KR102344489B1 - 분말형 흡착제를 이용한 수중의 인산염 흡탈착 시스템 및 그 방법 - Google Patents

분말형 흡착제를 이용한 수중의 인산염 흡탈착 시스템 및 그 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102344489B1
KR102344489B1 KR1020210048966A KR20210048966A KR102344489B1 KR 102344489 B1 KR102344489 B1 KR 102344489B1 KR 1020210048966 A KR1020210048966 A KR 1020210048966A KR 20210048966 A KR20210048966 A KR 20210048966A KR 102344489 B1 KR102344489 B1 KR 102344489B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
phosphate
desorption
tank
adsorption
adsorbent
Prior art date
Application number
KR1020210048966A
Other languages
English (en)
Inventor
김광수
김현준
배지열
새퍼딘 엠디
가파리 야사만
김수호
쿠마르 굽타 니세스
Original Assignee
한국건설기술연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국건설기술연구원 filed Critical 한국건설기술연구원
Priority to KR1020210048966A priority Critical patent/KR102344489B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102344489B1 publication Critical patent/KR102344489B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/28—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption
    • C02F1/281—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption using inorganic sorbents
    • B01F7/16—
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
    • B01J20/0203—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising compounds of metals not provided for in B01J20/04
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/28—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties
    • B01J20/28014—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties characterised by their form
    • B01J20/28016—Particle form
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/30—Processes for preparing, regenerating, or reactivating
    • B01J20/34—Regenerating or reactivating
    • B01J20/345—Regenerating or reactivating using a particular desorbing compound or mixture
    • B01J20/3475—Regenerating or reactivating using a particular desorbing compound or mixture in the liquid phase
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/44—Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis
    • C02F1/444—Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis by ultrafiltration or microfiltration
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/58—Treatment of water, waste water, or sewage by removing specified dissolved compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/66—Treatment of water, waste water, or sewage by neutralisation; pH adjustment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C05—FERTILISERS; MANUFACTURE THEREOF
    • C05B—PHOSPHATIC FERTILISERS
    • C05B17/00—Other phosphatic fertilisers, e.g. soft rock phosphates, bone meal
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C05—FERTILISERS; MANUFACTURE THEREOF
    • C05F—ORGANIC FERTILISERS NOT COVERED BY SUBCLASSES C05B, C05C, e.g. FERTILISERS FROM WASTE OR REFUSE
    • C05F7/00—Fertilisers from waste water, sewage sludge, sea slime, ooze or similar masses
    • C05F7/005—Waste water from industrial processing material neither of agricultural nor of animal origin
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2101/00—Nature of the contaminant
    • C02F2101/10—Inorganic compounds
    • C02F2101/105—Phosphorus compounds
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A40/00—Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production
    • Y02A40/10—Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production in agriculture
    • Y02A40/20—Fertilizers of biological origin, e.g. guano or fertilizers made from animal corpses

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Water Treatment By Sorption (AREA)

Abstract

인산염 흡착제로서 분말형 흡착제를 사용하고, 유동상으로 운전함으로써, 인산염과의 흡착반응 속도를 높일 수 있고, 흡착제 탈착시에 부착된 인산염을 빠르게 탈착시킬 수 있고, 또한, 인산염 탈착조에 사용한 수산화나트륨 용액이 수중에 함유된 탄산염을 제거하는 역할을 함으로써 탄산칼슘 부산물 생성 없이 인성분 함량 15%~20%의 고순도 인산염 비료를 생산할 수 있으며, 또한, 하폐수처리장의 2차 침전지의 유출수에 함유된 저농도의 인산염을 산성조건에서 분말형 흡착제에 연속으로 누적 흡착시켜서 고효율로 제거할 수 있으며, 또한, 알칼리성 조건에서 누적 흡수된 인산염을 간헐적으로 탈착시켜 고농도의 인산염으로 농축함으로써, 고순도의 인산염 비료를 제조할 수 있고, 동시에 인산염 탈착조에서 인산염이 탈착된 분말형 흡착제는 인산염 흡착조로 반송시켜 반복하여 재사용할 수 있고, 또한, 인산염이 탈착된 분말형 흡착제는 다시 인산염 흡착조로 이송하여, 흡착 및 탈착 과정을 반복하여 수행함으로써 분말형 흡착제의 재생이 가능하며, 동시에 탈착된 인산염은 인함량이 매우 높은 고품질의 비료로 생산할 수 있는, 분말형 흡착제를 이용한 수중의 인산염 흡탈착 시스템 및 그 방법이 제공된다.

Description

분말형 흡착제를 이용한 수중의 인산염 흡탈착 시스템 및 그 방법 {SYSTEM FOR PHOSPHATE ADSORPTION-DESORPTION IN AQUEOUS PHASE USING POWDERED-PHOSPHATE ABSORBENT, AND METHOD FOR THE SAME}
본 발명은 수중의 인산염 흡탈착 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 분말형 흡착제를 이용하여 수중에 용해된 인산염을 연속으로 흡착 제거하고, 흡착된 인산염은 다시 간헐적으로 탈착시켜 인산염 흡착제를 반복 재사용하며, 탈착된 고농도의 인산염은 비료로 제조하는, 분말형 흡착제를 이용한 수중의 인산염 흡탈착 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 하수 및 폐수의 주요 물질은 탄소(Carbon: C)를 포함한 유기물, 질소(Nitrogen; N) 및 인(Phosphorus; P)으로 구성되어 있으며, 대부분 생물학적 처리 과정을 거쳐 제거된다.
이러한 생물학적 처리 과정에서 미생물 세포 구성물질의 경우, 유기물 : 질소(N) ; 인(P)의 비율은 100 : 5~10 : 1로 이루어짐에 따라, 하수 및 폐수의 구성비보다 질소(N)와 인(P) 함량 비율이 낮기 때문에 하수처리장 및 폐수처리장에서 질소(N)와 인(P) 성분의 일부가 처리되지 않은 채로 강이나 호수 등에 유입될 수 있다. 이와 같이 미처리된 질소(N)와 인(P) 성분은 육지의 호소 및 댐에서 부영양화(Eutrification)를 야기할 수 있고, 또한, 바다에서 적조(Red-tide) 현상을 유발할 수 있다.
특히, 인산염(PO4 -3) 성분은 부영양화의 결정적인 원인 물질이기 때문에, 처리수의 농도기준이 매우 낮으며, 이에 따라, 생물학적 처리 이후에도 추가적인 화학적 처리를 통해 제거하여야 한다. 통상적인 인산염의 화학적 처리방법으로서, Al2(SO4)3와 같은 알루미늄염 또는 FeCl3나 FeSO4와 같은 철염을 사용하고 있다. 하지만, 인산염과의 화학반응에 의해 AlPO4 및 FePO4를 생성하기 보다는 수중의 바이카보네이트(HCO3 -)와 반응하여 AlPO4 또는 FePO4 이외의 부산물로서 Al(OH)3 및 Fe(OH)3를 생성할 수 있고, 이에 따른 화학적 슬러지 발생량이 많기 때문에 처리비용이 많이 소요되는 것이 가장 큰 문제점으로 등장하였다.
전술한 화학적 슬러지 발생과 관련된 문제점의 해결책으로서, 인산염 흡착제를 사용하여 수중의 인산염을 제거하고 있지만, 이러한 인산염의 흡착 후에는 대부분 재생 과정 없이 인산염 흡착제를 1회용으로 사용하여 왔다.
한편, 선행기술로서, 대한민국 공개특허번호 제2015-120708호에는 "유무기 복합 금속 산화물 흡착제 및 이를 포함하는 인 회수 장치"라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 도 1을 참조하여 설명한다.
도 1은 종래의 기술에 따른 유무기 복합 금속 산화물 흡착제를 포함하는 인 회수 장치의 모식도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 기술에 따른 유무기 복합 금속 산화물 흡착제를 포함하는 인 회수 장치는, 유무기 복합 금속 산화물 흡착제를 충전한 흡착탑(11), 인을 함유하고 있는 피처리수 저류탱크(12), 흡착제에 흡착된 인을 탈리시키기 위한 탈리액 저장탱크(13), 피처리수가 흡착탑(11)을 통과한 후 배출되는 처리수가 보관되는 처리수 저류탱크(14) 및 탈리된 인 성분을 회수하는 인 성분 회수탱크(15)를 포함하며, 여기에 피처리수 공급라인(21), 처리수 배출라인(22), 탈리액 공급라인(23) 및 인 성분 회수라인(24)이 연결된다.
종래의 기술에 따른 유무기 복합 금속 산화물 흡착제를 포함하는 인 회수 장치의 경우, 피처리수가 흡착탑(11)을 통과하면서 피처리수에 함유된 인이 흡착제에 흡착되고, 인이 제거된 처리수는 처리수 저류탱크(14)로 방출되며, 이후, 인 흡착공정이 완료되어 인 흡착능력이 포화되면 흡착탑(11)에는 탈리액 저장탱크(13)로부터 탈리액이 공급되어 흡착제에 흡착된 인이 탈리액 중으로 탈리되고, 그 액은 인 성분 회수탱크(15)으로 방출되어 인이 탈리된 흡착제로부터 인 성분은 방출되고, 인이 탈리됨에 따라 흡착제가 재생될 수 있다.
이에 따라, 피처리수 중의 총 인을 효율적으로 흡착할 수 있으며, 염기성 용액에 의한 반복적인 탈리 공정에 의하더라도 흡착제의 열화가 발생하지 않아 피처리수 중의 인을 고효율로 회수할 수 있다.
하지만, 종래의 기술에 따른 유무기 복합 금속 산화물 흡착제를 포함하는 인 회수 장치의 경우, 인산염 흡착과 탈착 그리고 회수를 고려하였으나, 흡착제를 고정상(fixed bed)으로 운전하여, 흡착제의 수명이 다할 경우는 흡착운전을 정지하고 탈착을 시켜야 하여 연속운전이 불가능하다는 문제점이 있다. 또한, 탈착시킨 인산염은 알루미늄 응집제를 이용하여 재처리하여, 기존의 화학처리 방법과 크게 다르지 않으며, 재이용이 불가능하다는 문제점이 있다.
한편, 전술한 문제점을 해결하기 위한 선행기술로서, 대한민국 등록특허번호 제10-1108877호에는 "인 흡착 및 회수 시스템 및 이를 이용한 인 흡착 및 회수방법"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 도 2를 참조하여 설명한다.
도 2는 종래의 기술에 따른 인 흡착 및 회수 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2를 참조하면, 종래의 기술에 따른 인 흡착 및 회수 시스템은, 인 흡착조(31), 인 탈착조(32), 인 회수조(33) 및 흡착제 재생조(34)를 포함하며, 2차 침전지 등의 유출수에서 흡착제(31e)를 이용하여 인이 제거된 처리수를 방류함과 동시에 인 및 흡착제를 재생하여 자원을 재활용할 수 있다.
구체적으로, 인 흡착조(31)는 복수의 챔버(31a)로 구성되고, 이러한 챔버(31a)는 상부로부터 2차 침전지 등의 유출수가 유입되며, 그 내부에 충전된 흡착제(31e)에 의해 유출수에 포함된 인을 흡착시킨 후 처리수를 방류한다.
이를 위해서 인 흡착조(31)에는 처리수를 방류하기 위한 방류관(31c) 및 인이 흡착된 흡착제(31e)를 인 탈착조(32)로 유동시키기 위한 인흡착제 유동관(31d)이 그 하부에 연통된다. 이때, 방류관(31c)은 각각의 챔버(31a)에 각각 분기관으로 연결되며 각각의 분기관에는 밸브에 의해 개폐가 가능하도록 구성된다. 또한, 인흡착제 유동관(31d)의 경우도 각각의 챔버(31a)에 각각 가지관(31d)으로 연결되며, 이 경우도 각각의 가지관(31d)에 밸브에 의해 개폐가 가능하도록 구성된다. 여기서, 인 흡착조(31)에 충진되는 흡착제(31e)는 티타늄 메조구조체로 구성된 흡착제(31e)일 수 있다.
인 탈착조(32)는 인흡착제 유동관(31d)과 연통하며 타측에 인용액 유동관(32a) 및 흡착제 유동관(32b)이 연통한다. 이러한 인 탈착조(32)는 인흡착제 유동관(31d)과 연통하여 그 내부로 인이 흡착된 흡착제가 유동된다. 이렇게 인 탈착조(32)로 인이 포화 흡착된 흡착제가 유동되면 탈착용액을 이용하여 흡착제에 흡착된 인을 탈착시키고, 인이 포함된 용액을 인용액 유동관(32a)을 통해 인 회수조(33)로 유동시킨다. 이와 동시에 인이 탈착된 흡착제는 흡착제 유동관(32b)을 통해 흡착제 재생조(34)로 유동시킨다.
인 회수조(33)는 인용액 유동관(32a)을 통해 인이 함유된 용액이 그 내부로 유입된다. 이러한 인 회수조(33)에서는 염화칼슘을 주입하여 Calcium phosphate로 침전시켜 인을 회수한다. 이와 같이 인을 회수함으로써 다양한 용도로 인이 재활용될 수 있다.
흡착제 재생조(34)에서는 인이 탈착된 흡착제가 유입되고, 재생용액을 이용하여 흡착제를 재생하고, 이렇게 재생된 흡착제는 회수관(34a)을 통하여 인 흡착조(31)로 재유입된다. 이렇게 흡착제 재생조(34)를 통해 흡착제를 재생해서 재사용할 수 있다.
또한, 챔버(31a) 하단에는 역세송풍기(31b)가 구성되며, 이는 역세 시 세정수와 역세공기를 동시에 챔버(31a) 내의 흡착제(31e)로 유입시킴으로써 폐색된 흡착제를 재이용할 수 있다.
종래의 기술에 따른 인 흡착 및 회수 시스템에 따르면, 흡착제가 포화되어 처리효율이 떨어지는 챔버를 선택하여 타 챔버에서 처리수를 방류하도록 함과 동시에 처리효율이 떨어지는 챔버로부터 인이 포화된 흡착제를 유출시켜 인을 회수하고 흡착제를 재생하여 재생된 흡착제를 처리효율이 떨어지는 챔버로 유입시켜 시스템의 정지 없이 처리수를 방류하면서 인의 회수 및 흡착제의 재생할 수 있다. 또한, 하방향 흡착방식에 의해 하부에서 포화된 흡착제를 용이하게 유출시켜 재생할 수 있으며, 처리수 유출라인을 다각도로 하여 인흡착조 내부의 국지적 유동을 방지함으로써 폐색 현상을 방지할 수 있다.
하지만, 종래의 기술에 따른 인 흡착 및 회수 시스템의 경우, 인이 탈착된 흡착제가 유입되고, 재생용액을 이용하여 흡착제를 재생하도록 별도의 흡착제 재생조(34)가 구비되어야 하므로 구조가 매우 복잡해지는 문제점이 있다.
한편, 다른 선행기술로서, 대한민국 등록특허번호 제10-1337405호에는 "질소 및 인 제거를 위한 하,폐수 처리장치 및 공법"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 도 3을 참조하여 설명한다.
도 3은 종래의 기술에 따른 질소 및 인 제거를 위한 하,폐수 처리장치의 개략적인 구성도이다.
도 3을 참조하면, 종래의 기술에 따른 질소 및 인 제거를 위한 하,폐수 처리장치는, 질소처리부(40) 및 인처리부(50)를 포함하며, 하,폐수가 질소처리부(40)를 거치면서 질소가 제거되고, 이렇게 질소가 제거된 처리수를 인처리부(50)를 거침으로써 인이 차례로 제거된다. 또한, 질소처리부(40)와 인처리부(50) 사이에 전처리부(60)를 구성할 수 있고, 전처리부(60)는 여과에 의해 질소가 제거된 처리수로부터 입자성 유기, 고형물 등을 제거할 수 있다.
구체적으로, 종래의 기술에 따른 질소 및 인 제거를 위한 하,폐수 처리장치는, 무산소조(41)와 호기조(42)로 구성되는 질소처리부(40); 및 흡착제가 내부에 충진되어 유입수로부터 인을 흡착하고 처리수를 방류하는 인흡착조(51), 인이 흡착된 흡착제로부터 인을 탈착하는 인탈착조(52), 인이 탈착된 흡착제를 재생하는 흡착제재생조(53), 인탈착조와 연통하여 인을 포함하는 유입수로부터 인을 회수하는 인회수조(54)로 구성되는 인처리부(50)를 포함한다.
질소처리부(40)를 거쳐 질소가 제거된 폐수를 인처리부(50)를 통해 인을 제거하되, 인처리부(50)는 내부에 인흡착제(51a)이 구비되어 인을 흡착 처리하고 인이 제거된 처리수를 방류할 수 있고, 인탈착조(52)에서는 인이 흡착된 흡착제(51a)에 탈착용액을 이용해 탈착시켜 인이 포함된 용액을 인 회수조(54)로 유동시키고, 흡착제 재생조(53)에서는 다시 흡착제 회수 재생용액을 투입하여 흡착제(51a)를 재생시키고, 이후, 재생된 흡착제(51a)을 다시 인흡착조(51)로 유동시켜 흡착제를 반복하여 재이용할 수 있다.
종래의 기술에 따른 질소 및 인 제거를 위한 하,폐수 처리장치에 따르면, 질소처리조에서 생물학적 공정으로 유기물, SS, 질소를 제거하고, 후단의 인처리조에서 흡착공정에 의해 인만을 제거함으로써 공정의 복잡에 따른 장치고장, 유기물 부족 등을 해소하여 효율적인 하,폐수 처리가 가능하다. 또한, 인 제거시 인흡착, 인탈착, 흡착제 재생 및 인 회수에 있어 운전정지 없이 계속적인 운용이 가능함으로써 운전효율을 배가시킬 수 있다.
하지만, 종래의 기술에 따른 질소 및 인 제거를 위한 하,폐수 처리장치의 경우, 인 탈착조 이외에 흡착제 재생조 및 인 회수조가 별도 구비되어야 하므로 구조가 매우 복잡해지며, 흡착제의 재사용 효율이 떨어진다는 문제점이 있다.
한편, 또 다른 선행기술로서, 대한민국 공개특허번호 제2016-84224호에는 "자성철 분말의 제조방법 및 이를 이용한 인산염의 제거 및 회수 장치"라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 도 4를 참조하여 설명한다.
도 4는 종래의 기술에 따른 인산염의 제거 및 회수 장치의 개략적인 구성도이다.
도 4를 참조하면, 종래의 기술에 따른 인산염의 제거 및 회수 장치는, 흡착조(70), 탈착조(80) 및 자성철 분말 저장조(90)를 포함한다.
흡착조(70)는 인산염이 포함된 폐수가 유입되는 제1 유입부(71), 자성철 분말이 유입되는 제2 유입부(72), 인산염이 포함된 폐수와 자성철 분말을 섞는 교반기(73), 인산염과 자성철 분말의 킬레이팅 복합체를 여과 및 농축시키는 막 여과조(74), 및 막 여과조에 의해 여과된 처리수가 배출되는 제1 배출부(75)를 포함하여 구성된다.
탈착조(80)는 탈착용액이 유입되는 제3 유입부(82), 인산염 농축수를 배수하는 제2 배출부(83) 및 자성철 분말이 부착되는 흡착부재(84)를 포함하여 구성된다. 이때, 연결관(81)은 막 여과조(74)에 의해 농축되어 흡착조(70)로부터 배출되는 혼합수를 탈착조(80)에 유입되도록 한다.
자성철 분말 저장조(90)는 탈착조(80)로부터 자성철 분말을 회수하여 흡착조(70)로 투입한다.
종래의 기술에 따른 인산염의 제거 및 회수 장치에 따르면, 인산염의 흡착 및 탈착 능력이 우수할 뿐만 아니라 재사용이 가능하여 실제 공정에서도 유용하게 적용 가능한 자성철 분말을 간단하게 제조할 수 있고, 또한, 자성철 분말을 인산염의 제거 및 회수 장치에 사용할 경우 고순도의 인산염을 확보함과 동시에 회수된 자성철 분말을 반복하여 사용할 수 있다.
하지만, 종래의 기술에 따른 인산염의 제거 및 회수 장치의 경우, 탈착조 내에서 탈착된 흡착부재를 자성철분말 저장조로 반송하는 구조로서, 탈착된 흡착부재가 세정되지 않은 상태로 반송되고, 흡착부재의 재사용 효율이 떨어진다는 문제점이 있다.
대한민국 공개특허번호 제2016-84224호(공개일: 2016년 7월 13일), 발명의 명칭: "자성철 분말의 제조방법 및 이를 이용한 인산염의 제거 및 회수 장치" 대한민국 공개특허번호 제2015-120708호(공개일: 2015년 10월 28일), 발명의 명칭: "유무기 복합 금속 산화물 흡착제 및 이를 포함하는 인 회수 장치" 대한민국 등록특허번호 제10-1337405호(등록일: 2013년 11월 29일), 발명의 명칭: "질소 및 인 제거를 위한 하,폐수 처리장치 및 공법" 대한민국 등록특허번호 제10-1108877호(등록일: 2012년 1월 17일), 발명의 명칭: "인 흡착 및 회수 시스템 및 이를 이용한 인 흡착 및 회수방법"
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 인산염 흡착제로서 분말형 흡착제를 사용하고, 유동상으로 운전함으로써, 인산염과의 흡착반응 속도를 높일 수 있고, 흡착제 탈착시에 부착된 인산염을 빠르게 탈착시킬 수 있는, 분말형 흡착제를 이용한 수중의 인산염 흡탈착 시스템 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 인산염 탈착조에 사용한 수산화나트륨 용액이 수중에 함유된 탄산염을 제거하는 역할을 함으로써 탄산칼슘 부산물 생성 없이 인성분 함량 15%~20%의 고순도 인산염 비료를 생산할 수 있는, 분말형 흡착제를 이용한 수중의 인산염 흡탈착 시스템 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 하폐수처리장의 2차 침전지의 유출수에 함유된 저농도의 인산염을 산성조건에서 분말형 흡착제에 연속으로 누적 흡착시켜서 고효율로 제거할 수 있는, 분말형 흡착제를 이용한 수중의 인산염 흡탈착 시스템 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 알칼리성 조건에서 누적 흡수된 인산염을 간헐적으로 탈착시켜 고농도의 인산염으로 농축함으로써, 고순도의 인산염 비료를 제조할 수 있고, 동시에 인산염 탈착조에서 인산염이 탈착된 분말형 흡착제는 인산염 흡착조로 반송시켜 반복하여 재사용할 수 있는, 분말형 흡착제를 이용한 수중의 인산염 흡탈착 시스템 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 분말형 흡착제를 이용한 수중의 인산염 흡탈착 시스템은, 유입수 내에 포함된 인산염의 흡착을 위한 유동상의 인산염 흡착조로서, 분말형 흡착제가 투입되어 상기 유입수 내에 포함된 인산염을 흡착하고, 상기 인산염이 흡착된 분말형 흡착제를 이송하는 인산염 흡착조; 상기 인산염 흡착조 내에 설치되어 분말형 흡착제와 처리수를 분리하여 처리수를 배출하는 제1 분리막; 흡착된 인산염을 탈착하기 위한 유동상의 인산염 탈착조로서, 상기 인산염을 탈착시키기 위한 탈리용액이 투입되어 상기 인산염 흡착조로부터 이송된 분말형 흡착제로부터 인산염을 탈착하고, 상기 분말형 흡착제가 고농도의 분말형 흡착제로 침전되는 인산염 탈착조; 상기 인산염 탈착조 내에 설치되어 상기 인산염 흡착조로부터 이송된 분말형 흡착제와 상기 탈리용액을 교반하여 고농도 인산염 용액을 배출하는 제2 분리막; 및 알칼리용액이 공급되어 상기 제2 분리막으로부터 배출된 고농도의 인산염 용액을 고품질로 비료화하여 인산염 비료를 생산하는 인산염 비료 생산조를 포함하되, 상기 인산염 탈착조 내에서 침전된 분말형 흡착제는 상기 인산염 흡착조로 반송되어 재사용되며; 상기 인산염 탈착조에 사용한 탈리용액은 수중에 함유된 탄산염을 제거하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 분말형 흡착제는 인산염 제거를 위한 분말형 흡착제로서, 삼산화이철, 사산화삼철(Fe2O3, Fe3O4), 산화코발트(Co2O3), 산화구리(Cu2O), 과산화아연(ZnO2), 산화알루미늄(Al2O3), 이산화망간(Mn2O2) 및 이산화규소(SiO2)를 포함하는 금속산화물(M)이거나, 또는 리튬(Li) 및 란타늄(La)을 포함하는 희토류(N)이거나, 또는 금속산화물간 화합물, 금속산화물과 희토류와의 화합물, 각 수산기를 가진 금속산화물 및 희토류 중에서 선택될 수 있다.
본 발명에 따른 분말형 흡착제를 이용한 수중의 인산염 흡탈착 시스템은, 상기 인산염 흡착조 내에 설치되는 교반기로서, 상기 유입수 내의 인산염 흡착을 위해서 상기 유입수에 공급된 상기 분말형 흡착제를 교반하는 제1 교반기; 및 상기 인산염 탈착조 내에 설치되는 교반기로서, 상기 인산염 흡착조로부터 이송된 분말형 흡착제와 상기 탈리용액을 교반하는 제2 교반기를 추가로 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제1 및 제2 분리막은 정밀여과 분리막일 수 있다.
여기서, 상기 인산염 탈착조는 상기 인산염 흡착조의 부피보다 2배 이상으로 형성되며, 상기 인산염 탈착조의 하부는 상기 분말형 흡착제의 침전이 용이하도록 콘 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 인산염 탈착조는 비상시 상기 분말형 흡착제를 일시 저류하는 저류조로 기능할 수 있다.
여기서, 상기 인산염 탈착조 내에 인산염 탈착을 위해 공급되는 탈리용액은 알칼리 용액인 수산화나트륨 용액으로서, 상기 수산화나트륨 용액에 의해 탄산칼슘 부산물 생성 없이 고순도 인산염 비료인 인산칼슘(Ca2(PO4)3)이 생산될 수 있다.
여기서, 상기 인산염 비료 생산조의 상등액은 상기 인산염 탈착조 내의 침전된 분말형 흡착제를 세정하는 세정수로 사용될 수 있다.
여기서, 상기 인산염 비료 생산조 내에 투입되는 알칼리 용액은 수산화칼슘 용액일 수 있다.
여기서, 상기 인산염 비료 생산조 내에 공급되는 고농도 인산염 용액은 상기 산화칼슘 용액과 반응하여 전체 인성분 함량의 15%~20%인 고순도 인산염 비료인 인산칼슘을 생산하는 것을 특징으로 한다.
한편, 전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 다른 수단으로서, 본 발명에 따른 분말형 흡착제를 이용한 수중의 인산염 흡탈착 방법은, a) 인산염 흡착조 내에 유입수를 공급하고, 분말형 흡착제를 투입하는 단계; b) 상기 인산염 흡착조 내부를 교반하고, 제1 분리막을 통한 처리수를 배출하는 단계; c) 상기 인산염 흡착조 내에서 흡착된 분말형 흡착제를 인산염 탈착조로 이송시키는 단계; d) 상기 인산염 탈착조 내에 탈리용액을 공급하는 단계; e) 상기 인산염 탈착조 내부를 교반하고, 제2 분리막을 통한 고농도 인산염 용액을 인산염 비료 생산조로 배출하는 단계; f) 상기 인산염 탈착조 내에서 침전된 분말형 흡착제를 상기 인산염 흡착조로 반송하는 단계; 및 g) 상기 인산염 비료 생산조 내에 알칼리용액을 투입하여 인산염 비료를 생산하는 단계를 포함하되, 상기 인산염 탈착조 내에서 침전된 분말형 흡착제는 상기 인산염 흡착조로 반송되어 재사용되며; 상기 인산염 탈착조에 사용한 탈리용액은 수중에 함유된 탄산염을 제거하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 인산염 흡착제로서 분말형 흡착제를 사용하고, 유동상(fludized bed)으로 운전함으로써, 인산염과의 흡착반응 속도를 높일 수 있고, 흡착제 탈착시에 부착된 인산염을 빠르게 탈착시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 인산염 탈착조에 사용한 수산화나트륨 용액이 수중에 함유된 탄산염을 제거하는 역할을 함으로써 탄산칼슘 부산물 생성 없이 인성분 함량 15%~20%의 고순도 인산염 비료를 생산할 수 있다.
본 발명에 따르면, 하폐수처리장의 2차 침전지의 유출수에 함유된 저농도의 인산염을 산성조건에서 분말형 흡착제에 연속으로 누적 흡착시켜서 고효율로 제거할 수 있다.
본 발명에 따르면, 알칼리성 조건에서 누적 흡수된 인산염을 간헐적으로 탈착시켜 고농도의 인산염으로 농축함으로써, 고순도의 인산염 비료를 제조할 수 있고, 동시에 인산염 탈착조에서 인산염이 탈착된 분말형 흡착제는 인산염 흡착조로 반송시켜 반복하여 재사용할 수 있다.
본 발명에 따르면, 인산염이 탈착된 분말형 흡착제는 다시 인산염 흡착조로 이송하여, 흡착 및 탈착 과정을 반복하여 수행함으로써 분말형 흡착제의 재생이 가능하며, 동시에 탈착된 인산염은 인함량이 매우 높은 고품질의 비료로 생산할 수 있다.
도 1은 종래의 기술에 따른 유무기 복합 금속 산화물 흡착제를 포함하는 인 회수 장치의 모식도이다.
도 2는 종래의 기술에 따른 인 흡착 및 회수 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 3은 종래의 기술에 따른 질소 및 인 제거를 위한 하,폐수 처리장치의 개략적인 구성도이다.
도 4는 종래의 기술에 따른 인산염의 제거 및 회수 장치의 개략적인 구성도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 분말형 흡착제를 이용한 수중의 인산염 흡탈착 시스템의 구성도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 인산염 흡착제를 이용한 수중의 인산염 흡탈착 시스템의 모식도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 분말형 흡착제를 이용한 수중의 인산염 흡탈착 시스템에서 인산염 흡착조를 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 분말형 흡착제를 이용한 수중의 인산염 흡탈착 시스템에서 인산염 탈착조를 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 분말형 흡착제를 이용한 수중의 인산염 흡탈착 시스템에서 인산염 비료 생산조를 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 분말형 흡착제를 이용한 수중의 인산염 흡탈착 방법의 동작흐름도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
[분말형 흡착제를 이용한 수중의 인산염 흡탈착 시스템(100)]
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 분말형 흡착제를 이용한 수중의 인산염 흡탈착 시스템의 구성도이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 인산염 흡착제를 이용한 수중의 인산염 흡탈착 시스템의 모식도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 분말형 흡착제를 이용한 수중의 인산염 흡탈착 시스템은, 분말형 흡착제 공급부(110), 인산염 흡착조(120), 인산염 탈착조(130), 인산염 비료 생산조(140), 처리수 저장탱크(150), 탈리 용액 공급부(160), 알칼리용액 공급부(170) 및 인산염 비료 저장탱크(180)를 포함하며, 상기 인산염 흡착조(120) 내에 제1 교반기(121) 및 제1 분리막(122)이 설치되고, 상기 인산염 탈착조(130) 내에 제2 교반기(131) 및 제2 분리막(132)이 설치된다.
통상적으로, 하수 및 폐수의 처리를 위한 생물학적 처리의 주요 공정은 미생물을 이용한 생물학적 처리반응조 및 미생물은 침전시키고 처리수는 배출하는 고액분리조인 2차 침전지로 구성되어 있으며, 2차 침전지의 유출수는 생물학적 처리에서 미처리된 다량의 인산염을 포함하고 있다.
따라서 본 발명의 실시예에 따른 분말형 흡착제를 이용한 수중의 인산염 흡탈착 시스템(100)에서 인산염 흡착조(120) 내로 유입되는 유입수는 사전에 여과된 2차 침전지의 유출수일 수 있다. 예를 들면, 상기 유입수는, 도 6에 도시된 바와 같이, 유입수 공급펌프(111)를 통해 인산염 흡착조(120)로 공급된다.
본 발명의 실시예에 따른 분말형 흡착제를 이용한 수중의 인산염 흡탈착 시스템(100)의 경우, 인산염 함량이 높은 하폐수 처리장의 2차 침전지 유출수를 유입수로 하여 유입수 내에 함유된 인산염을 분말형 흡착제로 제거하게 된다.
분말형 흡착제 공급부(110)는 인산염 흡착조(120) 내에 분말형 흡착제를 투입한다. 구체적으로, 폐수처리장 또는 하수처리장의 2차 침전지 유출수 내에는 이전 단계의 생물학적 처리시설에서 미처리된 인산염 이온(ion)은 수중의 pH에 따라서 pH 4 미만의 H3PO4, pH 4 내지 pH 6의 H2PO4 -, pH 6 내지 pH 10의 HPO4 -2, pH 10 초과의 PO4 -3 등 4가지 형태로 존재한다. 여기서, 인산염 제거를 위한 분말형 흡착제로는 삼산화이철, 사산화삼철(Fe2O3, Fe3O4), 산화코발트(Co2O3), 산화구리(Cu2O), 과산화아연(ZnO2), 산화알루미늄(Al2O3), 이산화망간(Mn2O2) 및 이산화규소(SiO2)를 포함하는 금속산화물(M)이거나, 또는 리튬(Li) 및 란타늄(La)을 포함하는 희토류(N), 또는 금속산화물간 화합물(M+M), 금속산화물과 희토류와의 화합물(M+N), 각 수산기(OH-)를 가진 금속산화물 및 희토류 등이 있지만, 이에 국한되는 것은 아니다.
인산염 흡착조(120)는 인산염 흡착을 위한 유동상(fludized bed)의 인산염 흡착조로서, 분말형 흡착제에 흡착된 인산염을 탈착하기 위한 상기 분말형 흡착제를 인산염 탈착조(130)로 간헐적으로 이송한다. 이때, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 인산염 흡착조(120) 내부에 제1 교반기(121) 및 제1 분리막(122)이 설치되며, 상기 제1 교반기(121)는 인산염 흡착조(120) 내에 설치되는 교반기로서, 상기 유입수 내의 인산염 흡착을 위해서 상기 유입수에 공급된 상기 분말형 흡착제를 교반한다. 또한, 상기 제1 분리막(122)은 상기 인산염 흡착조(120) 내에 설치되어 분말형 흡착제와 처리수를 분리하기 위한 정밀여과 분리막으로서, 상기 제1 분리막(122)에 의해 처리된 처리수를 배출한다.
인산염 탈착조(130)는 흡착된 인산염을 탈착하기 위한 유동상(fludized bed)의 인산염 탈착조로서, 인산염을 탈착시키기 위한 탈리용액이 투입되어 상기 인산염 흡착조(120)로부터 이송된 분말형 흡착제로부터 인산염이 탈착되며, 상기 분말형 흡착제는 고농도의 분말형 흡착제로 침전된다. 또한, 상기 인산염 탈착조(130)는 탈착 과정을 거쳐 침전된 분말형 흡착제를 세정하고, 침전된 고농도의 분말형 흡착제를 상기 인산염 흡착조(120)로 간헐적으로 반송한다. 이때, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 인산염 탈착조(130) 내부에 제2 교반기(131) 및 제2 분리막(132)이 설치되며, 상기 제2 교반기(131)는 인산염 탈착조(130) 내에 설치되는 교반기로서, 상기 인산염 흡착조(120)로부터 이송된 분말형 흡착제와 상기 탈리용액을 교반한다. 또한, 상기 제2 분리막(132)은 상기 인산염 탈착조(130) 내에 설치되어 분말형 흡착제와 탈착된 인산염을 분리하기 위한 정밀여과 분리막으로서, 상기 제2 분리막(132)에 의해 고농도의 인산염 용액이 배출된다. 또한, 상기 인산염 탈착조(130)에서 사용한 수산화나트륨(NaOH) 용액은 흡착된 인산염을 탈착할 뿐만 아니라 공기중에 함유된 이산화 탄소(CO2)를 용해시킴으로써, 하수 및 폐수 처리수에 함유된 탄산염(HCO3 -, CO3 -2)을 탄산나트륨(Na2CO3)으로 제거하는 역할도 한다.
인산염 비료 생산조(140)는 탈착된 고농도의 인산염 용액을 고품질로 비료화하여 인산염 비료를 생산하도록 알칼리용액인 수산화칼슘 용액이 공급된다. 이때, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 인산염 탈착조(130) 내의 제2 분리막(132)으로부터 배출된 고농도의 인산염 용액과 상기 수산화칼슘 용액이 반응하여 인산염 비료를 생산한다.
처리수 저장탱크(150)는 상기 인산염 흡착조(120) 내의 제1 분리막(122)을 통해 처리된 처리수를 저장한다. 이때, 상기 처리수는 상기 처리수 저장탱크(150) 내에 저장되지 않고, 하천 등으로 방류될 수도 있다.
탈리용액 공급부(160)는 상기 인산염 탈착조(130) 내에서 상기 흡착된 인산염을 탈착하도록 탈리용액, 예를 들면, 알칼리용액인 수산화나트륨 용액을 공급한다.
알칼리용액 공급부(170)는 상기 인산염 비료 생산조(140) 내에서 인산염 비료를 생산하도록 알칼리용액인 수산화칼슘 용액을 공급한다.
인산염 비료 저장탱크(180)는 상기 인산염 비료 생산조(140) 내에서 생산된 인산염 비료를 저장한다.
한편, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 분말형 흡착제를 이용한 수중의 인산염 흡탈착 시스템에서 인산염 흡착조를 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 분말형 흡착제를 이용한 수중의 인산염 흡탈착 시스템에서, 인산염 흡착을 위한 유동상의 인산염 흡착조(120) 내에서 인산염을 흡착 제거하는 원리를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
분말형 흡착제를 사용하여 상기 유입수 내에 함유된 인산염을 효과적으로 흡착하기 위해서는 수중의 pH는 4~6 범위의 산성조건이 필요하며, pH 조정은 염산(HCl)이 보다 유효하다.
전술한 금속산화물 흡착제의 인산염 흡착 원리는 산성조건에서 금속산화물과 인산염(H2PO4 -)이 직접 결합하여 인산염을 제거(innersphere complex)하거나, 알칼리조건에서 재생을 거친 수산기(OH-)를 가진 금속화합물의 경우, 수산기를 인산염(H2PO4 -)과 치환(ligand exchange)하여 제거한다. 이때, 인산염 흡착제는 인산염과의 접촉면적을 크게 하고 표면화학적 반응을 빠르게 하기 위해서, 10㎛ 이하의 분말형 흡착제를 주입하는 것이 바람직하다.
인산염 흡착조(120) 내로 유입되는 유입수인 인산염 함유 하폐수와 분말형 흡착제와의 유동상으로 균일한 혼합을 위하여 인산염 흡착조 교반기(121)가 설치되며, 인산염이 흡착 제거되어 처리된 유입수는 정밀여과막 분리막(micro filter membrane)인 제1 분리막(122)의 여과를 거쳐서 분말형 흡착제는 분리하고, 처리수만 하천 등으로 방류하거나 또는 처리수 저장탱크(150)로 배출한다. 이때, 상기 인산염 흡착조(120)는 유입수의 유량을 기준으로 20분 정도의 수리학적 체류시간(hydraulic retention time: HRT)을 유지시킬 수 있는 크기의 반응조가 필요하다.
상기 인산염 흡착조(120)에서 인산염을 흡착한 분말형 흡착제는, 흡착된 인산염을 탈착시켜 재사용하기 위하여, 상기 인산염 흡착조(120)의 분말형 흡착제의 일부, 예를 들면, 상기 인산염 흡착조(120) 부피의 25% 정도의 침전된 분말형 흡착제를 간헐적으로 인산염 탈착조(130)로 이송한다. 이때, 상기 침전된 분말형 흡착제의 이송빈도는 상기 인산염 탈착조(130)에서 탈착 및 침전시간을 고려하여 1일 약 4회가 적당하다. 즉, 6시간/사이클로 1일 4사이클로 이송하는 것이 바람직하다.
한편, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 분말형 흡착제를 이용한 수중의 인산염 흡탈착 시스템에서 인산염 탈착조를 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 분말형 흡착제를 이용한 수중의 인산염 흡탈착 시스템에서, 인산염 탈착을 위한 유동상의 인산염 탈착조(130)에서 인산염 탈착 원리를 설명하면 다음과 같다.
간헐적으로 인산염 탈착조(130)로 이송된 침전된 분말형 흡착제는 흡착된 인산염을 탈착시키기 위하여 상기 인산염 탈착조(130)의 pH는 수산화나트륨(NaOH) 용액을 이용하여 약 10으로 유지시키면, 인산염은 PO4 -3 형태로 탈착된다.
이때, 알칼리용액인 수산화나트륨(NaOH) 용액과 상기 이송된 분말형 흡착제와의 균일한 혼합 및 상기 분말형 흡착제로부터 인산염의 원활한 탈착 재생을 위하여 인산염 탈착조 교반기(131)가 설치된다.
이때, 상기 인산염 탈착조(130)의 바닥 구조는 상기 인산염 흡착조(120)로부터 이송된 분말형 흡착제가 용이하게 포집될 수 있도록 콘(corn) 형태로 제작하는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 인산염의 탈착을 위하여 1사이클은 약 4시간 교반한 후 2시간의 침전 과정을 고려하여 약 6시간이 소요되는 것이 바람직하다. 이후, 상기 인산염이 탈착되어 고농도의 인산염을 함유한 인산염 탈착조 상등액과 인산염이 탈착된 분말형 흡착제와의 고액 분리는 정밀여과막 분리막인 제2 분리막(132)의 여과를 거쳐서 분리하고, 고농도의 인산염 용액을 인산염 비료 생산조(140)로 배출한다.
또한, 상기 인산염 탈착조(130)에서 인산염이 탈착되어 고농도로 농축된 인산염 흡착제는 다시 상기 인산염 흡착조(120)로 반송하며, 이때, 인산염이 탈착된 분말형 흡착제의 반송량은 상기 인산염 흡착조(120) 부피의 10% 정도일 수 있다. 즉, 상기 인산염 탈착조(130)로부터 상기 인산염 흡착조(120)로의 반송량은 상기 인산염 흡착조(120) 부피의 25% 중에서 10%에 해당한다. 이에 따라, 상기 인산염 흡착조(120) 부피의 15%는 정밀여과 분리막인 제2 분리막(132)의 분리 여과에 의해 인산염 비료 생산조(140)로 이송될 수 있다.
통상적으로, 하폐수의 생물학적 처리수에는 탄산염(HCO3 -, CO3 -2) 농도가 매우 높아서 인산염 비료의 제조시에 탄산칼슘의 생성으로 인해 비료의 순도가 낮아진다.
하지만, 본 발명의 실시예에서는 상기 인산염 탈착조(130)에서 사용한 탈리용액인 수산화나트륨(NaOH) 용액은 흡착된 인산염의 탈착뿐만 아니라 공기중에 함유된 이산화탄소(CO2)가 용해되거나, 하폐수 처리수에 함유된 탄산염, 예를 들면, HCO3 - 또는 CO3 -2을 탄산나트륨(Na2CO3)으로 제거하는 역할도 한다.
이에 따라, 정밀여과 분리막을 거친 인산염 함량이 매우 높은 여과수와 석회수(Ca(OH)2)를 이용하여 인산염 비료제조시 석회수에 함유된 Ca+2 이온이 탄산염과의 반응에 의한 탄산칼슘(CaCO3) 부산물 생성 없이 인성분 함량 15%~20%의 고순도 인산염 비료인 인산칼슘(Ca2(PO4)3)을 생산할 수 있다. 다시 말하면, 인산염 탈착조에 사용한 NaOH 알칼리 용액은 인산염을 용출하는 역할뿐만 아니라 고순도 인산염 비료 생산을 위한 전처리제로 사용한다.
한편, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 분말형 흡착제를 이용한 수중의 인산염 흡탈착 시스템에서 인산염 비료 생산조를 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 분말형 흡착제를 이용한 수중의 인산염 흡탈착 시스템에서, 인산염 비료 생산조(140) 내에서, 정밀여과 분리막인 제2 분리막(132)을 거친 인산염 함량이 매우 높은 여과수와 석회수인 수산화칼슘 용액(Ca(OH)2)을 이용하여 인산염 비료의 제조시, 상기 석회수에 함유된 Ca+2 이온이 탄산염과의 반응에 의한 탄산칼슘(CaCO3) 부산물을 생성하지 않고, 전체 인성분 함량의 15%~20%인 고순도 인산염 비료인 인산칼슘(Ca2(PO4)3)을 생산할 수 있다.
다시 말하면, 상기 인산염 탈착조(130)에 사용한 탈리용액인 수산화나트륨(NaOH) 용액은 인산염을 용출하는 역할을 하고, 또한, 상기 수산화나트륨(NaOH) 용액은 고순도 인산염 비료 생산을 위한 전처리제로 사용될 수 있다. 또한, 상기 인산염 비료의 제조 이후의 상기 인산염 비료 생산조(140) 내의 상등액은 다시 상기 인산염 탈착조(130)에서 인산염의 원활한 탈착을 위하여 세정수로 반복하여 사용할 수 있다.
결국, 본 발명의 실시예에 따른 분말형 흡착제를 이용한 수중의 인산염 흡탈착 시스템(100)의 경우, 하폐수처리장의 2차 침전지의 유출수에 함유된 저농도의 인산염을 산성조건에서 분말형 흡착제에 연속으로 누적 흡착시켜서 고효율로 제거할 수 있다.
또한, 인산염 탈착조에 사용한 수산화나트륨 용액이 수중에 함유된 탄산염을 제거하는 역할을 함으로써 탄산칼슘 부산물 생성 없이 인성분 함량 15%~20%의 고순도 인산염 비료를 생산할 수 있다.
또한, 알칼리성 조건에서 누적 흡수된 인산염을 간헐적으로 탈착시켜 고농도의 인산염으로 농축함으로써, 고순도의 인산염 비료를 제조할 수 있다. 동시에 인산염 탈착조에서 인산염이 탈착된 분말형 흡착제는 인산염 흡착조로 반송시켜 반복하여 재사용할 수 있다.
[분말형 흡착제를 이용한 수중의 인산염 흡탈착 방법]
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 분말형 흡착제를 이용한 수중의 인산염 흡탈착 방법의 동작흐름도이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 분말형 흡착제를 이용한 수중의 인산염 흡탈착 방법은, 인산염 흡착조(120) 내에 유입수를 공급하고, 분말형 흡착제를 투입한다(S110). 여기서, 상기 분말형 흡착제는 인산염 제거를 위한 분말형 흡착제로서, 삼산화이철, 사산화삼철(Fe2O3, Fe3O4), 산화코발트(Co2O3), 산화구리(Cu2O), 과산화아연(ZnO2), 산화알루미늄(Al2O3), 이산화망간(Mn2O2) 및 이산화규소(SiO2)를 포함하는 금속산화물(M)이거나, 또는 리튬(Li) 및 란타늄(La)을 포함하는 희토류(N)이거나, 또는 금속산화물간 화합물(M+M), 금속산화물과 희토류와의 화합물(M+N), 각 수산기(OH-)를 가진 금속산화물 및 희토류 중에서 선택될 수 있다. 또한, 상기 인산염 흡착조(120)는 유입수 내에 포함된 인산염의 흡착을 위한 유동상(fludized bed)의 인산염 흡착조로서, 분말형 흡착제가 투입되어 상기 유입수 내에 포함된 인산염을 흡착하고, 상기 인산염이 흡착된 분말형 흡착제를 이송한다.
다음으로, 상기 인산염 흡착조(120) 내부를 교반하고, 제1 분리막(122)을 통한 처리수를 배출한다(S120). 여기서, 상기 제1 교반기(121)는 상기 인산염 흡착조(120) 내에 설치되는 교반기로서, 상기 유입수 내의 인산염 흡착을 위해서 상기 유입수에 공급된 상기 분말형 흡착제를 교반한다. 또한, 상기 제1 분리막(122)은 상기 인산염 흡착조(120) 내에 설치되어 분말형 흡착제와 처리수를 분리하여 처리수를 배출하는 정밀여과 분리막인 것이 바람직하다.
다음으로, 상기 인산염 흡착조(120) 내에서 흡착된 분말형 흡착제를 인산염 탈착조(130)로 이송시킨다(S130).
다음으로, 상기 인산염 탈착조(130) 내에 탈리용액을 공급한다(S140). 여기서, 상기 인산염 탈착조(130)는 상기 인산염 흡착조(120)의 부피보다 2배 이상으로 형성되며, 상기 인산염 탈착조(130)의 하부는 상기 분말형 흡착제의 침전이 용이하도록 콘(Corn) 형상으로 형성된다. 또한, 상기 인산염 탈착조(130) 내에 인산염 탈착을 위해 공급되는 탈리용액은 알칼리 용액으로서 수산화나트륨 용액일 수 있다. 이에 따라, 상기 인산염 탈착조(130)에 사용한 수산화나트륨(NaOH) 용액이 수중에 함유된 탄산염을 제거하는 역할을 함으로써 탄산칼슘(CaCO3) 부산물 생성 없이 인성분 함량 15%~20%의 고순도 인산염 비료인 인산칼슘(Ca2(PO4)3)을 생산할 수 있다.
다음으로, 상기 인산염 탈착조(130) 내부를 교반하고, 제2 분리막(132)을 통한 고농도 인산염 용액을 상기 인산염 비료 생산조(140)로 배출한다(S150). 여기서, 상기 제2 교반기(131)는 상기 인산염 탈착조(130) 내에 설치되는 교반기로서, 상기 인산염 흡착조(120)로부터 이송된 분말형 흡착제와 상기 탈리용액을 교반한다. 또한, 상기 제2 분리막(132)은 상기 인산염 탈착조(130) 내에 설치되어 상기 인산염 흡착조(120)로부터 이송된 분말형 흡착제와 상기 탈리용액을 교반하여 고농도 인산염 용액을 배출하는 정밀여과 분리막인 것이 바람직하다.
다음으로, 상기 인산염 탈착조(130) 내에서 침전된 분말형 흡착제를 상기 인산염 흡착조(120)로 반송한다(S160). 이에 따라, 상기 반송된 분말형 흡착제는 상기 인산염 흡착조(120) 내에서 재사용될 수 있다.
다음으로, 상기 인산염 비료 생산조(140) 내에 알칼리용액을 투입하여 인산염 비료를 생산한다(S170). 여기서, 상기 인산염 비료 생산조(140) 내에 투입되는 알칼리 용액은 수산화칼슘 용액일 수 있고, 이때, 상기 인산염 비료 생산조(140) 내에 공급되는 고농도 인산염 용액은 상기 산화칼슘 용액과 반응하여 전체 인성분 함량의 15%~20%인 고순도 인산염 비료인 인산칼슘(Ca2(PO4)3)을 생산할 수 있다. 이때, 상기 상기 인산염 비료 생산조(140) 내의 상등액은 세정수로 사용될 수 있다.
다음으로, 상기 인산염 비료 생산조(140) 내의 상등액인 세정수를 상기 인산염 탈착조(130)로 공급하여 상기 인산염 탈착조(130) 내의 침전된 분말형 흡착제를 세정한다(S180).
결국, 본 발명의 실시예에 따르면, 인산염 흡착제로서 분말형 흡착제를 사용하고, 유동상(fludized bed)으로 운전함으로써, 인산염과의 흡착반응 속도를 높일 수 있고, 흡착제 탈착시에 부착된 인산염을 빠르게 탈착시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 인산염이 탈착된 분말형 흡착제는 다시 인산염 흡착조로 이송하여, 흡착 및 탈착 과정을 반복하여 수행함으로써 분말형 흡착제의 재생이 가능하며, 동시에 탈착된 인산염은 인함량이 매우 높은 고품질의 비료로 생산할 수 있다.
[실험 결과]
본 발명의 실시예에 따른 분말형 흡착제를 이용한 수중의 인산염 흡탈착 방법의 경우, 인산염 흡착제로서 분말형 흡착제를 이용하여 인산염 흡착 및 탈착 공정을 거쳐서 반복적으로 재사용하게 된다.
예를 들면, 하수처리장 2차 침전지 유출수는 경기도 고양시 일산서구에 위치한 고양하수처리장 2차 침전지 유출수를 유입수로 사용하였다. 이러한 2차 침전지 유출수에 함유된 부유물질(Suspended solids: SS)은 침전시켜 제거하고, 상등액만 사용하였으며, 용존성 인산염 농도(soluble phosphate)는 약 5㎎/ℓ였다.
또한, 인산염 흡착조(120)는 유입수를 연속으로 유입하고, 연속으로 처리수를 배출하였으며, 상기 인산염 탈착조(130)는 인산염을 흡수한 분말형 흡착제에서 인산염을 탈착하기 위하여 간헐적으로 운전하였다.
이때, 인산염 흡착제로는 철성분이 함유된 A형 제올라이트(Fe-Zeolite A)를 볼밀로 10㎛ 이하로 분쇄하여, 분말형 흡착제로 사용하였다. 또한, 상기 인산염 흡착조(120) 및 상기 인산염 탈착조(130) 내에서 분말형 A형 제올라이트는 총 200g을 주입하였다. 여기서, 1일 처리량은 약 30ℓ였으며 인산염 흡착제의 탈착 주기는 1일 4사이클로 운전하며, 1사이클당 6시간이 소요되었다.
구체적으로, 상기 인산염 흡착조(120) 내의 유입수에 분말형 흡착제를 투입하여 인산염 연속 흡착 → 인산염이 흡착된 흡착제를 인산염 탈착조(130)로 이송 → 인산염 탈착조(130) 내에서 인산염 탈착 및 흡착제 세정 → 침전되어 세정된 분말형 흡착제를 인산염 흡착조(120)로 반송 → 탈착된 고농도의 인산염을 인산염 비료로 생산의 과정으로 진행한다.
이때, 상기 인산염 흡착조(120)에서 pH 4~6의 유입수의 수리학적 체류시간은 약 20분으로 유지하고, 제1 분리막(122)을 사용하여 처리수를 배출하고, 또한, 상기 인산염 탈착조(130)에서 pH 10.5로 유지하며, 특히, 상기 인산염 탈착조(130)는 상기 인산염 흡착조(120) 크기의 2배로 형성함으로써 충분한 탈착공간 및 시간을 유지하고, 또한, 상기 인산염 탈착조(130)는 비상시 상기 분말형 흡착제를 일시 저류하는 저류조의 기능으로도 이용할 수 있다.
또한, 상기 인산염 흡착조(120)에서 상기 인산염 탈착조(130)로의 분말형 흡착제의 이송은 상기 인산염 흡착조(120) 부피의 25%/사이클로 수행하고, 또한, 상기 인산염 탈착조(130)에서 상기 인산염 흡착조(120)로의 분말형 흡착제의 반송은 이송된 유량의 10%/사이클로 수행하였으며, 이에 따라, 고농도의 인산염이 함유된 차감 유량은 15%/사이클로 제2 분리막(132)의 정밀여과를 통하여 상기 인산염 비료 생산조(140)로 배출하였다. 이때, 상기 인산염 흡착조(120) 내에서 사용한 제1 분리막(122) 및 상기 인산염 탈착조(130) 내에서 인산염의 여과에 사용한 제2 분리막(132)은 산 및 알칼리에 내화학성이 있는 PVDF 재질의 정밀여과막을 사용하였다.
표 1은 본 발명의 실시예에 따른 분말형 흡착제를 이용한 수중의 인산염 흡탈착 방법에 의해 수행된 실험결과를 나타낸다.
[표 1]
Figure 112021043812667-pat00001
표 1을 참조하면, 총 운전 횟수는 72사이클을 운전하였다. 이때, 유입수의 인산염 농도는 5~8㎎/ℓ 범위로 연속으로 유입하였으며, 상기 인산염 흡착조(120)에서 흡착한 후, 연속으로 제1 분리막(122)의 여과를 거친 처리수의 인산염 농도는 0.1㎎/ℓ 이하로서, 처리효율이 약 99%이기 때문에 매우 우수한 것을 알 수 있다.
또한, 인산염 탈착조(130)의 인산염 농도는 약 200㎎/ℓ로서, 유입수의 인산염 농도를 약 40배로 농축시킨 고농도의 인산염을 얻을 수 있었다. 그리고 인산염 비료 생산조(140) 내에 석회수인 수산화칼슘 용액을 주입하여 인산염 비료를 제조하였으며, 이때, 상기 인산염 비료 생산조(140) 내의 상등액에 함유된 인산염 농도는 0.1㎎/ℓ 이하로 매우 낮은 농도를 나타내었다. 이에 따라, 상기 인산염 비료 생산조(140) 내에서 고농도의 인산염이 전량 인산염 비료 제조에 소요되었다는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 상기 인산염 비료 생산조(140) 내의 상등액은 상기 인산염 탈착조(130)에서 인산염이 탈착된 침전 흡착제의 세정수로 사용할 수 있다는 것을 보여주었다.
여기서, 상기 분말형 흡착제의 주입 총량은 약 200g을 주입하였다. 결국, 72사이클의 운전과정에서 총량의 변동은 매우 미약하여 인산염 흡착제 주입에 따른 부산물인 슬러지 발생이나 흡착제의 유실은 거의 없다는 것을 확인할 수 있었다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 수중의 인산염 흡탈착 시스템
110: 분말형 흡착제 공급부 120; 인산염 흡착조
130: 인산염 탈착조 140: 인산염 비료 생산조
150: 처리수 저장탱크 160: 탈리용액 공급부
170: 알칼리용액 공급부 180: 인산염 비료 저장탱크
111: 유입수 공급펌프
121: 제1 교반기(인산염 흡착조내 교반기)
122: 제1 분리막(인산염 흡착조내 정밀여과 분리막)
131: 제2 교반기(인산염 탈착조내 교반기)
132: 제2 분리막(인산염 탈착조내 정밀여과 분리막)

Claims (20)

  1. 유입수 내에 포함된 인산염의 흡착을 위한 유동상(fludized bed)의 인산염 흡착조로서, 분말형 흡착제가 투입되어 상기 유입수 내에 포함된 인산염을 흡착하고, 상기 인산염이 흡착된 분말형 흡착제를 이송하는 인산염 흡착조(120);
    상기 인산염 흡착조(120) 내에 설치되어 분말형 흡착제와 처리수를 분리하여 처리수를 배출하는 제1 분리막(122);
    흡착된 인산염을 탈착하기 위한 유동상의 인산염 탈착조로서, 상기 인산염을 탈착시키기 위한 탈리용액이 투입되어 상기 인산염 흡착조(120)로부터 이송된 분말형 흡착제로부터 인산염을 탈착하고, 상기 분말형 흡착제가 고농도의 분말형 흡착제로 침전되는 인산염 탈착조(130);
    상기 인산염 탈착조(130) 내에 설치되어 상기 인산염 흡착조(120)로부터 이송된 분말형 흡착제와 상기 탈리용액을 교반하여 고농도 인산염 용액을 배출하는 제2 분리막(132); 및
    알칼리용액이 공급되어 상기 제2 분리막(132)으로부터 배출된 고농도의 인산염 용액을 고품질로 비료화하여 인산염 비료를 생산하는 인산염 비료 생산조(140)를 포함하되,
    상기 인산염 탈착조(130) 내에서 침전된 분말형 흡착제는 상기 인산염 흡착조(120)로 반송되어 재사용되며; 상기 인산염 탈착조(130)에 사용한 탈리용액은 수중에 함유된 탄산염을 제거하는 것을 특징으로 하는 분말형 흡착제를 이용한 수중의 인산염 흡탈착 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 분말형 흡착제는 인산염 제거를 위한 분말형 흡착제로서, 삼산화이철, 사산화삼철(Fe2O3, Fe3O4), 산화코발트(Co2O3), 산화구리(Cu2O), 과산화아연(ZnO2), 산화알루미늄(Al2O3), 이산화망간(Mn2O2) 및 이산화규소(SiO2)를 포함하는 금속산화물(M)이거나, 또는 리튬(Li) 및 란타늄(La)을 포함하는 희토류(N)이거나, 또는 금속산화물간 화합물(M+M), 금속산화물과 희토류와의 화합물(M+N), 각 수산기(OH-)를 가진 금속산화물 및 희토류 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 분말형 흡착제를 이용한 수중의 인산염 흡탈착 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 인산염 흡착조(120) 내에 설치되는 교반기로서, 상기 유입수 내의 인산염 흡착을 위해서 상기 유입수에 공급된 상기 분말형 흡착제를 교반하는 제1 교반기(121); 및
    상기 인산염 탈착조(130) 내에 설치되는 교반기로서, 상기 인산염 흡착조(120)로부터 이송된 분말형 흡착제와 상기 탈리용액을 교반하는 제2 교반기(131)를 추가로 포함하는 분말형 흡착제를 이용한 수중의 인산염 흡탈착 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 분리막(122, 132)은 정밀여과 분리막인 것을 특징으로 하는 분말형 흡착제를 이용한 수중의 인산염 흡탈착 시스템.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 인산염 탈착조(130)는 상기 인산염 흡착조(120)의 부피보다 2배 이상으로 형성되며, 상기 인산염 탈착조(130)의 하부는 상기 분말형 흡착제의 침전이 용이하도록 콘(Corn) 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 분말형 흡착제를 이용한 수중의 인산염 흡탈착 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 인산염 탈착조(130)는 비상시 상기 분말형 흡착제를 일시 저류하는 저류조로 기능하는 것을 특징으로 하는 분말형 흡착제를 이용한 수중의 인산염 흡탈착 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 인산염 탈착조(130) 내에 인산염 탈착을 위해 공급되는 탈리용액은 알칼리 용액인 수산화나트륨 용액으로서, 상기 수산화나트륨 용액에 의해 탄산칼슘(CaCO3) 부산물 생성 없이 고순도 인산염 비료인 인산칼슘(Ca2(PO4)3)이 생산되는 것을 특징으로 하는 분말형 흡착제를 이용한 수중의 인산염 흡탈착 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 인산염 비료 생산조(140)의 상등액은 상기 인산염 탈착조(130) 내의 침전된 분말형 흡착제를 세정하는 세정수로 사용되는 것을 특징으로 하는 분말형 흡착제를 이용한 수중의 인산염 흡탈착 시스템.
  9. 제3항에 있어서,
    상기 인산염 비료 생산조(140) 내에 투입되는 알칼리 용액은 수산화칼슘 용액인 것을 특징으로 하는 분말형 흡착제를 이용한 수중의 인산염 흡탈착 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 인산염 비료 생산조(140) 내에 공급되는 고농도 인산염 용액은 상기 산화칼슘 용액과 반응하여 전체 인성분 함량의 15%~20%인 고순도 인산염 비료인 인산칼슘(Ca2(PO4)3)을 생산하는 것을 특징으로 하는 분말형 흡착제를 이용한 수중의 인산염 흡탈착 시스템.
  11. a) 인산염 흡착조(120) 내에 유입수를 공급하고, 분말형 흡착제를 투입하는 단계;
    b) 상기 인산염 흡착조(120) 내부를 교반하고, 제1 분리막(122)을 통한 처리수를 배출하는 단계;
    c) 상기 인산염 흡착조(120) 내에서 흡착된 분말형 흡착제를 인산염 탈착조(130)로 이송시키는 단계;
    d) 상기 인산염 탈착조(130) 내에 탈리용액을 공급하는 단계;
    e) 상기 인산염 탈착조(130) 내부를 교반하고, 제2 분리막(132)을 통한 고농도 인산염 용액을 인산염 비료 생산조(140)로 배출하는 단계;
    f) 상기 인산염 탈착조(130) 내에서 침전된 분말형 흡착제를 상기 인산염 흡착조(120)로 반송하는 단계; 및
    g) 상기 인산염 비료 생산조(140) 내에 알칼리용액을 투입하여 인산염 비료를 생산하는 단계를 포함하되,
    상기 인산염 탈착조(130) 내에서 침전된 분말형 흡착제는 상기 인산염 흡착조(120)로 반송되어 재사용되며; 상기 인산염 탈착조(130)에 사용한 탈리용액은 수중에 함유된 탄산염을 제거하는 것을 특징으로 하는 분말형 흡착제를 이용한 수중의 인산염 흡탈착 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    h) 상기 인산염 비료 생산조(140) 내의 상등액인 세정수를 상기 인산염 탈착조로 공급하여 상기 인산염 탈착조(130) 내의 침전된 분말형 흡착제를 세정하는 단계를 추가로 포함하는 분말형 흡착제를 이용한 수중의 인산염 흡탈착 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 a) 단계의 인산염 흡착조(120)는 유입수 내에 포함된 인산염의 흡착을 위한 유동상의 인산염 흡착조로서, 분말형 흡착제가 투입되어 상기 유입수 내에 포함된 인산염을 흡착하고, 상기 인산염이 흡착된 분말형 흡착제를 이송하는 것을 특징으로 하는 분말형 흡착제를 이용한 수중의 인산염 흡탈착 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 분말형 흡착제는 인산염 제거를 위한 분말형 흡착제로서, 삼산화이철, 사산화삼철(Fe2O3, Fe3O4), 산화코발트(Co2O3), 산화구리(Cu2O), 과산화아연(ZnO2), 산화알루미늄(Al2O3), 이산화망간(Mn2O2) 및 이산화규소(SiO2)를 포함하는 금속산화물(M)이거나, 또는 리튬(Li) 및 란타늄(La)을 포함하는 희토류(N)이거나, 또는 금속산화물간 화합물(M+M), 금속산화물과 희토류와의 화합물(M+N), 각 수산기(OH-)를 가진 금속산화물 및 희토류 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 분말형 흡착제를 이용한 수중의 인산염 흡탈착 방법.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 b) 단계의 제1 교반기(121)는 상기 인산염 흡착조(120) 내에 설치되는 교반기로서, 상기 유입수 내의 인산염 흡착을 위해서 상기 유입수에 공급된 상기 분말형 흡착제를 교반하며, 상기 e) 단계의 제2 교반기(131)는 상기 인산염 탈착조(130) 내에 설치되는 교반기로서, 상기 인산염 흡착조(120)로부터 이송된 분말형 흡착제와 상기 탈리용액을 교반하는 것을 특징으로 하는 분말형 흡착제를 이용한 수중의 인산염 흡탈착 방법.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 b) 단계의 제1 분리막(122)은 상기 인산염 흡착조(120) 내에 설치되어 분말형 흡착제와 처리수를 분리하여 처리수를 배출하는 정밀여과 분리막이고, 상기 e) 단계의 제2 분리막(132)은 상기 인산염 탈착조(130) 내에 설치되어 상기 인산염 흡착조(120)로부터 이송된 분말형 흡착제와 상기 탈리용액을 교반하여 고농도 인산염 용액을 배출하는 정밀여과 분리막인 것을 특징으로 하는 분말형 흡착제를 이용한 수중의 인산염 흡탈착 방법.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 d) 단계의 인산염 탈착조(130)는 상기 인산염 흡착조(120)의 부피보다 2배 이상으로 형성되며, 상기 인산염 탈착조(130)의 하부는 상기 분말형 흡착제의 침전이 용이하도록 콘(Corn) 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 분말형 흡착제를 이용한 수중의 인산염 흡탈착 방법.
  18. 제11항에 있어서,
    상기 인산염 탈착조(130) 내에 인산염 탈착을 위해 공급되는 탈리용액은 알칼리 용액인 수산화나트륨 용액으로서, 상기 수산화나트륨 용액에 의해 탄산칼슘(CaCO3) 부산물 생성 없이 고순도 인산염 비료인 인산칼슘(Ca2(PO4)3)이 생산되는 것을 특징으로 하는 분말형 흡착제를 이용한 수중의 인산염 흡탈착 방법.
  19. 제11항에 있어서,
    상기 인산염 비료 생산조(140) 내에 투입되는 알칼리 용액은 수산화칼슘 용액인 것을 특징으로 하는 분말형 흡착제를 이용한 수중의 인산염 흡탈착 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 인산염 비료 생산조(140) 내에 공급되는 고농도 인산염 용액은 상기 산화칼슘 용액과 반응하여 전체 인성분 함량의 15%~20%인 고순도 인산염 비료인 인산칼슘(Ca2(PO4)3)을 생산하는 것을 특징으로 하는 분말형 흡착제를 이용한 수중의 인산염 흡탈착 방법.
KR1020210048966A 2021-04-15 2021-04-15 분말형 흡착제를 이용한 수중의 인산염 흡탈착 시스템 및 그 방법 KR102344489B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210048966A KR102344489B1 (ko) 2021-04-15 2021-04-15 분말형 흡착제를 이용한 수중의 인산염 흡탈착 시스템 및 그 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210048966A KR102344489B1 (ko) 2021-04-15 2021-04-15 분말형 흡착제를 이용한 수중의 인산염 흡탈착 시스템 및 그 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102344489B1 true KR102344489B1 (ko) 2021-12-31

Family

ID=79177524

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210048966A KR102344489B1 (ko) 2021-04-15 2021-04-15 분말형 흡착제를 이용한 수중의 인산염 흡탈착 시스템 및 그 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102344489B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117138740A (zh) * 2023-10-31 2023-12-01 农业农村部环境保护科研监测所 一种Ca(OH)2与LaMnO3杂化复合材料的制备方法及用途

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101108877B1 (ko) 2010-03-11 2012-01-30 (주)태성종합기술 인 흡착 및 회수 시스템 및 이를 이용한 인 흡착 및 회수방법
KR101337405B1 (ko) 2012-04-26 2013-12-16 (주)태성종합기술 질소 및 인 제거를 위한 하,폐수 처리장치 및 공법
KR20150120708A (ko) 2014-04-18 2015-10-28 주식회사 퓨어엔비텍 유무기 복합 금속 산화물 흡착제 및 이를 포함하는 인 회수 장치
KR20160084224A (ko) * 2015-01-05 2016-07-13 한양대학교 산학협력단 자성철 분말의 제조방법 및 이를 이용한 인산염의 제거 및 회수 장치
KR20160095689A (ko) * 2015-02-03 2016-08-12 주식회사 지앤지인텍 Mio를 이용한 반도체 폐수 내의 불소 및 인 회수 방법
KR101837740B1 (ko) * 2017-05-29 2018-03-13 한국건설기술연구원 철 성분이 함유된 알루미노실리케이트에 의한 수중의 인산염 제거 및 재생 방법과 그의 장치

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101108877B1 (ko) 2010-03-11 2012-01-30 (주)태성종합기술 인 흡착 및 회수 시스템 및 이를 이용한 인 흡착 및 회수방법
KR101337405B1 (ko) 2012-04-26 2013-12-16 (주)태성종합기술 질소 및 인 제거를 위한 하,폐수 처리장치 및 공법
KR20150120708A (ko) 2014-04-18 2015-10-28 주식회사 퓨어엔비텍 유무기 복합 금속 산화물 흡착제 및 이를 포함하는 인 회수 장치
KR20160084224A (ko) * 2015-01-05 2016-07-13 한양대학교 산학협력단 자성철 분말의 제조방법 및 이를 이용한 인산염의 제거 및 회수 장치
KR20160095689A (ko) * 2015-02-03 2016-08-12 주식회사 지앤지인텍 Mio를 이용한 반도체 폐수 내의 불소 및 인 회수 방법
KR101837740B1 (ko) * 2017-05-29 2018-03-13 한국건설기술연구원 철 성분이 함유된 알루미노실리케이트에 의한 수중의 인산염 제거 및 재생 방법과 그의 장치

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117138740A (zh) * 2023-10-31 2023-12-01 农业农村部环境保护科研监测所 一种Ca(OH)2与LaMnO3杂化复合材料的制备方法及用途
CN117138740B (zh) * 2023-10-31 2024-01-09 农业农村部环境保护科研监测所 一种Ca(OH)2与LaMnO3杂化复合材料的制备方法及用途

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Naja et al. Treatment of metal-bearing effluents: removal and recovery
US8071055B2 (en) Water treatment techniques
AU2009238632B2 (en) Sulfate removal from water sources
US20100243571A1 (en) Method for adsorption of phosphate contaminants from water solutions and its recovery
US8877049B2 (en) Water treatment equipment
EP0140444B1 (en) A process for removing of heavy metals from water in particular from waste water
JP3767800B2 (ja) 窒素−リン含有排水の処理方法及び装置
KR102344489B1 (ko) 분말형 흡착제를 이용한 수중의 인산염 흡탈착 시스템 및 그 방법
Rodriguez-Freire et al. Technologies for fractionation of wastewater and resource recovery
Eliassen et al. Chemical processing of wastewater for nutrient removal
JP3913015B2 (ja) 洗濯排水の処理方法
Tels Advances in treating heavy metals containing wastes
JP3791760B2 (ja) Ｓｓ及びリンを含有する水からのリン除去・回収方法及び装置
Meier et al. Nanofiltration in landfill leachate treatment
JP2002205077A (ja) 有機性汚水の処理方法及び装置
US8394267B2 (en) Water treatment equipment for recovering phosphorus from water
JP2006038871A (ja) 洗濯排水の処理装置
JP4647814B2 (ja) 有機性排水の処理装置
KR20170029853A (ko) 하 폐수 처리의 탈인 시스템
JP2005238084A (ja) 排水処理システム及び排水処理方法
CN109264931A (zh) 一种废水回用处理方法及系统
JP3156956B2 (ja) 有機性排水の高度処理法
JPH10314797A (ja) フッ化物イオンおよびｃｏｄ成分含有水の処理方法
JP4335354B2 (ja) 排水処理装置
KR20110095750A (ko) 수산화 금속염이 피복된 흡착 여재를 이용하는 오폐수 처리시설 및 오폐수 처리 방법

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant