KR101681309B1 - High-rate coagulative precipitation method for coagulated sludge using magnetism - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자성을 이용한 응집 슬러지 고속 침전방법에 관한 것으로서, 원수에 응집제 및 자성나노입자(Magnetic nanoparticles, MNP)를 투입하고 교반하여 원수 내 오염물질을 응집시켜 응집 슬러지를 형성하는 단계(S10); 침전조(10) 하부 외벽 상에 설치된 초전도 자석(20)에 전기를 인가하여 형성된 자기력을 통해 상기 응집 슬러지를 침강시키는 단계(S20); 및 침강된 응집 슬러지를 상기 침전조(10) 저면(11)에 형성된 배출구(13)를 통해 수집하는 단계(S30);를 포함하는 것으로, 상기 자성나노입자를 응집핵으로 이용하여 슬러지의 응집을 용이하게 하며, 초전도 자석을 이용하여 침강 속도를 향상시킴으로써 약품의 사용을 최소화하고, 수처리 시 오염물질의 제거효율을 증대시킬 수 있다는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a rapid precipitation method of coagulated sludge using magnetism, comprising the steps of (S10) adding coagulant and magnetic nanoparticles (MNP) to raw water and agitating to coagulate contaminants in raw water to form coagulated sludge; (S20) of precipitating the flocculating sludge through a magnetic force formed by applying electricity to the superconducting magnet (20) installed on the lower outer wall of the sedimentation tank (10); And collecting the sedimented agglomerated sludge through an outlet 13 formed in the bottom surface 11 of the sedimentation tank 10 so that the agglomeration of the sludge can be facilitated by using the magnetic nanoparticles as aggregation nuclei By using the superconducting magnet, it is possible to minimize the use of chemicals by increasing the sedimentation rate and to increase the removal efficiency of pollutants during water treatment.

Description

자성을 이용한 응집 슬러지 고속 침전방법{HIGH-RATE COAGULATIVE PRECIPITATION METHOD FOR COAGULATED SLUDGE USING MAGNETISM}HIGH-RATE COAGULATIVE PRECIPITATION METHOD FOR COAGULATED SLUDGE USING MAGNETISM [0002]

본 발명은 자성나노입자(Magnetic nanoparticles, MNP) 및 초전도 자석을 이용한 응집 슬러지 고속 침전방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 자성나노입자를 응집핵으로 이용하여 슬러지의 응집을 용이하게 하며, 초전도 자석을 이용하여 침강 속도를 향상시키고, 수처리 시 오염물질의 제거효율을 증대시킬 수 있는 자성을 이용한 응집 슬러지 고속 침전방법에 관한 기술이다.The present invention relates to a method for rapidly precipitating coagulated sludge using magnetic nanoparticles (MNP) and a superconducting magnet, and more particularly, to a method of coagulating a sludge by using magnetic nanoparticles as an agglomeration nucleus, And a method for rapidly precipitating flocculating sludge using magnetism capable of increasing the removal efficiency of contaminants during water treatment.

수처리 시 원수 중에 부유하는 콜로이드성 미세입자는 중력에 의해서는 쉽게 침전되지 않으며 급속여과에서도 이들 대부분이 여과층에 억류되지 않고 통과한다. 따라서, 콜로이드성 미세입자 뿐만 아니라 미생물, 용존성 유기 및 무기물질을 응집 슬러지화 하여 질량을 크게 함으로써 중력에 의해 쉽게 침강할 수 있게 하는 처리 과정이 필요하게 된다.The colloidal fine particles suspended in the raw water during water treatment are not easily precipitated by gravity and most of them are passed through the filtration layer without being detained even in rapid filtration. Therefore, it is necessary to process not only colloidal fine particles but also microorganisms, dissolved organic and inorganic substances into aggregated sludge so that they can be precipitated easily by gravity by increasing their mass.

이를 위해 약품 사용은 필수적이며, 사용되는 약품에는 황산알루미늄, 폴리염화알루미늄 등의 알루미늄염 또는 황산 제1철, 황산 제2철, 염화 제2철 등의 철염 등이 있다. 즉, 응집제 사용은 원수 중의 콜로이드성 미세입자 물질이 침전되기 쉽고 또 여과지에서 여재 내부에서 포착되기 쉬운 크고 무거운 응집 슬러지 형태로 전환하는데 목적이 있으며, 이는 응집 후 후속 침전지와 여과지에서의 제거 효율을 극대화하는데 초점이 맞춰져 있다. For this purpose, the use of chemicals is indispensable, and the drugs to be used include aluminum salts such as aluminum sulfate and polychlorinated aluminum, iron salts such as ferrous sulfate, ferric sulfate, and ferric chloride. That is, the use of the flocculant is aimed at converting the colloidal fine particle material in the raw water into a large and heavy coagulated sludge form which is easy to precipitate and is easily caught in the filter medium in the filter paper, which maximizes the removal efficiency in the subsequent clarifier and filter paper after flocculation .

이러한 응집공정의 효율을 높이기 위해, 자성을 띠는 입자를 이용하는 연구가 진행되고 있다. 등록특허공보 제1325524호(2013년 11월 7일 공고, '수처리용 재사용 가능한 초상자성 나노입자 및 그 제조 방법')에는 수력학적 크기가 20 nm 이하로 작고 단분산 분포를 보이는 수처리용 초상자성 나노입자가 제시되어 있다. In order to increase the efficiency of the coagulation process, researches using magnetic particles have been carried out. Patent Publication No. 1325524 (published on Nov. 7, 2013, 'Reusable Superparamagnetic Nanoparticles for Water Treatment and Method of Manufacturing the Same') discloses a super-magnetic nano-particle for water treatment having a hydrodynamic size of 20 nm or less, Particles are presented.

또한 등록특허공보 제0545872호(2006년 1월 18일 공고, '자철광 분말을 이용한 하폐수의 응집처리방법')에는 자철광분말을 응집의 핵으로 이용하여 하폐수 중에 함유되어 있는 부유고형물질을 응집 처리하여 침전조에서 침전 분리한 다음에 자철광회수공정에서 자철광을 회수하여 재사용하므로 슬러지 발생량을 최소화하면서 중화제 등이 필요 없기 때문에 운전비용이 저렴한 응집처리방법이 제시되어 있다.In addition, in JP 0545872 (published on Jan. 18, 2006, entitled " Coagulation Treatment Method of Wastewater Using Magnetite Powder "), coagulation treatment of a suspended solid material contained in wastewater by using magnetite powder as a nucleus of agglomeration The magnetite is recovered and reused after the precipitate is separated from the sedimentation tank and then the magnetite is recovered in the magnetite recovery process so that the amount of sludge is minimized while neutralizing agent is not needed.

상기 선행문헌에서 제시하는 수처리 방법의 경우, 자성을 띠는 입자를 이용하여 응집의 효율을 높이는 장점이 있지만, 응집 슬러지의 중력으로만 침전을 유도하기 때문에 그 효율에 한계가 있으며, 의도적으로 발생시키는 외력 없이 자연적인 힘에만 의존하는 방식이어서 제어가 불가능 하다는 단점이 있다.In the case of the water treatment method described in the above-mentioned literature, there is an advantage of increasing the efficiency of coagulation by using magnetic particles, but since the coagulation sludge induces precipitation only by the gravity of the coagulated sludge, its efficiency is limited, It has a disadvantage in that it can not be controlled because it is dependent on only natural force without external force.

등록특허공보 제1325524호(2013년 11월 7일 공고, '수처리용 재사용 가능한 초상자성 나노입자 및 그 제조 방법')Patent Registration No. 1325524 (published on Nov. 7, 2013, " Reusable super-magnetic nanoparticles for water treatment and a manufacturing method thereof ") 등록특허공보 제0545872호(2006년 1월 18일 공고, '자철광 분말을 이용한 하폐수의 응집처리방법')Registered Patent Publication No. 0545872 (published on Jan. 18, 2006, 'Coagulation Treatment Method of Wastewater Using Magnetite Powder')

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 자성나노입자(Magnetic nanoparticles, MNP)를 응집핵으로 이용하여 슬러지의 응집효율을 향상시킴으로써 약품 사용을 최소화하고 침전조 외벽에 설치되는 초전도 자석을 이용하여 응집 슬러지의 침전속도를 높이는 방법에 관한 것이다. Disclosure of Invention Technical Problem [8] Accordingly, the present invention has been made keeping in mind the above problems occurring in the prior art, and an object of the present invention is to provide a nanoparticle- To a method for increasing sedimentation rate of flocculating sludge.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자성나노입자(Magnetic nanoparticles, MNP) 및 초전도 자석을 이용한 응집 슬러지 고속 침전방법은, 원수에 응집제 및 자성나노입자(Magnetic nanoparticles, MNP)를 투입하고 교반하여 원수 내 오염물질을 응집시켜 응집 슬러지를 형성하는 단계(S10); 침전조(10) 하부 외벽 상에 설치된 초전도 자석(20)에 전기를 인가하여 형성된 기력을 통해 상기 응집 슬러지를 침강시키는 단계(S20); 및 침강된 응집 슬러지를 상기 침전조(10) 저면(11)에 형성된 배출구(13)를 통해 수집하는 단계(S30);를 포함하는 방법으로, 응집 슬러지 수집단계(S30) 이후에, 수집된 응집 슬러지로부터 자력을 이용하여 상기 자성나노입자를 분리 및 회수하는 단계(S40);를 더 포함할 수 있다.In order to accomplish the above object, there is provided a method for rapidly depositing coagulating sludge using magnetic nanoparticles (MNP) and a superconducting magnet according to the present invention, which comprises the steps of charging coagulant and magnetic nanoparticles (MNP) (S10) flocculating contaminants in raw water to form flocculating sludge; (S 20) of precipitating the flocculating sludge through electricity generated by applying electricity to the superconducting magnet 20 installed on the lower outer wall of the sedimentation tank 10; And collecting the sedimented aggregated sludge through an outlet 13 formed in the bottom surface 11 of the sedimentation tank 10 after the aggregated sludge collection step S30, (S40) of separating and recovering the magnetic nanoparticles using a magnetic force from the magnetic nanoparticles.

상기 응집제는 물리적 응집제 및 화학적 응집제의 혼합물이며, 이때 물리적 응집제는 고분자(polymer) 응집제이고, 화학적 응집제는 염화철(Ⅲ)(FeCl3)일 수 있다. 또한 상기 자성나노입자는 공침법(Co-precipitation process)으로 제조되어 입자 표면에 친수성이 부여되는 것을 특징으로 한다. The coagulant is a mixture of a physical coagulant and a chemical coagulant wherein the physical coagulant is a polymer coagulant and the chemical coagulant may be ferric chloride (III) (FeCl 3 ). In addition, the magnetic nanoparticles are produced by a co-precipitation process, and hydrophilic properties are imparted to the surface of the particles.

상기 초전도 자석(20)은 상기 침전조(10) 하부 외벽 상에 설치되되, 상기 침전조(10) 저면(11)의 외벽 및 저면(11)과 측면(12)이 접하는 모서리 영역으로부터 측면 소정 거리 상부 지점까지의 측면(12) 외벽 상에 설치된다.The superconducting magnet 20 is installed on the outer wall of the lower part of the sedimentation tank 10 and is located at a predetermined distance from the edge of the bottom wall 11 of the sedimentation tank 10, The side wall 12 is formed on the outer wall.

상기 응집 슬러지 수집단계(S30)에서, 응집 슬러지는 초전도 자석(20)을 통해 침강 후 배출구(13)로 이동되며, 이때 상기 초전도 자석(20)은 인가되는 전기를 통해 제어가 된다. 상기 초전도 자석은 상기 침전조(10) 저면 외벽 상에 설치되되, 상기 침전조(10) 저면 외벽의 바깥쪽으로부터 상기 배출구(13)를 향해 분리된 형태로 복수 개 설치될 수 있다.In the coagulation sludge collection step S30, the coagulated sludge is moved to the discharge port 13 through the superconducting magnet 20, and the superconducting magnet 20 is controlled through the applied electricity. The superconducting magnet may be installed on the outer wall of the bottom of the sedimentation tank 10 and may be separated from the outer wall of the bottom of the sedimentation tank 10 toward the discharge port 13.

본 발명의 또다른 실시예에서 상기 응집 슬러지 형성단계(S10)는 상기 침전조(10) 상류 측에 구비되는 별도의 교반조(30)에서 이루어지며, 상기 교반조(30)에서 응집 슬러지가 형성된 원수가 상기 침전조(10)로 이송되어 상기 응집 슬러지 침강단계(S20)가 이루어진다. 상기 교반조(30)는 독립적으로 구획되는 제1 교반조(30a) 및 제2 교반조(30b)로 구비되어, 상기 제1 교반조(30a)로 유입된 원수에 상기 자성나노입자 및 화학적 응집제를 투입하고 급속 교반하여 원수 내 오염물질을 1차적으로 응집시킨 후 상기 제2 교반조(30b)로 공급하고, 상기 제2 교반조(30b)에 공급된 원수에 물리적 응집제를 투입하고 완속 교반하여 상기 응집 슬러지의 크기를 증가시킨 후 상기 침전조(10)로 이송된다. 이때 제2 교반조(30b)와 침전조(10)는 정류판(P)으로 구획되고 상기 정류판(P)에 형성된 복수 개의 정류공(h)을 통해 내부 공간이 소통되는 것을 특징으로 한다.In another embodiment of the present invention, the flocculating sludge forming step (S10) is performed in a separate stirring tank (30) provided upstream of the settling tank (10). In the stirring tank (30) Is transferred to the settling tank 10, and the flocculating sludge settling step S20 is performed. The stirring tank 30 is provided with a first stirring tank 30a and a second stirring tank 30b which are independently partitioned so that the magnetic nanoparticles and the chemical flocculant 30b are supplied to the raw water flowing into the first stirring tank 30a, The pollutant in the raw water is firstly agglomerated and then supplied to the second agitating tank 30b, the physical agitating agent is added to the raw water supplied to the second agitating tank 30b, The flocculating sludge is increased in size and then transferred to the sedimentation tank 10. The second stirring tank 30b and the settling tank 10 are divided into a rectifying plate P and the inner space is communicated through a plurality of rectifying holes h formed in the rectifying plate P. [

또한 본 발명은 상기의 방법으로 하수처리를 할 수 있으며, 산업폐수 내 오염물질 및 금속을 제거할 수도 있다.In addition, the present invention can perform the sewage treatment by the above-described method, and the pollutants and metals in the industrial wastewater can be removed.

본 발명에 따른 자성을 이용한 응집 슬러지 고속 침전방법은 다음과 같은 효과가 있다.The method of rapid precipitation of flocculated sludge using magnetism according to the present invention has the following effects.

자성나노입자(Magnetic nanoparticles, MNP)를 응집핵으로 이용하여 응집 슬러지의 크기를 증대시킬 수 있으며, 초전도 자석을 이용하여 응집 슬러지의 고속 침전을 유도할 수 있어, 원수 내 오염물질을 효과적이고 신속하게 제거할 수 있다. Magnetic nanoparticles (MNP) can be used as agglomerated nuclei to increase the size of agglomerated sludge, and it is possible to induce rapid sedimentation of agglomerated sludge by using superconducting magnet, Can be removed.

또한 본 발명의 방법으로 효율적인 하수처리를 할 수 있으며, 특히 광산 및 산업폐수 내 오염물질과 금속을 제거하는 데 보다 효과적으로 이용할 수 있다는 장점이 있다.The method of the present invention also has the advantage of being able to perform efficient sewage treatment and more effectively use it for removing contaminants and metals from mines and industrial wastewater.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자성을 이용한 응집 슬러지 고속 침전방법의 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도 자석이 일체형으로 부착된 형태의 슬러지 침전장치의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도 자석이 복수개로 부착된 형태의 슬러지 침전장치의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 교반조와 침전조가 분리된 형태로 이루어진 슬러지 침전장치의 구성도이다.FIG. 1 is a flow chart of a method for rapidly depositing coagulated sludge using magnetism according to an embodiment of the present invention.
2 is a configuration diagram of a sludge settling apparatus in which superconducting magnets are integrally attached according to an embodiment of the present invention.
3 is a configuration diagram of a sludge settling apparatus in which a plurality of superconducting magnets are attached according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a configuration diagram of a sludge settling apparatus in which a stirring tank and a settling tank are separated from each other according to an embodiment of the present invention.

이하에서는 본 발명의 기술적 특징을 구체적으로 살펴보기 위해 실시예와 도면을 참조하여 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 발명의 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Hereinafter, the technical features of the present invention will be described in detail with reference to embodiments and drawings. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims and their equivalents. shall.

본 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout this specification, when an element is referred to as "including" an element, it is understood that it may include other elements as well, without departing from the other elements unless specifically stated otherwise.

"제 1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. The terms "first "," second ", and the like are intended to distinguish one element from another, and the scope of the right should not be limited by these terms.

각 단계들에 있어 식별부호는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 실시될 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 실시될 수도 있고 실질적으로 동시에 실시될 수도 있으며 반대의 순서대로 실시될 수도 있다.
In each step, the identification code is used for convenience of explanation, and the identification code does not describe the order of the steps, and each step may be performed differently from the stated order unless clearly specified in the context. have. That is, each of the steps may be performed in the same order as described, or may be performed substantially concurrently or in the reverse order.

본 발명은 자성나노입자(Magnetic nanoparticles, MNP)를 응집핵으로 이용하여 응집제 사용을 최소화함과 동시에 침전조 외벽에 설치되는 초전도 자석을 이용하여 참강속도를 향상시킴으로써 수처리 시 오염물질의 제거효율을 증대시킬 수 있도록 함에 그 특징이 있다. The present invention minimizes the use of coagulants by using magnetic nanoparticles (MNP) as agglomeration nuclei, and improves the removal efficiency of pollutants during water treatment by using a superconducting magnet installed on the outer wall of the sedimentation tank To be able to do so.

도 1을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 자성을 이용한 응집 슬러지의 고속 침전방법은 원수에 응집제 및 자성나노입자(Magnetic nanoparticles, MNP)를 투입하고 교반하여 원수 내 오염물질을 응집시켜 응집 슬러지를 형성하는 단계(S10), 침전조(10) 하부 외벽 상에 설치된 초전도 자석(20)에 전기를 인가하여 형성된 기력을 통해 상기 응집 슬러지를 침강시키는 단계(S20) 및 침강된 응집 슬러지를 상기 침전조(10) 저면(11)에 형성된 배출구(13)를 통해 수집하는 단계(S30)를 포함한다.Referring to FIG. 1, a method for rapid precipitation of coagulated sludge using magnetism according to an embodiment of the present invention comprises coagulating agent and magnetic nanoparticles (MNP) into raw water and agitating to coagulate contaminants in raw water, (S20) of precipitating the flocculated sludge through an electric power generated by applying electricity to the superconducting magnet (20) installed on the outer wall of the lower part of the sedimentation tank (10) (S30) through an outlet (13) formed in the bottom surface (11) of the container (10).

이때 상기 응집제는 물리적 응집제 및 화학적 응집제의 혼합물이며, 이때 물리적 응집제는 고분자(polymer) 응집제이고, 화학적 응집제는 염화철(Ⅲ)(FeCl3)일 수 있다. 또한 상기 자성나노입자는 공침법(Co-precipitation process)으로 제조되어 입자 표면에 친수성이 부여되는 것으로, Fe2O3, MnFe2O3, Fe3O4, CoFe2O3 및 NiFe2O3로 이루어진 군 중에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상인 것이 바람직하다.Wherein the coagulant is a mixture of a physical coagulant and a chemical coagulant wherein the physical coagulant is a polymer coagulant and the chemical coagulant may be ferric chloride (III) (FeCl 3 ). The magnetic nanoparticles are prepared by a Co-precipitation process and impart hydrophilicity to the surface of the particles. The magnetic nanoparticles include Fe 2 O 3 , MnFe 2 O 3 , Fe 3 O 4 , CoFe 2 O 3, and NiFe 2 O 3 , And the like.

초전도 자석(20)은 침전조(10) 하부 외벽 상에 설치되되, 상기 침전조(10) 저면(11)의 외벽 및 저면(11)과 측면(12)이 접하는 모서리 영역으로부터 측면 소정 거리 상부 지점까지의 측면(12) 외벽 상에 설치될 수 있다. 이로써, 응집된 입자에 수직 방향의 자기력 뿐만 아니라 최종적으로 침강할 무렵 수평 방향 자기력 까지 더해져, 침전조(10) 하부 측면(12)과 저면(11)이 만나는 모서리 영역 방향으로 침강이 더욱 가속화될 수 있다.The superconducting magnet 20 is installed on the outer wall of the lower part of the sedimentation tank 10 and is located on the outer side of the bottom surface 11 of the sedimentation tank 10 from the corner area where the bottom surface 11 and the side surface 12 contact, Side wall 12 may be provided on the outer wall. By this, not only the magnetic force in the perpendicular direction to the agglomerated particles but also the horizontal magnetic force at the time of finally sinking can be further accelerated in the direction of the edge region where the lower side surface 12 and the bottom surface 11 of the sedimentation tank 10 meet .

또한, 초전도 자석(20)은 도 2와 같이 침전조(10) 저면(11)의 외벽 및 저면(11)과 측면(12)이 접하는 모서리 영역으로부터 측면 소정 거리 상부 지점까지의 측면(12) 외벽 상에 단일의 일체형으로 설치될 수도 있지만, 도 3과 같이 침전조(10) 저면 외벽의 바깥쪽으로부터 상기 배출구(13)를 향해 분리된 형태로 복수 개 설치하여, 각각의 초전도 자석(20)에 인가되는 전기를 제어함으로써 응집 슬러지의 이동을 조절할 수 있는 것이 더욱 바람직하다.2, the superconducting magnet 20 is disposed on the outer wall of the side wall 12 from the corner area where the bottom wall 11 and the side wall 12 are in contact with each other, The plurality of superconducting magnets 20 may be provided in a single integrated form in the superconducting magnet 20 as shown in FIG. 3, but a plurality of superconducting magnets 20 may be provided so as to be separated from the outer wall of the bottom wall of the settling tank 10 toward the discharge port 13, It is further preferable that the movement of the agglomerated sludge can be controlled by controlling the electricity.

구체적으로, 자기력을 발생시켜 침전조(10) 저면(11)으로 침강된 응집 슬러지를 별도의 스크래퍼 등의 장치로 배출구(13) 방향으로 이동시킬 필요 없이, 복수 개의 구분된 초전도 자석(20)에 인가되는 전기의 세기, 방향, 온/오프를 조절하여 침강된 응집 슬러지가 자기력에 의해 배출구(13)를 향해 슬라이딩 되도록 제어할 수 있다.
Specifically, it is possible to apply a magnetic force to a plurality of divided superconducting magnets 20 without the need to move the coagulated sludge settled on the bottom surface 11 of the settling tank 10 to the discharge port 13 by a separate device such as a scraper The intensity, direction, and on / off of electricity to be controlled can be controlled so that the sedimented flocculated sludge slides toward the discharge port 13 by magnetic force.

도 4를 참조하여, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 자성을 이용한 응집 슬러지의 고속 침전방법은 침전조(10) 상류 측에 별도의 교반조(30)를 포함하여 구성되는 장치를 통해 진행될 수 있으며, 교반조(30)에서는 응집제와 자성나노입자가 투입되어 혼화 및 응집이 이루어지고, 이후 처리수가 침전조(10)로 이송되어 침강 및 슬러지 수집이 이루어지게 된다. 이렇듯 전체 공정을 두 개의 수조로 이원화하여 보다 효율적으로 전체 설비를 운전할 수 있다.Referring to FIG. 4, the method of rapid precipitation of agglomerated sludge using magnetism according to another embodiment of the present invention may proceed through an apparatus comprising a separate stirring tank 30 on the upstream side of the sedimentation tank 10 In the stirring tank 30, the coagulant and the magnetic nanoparticles are introduced and mixed and agglomerated. Then, the treated water is sent to the settling tank 10, where sedimentation and sludge collection are performed. In this way, the entire process can be divided into two tanks to operate the whole facility more efficiently.

한편, 또 다른 실시예에 따라 교반조(30)가 제1 교반조(30a), 제2 교반조(30b) 및 침전조(10)를 포함되도록 구성되는 장치를 통해 진행이 될 수 있다. 상기 교반조(30)는 독립적으로 구획되는 제1 교반조(30a) 및 제2 교반조(30b)로 구비되어, 상기 제1 교반조(30a)로 유입된 원수에 자성나노입자 및 화학적 응집제를 투입하고 급속 교반한다. 이때, 상기 자성나노입자가 응집핵의 역할하여 원수 내 오염물질을 1차적으로 응집시키며, 이에 따라 응집제 투여량을 줄일 수 있다.On the other hand, according to another embodiment, the stirring tank 30 may be advanced through the apparatus configured to include the first stirring tank 30a, the second stirring tank 30b, and the settling tank 10. [ The stirring tank 30 is provided with a first stirring tank 30a and a second stirring tank 30b which are independently partitioned so that magnetic nanoparticles and a chemical flocculant are added to the raw water flowing into the first stirring tank 30a Add and stir rapidly. At this time, the magnetic nanoparticles serve as agglomeration nuclei to primarily aggregate contaminants in the raw water, thereby reducing the amount of the coagulant.

제1 교반조(30a)에서 원수 내 오염물질을 1차적으로 응집시킨 후 제2 교반조(30b)로 공급하는데, 이때 물리적 응집제를 투입하고 완속 교반하여 응집 슬러지의 가교 작용을 향상시켜 응집 슬러지의 크기와 침감성을 증대시킨 후 침전조(10)로 이송한다. 이때 제2 교반조(30b)와 침전조(10)는 정류판(P)으로 구획되고 상기 정류판(P)에 형성된 복수 개의 정류공(h)을 통해 내부 공간이 소통된다. The pollutants in the raw water are firstly agglomerated in the first agitating tank 30a and then supplied to the second agitating tank 30b. At this time, the physical agitating agent is added and the agitated agitating agent is agitated to improve the crosslinking action of the agglomerated sludge, And then sent to the settling tank 10 after increasing the size and sediment sensibility. At this time, the second stirring tank 30b and the settling tank 10 are partitioned into a rectifying plate P and the inner space is communicated through a plurality of rectifying holes h formed in the rectifying plate P.

침전조(10) 내에서 응집 슬러지의 침강시간을 단축시키기 위해 상기 복수의 정류공(h)은 제2 교반조(30b) 수심 기준 50 % 이하 지점에 일정 간격을 두고 구비되며, 제2 교반조(30b) 바닥 근처에 구비되는 경우 침전조(10)에 공급되는 원수에 의해 침강된 슬러지가 상승되는 문제점을 고려하면 상기 정류공(h)은 제2 교반조(30b) 수심 기준 20∼50 %에 구비되는 것이 바람직하다. 여기서, 제2 교반조(30b) 수심 기준 0 %는 제2 교반조(30b)의 바닥을 의미한다.In order to shorten the settling time of the agglomerated sludge in the settling tank 10, the plurality of the rectifying holes h are provided at a predetermined interval of 50% or less based on the depth of the second agitating tank 30b, The sludge settled by the raw water supplied to the settling tank 10 rises up to the bottom of the second stirring tank 30b, . Here, 0% on the basis of the depth of the second stirring tank 30b means the bottom of the second stirring tank 30b.

또한, 상기 정류공(h)의 총 면적은 침전조(10)와 제2 교반조(30b)가 접한 면적의 4∼6 %로 설계되는 것이 바람직하다. 6 % 이상이 되면 슬러지가 증대되지 않은 채 침전조(10)로 유출될 가능성이 커지며, 4 % 이하가 되면 운전효율이 저하된다.It is preferable that the total area of the rectifying holes h is designed to be 4 to 6% of the area in contact with the settling tank 10 and the second stirring tank 30b. If it is 6% or more, the sludge is likely to be discharged to the sedimentation tank 10 without increasing the sludge. If the sludge is less than 4%, the operation efficiency is lowered.

상기 침전조(10) 내에서 중력 침강에 의해 응집 슬러지를 포함한 원수가 처리수와 슬러지로 분리되는데, 미세 슬러지의 경우 처리수 내에 부유된 채로 외부로 유출될 수 있다. 이를 방지하기 위해, 상기 침전조(10) 내에는 경사형 그물망이 구비될 수 있다. 상기 경사형 그물망은 미세 슬러지를 포집하는 역할과 함께 침전조(10) 내의 와류 현상을 저감시켜 슬러지의 침강률을 높이는 역할을 한다. In the sedimentation tank 10, the raw water including the flocculating sludge is separated into treated water and sludge by sedimentation of gravity. In the case of fine sludge, the treated water can be floated to the outside while floating in the treated water. In order to prevent this, an inclined mesh may be provided in the sedimentation tank 10. The inclined mesh serves to collect the fine sludge and to reduce the swirling phenomenon in the sedimentation tank 10 to increase the sedimentation rate of the sludge.

또한 상기 침전조(10) 내에는 상기 경사형 그물망 이외에 슬러지 탈리장치가 더 구비될 수 있다. 상기 슬러지 탈리장치는 상기 경사형 그물망이 구비된 영역의 하부에 구비되어 상기 경사형 그물망에 포집된 슬러지를 탈리시켜 침강되도록 하는 역할을 한다. The sedimentation tank 10 may further include a sludge desorption device in addition to the inclined mesh network. The sludge desorption apparatus is provided at a lower portion of the area provided with the inclined mesh, so that the sludge collected in the inclined mesh is desorbed and settled.

한편, 상기 응집 슬러지 수집단계(S30) 이후에, 수집된 응집 슬러지로부터 자력을 이용하여 상기 자성나노입자를 분리 및 회수하는 단계(S40)를 더 포함할 수 있는데, 이에 따라 상기 침전조(10)에 의해 분리된 처리수가 배출되는 경로에 자성나노입자 분리장치(40)가 더 구비될 수 있다. 상기 자성나노입자 분리장치(40)는 자장을 이용하여 상기 처리수 내에 포함되어 있는 잔류 자성나노입자를 회수하는 역할을 한다.The method may further include separating and recovering the magnetic nanoparticles from the collected aggregated sludge using a magnetic force (S40) after the collecting sludge collection step (S30) The magnetic nanoparticles separation device 40 may be further provided in a path through which the process water separated by the magnetic nanoparticle separation device 40 is discharged. The magnetic nanoparticles separating apparatus 40 recovers residual magnetic nanoparticles contained in the treated water by using a magnetic field.

상기 회수된 자성나노입자는 필요한 경우 재활용될 수 있으며, 그렇지 않은 경우 폐기될 수 있다. 재활용이 요구될 경우 수집된 응집 슬러지에서 자성나노입자를 우선 기계적으로 추출하기 위해 응집 슬러지에 물리적인 충격을 가해 부순 후, 전자석 또는 영구자석이 구비될 수 있는 분리 수단을 통해 슬러지 중 자성나노입자 만을 분리 회수할 수 있다. 또한, 회수 효율을 증대시키기 위해 수류 정류장치인 배플(baffle)과 정류판이 상기 자성나노입자 분리장치(40)의 일측에 구비될 수 있다.The recovered magnetic nanoparticles can be recycled, if necessary, and discarded otherwise. In order to mechanically extract the magnetic nanoparticles from the collected aggregated sludge, it is necessary to remove the magnetic nanoparticles in the sludge through separating means equipped with electromagnets or permanent magnets. It can be separated and recovered. In order to increase the recovery efficiency, a baffle and a rectifying plate, which are flow stop devices, may be provided on one side of the magnetic nanoparticle separator 40.

본 발명의 자성을 이용한 응집 슬러지의 고속 침전방법으로 하수를 처리할 수 있다. 광산폐수, 탈황폐수 등의 산업폐수와 같이 오염물질 이외에도 중금속과 같은 인체에 유해하지만 응집 침전으로 완벽히 제거되기 힘든 금속 물질들을 제거해야 할 경우에, 본 발명의 고속 침전방법을 적용하면 응집 슬러지를 자기력을 통해 고속 침강시키는 과정에서 금속 물질 역시 용이하게 침강 제거시킬 수 있어 더욱 효과적으로 수처리를 수행할 수 있다는 효과가 있다.
The sewage can be treated by the rapid precipitation method of the flocculation sludge using magnetism of the present invention. In the case of removing metal materials which are harmful to a human body such as heavy metals as well as contaminants such as mine wastewater and desulfurization wastewater, but which are difficult to completely remove by coagulation sedimentation, when the rapid precipitation method of the present invention is applied, The metal material can be easily settled and removed during the process of high-speed precipitation through the through hole, thereby effectively performing the water treatment.

본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 설명에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능하며, 그와 같은 변형은 본 발명의 보호 범위 내에 있게 된다.The present invention is not limited to the above-described specific embodiment and description, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the scope of the present invention as claimed in the claims. And such modifications are within the scope of protection of the present invention.

10 : 침전조 11 : 저면
12 : 측면 13 : 배출구
20 : 초전도 자석 30 : 교반조
30a : 제1 교반조 30b : 제2 교반조
40 : 자성나노입자 분리장치 p : 정류판
h : 정류공10: settling tank 11: bottom
12: side 13: outlet
20: superconducting magnet 30: stirring tank
30a: First stirring tank 30b: Second stirring tank
40: magnetic nanoparticle separation device p: rectification plate
h: rectifying ball

Claims (13)

자성을 이용한 응집 슬러지의 고속 침전방법에 있어서,
원수에 응집제 및 자성나노입자(Magnetic nanoparticles, MNP)를 투입하고 교반하여 원수 내 오염물질을 응집시켜 응집 슬러지를 형성하는 단계(S10);
침전조(10)의 저면과 외벽 상에 설치된 초전도 자석(20)에 전기를 인가하여 형성된 자기력을 통해 상기 응집 슬러지를 침강시키는 단계(S20); 및
침강된 응집 슬러지를 상기 침전조(10) 저면(11)에 형성된 배출구(13)를 통해 수집하는 단계(S30);를 포함하고,
상기 응집제는 고분자(polymer) 응집제 및 염화철(Ⅲ)(FeCl3)의 혼합물이고, 상기 자성나노입자는 공침법(Co-precipitation process)으로 제조되어 표면이 친수성인 Fe2O3, MnFe2O3, Fe3O4, CoFe2O3 및 NiFe2O3로 이루어진 군 중에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상이며,
상기 초전도 자석(20)은 상기 침전조(10) 저면 외벽의 바깥쪽으로부터 상기 배출구(13)를 향해 분리된 형태로 복수 개 설치되어 각각의 초전도 자석(20)에 인가되는 전기의 세기, 방향, 온/오프를 제어함으로써, 상기 응집 슬러지 수집단계(S30)에서 배출구(13)로 침강하는 상기 응집 슬러지가 자기력에 의해 이동하는 것을 특징으로 하는, 자성을 이용한 응집 슬러지 고속 침전방법.In a rapid precipitation method of coagulated sludge using magnetism,
(S10) of adding coagulant and magnetic nanoparticles (MNP) to the raw water and agitating the coagulant and magnetic nanoparticles to aggregate contaminants in the raw water to form agglomerated sludge;
(S20) of precipitating the flocculating sludge through a magnetic force formed by applying electricity to the superconducting magnet (20) installed on the bottom and outer wall of the settling tank (10); And
(S30) collecting the sedimented flocculating sludge through an outlet (13) formed in the bottom surface (11) of the sedimentation tank (10)
The coagulant is a mixture of a polymer flocculant and iron (III) chloride (FeCl 3), and the magnetic nanoparticles are prepared by co-precipitation process and have hydrophilic surfaces such as Fe 2 O 3 , MnFe 2 O 3 , Fe 3 O 4 , CoFe 2 O 3, and NiFe 2 O 3 ,
A plurality of superconducting magnets 20 are provided in a shape separated from the outer wall of the bottom wall of the sedimentation tank 10 toward the discharge port 13 so that the intensity, Wherein the flocculating sludge settling to the discharge port (13) in the flocculating sludge collecting step (S30) is moved by magnetic force by controlling the flow rate of the flocculating sludge. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 청구항 1에 있어서,
응집 슬러지 형성단계(S10)는 상기 침전조(10) 상류 측에 구비되는 별도의 교반조(30)에서 이루어지며, 상기 교반조(30)에서 응집 슬러지가 형성된 원수가 상기 침전조(10)로 이송되어 상기 응집 슬러지 침강단계(S20)가 이루어지는 것을 특징으로 하는 자성을 이용한 응집 슬러지 고속 침전방법.The method according to claim 1,
The flocculating sludge forming step S10 is performed in a separate stirring tank 30 provided on the upstream side of the settling tank 10 and the raw water having the flocculating sludge formed in the stirring tank 30 is transferred to the settling tank 10 Wherein the flocculating sludge settling step (S20) is performed. 청구항 8에 있어서,
상기 교반조(30)는 독립적으로 구획되는 제1 교반조(30a) 및 제2 교반조(30b)로 구비되어, 상기 제1 교반조(30a)로 유입된 원수에 상기 자성나노입자 및 화학적 응집제를 투입하고 급속 교반하여 원수 내 오염물질을 1차적으로 응집시킨 후 상기 제2 교반조(30b)로 공급하고, 상기 제2 교반조(30b)에 공급된 원수에 물리적 응집제를 투입하고 완속 교반하여 상기 응집 슬러지의 크기를 증가시킨 후 상기 침전조(10)로 이송하는 것을 특징으로 하는 자성을 이용한 응집 슬러지 고속 침전방법.The method of claim 8,
The stirring tank 30 is provided with a first stirring tank 30a and a second stirring tank 30b which are independently partitioned so that the magnetic nano particles and the chemical flocculant 30b are supplied to the raw water flowing into the first stirring tank 30a, The pollutants in the raw water are firstly agglomerated and then supplied to the second agitating tank 30b, the physical agitating agent is added to the raw water supplied to the second agitating tank 30b, Wherein the size of the flocculating sludge is increased and then transferred to the settling tank (10). 청구항 9에 있어서,
상기 제2 교반조(30b)와 침전조(10)는 정류판(P)으로 구획되고 상기 정류판(P)에 형성된 복수 개의 정류공(h)을 통해 내부 공간이 소통되는 것을 특징으로 하는 자성을 이용한 응집 슬러지 고속 침전방법.The method of claim 9,
Wherein the second stirring tank 30b and the settling tank 10 are partitioned by a rectifying plate P and the inner space is communicated through a plurality of rectifying holes h formed in the rectifying plate P. [ Fast sedimentation method using aggregated sludge. 청구항 1에 있어서,
응집 슬러지 수집단계(S30) 이후에,
수집된 응집 슬러지로부터 자력을 이용하여 상기 자성나노입자를 분리 및 회수하는 단계(S40);
를 더 포함하는 자성을 이용한 응집 슬러지 고속 침전방법.The method according to claim 1,
After the flocculation sludge collection step (S30)
Separating and recovering the magnetic nanoparticles from the collected aggregated sludge using magnetic force (S40);
Wherein the coagulating sludge is a mixture of water and an organic solvent. 청구항 1 및 청구항 8 내지 청구항 11 중 어느 한 항의 응집 슬러지 고속 침전방법을 포함하는 하수처리방법.A method of sewage treatment comprising the method of rapid flocculation sludge agglomeration according to any one of claims 1 and 8 to 11. 청구항 1 및 청구항 8 내지 청구항 11 중 어느 한 항의 응집 슬러지 고속 침전방법을 포함하는 산업폐수 내 오염물질 및 금속의 제거방법.A method for the removal of contaminants and metals from industrial wastewater comprising the method of rapid flocculation sludge agglomeration according to any one of claims 1 and 8 to 11.
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