KR19990053876A

KR19990053876A - 분코크스를 이용한 폐수처리방법 및 이에 이용되는 장치

Info

Publication number: KR19990053876A
Application number: KR1019970073579A
Authority: KR
Inventors: 이종렬; 박광석
Original assignee: 이구택; 포항종합제철 주식회사; 신현준; 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 1997-12-24
Filing date: 1997-12-24
Publication date: 1999-07-15
Also published as: KR100328088B1

Abstract

본 발명은 코크스 공정에서 발생되는 부산물인 분코크스를 이용한 폐수처리방법 및 이에 이용되는 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명은 폐수처리장치(40)의 흡착제투입기(41)로부터 비표면적이 15㎡/g이상인 분코크스흡착제를 연속적으로 투입하고, 혼합반응기(43)내의 스크류(42)에 의해 투입된 분코크스와 폐수를 저어 약 5-60분간 흡착반응후 방출시켜 흡착된 분코크스를 10-60m/hr의 유속으로 월류시키면서 침전지(44)에서 침전시키고, 침전되지 않고 부유되는 슬러지는 부유물제거기(47)에 의해 제거하여 슬러지침전지(48)로 보내고, 상기 슬러지침전지(48)에서 부유물슬러지를 농축하며 이때 상등액은 다시 침전지(44)로 순환시키고, 상기 침전지(44)로부터 월류되는 폐수를 0.5-2 bar의 압력으로 0.01-2.00 ㎛범위의 분리막(46)이 내장된 여과기(45)에 의해 여과하고, 여과된 처리수를 방출하는 한편 침전된 분코크스는 재생하여 코크스공정으로 이송하는 폐수처리에 관한 것을 그 기술적 요지로 한다.

Description

분코크스를 이용한 폐수처리방법 및 이에 이용되는 장치

본 발명은 코크스공장에서 발생하는 부산물을 이용한 폐수처리 방법 및 이에 이용되는 장치에 관한 것이다.

최근 환경오염물질 발생을 근원적으로 억제하려는 연구들이 많은 환경분야에서 연구되어지고 있는데, 특히 이를 청정기술이라 명명하고 있다. 선진국에서는 막대한 연구비를 투입해 기존의 환경오염물질 처리기술을 대처할 수 있는 청정기술 개발에 힘쓰고 있다.

지금까지 폐수처리에는 활성탄을 이용한 폐수처리법이 대부분 채택되고 있다. 종래의 활성탄을 이용한 폐수처리 방법중 대표적인 예를들면, 도1과 같은 흡착탑(12)을 이용하는 방식을 들 수 있다. 즉, 도1과 같이, 페수는 활성탄이 충전된 흡착탑(12)의 아래에서 위로 유입된다. 그 이유는 폐수를 흡착탑의 상부로 부터 도입할 경우 흡착탑 내부에 터널링(Tunnelling) 현상이 나타나, 흡착효율이 저하되기 때문이다. 흡착탑을 지난 폐수는 처리되어 배출된다. 이때, 흡착탑을 재충전하기 위해서는 여분의 예비 흡착탑이 있어야 하는데, 이제까지 대부분의 공정은 이 방법을 채택했다. 도1은 기존의 방법 중에 최선진방법을 나타낸 것으로, 예비 흡착탑없이 연속해서 재생 활성탄과 새로운 활성탄을 보충하므로 인해, 연속운전이 가능하고 대량의 폐수를 처리할 수 있는 장점이 있다.

그러나, 상기와 같은 폐수처리방법은 위와같은 개선점에도 불구하고 연속해서 운전할 경우, 폐활성탄 처리 문제가 있다. 즉, 흡착탑(12)에서 발생된 폐활성탄은 소각처리하거나, 재생처리를 하여야 하는데, 소각처리 시에는 폐활성탄 저장설비가 필요하며, 또한 소각시에 많은 에너지와 공해물질이 발생한다. 특히, 대규모 폐수처리 설비에서는 연속해서 활성탄을 재생하는 재생로(14) 등의 설비가 함께 있는데, 이 경우에도 활성탄 부활을 위한 수증기와 많은 에너지가 필요하며, 또한 재생처리시에 공해물질이 다량 발생한다.

이와같은 이유로 활성탄을 이용한 폐수처리는 설비가크고, 비용이 많이들기 때문에 특별히 고도 폐수처리가 필요한 곳에서만 실시된다는 단점이 있다.

더욱이, 이러한 설비적인 문제이외에도 활성탄은 그 제조공정에서 많은 양의 공해물질을 발생시키는 것으로 알려져 있는데, 이는 활성탄 제조공정에서 사용되는 원료인 나무, 석탄, 야자껍질 등이 약 1000℃정도에서 탄화될 때 다량의 휘발성 공해물질을 발생하기 때문이다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 본 발명자들은 기존의 활성탄 대신 코크스 제조공정에서 분산물로 발생되는 분코크스를 흡착제로 이용하면서도 효율적으로 폐수를 처리하는 방법 및 이에 이용되는 간단한 폐수처리장치를 제한하여 대한민국 특허출원 제96-58771호로 특허출원한 바 있다.

상기 폐수처리방법은 도2와 같은 폐수처리장치(20)의 흡착제투입기(21)로부터 비표면적이 15㎡/g이상이고 입도가 5~170메쉬인 분코크스 흡착제를 연속적으로 투입하고, 혼합반응기(23)내의 스크류(22)에 의해 투입된 분코크스와 폐수를 저어 약 5-60분간 흡착반응후 방출시켜 흡착된 분코크스를 10-60m/hr의 유속으로 월류시키면서 침전지(24)에서 침전시키고, 상기 침전지(24)로부터 월류되는 폐수를 0.5-2 bar의 압력으로 0.1-0.5 ㎛범위의 분리막(26)이 내장된 여과기(25)에 의해 여과하고, 여과된 처리수를 방출하는 한편 침전된 분코크스는 재생하여 코크스공정으로 이송하는 방법이다.

그러나, 상기 폐수처리방법은 우선 분코크스를 5~170메쉬로 선정하기 위해 흡착제 투입전 입도선별을 필요로 하며 더욱이 분코크스의 입도가 작은 경우 오히려 흡착반응이 우수함에도 불구하고 170메쉬이하의 미세입도를 갖는 분코크스를 제대로 활용할 수 없을 뿐만아니라 미세 분코크스의 부유로 인해 최종적으로 여과기(25)의 분리막(26)에서 효율이 저하되는 단점이 남아 있다.

따라서, 본 발명은 대한민국 특허출원 제96-58771호를 개선하기 위해 제안된 것으로서, 기존의 분코크스를 흡착제로 이용한 폐수처리시 입도선별이 필요없이 분코크스를 사용하면서도 여과 효율이 우수한 폐수처리방법 및 이에 이용되는 폐수처리장치를 제공함에 그 목적이 있다.

도1은 종래의 폐수처리장치에 대한 개략 구성도

도2는 종래의 다른 폐수처리장치에 대한 개략 구성도

도3은 분코크스 발생과정을 설명하기 위한 코크스 제조공정도

도4는 본 발명에 부합되는 폐수처리장치의 구성도

도5는 활성화된 CDQ 분코크스와 미처리된 CDQ 분코크스에 대한 흡착속도변화를 나타내는 그래프

도6은 CDQ 분코크스의 입도별 침강곡선도

도7은 CDQ 분코크스의 입도별 월류변화에 대한 제거율을 나타내는 그래프

도8은 폐수의 막투과 압력변화에 따른 물의 플럭스변화를 나타내는 그래프

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

40 ..... 폐수처리장치 41 ... 흡착제 투입기

43 ..... 혼합반응기 44 .... 침전지

46 ...... 여과기 47 .... 부유물제거기

48 ..... 슬러지침전지

상기 목적달성을 위한 본 발명은 흡착제를 이용하여 폐수를 처리하는 방법에 있어서, 비표면적이 15㎡/g이상인 분코크스를 흡착제로하여 이를 폐수에 투입하는 단계;

상기 투입된 분코크스와 폐수를 5-60분간 흡착반응시키는 단계;

상기 폐수를 10-60m/hr의 유속으로 월류시키면서 상기에서 흡착된 분코크스를 침전시키고 부유된 분코크스를 월류전에 제거하는 단계;

상기 제거된 부유물 슬러지를 농축하여 침전시키고 상등액은 회수하는 단계;

상기 침전된 분코크스와 농축 부유물 슬러지는 재생하여 코크스공정으로 이송하고, 월류된 폐수는 0.5-2bar의 압력으로 0.01-2.00㎛범위의 분리막을 통과시켜 처리수를 방출하는 단계; 로 이루어지는 분코크스를 이용한 폐수처리방법에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 흡착제를 이용하는 폐수처리장치에 있어서,

일정량의 분코크스를 연속적으로 투입하는 흡착제투입기;

상기 흡착제투입기로부터 투입된 분코크스와 폐수를 회전력에 의해 저어주는 스크류가 내장된 혼합반응기;

상기 혼합반응기에 후속되어 위치하여 그로부터 방출되는 폐수를 담아 흡착된 분코크스를 침전시키는 분코크스 침전지;

상기 침전지의 폐수가 월류되는 측의 상부에 설치된 부유물제거기;

상기 부유물제거기로부터 유출되는 슬러지를 침전농축시키는 동시에 상등액을 분코크스 침전지로 순환시키는 슬러지침전지; 및

상기 분코크스침전지로부터 월류되는 폐수를 여과하는 분리막이 내장되고, 여과된 처리수를 방출하는 여과기; 를 포함하여 구성되는 분코크스를 이용한 폐수처리장치에 관한 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

우선, 본 발명에 적합한 분코크스로는 그 BET 비표면적이 15㎡/g 이상인 것이 바람직하며, 그 입도범위는 특별히 제한할 필요가 없다. 이러한 사양을 갖는 분코크스는 코크스 제조공정중 건식소화될 때 발생되는 분코크스(coke dry quendring : 이하 'CDQ') 를 들 수 있다.

도3은 일반적인 코크스제조공정을 나타내는데, 도3과 같이 제철소에서 발생되는 분코크스는 3종류로 대별된다. 즉, 석탄이 장입되어 코크스 오븐(coke oven)에서 제조된 코크스는 물에 의한 습식소화(32) 및 가스에 의한 건식소화(34) 방식으로 냉각되며, 습식 또는 건식소화된 코크스는 용광로(36)의 장입원료로 사용된다. 이때, 분코크스는 습식소화시 발생되는 분코크스(이하; '소화조 분코크스'), 건식 소화시 발생되는 CDQ, 및 습식 도는 건식소화된 코크스원료가 벨트콘베이어(35)로 이송될 때 떨어지는 분코크스(이하, '낙광분코크스')로 나눌 수 있다. 이중 본 발명에 따른 물성조건을 만족하는 것은 CDQ 이다.

상기와 같은 제철소 코크스공정에서 발생되는 분코크스에 대하여 질소에 대한 BET 비표면적과 입도분포를 예를들면 표 1 및 2와 같다.

코크스의 종류	BET 비표면적(㎡/g)
낙광	0.68
소화조	1.22
CDQ	16.7

구분Mesh	무게(g)	무게(%)
구분Mesh	낙광	소화조	C.D.Q	낙광	소화조	C.D.Q
5	674.1	84.4	0.1	41.9	6.8	0.005
10	215.8	85.8	2.3	13.4	6.94	0.12
20	248.8	249.5	49.0	15.5	20.0	2.7
35	134.4	261.5	116.8	8.3	21.0	6.50
60	101.4	271.0	254.9	6.3	21.2	14.1
70	48.3	130.5	261.7	3.0	10.5	14.5
100	42.2	71.2	237.6	2.6	5.7	13.1
170	48.2	43.5	322.7	3.0	3.5	17.8
UNDER	85.3	36.6	553.4	5.3	2.9	30.6
Total	1598.5	1234.4	1798.46	99.3	98.5	99.4

표 1에서도 알 수 있듯이, 각 분말코크스의 BET 표면적을 측정한 결과, 낙광 분말코크스 0.68, 소화조 분말코크스 1.21, CDQ 분말코크스 16.7㎡/g 이었다. 따라서, CDQ 분말코크스를 흡착제로 사용하는 것이 가장 바람직함을 알 수 있다.

또한, 표 2에는 입도의 크기가 낙광> 소화조> CDQ 분코크스인 것으로 나타났는데, 특히 낙강은 5메쉬이상이, CDQ는 170메쉬이하가 많은 것으로 나타났다. 즉, 본 발명의 경우 흡착능이 우수한 170메쉬이하의 미세한 CDQ까지 사용 가능하므로 기존의 방법에 비해 매우 유용함을 알 수 있다. 특히, 입도가 큰 것은 고정층 흡착탑의 흡착제로, 작은 것은 유동층에 적합하다.

한편, 상기와 같은 분코크스를 이용하여 본 발명에 따라 폐수처리하는데 적합한 장치를 도4에 나타내었다. 즉, 본 발명에 부합되는 폐수처리장치(40)는, 일정량의 분코크스를 연속적으로 투입하는 흡착제 투입기(41)와 상기 흡착제투입기(41)의 다음에 위치하여 투입된 분코크스와 유입된 폐수를 흡착반응하도록 하기 위한 혼합반응기(43)가 설치되며, 혼합반응기(43)에서 흡착된 폐수를 침적시키는 침전지(44)가 상기 혼합반응기(43)에 연속하여 위치되고, 상기 침전지(44)의 폐수가 월류되는 측의 상부에 부유물제거기(47)가 설치되며, 상기 부유물제거기(47)로부터 유출되는 슬러지를 침전농축시키는 동시에 상등액을 침전지(44)로 순환시키는 슬러지침전지(48)가 설치된다. 이어서 상기 침전지(44)의 후단에는 침전지(44)로 부터 월류(overflow)되는 폐수를 최종적으로 여과는 여과기(45)를 포함하여 구성된다.

구체적으로 흡착제 투입기(41)는 제철소 코크스 제조공정에서 발생되는 분코크스가 90% 이상이 50메쉬(mesh)이하이기 때문에 분말상태의 코크스를 일정하게 투입하는 역할을 한다. 특히, 본 발명의 경우 종래와는 달리 상기 흡착제투입기(41)에는 분코크스를 각 메쉬별로 선별하는 입도선별기가 전혀 필요치 않다.

또한, 혼합반응기(43)는 유입된 폐수와 분코크스를 혼합반응시켜, 폐수중의 환경오염물질이 분코크스에 흡착되게하는 작용을 한다. 즉, 혼합반응기내에는 스크류(42)가 내장되어 이 스크류의 교반작용에 의해 분코크스가 폐수로 부터 흡착반응하여 환경오염물질을 흡착 제거한다.

다음은 본 발명의 혼합반응기를 최적으로 운전하기 위해 도입된 이론이다. 혼합 반응기 해석은 다음과 같은 모델(Model)을 설정하여, 관계식을 정립하였다.

(흡착질의 유입량) = (흡착질의 유출량) + (반응기 내에 축정량) +

(흡착제에 흡착된 량)

위 등식을 숫자로 나타내면 다음과 같다.

윗식은 반지름 R인 구형 흡착제에 있어서, 임의의 반지름 r에서 Δr 까지의 부피는 4πr²Δr*q(r)이라 가정할 때, 흡착제에 흡착되는 양에 대한 일반식이다. 여기서 C는 농도, t는 시간, F는 유량이다. 이 식을 흡착제 투입량에 대한 관계식으로 표현하면 다음과 같은 식이된다.

따라서, 윗식을 이용하면, 혼합반응기에 분코크스 흡착제 투여량과 혼합반응기의 흡착시간을 최적화 시킬 수 있어, 혼합반응기의 규모와 처리시간을 결정할 수 있다. 본 발명에서는 CDQ 분코크스를 사용하기 때문에 폐수와의 처리시간은 약 5-60분 정도가 바람직하다.

또한, 침전지(44)는 혼합반응기(43)에서 유출된 폐수 중의 분코크스를 분리시켜 침전하는 작용을 한다. 즉, 오염물질을 흡착한 분코크스를 중력에 의해 침강시켜 폐수로 부터 분리하는 작용을 한다. 본 발명의 침전지(44)는 분코크스를 다음 공정인 정밀여과 공정에 적합하도록 특별히 작용해야 하는 것으로, 그 이론적 근거는 다음과 같다.

본 발명의 분말코크스 침전의 경우에 입자간의 상호작용이 없으므로, 분코크스의 침전이 농도에 무관하게 일정한 침강속도를 갖게 되는 것으로 파악되었다. 즉 분말코크스는 정지해 있는 물속에 놓여져 있을 때, 입자에 작용하는 중력이 물의 저항과 같게 될 때까지 가속도를 받으며 침전하다가, 평형상태가 되어 일정한 속도로 침전하는 것으로 판단되었다.

따라서 관계식은 다음과 같이 표현하였다.

F_G=(ρ_P-ρ_L)gV_P

여기서

F_G

는 중력,

F_D

는 마찰력,

V_P

는 입자체적,

C_D

는 마찰계수(Frictional Drag Coeff.)

A_P

는 입자의 투영면적,

V는 침강속도,

ρ_P

는 입자의 밀도,

ρ_L

은 물의 밀도

이 식으로 부터 유도한 입자의 침강 관계식은 다음과 같다.

F_G=F_D→V=V₂

이때, 상기 마찰계수는

C_D=aRe^-n

, (a 와 n은 상수)라고 표현될 수 있다.

Re=d_PV_Sρ_L/μ_L	Flow	a	n	C_D	Formula
10^-4< Re < 11 < Re < 10³10³< Re <2*10³	LaminarIntermediateTurbulent	2418.50.44	10.60	24Re^-118.5Re^-0.60.44	StokesAllenNewton

한편, 형상인자 Ψ를 고려하여 마찰계수를 나타내면 다음과 같다.

C_d=ΨC_D

	Sand	Coal	Talc	Gypsum	Graphite lamellae	Mica
Ψ	2	2.25	3.25	4	22	170

여기서, 분코크스와 같이 입자가 작을 경우 구형으로 가정할 수 있고, 또한 침전지의 흐름은 일반적으로 층류흐름이기 때문에 표 3과 4의 값을 이용하면 아래와 같은 방법으로 침강속도를 구할 수 있다. 물론, 층류흐름이 아닌 경우에도 상기 표 값을 이용하면 아래식에 의해 침강속도를 구할 수 있다.

,

윗 식은 다음을 나타낸다. 즉, 침전조에서, 폐수는 월류(Overflow rate)되고, 침강속도 V_S를 가진 입자는 제거될 때, 이 입자의 제거율은

V_S/V_O

(V_O= Q/A, Q는 유량, A는 침전조의 평면면적)

로 나타낼 수 있다.

그러나, 실제적으로는 분 코크스의 입자가 일정하지 않고 다양하게 분포되어 있으므로, 다음과 같은 침강식을 확립하였다.

제거율 = (1 - Fo) +

νdF

여기서, 1-Fo는 Vo보다 큰 침강속도를 갖는 입자들의 제거율을 나타내고,

νdF

는 Vo보다 작은 침강속도를 갖는 입자들의 제거율을 나태난다.

상기 침강속도에 의하면 침전지에서 월류되는 폐수의 유속은 분코크스의 입자크기에 따라 달라지는데, 본 발명에서는 사용되는 CDQ 분코크스의 경우 폐수의 유속은 10-60 m/hr가 적당하다.

상기 부유물제거기(37)은 침전지(44)에서 침강하지 않고 부유하는 분코크스를 제거하여 슬러지침전지(38)로 유출시킨다. 유출된 슬러지부유물은 슬러지침전지(38)에서 농축된 후 상등액은 분코크스 침전지(44)로 순환시키고 농축 슬러지는 코크스오븐(30)으로 이송한다. 또 상기 부유물제거기(47)에서부터 유출되는 슬러지부유물은 물론 상기 여과기(45)로부터 여과된 슬러지도 상기 슬러지침전지(48)에 배출되도록 구성된다. 또 침전지(44)에서 침전된 분코크스도 슬러지침전지(38)로 이송된다.

이러한 부유물제거기(37)과 슬러지침전지(38)에 의해 본 발명에서는 흡착능이 우수한 미세 분코크스를 모두 사용할 수 있다.

마지막으로, 여과공정은 침전지(44)에서 침전되지 않은 미립 분코크스를 최종적으로 제거하는 작용을 한다. 즉, 이 공정은 미세여과막(micro filter)과 같은 분리막(46)을 이용해 침전지(44)에서 제거되지 않은 미립 분코크스를 분리제거하는 작용을 한다.

막분리 공정에 있어서, 중요한 인자는 압력과 플럭스인데, 막투과 압력(Transmembrane Pressure) 이란 분리막 모듈에 걸리는 압력을 나타내고, 플럭스 보정은 물의 점도를 고려하여 다음 식과 같다.

여기서,

J

는 플러스

μ

는 물의 점도

상기 식에서 물의 플러스는 막투과 압력에 비례하여 증가한다.

본 발명에 적합한 분리막은 부유물제거기(47)에 의해 미세 부유물이 월류가 크게 감소되므로 그 구경이 약 0.01-2.00 ㎛범위인 여과막 사용이 가능하여 그 효율이 향상된다. 이때 유입되는 폐수의 막투과 압력은 0.2-2 bar의 압력이 바람직하다.

한편, 침전지(44)와 여과기(45)에서 새성된 폐분코크스는 기존에 존재하는 코크스 오븐(Oven)(30)을 이용해 전량 재생한다. 재생된 분 코크스는 다시 폐수처리제로 재활용한다. 즉, 침전공정과 여과공정에서 분리된 분코크스는 오염물질을 다량 함유하고 있기 때문에, 소각처리나 재생처리를 실시해야 한다. 본 발명에서는 폐분코크스를 기존의 코크스오븐에 장입시켜 재생하는 것이 특징이다. 기존의 방법에 의해 활성탄 등의 폐수처리제(흡착제)를 소각이나 재새처리를 할 경우, 산화성 분위기(예, 수증기, 이산화탄소, 산소 등의 가스)에서 처리함으로 인해 다량의 공해물질이 발생한다. 예를들면, 폐수중의 황합합물은 산화되어 SOx, 질소화합물(예를들어 단백질 따위)은 NOx, 탄소화합물은 이산화탄소 혹은 일산화탄소 등등이 되어

막대한 양의 공해물질을 배출한다. 그러나, 본 발명처럼 코크스 오븐을 이용하면, 코크스 오븐은 1100℃에서 환원분위(수소성분이 60%정도)이기 때문에, 폐수 중의 황화합물은 환원되어 유화수소, 질소화합물(예를들어 단백질 따위)은 암모니아 혹은 시안화합물, 탄소화합물은 메탄 혹은 유기화합물이 된다. 제철소의 코크스오븐에는 기존에 유화수소, 암모니아 제거설비가 되어 있어 대기중에 이들 물질이 방출되지 않는다. 즉, 현재 제철소가 보유한 이들 물질 제거설비로는 유안비료 제조설비가 있다. 또한, 탄소화합물은 메탄 혹은 유기화합물이 되므로, 오히려 코크스오븐에서 발생되는 가스의 발열량을 증가시키는 장점이 있다. 그리고, 환원분위기에서 재생된 분코크스는 폐수처리제로 100% 재활용이 가능하다.

이하, 본 발명을 실시예을 통하여 구체적으로 설명한다.

실시예 1

먼저, 본 실시예에서는 표1 및 2와 같은 비표면적 및 입도분포를 갖는 CDQ 분코크스를 사용하였다.

상기 CDQ 분코크스를 1000℃에서 30분동안 활성화 처리한 경우와 미처리 한 경우에 대하여 흡착속도를 실험적으로 구하고, 또한 이론에서 도출한 식을 이용하여 구한 결과를 도5에 나타내었다.

도5에서, 활성화 처리 및 미처리 CDQ 분코크스의 화성폐수에 대한 흡착은 60분이후에는 거의 변화가 없는 것으로 나타났다. 180분 흡착량에 대한 처리 및 미처리 CDQ 분코크스의 시간별 흡착을 비교에서, 약 1분간 흡착양은 180분 흡착량에 대해 각각 53.6와 70.2%, 3분간 흡착양은 각각 71.0와 75.4%, 5분간 흡착양은 각각 74.9와 78.8%, 10분간 흡착양은 각각 82.7와 84.0%, 15분간 흡착양은 각각 87.1와 88.0%, 20분간 흡착양은 각각 89.9와 89.0%, 30분간 흡착양은 각각 92.3와 90.5%인 것으로 나타났다.

즉, 혼합반응기 설계에 있어서 폐수처리 시간은 5-60분간으로 하는 것이 타당한 것으로 나타났다.

한편, 이론적으로 예측선은 대체로 실험값과 비슷한 경향을 갖는 것으로 나타났는데, 특히 120분이후에는 실험값과 매우 일치하였다. 따라서, 분코크스를 이용하여 산업폐수 등의 처리시 본 발명에 따른 이론을 활용할 수 있음을 알 수 있었다.

실시예 2

침강실험은 직경 17cm, 높이가 100cm인 원통형관(제작한 Settling column)을 이용하여 침강속도와 부유물의 잔존중량비율을 구했다. 그 결과는 도6에 나타내었다.

도6에서 보듯이 코크스 건식소화공정에서 발새하는 분코크스 가운데 35-70 Mesh에 해당하는 분말코크스가 입자의 직경이 가장 크므로 침강속도가 크고, 따라서 주어진 침강속도보다 작은 침강속도를 가지는 잔존중량비율이 제일 작게 나타나게 된다. 그 다음으로 CDQ 70-100 Mesh, CDQ 100-170 Mesh의 순서로 침강속도가 작아지므로 잔존중량비율이 커지고 있음을 알 수 있다. 체거름 하지 않은 원래의 분말코크스인 경우에는 CDQ 70-100 Mesh와 CDQ 100-170 Mesh사이에 침강곡선을 얻을 수 있으므로 평균직경도 그 사이에 존재함을 유출할 수 있다. 또한 170 Mesh를 통과하지 않고 위에 걸리는 분말코크스인 경우에는 170 Mesh를 빠져나온 입자가 없으므로 체거름하지 않은 원래 분말코크스보다 평균입자의 직경이 크게 되므로 침강곡선도 그보다 낮은 위치에 존재하게 된다. 이 실험 결과는 다양한 CDQ 입자를 이용해 폐수처리를 실시할 경우, 침전지 설계를 위한 침강속도를 결정하는데 사용될 수 있음을 알 수 있다.

이러한, 침강속도 실험을 통하여 얻은 결과를 이용해 침전조 설계에 응용하기 위해, 침전조에서의 제거율과 월류(Overflow rate - Design Settling Velocity = Q/A, Q는 유량, A는 침전조 단면적)와의 관계를 도7에 나타내었다.

침전지에서 분말코크스의 제거율을 80-99%로 할 경우, CDQ를 체로 거르지 않은(no screen)것에 해당하는 분말코크스의 월류는 10-41m/hr, 35-70 Mesh에 해당하는 것은 20-60 m/hr, CDQ 70-100 Mesh에 해당하는 것은 10-55m/hr, CDQ 100-170 Mesh에 해당하는 것은 10-25 m/hr, 170 Mesh를 통과하지 않고 위에 걸리는 분말코크스인 것은 10-50 m/hr하는 것이 타당한 것으로 나타났다.

실시예 3

잔류 분말코크스를 여과하여 제거할 때, 분말코크스가 플럭스에 미치는 영향을 조사하기 위해 다음과 같은 시험을 실시하였다.

즉, 분리막의 제질은 Zr₂O₃이고, 세공크기 0.14㎛이며, 길이는 60cm인 관형막에 CDQ분코크스가 혼합된 증류수를 사용하여, 압력에 따른 분리막의 워터플럭스(Water Flux)를 측정하였다. 실험결과는 도8에 나타내었다.

도8은 170 Mesh이하 분코크스의 농도를 2000ppm 으로 유지할 경우, 압력변화에 따른 플러스 변화를 나타낸 것이다, 여기서, 플거스(Flux)의 단위는 LMH 이다.

분코크스에 대한 플러스는 압력이 변할 경우 플럭스가 증가했다. 그런, 2기압 이상에서는 감소할 것으로 예측되었다.

실시예 4

제철소 코크스 제조공정에서 발생되는 폐수를 기존의 활성탄 폐수처리법과 본 발명과 비교시험해 보았다.

대상 폐수처리량이 하루 4만톤일 경우, 기존 폐수에 대한 화학적 산소요구량(COD) 약 25% 저감, 부유물질 약 100%, 시안(CN) 약 50-60%, 색도 70-90% 저감에 필요한 활성탄과 분코크스량 및 비용은 아래의 표 5와 같았다.

구분	분코크스	활성탄	비 고
초기투입량	(톤)	250.7	37.4	폐수 40,000㎥/d처리기준, 활성탄의 경우, 흡착탑이 대문에 실제투입량은 초기투입량 보다 증가
초기투입량	(비용)	1	7.5배	분코크스 3만원/톤활성탄 150만/톤 기준시
흡착제보충	(톤/년)	없음	700-800	활성탄 운반과 재생에 따라 강모되는 것을 나타낸 것.
흡착제보충	(억원년)	없음	10-12

표 5 에서 나타낸 것 이외의 기존방법은 재생로 운영비, 인건비, 공해방지설비 가동비등과 초기 투자시 폐수처리시설비 등을 고려하면 본 발명이 기존에 비해 월등이 경제성이 있음을 알 수 있다.

상술한 바와같이, 본 발명은 기존의 분코크스를 흡착제로 이용한 폐수처리시 입도선별이 필요없어 우선 흡착제의 선택 폭이 넓어지며, 최종 여과처리시 분리막의 선택 폭이 크게 넓어지는 동시에 여과 효율이 개선될 뿐만아니라 특히 미세한 흡착제의 사용이 가능하여 무엇보다도 흡착능이 크게 개선되는 효과가 있다.

Claims

흡착제를 이용하여 폐수를 처리하는 방법에 있어서,

비표면적이 15㎡/g이상인 분코크스를 흡착제로하여 이를 폐수에 투입하는 단계;

상기 투입된 분코크스와 폐수를 5-60분간 흡착반응시키는 단계;

상기 폐수를 10-60m/hr의 유속으로 월류시키면서 상기에서 흡착된 분코크스를 침전시키고 부유된 분코크스를 월류전에 제거하는 단계;

상기 제거된 부유물 슬러지를 농축하여 침전시키고 상등액은 회수하는 단계;

상기 침전된 분코크스와 농축 부유물 슬러지는 재생하여 코크스공정으로 이송하고, 월류된 폐수는 0.5-2bar의 압력으로 0.01-2.00㎛범위의 분리막을 통과시켜 처리수를 방출하는 단계; 로 이루어지는 분코크스를 이용한 폐수처리방법
흡착제를 이용하는 폐수처리장치에 있어서,

일정량의 분코크스를 연속적으로 투입하는 흡착제투입기(41);

상기 흡착제투입기(41)로부터 투입된 분코크스와 폐수를 회전력에 의해 저어주는 스크류(42)가 내장된 혼합반응기(43);

상기 혼합반응기(43)에 후속되어 위치하여 그로부터 방출되는 폐수를 담아 흡착된 분코크스를 침전시키는 침전지(44);

상기 침전지(44)의 폐수가 월류되는 측의 상부에 설치된 부유물제거기(47);

상기 부유물제거기(47)로부터 유출되는 슬러지를 침전농축시키는 동시에 상등액을 침전지(44)로 순환시키는 슬러지침전지(48); 및 상기 침전지(44)로부터 월류되는 폐수를 여과하는 분리막(46)이 내장되고, 여과된 처리수를 방출하는 여과기(45); 를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 분코크스를 이용한 폐수처리장치