KR101489136B1 - 실트 함유수의 응집 처리 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

(과제) 고농도 실트 함유수의 응집 처리에 있어서, 고밀도이고 침강성이 높은 플록을 형성시킴으로써, 고액 분리성을 개선하여, 고수질의 처리수를 얻는다.
(해결 수단) 실트 함유수에 무기 응집제와 카티온계 고분자 응집제를 첨가한 후, 아니온계 고분자 응집제를 첨가하여 응집 처리하고, 그 후 고액 분리한다. 먼저 카티온계 고분자 응집제를 첨가한 후에 아니온계 고분자 응집제를 첨가하면, 무기 응집제와 카티온계 고분자 응집제의 작용으로, SS 가 강고하게 결합되어, 플록 직경은 작지만, 고밀도로 충분히 꽉 조여진 플록이 형성되게 되고, 그 후, 아니온계 고분자 응집제를 첨가함으로써, 이 플록이 고밀도의 상태를 유지한 채로, 더욱 조대화되게 되어, 잘 부서지지 않고, 침강성이 우수한 플록이 형성된다.

Description

실트 함유수의 응집 처리 방법 및 장치 {FLOCCULATION TREATMENT METHOD AND APPARATUS FOR WATER CONTAINING SILT}

본 발명은, 하천수 등의 실트 함유수를 응집 처리하는 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 무기 응집제와 카티온계 고분자 응집제 및 아니온계 고분자 응집제를 사용하여 실트 함유수를 응집 처리한 후, 고액 분리하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

하천수, 호소수(湖沼水) 등의 용수, 혹은 하수, 산업 배수 등의 배수와 같은 현탁 물질 (SS) 함유수의 응집, 고액 분리 처리는, 일반적으로, SS 함유수 중에 함유되는 SS 의 제거에 필요한 무기 응집제를 첨가한 후, pH 조정제를 첨가하여 응집 처리에 적합한 pH 로 조정하여 플록을 형성하고, 침강 분리, 부상 분리, 여과 분리 등으로 고액 분리하여 고형분을 제거함으로써 행해지고 있다. 이 응집 처리에는, 형성된 플록을 조대화하여 고액 분리성을 높이기 위해, 무기 응집제와 함께 고분자 응집제가 병용되고 있으며, 특허문헌 1 에는, 각종 현탁액의 응집 처리에 있어서, 고분자 응집제의 첨가를 전후 2 단으로 나누어 실시하여, 전단에서 아니온계 고분자 응집제를 첨가하고, 후단에서 카티온계 고분자 응집제를 첨가하는 방법이 제안되어 있다.

또한, 응집 처리수의 고액 분리 수단으로서 침전조를 사용한 경우, 침전조에서 분리된 상청수를 추가로 여과기로 처리하는 것이 행해지는 경우도 있다.

또, 고액 분리수는, 그 용도에 따라, 추가로 역침투 (RO) 막 분리 장치에 의해 탈염 처리가 행해지는 경우도 있다.

일본 공개특허공보 2008-114142호

본 발명자들의 검토에 의해, 고농도 실트 함유수를 응집 처리할 때에, 아니온계 고분자 응집제를 먼저 첨가하고, 그 후 카티온계 고분자 응집제를 첨가하는 응집 처리에서는, 형성되는 플록이 지나치게 조대화됨으로써, 플록이 취약해져, 부숴지기 쉬워지는 것을 지견(知見)하였다. 즉, 실트는 미세한 토양 입자로, 수중에서 부유하여 침강하기 어렵고, 이와 같은 실트를 고농도로 함유하는 물은, 통상적인 SS 함유수의 응집 처리법을 적용해도 양호한 응집 플록을 얻을 수 없다.

플록이 붕괴되어 미세 플록이 발생하면, 이 미세 플록으로 인해 침전조의 상청수의 탁도가 높아져, 처리수의 수질은 악화되고, 또한 후단의 여과기가 막히기 쉬워짐으로써, 여과기의 역세(逆洗) 빈도가 높아진다. 또한, 이 후단에 RO 막 분리 장치를 형성한 경우, 이 RO 막 분리 장치도 막히기 쉬워져 차압이 상승하는 문제가 있다.

또, 플록이 지나치게 조대화됨으로써, 플록 내 및 플록 간의 공극률이 높아져, 침전조의 오니 계면이 상승하기 때문에, 이 오니 계면을 적절한 위치에 유지하기 위해, 오니 추출량을 많게 할 필요가 생긴다.

본 발명은, 상기 종래의 문제점을 해결하여, 고농도 실트 함유수의 응집 처리에 있어서, 고밀도이고 침강성이 높은 플록을 형성시킴으로써, 고액 분리성을 개선하여, 고수질의 처리수를 얻는 실트 함유수의 응집 처리 방법 및 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.

본 발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위해 예의 검토를 거듭한 결과, 고농도 실트 함유수의 응집 처리에 있어서, 무기 응집제와 병용하는 고분자 응집제의 첨가 순서로서, 특허문헌 1 에 기재된 방법과는 반대로, 먼저 카티온계 고분자 응집제를 첨가한 후에 아니온계 고분자 응집제를 첨가하면, 무기 응집제와 카티온계 고분자 응집제의 작용으로, SS 가 강고하게 결합되어, 플록 직경은 작지만, 고밀도로 충분히 꽉 조여진 플록이 형성되게 되고, 그 후, 아니온계 고분자 응집제를 첨가함으로써, 이 플록이 고밀도의 상태를 유지한 채로, 더욱 조대화되게 되어, 잘 부서지지 않고, 침강성이 우수한 플록이 형성되는 것을 알아냈다.

본 발명은 이와 같은 지견에 기초하여 달성된 것으로서, 이하를 요지로 한다.

[1] 실트 함유수에 응집제를 첨가하여 응집 처리하는 응집 공정과, 그 후, 고액 분리하는 고액 분리 공정을 갖는 실트 함유수의 처리 방법에 있어서, 그 응집 공정은, 그 실트 함유수에 무기 응집제 및 카티온계 고분자 응집제를 첨가하는 공정과, 이어서 아니온계 고분자 응집제를 첨가하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 실트 함유수의 응집 처리 방법.

[2] [1] 에 있어서, 상기 무기 응집제를 제 1 반응조 또는 그 제 1 반응조에 도입되는 실트 함유수에 첨가하고, 상기 카티온계 고분자 응집제를 그 제 1 반응조에 첨가하고, 그 제 1 반응조의 유출수를 그 제 1 반응조와는 별체인 제 2 반응조에 도입하고, 상기 아니온계 고분자 응집제를 그 제 2 반응조 또는 그 제 2 반응조 유입수에 첨가하는 것을 특징으로 하는 실트 함유수의 응집 처리 방법.

[3] [1] 또는 [2] 에 있어서, 상기 무기 응집제는 Fe 계 응집제이고, 상기 응집 공정의 pH 를 5 ∼ 6 으로 하는 것을 특징으로 하는 실트 함유수의 응집 처리 방법.

[4] [1] 내지 [3] 중 어느 하나에 있어서, 상기 실트 함유수의 탁도가 100 NTU 이상이고, SS 농도가 200 ㎎/ℓ 이상인 것을 특징으로 하는 실트 함유수의 응집 처리 방법.

[5] 실트 함유수가 도입되는 제 1 반응조와, 그 제 1 반응조에 도입되는 실트 함유수 또는 그 제 1 반응조에 무기 응집제를 첨가하는 무기 응집제 첨가 수단과, 그 제 1 반응조에 카티온계 고분자 응집제를 첨가하는 카티온계 고분자 응집제 첨가 수단과, 그 제 1 반응조로부터의 유출수가 도입되는 제 2 반응조와, 그 제 2 반응조로의 유입수 또는 그 제 2 반응조에 아니온계 고분자 응집제를 첨가하는 아니온계 고분자 응집제 첨가 수단과, 그 제 2 반응조의 유출수를 고액 분리하는 고액 분리 수단을 갖는 실트 함유수의 응집 처리 장치.

[6] [5] 에 있어서, 상기 제 1 반응조 및 제 2 반응조의 pH 를 5 ∼ 6 으로 하기 위한 pH 조정 수단이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 실트 함유수의 응집 처리 장치.

본 발명에 의하면, 고농도 실트 함유수의 응집 처리시에, 고밀도이고 침강성이 우수하며, 잘 부숴지지 않는 조대 플록을 형성할 수 있기 때문에, 이 응집 처리수를 고액 분리하여, 고수질의 처리수를 얻을 수 있다.

또, 침전조에서 고액 분리하는 경우에 있어서, 상청수 탁도의 상승 및 조 내의 오니 계면의 상승을 억제할 수 있어, 오니 계면을 유지하기 위한 오니 추출량을 저감시킬 수 있음과 함께, 후단에 형성된 여과기의 역세 빈도를 저감시킬 수 있어, 고수질의 여과수를 얻을 수 있다. 또, 추가로 RO 막 분리 장치를 후단에 형성한 경우에 있어서도, 이 RO 막 분리 장치의 차압의 상승을 억제할 수 있다.

고액 분리 수단으로서 막 분리 장치나 여과기를 형성한 경우에 있어서도, 그 차압의 상승을 방지하여, 역세 빈도를 저감시킬 수 있다.

또, 고액 분리 수단으로서 부상 분리조를 사용하는 경우에도 스컴의 파손을 방지하는 것이 가능해져, 청징(淸澄)한 처리수를 얻는 것이 가능해진다.

본 발명에 있어서, 응집 처리는 pH 5 ∼ 6 의 범위에서 실시하는 것이 SS 가 충분히 제거된 고수질의 처리수를 얻는 데에 있어서 바람직하고, 이와 같은 pH 조건에서 응집 처리를 실시하는 것으로부터, 무기 응집제로는 Fe 계 응집제를 사용하는 것이 바람직하다.

도 1 은 본 발명의 실트 함유수의 응집 처리 방법 및 장치의 실시형태의 일례를 나타내는 계통도이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실트 함유수의 응집 처리 방법 및 장치의 실시형태를 상세하게 설명한다.

도 1 은 본 발명의 실트 함유수의 응집 처리 방법 및 장치의 실시형태의 일례를 나타내는 계통도로, 도 1 에 있어서는 원수 (실트 함유수) 는, 제 1 반응조 (1) 에 도입되어, 무기 응집제와 카티온계 고분자 응집제 (이하, 「카티온 폴리머」라고 한다) 와 필요에 따라 pH 조정제가 첨가되어 응집 처리된 후, 이어서 제 2 반응조 (2) 에 도입되어, 아니온계 고분자 응집제 (이하, 「아니온 폴리머」라고 한다) 와 필요에 따라 pH 조정제가 첨가되어 응집 처리된다. 제 2 반응조 (2) 의 유출수는 침전조 (3) 에서 고액 분리되고, 상청수 (분리수) 가 처리수로서 취출된다.

본 발명에서 응집 처리하는 실트 함유수란, 하천이나 호소 등의 표류수(表流水)와 같은, 입경 0.002 ∼ 0.02 ㎜ 정도의 미세한 토양 입자인 점토성 물질 (실트) 을 함유하는 물로, 본 발명은, 이와 같은 실트 함유수 중, 특히, 탁도가 100 NTU 이상, 예를 들어 100 ∼ 10000 NTU 이고, SS 농도가 100 ㎎/ℓ 이상, 예를 들어 100 ∼ 3000 ㎎/ℓ 정도인 고농도 실트 함유수에 유효하다.

이와 같은 실트 함유수의 응집 처리에 있어서의 pH 조건은, pH 5 ∼ 6 의 범위인 것이 바람직하고, 이 pH 범위 내에서 응집 처리함으로써, 고수질의 처리수를 얻을 수 있다. 따라서, 도 1 에 있어서, 제 1 반응조 (1) 및 제 2 반응조 (2) 에는, 조 내의 액의 pH 가 5 ∼ 6 이 되도록 필요에 따라 산, 또는 알칼리의 pH 조정제를 첨가하는 것이 바람직하다.

또, 이와 같이, 응집 처리시의 pH 를 바람직하게는 5 ∼ 6 으로 하는 것으로부터, 원수에 첨가하는 무기 응집제로는, pH 5 ∼ 6 의 범위에서 응집 효과가 높은 Fe 계 무기 응집제를 사용하는 것이 바람직하고, 예를 들어, 염화제이철, 폴리황산철 등의 1 종 또는 2 종 이상을 사용할 수 있다. Fe 계 응집제는 비교적 비중이 무거워, 형성되는 플록의 침강성의 향상에도 유효하다.

원수에 대한 무기 응집제의 첨가량은, 원수의 수질, 사용하는 무기 응집제의 종류에 따라서도 상이하지만, 통상의 경우, 40 ∼ 500 ㎎/ℓ 정도로 하는 것이 바람직하다.

제 1 반응조에 첨가하는 카티온 폴리머로는, 특별히 제한은 없지만, 예를 들어, 폴리디알릴 4 급 암모늄염, 폴리(메트)아크릴산아미노에스테르, 폴리(메트)아크릴산아미노에스테르 공중합체, 폴리에틸렌이민, 폴리아미드폴리아민, 디할로알칸폴리알킬렌폴리아민 중축합체, 폴리아크릴아미드의 만니히(mannich) 변성물, 폴리아크릴아미드의 호프만 분해물, 폴리(메트)아크릴레이트폴리알킬렌폴리아민, 카티온화 전분, 키토산 등을 들 수 있으며, 이들의 1 종 또는 2 종 이상을 사용할 수 있다.

카티온 폴리머의 첨가량은, 지나치게 적으면 충분히 치밀한 플록을 형성할 수 없고, 지나치게 많으면 리크하여, 여과기 혹은 RO 막을 폐색시킬 우려가 있는 것으로부터, 2.5 ∼ 10 ㎎/ℓ 정도로 하는 것이 바람직하다.

또한, 제 1 반응조 (1) 에 있어서, 충분히 치밀한 플록을 형성하기 위해, 제 1 반응조 (1) 의 체류 시간이 10 ∼ 30 min 이 되도록 처리를 실시하는 것이 바람직하다.

제 2 반응조 (2) 에 첨가하는 아니온 폴리머로는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 폴리아크릴아미드의 부분 가수분해물, 폴리아크릴아미드와 아크릴산나트륨의 공중합물, 아크릴아미드와 비닐술폰산나트륨의 공중합물, 및 아크릴아미드와 아크릴산나트륨과 2-아크릴아미드-2-메틸프로판술폰산나트륨의 3 원 공중합물 등을 들 수 있으며, 이들의 1 종 또는 2 종 이상을 사용할 수 있다.

아니온 폴리머의 첨가량은, 지나치게 적으면 플록을 충분히 조대화시킬 수 없고, 지나치게 많으면 카티온 폴리머와 마찬가지로 리크하여, 여과기 혹은 RO 막을 폐색시킬 우려가 있는 것으로부터, 2 ∼ 10 ㎎/ℓ 정도로 하는 것이 바람직하다.

또한, 제 2 반응조 (2) 에 있어서, 플록을 충분히 조대화시키기 위해, 제 2 반응조 (2) 의 체류 시간은 10 ∼ 30 min 이 되도록 처리를 실시하는 것이 바람직하다.

제 2 반응조 (2) 의 응집 처리수를 고액 분리하는 침전조 (3) 는, LV 1 ∼ 5 m/hr 정도의 조건에서 운전하는 것이 바람직하다.

도 1 은, 본 발명의 실시형태의 일례를 나타내는 것으로서, 본 발명은 그 요지를 넘어서지 않는 한 도 1 의 형태로 전혀 한정되지 않는다.

예를 들어, 무기 응집제는, 제 1 반응조 (1) 에 첨가하는 것 외에, 제 1 반응조 (1) 에 대한 원수의 도입 배관에 첨가해도 되고, 이 도입 배관과 제 1 반응조 (1) 의 양방에 첨가해도 된다.

또, 아니온 폴리머에 대해서도, 제 2 반응조 (2) 에 첨가하는 것 외에, 제 1 반응조 (1) 의 유출수가 제 2 반응조 (2) 에 도입되는 배관에 첨가해도 되고, 이 도입 배관과 제 2 반응조 (2) 의 양방에 첨가해도 된다.

또, 고액 분리 수단은, 침전조에 한정되지 않고, 여과기나 한외 여과막 분리 장치, 정밀 여과막 분리 장치, 혹은 부상 분리조여도 되고, 침전조의 후단에 여과기나 이들의 막 분리 장치를 형성해도 된다. 또한, 고액 분리수를 RO 막 분리 장치에서 처리해도 된다.

실시예

이하, 실시예, 비교예 및 실험예를 들어 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

[실시예 1]

탁도 100 NTU, SS 농도 200 ㎎/ℓ 의 실트 함유수를 도 1 에 나타내는 장치로 응집, 고액 분리 처리하였다.

무기 응집제로는, 염화제이철 (FeCl₃) 을 사용하여 100 ㎎/ℓ 첨가하였다. 또, 카티온 폴리머로는 쿠리타 공업 (주) 제조 「제타에이스 (등록 상표)」를 5 ㎎/ℓ 첨가하고, 아니온 폴리머로는 쿠리타 공업 (주) 제조 「쿠리플록 (등록 상표)」을 5 ㎎/ℓ 첨가하였다. 제 1 반응조 (1) 의 체류 시간은 10 min, 제 2 반응조 (2) 의 체류 시간은 10 min, 침전조 (3) 의 통수 LV 는 4 m/hr 로 하고, 제 1 반응조 (1) 에는 pH 5.5 가 되도록 pH 조정제를 첨가하였다. 제 2 반응조 (2) 는, pH 조정제를 첨가하지 않고, pH 5.5 를 유지하고 있었다.

이 처리로 얻어진 처리수 (침전조 상청수) 의 탁도를 조사하여, 결과를 표 1 에 나타냈다.

[비교예 1]

실시예 1 에 있어서, 제 1 반응조 (1) 에 카티온 폴리머를 첨가하지 않은 것 이외에는 동일하게 하여 처리를 실시하고, 얻어진 처리수 (침전조 상청수) 의 탁도를 조사하여, 결과를 표 1 에 나타냈다.

[비교예 2]

실시예 1 에 있어서, 제 1 반응조 (1) 에 아니온 폴리머를 첨가하고, 제 2 반응조 (2) 에 카티온 폴리머를 첨가한 것 이외에는 동일하게 하여 처리를 실시하고, 얻어진 처리수 (침전조 상청수) 의 탁도를 조사하여, 결과를 표 1 에 나타냈다.

표 1 로부터, 본 발명에 따라, 카티온 폴리머 첨가 후에 아니온 폴리머를 첨가함으로써, 고수질의 처리수를 얻을 수 있는 것을 알 수 있다.

[실험예 1]

실시예 1 에 있어서, 제 1 반응조 (1) 의 조 내의 액의 pH 가 표 2 에 나타내는 값이 되도록 pH 조정제를 첨가한 것 이외에는, 실시예 1 과 동일하게 하여 처리를 실시하고, 얻어진 처리수 (침전조 상청수) 의 탁도를 조사하여, 결과를 실시예 1 의 결과와 함께 표 2 에 나타냈다.

또한, 제 2 반응조 (2) 의 pH 는, 제 1 반응조 (1) 의 pH 와 동등하였다.

표 2 로부터, 응집 처리시의 pH 는, 5 ∼ 6 의 범위가 바람직한 것을 알 수 있다.

1 : 제 1 반응조
2 : 제 2 반응조
3 : 침전조

Claims (6)

1. 실트 함유수에 응집제를 첨가하여 응집 처리하는 응집 공정과, 그 후, 고액 분리하는 고액 분리 공정을 갖는 실트 함유수의 처리 방법에 있어서,
   그 응집 공정은,
   그 실트 함유수에 무기 응집제 및 카티온계 고분자 응집제를 첨가하는 공정과,
   이어서 아니온계 고분자 응집제를 첨가하는 공정을 갖고,
   상기 무기 응집제를 제 1 반응조 또는 그 제 1 반응조에 도입되는 실트 함유수에 첨가하고,
   상기 카티온계 고분자 응집제를 그 제 1 반응조에 첨가하고,
   그 제 1 반응조의 유출수를 그 제 1 반응조와는 별체인 제 2 반응조에 도입하고, 상기 아니온계 고분자 응집제를 그 제 2 반응조 또는 그 제 2 반응조 유입수에 첨가하고,
   상기 실트 함유수의 탁도가 100 NTU 이상이고, SS 농도가 100 ㎎/ℓ 이상이고,
   상기 제 1 반응조에서의 체류 시간 및 제 2 반응조에서의 체류 시간이 각각 10 ~ 30 min 인 것을 특징으로 하는 실트 함유수의 응집 처리 방법.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 무기 응집제는 Fe 계 응집제이고, 상기 응집 공정의 pH 를 5 ∼ 6 으로 하는 것을 특징으로 하는 실트 함유수의 응집 처리 방법.
4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
   상기 실트 함유수의 SS 농도가 200 ㎎/ℓ 이상인 것을 특징으로 하는 실트 함유수의 응집 처리 방법.
5. 실트 함유수가 도입되는 제 1 반응조와,
   그 제 1 반응조에 도입되는 실트 함유수 또는 그 제 1 반응조에 무기 응집제를 첨가하는 무기 응집제 첨가 수단과,
   그 제 1 반응조에 카티온계 고분자 응집제를 첨가하는 카티온계 고분자 응집제 첨가 수단과,
   그 제 1 반응조로부터의 유출수가 도입되는 제 2 반응조와,
   그 제 2 반응조로의 유입수 또는 그 제 2 반응조에 아니온계 고분자 응집제를 첨가하는 아니온계 고분자 응집제 첨가 수단과,
   그 제 2 반응조의 유출수를 고액 분리하는 고액 분리 수단을 갖고,
   상기 제 1 반응조에서의 체류 시간 및 제 2 반응조에서의 체류 시간이 각각 10 ~ 30 min 인 것을 특징으로 하는 실트 함유수의 응집 처리 장치.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 제 1 반응조 및 제 2 반응조의 pH 를 5 ∼ 6 으로 하기 위한 pH 조정 수단이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 실트 함유수의 응집 처리 장치.

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