2(OH)8)의 인성분 흡착능을 회복시키는 단계를 포함한 구성으로 이루어질 수 있다.
전술한 바와 같은 본 발명의 구성에서 필터는 활성탄과 모래가 필터하우징 내부에 혼합 충진된 구조의 여과필터 1기와 지르코늄 페라이트(ZrFe2(OH)8)가 충진된 지르코늄 필터 1기로 한 조를 이루는 1개조 이상의 필터로 구성될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 구성에서 필터는 1기의 필터하우징 내부에 활성탄과 모래의 혼합 충진물 및 지르코늄 페라이트(ZrFe2(OH)8)가 전위와 후위에 충진되어 유입된 처리수가 활성탄과 모래의 혼합 충진물을 먼저 통과한 다음 지르코늄 페라 이트(ZrFe2(OH)8)를 통과하도록 구성된 1기 이상의 필터로 구성될 수 있다.
전술한 본 발명에 따른 구성에서 단계(b) 과정의 수산화나트륨(NaOH) 용액의 투입량은 지르코늄 페라이트 충진량의 5∼10배의 비율로 투입될 수 있고, 단계(e) 과정의 황산(H2SO4) 수용액의 투입량은 지르코늄 페라이트 충진량의 0.5∼1.5배의 비율로 투입될 수 있다.
아울러, 본 발명에 따른 구성에서 단계(d) 과정의 인결정화장치는 인성분이 포함된 배출수로부터 인성분을 결정화하는 경우 40 ∼ 60℃의 온도조건하에서 -80 ∼ -100 kPa 범위의 압력으로 진공농축을 통해 배출수로부터 인성분을 결정화하는 구성으로 이루어질 수 있다.
본 발명에 따르면 방류수계로 배출되는 처리수에 함유된 인을 지르코늄 페라이트를 통해 흡착하여 회수할 수 있도록 함으로써 공공수역과 도시 중소 하천 등의 수질을 오염시키는 원인을 제거할 수 있도록 하는 효과가 있다.
아울러, 본 발명에 따른 기술은 방류수계로 배출되는 처리수에 함유된 인을 지르코늄 페라이트를 통해 흡착하여 회수할 수 있도록 함으로써 인자원을 효율적으로 회수하는 기술을 제공할 수가 있다.
나아가, 본 발명에 따른 기술은 방류수계로 배출되는 처리수에 함유된 인을 지르코늄 페라이트를 통해 흡착하여 회수할 수 있도록 함으로써 회수된 인을 재자원화할 수 있도록 한다.
이하, 본 발명에 따른 지르코늄 페라이트 충진 카트리지 필터를 이용한 폐수 방류수의 인제거·회수장치 및 방법을 첨부된 도면을 통해 상세하게 설명하기로 한다.
도 1 은 본 발명에 따른 지르코늄 페라이트 충진 카트리지 필터를 이용한 폐수 방류수의 인제거·회수장치를 보인 구성도, 도 2 는 본 발명에 따른 지르코늄 페라이트 충진 카트리지 필터를 이용한 폐수 방류수의 인제거·회수장치의 구성에서 필터의 다른 예를 보인 구성도, 도 3 은 본 발명에 따른 지르코늄 페라이트 충진 카트리지 필터를 이용한 폐수 방류수의 인제거·회수방법을 보인 블록도이다.
도 1 내지 도 3 에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 지르코늄 페라이트 충진 카트리지 필터를 이용한 폐수 방류수의 인제거·회수장치(100)는 수처리시스템의 최종 말단에 설치되어 배출되는 처리수를 유입시키는 처리수 유입펌프(110), 처리수 유입펌프(110)에 의해 유입된 처리수를 통과시켜 처리수에 함유된 유·무기성 이물질을 여과하는 활성탄과 모래의 혼합 충진물 및 처리수에 함유된 인성분을 흡착하는 지르코늄 페라이트가 충진된 1기 이상의 필터(120), 지르코늄 페라이트(ZrFe2(OH)8)에 흡착된 인성분을 탈리시키기 위해 처리수 유입펌프(110)에 의해 유입되는 처리수에 수산화나트륨(NaOH) 용액을 공급하는 수산화나트륨 공급기(130), 수산화나트륨 공급기(130)에 의해 공급된 수산화나트륨(NaOH) 용액에 의해 탈리된 인성분이 포함된 배출수로부터 인성분을 결정화하여 회수하는 인결정화 장치(140) 및 수산화나트륨 공급기(130)에 의해 공급된 수산화나트륨(NaOH) 용액을 통해 인성분이 탈리된 지르코늄 페라이트(ZrFe2(OH)8)의 인성분 흡착능을 회복시키기 위해 처리수 유입펌프(110)에 의해 유입되는 처리수에 황산(H2SO4) 수용액을 공급하는 황산 공급기(150)를 포함한 구성으로 이루어진다.
전술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 지르코늄 페라이트 충진 카트리지 필터를 이용한 폐수 방류수의 인제거·회수장치(100)는 처리수 유입펌프(110)을 통해 수처리시스템에 의한 처리수를 유입시켜 활성탄과 모래의 혼합 충진물 및 지르코늄 페라이트가 충진된 1기 이상의 필터(120)를 통과시키는 가운데 활성탄과 모래의 혼합 충진물을 통해 유·무기성 이물질을 여과하는 한편, 처리수에 함유된 인성분을 지르코늄 페라이트를 통해 흡착하게 된다.
한편, 전술한 바와 같이 처리수를 필터(120)의 내부로 통과시키는 과정에서 인성분을 흡착하여 지르코늄 페라이트에 인성분의 축적이 되면 처리수 유입펌프(110)를 통해 유입되는 처리수에 수산화나트륨 공급기(130)를 통해 수산화나트륨(NaOH) 용액을 공급하여 지르코늄 페라이트에 흡착된 인성분이 지르코늄 페라이트로부터 탈리되도록 한다. 이때, 지르코늄 페라이트로부터 탈리된 인성분이 포함되어 배출된 배출수는 인결정화장치(140)로 수거된다.
전술한 바와 같이 수산화나트륨(NaOH) 용액을 처리수에 공급하는 가운데 지르코늄 페라이트에 흡착된 인성분이 탈리되도록 하여 탈리된 인성분이 포함되어 배출된 배출수는 인결정화장치(140)로 수거한 다음에는 인결정화장치(140)를 통해 인 성분을 결정화하여 인만을 회수하게 된다.
아울러, 전술한 바와 같이 인결정화장치(140)를 통해 인성분을 결정화하여 인만을 회수한 다음에는 처리수 유입펌프(110)를 통해 유입되는 처리수에 황산(H2SO4) 수용액을 공급하는 황산 공급기(150)를 황산(H2SO4) 수용액을 공급하여 지르코늄 페라이트(ZrFe2(OH)8)의 인성분 흡착능을 회복시킴으로써 처리수에 함유된 인성분의 흡착이 지르코늄 페라이트에 의해 이루어질 수 있도록 한다.
한편, 전술한 바와 같은 본 발명에 따른 구성에서 필터(120)는 도 1 에 도시된 바와 같이 1기의 필터하우징(122) 내부에 활성탄과 모래의 혼합 충진물 및 지르코늄 페라이트(ZrFe2(OH)8)가 전위와 후위에 충진되어 유입된 처리수가 활성탄과 모래의 혼합 충진물을 먼저 통과한 다음 지르코늄 페라이트(ZrFe2(OH)8)를 통과하도록 구성된 1기 이상의 필터로 구성될 수 있다.
전술한 도 1 에서와 같이 하나의 필터하우징(122) 내부에 활성탄과 모래의 혼합 충진물과 지르코늄 페라이트(ZrFe2(OH)8)를 충진하여 1기를 이루는 필터(120)를 구성함으로써 필터(120)를 통과하는 처리수는 활성탄과 모래의 혼합 충진물에 의해 이물질의 여과가 이루어지는 한편, 지르코늄 페라이트(ZrFe2(OH)8)에 의해 처리수에 함유된 인성분의 흡착이 이루어진다.
또한, 본 발명에 따른 구성에서 필터(120)는 도 2 에 도시된 바와 같이 처리수 유입펌프(110)에 의해 유입된 처리수를 통과시켜 처리수에 함유된 유·무기성 이물질을 여과하는 활성탄과 모래가 필터하우징(122a) 내부에 혼합 충진된 구조로 이루어진 하나 이상의 여과필터(120a) 및 여과필터(120a)를 경유한 처리수를 통과시켜 처리수에 함유된 인성분을 흡착하는 지르코늄 페라이트(ZrFe2(OH)8)가 필터하우징(122b)의 내부에 충진된 구조로 이루어지는 하나 이상의 지르코늄 필터(120b)로 구성될 수 있다. 이때, 지르코늄 필터(120b)는 여과필터(120a) 각각의 후위에 1기 또는 2기 이상으로 배열 설치되어 여과필터(120a)를 경유한 처리수가 지르코늄 필터(120b)를 통과할 수 있도록 구성되어진다.
아울러, 전술한 바와 같이 여과필터(120a) 1기와 지르코늄 필터(120b) 1기가 한 조로 이루어진 필터(120)는 다수 조로 이루어진다. 이처럼 다수 조로 이루어진 필터(120)는 처리수에 함유된 인성분의 농도에 따라 한 조만을 사용하여 처리수를 통과시키거나 다수 조의 필터(120)를 사용하여 처리수를 통과시키게 된다. 물론, 인성분의 농도가 작을 때는 1조 또는 2조의 필터(120)를 사용하고, 인성분의 농도가 클 때는 2조 또는 3조 이상의 필터(120)를 사용한다.
본 발명에 따른 지르코늄 페라이트 충진 카트리지 필터를 이용한 폐수 방류수의 인제거·회수장치(100)를 구성하는 각각의 구성요소를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다. 먼저, 처리수 유입펌프(110)는 배출되는 처리수를 유입시키기 위한 것으로, 이러한 처리수 유입펌프(110)는 도 2 에 도시된 바와 같이 오수, 하수, 폐수에 포함된 입자성 물질이나 수중에 포함된 유·무기성 오염물질을 처리하여 방류수계로 처리수를 배출하는 수처리시스템의 최종말단에 설치되어진다.
전술한 바와 같이 구성된 처리수 유입펌프(110)는 수처리시스템에 의해 처리되어 배출되는 처리수를 강제로 유입시켜 후술하는 필터(120)의 내부로 통과시킴으로써 처리수에 포함된 인성분의 흡착 및 회수가 이루어질 수 있도록 한다.
본 발명의 구성하는 필터(120)는 처리수 유입펌프(110)에 의해 강제도 유입되는 처리수를 여과하는 한편 인성분을 흡착하기 위한 것으로, 이러한 필터(120)는 도 2 에 도시된 바와 같이 처리수 유입펌프(110)에 의해 유입된 처리수를 통과시켜 처리수에 함유된 유·무기성 이물질을 여과하는 활성탄과 모래의 혼합 충진물 및 처리수에 함유된 인성분을 흡착하는 지르코늄 페라이트가 충진된 1기 이상으로 이루어진다.
전술한 바와 같은 필터(120)는 앞서도 기술한 도 1 에 도시된 바와 같이 1기의 필터하우징(122) 내부에 활성탄과 모래의 혼합 충진물 및 지르코늄 페라이트(ZrFe2(OH)8)가 전위와 후위에 충진되어 유입된 처리수가 활성탄과 모래의 혼합 충진물을 먼저 통과한 다음 지르코늄 페라이트(ZrFe2(OH)8)를 통과하도록 구성된 1기 이상의 필터로 구성될 수도 있음은 물론, 도 2 에 도시된 바와 같이 처리수 유입펌프(110)에 의해 유입된 처리수를 통과시켜 처리수에 함유된 유·무기성 이물질을 여과하는 활성탄과 모래가 필터하우징(122a) 내부에 혼합 충진된 구조로 이루어진 하나 이상의 여과필터(120a) 및 여과필터(120a)를 경유한 처리수를 통과시켜 처리수에 함유된 인성분을 흡착하는 지르코늄 페라이트(ZrFe2(OH)8)가 필터하우징(122b)의 내부에 충진된 구조로 이루어지는 하나 이상의 지르코늄 필터(120b)로 구성될 수도 있다.
한편, 전술한 도 2 에서와 같이 여과필터(120a)와 지르코늄 필터(120b)로 이루어진 필터(120)의 구성에서 지르코늄 필터(120b)는 여과필터(120a) 각각의 후위에 1기 또는 2기 이상으로 배열 설치되어 여과필터(120a)를 경유한 처리수가 지르코늄 필터(120b)를 통과할 수 있도록 구성되어진다. 즉, 도 2 에 도시된 바와 같이 지르코늄 필터(120b)는 여과필터(120a) 사이에 설치되어 여과필터(120a)를 경유한 처리수가 지르코늄 필터(120b)를 상시 통과할 수 있도록 구성되어진다.
본 발명을 구성하는 수산화나트륨 공급기(130)는 수산화나트륨(NaOH) 수용액을 저장 공급하기 위한 것으로, 이러한 수산화나트륨 공급기(130)는 도 2 에 도시된 바와 같이 처리수 유입펌프(110)와 첫 번째의 여과필터(120a) 사이에 설치되어 처리수 유입펌프(110)에 의해 유입되는 처리수에 수산화나트륨(NaOH) 용액을 공급하는 구성으로 이루어진다.
전술한 바와 같은 수산화나트륨 공급기(130)는 처리수 유입펌프(110)와 첫 번째의 여과필터(120a) 사이에 설치되어 처리수 유입펌프(110)에 의해 유입되는 처리수에 수산화나트륨(NaOH) 용액을 공급함으로써 지르코늄 필터(120b)의 지르코늄 페라이트(ZrFe2(OH)8)에 흡착된 인성분이 수산화나트륨(NaOH)에 의해 탈리된다. 이처럼 지르코늄 페라이트(ZrFe2(OH)8)로부터 탈리된 인성분은 지르코늄 필터(120b)를 통과하는 처리수에 포함되어 후술하는 인결정화장치(140)로 수거된다.
한편, 전술한 바와 같은 수산화나트륨 공급기(130)에 의해 공급되는 수산화 나트륨(NaOH) 용액의 투입량은 지르코늄 페라이트 충진량의 5∼10배의 비율로 투입한다.
본 발명을 구성하는 인결정화장치(140)는 지르코늄 페라이트(ZrFe2(OH)8)로부터 탈리된 인성분이 포함되어 수거된 배출수로부터 인성분을 결정화하여 회수하기 위한 것으로, 이러한 인결정화장치(140)는 도 2 에 도시된 바와 같이 수산화나트륨 공급기(130)에 의해 공급된 수산화나트륨(NaOH) 용액에 의해 탈리된 인성분이 포함된 배출수로부터 인성분을 결정화한다.
다시 말해서, 인결정화장치(140)는 지르코늄 페라이트(ZrFe2(OH)8)로부터 탈리된 인성분이 포함된 배출수를 수거하는 한편, 수거된 배출수로부터 인성분만을 결정화하여 회수하게 된다. 이때, 인결정화장치(140)는 인성분이 포함된 배출수로부터 인성분을 결정화하는 경우 40 ∼ 60℃의 온도조건하에서 -80 ∼ -100 kPa 범위의 압력으로 진공농축을 통해 배출수로부터 인성분을 결정화하게 된다.
본 발명을 구성하는 황산 공급기(150)는 황산(H2SO4)을 통해 인성분이 탈리된 지르코늄 페라이트(ZrFe2(OH)8)의 인성분 흡착능을 회복시키기 위한 것으로, 이러한 황산 공급기(150)는 도 2 에 도시된 바와 같이 수산화나트륨 공급기(130)에 의해 공급된 수산화나트륨(NaOH) 용액을 통해 인성분이 탈리된 지르코늄 페라이트(ZrFe2(OH)8)의 인성분 흡착능을 회복시키기 위해 처리수 유입펌프(110)에 의해 유입되는 처리수에 황산(H2SO4) 수용액을 공급하게 된다.
전술한 바와 같이 구성된 황산 공급기(150)는 처리수 유입펌프(110)와 첫 번째의 여과필터(120a) 사이에 설치되어 처리수 유입펌프(110)에 의해 유입되는 처리수에 황산(H2SO4) 수용액을 공급함으로써 처리수가 지르코늄 필터(120b)를 통과하는 과정에서 공급된 황산(H2SO4)이 지르코늄 페라이트(ZrFe2(OH)8)의 인성분 흡착능을 회복시키게 된다. 이때, 처리수에 공급되는 황산(H2SO4) 수용액의 투입량은 지르코늄 페라이트 충진량의 0.5∼1.5배의 비율로 투입되어진다.
한편, 전술한 바와 구성된 본 발명에 따른 인제거·회수장치(100)에는 처리수 유입펌프(110), 필터(120), 수산화나트륨 공급기(130), 인결정화장치(140) 및 황산 공급기(150)의 구성에 더하여 여과필터(120a) 각각의 처리수 유입구측에는 개폐를 통해 여과필터(120a)로 유입되는 처리수의 유입을 온/오프(On/Off) 제어하는 처리수 유입 개폐밸브(160, 160a, 160b)가 더 구성되어진다.
전술한 바와 같이 여과필터(120a) 각각의 처리수 유입구측에 구성되는 처리수 유입 개폐밸브(160, 160a, 160b)는 도 2 에 도시된 바와 같이 여과필터(120a) 1기와 지르코늄 필터(120b) 1기로 한 조를 이루는 필터군(120)이 다수의 조로 구성되는 경우 여과필터(120a) 각각의 입구측에 설치되어지되 개폐를 통해 여과필터(120a)로 유입되는 처리수의 유입을 온/오프(On/Off) 제어하여 처리수 유입펌프(110)를 통해 유입되는 처리수에 포함된 인성분의 농도에 따라 한 조의 필터(120)만을 이용하여 인성분을 흡착·회수하거나 다수 조의 필터(120)를 이용하여 인성분을 흡착·회수할 수 있도록 한다.
다시 말해서, 도 2 에 도시된 바와 같이 처리수에 함유된 인성분의 농도가 낮아 첫 번째의 필터(120) 만을 사용하여 인성분을 제거하는 경우에는 첫 번째의 처리수 유입 개폐밸브(160)만을 개방시키고, 두 번째와 세 번째의 처리수 유입 개폐밸브(160a, 160b)는 폐쇄하여 유입되는 처리수가 첫 번째의 여과필터(120a)와 지르코늄 필터(120b)로만 경유되도록 한다.
반면, 도 2 에 도시된 바와 같이 처리수에 함유된 인성분의 농도가 높아 전체의 필터(120)를 사용하여 인성분을 제거하는 경우에는 첫 번째와 두 번째 및 세 번째의 처리수 유입 개폐밸브(160, 160a, 160b) 전체를 개방시켜 필터(120) 전체에서 유입된 처리수의 필터링이 이루어지는 가운데 인성분의 제거 및 회수가 이루어질 수 있도록 한다. 물론, 처리수 유입 개폐밸브(160, 160a, 160b) 전체를 개방시키게 되면 처리수 유입펌프(110)에 의해 유입되는 처리수는 첫 번째와 두 번째 및 세 번째의 여과필터(120a)로 처리수의 유입이 이루어질 수도 있다.
또한, 본 발명에 따른 인제거·회수장치(100)에는 처리수 유입펌프(110), 필터(120), 수산화나트륨 공급기(130), 인결정화장치(140), 황산 공급기(150) 및 처리수 유입 개폐밸브(160, 160a, 160b)의 구성에 더하여 지르코늄 필터(120b) 각각의 배출측에 설치되어 지르코늄 필터(120b)를 경유한 처리수의 배출을 온/오프(On/Off) 제어하는 처리수 배출 개폐밸브(170, 170a, 170b)가 더 구성되어진다.
전술한 바와 같이 지르코늄 필터(120b) 각각의 배출측에 설치된 처리수 배출 개폐밸브(170, 170a, 170b)는 여과필터(120a) 1기와 지르코늄 필터(120b) 1기로 한 조를 이루는 필터군(120)이 다수의 조로 구성되는 경우 지르코늄 필터(120b) 각각 의 배출측에 설치되어 개폐를 통해 지르코늄 필터(120b)를 경유한 처리수의 배출을 온/오프(On/Off) 제어함으로써 처리수에 포함된 인성분의 농도에 따라 지르코늄 필터(120b)를 통과한 처리수를 다음 조의 여과필터(120a)로 유입되도록 하거나 공영수역측으로 배출할 수 있도록 한다.
다시 말해서, 도 2 에 도시된 바와 같이 처리수에 함유된 인성분의 농도가 낮아 첫 번째의 필터(120) 만을 사용하여 인성분을 제거하는 경우에는 첫 번째의 처리수 배출 개폐밸브(170)만을 개방시키고, 두 번째와 세 번째의 처리수 배출 개폐밸브(170a, 170b)는 폐쇄하여 유입되는 처리수가 첫 번째의 여과필터(120a)와 지르코늄 필터(120b)로만 경유한 다음 공영수역으로 배출될 수 있도록 한다. 이때, 두 번째 조의 여과필터(120a) 입구측의 처리수 유입 개폐밸브(160a)은 폐쇄된 상태이다.
반면, 도 2 에 도시된 바와 같이 처리수에 함유된 인성분의 농도가 높아 전체의 필터(120)를 사용하여 인성분을 제거하는 경우에는 첫 번째와 두 번째의 처리수 배출 개폐밸브(160, 160a)는 폐쇄시키고, 세 번째 처리수 배출 개폐밸브(170b)만 개방시켜 처리수가 3개 조의 필터(120)를 모두 통과한 후 방류수계로 배출될 수 있도록 한다. 이때, 처리수 유입 개폐밸브(160, 160a, 160b)는 모두 개방되어진다.
아울러, 본 발명에 따른 인제거·회수장치(100)에는 처리수 유입펌프(110), 필터(120), 수산화나트륨 공급기(130), 인결정화장치(140), 황산 공급기(150), 처리수 유입 개폐밸브(160, 160a, 160b) 및 처리수 배출 개폐밸브(170, 170a, 170b) 의 구성에 더하여 여과필터(120a) 각각에는 유입되는 처리수의 유량을 검출할 수 있도록 하는 유량계(180, 180a, 180b)가 더 설치된다.
나아가, 본 발명에 따른 인제거·회수장치(100)에는 처리수 유입펌프(110), 필터(120), 수산화나트륨 공급기(130), 인결정화장치(140), 황산 공급기(150), 처리수 유입 개폐밸브(160, 160a, 160b), 처리수 배출 개폐밸브(170, 170a, 170b) 및 유량계(180, 180a, 180b)의 구성에 더하여 각각의 여과필터(120a)로 유입되는 처리수의 유입압력을 검출하는 압력계(190, 190a, 190b)가 더 설치 구성된다.
전술한 바와 같이 여과필터(120a)로 유입되는 처리수의 유입압력을 검출하는 압력계(190, 190a, 190b)는 유입되는 처리수의 유입압력이 일정압력 이상으로 상승한 경우 여과필터(120a) 내부에 충진된 활성탄과 모래에 이물질의 쌓여 막힘이 발생한 것으로 판단하여 여과필터를 교체할 수 있도록 하는 기능을 한다.
전술한 바와 같이 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 인제거·회수장치(100)를 통해 처리수를 여과하는 가운데 처리수에 함유된 인성분의 제거 및 회수과정에 대하여 기술하면 다음과 같다.
먼저, 단계(a)의 과정에서는 도 2 및 도 3 에 도시된 바와 같이 수처리시스템을 통해 수처리된 처리수를 유입(S100)시켜 수처리시스템의 최종 말단에 활성탄과 모래의 혼합 충진물 및 지르코늄 페라이트가 충진된 필터(120)에 처리수를 통과시키는 가운데 활성탄과 모래의 혼합 충진물을 통한 이물질의 여과와 함께 처리수에 함유된 인성분이 지르코늄 페라이트(ZrFe2(OH)8)에 흡착되도록 한다(S110). 이 때, 지르코늄 필터(120b)를 통과하는 과정에서 인성분이 제거된 처리수는 방류수계(또는 공영수역)로 배출되어진다(120).
다음으로, 전술한 단계(a) 과정을 통해 처리수에 함유된 인성분이 지르코늄 페라이트(ZrFe2(OH)8)에 흡착되도록 하여 지르코늄 필터(120b)의 지르코늄 페라이트(ZrFe2(OH)8)에 인성분의 흡착에 따라 쌓이게 되어 방류수계(또는 공영수역)로 배출되는 처리수에 인성분의 농도가 일정농도 이상인 경우에는 도 2 및 도 3 에 도시된 바와 같이 단계(b) 과정을 통해 필터군(120)으로 유입되는 처리수에 수산화나트륨 공급기(130)를 통해 수산화나트륨(NaOH) 용액을 공급하여 지르코늄 페라이트(ZrFe2(OH)8)에 흡착된 인성분이 탈리되도록 한다.
전술한 바와 같이 지르코늄 페라이트(ZrFe2(OH)8)에 흡착된 인성분을 탈리시키기 위해 공급되는 수산화나트륨 용액의 투입량은 지르코늄 페라이트 충진량의 5∼10배의 비율로 투입되어진다.
한편, 단계(b) 과정을 통해 수산화나트륨(NaOH) 용액을 공급하여 지르코늄 페라이트(ZrFe2(OH)8)에 흡착된 인성분이 탈리시킨 다음에는 도 2 및 도 3 에 도시된 바와 같이 단계(c) 과정을 통해 지르코늄 필터(120b)를 통과하여 배출되는 처리수를 수거한다(S140). 이때, 수거된 처리수에는 처리용액인 수산화나트륨(NaOH) 용액과 인성분이 혼재하게 된다.
전술한 바와 같이 처리용액인 수산화나트륨(NaOH) 용액과 인성분이 혼재되어 수거된 배출수는 도 2 및 도 3 에 도시된 바와 같이 단계(d) 과정을 통해 인성분이 함유된 배출수를 인결정화장치(140)를 통해 인성분을 결정화하여 회수한다. 이때, 인성분이 포함된 배출수로부터 인성분을 결정화하는 경우 40 ∼ 60℃의 온도조건하에서 -80 ∼ -100 kPa 범위의 압력으로 진공농축을 통해 배출수로부터 인성분을 결정화한다.
다음으로, 전술한 단계(d) 과정을 통해 인성분이 함유된 배출수로부터 인성분을 결정화하여 회수한 다음에는 도 2 및 도 3 에 도시된 바와 같이 단계(e) 과정을 통해 유입되는 처리수에 황산 공급기(150)에 의한 황산(H2SO4) 수용액을 공급하여 지르코늄 페라이트(ZrFe2(OH)8)의 인성분 흡착능을 회복시킨다(S160).
전술한 바와 같은 단계(e) 과정에서 황산(H2SO4) 수용액의 투입량은 지르코늄 페라이트 충진량의 0.5∼1.5배의 비율로 투입되어진다.
아래의 표 1 은 인을 함유한 원수를 지르코늄페라이트를 이용하여 인이 흡착되는 정도를 표로 나타낸 것이다.
시간(min)
투입량(g) 0 10 20 30 40 50 60
0 0.67 0.67 0.67 0.67 0.67 0.67 0.67
0.5 0.67 0.60 0.61 0.55 0.51 0.49 0.48
1 0.67 0.52 0.49 0.45 0.44 0.39 0.30
2 0.67 0.41 0.35 0.29 0.24 0.24 0.17
4 0.67 0.27 0.19 0.14 0.11 0.09 0.08
6 0.67 0.17 0.14 0.10 0.08 0.07 0.07
8 0.67 0.05 0.05 0.04 0.04 0.04 0.04
이상에서와 같이 본 발명에 따른 인제거·회수장치(100)는 방류수계로 배출되는 처리수에 함유된 인성분을 지르코늄 페라이트를 통해 흡착하여 회수할 수 있도록 함으로써 공공수역과 도시 중소 하천 등의 수질을 오염시키는 원인을 제거할 수가 있다.
본 발명은 전술한 실시 예에 국한되지 않고 본 발명의 기술사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수가 있다.
도 1 은 본 발명에 따른 지르코늄 페라이트 충진 카트리지 필터를 이용한 폐수 방류수의 인제거·회수장치를 보인 구성도.
도 2 는 본 발명에 따른 지르코늄 페라이트 충진 카트리지 필터를 이용한 폐수 방류수의 인제거·회수장치의 구성에서 필터의 다른 예를 보인 구성도.
도 3 은 본 발명에 따른 지르코늄 페라이트 충진 카트리지 필터를 이용한 폐수 방류수의 인제거·회수방법을 보인 블록도.
[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명]
100. 인제거·회수장치 110. 처리수 유입펌프
120. 필터 120a. 여과필터
120b. 지르코늄 필터 130. 수산화나트륨 공급기
140. 인결정화장치 150. 황산 공급기
160, 160a, 160b. 처리수 유입 개폐밸브
170, 170a, 170b. 처리수 배출 개폐밸브
180, 180a, 180b. 유량계
190, 190a, 190b. 압력계

Claims (12)

  1. 오수, 하수, 폐수에 포함된 입자성 물질이나 수중에 포함된 유·무기성 오염물질을 처리하여 방류수계로 처리수를 배출하는 수처리시스템에 있어서,
    상기 수처리시스템의 최종 말단에 설치되어 배출되는 처리수를 유입시키는 처리수 유입펌프;
    상기 처리수 유입펌프와 연결되며, 상기 처리수 유입펌프에 의해 유입된 처리수를 통과시켜 상기 처리수에 함유된 유·무기성 이물질을 여과하는 활성탄과 모래가 필터하우징 내부에 혼합 충진된 구조로 이루어진 여과필터와, 상기 여과필터를 경유한 처리수를 통과시켜 처리수에 함유된 인성분을 흡착하는 지르코늄 페라이트(ZrFe2(OH)8)가 필터하우징의 내부에 충진된 구조로 이루어지는 지르코늄 필터로 구성되는 하나 이상의 필터와;
    상기 지르코늄 페라이트(ZrFe2(OH)8)에 흡착된 인성분을 탈리시키기 위해 상기 처리수 유입펌프에 의해 유입되는 처리수에 수산화나트륨(NaOH) 용액을 공급하는 수산화나트륨 공급기;
    상기 수산화나트륨 공급기에 의해 공급된 수산화나트륨(NaOH) 용액에 의해 탈리된 인성분이 포함된 배출수로부터 인성분을 결정화하여 회수하는 인결정화장치;
    상기 수산화나트륨 공급기에 의해 공급된 수산화나트륨(NaOH) 용액을 통해 인성분이 탈리된 상기 지르코늄 페라이트(ZrFe2(OH)8)의 인성분 흡착능을 회복시키기 위해 상기 처리수 유입펌프에 의해 유입되는 처리수에 황산(H2SO4) 수용액을 공급하는 황산 공급기;
    상기 여과필터 각각의 입구측에는 개폐를 통해 상기 여과필터로 유입되는 처리수의 유입을 온/오프(On/Off) 제어하는 처리수 유입 개폐밸브;
    상기 지르코늄 필터를 경유한 처리수의 배출을 온/오프(On/Off) 제어하는 처리수 배출 개폐밸브;
    상기 여과필터 각각에 유입되는 처리수의 유입압력을 검출하여 유입되는 처리수의 유입압력이 일정압력 이상으로 상승한 경우를 감지하는 압력계;
    로 구성됨을 특징으로 하는 지르코늄 페라이트 충진 카트리지 필터를 이용한 폐수 방류수의 인제거·회수장치.
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