KR20000050156A - 미세기포 발생방법 - Google Patents

Abstract

부상분리의 미세기포 발생방법에서 공기압축기(Compressor)를 사용하는 방법은 기포가 커서 정밀한 처리가 어렵고, 가압펌프에 미량의 공기를 도입시키는 방법은 펌프에 공동화(空洞化, Cavitation)현상이 발생할 위험성이 있고 에너지 소비가 많으며, 공기량 비율(A/S비율)을 맞추는 등 여러 가지 애로사항이 있는데, 특허 제093737호(부상분리의 미세기포 발생방법, 출원번호 93-2290호)는 저압 펌프 2대를 직열(直列)로 연결하고 제2차 펌프에 공기를 도입함으로써 제1차 펌프의 미는 힘에 의해서 제2차 펌프의 공동화현상이 예방되고 가압통(加壓Tank)도 없이 미세기포가 다량 발생하는 방법인데, 이 특허방법의 공기도입 공정 중에 부유선광법(浮遊選鑛法)에서 사용되는 기포제(起泡劑)를 혼합시키면 제2차펌프의 회전날개(Impeller)의 힘으로 공기와 기포제가 가압수 속에 완전하게 분산되므로 안정성이 좋은 미세기포가 많이 발생하여 부상분리효율이 대폭 상승되는 미세기포 발생방법이다.

Description

미세기포 발생방법{Micro-bubble Production Technique}

본 발명은 기존의 발명특허 제093737호(부상분리의 미세기포 발생방법, 출원번호;93-2290호)의 공정중 제2차 펌프에 공기(空氣)를 도입시킬 때 메칠 이소부틸 케톤(MIBK)같은 기포제(起泡劑)를 함께 순환 가압수에 혼합한 다음 제2차 펌프의 회전날개(Impeller)에 의해서 공기와 기포제를 가압수 속에 완벽하게 분산시켜서 안정성이 좋은 미세한 기포를 다량 발생시켜 부상분리효율이 대폭 상승되며, 부유선광법(浮遊選鑛法)보다 소량의 기포제를 사용해도 우수한 기포 발생 방법에 의해서 부상분리효율이 대폭 상승되므로, 시설이 간소화되어 설치비와 유지관리비가 대폭 감소되는 발명이다.

폐수처리에서 부상분리의 미세기포 발생방법은

1. 공기 압축기(Compressor)의 압축공기를 가압수와 함께 가압통(加壓Tank)에 넣고 4kg/cm×cm이상의 고압으로 물속에 공기를 혼합시킨 다음 감압변(減壓弁)에 의해서 상압으로 감압시킬 때 기포가 발생하는 방법.

2. 공기도입기(Air Ejector, Injector)에 의해서 가압수 속에 흡인(吸引)된 공기가 가압펌프에 의해서 물속에 분산되고 가압탱크에 4kg/cm×cm 이상의 고압으로 저장된 다음 감압변에 의해서 미세(微細)기포가 발생하는 방법.

3. 기타 강제적으로 물속에서 미세기포를 발생시키는 방법 등이 실용되어 왔는데, 물속에 생성된 기포가 치수가 커서 정밀한 처리가 어렵거나, 기포가 쉽게 파괴되어 기포에 부착되었던 불순물이 물속에 다시 분산되거나, 펌프에 공동화현상이 발생하거나, 동력비가 너무 과다해지는 등 여러가지 애로가 있있다.

그런데, 광업(鑛業)에서는 비중이 무거운 중금속(重金屬)을 광석에서 분리할때에 중금속이 들어있는 광석을 미세한 분말로 만들고 물속에서 침전법(沈澱法)과 반대되는 부상분리(浮上分離)방법을 채택하여 잡석보다 무거운 중금속을 부상분리시키고 있다.

이렇게 사람의 상식과는 반대되는 부유선광법(浮遊選鑛法)이 성공하는 이유는 기포제(起泡劑)와 포집제(捕集劑)라는 화공약품이 사용되기 때문이다.

우리나라의 광산(鑛山)에서는 금(金), 은(銀), 구리(銅), 아연(亞鉛) 납(鉛), 중석(重石)같은 비중이 무거운 중금속(重金屬) 입자를 물속에서 부상 분리 방법으로 분리해 내는 부유선광법(浮遊 選鑛法)을 선택하고, 그 기포제 (起泡劑)로는 일반적으로 소나무기름(松油; Pine Oil)을 사용해 왔으며, 알킬 칼비놀 같은 양극성(兩極性) 화공약품도 사용해왔다.

이러한 기포제를 새로운 미세기포 발생방법에 사용함으로써 약한 고압(2kg/cm×cm이내)에서 월등히 많은 안정된 미세기포를 발생시킬 수가 있는 것이다.

본 발명은 특허 제093737호(부상분리의 미세기포 발생방법)에 있어서 공기 도입 인젝타(Injector)에 의해서 대기중에서 도입된 공기를 제2차 펌프에 도입할 때에 기포제(起泡劑; Frother)도 함께 순환 가압수(循環加壓水)에 혼합하고 제2차 펌프 속에서 고속으로 회전하는 회전날개(Impeller)에 의해서 기포제와 공기를 가압수(加壓水)속에 완벽하게 분산시키므로 가압 통(加壓Tank)없이 안정성(安定性)이 좋은 미세기포가 다량 발생하도록 하여 부상분리효율을 개선한 방법이다.

[도 1]은 본 발명의 전체과정을 보여준다.

도면중 중요한 부분에 대한 부호별 설명

1. 미세기포 발생을 위한 순환 수(R) 11. 공기도입 인젝타

2. 펌프용 모타 12. 공기포함 순환수

3. 제 1차 펌프 13. 공기, 기포제 포함 순환수 흡입변

4. 제 2차 펌프 14. 공기량 조절 변(미량조절 밸브)

5. 제 3차 펌프 15. 공기유량계

6. 가압수 토출 밸브 16. 기포제 조절 변

7. 압력계 17. 기포제

8. 공기포함 가압수 18. 감압변(유량조절 밸브)

9. 역지변 19. 불순물이 응집된 폐수

10. 공기도입용 순환가압수 20. 미세기포 혼합 폐수

도면 [도 1]에 의해서 상세히 설명하면 공기 도입용 인젝타(11)에서 도입된 공기와 별도로 유량조절 밸브(16)에 의해서 도입된 기포제(17)가 순환 가압수(10)에 혼합된 다음, 제2차 가압펌프(4) {및 제3차 가압펌프(5)} 속에서 고속으로 회전하는 회전날개(Impeller)에 의해서 완벽하게 분산될 때에 기포제의 힘으로 안정된 미세기포가 다량 발생하여 부상 분리 효율을 대폭 상승시킨다

특허 제093737호(부상분리의 미세기포 발생방법)에서는 2개 이상의 단단(單段) 펌프를 직열(直列)로 연결하여 사용하며 제2차 펌프에 공기를 도입하는데, 도면 [도1]에서는 각각의 단단 펌프를 밀접하게 연결하여 다단(多段)펌프가 만들어진 원리를 그림으로 표시한 것이며 장소가 극히 협소하다거나 물양(水量)이 소량(小量)인 때는 2대 이상의 단단(單段)펌프 대신에 도면[도1]과 같이 한 개의 다단(多段) 펌프를 사용하고 그 중 제2차 펌프에 공기와 기포제가 포함된 순환 가압수를 도입하는 방법이 두 대 이상의 단단펌프를 직렬로 연결하여 사용하는 것 보다 유리한 경우의 도면이다.

본 발명에서는 기포제로서 메칠 이소부틸 케톤(Methyl Isobutyl Ketone; MIBK) 같이, 한쪽에는 무극성(無極性) 알킬기(Alkyl Radical)를 갖으며 다른 한쪽은 유극성(有極性) 칼보닐기(Carbonyl Radical)를 갖는 양극성(兩極性)약품을 사용하므로써 그 무극성(알킬기)부분이 기포에 친화력(親和力)이 있고 반대로 칼보닐기, 또는 수산기(Hydroxyl Radical) 또는 칼복실기(Carboxyl Radical)같은 유극성 부분이 물에 친화력이 있으므로 그 양극성 기포제가 기포를 안정화시켜서 미세기포가 안정된 상태로 잘 분산되어 우유빛의 에멀죤(Emulsion)이 생성되고 지속성이 있어서 부상분리 효율을 상승시킨다.

부유선광에서는 물에 침전되는 무거운 중금속을 기포(氣泡)에 부착시켜서 강제적으로 물 위로 띄우는 부상분리를 이루어야되기 때문에 기포제(起泡劑)의 사용량이 50 ppm까지 사용되고 기포의 크기가 크고 안정되어 지속성이 있어야 좋은데, 본 발명에서는 응집된 불순물의 비중이 낮은 수많은 작은 불순물을 부상시켜야 되므로 안정된 기포가 작고 많아야한다.

그래서 기포제의 사용량을 처리수량에 비하여 5ppm정도만 사용해도 기존 특허 제093737호(부상분리의 미세기포 발생방법)의 원리를 그대로 적용하여 미립자 기포가 다량 생산되어 안정되고 지속성인 에멀죤(Emulson)이 생성되므로 세밀한 부상분리 효과를 나타낸다.

기존 광산의 부유선광장(浮遊選鑛場)에서는 부상조에서 기포를 발생시키기 위하여 공기압축기(Compressor)에 의하여 발생시킨 압축공기를 교반기 축(軸)에 수직으로 뚫린 구멍을 통하여 부상조의 바닥에 투입하여 비교적 큰 기포가 생성되고, 기포제는 별도의 펌프를 통하여 부상조에 공급되어 물속에서 공기와 기포제가 혼합되어 안정되고 지속성있는 기포를 발생시키는데, 본 발명에서는 공기도입 인젝타(Air Injector)에 의해서 대기중에서 도입된 공기와 기포제가 제 2차 가압펌프(및 제 3차 가압 펌프)속에서 고속으로 회전하는 회전날개(Impeller)에 의해서 완벽하게 분산되어 가압수 전체에서 균일하고 안정된 미세기포가 다량 발생하게 된다.

본 발명은 기존의 가압부상분리방법에 비하여 다음과 같은 특장점이 있다.

1. 기존의 일반적인 가압부상분리방법에서는 가압(加壓) 탱크가 있어야하며, 그 탱크의 압력을 4kg/cm×cm이상 유지한 다음, 감압변(減壓Valve)에 의해서 상압으로 감압될 때에 기포가 발생하는데, 그 가압탱크에 공기 압축기(Compressor)에 의해서 많은 공기를 도입하면 감압변에 의해서 발생된 기포의 크기가 커서 정밀한 부상분리 효과를 달성시킬 수가 없고, 공기압축기 대신에 공기도입용 인젝타(Air Injector)를 사용하여 가압펌프에서 공기를 혼합하여 보낼 때는, 가압 탱크의 압력이 가압 펌프에 역으로 작용하여 과다한 에너지가 소비되며, 가압펌프에 공동화(Cavitation)현상이 발생하여 펌프가 헛돌아서 전동기(Motor)가 타버리는 위험성이 있어서 공기 도입량을 증가시킬 수 없는 등 애로사항이 많아서 기포 발생량에 한계가 있다.

이런 문제를 감소시키기 위하여 가압 펌프를 다단(多段)펌프로 사용함이 좋으나, 에너지 소비량이 과다하고, 대용량의 다단 펌프는 값도 비싸고 만들기 곤란한 문제점도 있는데, 본 발명에서는 다단펌프보다 월등히 값이 싼 단단(單段) 펌프를 제1차 펌프와 제2차 펌프로 직렬로 연결하고 그 제2차 펌프에 공기를 도입할 때에 기포제를 함께 도입함으로써 모든 애로사항이 해결되고, 두 펌프의 낮은 압력이 가산(加算)된 두배의 압력만으로 운영되며, 가압탱크가 필요없이 미세기포가 다량 발생하기 때문에 시설비가 절감되고, 기포제의 혼합으로 더욱 안정된 기포가 다량 발생하여 고성능의 부상분리가 이루어지며, 부상조의 크기도 감소되고 유지관리비가 절약된다.

2. 재래식 가압부상분리 방법에서는 원수중에 포함된 불순물 입자의 양과 공기의 양을 계산하여 A/S 비율을 맞추어 공기를 도입하기 때문에 불순물이 많은 폐수의 경우 원 폐수의 양에 대한 순환 가압수의 비율(R/Q비율)이 100%이상 300%까지 사용해야만 분리효율이 상승되는데, 본 발명에서는 다량의 안정성이 좋은 미세기포를 발생시키기 때문에 순환 가압수의 양을 원수의 양에 비하여 (R/Q 비율을) 30%이하로 감소시켜도 우수한 부상분리효율을 나타내고 부상분리가 단시간에 완벽하게 이루어짐으로, 부상조의 체류시간이 단축되고, 그만치 부상조의 부피를 감소시켜서 시설비와 유지관리비를 대폭 절감시킬 수 있다.

Claims (1)

1. 미세기포 발생방법에 의한 부상분리 방법에서 단단(單段)펌프를 2대이상 직렬(直列)로 연결하고 그중의 제2차 펌프에 인젝타(Air Injector, Air Ejector)에 의해서 도입된 공기와 메칠 이소부틸 케톤(MIBK) 같은 부유선광(浮遊選鑛)용 기포제(起泡劑)를 함께 도입하여, 그 2차 펌프의 고속으로 회전하는 회전 날개(Impeller)에 의해서 기포제와 공기가 가압수 속에 완벽하게 분산되도록 하여 안정성이 좋은 미세기포가 다량 발생되기 때문에 부유선광법보다 적은 양(처리수 대비 5ppm 이하 2 ppm)의 기포제를 사용해도 부상분리효율을 우수하게 달성시키는 방법.