KR20050107459A

KR20050107459A - 현탁액에 오염물질을 함유하는 액상 유출물을 처리하기위한 방법 및 시스템

Info

Publication number: KR20050107459A
Application number: KR1020057015847A
Authority: KR
Inventors: 까를로스 깜포스; 프랑소아 베르나조; 자크 몰; 윌리암 르바쉬르
Original assignee: 드그레몽
Priority date: 2003-02-26
Filing date: 2003-02-26
Publication date: 2005-11-11
Also published as: AU2003224227A1; ES2250021T3; EP1597205A1; CA2517126C; ES2250021T1; US20060081537A1; EP1597205B1; BR0318132A; BR0318132B1; SI1597205T1; NO20054424L; NO331144B1; ATE372303T1; WO2004083132A1; PT1597205E; MXPA05009118A; AU2003224227B2; DE60316195D1; CN1745041A; CA2517126A1

Abstract

본 발명은 여과 및 부상 수단과 같은 중력 분리 수단(10), 최종 단계로 막 분리 수단(13)을 사용하고, 여기서, 제1의 분상 반응물(1)을 중력 분리 수단의 업스트림에서 처리되는 액체 스트림내에 유입시키고 제2의 분상 반응물(2)을 막 분리 수단의 다운스트림에 유입시켜, 액체, 특히 용액 내 유기 오염 물질을 함유하는 원수와 같은 액체 유출물을 처리하고 여과하기 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명의 방법은 분리에 필요한 응집제가 제1의 분상 반응물 전에 주입된다는 것, 제1의 및 제2의 분상 반응물(1,2)이 입자 크기와 제거되는 오염 물질에 적합한 흡착력 면에서 상이한 특성을 가진다는 것, 제2의 분상 반응물(2)이 막 분리 수단(13)으로부터 중력 분리 수단(10)의 업스트림으로 재순환하는 것을 특징으로 한다.

Description

현탁액에 오염물질을 함유하는 액상 유출물을 처리하기 위한 방법 및 시스템{Method and system for the treatment of liquid effluents containing pollutants in a suspension}

본 발명은 용액 내 특정 오염물질, 예를 들어 천연 유기 물질, 미세오염물질 등을 함유하는 액상 유출물을 처리하기 위한 방법과 장치에 관한 것이다.

이러한 방법과 장치는 침강조(settling tank) 타입이나 부상분리기(flotation separator) 타입의 공지된 시스템을 포함하는 중력 분리 수단과 이에 연결된 임의의 과립성 여과 유니트를 사용한다. 액상 유출물을 처리하는 동안, 흡착제(예: 표준 또는 자기 백본(magnetic backbone)과 함께 활성 탄소, 벤토나이트 또는 젤 또는 매크로다공성(macroporous) 타입의 이온 교환제)와 같은 분상 반응물을 사용하는 것이 필요할 수 있다. 일반적으로 이러한 반응물은 액상 유출물 처리 라인 내로 용액 내 함유된 입자성 불순물의 응집, 침전 및 중력 분리를 촉진시키는 기타 반응물과 동시에 첨가할 수 있다. 따라서, 이러한 방법을 사용하여 처리되어야 하는 액상 유출물 스트림으로부터 입자성, 콜로이드성 및 용해된 불순물을 제거할 수 있게 되었다. 그러나, 이러한 타입의 방법의 효율성을 향상시키기 위해서는 이러한 현탁된 반응물이 콜로이드로 작용하기 때문에 응집 전 흡착성 반응물을 첨가할 필요가 있고 정화에 요구되는 반응물 양을 정하는 데 있어 이의 존재를 고려할 필요가 있음이 인식되었다.

막 분리 기술의 등장, 특히 액상 유출물 처리에 초여과법(ultrafiltration)의 적용으로 정화의 총효율성을 향상시킬 수 있게 되었고, 막 분리 수단의 업스트림에 여과 수단을 설치함으로써 이러한 막의 분리 효율성은 사용된 막 분리능보다 더 큰 입자인 경우 100%에 달한다. 이와 관련해서, 흡착성 반응물의 업스트림에 응집제를 주입하는 것이 바람직하다- 응집과 침전하는 동안 형성된 수산화금속은 대부분의 유기 물질(고분자량을 가진 유기 분자)을 흡착하는 데 사용되고, 이로 인해 분상 흡착제에 의한 잔류 유기 물질과 미세오염물질의 흡착의 효율성이 향상된다.

유기 물질과 미세오염물질이 동일한 흡착 부위에 경쟁하는 것으로 밝혀졌기 때문에 이러한 타입의 시스템의 효율성은 흡착제의 주입 지점과 유형 수를 증가시켜 향상될 수 있다. 예를 들어, 막에 선행하는 침강조를 포함하는 시스템에서 제1의 흡착제가 침강조 전에 첨가될 것이고, 제2의 흡착제가 막 전에 첨가되며, 각각의 반응기들은 제거되는 물질과 흡착제의 특정 특성에 따라 최적화된다. 본 발명은 이러한 타입의 장치에 관한 것이다.

FR-A-제2 628 337호는 특히 막을 수단으로 액체를 정화시키는 장치에 대해 기술하고 있으며, 이 장치 내 흡착제로는 예를 들어 분상 및/또는 과립형 활성 탄소를 사용하였고, 이 흡착제는 정화되어야 하는 액체 스트림내로 여과막 전에 주입되었다.

또한, 특히 US-A-제4 610 792호에서, 최종 처리로 정화 수단과 막 분리 수단을 포함하는 오염된 물을 처리하기 위한 장치에 대해 기술하고 있다. 이 공지된 유형의 장치에서, 분상 반응물, 예를 들어 활성 탄소는 통상의 정화 수단과 막 분리 수단 사이에 있는 원수(raw water) 처리 라인에 주입되고, 분상 반응물은 정화 수단과 막 분리 수단 사이의 막 여과 루프를 통해 재순환된다.

또한, 분상 반응물 첨가를 위한 오래된 시스템이 공지되어 있고, 여기서 반응물은 중력 분리 유니트(부상 분리기 또는 침강조)의 업스트림인 처리 라인으로 직접 주입된다.

마지막으로, 중력 분리 수단과 막 분리 수단을 포함하는 액체 정화를 위한 장치가 FR-A-제2 696 440호에 공지되어 있고, 여기서 분상 반응물은 막의 업스트림에 주입되고, 이 분상 반응물을 함유하는 막을 역류세정하기 위한 물은 중력 분리 수단의 업스트림으로 재순환된다.

이러한 선행 기술에서 출발하여, 본 발명은 작동 비용을 감소시키면서, 용해된 오염 물질 제거에 있어 효율성을 향상시키기 위한 개선안을 제공한다.

결과적으로 본 발명의 목적은 일차로 액체, 특히 용액 내 유기 오염 물질을 함유하는 원수와 같은 액체 유출물의 정화 및 여과를 위해 특히 침강조와 부상 분리기와 같은 중력 분리 수단과 최종 단계에서 막 분리 수단을 사용하는 방법에 관한 것으로, 이 방법은 제1의 분상 반응물을 중력 분리 유니트의 업스트림에서 처리되는 액체 스트림내로 유입시키고, 제2의 분상 반응물을 막 분리 유니트의 업스트림에 유입시키고, 또한 이 방법은 분리에 필요한 응집제가 제1의 분상 반응물 이전에 주입되고 전술한 제1 및 제2의 분상 반응물이 상이한 특성, 특히 입자 크기와 제거되는 오염 물질에 적합한 흡착력을 가지고 전술한 제2의 분상 반응물이 막 분리 수단으로부터 중력 분리 수단의 업스트림 말단으로 재순환하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 접촉 시간을 원수의 특성(온도, 탁도, 유기 물질 등)에 따라 달리할 수 있는 반응기 내로 제1의 분상 반응물 전에 응집제를 첨가하여 일반적으로 5 내지 20 시간, 그러나 60시간 이하의 흡착제 체류시간을 획득할 수 있으며, 60시간을 초과한 경우에는 특히 미세오염물질의 제거와 관련된 제1의 흡착 단계의 효율성이 실질적으로 감소하는 것으로 관찰된다.

상기와 같은 과정을 수행하는 한 방법에 따라 각 분상 반응물은 표준 또는 자기 백본을 함유한 흡착제, 특히 활성 탄소, 벤토나이트 또는 젤이나 매크로다공성 타입의 이온 교환제로 형성된다.

본 발명은 또한 상기와 같은 방법을 수행하는 장치에 관한 것이다.

이 장치는 특히 중력 분리 수단, 최종 단계로 막 분리 수단 및 응집제, 중력 분리 유니트의 업스트림에 제1의 분상 반응물 및 막 분리 수단의 업스트림에 제2의 분상 반응물의 유입 수단을 포함하는 처리 라인을 포함하고, 이 장치는 더욱이 제2의 분상 반응물이 막 분리 수단의 퍼지(purge)로부터 처리되는 액상 유출물이 흐르는 라인인 중력 분리 유니트의 업스트림으로 재순환하기 위한 루프를 포함하는 것을 특징으로 하고 분리에 필요한 응집제 주입 수단이 제1의 분상 반응물 주입 수단의 업스트림에 위치하는 것을 특징으로 한다.

이 장치의 한 양태에서, 중력 분리 수단은 정화기 형태로 제조되고, 이는 임의의 층상 분리계로 보완된 슬러지층 침강조나 슬러지 재순환기로 이루어질 수 있고, 임의의 응집제 주입을 위한 접촉 영역이나 완전한 응집/침전 단계가 이에 선행하 며, 다양한 결합 사이의 선택은 제1의 흡착을 형성하기 위해 응집제에 요구되는 시간과 최적의 흡착 효율성을 달성하기 위해 제1의 분상 반응물에 요구되는 체류시간에 따라 결정된다.

본 발명을 수행하는 다른 방법에 따라 중력 분리 수단은 부유 분리기와 같은 정화기의 형태로 제조되고 임의로 응집제 주입을 위한 접촉 영역이나 완전한 응집/침전 단계가 이에 선행한다.

본 발명에 따르면, 막 분리 수단은 미세여과, 초여과, 나노여과 또는 플레이트-앤드-프레임(plate-and-frame), 관, 나선 또는 중공사(hollow-fiber)(외부 표면이나 내부 표면) 막이 설치된 역 삼투계로 형성될 수 있다. 중력 분리 수단은 상승하거나 하강기류를 가진 과립성 여과기를 포함할 수 있다.

본 발명의 기타 특징과 이점은 본 발명의 예시적 양태를 나타내는 첨부된 도면에 참고로 하여, 하기의 설명으로 명백해 질 수 있을 것이나, 이에 제한되는 것은 아니다. 도면에서, 도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 방법을 수행하기 위한 2가지의 양태의 처리 장치의 개요도이다.

도 1은 본 발명에 따른 장치가 알려진 바와 같이 과립형 여과기(12)과 이에 선행하는 정화기(11)로 이루어진 중력 분리 수단(10)((10)을 참고하여 그 전부를 나타냄) 및 예를 들어 미세여과, 초여과, 나노여과 또는 심지어 역삼투계 형태로 제조된 막 분리 수단(13)을 포함함을 나타낸다. 정화기(11)는 임의의 층상 분리계로 보완된 슬러지층 침강조 또는 슬러지 재순환기 또는 부상 분리기 또는 침강조로 이루어질 수 있음을 주목해야 할 것이다.

본 발명에 따른 장치는 원수 공급 라인 내 지점(18)에 유입되는 응집성 반응물을 제공하고, 이 라인은 혼합/접촉 반응기(14), 중력 분리기(10)의 업스트림 제1의 분상 반응물(흡착제 1) 유입 수단 및 막 분리기(13)의 업스트림인 제2의 분상 반응물(흡착제 2) 유입 수단에 선행한다. 또한, 혼합/접촉 반응기(15)는 흡착제 (2)의 유입 수단과 막 분리 수단(13)의 사이에 제공된다.

또한, 본 발명에 따른 장치는 제2의 분상 반응물(흡착제 2)을, 원수 공급 라인에 위치한 지점(17)으로 거꾸로 재순환시키는 루프(16)를 수단으로 하여, 막 분리기(13)의 퍼지로부터 중력 분리기(10)의 업스트림이나 응집제의 유입 지점(18)의 다운스트림인 지점으로 재순환시키는 것을 포함한다.

상기와 같이, 분상 반응물(흡착제 1 및 2)은 상이한 특성(물질, 입자 크기, 제거되어야 하는 오염 물질에 대한 흡착력)을 가진다.

도 2에 관하여, 이는 본 발명에 따른 장치의 다른 양태의 예시이다. 이 양태에서, 중력 분리 수단(10')은 정화기를 전혀 포함하지 않고 과립성 여과기(12')(상승하거나 하강하는 여과)로 이루어질 수 있으며, 임의의 응집제의 주입을 위한 접촉 영역이나 완전 응집/침전 단계가 이에 선행할 수 있다. 막 분리 수단(13)은 예를 들어 초여과 장치의 형태로 제조될 수 있다. 이 장치는 특히 콜로이드성 물질과 현탁된 물질이 소량인 물을 정화하기에 특히 유리하다.

앞에서 본 바와 같이 본 발명에 따른 양태에서 제1의 분상 반응물의 주입을 위한 지점의 업스트림인 원수 공급 라인상 지점(18)에 응집성 반응물을 주입하기 위한 수단을 제공하고, 이 수단은 혼합/접촉 반응기(14), 과립성 여과기(12')의 업스트림에서 제1의 분상 반응물(흡착제 1) 주입 수단 및 막 분리기(13)의 업스트림에서 제2의 분상 반응물(흡착제 2) 주입 수단에 선행한다. 또한, 제2의 분상 반응물(흡착제 2)이, 원수 공급 라인상에 위치한 지점(17)으로 분상 반응물을 거슬러 재순환하게 하는 루프(16)를 수단으로, 막 분리기(13)의 퍼지로부터 중력 분리기(10')의 업스트림에 해당하지만 응집제 주입 지점(18)의 다운스트림에 해당하는 원수 공급 라인상에 위치한 지점(17)으로 재순환함을 제공한다.

따라서, 특히 상기 간행물에 기술된 바와 같은 공지 기술과 비교시 본 발명은 상이한 특성을 갖는 2개의 분상 반응물을 사용한다는 점, 이 반응물이 처리 라인의 상이한 지점에 첨가된다는 점과 응집제가 제1의 분상 반응물의 업스트림에 주입된다는 점이 다르다. 이러한 배열로 인해 다양한 유기 오염 물질의 흡착은 최적화되고(응집과 흡착 작용이 상호 방해하지 않기 때문에), 반면에 이 시스템의 작동비는 감소된다.

본 발명에 따른 방법을 수행한 하기 시험 결과는 유기 물질(OM)과 농약의 흡착 효율성이 향상되었음을 나타낸다. 이 결과는 표 1과 2에 나타내었다.

흡착제와 응집제를 동시에 주입시(i)와 흡착제를 응집제에 후속적으로 주입시(ii)의 유기 물질(TOC)의 제거율 비교

접촉 시간(분)	응집과 흡착을 동시에	응집 후 3분 후 흡착
0	0%	70
10	57%	71
20	65%	76
30	65%	80
60	68%	82
120	70%	85
180	72%	90

양 경우에서, 염화제이철 60mg/l의 응집제 용량과 분말화된 활성 탄소(Norit W 35)의 15mg/l의 흡착제 용량을 10mg/l의 TOC(총 유기 탄소)를 함유하는 동일한 물에 사용하였다. 제거 효율성은 주입을 지연시킨 경우 크게 향상되었다.

다양한 시스템에서의 TOC 흡착 효율성

시스템	제거율(%): TOC	μ-오염물질의 제거율(%)	해석
슬러지층 침강조에서 15mg/l의 PAC₁	30	50
막에서 15mg/l의 PAC₂(참조: FR제2628337호)	30	70	(1)
막에서 15mg/l의 PAC₂+ 침강조로 재순환(참조: FR제2696440호)	45	75-80	(2)
침강조에 10mg/l의 PAC₁ + 막에서 5mg/l의 PAC₂ + 침강조로 재순환	55-60	90-99	(3)(4)

PAC₁= 분말화된 활성 탄소(Norit W 35), 스크리닝되지 않음(입자 크기: 50-100㎛);

PAC₂= 분말화된 활성 탄소(Norit S.A.U.F.), 스크리닝됨(입자 크기: 10 ㎛);

(1) : 침강조에서 알려진 접촉 시간은 12 내지 48시간이고 막에서는 약 60분으로, PAC₂의 표면적 특이성이 높아 TOC에 대해 동일한 결과 및 미세오염 물질에 대해 더 나은 결과를 획득할 수 있다;

(2) : 재순환으로 PAC의 총 능력 사용을 최적화할 수 있다;

(3) : PAC₁이 PAC₂보다 가격이 저렴하기 때문에 비용이 감소와 함께 향상된 수행. 저용량의 PAC₂로 재순환 없이도 전여과 방식을 허용한다;

(4): PAC₂는 이전에 TOC가 PAC₁로 감소한 경우, 농약(미세오염물질)에 대해 더욱 효과적이다.

여과와 함께 중력 분리 수단을 막 분리 수단과 결합하여 사용하는 기타 공지된 방법과 비교시, 본 발명은 특히 다음의 이점을 제공한다:

- 반응물 주입의 순서(응집 전에 원수 내로 제1의 분상 흡착성 반응물을 첨가)는 고농도(mg/l)의 유기 화합물(총 유기 탄소 또는 TOC)의 총 제거율을 최적화고;

- 막의 업스트림에 제2의 분상 흡착제의 첨가는 저 농도(㎍/l)의 미세 오염 물질(맛과 냄새의 원인이 되는 농약과 화합물) 흡착에 이중의 장벽을 구성한다. 이러한 제2의 흡착제는 미세오염물질의 흡착에 훨씬 더 효과적이고, 이 결과 업스트림에서 응집과 흡착에 의해 천연의 유기 물질(TOC) 농도가 감소하게 되고;

- 제2의 분상 흡착성 반응물을 막 분리 수단으로부터 중력 분리 수단의 업스트림 지점으로 재순환시킴으로써(연장된 체류시간으로), 이 분상 반응물을 분리하고 중력 분리 수단의 총 흡착 효율성을 증가시킬 수 있고;

- 제2의 분상 반응물을 포함하는 막 분리 수단으로부터 유출물이 제1의 흡착제를 함유하는 중력 분리기로부터 생긴 슬러지로 돌려 보내진다. 이는 처리 라인의 슬러지처리 문제를 단순화하고, 추출로 인해 손실되는 물을 양을 최소화하였다.

본 발명이 예시적 양태와 기술된/기술되거나 상기 언급된 실시 방법에 제한되지 않음은 당연하며, 이의 모든 변형을 포함한다.

Claims

특히 침강조와 부상 분리기와 같은 중력 분리 수단과 또한 최종 단계에서 막 분리 수단을 사용하고, 당해 방법에서 제1의 분상 반응물을 중력 분리 유니트의 업스트림, 처리되는 액체 스트림내로 유입시키고, 제2의 분상 반응물을 막 분리 유니트의 업스트림에 유입시키며, 당해 방법은 분리에 필요한 응집제가 제1의 분상 반응물 이전에 주입되는 것과 전술한 제1 및 제2의 분상 반응물이 상이한 특성, 특히 입자 크기와 제거되는 오염 물질에 적합한 흡착력을 갖는다는 것과 전술한 제2의 분상 반응물이 막 분리 수단으로부터 중력 분리 수단의 업스트림 말단으로 재순환하는 것을 특징으로 하는, 액체, 특히 용액 내 유기 오염 물질을 함유하는 원수(raw water)와 같은 액체 유출물의 정화 및 여과를 위한 방법.
제1항에 있어서, 접촉 반응기에서 제1의 분상 반응물의 체류 시간이 5 내지 60 시간, 바람직하게 5 내지 20시간임을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 분상 반응물이 표준 또는 자기 백본와 함께 흡착제, 특히 활성 탄소, 벤토나이트 또는 젤이나 매크로다공성 타입과 같은 이온 교환제로 형성됨을 특징으로 하는 방법.
특히 중력 분리 수단(10), 최종 단계로 막 분리 수단(13), 및 응집제, 중력 분리 유니트의 업스트림에 제1의 분상 반응물 및 막 분리 수단의 업스트림에 제2의 분상 반응물의 유입 수단을 포함하는 처리 라인을 포함하고, 당해 장치는 더욱이 제2의 분상 반응물이 막 분리 수단(13)의 퍼지로부터 처리되는 액상 유출물이 흐르는 라인인 중력 분리 수단의 업스트림으로 재순환하기 위한 루프를 포함하는 것과, 분리에 필요한 응집제 주입 수단이 제1의 분상 반응물 주입 수단의 업스트림에 위치하는 것을 특징으로 하는 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 따른 방법을 수행하기 위한 장치.
제4항에 있어서, 중력 분리 수단(10)이 임의의 층상 분리계로 보완된 슬러지층 침강조와 같은 정화기 형태로 제조되고, 응집제 주입을 위한 접촉 영역이나 완전한 응집/침전 단계가 이에 선행하는 것을 특징으로 하는 장치.
제4항에 있어서, 중력 분리 수단(10)이 부상 분리기와 같은 정화기 형태로 제조되고, 응집제 주입을 위한 접촉 영역이나 완전한 응집/침전 단계가 임의로 이에 선행하는 것을 특징으로 하는 장치.
제4항에 있어서, 중력 분리 수단(10)이 층상 분리계로 보완된 슬러지 재순환기와 같은 정화기 형태로 제조되고, 응집제 주입을 위한 접촉 영역이나 완전한 응집/침전 단계가 이에 선행하는 것을 특징으로 하는 장치.
제4항에 있어서, 중력 분리 수단(10')이 상승 또는 하강 기류인 과립성 여과기(12') 형태로 제조되고, 응집제의 주입을 위한 접촉 영역이나 완전한 응집/침전 단계가 임의로 이에 선행하는 것을 특징으로 하는 장치.
제4항 내지 제7항 중의 어느 한 항에 있어서, 막 분리 수단(13)이 미세여과, 초여과, 나노여과 또는 심지어 역삼투계로 형성됨을 특징으로 하는 장치.