KR20010018168A - 관형 분리막을 이용한 스트립 탈지세정액의 재처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 철강 탈지공정의 세정액의 오염물을 제거하고 회수하여 공정수로 재이용하기 위하여 미량의 교류 전류를 처리수의 흐름 방향으로 공급하여 오염 물질 표면의 반발 전위를 순간적으로 진동시켜 합체 현상을 가속화하고 유분과 결합된 현탁 물질을 분리시켜 비중차를 변화시킴으로써 오염 물질로부터의 처리수 분리 회수 효율을 향상시키도록 하고 폐세정액에 적합한 분리막에 의해 연속여과하는 관형 분리막을 이용한 스트립 탈지 세정액 재처리 장치에 관한 것으로, 유입된 유분 및 현탁물질이 혼합되어 있는 폐세정액을 가압탱크(31)로부터 분사된 공기가 섞인 가압수로 부상시켜 분리시키며 친유성 응집판(13)이 설치되어 있는 가압부상전처리부(10)와; 교호적으로 극성을 반전시키도록 교류전원 발생수단(50)의 출력과 연결된 다수의 전극판(21)을 구비하여 가압부상전처리부(10)로부터 유입한 폐세정액의 입자 크기를 증가시켜 비중차에 의해 오염물질을 분리하는 전하응집전처리부(20)와; 순환조(40)를 거쳐 유입된 전하응집 전처리부(20)로부터의 처리수를 여과수와 농축액으로 분리하기 위한 관형 분리막(60)을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 구성이며, 가압탱크(31)로 유입하는 전처리생산수와 공기는 가압펌프(32)에 의해 흡입되며, 압력조절밸브(33)에 의해 분사되는 가압수의 압력이 일정하게 유지되고, 상기 응집판(13)은 다수의 간격진 주름이 잡힌 평행판으로 이루어진다.

Description

관형 분리막을 이용한 스트립 탈지세정액의 재처리장치{REGENERATING APPARATUS OF CLEANING SOLUTION BY USING TUBULAR MEMBRANE}

본 발명은 철강 탈지공정의 세정액의 오염물을 제거하고 회수하여 공정수로 재이용하기 위한 스트립 탈지 세정액 재처리 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 미량의 교류 전류를 처리수의 흐름 방향으로 공급하여 오염 물질 표면의 반발 전위를 순간적으로 진동시켜 합체 현상을 가속화하고 유분과 결합된 현탁 물질을 분리시켜 비중차를 변화시킴으로써 오염 물질로부터의 처리수 분리 회수 효율을 향상시키도록 하고 폐세정액에 적합한 분리막에 의해 연속여과하는 관형 분리막을 이용한 스트립 탈지 세정액 재처리 장치에 관한 것이다.

제강 공정중 스트립의 탈지 및 세정을 위한 세정액에 존재하는 유분 또는 현탁 물질을 제거하기 위한 기술로는 일본 특허 JP96-215604와, 미국 특허 US005207917 등이 있다.

상기 일본 특허는 오염된 세정액내의 철분을 마그네트에 의해 포착하고 용수의 흐름을 정체시킨 농축조내에서 자화력을 해제하여 철분 슬러지를 침강시킨후 제거처리하는 기술이며, 미국 특허는 연속적으로 발생하는 오염 세정액 내의 철분 및 유분을 격벽의 처리조와 분리막을 통과시켜 세정수를 회수하는 기술이다.

이외에도 적용가능한 폐수처리 기술로서 원심분리에 의한 방법, 전기 분해에 의한 오염입자 합체 분리 방법, 격벽 구조의 처리조 내에 오염물을 포함하는 폐수를 체류 및 이송시킴으로써 입자간 비중차에 의한 부상 분리 방법 등이 제안되어 있다.

그러나 철강 스트립 탈지액에는 주로 오염 물질이 유분과 철분이 결합된 형태로 존재하게 되므로 마그네트를 이용하여 철분 슬러지를 제거하는 방법에서 유분에 의한 설비 오염 및 철분 제거 성능 저하를 초래하게 되므로 주기적인 설비 세정 등의 정비 소요가 요구된다.

그리고 상기 미국 특허의 경우 연속적으로 오염된 세정액을 비교적 고압력으로 분리막에 통과시키면 미세 철분 입자 및 에멀젼 상태의 유분에 의해 막 표면이 점진적으로 막히는 파울링(fouling) 현상이 발생하게 되는데, 이러한 현상을 극복하기 위하여 분리막의 외부에서 압력을 발생시켜 막표면에 침착된 물질을 제거하는 백워싱(back washing) 또는 백 플러싱(back flushing) 등의 역세 방법을 제시하고 있지만 분산 또는 에멀젼 상태의 유분 농도가 높은 철강 폐세정액의 경우에는 백워싱(back washing) 또는 백 플러싱(back flushing)에 의한 투과 성능 복원이 어려우며, 잦은 역세 주기와 장시간의 역세 처리 시간이 요구된다.

또한, 격벽 구조의 처리조 내에서의 입자간 비중 차에 의한 부상 분리 방법에 의하면 비교적 안정된 상태로 존재하는 유분에는 효과적이나 철강 탈지 세정액의 경우 분산화된 유분이나 미립자 상태의 현탁 물질을 응집시키기에는 많은 시간의 처리조 내에서의 체류시간이 필요하고, 이 시간을 확보하기 위하여 대용량의 처리조가 요구되며, 대부분의 폐세정액의 경우 유분과 미립자의 현탁 물질이 결합된 상태로 존재하므로 용수와의 비중차 분리가 불가능하게 되며, 입자간에 전기적인 반발력을 갖게 되므로 더 이상의 오염 물질 합체 현상을 기대할 수 없게 된다.

이러한 문제점을 보완하기 위하여 원심분리에 의한 물리적인 합체 방법과 직류전류 공급에 의한 전기화학적인 처리 방법등이 제안되어 있으나 원심분리에 의한 경우 처리 용량에 비해 설비비용이 고가이고 슬러지의 자동 배출이 어려우며, 직류전류에 의한 방법은 전기분해에 의해 발생하는 가스를 처리하는 부대설비가 요구되며 운전비가 상승한다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 미량의 교류 전류를 처리수의 흐름 방향으로 공급하여 오염 물질 표면의 반발 전위를 순간적으로 진동시켜 합체 현상을 가속화하고 유분과 결합된 현탁 물질을 분리시켜 비중차를 변화시킴으로써 오염 물질로부터의 처리수 분리 회수 효율을 향상시키도록 하고 폐세정액에 적합한 분리막에 의해 연속여과하는 관형 분리막을 이용한 스트립 탈지 세정액 재처리 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명의 원리를 설명하기 위한 블럭도,

도 2는 본 발명의 스트립 탈지 세정액의 재처리장치의 구성을 도시한 도면,

도 3은 본 발명을 구성하는 응집판의 형상을 도시한 도면,

도 4는 전하응집전처리부에서의 인가전원 주파수에 따른 입자 제거효율을 나타낸 그래프도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10:가압부상전처리부 13:응집판 20:전하응집전처리부

21:전극 22:격벽 31:가압탱크 32:펌프 33:조절밸브

40:순환조 50:교류전원발생수단 60:분리막

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 유입된 유분 및 현탁물질이 혼합되어 있는 폐세정액을 가압탱크(31)로부터 분사된 공기가 섞인 가압수로 부상시켜 분리시키며 친유성 응집판(13)이 설치되어 있는 가압부상전처리부(10)와; 교호적으로 극성을 반전시키도록 교류전원 발생수단(50)의 출력과 연결된 다수의 전극판(21)을 구비하여 가압부상전처리부(10)로부터 유입한 폐세정액의 입자 크기를 증가시켜 비중차에 의해 오염물질을 분리하는 전하응집전처리부(20)와; 순환조(40)를 거쳐 유입된 전하응집 전처리부(20)로부터의 처리수를 여과수와 농축액으로 분리하기 위한 관형 분리막(60)을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 관형 분리막을 이용한 스트립 탈지 세정액의 재처리 장치를 제공한다.

본 발명에서 가압탱크(31)로 유입하는 전처리생산수와 공기는 가압펌프(32)에 의해 흡입되며, 압력조절밸브(33)에 의해 분사되는 가압수의 압력이 일정하게 유지된다.

또한, 본 발명에서 상기 응집판(13)은 다수의 간격진 주름이 잡힌 평행판으로 이루어진다.

이하에서는 양호한 실시예를 도시한 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 원리를 설명하는 블럭도인데, 유분 및 현탁 물질 등의 오염물이 혼합된 폐수는 입측배관(12)으로 유입되어 가압부상 전처리부(10)로 유입되고, 전하응집 전처리부에서 생산된 전처리 생산수중 일부는 가압탱크(31)에 공기와 함께 가압이송되어 가압부상 전처리부(10) 내로 분사된다.

이 과정에서 고압에서 용존 상태로 존재하는 산소가 미세 기포를 형성하여 가압부상 전처리부(10) 내에 있는 분산 유분 및 미세철분을 부상시키게 되고 이때 부상을 가속화시키기 위하여 친유성 물질로 이루어진 응집판(13) 안으로 처리수를 유입시켜 분리효율을 향상시킨다.

전하응집전처리부(20) 내에는 전극(21)을 설치하고 일정한 양의 교류를 공급하는데, 이 전류에 의해 전하응집전처리부 내의 용액에 교류 진동의 도전 효과를 발생시키고 순간적으로 오염물 입자의 표면 전위를 반전시켜 입자간의 반발력을 약화시켜 인력과 입자간 충돌에 의해 합체 효과가 일어나게 되어 입자 크기를 가속적으로 증가시킨다.

오염 물질을 포함한 처리수는 전하응집전처리부(20)를 통과하는 동안 입자간 합체가 이루어지게 되므로 입자의 비중 변화가 유발되어 비중차 분리 시간을 단축할 수 있게 되어 유분은 분리조의 상부로 부상하고 현탁 물질은 침전되어 하부에 축적되게 된다.

가압부상전처리부(10)와 전하응집전처리부(20)를 통과한 처리수는 순환조(40)로 유입되고 순환조로부터 분리막(60)에 전처리수를 가압이송시켜 라인(7)의 여과처리수와 라인(9)의 농축수로 분리시키고, 농축액 순환라인(9)의 농축수는 순환조로 재유입시켜 연속여과 운전이 가능하게 된다.

상기 설명한 바와 같은 작용에 의해 유분과 현탁물질이 분산 또는 결합된 상태로 존재하는 폐수의 오염 물질을 가압 부상 방법과 교류전원에 의한 전하응집에 의해 합체제거하여 후공정인 분리막 공정에서의 오염 물질 부하를 감소시키고 최종적으로 분리막 여과에 의한 여과수를 철강 탈지 세정 공정으로 재순환시킴으로써 철강 탈지 세정액을 회수하게 된다.

도 2에는 본 발명의 관형 분리막을 이용한 탈지 세정액의 재처리장치의 계통이 상세하게 도시되고 있는데, 유분 및 현탁 물질이 혼합되어 있는 폐용액은 입측배관(12)을 통하여 가압부상 전처리부(10)로 유입되며, 유입된 폐세정액은 다공판(14)을 통과하고 응집판(13)을 거치게 되는데, 응집판(13)은 도 3 도시와 같은 다수개의 주름이 잡힌 친유성의 폴리프로필렌 등의 재질로 간격이 5-20㎜인 평행판으로 구성되어 있다.

폐유입수는 응집판(13)의 수평 방향으로 흘러 유입하는데, 도 3 도시와 같이 오염 물질은 수많은 물결판에 부딪혀 비중이 작은 유분은 유분끼리 합체되어 상부의 주름 골짜기에 모이고 현탁 물질은 마찬가지로 물결판에 부딪혀 하부 주름 골짜기로 모이는데, 합체되어 입자 크기가 커진 유분과 현탁 물질은 각각 주름 골짜기의 상하부에 형성된 구멍(13a,13b)을 통해 각각 분리조 상부와 하부로 부상 또는 하강한다.

이 과정에서 제거가능한 오염 물질은 비교적 크기가 큰 입자들로서 유분과 현탁 물질이 결합되지 않은 상태의 물질들이 대부분으로 비교적 입자 크기가 작거나 유분과 현탁 물질이 결합된 형태의 오염 물질은 제거되지 않는다.

그러므로 입자가 작은 폐세정액 내의 철분이나 유분을 제거하기 위하여 응집판(13)을 통과히 앞서 폐세정액에 가압수를 분사하게 되는데, 가압수는 10 미크론 이하의 음전하를 띤 미세한 공기 방울을 발생시키게 되며, 난류를 일으킴과 동시에 오염물 입자와 결합하여 가압부상전처리부(10) 상부로 부상시키는 역할을 수행하며, 가압수는 전처리 생산수중 5-10% 정도를 가압펌프(32)에 의해 흡입하여 이루어지며 공기흡입배관(4)으로부터 공기를 한꺼번에 흡입하여 가압탱크(31)로 압송시킨다.

가압펌프(32)는 전처리수와 공기를 동시에 흡입할 수 있도록 터빈형의 임펠러 구조를 가진다.

가압탱크(31) 내의 압력은 압력제어밸브(34)에 의해 자동으로 제어되는데, 가압수의 압력은 센서(33)의 피드백 신호를 받아 2.5-4 기압이 되도록 비례적분제어 방식으로 압력제어밸브(34)를 개폐조정한다.

가압부상된 폐세정액 내의 유분 또는 철분 입자는 상부의 스키머(15)에 의해 가압부상전처리부로부터 분리되며, 응집판(13)을 거친 세정액은 격벽(16,17)을 거쳐 가압부상처리수 배관(6)으로 이송된다.

가압부상처리수 배관(6)을 통과한 폐세정액은 전하응집전처리부(20)로 유입되는데, 전하응집전처리부에는 스테인레스강으로 가공되고 수평 형상으로 배치된 다수의 메쉬(mesh) 형상의 불용성 전극(21)이 구비되어, 전하응집전처리부(20) 상부로부터 유입된 용액은 다수의 전극판(21)을 통해 하강한다.

여러개의 전극판(21)은 교호적으로 극성을 반전시키도록 교류전원 발생수단(50)의 출력과 연결되는데, 이는 통과되는 유체에 접촉되는 단위 시간당 면적을 확장하고 각각의 오염 입자에 형성되는 전계의 효율을 높인다.

전극판(21)에 공급되는 교류 전원은 교류전류 발생수단(50)에 의해 전압과 전류 및 주파수 등이 가변적으로 설정제어되는데, 오염물 입자에 가해지는 교류전류의 주파수는 입자간의 합체에 결정적인 인자로 작용하여 최적의 주파수 영역을 넘어서면 전극간 투과 단위유량 기준 인가전원의 주파수와 입자 제거율을 나타낸 도 4로부터 알 수 있는 바와 같이 동일 성분의 입자가 분리되는 특성을 보여 역효과를 일으키므로 인가전원의 주파수 설정 제어는 중요하다.

전하응집전처리부(20)를 통과한 처리수는 대부분 유분과 현탁 물질이 분리된 상태에서 각각의 성분이 합체된 형태로 비중차가 커진 상태로 변하여 전하응집전처리부(20) 내에서 유분은 상승하고 현탁물질은 하강하여 오염물질의 분리가 가능하게 되고, 전극(21)을 거친 처리수는 비교적 큰 입자의 오염 물질이 제거된 상태로 격벽(22)을 거쳐 처리수 출측 배관(5)을 거쳐 순환조(40)로 유입하며, 순환조(40)로 유입된 처리수는 분리막 펌프(65)에 의해 5-8 기압의 구동압력으로 관형 분리막(60)으로 이송되어 여과수는 배관(71)을 거쳐 철강 탈지 세정 공정으로 회송되고, 농축액은 순환라인(9)을 거쳐 다시 순환조(40)로 유입되어 연속 여과 운전이 가능하게 된다.

분리막(60)은 내압식 관형 한외여과막으로 하우징과 막이 분리된 형태이며, 막재질은 PVDF, PES, 폴리설펀(polysulphon)이고, 본 폐세정액 처리용으로 분회 분자량 30,000-200,000MW인 것이 적당하다.

분리막(60) 여과 유량은 자동 유량계(66)에 의해 감시되며, 막오염에 의한 막세정 시점을 판단한다. 즉, 초기 유량 대비 점진적으로 여과 유량이 감소하여 일정량 이하가 되었을 때, 막세정을 실시하며, 막세정은 화학 세정 방법을 사용하여 막 표면에 침착된 유분 및 미세철분 등을 제거하기 위하여 산, 알칼리의 화학세정을 실시한다.

이때, 산성 세정제는 3% 인산을 사용하고, 알칼리 세정제는 분리막 여과수를 배관(72)을 거쳐 저장조(67)에 저장후 이를 사용한다.

화학 세정시 산세정액 저장조(68)와 알칼리 세정액 저장조(67)로부터 분리막 펌프(65)를 통하여 여과 공정과 마찬가지로 분리막으로 용액을 이송시킴으로써 처리하며, 세정 순서는 알칼리→산→알칼리 순서로 실시한다.

따라서, 상기 설명한 바와 같은 본 발명에 의하면 용존산소를 가압하여 부상 하는 방법과 교류전원 인가에 의한 전하응집 방법에 의해 폐세정액 내의 입자가 비교적 큰 유분이나 철분 등을 합체제거하고 미세 오염 입자를 관형 분리막에 의한 여과에 의해 제거함으로써 연속적인 철강 탈지액의 회수 재사용이 가능한 등의 유용한 효과가 있다.

Claims (4)

1. 유입된 유분 및 현탁물질이 혼합되어 있는 폐세정액을 가압탱크(31)로부터 분사된 공기가 섞인 가압수로 부상시켜 분리시키며 친유성 응집판(13)이 설치되어 있는 가압부상전처리부(10)와; 교호적으로 극성을 반전시키도록 교류전원 발생수단(50)의 출력과 연결된 다수의 전극판(21)을 구비하여 가압부상전처리부(10)로부터 유입한 폐세정액의 입자 크기를 증가시켜 비중차에 의해 오염물질을 분리하는 전하응집전처리부(20)와; 순환조(40)를 거쳐 유입된 전하응집 전처리부(20)로부터의 처리수를 여과수와 농축액으로 분리하기 위한 관형 분리막(60)을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 관형 분리막을 이용한 스트립 탈지 세정액의 재처리 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 가압탱크(31)로 유입하는 전처리생산수와 공기는 가압펌프(32)에 의해 흡입되며, 압력조절밸브(33)에 의해 분사되는 가압수의 압력이 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하는 관형 분리막을 이용한 스트립 탈지 세정액의 재처리 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 응집판(13)은 다수의 간격진 주름이 잡힌 평행판으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 관형 분리막을 이용한 스트립 탈지 세정액의 재처리 장치.
4. 제1항에 있어서, 분리막(60)은 내압식 관형 한외여과막으로 하우징과 막이 분리된 형태이며, 막재질은 PVDF, PES, 폴리설펀(polysulphon)중의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 관형 분리막을 이용한 스트립 탈지 세정액의 재처리 장치.