KR20120098406A - 응집 여과 방법 - Google Patents

Abstract

과제
양호한 수질의 응집 여과수를 저비용으로 얻을 수 있는 응집 여과 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
해결 수단
피처리수에 대해 카티온계 응집제를 첨가하여 응집 처리를 실시하고, 그 후, 여과재의 적어도 일부를 카티온 교환 수지로 한 여과기로 여과하는 응집 여과 방법에 있어서, 그 카티온 교환 수지로서 약산성 교환 수지를 사용한다. 여과기로부터의 여과수의 수질이 소정값을 초과한 경우에, 약산성 카티온 교환 수지의 재생을 실시한다.

Description

응집 여과 방법 {AGGLOMERATING AND FILTERING METHOD}

본 발명은, 탁도 함유수를 응집 및 여과 처리하는 방법에 관한 것이다.

순수 장치 보급수 등으로서 맑고 깨끗한 물이 요구되는 경우, 원수 중의 탁질을 제거하는 방법으로서 응집 여과 방법이 널리 사용되고 있다. 또, RO 막에 의한 배수 회수 재이용의 경우에 있어서, RO 막 전의 제탁 처리로서 응집 여과 처리를 하는 경우가 있다.

이 응집 여과법에서는, SS 포착량이 소정량 이상이 되면, 통수량 확보를 위해서 통수압을 증가시키므로 탁질이 리크된다. 이 때문에, 정기적인 역세가 필요하다. 이 역세에 의해, 계외로의 물의 배출량이 증가되어, 물의 회수율이 악화된다. 또, 응집 여과법에서는, 선속도를 크게 하면, 여과재가 탁질을 완전히 포착하지 못하여, 처리수의 탁도가 악화된다.

일본 특허 공보 제3460324호의 0007 단락에는, 응집 여과법에 있어서, 강산성 카티온 교환 수지를 여과기 여과재로서 사용함으로써, 여과기의 SS 포착 능력을 높이는 것이 기재되어 있다.

일본 특허 제3460324호

여과재로서 강산성 카티온 교환 수지를 사용한 방법에서는, 카티온 교환 수지의 재생을 위한 약제량이 많아, 토탈 응집 여과 처리 비용이 높아진다.

본 발명은, 양호한 수질의 응집 여과수를 저비용으로 얻을 수 있는 응집 여과 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

청구항 1 의 응집 여과 방법은, 피처리수에 대해 카티온계 응집제를 첨가하여 응집 처리를 실시하고, 그 후, 여과재의 적어도 일부를 카티온 교환 수지로 한 여과기로 여과하는 응집 여과 방법에 있어서, 그 카티온 교환 수지로서 약산성 교환 수지를 사용하는 것을 특징으로 하는 것이다.

청구항 2 의 응집 여과 방법은, 청구항 1 에 있어서, 여과기는, 여과재로서 약산성 카티온 교환 수지와 그 밖의 여과재를 사용한 복층 여과기인 것을 특징으로 하는 것이다.

청구항 3 의 응집 여과 방법은, 청구항 1 또는 2 에 있어서, 응집 처리 후 또한 여과 전에, 고액 분리 처리를 실시하는 것을 특징으로 하는 것이다.

청구항 4 의 응집 여과 방법은, 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 여과기로부터의 여과수의 수질이 소정값을 초과한 경우에 상기 약산성 카티온 교환 수지의 재생을 실시하는 것을 특징으로 하는 것이다.

여과재로서 카티온 교환 수지를 사용한 경우, 카티온 교환 수지의 관능기가 H^＋ 에 있을 때, 수산화알루미늄이나 수산화철 등의 플록의 포착 기능이 증가한다. 그러나, 공업용수나 하천수 등을 피처리수로 한 경우, 피처리수 중의 알칼리 성분 (Na, Ca, Mg 등) 에 의해 카티온 교환 수지의 관능기의 H^＋ 가 교환되어 Na, Ca, Mg 등으로 치환된다. 이로써, SS 포착 기능이 저하되므로, 카티온 교환 수지를 재생한다.

본 발명에서는, 여과재의 카티온 교환 수지로서 약산성 카티온 수지를 사용하고, 바람직하게는 급수 pH 를 4 ? 8 로 조정하여 운전함으로써, 피처리수 중의 Na, Ca, Mg 와의 적극적인 이온 교환을 실시하게 하지 않고, 카티온 교환 수지의 관능기의 H^＋ 가 다량으로 잔존한 상태에서 여과를 계속해서 실시한다. 이와 같이, 약산성 카티온 교환 수지를 사용하면, 관능기에 H^＋ 가 많이 남은 상태에서 여과가 계속되므로 카티온 교환 수지를 재생하는 빈도가 감소한다. 이 때문에, 재생제의 사용량이 대폭으로 저감된다. 또한, 약산성 카티온 수지에서도 강산성 카티온 수지와 동등한 여과 포착 기능을 갖는 것이 확인되었다.

도 1 은 실시예 및 비교예의 결과를 나타내는 그래프이다.
도 2 는 실시예 및 비교예의 결과를 나타내는 그래프이다.

이하, 본 발명에 대해 더욱 상세하게 설명한다.

본 발명은, SS 또는 콜로이달 성분을 함유하는 피처리수에 대해, PAC (폴리염화알루미늄) 나 염화 제 2 철 등의 카티온계 응집제를 첨가한 후, 여과 처리를 실시하는 방법에 있어서, 여과재에 약산성 이온 교환 수지를 사용하고, 바람직하게는 여과기로의 급수의 pH 를 4 ? 8, 특히 바람직하게는 5 ? 7 로 한다.

[피처리수］

피처리수로는, 하천수, 공업용수, 철강, 기계, 화학, 식품 등 각종 산업 분야에서 발생하고, 회수 재이용되는 배수 등이 예시되는데, 이것에 한정되지 않는다. 피처리수의 SS 농도는 1 ? 100 ㎎/ℓ 특히 1 ? 20 ㎎/ℓ 정도가 바람직하지만, 이것에 한정되지 않는다.

[응집제］

카티온계 응집제로는 예를 들어 PAC (폴리염화알루미늄) 나 염화 제 2 철이 바람직하다. 응집제에 의한 응집 효과를 보조하는 유기계 카티온 응집제를 단독 또는 병용해도 된다. 또, 카티온계 응집제에 의해 응결된 응결물의 플록성을 높이기 위해, 아니온 폴리머를 병용해도 된다.

［pH 조정］

pH 조정 방법은, 염산, 황산, 가성 소다 등을 첨가하면 되는데, 이것에 한정되지 않는다.

［약산성 카티온 수지］

약산성 산기를 관능기로서 갖는 약산성 카티온 교환 수지를 사용한다. 약산성 카티온 교환 수지로는 카르복실산을 갖는 것이 바람직하고, 예를 들어 아크릴산계 약산성 이온 교환 수지 (미츠비시 화학/WK40L) 또는 메타크릴산계 약산성 이온 교환 수지 (미츠비시 화학/WK10) 등을 사용할 수 있는데, 이것에 한정되지 않는다. 카티온 교환 수지로서 폐 카티온 교환 수지를 사용해도 된다. 폐 카티온 교환 수지를 사용함으로써, 여과재 비용을 저하시킬 수 있다.

［그 밖의 여과재］

약산성 카티온 교환 수지의 포착 기능을 보조할 목적으로, 안트라사이트 등을 병용한 복층 여과층을 사용함으로써, SS 포착 능력을 증대시켜도 된다.

［카티온 교환 수지의 재생］

여과재가 약산성 카티온이어도 여과를 계속하면, 관능기의 H^＋ 가 서서히 Na, Ca, Mg 등과 교환되므로, 어느 정도 이상 이온 교환이 진행된 단계에서 카티온 교환 수지를 재생한다. 이 카티온 교환 수지의 재생에는 염산이나 황산을 사용하는데, 그 밖의 산을 사용해도 된다. 또 후단에 이온 교환 수지탑이 있으면, 그 재생액을 이용해도 된다. 또한, 재생률을 올리기 위해, 알칼리제로 역재생하고 나서 산에 의한 재생을 실시해도 된다. 산에 의한 재생에 앞서, 또는 산에 의한 재생을 실시하고 있을 때에 공기 및/또는 물에 의한 역세를 실시하여, 여과재에 부착된 SS 를 배출해도 된다.

［재생 시기］

카티온 교환 수지의 재생을 실시하는 시기는, 카티온 교환 수지가 브레이크하기 전으로 하고, 예를 들어, 여과기로부터 유출되는 여과수의 pH 가 소정값 (예를 들어 5 ? 6 사이에서 선정됨) 이상이 되었을 때로 할 수 있다. 또, 여과수의 탁도나 도전율이 소정값 이상이 되었을 때에 재생을 실시하도록 해도 된다.

［탁질의 조 (粗) 분리 처리］

피처리수 중의 탁질 농도가 높은 경우, 응집 처리 후, 약산성 카티온 수지에 의한 여과 전에, 침전지, 가압 부상 장치, 섬유 여과 장치 등의 고액 분리 장치에 의해 탁질의 조분리 처리를 실시해도 된다.

［전 처리］

여과기로의 통수시에, 활성탄 처리나 산화 환원 처리를 실시하여, 이온 교환 수지에 대한 불가역인 흡착 오염의 저감이나, 산화 환원 열화의 방지를 도모하도록 해도 된다.

［후단 처리］

여과 처리수를, 강산성 카티온 교환 수지 장치, 아니온 교환 수지, 혼상식 이온 교환 수지, RO 막, 전기 탈이온 장치 등으로 다시 처리해도 된다.

[실시예]

＜실시예 1, 비교예 1＞

표 1 에 나타내는 수질의 공업용수를 하기의 SS 조분리 처리 후, 하기 조건으로 카티온 교환 수지탑에 통수하였다.

＜SS 조분리 처리＞

PAC 50 mg/ℓ, 응집 pH 6.5 의 조건으로 응집 조작을 실시하고, 그 응집한 물을 가압 부상 처리에 의해 SS 를 조분리하였다. 가압 부상 처리수의 pH 는 6.5, SS 농도는 3.8 ㎎/ℓ 였다.

＜카티온 교환 수지탑의 충전 수지＞

실시예 1 : 약산성 카티온 수지 (미츠비시 화학/WC－10)

칼럼 직경 400 ㎜, 수지 충전 높이 800 ㎜, 충전량 1 ℓ

비교예 1 : 강산성 카티온 수지 (미츠비시 화학/PK228)

칼럼 직경 400 ㎜, 수지 충전 높이 800 ㎜, 충전량 1 ℓ

＜카티온 교환 수지탑으로의 통수 유량＞

가압 부상 처리수를 통수 유량으로서 38 ℓ/Hr 로 통수하였다.

＜처리수 수질의 평가＞

카티온 교환 수지탑에서의 여과 처리수의 수질을 평가하는 지표로서, MFF 값을 채용하고, MFF 값이 1.1 미만이면 여과수 수질은 양호하다고 판정하였다.

MFF 값은, 물의 0.45 ㎛ 필터에 대한 막폐색 속도에 의해 산정된다. 구체적으로는, 직경 47 ㎜, 포어 사이즈 0.45 ㎛ 의 필터에 대해, 흡인압 500 mmhg 로 500 ㎖ 의 2 회의 여과를 실시하고, 제 1 회째의 통수 시간 T₁ 과 제 2 회째의 통수 시간 T₂ 를 각각 측정하여, MFF 값 ＝ T₂/T₁ 로 산출한다. 예를 들어 RO 막 등에 통수하는 경우, 맑고 깨끗한 여과수가 요구되고, 그 MFF 는 ＜ 1.1 이다.

MFF 값의 시간 경과적 변화를 나타내기 위해 MFF 값을 적산 BV (Bed Volume)에 대해 플롯하였다. 결과를 도 1 에 나타낸다. 또한, 적산 BV ＝ 통수 적산량/여과재 충전량이다.

＜처리수의 pH 의 시간 경과적 변화＞

처리수의 pH 의 시간 경과적 변화를 측정하였다. 결과를 도 2 에 나타낸다.

＜채수 가능 BV, 이온 흡착량, 필요 재생제량, 재생제 효율＞

여과수의 탁질 리크를 나타내는 MFF 가 상승한 시점 (800 BV) 에서 이온 교환 수지를 농도 10 ％ 의 HCl 로 재생하였다. 채수 가능 BV, 이온 흡착량, 필요 재생제량, 재생제 효율의 측정 결과를 표 2 에 나타낸다.

＜고찰＞

표 2 및 도 1 과 같이, 양호한 처리수가 얻어지는 채수량은 비교예 1 쪽이 많다. 한편, 도 2 와 같이, 처리수 pH 는 실시예 1 쪽이 높고, 실시예 1 쪽이 여과재로서 사용한 카티온 교환 수지에 흡착하는 카티온 양이 적은 것을 알 수 있다. 재생 효율은 강산성 카티온 교환 수지를 사용한 비교예 1 보다 약산성 카티온 교환 수지를 사용한 실시예 1 쪽이 우수하다. 표 2 와 같이, 양호한 여과수를 얻는 단위 채수량 당의 요구되는 산량 (재생용 산량) 은 실시예 1 쪽이 훨씬 적다.

Claims (4)

1. 피처리수에 대해 카티온계 응집제를 첨가하여 응집 처리를 실시하고, 그 후, 여과재의 적어도 일부를 카티온 교환 수지로 한 여과기로 여과하는 응집 여과 방법에 있어서, 상기 카티온 교환 수지로서 약산성 교환 수지를 사용하는 것을 특징으로 하는 응집 여과 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 여과기는, 여과재로서 약산성 카티온 교환 수지와 그 밖의 여과재를 사용한 복층 여과기인 것을 특징으로 하는 응집 여과 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 응집 처리 후 또한 여과 전에, 고액 분리 처리를 실시하는 것을 특징으로 하는 응집 여과 방법.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 여과기로부터의 여과수의 수질이 미리정해진 값을 초과한 경우에 상기 약산성 카티온 교환 수지의 재생을 실시하는 것을 특징으로 하는 응집 여과 방법.

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