KR101393036B1 - 수처리 시스템 및 수처리방법 - Google Patents

수처리 시스템 및 수처리방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 슬래그를 포함하는 인 제거 여과재로 피처리수에 함유되는 인을 제거함에 있어서, 인의 제거 효율을 높인 수처리 장치 및 수처리방법을 제공하는 것을 과제로 한다. 해당 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 의하면, 피처리수에 함유되는 인을 인 제거 여과재에 접촉시켜서 제거하는 수처리 시스템에 있어서, 피처리수와 접촉시키는 인 제거 여과재가 슬래그를 포함하고 있고, 평균 입자 직경이 0.1㎜ 이하인 슬래그를 이용한 구성으로 한다. 이 경우, 상기 평균 입자 직경의 슬래그를 선택적으로 사용함으로써 인 제거 여과재가 높은 인 제거 성능을 발휘하고, 그 결과, 인의 배출 기준값이 인하되었다고 해도, 그것에 대응하는 것이 가능하다.

Description

수처리 시스템 및 수처리방법{WATER TREATMENT SYSTEM AND WATER TREATMENT METHOD}
본 발명은, 수처리 시스템 및 수처리방법에 관한 것으로, 특히, 피처리수에 함유되는 인을 인 제거 여과재에 접촉시켜서 제거하는 수처리 시스템 및 수처리방법에 관한 것이다.
예를 들어, 하수나 폐수 등의 배출 기준치는, 배출 오탁 방지법이나 조례에 의해서 정해져 있다. 배출 기준은, 환경 보호를 위하여 엄격함이 증가하는 경향에 있고, 부영양화 원인의 하나인 인에 대해서도 예외가 아니다. 해외에 눈을 돌려도 인의 배출 기준이 강화되는 경향에 있고, 예를 들어, 대한민국에서는 전체 인(T-P) 농도로 0.2㎎/ℓ까지 내릴 예정이다.
인 제거 능력을 발휘하는 여과재로서는, 예를 들어, 제철소 등에서 부생되는 슬래그(slag)가 공지되어 있다(예를 들어, 특허문헌 1 내지 4). 그러나, 종래의 방법에서는 제거 효율이 충분하지 않고, 엄격한 배출 기준치가 설정되었을 경우에 실시할 수 없게 될 경우가 있다.
또, 종래의 방법은, 슬래그의 인 제거 활성을 높이기 위하여 피처리수에 계속적으로 알칼리 용액을 첨가하고 있다. 이러한 피처리수에의 약액 첨가는, 환경보호의 관점에서는 생략하는 것이 바람직하다. 그러나, 종래의 인 제거 여과재에서는, 알칼리의 첨가 없이는 충분히 인을 제거할 수 없다.
JP 2005-262044 A JP 2006-341226 A JPH9-242217 A JP 2002-86139 A
본 발명은, 이러한 사정에 의거해서 이루어진 것으로, 그 목적은, 슬래그를 포함하는 인 제거 여과재로 피처리수에 함유되는 인을 제거함에 있어서, 인의 제거 효율을 높인 수처리 장치 및 수처리방법을 제공하는 것에 있다.
또, 본 발명의 다른 목적은, 피처리수에의 약액 첨가를 생략해도, 안정적으로 인을 제거하는 것이 가능한 수처리 장치 및 수처리방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 수처리 시스템은, 피처리수에 함유되는 인을 인 제거 여과재에 접촉시켜서 제거하는 수처리 시스템에 있어서, 피처리수와 접촉시키는 인 제거 여과재가 슬래그를 포함하고 있고, 상기 슬래그의 평균 입자 직경이 0.1㎜ 이하인 것을 특징으로 한다.
또, 「피처리수에 함유되는 인」은, 물에 용해되어 있는 인의 화합물을 의미하고 있고, 인 제거 여과재에 의해서 제거함으로써 전체 인 농도(T-P)가 내려가는 것이 포함된다.
상기 슬래그는, 높은 인 제거 활성을 얻기 위하여, Fe203의 함유율이 10질량% 내지 40질량%의 범위 내인 것이 바람직하다. 인 제거 여과재는, 인의 제거를 계속해가면 점차로 활성이 저하되어간다. 그 때문에, 수처리 시스템은, 소정 시간 또는 소정량의 인을 제거한 인 제거 여과재의 표면을 세정하기 위한 산성 용액을 공급하는 수단과, 산 세정 후의 인 제거 여과재를 활성화하기 위한 알칼리 용액을 공급하는 수단을 포함하고 있는 것이 바람직하다.
피처리수를 인 제거 여과재에 접촉시키기 위한 장치 구성으로서는, 예를 들어, 슬래그를 점토질계 바인더와 혼합하여, 평균 입자 직경 0.3㎜ 내지 1.5㎜의 입자 형상으로 입자화하고, 소성한 인 제거 여과재를, 피처리수가 통수되는 여과장치에 충전한 여과탑 방식으로 하는 것이 가능하다. 혹은, 평균 입자 직경 0.3㎜ 이하의 입자 형상으로 입자화하고, 소성한 인 제거 여과재를 피처리수에 첨가해서 교반하는 교반조와, 인이 제거된 피처리수로부터 인 제거 여과재를 분리·회수하는 고액 분리장치와, 분리한 인 제거 여과재를 새로운 피처리수에 재첨가하는 수단을 구비한 구성으로 하는 것도 가능하다.
본 발명의 수처리방법은, 슬래그를 포함하는 인 제거 여과재에 피처리수를 접촉시켜서 인을 제거하는 수처리방법에 있어서, 상기 슬래그의 평균 입자 직경이 0.1㎜ 이하인 것을 특징으로 한다.
인 제거 여과재는, 인의 제거를 계속해가면 점차로 활성이 저하되어간다. 그 때문에, 소정 시간 또는 소정량의 인을 제거한 인 제거 여과재에 산성 용액을 공급해서 표면을 세정하고, 산 세정 후의 인 제거 여과재를 알칼리 용액에 침지시키거나, 또는 열처리해서 여과재 활성화를 행하는 것이 바람직하다.
환경보호에 공헌하면서, 인을 제거하기 위해서, 인 제거 여과재의 인 제거 활성을 높이기 위한 알칼리 용액을 피처리수에 계속 첨가하지 않고 인의 제거를 행하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 피처리수에 함유되는 인을 슬래그를 포함하는 인 제거 여과재에 접촉시켜서 제거함에 있어서, 평균 입자 직경 0.1㎜ 이하의 슬래그를 이용한 것에 의해, 슬래그가 높은 인 제거 활성을 발휘한다. 따라서, 배출 기준값(예를 들어, 전체 인 농도로 0.2㎎/ℓ)이 인하되었다고 해도, 배출 기준값을 밑도는 농도까지 인을 제거하는 것이 가능하다.
또, 본 발명에 따르면, 높은 인 제거 활성을 발휘하는 여과재를 이용하고 있으므로, 종래 방법과 같이 슬래그의 활성을 높이기 위한 알칼리 용액을 피처리수에 계속 첨가하지 않더라도, 안정한 인 제거를 행하는 것이 가능하다.
도 1은 본 발명의 제1실시형태에 따른 수처리 시스템의 전체 구성을 나타낸 도면;
도 2는 슬래그의 평균 입자 직경과 인의 제거 효율의 상관 관계를 나타낸 그래프;
도 3은 본 발명의 제2실시형태에 따른 수처리 시스템의 전체 구성을 나타낸 도면;
도 4는 본 발명의 효과를 확인하기 위하여 행한 시험의 결과를 나타낸 도면.
이하, 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 수처리 시스템 및 수처리방법에 대해서, 첨부 도면을 참조하면서 상세히 설명한다. 단, 이하에 설명하는 실시형태에 의해서 본 발명의 기술적 범위는 하등 한정 해석되는 것은 아니다.
(제1실시형태)
제1실시형태에 따른 수처리 시스템에 대해서, 도 1을 참조하면서 설명한다. 수처리 시스템(1)은, 도 1에 나타낸 바와 같이, 피처리수의 원수를 저장하는 원수조(2)와, 피처리수에 포함되는 고형분(특히, 탁질)을 제거하는 제1여과장치(3)와, 원수조(2)에 있는 피처리수를 제1여과장치(3)에 공급하는 제1공급 펌프(31)와, 제1여과장치(3)에서 여과된 피처리수(1차 처리수)를 저장하는 1차 처리수조(32)와, 피처리수에 함유되는 인을 제거하는 제2여과장치(4)와, 1차 처리수조(32)에 있는 피처리수를 제2여과장치(4)에 공급하는 제2공급 펌프(33)와, 제2여과장치(4)에서 여과된 피처리수(2차 처리수)를 저장하는 2차 처리수조(41)를 구비하고 있다. 각 장치는, 예를 들어, 배관 등의 유로를 개재해서 연결되어 있고, 밸브(V1) 내지 (V15)의 개폐에 의해서 통수 유로의 전환을 행하는 구성이다.
수처리 시스템(1)에서 처리하는 원수는, 예를 들어, 본 시스템(1)보다도 상류의 처리 공정에 있어서 생물적 처리가 행해진 하수나 폐수 등이다. 일반적으로, 생물적 처리가 행해진 원수의 전체 인 농도는 3 내지 10㎎/ℓ 또는 그 이상이다. 단, 원수의 종류가 한정되는 것은 아니고, 인을 함유하는 모든 물을 처리 대상으로 할 수 있고, 또한 원수 중의 전체 인 농도도 제한되지 않는다. 단, 원수의 pH는 5.8 내지 8.6 정도의 중성 영역인 것이 바람직하다.
제1여과장치(3)는, 예를 들어, 상하에 배관이 접속된 여과탑(34)의 내부에 여과 모래를 충전한 장치를 이용할 수 있다. 여과탑(34) 내에는, 예를 들어, 면 내에 다수의 통수 구멍이 형성된 지지부재(예를 들어, 배수 트랩(目皿))(35) 위에 여과 자갈 등을 충전시켜 지지층(36)이 형성되고, 이 지지층(36) 위에 여과 모래를 충전시켜 여과 모래층(37)이 형성되어 있다. 원수조(2)로부터의 피처리수는, 여과탑(34)의 상부에서부터 공급되어, 여과 모래층(37) 및 지지층(36)을 통과해서 여과탑(34)의 하부에서 배출된다. 한편, 후술하는 역 수세를 행할 때에는, 피처리수의 공급을 중단하고, 세정수를 여과탑(34)의 하부에서 공급해서 상부에서 배출한다. 또한, 여과 모래층(37) 위에 무연탄(anthracite)을 충전시키고, 여과 모래층(37)과 무연탄층의 2층 여과방식으로 하는 것도 가능하다.
제2여과장치(4)는, 예를 들어, 상하에 배관이 접속된 여과탑(42A)(42B)의 내부에 인 제거 여과재를 충전한 장치를 이용할 수 있다. 여과탑(42A)(42B) 내에는, 예를 들어, 면 내에 다수의 통수 구멍이 형성된 지지부재(예를 들어, 배수 트랩)(43A)(43B) 위에 여과 자갈 등을 충전시켜 지지층(44A)(44B)이 형성되고, 이 지지층(44A)(44B) 위에 인 제거 여과재를 충전시켜 인 제거 여과재층(45A)(45B)이 형성되어 있다. 피처리수(1차 처리수)는, 여과탑(42A)(42B)의 상부로부터 공급되어, 인 제거 여과재층(45A)(45B) 및 지지층(44A)(44B)을 통과해서 여과탑(42A)(42B)의 하부로부터 배출된다. 제2여과장치(4)는, 이와 같이 동일 구성의 2탑의 여과탑(42A)(42B)을 병렬 배치한 구성이다. 그리고, 밸브(V12) 내지 (V15)의 개폐에 의해서 통수하는 여과탑(42A)(42B)을 전환하는 것이 가능하다. 따라서, 연속 운전을 필요로 할 경우에는, 예를 들어, 미리 결정한 통수 시간이 경과할 때마다 통수하는 여과탑(42A)(42B)을 전환하고, 휴지 중에 있는 여과탑(42A)(42B)에 대해서 후술하는 여과재의 재활성화 처리를 행하도록 운전할 수 있다. 또한, 반드시 2탑 방식으로 하지 않아도 되고, 1탑으로 해도 되고, 반대로 3탑 이상이어도 된다.
인 제거 여과재는, 평균 입자 직경 0.1㎜ 이하, 바람직하게는 평균 입자 직경이 0.04 내지 0.08㎜의 범위 내에 있는 슬래그를 점토질계의 바인더와 혼합하고, 예를 들어, 평균 입자 직경이 0.1 내지 1.5㎜의 범위 내에 있는 입자 형상으로 입자화한 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 입자화 후에 예를 들어 600 내지 900℃에서 2시간 정도 소성한 것이다. 보다 바람직하게는, 슬래그의 평균 입자 직경이 0.1 ㎜ 이하이며, 최대입자 직경이 0.1 내지 0.12㎜이다. 점토질계의 바인더는, 예를 들어, 벤토나이트, 몬모릴로나이트(montmorillonite) 등을 이용할 수 있다. 슬래그와 바인더의 비율은, 예를 들어, 슬래그:바인더 = 50 내지 90%:10 내지 50%로 하는 것이 가능하다. 또한, 인 제거 여과재는, 공탑속도(SV)가 3 내지 10hr-1로 되도록 충전량을 결정하는 것이 바람직하다.
여기에서, 평균 입자 직경 0.1㎜ 이하의 슬래그를 이용한 이유에 대해서 설명한다. 배경기술의 난에서도 설명한 바와 같이, 종래에 있어서도 슬래그를 인 제거 여과재로 하는 것이 검토되어 왔지만, 엄격한 배수 기준이 설정되었을 경우의 적용 가능성이 염려되고 있었다. 본 발명자들은, 예의 연구의 결과, 도 2의 시험 결과로부터 명확한 바와 같이, 평균 입자 직경이 0.1㎜ 이하인 것을 선택적으로 이용하는 것에 의해서 인의 제거 효율이 비약적으로 향상하는 것을 밝혀내고, 그 결과, 전체 인(T-P) 농도 0.2㎎/ℓ 이하까지 인을 제거할 수 있는 인 제거 여과재의 구체화에 도달한 것이다. 도 2는, 평균 입자 직경이 다른 슬래그를 이용해서, 전술한 방법으로 인 제거 여과재를 조제하고, 실제로 피처리수를 통수했을 때의 인 제거율을 각각 나타내고 있다. 특허문헌 1 내지 4 등의 종래 기술은, 평균 입자 직경이 비교적 큰 슬래그를 주체로 하고 있고, 특허문헌 1에 있어서는 체 조작에 의해서 평균 입자 직경이 0.15㎜ 이하인 것을 미리 제외하는 것까지 행하고 있었다. 그 때문에, 평균 입자 직경이 0.1㎜ 이하인 것을 선택적으로 사용함으로써, 인의 제거 효율이 비약적으로 향상하는 것을 상정할 수 없었던 것이다.
슬래그를 구성하는 각 성분의 비율은, 이하에 나타낸 성분표의 범위 내인 것이 바람직하다. 특히, Fe203를 다량 함유하고 있는 쪽이 인의 제거를 양호하게 행할 수 있으므로, Fe203의 함유량이 10 내지 40질량%의 범위 내인 것이 바람직하다. 이러한 슬래그로서는, 철강 슬래그가 바람직하며, 그중에서도 용광로 슬래그가 바람직하다. 단, 전술한 이유에 의해, 예를 들어, 체 조작 또는 분쇄함으로써, 평균 입자 직경 0.1㎜ 이하의 슬래그를 선택적으로 사용한다. 또한, 성분표 중의 「기타」는 불순물이다.
슬래그 성분표
단위: 질량%
CaO Fe203 Si02 Al2O3 MnO 기타
20 내지 60 10 내지 40 1O 내지 20 2 내지 1O 2 내지 1O 1 내지 5
설명을 도 1로 되돌아가면, 수처리 시스템(1)은, 인 제거 여과재의 재활성화를 행하는 수단을 더 구비하고 있다. 재활성화 방법은, 종래 방법과는 달리, 우선 산성 용액에 의한 여과재 표면의 세정을 행하고, 그 후에 알칼리 용액을 공급해서 여과재를 활성화시킨다. 그를 위한 수단으로서, 세정액인 산성 용액을 저장하는 산성 용액조(5)와, 산성 용액을 제2여과장치(4)에 공급하는 산성 용액 펌프(51)와, 활성화 용액인 알칼리 용액을 저장하는 알칼리 용액조(52)와, 알칼리 용액을 제2여과장치(4)에 공급하는 알칼리 용액 펌프(53)를 구비하고 있다. 또한, 인 제거 여과재를 세정한 후의 산성 용액을 회수하는 세정액 회수조(54)를 구비하고 있다.
산성 용액은, 예를 들어, 0.01 내지 10질량%, 바람직하게는 0.5 내지 2.0질량%의 염산을 이용할 수 있다. 그밖에, H2S04, HN03 등을 이용하는 것도 가능하다. 또한, 알칼리 용액은, 예를 들어, NaOH를 이용할 수 있다. 또, 반드시 알칼리 용액에 의한 활성화를 행하지 않더라도 되고, 예를 들어, 산 세정 후의 여과재를 여과탑(42A)(42B)으로부터 취출하여, 소성함으로써 활성화하도록 해도 된다.
재활성화는, 인 제거 여과재의 활성이 지나치게 저하하지 않도록, 미리 결정한 시간에 주기적으로 행하는 것이 바람직하다. 시간에 의한 방법 이외에도, 소정량의 인을 제거할 때마다 재활성화를 행하도록 해도 되거나, 혹은, 2차 처리수의 전체 인 농도가 미리 결정한 상한치에 도달할 때마다 재활성화를 행하도록 해도 된다.
또, 수처리 시스템(1)은, 고형분을 포착해서 여과저항이 점차로 증가하는 제1여과장치(3)를 세정(역세(逆洗))하기 위해서, 1차 처리수를 세정수로서 제1여과장치(3)에 공급하는 제1역세 펌프(38), 제1여과장치(3)로부터 배출되는 탁질(濁質)을 함유한 세정수를 회수하는 역세 배수조(39)를 구비하고 있다. 또한, 제2여과장치(4)의 통수 저항이 증가했을 경우에, 2차 처리수를 세정수로서 제2여과장치(4)에 공급하는 제2역세 펌프(46)를 구비하고 있어, 제2여과장치(4)로부터 배출되는 세정수도 역세 배수조(39)에서 회수한다. 역세는, 통수 저항이 지나치게 증가하지 않도록, 미리 결정한 시간에 주기적으로 행하는 것이 바람직하다. 그 밖에도, 압력 센서로 통수 저항을 측정하고, 통수 저항이 미리 결정한 상한치에 도달할 때마다 역세를 행하도록 해도 된다.
각 장치를 연결하는 유로(예를 들어, 배관)의 도중에 배치되어 있는 밸브(VI) 내지 (V15)는, 각 공정에 있어서의 통수 경로를 전환시키기 위하여, 수동 또는 자동으로 개폐 제어된다. 밸브(V1) 내지 (V4)는, 제1여과장치(3)에 피처리수를 통수시켜 여과하는 프로세스 공정과, 제1여과장치(3)를 역세하는 세정 공정의 전환을 행한다. 밸브(V5) 내지 (V11)는, 제2여과장치(4)에 1차 처리수를 통수시켜 여과하는 프로세스 공정과, 여과재를 재활성화하는 공정과, 제2여과장치(4)를 역세하는 세정 공정의 전환을 행한다. 밸브(V12) 내지 (V15)는, 여과탑(42A)과 여과탑(42B)의 통수의 전환을 행한다.
본 실시형태의 수처리 시스템(1)은, 환경보호의 관점에서 피처리수에의 약액 첨가는 원칙적으로 행하지 않는다. 그러나, 원수의 pH가 방류 기준값을 벗어날 경우에는, 제2여과장치(4)의 바로 앞에서 산성 용액 또는 알칼리 용액을 첨가해서 중화하도록 한다. pH의 조정 범위는, 예를 들어, 5.8 내지 8.6의 중성 영역으로 한다. 그를 위한 수단으로서, 피처리수를 중화하기 위한 산성 용액 및/또는 알칼리 용액을 저장하는 중화액조(6)와, 중화액조(6)에 있는 중화액을 피처리수에 첨가하는 중화 펌프(61)를 구비하고 있다. 그리고, 배관의 도중 또는 2차 처리수조(41)로부터 피처리수를 샘플링해서 pH를 측정하고, pH의 측정 결과에 의거해서 중화액을 첨가한다. 또한, 작도의 편의상, 1조의 중화액조(6)와 중화 펌프(61)를 기재하고 있지만, 산성 용액과 알칼리 용액의 양쪽을 이용해서 pH 조정을 할 경우에는, 각각 별개의 조와 펌프를 구비하도록 한다.
계속해서, 전술한 수처리 시스템(1)에서 인을 제거하는 처리방법에 대해서 설명한다. 우선, 인을 제거하는 프로세스 공정에 있어서는, 원수조(2)에 있는 피처리수를 제1공급 펌프(31)에 의해서 제1여과장치(3)에 공급하고, 고형분(소위, SS분)을 여과 분리해서 1차 처리수조(32)에 저장한다. 또한, 1차 처리수조(32)에 있는 피처리수를 제2공급 펌프(33)에 의해서 제2여과장치(4)에 송액하지만, 피처리수의 pH에 따라서는 중화 펌프(61)를 가동시켜서 pH 조정을 행한다.
제2여과장치(4)에 공급된 피처리수는, 인 제거 여과재층(45A)(45B)을 통과할 때 인이 여과 분리되어, 2차 처리수조(41)에 저장된다. 2차 처리수조(41)에 있는 피처리수는, 펌프(도시 생략) 등에 의해서 하류의 공정에 송액되거나, 혹은 방류된다. 또한, 인 제거 메커니즘을 간단히 설명해두면, 피처리수 중의 인 성분과 슬래그 표면이 접촉했을 때 인 성분과 슬래그 표면이 반응하여, 인 성분이 화학적으로 슬래그 표면에 포착된다. 이와 같이 화학적으로 여과 분리가 행해지므로, 인의 제거를 계속해가면 슬래그 표면이 인의 반응물로 덮여져 가서, 유효표면적의 감소에 따른 활성이 저하하게 된다. 물리적인 세정으로 제거하는 것은 어렵다. 따라서, 주기적으로 이하의 재활성화를 행한다.
재활성화는, 피처리수의 공급을 중단해서 행한다. 따라서 제2여과장치(4)를 2탑 방식으로 하고, 한쪽의 여과탑(42A)(42B)에서 피처리수를 처리하면서, 다른 쪽의 여과탑(42B)(42A)에 대해서 재활성화를 행하도록 하여, 프로세스 공정을 중단하지 않는 것이 바람직하다. 재활성화는, 우선, 세정액인 산성 용액을 산성 용액 펌프(51)에 의해서 여과탑(42A)(42B)에 공급하고, 여과탑(42A)(42B)으로부터 배출되는 세정액을 세정액 회수조(54)에서 회수한다. 산성 용액은, 여과탑(42A)(42B) 내의 pH가 1 이하로 되는 농도 및 유량으로 공급하는 것이 바람직하다. 또한, 산성 용액에 의한 세정 시간은, 예를 들어, 10 내지 30분으로 하는 것이 가능하다.
이와 같이, 우선 산성 용액으로 세정함으로써, 슬래그 표면에 있는 인의 반응물을 제거할 수 있고, 슬래그의 유효표면이 드러나는 것에 의해서 활성이 회복된다. 유효표면적이 회복되면 그대로 재사용하는 것도 가능하지만, 보다 확실한 재활성화를 위하여, 인 제거 여과재를 알칼리 용액에 침지시키는 처리를 행한다. 알칼리 용액은, 산성 용액의 공급을 정지한 후, 알칼리 용액 펌프(53)에 의해서 공급한다. 그리고, 예를 들어, pH 11 내지 14의 액 중에 인 제거 여과재가 침지하는 상태를 형성하고, 이 상태를 예를 들어 12시간 이상 유지함으로써 활성화시킨다.
알칼리 용액에 의한 활성화는 장시간을 필요로 할 경우가 있다. 그 때문에, 알칼리 용액에 의한 활성화 대신에, 소성에 의한 활성화를 행하도록 해도 된다. 이 경우, 여과탑(42A)(42B)으로부터 인 제거 여과재를 취출하고, 예를 들어, 600 내지 900℃에서 2시간 정도 소성한다.
또, 산성 용액에 의한 세정은, 슬래그 표면에 있는 인의 반응물을 제거할 수 있고, 또한, 세정배수에 함유되는 인을 추출하면, 포착한 인을 유효 활용할 수 있는 특징이 있다. 그 반면, 산 세정함으로써 슬래그의 입자 직경이 점차로 작아져 가는 것이 염려된다. 따라서, 산 세정의 횟수가 다수 회에 도달한 경우에는, 인 제거 여과재를 교환하는 것이 바람직하다. 사용 후의 인 제거 여과재는, 토양개량제, 농업용 비료 등으로서 재이용할 수 있다.
또한, 제1여과장치(3)의 통수 저항이 상승했을 경우, 제1공급 펌프(31)를 정지하고, 밸브(V1) 내지 (V4)의 개폐에 의해서 프로세스 공정에서부터 세정 공정으로 라인의 전환을 행한다. 그리고, 제1역세 펌프(38)에 의해서 세정수를 여과탑(34)의 하부에서부터 공급하여, 여과모래를 세정한다. 여과탑(34)의 상부에서부터 배출되는 세정 배수는, 역세 배수조(39)에 회수된다. 제2여과장치(4)의 통수 저항이 상승했을 경우에도, 마찬가지로 해서 역세를 행한다.
전술한 실시형태에 따르면, 평균 입자 직경 0.1㎜ 이하인 슬래그를 점토질계의 바인더와 혼합하고, 입자 형상으로 입자화한 인 제거 여과재를 이용함으로써, 슬래그가 높은 인 제거 활성을 발휘한다. 그 활성은, 배출 기준값(예를 들어, 전체 인 농도로 0.2㎎/ℓ)이 인하되었다고 해도, 배출 기준값을 밑도는 농도까지 인을 제거할 수 있을 정도로 고활성이다.
또, 전술한 실시형태에 따르면, 높은 인 제거 활성을 발휘하는 인 제거 여과재를 이용한 것에 의해, 종래 방법과 같이 인 제거 여과재의 활성을 높이기 위한 알칼리 용액을 피처리수에 계속 첨가하지 않아도 되어, 환경보호에 공헌하면서 안정한 인 제거를 행하는 것이 가능하다.
또한, 전술한 실시형태에 따르면, 인 제거 여과재의 재활성화에 있어서, 우선 산성 용액에 의한 세정을 행하도록 한 것에 의해, 슬래그 표면에 있는 인의 반응물을 제거할 수 있어, 슬래그의 유효표면을 출현시키는 것에 의해서 활성을 회복시킬 수 있다. 또, 산 세정의 세정 배수에 함유되는 인을 추출하면, 포착한 인을 유효 활용하는 것도 가능해진다.
(제2실시형태)
계속해서, 제2실시형태에 따른 수처리 시스템에 대해서, 도 3을 참조하면서 설명한다. 전술한 제1실시형태는, 피처리수가 통수되는 여과탑 방식의 장치 구성이었지만, 본 실시형태에 따른 수처리 시스템은, 피처리수에 인 제거 여과재를 첨가해서 교반하는 교반조 방식의 장치 구성이다.
수처리 시스템(100)은, 일단 측에 피처리수의 공급구(71), 타단 측에 배출구(72)를 지니는 교반조(7)를 구비하고 있다. 교반조(7)는, 칸막이 벽(73)에 의해서 복수의 영역으로 구획되어 있고, 일단 측에서부터 차례로, 여과재 첨가영역을 겸한 제1교반영역(74), 제2교반영역(75), 여과재 회수영역(76)을 형성하고 있다. 원수조(2)에 있는 피처리수는, 공급 펌프(31)에 의해서 공급구(71)에 연속적으로 공급되어, 각 영역(74→75→76)을 통과해서 배출구(72)로부터 배출된다. 또, 반드시 칸막이 벽(73)에 의해서 각 영역(74) 내지 (76)을 형성하지 않아도 되고, 각 영역(74) 내지 (76)을 각각 독립적인 조로 형성하도록 해도 된다.
여과재 첨가영역을 겸한 제1교반영역(74)은, 인 제거 여과재를 피처리수에 첨가하는 영역인 동시에, 인 제거 여과재가 첨가된 피처리수를 교반하는 영역이며, 예를 들어, 구동 모터에 의해서 회전되는 교반날개를 구비한 교반장치(74a)가 배치되어 있다. 제2교반영역(75)도, 인 제거 여과재가 첨가된 피처리수를 교반하는 영역이며, 예를 들어, 구동 모터에 의해서 회전되는 교반날개를 구비한 교반장치(75a)가 배치되어 있다. 제1 및 제2교반영역(74), (75)이, 실질적으로 인의 제거를 행하는 영역이며, 이 영역 내에서 인 제거 여과재를 균일하게 분산시킴으로써, 인 성분과 슬래그 표면의 반응을 촉진시킨다. 따라서, 제1 및 제2교반영역(74), (75)의 용적이나 피처리수의 공급 유량 등은, 인이 소정의 목표값 이하까지 분해될 수 있는 체류 시간으로 되도록 설계되어 있다. 공급 유량은, 유량계(31a)의 검출 결과에 의거해서 조절한다. 또한, 인이 소정의 목표값 이하까지 분해될 수 있는 것이라면 제1교반영역(75)만으로 해도 되고, 반대로 교반영역의 수를 늘리도록 해도 된다.
여과재 회수영역(76)은, 피처리수로부터 인 제거 여과재를 분리하기 위한 영역이다. 도 3에는, 일례로서 피처리수와 여과재의 비중차를 이용해서 고액분리하는 침강 분리조를 나타내고 있다. 침강 분리조의 바닥부에는, 인 제거 여과재를 포함하는 슬러리액을 바닥부로부터 뽑아내기 위한 여과재 회수펌프(8)가 접속되어 있다. 한편, 침강 분리조의 상부 측에 배출구(72)가 접속되어 있고, 인 제거 여과재를 포함하지 않는 상등수가 오버플로(overflow)되어 배출된다. 단, 여과재 회수영역(76)은, 피처리수로부터 인 제거 여과재를 분리·회수할 수 있으면 되고, 다른 고액분리장치로 치환하는 것도 가능하다. 다른 고액분리 장치로서는, 예를 들어, 데칸터(decanter) 등의 원심분리장치나 여과장치 등을 일례로서 들 수 있다.
여과재 회수펌프(8)는, 배관 등의 유로를 개재해서 사이클론(cyclon)(81)과 접속되어 있고, 인 제거 여과재를 포함하는 슬러리액을 사이클론(81)에 공급한다. 여과재 회수펌프(8)는, 여과재 회수영역(76)의 액면을 제어하기 위해서, 예를 들어 액면계(76a)의 검출 결과에 의거해서 온-오프 제어한다. 사이클론(81)은, 슬러리액으로 인 제거 여과재를 분리해서 회수조(82)에 공급하는 동시에, 분리수를 배관 등의 유로를 개재해서 여과재 첨가영역을 겸한 제1교반영역(74)에 되돌린다. 회수조(82) 내의 인 제거 여과재는, 다시 여과재 첨가영역을 겸한 제1교반영역(74)에 첨가되고, 이것에 의해 인 제거 여과재를 순환 사용한다. 또한, 밸브(8a)는, 제1교반영역(74) 및 제2교반영역(75)의 바닥부에 여과재가 퇴적된 경우에 개폐하여, 여과재 회수펌프(8)의 액류를 이용해서 퇴적되어 있는 여과재를 들어올리는데 사용한다.
단, 인을 제거함으로써 점차로 인 제거 여과재의 활성이 저하되므로, 회수조(82) 내에 있는 인 제거 여과재의 일부를 주기적 또는 연속적으로 뽑아내서 재활성화 처리를 행한다. 재활성화는, 이미 설명한 바와 같이, 우선 인 제거 여과재를 산성 용액으로 세정하고, 다음에 알칼리 용액에 침지시키거나 혹은 소성을 행한다. 재활성화된 인 제거 여과재는, 예를 들어, 호퍼 등의 여과재 첨가 장치(83)에 의해서 여과재 첨가영역을 겸한 제1교반영역(74)에 첨가한다. 인 제거 여과재의 신규 보충도 이 여과재 첨가 장치(83)에 의해서 행한다. 여과재 첨가장치(83)는, 예를 들어, 수분을 제거하는 드라이 에어 유닛(84)을 개재해서 공급하는 압축기(compressor) 공기(압축 공기)를 구동력으로 해서 여과재를 공급하는 구성이다.
본 실시형태에서 사용하는 인 제거 여과재는, 예를 들어, 입자화 후의 평균 입자 직경이 0.1 내지 0.3㎜의 범위 내로 되는 입자 형상인 것을 이용하는 것이 바람직하다. 단, 이것으로 한정되지 않고, 제1실시형태와 마찬가지의 것을 사용해도 되고, 입자화를 행해지 않고 평균 입자 직경 0.1㎜ 이하의 슬래그를 그대로 사용해도 된다. 평균 입자 직경 0.1㎜ 이하의 슬래그를 그대로 사용할 경우에도, 소성한 쪽이 인의 제거 효율이 안정적이다.
이러한 실시형태에 있어서도, 제1실시형태와 마찬가지 효과를 얻을 수 있다. 또, 여과탑 방식과의 비교에 있어서, 본 실시형태에는, 접촉 면적의 증가에 의해, 반응 속도와 반응 효율을 향상시킨다고 하는 이점이 있다.
[ 실시예 ]
( 실시예 1)
계속해서, 본 발명의 효과를 확인하기 위해서 행한 실시예 1에 대해서 설명한다. 본 실시예는, 제1실시형태의 여과탑 방식에 대응하는 것이며, 여과 칼럼(φ75㎜, 높이 1000㎜)에 인 제거 여과재를 충전시키고, 원수를 통수시켜 인을 제거한 실시예 1이다. 보다 상세하게는, 층 두께가 700㎜로 되도록 여과 칼럼 내에 인 제거 여과재를 충전시키고, 전체 인 농도가 10㎎/ℓ인 원수를, SV=10hr-1로 되도록 통수시켰다.
실시예 1의 결과를 표 2에 나타낸다. 표 2의 결과로부터 명확한 바와 같이, 95% 이상이라고 하는 높은 제거율이 달성되어, 목표값(0.2㎎/ℓ) 이하까지 인을 제거할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.
항목 결과
통수 속도(SV=hr-1) 10
원수 인 농도(㎎/ℓ) 10.0
처리수 인 농도(㎎/ℓ) 0.05
인 제거율 95% 이상
여과재 단위량당의 인 제거량(p ㎎/여과재 g) 10.0
( 실시예 2)
본 실시예는, 파일럿 플랜트를 이용한 스케일업(scale up) 시험이다. 보다 상세하게는, 여과탑(φ850㎜, 높이 2500㎜) 내에, 층 두께가 800㎜로 되도록 인 제거 여과재를 충전시키고, 전체 인 농도가 3㎎/ℓ인 피처리수를, SV=5hr-1로 되도록 통수시켰다.
실시예 2의 결과를 표 3에 나타낸다. 표 3의 결과로부터 명확한 바와 같이, 97% 이상이라고 하는 높은 제거율이 달성되어, 목표값(0.2㎎/ℓ) 이하까지 인을 제거할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.
항목 결과
통수 속도(SV=hr-1) 5
원수 인 농도(㎎/ℓ) 3.0
처리수 인 농도(㎎/ℓ) 0.1
인 제거율 97% 이상
여과재 단위량당의 인 제거량(p ㎎/여과재 g) 6.0
( 실시예 3)
본 실시예는, 제2실시형태의 교반조 방식에 대응하는 것이며, 크기가 L1580㎜×D1440㎜×H3080㎜인 교반조(7)를 이용해서, 경시적으로 인의 농도를 측정하여, 제거율을 산출하였다. 시험 1 내지 3은, 원수에 대한 여과재의 비율을 약 0.7질량%로 설정하였다. 시험 4 내지 5는, 원수에 대한 여과재의 비율을 약 0.3질량%로 설정하였다. 그 밖의 상세한 시험 조건 및 시험 결과에 대해서는, 도 4에 나타낸다.
도 4의 시험 결과로부터 명확한 바와 같이, 어느 쪽의 시험에 있어서도 90%를 초과하는 제거율을 달성하고 있어, 목표값(0.2㎎/ℓ) 이하까지 인을 제거할 수 있었다. 금회의 시험에서는, 원수의 인 농도를 약 3㎎/ℓ로 설정하고 있지만, 그 이상 또는 그 이하의 농도의 원수에도 통수속도, 여과재의 첨가량 또는 교반조 내에서의 여과재와 원수의 접촉 시간을 조정하는 것에 의해 대응하는 것이 가능하다. 또한, 시험 4 내지 5의 결과에 의거하면, 원수에 대한 여과재의 비율을 약 0.3질량%로 해도 높은 제거율을 달성할 수 있어, 여과재의 사용량을 절약할 수 있는 이점도 확인할 수 있었다.
이상, 본 발명을 구체적인 실시형태에 의거해서 상세히 설명했지만, 형식이나 세부에 대한 각종 치환, 변형, 변경 등이, 특허청구범위의 기재에 의해 규정되는 바와 같은 본 발명의 정신 및 범위에서 일탈하는 일 없이 행해지는 것이 가능한 것은, 해당 기술분야에 있어서의 통상의 지식을 가진 자에게는 명확하다. 따라서, 본 발명의 범위는, 전술한 실시형태 및 첨부 도면으로 한정되는 것은 아니고, 특허청구범위의 기재 및 이것과 균등한 것에 의거해서 정해져야 한다.
1: 수처리 시스템 2: 원수조
3: 제1여과장치 4: 제2여과장치
42A, 42B: 여과탑 45A, 45B: 인 제거 여과재층
5: 산성 용액(세정액)조 51: 산성 용액 펌프
52: 알칼리 용액(재활성화 용액)조 53: 알칼리 용액 펌프

Claims (8)

  1. 피처리수에 함유되는 인을 인 제거 여과재에 접촉시켜서 제거하는 수처리 시스템에 있어서,
    피처리수와 접촉시키는 인 제거 여과재가 슬래그를 포함하고 있고, 상기 슬래그의 평균 입자 직경이 0.1㎜ 이하이며, 상기 인 제거 여과재는, 상기 슬래그를 점토질계 바인더와 혼합하여, 평균 입자 직경 0.3㎜ 이하의 입자 형상으로 입자화하여, 소성한 것이고,
    상기 수처리 시스템은, 상기 인 제거 여과재를 피처리수에 첨가해서 교반하는 교반조와, 인이 제거된 피처리수로부터 인 제거 여과재를 분리·회수하는 고액분리장치와, 분리한 인 제거 여과재를 새로운 피처리수에 재첨가하는 수단을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 수처리 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 슬래그는, Fe203의 함유율이 10질량% 내지 40질량%의 범위 내인 것을 특징으로 하는 수처리 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 수처리 시스템은, 소정 시간 또는 소정량의 인을 제거한 인 제거 여과재의 표면을 세정하기 위한 산성 용액을 공급하는 수단과, 산 세정 후의 인 제거 여과재를 활성화하기 위한 알칼리 용액을 공급하는 수단을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 수처리 시스템.
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