KR20010034104A

KR20010034104A - 응집농축장치와 응집농축법

Info

Publication number: KR20010034104A
Application number: KR1020007007714A
Authority: KR
Inventors: 후쿠나가카즈지
Original assignee: 후쿠나가 카즈지
Priority date: 1998-01-26
Filing date: 1999-01-25
Publication date: 2001-04-25
Also published as: JP3210350B2; US6416213B1; CN1289264A; WO1999037377A1

Abstract

미세입자를 포함하는 피처리액을 공급하는 급액부(1)와, 이 급액부보다 저위치에 배치된 고액분리부(2)로 이루어지고, 상기 급액부(1)가 피처리액을 분배하는 분배실(3)과 분산액실(4)로 이루어지는 응집농축장치로서, 상기 분산액실로부터의 액을 유하시키는 스파이럴 혼합관(5)과 분배실(3)로부터의 피처리액을 공급하는 증량관(6)을 하류의 합류부(7)에서 합일하고, 스파이럴 혼합관 내부에 하류방향으로 개구부(8)를 갖는 스파이럴 주입관(9)을 마련하며, 스파이럴 혼합관(5)과 스파이럴 주입관(9)에 따로 공급한 전위가 다른 2액을 상기 개구부(8)에서 접촉시켜 플록함유액으로 하고, 이 플록함유액을 다시 증량관 하류의 합류부(7)에서 피처리액과 혼합하여 매스플록으로 하는 오탁액으로부터 미세입자를 응집제를 사용하지 않고 오탁액 중 전해질을 응집제로서 이용하여 고농도 진흙과 맑은 액으로 농축분리하는 응집농축장치와 응축농축법이다.

Description

응집농축장치와 응집농축법{COAGULATING/CONDENSING DEVICE AND METHOD}

종래 오탁액이 희박한 경우에는 무기응집제를 오탁액안에 첨가하여 응집한다. 미세한 입자간의 충돌효과를 높이기 위해 고속교반하는 반응실을 마련하여, 형성하는 플록이 작아 고액분리성능이 낮으면 고분자 응집제를 추가로 첨가하여 미세플록 사이에 고분자 응집제의 교차,연결에 의해 거대한 플록을 형성한 후 침전조로부터에서 분리하는 방법이 채용되고 있다. 이 방법의 응집진흙은 응집농도가 낮아 생명체로의 이용은 불가능하기 때문에 처리수는 환경오염을 초래할 염려가 크다.

본 발명은 먼저 양조발액, 배양증식액, 준설수(浚渫水) 등 미세입자를 포함하는 피처리수에서 미세입자 〔미생물(활성 진흙), 조류(藻類), 무기질, 플랭크톤 등〕를 응집분리하는 응집장치 및 응집법을 제안했다(일본국 특공평 7-16563호, 일본국 특공평 7-29119호). 이 응집장치에 있어서는 주입액과 피처리수(준설수)안의 미세입자를 응집시키기 위해서는 전해질 농도차(전위차)가 있는 2액을 층류접촉시키는 것이 절대적인 조건이 되고 있다. 즉 층류접촉시키기 위해서는 하나의 혼합관에 공급하는 피처리액 유량을 Re＜10⁵으로 유지해야 했었다. 또한 피처리액과 혼합관 플록함유액과 충돌혼합시켜 처리능력을 향상시켰지만 기설된 고액분리부에 먼저 발명한 응집농축장치를 설치하기 위해서는 더욱 더 응집농축진흙의 농도 향상 및 응집농축장치의 소형화가 요구되었다.

종래 응집관(주입관과 혼합관의 2액이 층류접촉하는 구조로 이루어지는 2중관을 호칭한다)에는 곧은 관(직관)을 사용했었다. 이 응집관은 긴 만큼 처리능력(응집성능)이 높아지지만 대량의 액을 처리하는 데 수 m를 넘는 응집관을 몇개나 현지에 설치하는 데는 제약이 많기 때문에 응집관을 짧게 관 수를 늘려서 대응하면 설비비가 높아진다는 결점이 있었다.

응집관(직관)의 성능은 긴 관 만큼(예를들면 4m를 넘는다)성능이 높지만 층류를 얻는 데는 접속부의 용접 등의 요철은 허용되지 않아 장치를 설치하는 데 제약이 많고, 공사의 소요일수가 길며, 장치의 이동이 용이하지 않아 기동성이 없다. 그래서 응집성능을 유지하여 이동차에 설치할 수 있는 소형화로의 요구가 높아지고, 기설된 고액분리부의 높이에 수납되는 응집농축장치가 최대 문제였었다.

본 장치에서는 응집관내의 주입액과 혼합액의 2액의 전해질 농도차를 0.1mg/리터 이상으로 조정하고, 2액이 층류접촉하여 액의 계면에서 2액의 미세입자의 표면전위 0.1mV이상의 차를 유지하면서 2액의 입자간 거리가 100Å(옹스트롬)이내로 오탁농도를 계속적으로 유지시키면 충돌응집하여 플록을 순간적으로 형성한다. 결점은 장치로의 미진동 등으로 2액의 층류계면이 파괴되어 2액이 혼합하면 응집은 하지 않게 된다. 그 때문에 긴 응집관으로의 진동을 막는 것이 옥외장치에서는 피할 수 없는 과제였다.

종래는 플록형성조의 익류 보(洑)로부터 직관, 경사판 방식으로 꺼내는 플록이 너무 커 (30∼40mm 지름) 낙하속도가 빠르고 정지수와의 저항이 커 경사판을 강하하는 거대플록으로부터 박리하는 소입자가 많아 거대플록이 경사판을 강하하기 시작하면 지금까지 플록형성조 상의 맑은 액이 플록형성조(槽) 벽과 경사판의 틈을 상승해 오는 박리 소입자로서 플록형성조 상의 윗 맑은 액이 갑자기 탁해짐과 동시에 고액분리부 바닥에서의 농축성능도 낮아지는 결점이 있었다. 또한 맑은 액을 얻는 응집분리를 목적으로 하는 장치에서는 박리소입자를 계속적으로 처리하는 시스템과 경사판 상의 박리를 방지하는 장치가 필요하다.

먼저 설명한 상기 일본국 특공평 7-16863호, 일본국 특공평 7-29119호에서는 혼합관내에서 형성한 플록은 플록형성조 내에서 오탁미세입자와 충돌하여 매스플록을 형성하지만 주입액과 혼합액을 층류접촉시키는 제약이 있다. 직관의 응집관 한 개 당 처리액의 플록함유액 양은 작기 때문에 대량으로 피처리액을 처리하기 위해서는 다시 응집관으로부터의 플록함유액 량의 3배이상 300배로 피처리액을 늘려도 플록형성조내에서 매스플록을 형성하지만 매스플록이 경사판 상을 고액분리부로 강하이송 중의 플록의 직경이 35mm이상이 되면 플록표면으로부터의 박리가 심해진다. 플록함유액 량의 10∼50배 이상의 피처리액과의 충돌혼합으로 형성하는 거대한 플록을 박리가 적은 이송수단의 개발과, 피처리액 양/플록함유량이 10∼50배이상으로 피처리액 양을 늘리는 방법이 요구되고 있다. 또 차량에 설치할 수 있는 소형화로의 요구가 높고 또 기설된 고액분리부의 높이에 수납되는 응집농축장치가 최대 문제였다.

제지의 초지공정에서는 스크린하의 대용량의 희박한 미세섬유입자의 배수(희박오탁액이라 함)를 응집하는 데 대량의 응집제를 사용하고 있다. 대용량의 희박오탁액의 응집에 응집제를 사용하지 않고 응집처리하는 응집농축장치와 응집농축법이 요구되고 있다.

식품원료의 농후한 미세입자로부터의 세척(거친부분제거)공정에서 침강분리시에는 응집제를 사용할 수 없기 때문에 침강분리가 곤란하다.

응집제를 사용하지 않고 세척공정시간을 단축하며, 세척공정 시 수율이 높은 응집농축장치와 응집농축법의 개발이 요구된다. 특히 미세입자와 대량의 액체를 분리하는 공정에서 여과·탈액(脫液)에 고가 장치를 사용하기 전에 대부분의 액체를 저가의 응집농축장치로 제거해 두는 고액분리장치의 개발이 필요하다.

본 발명자가 발명의 대상으로 하는 이 응집농축장치와 응집농축법의 최대의 결점은 혼합액과 주입액의 층류접촉에 의해 플록을 형성한 플록함유액이 존재하지 않으면 피처리액을 공급해도 매스플록을 형성할 수 없다. 2액중 어느 한쪽이 혼합관내에 공급되지 않으면 플록은 형성되지 않게 되어 미응집 오탁액을 공공용 수역으로 배출하게 된다. 모든 폐수처리장치에서는 야간무인운전으로 이 문제를 해결하는 응집농축장치와 응집농축법도 요구되고 있다.

본 발명은 농후(濃厚)오탁액은 물론 희박(稀薄)오탁액으로부터 미세입자를 응집제를 사용하지 않고 오탁액안의 전해질을 응집제로 이용하여, 자연침강속도보다도 더 빠른 속도로 침강분리시키고, 미세입자를 매스플록(giant floc)으로부터 다시 생장시켜 고농도 진흙과 맑은 액으로 농축분리할 수 있는 응집농축장치와 응집농축법에 관한 것이다.

도 1은 스파이럴(뱀관) 응집관을 마련한 응집농축장치의 종단면도.

도 2는 혼합관과 증량관과의 접합과 주입관 개구부의 관계를 나타내는 단면도.

도 3은 이동차에 스파이럴(와류관) 응집관을 마련한 응집농축장치의 종단면도.

도 4는 혼합관과 주입관 및 증량관을 지지하는 브래킷을 도시하고 있고, (a)는 )는 축 직각방향 단면도, (b)는 축방향 단면도, (c)는 혼합관에 장착한 예의 측면도.

도 5는 바깥에 스파이럴 강하관을 구비한 플록형성조를 갖는 재응집 타입의 응집농축장치의 종단면도.

도 6은 플록형성조내에 스파이럴 강하관을 구비한 재응집 타입의 응집농도장치의 종단면도.

도 7은 플록형성조내에서 고액분리한 후 이를 다시 종래부터 설치되고 있는(기존의) 독립된 고액분리부로 도관으로 통해 이끄는 예의 단면도.

도 8은 여러개의 증량관의 각각에 스파이럴 혼합관을 접합한 예의 응집농축장치의 단면도.

도 9는 하나의 증량관으로 여러개의 스파이럴 혼합관을 접합한 예의 일부 파단측면도.

도10은 본 발명의 응집농축장치의 실시예 계통도.

응집농축장치와 응집농축법에 있어 상기와 같은 기술에 있어 과제를 본 발명자는 하기 (1)∼(8)에 도시하는 응집농축장치와 응집농축법으로 하여 해결하고, 피처리수를 고농도 진흙과 맑은 액으로 농축분리하는 것과, 차량에 설치할 수 있는 소형화 등을 가능하게 했다.

(1) 다중관의 내관과 외관 각각에 전위가 다른 미세입자를 포함하는 액을 유하시키고, 하류에 있어 내관과 외관 중의 액을 접촉시켜 미세입자를 플록으로 하는 장치에 있어서 다중관의 내관과 외관을 스파이럴형상의 혼합관에 형성하고, 외관내 하류방향으로 내관의 개구부를 형성하며, 내관과 외관으로부터 따로 따로 공급한 전위가 다른 액을 접촉시켜 고형분을 플록으로 하는 스파이럴 응집관을 마련한 것을 특징으로 하는 응집농축장치.

또한 본 발명에서 말하는 스파이럴은 구부러짐을 갖는 원호, 와류, 코일 등의 총칭이다. 공급하는 액의 흐름이 평면적 또는 수준차를 갖고 원의 전체 둘레를 따라 여러번 또는 부분적인 궤적을 취할 수 있는 상태를 말한다.

(2) 미세입자를 포함하는 피처리액을 공급하는 급액부와, 이 급액부보다 저위치에 배치된 고액분리부로 이루어지며, 상기 급액부가 피처리액을 분배하는 분배실과 분산액실로 이루어지는 응집농축장치로서, 상기 분산액실에서의 액을 유하시키는 스파이럴 혼합관과 분배실로부터의 피처리액을 공급하는 증량관을 하류의 합류부에서 합일하고, 스파이럴 혼합관내부에 하류방향으로 개구부를 갖는 스파이럴 주입관을 마련하며, 스파이럴 혼합관과 스파이럴 주입관에 개별로 공급한 전위가 다른 2액을 상기 개구부에서 접촉시켜 플록함유액으로 하고, 이 플록함유액을 다시 증량관 하류의 합류부에서 피처리액과 혼합하여 매스플록으로 하는 것을 특징으로 하는 응집농축장치.

(3) 내부에 주입관 단말의 개구부를 갖는 혼합관 단말(端末)의 증량관 유하(流下)액과의 합류부 부근에 충돌혼합부를 마련한 것을 특징으로 하는 상기 (2) 기재의 응집농축장치.

여기서 말하는 충돌혼합부는 플록지름을 갖추고, 피처리액과의 충돌로 박리되기 쉬운 비대 플록(35mm 이상)의 형성을 방지하는 기능을 갖는 구조이면 되며, 노즐과 오리피스(orifice) 다공판을 번갈아 여러개 조합하여 혼합관내에 마련하고, 충돌, 분산을 반복하여 플록지름을 갖추는 구조를 도시할 수 있다.

(4) 고액분리부와 그 상부의 분배실과 분산액실로 이루어지는 응집농축장치로서, 상기 분산액실로부터의 액을 유하시키는 스파이럴 혼합관을 분배실로부터의 스파이럴 증량관내에 배치하고, 스파이럴 혼합관의 내부에 하류방향으로 개구부를 갖는 스파이럴 주입관을 마련하며, 스파이럴 증량관과 스파이럴 혼합관 및 스파이럴 주입관으로 스파이럴 3중관으로 하고, 스파이럴 혼합관과 스파이럴 주입관에 따로 따로 공급한 전위가 다른 2액을 상기 개구부에서 접촉시켜 플록함유액으로 하며, 이 플록함유액을 다시 증량관 하류의 합류부에서 피처리액과 혼합하여 매스플록으로 하는 것을 특징으로 하는 응집농축장치.

(5) 혼합관의 내부 또는 증량관의 내부에 주입관 또는 혼합관을 다중으로 지지하기 위한 브래킷으로서, 이 브래킷은 관내벽에 소정간격으로 접촉지지하는 여러개의 날개부를 가지며, 이 날개부의 상류측 또는 하류측을 뾰족하게 하여 흐름저항을 작게한 것을 특징으로 하는 청구항 1,2 또는 3기재의 응집농축장치.

(6) 고액분리부의 상부에 분배실과 분산액실을 마련하고, 상기 분산액실로부터의 액을 유하시키는 스파이럴 혼합관을 분배실로부터의 증량관으로 하류에서 합일시키고, 스파이럴 혼합관의 내부에 스파이럴 주입관을 하류방향으로 개구시켜 마련하며, 고액분리부로 하부를 폐쇄배치한 플록형성조를 마련하고,

이 플록형성조의 내부에 상기 증량관의 단말을 배치하고, 상기 플록형성조의 외부 또는 내부에 스파이럴 강하관이 배치되며 또한 그 단말은 고액분리부에 개구하도록 마련한 것을 특징으로 하는 응집농축장치.

(7) 고액분리부의 상부에 분배실과 분산액실을 마련하고, 상기 분산액실로부터의 액을 각각 유하시키는 여러개의 스파이럴 혼합관을 분배실로부터의 여러개의 증량관으로 하류에서 합일시키거나 또는 여러개의 스파이럴 혼합관을 여러개의 증량관 내에 다중관으로 마련하고, 각 스파이럴 혼합관의 내부에 스파이럴 주입관을 하류방향으로 개구시켜 마련하며, 고액분리부로 하부를 폐쇄배치한 플록형성조의 내부에 상기 여러개의 증량관의 단말을 배치하고, 상기 플록형성조로부터 강하관을 배치한 것을 특징으로 하는 응집농축장치.

(8) 전위가 다른 분산액과 주입액을 각 스파이럴상태로 형성한 외관과 내관으로 이루어지는 혼합관에 의해 각각 유하시키고, 하류에서 접촉시켜 플록함유액으로 하며, 이 플록함유액을 미세입자를 포함하는 피처리액과 혼합하여 매스플록을 형성하고, 고액분리하는 것을 특징으로 하는 응집농축법.

다음 첨부한 도면에 의해 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.

도 1에 도시하는 실시예에 있어서 응집농축장치는 급액부(1)와 그 보다도 저 위치에 배치된 고액분리부(2)로 이루어진다. 고액분리부(2)에 대해서는 뒤에 기술하는 고액분리가 가능한 성능을 갖고 있으면 기존의 시설도 사용가능하다. 상기 급액부(1)는 미세입자를 포함하는 피처리액을 분배하는 분배실(3)과 분산액실(4)로 이루어진다. 이와같은 응집농축장치에 있어서 상기 분산액실(4)로부터의 액을 유하시키는 스파이럴 혼합관(5)과, 분배실(3)로부터 피처리액을 유하시키는 증량관(6)을 하류의 합류부(7)에서 합일하고 있다. 스파이럴 혼합관(5)에는 내부에 하류방향으로 개구부(8)를 갖는 스파이럴 주입관(9)을 마련하고 있다. 스파이럴 혼합관(5)과 스파이럴 주입관(9)에 따로 공급한 전위가 다른 2액을 상기 개구부(8)에서 접촉시키고 플록을 형성시켜 플록함유액으로 한다. 따라서 스파이럴 혼합관(5)과 스파이럴 주입관(9)의 2중관이 응집관이 된다. 접촉은 층류상태에서 행하는 것이 좋다. 이 플록함유액을 다시 증량관 하류의 합류부(7)에서 증량관(6)안을 유하하고 있는 피처리액과 혼합하여 플록함유액 안의 플록이 핵이 되어 피처리액안의 미세입자를 응축시켜서 매스플록으로 한다.

도 2에 도시하는 것과 같이 스파이럴 혼합관(5)의 내부에 스파이럴 주입관(9)이 있고, 그 주입관 단말의 개구부(8)는 혼합관 토출구(10)에서 혼합관 직경 D의 4∼10D 상류의 위치에 하류방향으로 개구하고 있다. 증량관(6)은 응집통(11)상의 분배실(3)로 개구되고, 피처리액(12)은 익류방식으로 공급되며, 합류부(7)에서 혼합액과 충돌혼합하고, 플록이송 펌프(13)를 거쳐 고액분리부(2)내의 플록형성조(14)내로 공급하여 매스플록과 맑은 액으로 분리한다. 상기 분배실(3)과 분산액실(4)을 최상부로 하여 그 아래쪽으로 스파이럴 혼합관(5)(내부에 스파이럴 주입관(9)), 증량관(6)이 응집통(11)내에 마련되고 있다. 밀폐구조의 응집통(11)과 고액분리부(2)는 연통관(15)에 의해 통과하고, 고액분리부(2)의 수위보다도 응집통(11)의 수위는 3∼50cm 높게 유지할 수 있도록 조절하며, 주입액(16), 분산액(17), 피처리액(12)은 정량적으로 공급한다. 처리수는 응집통(11)의 방류관(18)에서 방류한다.

도 1, 도 2에서 보는 것과 같이 스파이럴 혼합관(5), 증량관(6)의 연장관(6a) 단부에는 충돌혼합부(25)를 마련하고 있다. 충돌혼합부(25)에 의해 충돌회수를 늘려 플록지름의 균등화를 목적으로 치밀한 플록을 형성하고 있다.

도 3에 도시하는 실시예에서는 고액분리부(2)와 응집농축장치를 이동차(19)에 적재한 상태로 이설할 수 있는 타입으로 하고 있다.

고액분리부(2)와 그 상부의 급액부(1)의 분배실(3)과 분산액실(4)로 이루어지는 응집농축장치로서 상기 분산액실로부터의 액을 유하시키는 스파이럴 혼합관(5)을 분배실(3)로부터의 스파이럴 증량관(6)내에 마련하고, 스파이럴 혼합관의 내부에 하류방향으로 개구부를 갖는 스파이럴 주입관(9)을 마련하며, 스파이럴 증량관(6)과 스파이럴 혼합관(5) 및 스파이럴 주입관(9)에서 나선상 3중관(20)으로 하고, 우선 스파이럴 혼합관(5)과 스파이럴 주입관(9)에 따로 공급한 전위가 다른 2액을 주입관 단말의 개구부(8)에서 접촉시켜 플록함유액으로 하며, 이 플록함유액을 다시 증량관(6) 하류내의 합류부(7)에서 피처리액과 혼합하여 매스플록으로 한다.

이 응집농축장치는 3.5mm의 상기 나선상 3중관(20)을 스파이럴 증량관(6)의 높이가 60cm가 되도록 응집통틀(21)에 수납하고, 분배실(3)과 스파이럴 증량관(6) 및 분산액실(4)과 스파이럴 혼합관(5)과의 접속관은 각각 가동성의 관을 사용하며, 고액분리부(2)의 윗면에 상하로 신축가능한 주름통(22)을 접속하여 고액분리부의 익류방류 수위에 대해 분배실(3), 분산액실(4)의 수위를 조절가능하게 하고 있다. 이동시에 주름통(22)이 접히고, 분배실(3), 분산액실(4)은 응집관 증량관(6)과 분리되어 고액분리부내에 격납되고, 고액분리부 상 15cm의 높이로 주름통을 축소하여 이동성을 높일 수 있었다. 응집통틀(21)은 이동차(19)로부터 독립된 사다리(23)로 지지되며, 사다리와 응집통틀(21)과의 연결부와 사다리(23)의 접지부에 방지고무를 장착하고, 고액분리부(2)로부터 응집진흙을 배출하는 레이크(24)의 진동을 방지하여 응집성능의 저하를 억제했다.

도 4(a)∼(c)는 다중관으로 할 경우 주입관(9) 또는 혼합관(5)을 다중으로 지지하기 위한 브래킷(26)의 예를 도시하고 있고, (a)는 축직각 방향 단면도, (b)는 축방향 단면도, (c)는 혼합관(5)에 장착한 예의 측면도이다. 이 브래킷(26)은 관내벽에 등간격으로 접촉지지하도록 환상지지부(26a)에 여러개의 날개부(26b)를 마련하고 있다. 이 날개부(26b)의 상류측 또는 하류측을 뾰족하게 하여 흐름저항을 작게하고 있다. 도시한 예에서는 혼합관(5)에 장착한 것은 플라스틱제이고, 그보다 내측에 장착한 것은 얇은 금속제이다. 재료는 용도에 따라 적절히 선택하여 이용한다. 내측이나 외측에 어느 것을 이용해도 좋다. 혼합관과 주입관, 증량관과 혼합관 각각의 관축을 대략 합일할 수 있다.

도 5, 6에 도시한 예는 고액분리부(2)의 상부에 분배실(3)과 분산액실(4)을 마련하고, 상기 분산액실(4)로부터의 액을 유하시키는 스파이럴 혼합관(5)을 분배실로부터의 증량관(6)으로 하류에서 합일시키며, 스파이럴 혼합관의 내부에 스파이럴 주입관(9)을 하류방향으로 개구시키고, 고액분리부로 하부를 폐쇄배치한 플록형성조(14)의 내부에 상기 증량관(6)의 단말을 배치하며, 상기 플록형성조의 외부(또는 도 6과 같이 내부)에 스파이럴 강하관(27)이 배치됨과 동시에 그 단말은 고액분리부의 저부에 개구하도록 마련한 구조이다. 도 6에서는 고액분리부(2)에 재 응집조(28)를 마련한 예를 나타내고 있다. 고액분리부(2)의 박리소입자 부유영역(29)과 재응집조(28)를 연결하여 박리소입자의 재응집을 가능하게 하고 있다.

쌀 세척시 나오는 물을 처리하는 활성진흙 처리시설의 활성진흙 처리액에는 실모양 미생물이 발생하고, 그 활성진흙은 안정되어 자연침강속도 1cm/일, 농도 12,000ppm을 응집농축하는 것은 불가능했었다. 이 실모양 벌킹진흙을 주입액(16)으로서 0.2리터/min과, 혼합액으로서 이 활성진흙과 수도수 3 : 1의 혼합액 0.3리터/min을 층류접촉시키고 혼합관(5)으로부터 토출하는 플록함유액(0.5 리터/min)을 증량관(6)내에서 피처리액과 충돌혼합시켜 매스플록으로 하며, 그 함유액 이송관의 토출구를 플록형성조(용적 150리터)내에 개구시켰다. 주입관 내경 8mm, 혼합관 내경 19mm, 증량관 내경 63.5mm로 구성하고, 스파이럴 강하관은 125mm를 사용했다. 장치는 도 5에 도시한 것을 사용했다.

A) 플록함유액 양 0.5리터/min과 피처리액 양 4.5리터/min을 플록형성조에 체류시간 30분간의 속도로 공급했다.

B) 플록함유액 양 0.5리터/min과 피처리액 양 29.5리터/min을 같은 플록 형성조에 체류시간 5분간 공급했다.

그 결과 피처리액의 공급을 중지했을 때 프로형성조 안의 유동층 높이는 A)보다 B)쪽이 낮고, 조 내에서 퍼 올린 양자의 진흙의 침강속도도 A)보다 B)쪽이 빨랐다.

C) 플록함유액 양 0.5리터/min과 피처리액 양 74.5리터/min을 플록형성조에 체류시간 2분간 공급했다.

D) 플록함유액(1) 양 0.5리터/min과 피처리액 37.0리터/min을 같은 플록형성조에 체류시간 4분간 공급했다.

그 결과 플록형성조 안의 유동층 높이는 D)가 B)보다 낮았다. B)가 D)보다 유동층 높이가 높은 것은 단시간 내에 공급하는 피처리액이 적기 때문에 플록의 성장이 느리기 때문이라고 생각된다.

C)가 D)보다 유동조 높이가 높은 것은 플록형성조안의 체류시간이 2분으로 짧기 때문이라고 판단하고 있다.

B)와 C)의 운전조건으로 처리하여 3시간 경과한 고액분리부의 응집농축 진흙의 농도는 11,600ppm과 11,000ppm이었다.

D)의 운전조건으로 처리하여 플록형성조로부터 스파이럴 강하관에서 고액분리부로 공급한 후 3시간 경과한 고액분리부의 거대플록의 응집농축 진흙은 공급한 피처리액 농도 12,000ppm의 활성 진흙(자연침강속도 ; 1cm/일)이 13,000ppm으로 농축되었다. 경사판에 보여진 박리현상은 스파이럴 강하관에서의 계속운전 중은 인정되지 않았다.

플록함유액 양 0.075리터/min과 피처리액 15리터/min의 200배와 충돌하여 플록형성조내의 체류시간 10min으로 연장하는 것으로 치밀한 매스플록(35∼55mm직경)을 형성하고, 고액분리부에 4시간 경과하여 15,000PPm으로 농축한 벌킹 활성진흙을 얻을 수 있다.

도 7은 플록형성조(14)안에서 지금까지 설명한 본 발명의 기구에 의해 고액분리한 후 이를 다시 종래부터 설치되고 있는(기존의) 독립된 고액분리부(2)로 도관(30)을 통해 안내한 구조를 나타내고 있다. 도 7에 도시한 장치의 사용예를 여기서 설명한다. 벌킹 활성진흙(침강속도 2.3cm/일)을 처리하고 있는 직경 3m, 깊이 4m의 고액분리부가 운전불가능 상태에 있고, 외측에 급액부, 스파이럴 응집관, 플록형성조, 스파이럴 강하관을 내장하는 플록형성조(14)를 설치하고 있다. 고액분리부벽면을 스파이럴 강하관(27)이 관통하고, 그 단말의 확대관 노즐이 매스플록의 토출구가 되어 접합하고 있다. 벌킹 활성진흙의 주입액 0.2리터/min와 분산액(활성 진흙 3 + 수도수 1)의 0.3리터/min을 층류접촉한 플록함유액 0.5리터/min을 증량관내에서 피처리액(벌킹 활성 진흙액)과 충돌시키고 플록형성조내에서 4분간의 체류시간으로 충돌혼합하여 형성한 거대플록은 이 조(槽) 상에 개구하는 스파이럴 강하관에서 고액분리부로 확대관 노즐을 거쳐 플록을 이송했다. 응집관은 주입관 내경 8mm, 혼합관 내경 19mm, 증량관 내경 65mm, 스파이럴 강하관 내경 150mm를 2개로 구성하고 있다.

플록함유액 0.5리터/min과 피처리액 37.35리터/min을 플록 형성조 150리터에 체류시간 4분으로 36시간 계속 공급하고, 2개의 스파이럴 강하관 150mm지름으로 플록형성조로부터 고액분리부에 4.5mm/sec로 고액분리부에 공급한 후 10시간 경과한 후 농축진흙은 피처리액 농도 3,200ppm의 벌킹 활성진흙이 13,400ppm을 얻었다. 4.1배로 농축하고 있다. 고액분리부로부터의 방류수의 MLSS는 5∼13ppm이었다. 고액분리부로의 수면적 부하는 7.7㎥/㎡일 이다.

도 8은 고액분리부(30)(기설된 것으로 좋다)의 상부에 분배실(3)과 분산액실(4)을 마련하고, 상기 분산액실(4)로부터의 액을 각각 유하시키는 2개의 스파이럴 혼합관(5)(5)을 각각 분배실(3)로부터 2개의 증량관(6)(6)으로 하류에서 합일시키며, 각 스파이럴 혼합관(5)(5)의 내부에 스파이럴 주입관(9)을 하류방향으로 개구시켜 마련한 더블타입을 나타내고 있다. 이를 하부를 폐쇄배치한 플록형성조(14)의 내부에 상기 2개의 증량관(6)(6)의 단말을 배치하고, 고액분리부(2)로 상기 플록형성조로부터 강하관(27)을 배치하고 있다.

도 9는 내부에 주입관(9)을 갖는 여러개의 스파이럴 혼합관(5)을 하나의 증량관(6)의 여러개의 집합관(38)과 하류에서 합일시킨 예이다. 분산액실(4)에 대해서는 여러실 마련해도 좋고, 분배실(3)의 외주에 도너츠모양으로 배치해도 좋다.

도 10은 본 발명의 응집농축장치의 실시예 게통도이다. 분배실(3)과 분산액실(4) 및 주입관(9)에 각각 응집처리 목적을 달성하기 위한 피처리액(12), 분산액(17), 주입액(16)이 공급된다. 피처리액(12)은 공장배수등을 그대로 공급해도 좋고, 도면과 같이 혼합조(31)에서 활성 진흙(32)이나 고액분리부(2)로부터의 응집혼합 진흙(33)을 추가해도 좋다. 고액분리부(2)로부터의 응집혼합 진흙(33)은 고형물(34)을 제거한 액상의 것이 있다. 주입액(16)과 분산액(17)은 이 예에서는 각각 주입액 조정조(35), 분산액 조정조(36)로 활성 진흙(32)과 수도수(37)에 의해 농도차(즉 전위차)를 일으키도록 조정되어 각각 펌프로 이송된다. 응집제를 이용하지 않고 본래 처분되는 것의 이용으로 대량의 피처리를 증량액으로서 응집처리가 행해진다.

여기서 응집관을 직관으로부터 스파이럴관으로 했을 경우를 검토했다.

직관의 혼합관을 외측으로, 직관의 주입관을 내측으로 한 2중관의 응집관의 주입관 직경 20mm와 혼합관 직경 67mm로 하고, 혼합관은 투명관 6.5m로 하며, 그 관내에 혼합관과 주입관의 관축을 대략 합일화 하여 수평으로부터 하류를 향해 5도 내려서 설치하고, 혼합액 공급조내에 주입액 공급조를 배치하며, 분산액실 측벽에 혼합관의 일단입구가 개구하고, 6.5mm 앞의 선단은 고액분리부내의 플록형성조에 개구하고 있다. 주입액 공급조에 개구하는 주입관은 혼합관 입구를 통과하여 주입관길이를 위 1.25m, 2.5m, 5m의 이중관으로 하여 주입관 토출구(개구부)가 혼합관내에 개구하고 있다. 주입관 토출구로부터 혼합관 직경의 2배의 거리로부터 하류를 향해 응집플록이 관 저부로, 위 맑은 액이 관 상부로 분리하여 주입관 길이 + 0.2∼1m의 위치의 플록상의 위 맑은 액의 청정도로 판정하도록 하며, 활성 진흙을 주입관에 a미리리터/min, 혼합관에 혼합액(활성 진흙/수도수 = 5/1)을 5a 미리리터/min비율로 공급했다. 한편 주입관 직경 20mm과 혼합관 직경 63mm(투명관)으로 한 2중관의 혼합관을 직경 500mm의 스파이럴(주름관)에 감고, 주입관 길이 1.25m, 혼합관 길이는 2.5mm로 한 응집관을 플록형성조에 접속하며, 주입관 길이 + 0.2∼1m 위치의 플록상의 위 맑은 액의 청정도(SS 20ppm)를 직관과 대략 같은 값일 때 상기 주입액과 분산액(혼합액) 각각 공급한 액량은 각각의 관 길이에 대응하여 플록을 형성하는 최대유량으로서 구했다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.

직관의 경우
관 길이	최대유량	주입액 양 + 혼합액 양
1.25m	1.1L/min	(0.2 + 0.9) L/min
2.5	2.3	(0.4 + 1.9)
5.0	4.2	(0.7 + 3.5)
스파이럴 혼합관(주름관)의 경우
관 길이	최대유량	주입액 양 + 혼합액양
1.25m	13.7L/min	(2.3+ 11.4) L/min

직관에 있어서 주입관 길이가 2배가 되면 최대유량도 2배로, 주입관 길이가 4배가 되면 최대유량도 4배를 나타냈다.

스파이럴관 1.25m의 관 길이의 최대유량은 같은 1.25m의 직관에 비해 약 13배량의 플록함유액을 얻을 수 있다. 이는 스파이럴관의 층류형성의 안정성에 의한 것으로서 혼합관내에 주입관을 갖는 스파이럴 혼합관(혼합관)은 안정된 대유량의 층류를 얻기 쉽다는 것을 알았다. 당연히 피처리액도 플록함유액의 3∼300배의 비율로 공급할 수 있기 때문에 본 발명의 응집농축장치는 기설된 침전조에도 설치가능한 소형화를 달성하고, 또한 13배의 성능상승을 동시에 얻을 수 있게 되었다.

환경보전수역으로의 본 시설의 배수는 미반응 오탁액의 유출을 방지해야 한다. 그렇게 하기 위해서는 플록함유액을 확실하게 형성하는 것이다. 안전성과, 확실성을 높이기 위해서는 여러개의 주입관과 혼합관과의 2중관의 스파이럴 혼합관과, 증량관 한개를 접합하고, 그 증량관을 플록형성조안에 1∼3개 설치하는 것이 미반응 오탁액의 유출을 방지하는 기본구조로서, 도 8, 도 9에도 도시한 본 구조의 오탁액 처리능력의 최저치는

13L/min X 60배 = 79리터/min ≒ 1,120㎥/일

〔스파이럴 혼합관 2개 X 2, 비처리액 3∼300배량과의 혼합 X 15, 증량관 2개 X 2 = X 2 X 15 X 2 = X 60배〕이다.

본 발명에 의하면 농도가 낮은 500ppm 대용량의 초지기(抄紙機)의 망 밑의 희박오탁액의 B액을 응집제를 사용하지 않고 응집처리할 수 있다. 그 실시예를 다음에 도시한다.

(가) 직관 지름 67mm, 길이 1.25mm의 혼합관과 직관 지름 20mm, 길이 1m의 주입관과의 관축을 합일로 하고, 혼합액(B 액 10 : 수도수 2) 1.75리터/ min과, 주입액 B액 0.35리터/min을 각각 공급하여 층류접촉했지만 플록은 형성하지 않았다. 이는 피처리액이 500ppm으로 희박액이었기 때문에 충돌을 위한 입자간 거리가 커 플록을 형성할 수 없었다.

(나) 같은 초지오탁액의 A액 침강농축액 3,600ppm을 같은 직관의 응집관 1조로 혼합액(A액 10 : 수도수 2) 1.75리터/min과 주입액 A액 0.35리터/min을 각각 공급하고, 층류접촉하면 플록을 형성했다. 이 이상의 송유량은 층류를 형성하지 않고 와류가 발생하여 플록을 형성하지 않았다.

(다) 입수가 용이한 8,000ppm 고농도 활성 진흙(C액)을 플록형성용 액체로 선택하고, 스파이럴 혼합관(내관 63.5mm) 1.25m에 혼합액〔(C액) 9에 수도수 2〕9리터/min을 공급하고, 스파이럴 주입관(내경 19mm) 길이 1m에 주입액(C액) 2.2리터/min을 공급했다. 나)와 다)는 같은 관 길이의 2중관의 스파이럴 응집관 내의 플록함유액 형성능력을 비교하면

다)는 스파이럴 응집관( 9 + 2.2) = 11.2 리터/min이다.

나)는 직관의 응집관 양( 1.75 + 0.35) = 2.1리터/min이다.

스파이럴 응집관으로 하는 것과, 플록함유액 형성을 위해 선택한 고농도 주입액, 고농도 혼합액 선택 8,500ppm/3,600ppm의 차이로 5개 직관의 응집관의 처리능력(1분당 11.2리터/2.1리터로 대략 5배)과 같았다.

증량액은 플록함유액 양의 3∼300배량의 비처리액을 처리할 수 있기 때문에 약 35.7배의 11.2리터/m X 35.7 = 400리터/m처리하는 것을 확인했다.

희박액 500ppm 200리터/min을 처리하는 데 활성 진흙 8,000ppm을 200리터/min 공급하고 고액분리부에 침전한 8,000ppm의 응집혼합 진흙(초지미세입자 + 활성 진흙)으로부터 빠진 진흙은 12.5리터/min이면 되는 것을 알았다.

본 실험에서는 하나의 증량관(직경 150mm)을 플록형성조내에 마련하고, 증량관 한개에 스파이럴 혼합관 한개를 접합하고 있을 뿐이지만 실기(實機)에서는 도 8과 같이 플록형성조내에 2개의 증량관을 마련하고, 도 9와 같이 한개의 증량관에 최소한 2개의 스파이럴 혼합관과 접합하면 400리터/min = 24㎥/h X 2 X 2 = 96㎥/h = 2,300㎥/일 을 처리할 수 있다.

본 발명은 이상 설명한 것과 같이 구성되고 있기 때문에 다음에 기재하는 효과를 얻는다.

스파이럴관(주름간, 와류관, 원호관)을 사용하면 직관에 비해 층류안정성이 높고, 통액처리능력은 10배이상 높기 때문에 스파이럴 응집관을 마련하는 것 만으로 필요한 플록함유액양을 확보할 수 있다. 층류확보를 위해 주입관과 혼합관의 관축을 합일하기 위해 직관 정도의 정밀함은 필요없다. 응집농축장치는 높이에 있어 1/5로, 용적에 있어 1/3∼1/10으로 소형화할 수 있다. 그 때문에 대부분의 기설된 고액분리부에 본 발명의 응집농축장치를 설치할 수 있다.

이동차에 적재하는 것도 가능하게 되고, 장기간·단기간의 탁액처리에 대응하여 이동·이설하는 것도 용이하게 되었다. 응집설비비를 대폭으로 저감할 수 있다.

본 발명의 응집농축장치를 활성 진흙의 고액분리부에 설치하면 1㎝/일의 침강속도의 벌킹 진흙에 대해 10,000배의 속도로 침강하고, 폭기조(曝氣槽)(aeration tank)의 진흙 총량이 2∼4배로 늘어나며, BOD₂₀의 진흙 부하가 0.06㎏/㎏일 이하가 되며, 활성진흙법의 개발 이래 긴 세월을 필요로 했던 과잉 진흙의 처리처분비가 거의 필요없게 되어 처리수질은 BOD₅의 제거율 99%이상을 달성하고, 오탁액이 청정액과, CO₂, N₂만을 배출하는 것만으로 완결된 장치가 되었다. 당연히 응집(제)장치, 진흙농축조, 여과장치, 소각시설, 진흙 투기장의 유지관리비도 필요없으며 신설된 응집농축장치비는 필요없게 된 과잉진흙 처리처분비만으로도 상쇄할 수 있어 단기간에 상각할 수 있다.

1기 당 3,000㎥/일까지의 응집농축장치는 공장내에서 작제하고, 현지에서는 전후의 배관접속이 주요한 공사가 되어 시설공사가 단기간이 되며, 환경시설로서 바람직하지 않은 운전정지기간을 단시간에 완료할 수 있다.

플록형성조로부터의 매스플록의 배출에 있어 스파이럴 강하관을 사용하는 것에 의해 플록의 성상에 대응하여 매스플록의 강하속도를 강하관의 경사각도로써 조정할 수 있게 되고, 플록형성조로부터 강하관내를 강하하는 매스플록의 플록틈이 없는 연속되는 이동층이 되어 연속으로 배출할 수 있어 미세입자의 박리현상이 거의 없어졌다.

고액분리부에 퇴적하는 응집농축 진흙과 위 맑은 액과의 계면에는 통상 응집농축 진흙층이 생기기 쉽다. 이 진흙층 표면상의 박리 소입자 함유액을 흡인펌프에 의해 흡인하여 피처리액 공급관으로 반송하며, 플록형성조내에서 재응집하는 시스템에 계속공급처리하는 것과, 상술한 스파이럴 강하관내의 이송속도의 저감이 매스플록으로부터의 미소입자 박리의 감소를 초래하고, 박리 소입자에 의한 위 맑은 액의 오탁방지에 바람직한 성과를 얻었다.

여러개의 충돌혼합부를 갖는 스파이럴 응집관의 토출구와 한개의 증량관의 여러개의 집합관을 접합한 증량관을 플록형성조내에 여러개 설치하면 여러개의 응집관내로 주입액이 혼합액 중 어느 것이 공급되지 않아도 여러개의 응집관의 플록함유액과 피처리액이 증량관내 또는 플록형성조내에서 충돌하여 반드시 플록을 형성하게 되고, 미반응의 오탁액이 환경보전 수역으로 배출하지 않게 되어 처리능력의 향상과 안전을 확보할 수 있는 장치가 되었다.

본 발명의 응집농축장치와 응집농축법을 이용하고, 농축분리하는 대상을 예시하면 준설·굴삭·간막이 벽·수로개설 등의 공사에 따른 토사·점토·진흙탕의 분리제거, 또 댐· 저수장· 바다·호수와 늪·도랑· 진흙탕의 제거, 양어장·재배어장의 남은 먹이·벌킹활성 진흙의 응집분리, 동물, 식물 플랭크톤의 농축분리, 해초의 제거, 배수로 인해 유가물질의 회수, 희박 대용량의 오탁액(초지기의 망 밑의 펄프(pulp)쓰레기)의 응집분리, 농산물의 미세입자와 같은 거친 부분의 제거, 그 외의 세척공정의 응집분리, 발효액이나 유가액의 농축분리, 그 외 생산공정내의 고액분리, 생산공정으로부터의 배출수의 고액분리 등을 들 수 있다.

장치의 소형화를 가능하게 함으로써 이동차량으로의 장치의 탑재를 가능하게 했기 때문에 농축분리하는 대상은 넓어 범용성에 뛰어나다.

Claims

다중관의 내관과 외관 각각에 전위가 다른 미세입자를 포함하는 액을 유하시키고, 하류에 있어 내관과 외관안의 액을 접촉시켜 미세입자를 플록으로 하는 장치에 있어서, 다중관의 내관과 외관을 스파이럴형상의 혼합관에 형성하고, 외관내 하류방향으로 내관의 개구부를 형성하며, 내관과 외관으로부터 따로 공급한 전위가 다른 액을 접촉시켜 고형분을 플록으로 하는 스파이럴 응집관을 마련한 것을 특징으로 하는 응집농축장치.
미세입자를 포함하는 피처리액을 공급하는 급액부와, 이 급액부보다 저위치에 배치된 고액분리부로 이루어지며, 상기 급액부는 피처리액을 분배하는 분배실과 분산액 실로 이루어지는 응집농축장치로서 상기 분산액실로부터의 액을 유하시키는 스파이럴 혼합관과 분배실로부터의 피처리액을 공급하는 증량관을 하류의 합류부에서 합일화 하고, 스파이럴 혼합관 내부에 하류방향으로 개구부를 갖는 스파이럴 주입관을 마련하며, 스파이럴 혼합관과 스파이럴 주입관에 따로 공급한 전위가 다른 2액을 상기 개구부에서 접촉시켜 플록함유액으로 하고, 이 플록함유액을 다시 증량관 하류의 합류부에서 피처리액과 혼합하여 매스플록으로 하는 것을 특징을 하는 응집농축장치.
제 2항에 있어서,

내부에 주입관 단말의 개구부를 갖는 혼합관 단말의 증량관 하류액과의 합류부 부근에 충돌혼합부를 마련한 것을 특징으로 하는 응집농축장치.
고액부리부와 그 상부의 분배실과 분산액실로 이루어지는 응집농축장치로서, 상기 분산액실로부터의 액을 유하시키는 스파이럴 혼합관을 분배실로부터의 스파이럴 증량관내에 마련하고, 스파이럴 혼합관의 내부에 하류방향으로 개구부를 갖는 스파이럴 주입관을 마련하며, 스파이럴 증량관과 스파이럴 혼합관 및 스파이럴 주입관으로 3중관으로 하고, 스파이럴 혼합관과 스파이럴 주입관에 따로 공급한 전위가 다른 2액을 상기 개구부에서 접촉시켜 플록함유액으로 하며, 이 플록함유액을 다시 증량관 하류의 합류부에서 피처리액과 혼합하여 매스플록으로 하는 것을 특징으로 하는 응집농축장치.
제 1, 제2항 또는 제 4항에 있어서,

혼합관의 내부 또는 증량관의 내부에 주입관 또는 혼합관을 다중으로 지지하기 위한 브래킷으로서, 이 브래킷은 관내벽에 소정 간격으로 접촉 지지하는 여러개의 날개부를 갖고, 이 날개부의 상류측 또는 하류측을 뾰족하게 하여 흐름저항을 작게한 것을 특징으로 하는 응집농축장치.
고액분리부의 상부에 분배실과 분산액실을 마련하고, 상기 분산액실로부터의 액을 유하시키는 스파이럴 혼합관을 분배실로부터의 증량관으로 하류에서 합일시키며, 스파이럴 혼합관의 내부에 스파이럴 주입관을 하류방향으로 개구시켜 마련하고, 고액분리부에 하부를 폐쇄배치한 플록형성조를 마련하여, 이 플록형성조의 내부에 상기 증량관의 단말을 배치하고, 상기 플록형성조의 외부 또는 내부에 스파이럴 강하관을 마련함과 동시에 그 단말은 고액분리부에 개구하도록 배치한 것을 특징으로 하는 응집농축장치.
고액분리부의 상부에 분배실과 분산액실을 마련하고, 상기 분산액실로부터의 액을 각각 유하시키는 여러개의 스파이럴 혼합관을 분배실로부터의 여러개의 증량관으로 하류에서 합일시키거나 또는 여러개의 스파이럴 혼합관을 여러개의 증량관 내로 다중관으로 마련하며, 각 스파이럴 혼합관의 내부에 스파이럴 주입관을 하류방향으로 개구시켜 마련하고, 고액분리부에 하부를 폐쇄배치한 플록형성조의 내부에 상기 여러개의 증량관의 단말을 배치하며, 상기 플록형성조로부터 강하관을 배치한 것을 특징으로 하는 응집농축장치.
전위가 다른 분산액과 주입액을 각 스파이럴상태로 형성한 외관과 내관으로 이루어지는 혼합관에 의해 각각 유하시키고, 하류에서 접촉시켜 플록함유액으로 하며, 이 플록함유액은 미세입자를 포함하는 피처리액과 혼합하여 매스플록을 형성하고, 고액분리하는 것을 특징으로 하는 응집농축법.