KR20130071655A - 자성체를 이용한 총인 제거 고속응집 침전장치 - Google Patents

자성체를 이용한 총인 제거 고속응집 침전장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자성체 분말을 응집핵으로 이용하여 플록의 침강속도를 향상시킴으로써 약품 사용을 최소화함과 함께 인의 제거효율을 증대시킬 수 있는 자성체 분말을 이용한 총인 제거 고속응집 침전장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 자성체 분말을 이용한 총인 제거 고속응집 침전장치는 원수와 자성체 분말 및 응집제를 급속 교반하여 원수 내에 포함되어 있는 인산염(PO4-P), 콜로이드성 물질을 응집시켜 자성체 플록을 형성하는 급속교반조와, 상기 급속교반조로부터 공급된 플록 및 원수를 고분자응집제와 완속 교반하여 플록 간 가교역할을 증대시켜 플록의 크기 및 침강성을 증대시키는 완속교반조와, 상기 완속교반조에 의해 형성된 증대된 크기의 플록 및 원수를 공급받아 처리수와 슬러지로 분리하는 침전조 및 상기 침전조의 슬러지로부터 자성체를 분리하고, 분리된 자성체를 상기 급속교반조로 공급하는 자성체 분리장치를 포함하여 이루어지며, 상기 침전조 내에 미세 플록을 포집하는 복수의 경사형 그물망이 구비되며, 상기 경사형 그물망이 구비된 영역의 하부에 상기 경사형 그물망에 포집된 플록을 탈리시키는 플록 탈리장치가 구비되는 것을 특징으로 한다.

Description

자성체를 이용한 총인 제거 고속응집 침전장치{Ultra rapid coagulation system to remove the total phosphorous of wastewater using magnetic powder}
본 발명은 자성체 분말을 이용한 총인 제거 고속응집 침전장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 자성체 분말을 응집핵으로 이용하여 플록의 침강속도를 향상시킴으로써 약품 사용을 최소화함과 함께 인의 제거효율을 증대시킬 수 있는 자성체 분말을 이용한 총인 제거 고속응집 침전장치에 관한 것이다.
수중에 존재하는 인(P)을 제거하는 방법으로 생물학적 제거방법, 응집-침전법, 결정법, 흡착법, 이온교환법 등이 있으며 이 중, 생물학적 제거방법과 응집-침전법이 널리 이용되고 있다. 생물학적 제거 방법은 화학물질의 사용을 피할 수 있고, 추가적인 슬러지 생성이 없다는 장점이 있으나, 복잡한 플랜트 배열과 복잡한 운전방안을 필요로 하며, 처리수 내의 인의 농도가 다소 높게 유지되고 처리효율의 한계가 있다는 단점이 있다.
한편, 인의 물리화학적 처리방법으로 응집제를 이용한 응집-침전법은 공정의 간편성과 높은 효율로 인해 가장 많이 사용되고 있다. 이 방법은 폐수에 2가 또는 3가 금속염의 첨가로 반응이 진행되며, 불용성 금속 인산염의 침전을 야기하며, 침전에 의해 침강되어 제거된다. 한국공개특허 제2001-49935호에 응집-침전법의 일 예가 개시되어 있다.
응집-침전법의 경우 인을 저농도까지 제거할 수 있지만 안정적인 처리효율을 달성하기 위해서는 다량의 약품이 소요되고, 2차적인 슬러지 발생이 증가하게 되는 등의 문제가 있다.
한국공개특허 제2001-49935호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 자성체 분말을 응집핵으로 이용하여 플록의 침강속도를 향상시킴으로써 약품 사용을 최소화함과 함께 인의 제거효율을 증대시킬 수 있는 자성체 분말을 이용한 총인 제거 고속응집 침전장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 침전조 내에 경사형 메쉬를 구비시켜 플록이 처리수에 포함되어 유출되는 것을 방지함과 함께 경사형 메쉬에 부착된 플록은 플록 탈리장치를 통해 탈리시켜 플록의 침강률 및 처리수의 수질 향상을 증대시킬 수 있는 자성체 분말을 이용한 총인 제거 고속응집 침전장치를 제공하는데 다른 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자성체 분말을 이용한 총인 제거 고속응집 침전장치는 원수와 자성체 분말 및 응집제를 급속 교반하여 원수 내에 포함되어 있는 인산염(PO4-P), 콜로이드성 물질을 응집시켜 자성체 플록을 형성하는 급속교반조와, 상기 급속교반조로부터 공급된 플록 및 원수를 고분자응집제와 완속 교반하여 플록 간 가교역할을 증대시켜 플록의 크기 및 침강성을 증대시키는 완속교반조와, 상기 완속교반조에 의해 형성된 증대된 크기의 플록 및 원수를 공급받아 처리수와 슬러지로 분리하는 침전조 및 상기 침전조의 슬러지로부터 자성체를 분리하고, 분리된 자성체를 상기 급속교반조로 공급하는 자성체 분리장치를 포함하여 이루어지며, 상기 침전조 내에 미세 플록을 포집하는 복수의 경사형 그물망이 구비되며, 상기 경사형 그물망이 구비된 영역의 하부에 상기 경사형 그물망에 포집된 플록을 탈리시키는 플록 탈리장치가 구비되는 것을 특징으로 한다.
상기 완속교반조의 플록을 포함한 원수는 복수의 정류공을 통해 상기 침전조로 공급되며, 상기 정류공은 상기 완속교반조의 수심 기준 20∼50% 영역에 형성된다. 또한, 상기 복수의 정류공의 총 면적은 침전조와 완속교반조가 접한 면적의 4∼6%로 설계된다.
상기 플록 탈리장치는, 일정 압력으로 공기를 공급하는 공기공급장치와, 상기 침전조 내에 구비되어 일정 압력의 공기를 방출하는 산기관과, 상기 산기관 표면 상에 형성된 산기노즐을 포함하여 구성된다.
상기 침전조로부터 배출되는 슬러지 내에 포함되어 있는 증대된 크기의 플록을 작은 크기의 플록을 분쇄하는 플록 분쇄장치를 더 포함하여 이루어지며, 상기 자성체 분리장치는 상기 플록 분쇄장치에 의해 분쇄된 플록을 고액분리하여 자성체와 슬러지로 분리하고, 분리된 자성체를 상기 급속교반조로 공급한다. 또한, 자성체 회수장치가 더 구비되며, 상기 자성체 회수장치는 상기 침전조로부터 배출되는 처리수 내에 포함되어 있는 잔류 자성체를 자장을 이용하여 회수하여, 상기 플록 분쇄장치로 이송시킨다.
상기 플록 분쇄장치는 블로워가 구비된 폭기조 또는 인라인 믹서로 구성될 수 있으며, 상기 자성체로 페라이트 광석, 리모나이트 광석, 연자성을 띤 철-규소 합금 분말 중 어느 하나일 수 있다.
본 발명에 따른 자성체 분말을 이용한 총인 제거 고속응집 침전장치는 다음과 같은 효과가 있다.
비중이 큰 자성체 분말을 응집핵으로 이용하여 플록의 크기를 증대시킴에 따라 인산염 및 콜로이드 성분 등을 효과적이고 신속하게 제거할 수 있으며, 응집제 투여량을 줄일 수 있게 된다. 또한, 사용된 자성체는 고액분리를 통해 재활용함으로써 유지비용을 절감할 수 있게 된다.
이와 함께, 침전조 내에 경사형 그물망 및 플록 탈리장치가 구비됨에 따라, 미세 플록이 처리수와 함께 유출되는 것을 방지함과 함께 미세 플록의 침강을 유도할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자성체를 이용한 총인 제거 고속응집 침전장치의 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자성체를 이용한 총인 제거 고속응집 침전장치의 사시도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자성체를 이용한 총인 제거 고속응집 침전장치의 동작을 설명하기 위한 순서도.
본 발명은 자성체 분말을 응집핵으로 이용하여 응집제 사용을 최소화함과 함께 침전조 내의 미세 플록이 처리수와 함께 유출되는 것을 방지하여 처리수의 수질을 향상시킬 수 있도록 함에 그 특징이 있다. 이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 자성체 분말을 이용한 총인 제거 고속응집 침전장치를 상세히 설명하기로 한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 자성체 분말을 이용한 총인 제거 고속응집 침전장치는 급속교반조(110), 완속교반조(120), 침전조(130), 플록 분쇄장치(140), 자성체 분리장치(150)를 포함하여 구성된다.
상기 급속교반조(110)와 완속교반조(120)는 이웃하여 연속 배치되어 원수 내에 포함되어 있는 인산염(PO4-P), 콜로이드성 물질을 응집시켜 플록(floc)을 형성하는 역할을 한다.
구체적으로, 상기 급속교반조(110)는 일측으로부터 원수를 공급받고, 공급받은 원수를 자성체 분말 및 응집제와 급속 교반하여 원수 내에 포함되어 있는 인산염(PO4-P), 콜로이드성 물질을 응집시켜 자성체 플록(floc)을 형성하는 역할을 한다. 다음으로, 상기 완속교반조(120)는 상기 급속교반조(110)에서 형성된 플록 및 원수를 공급받은 상태에서, 고분자응집제와 완속 교반하여 자성체 플록의 가교 작용을 향상시켜 플록의 크기 및 침강성을 증대시키는 역할을 한다. 이 때, 상기 자성체는 미분의 형태로 공급되며, 작은 크기의 플록들을 결합시키는 응집핵으로 작용하며, 상기 자성체로 페라이트(ferrite) 광석, 리모나이트(limonite) 광석 및 연자성을 띤 철-규소 합금 분말 등을 이용할 수 있다. 또한, 상기 고분자응집제로는 폴리머가 이용될 수 있다.
상기 자성체를 매개로 결합된 플록들은 크기가 증대됨에 따라 침강성이 향상되며, 자성체가 응집핵으로 작용함에 따라 플록의 크기를 증대시킴에 있어 응집제의 투여량을 최소화할 수 있게 된다. 한편, 상기 자성체 미분은 자성체 분리장치(150)를 통해 상기 급속교반조(110)로 재공급되는데 이에 대해서는 후술하기로 한다.
상기 침전조(130)는 상기 완속교반조(120)로부터 증대된 플록 및 원수를 공급받아 이를 중력 침강을 통해 처리수와 슬러지로 분리하는 역할을 한다. 상기 침전조(130)와 완속교반조(120)는 복수의 정류공(121)을 통해 공간적으로 연결되며, 상기 정류공(121)을 통해 완속교반조(120) 내의 원수와 플록이 침전조(130)로 공급된다. 침전조(130) 내에서의 플록 침강시간을 단축시키기 위해 상기 복수의 정류공(121)은 완속교반조(120) 수심 기준 50% 이하 지점에 일정 간격을 두고 구비되며, 완속교반조(120) 바닥 근처에 구비되는 경우 침전조(130)에 공급되는 원수에 의해 침강된 슬러지가 상승되는 문제점을 고려하면 상기 정류공(121)은 완속교반조(120) 수심 기준 20∼50%에 구비되는 것이 바람직하다. 여기서, 완속교반조(120) 수심 기준 0%는 완속교반조(120)의 바닥을 의미한다. 또한, 상기 정류공(121)의 총 면적은 침전조(130)와 완속교반조(120)가 접한 면적의 4∼6%로 설계되는 것이 바람직하다. 6% 이상이 되면 플록이 증대되지 않은 채 침전조(130)로 유출될 가능성이 커지며, 4% 이하가 되면 운전효율이 저하된다.
한편, 상기 침전조(130) 내에서 중력 침강에 의해 플록을 포함한 원수가 처리수와 슬러지로 분리되는데, 미세 플록의 경우 처리수 내에 부유된 채로 외부로 유출될 수 있다. 이를 방지하기 위해, 상기 침전조(130) 내에는 경사형 그물망(160)이 구비된다. 상기 경사형 그물망(160)은 미세 플록을 포집하는 역할과 함께 침전조(130) 내의 와류 현상을 저감시켜 플록 침강률을 높이는 역할을 한다. 상기 경사형 그물망(160)은 상기 침전조(130) 내에서 일정 간격을 두고 반복, 배치되며, 경사 각도는 45∼60도, 경사형 그물망(160) 사이의 간격은 10∼20cm, 그물망의 눈금 크기는 3∼5mm 정도로 설계할 수 있다. 또한, 상기 경사형 그물망은 미세 플록의 존재 확률이 가장 높은 영역인 침전조 높이 대비 60∼70%의 영역에 구비되는 것이 바람직하다.
상기 침전조(130) 내에는 상기 경사형 그물망(160) 이외에 플록 탈리장치(170)가 더 구비될 수 있다. 상기 플록 탈리장치(170)는 상기 경사형 그물망(160)이 구비된 영역의 하부에 구비되어 상기 경사형 그물망(160)에 포집된 플록을 탈리시켜 침강되도록 하는 역할을 한다. 구체적으로, 상기 플록 탈리장치(170)는 일정 압력으로 공기를 공급하는 공기공급장치(도시하지 않음), 공기가 공급되는 산기관(171), 상기 산기관(171) 표면 상에 형성된 산기노즐(172)로 구성될 수 있으며, 상기 산기관(171)은 경사형 그물망(160)의 배치 영역에 따라 변형, 설계할 수 있으며, 상기 산기노즐(172)은 침전조(130) 상부를 향해 형성된다. 상기 산기노즐(172)을 통해 배출되는 일정 압력의 공기에 의해 경사형 그물망(160)에 포집된 미세 플록들이 탈리된다.
상기 플록 분쇄장치(140)와 자성체 분리장치(150)는 궁극적으로 플록 내에 포함되어 있는 자성체 미분을 회수하여 재활용하기 위한 장치로서, 상기 플록 분쇄장치(140)는 상기 침전조(130)에 의해 분리된 슬러지를 공급받아 슬러지 내에 포함되어 있는 플록을 작은 크기의 플록으로 분쇄하는 역할을 한다. 상기 플록 분쇄장치(140)는 블로워(blower)가 구비된 폭기조 형태로 구성하여 공기 버블을 통해 플록을 분쇄하도록 하거나 인라인 믹서(inline mixer)로 구성할 수 있다.
상기 자성체 분리장치(150)는 세부적으로 하이드로사이클론(hydro-cyclone)으로 구성될 수 있으며, 상기 하이드로사이클론은 상기 플록 분쇄장치(140)로부터 분쇄된 플록들을 공급받아 이를 고액분리하여 분쇄된 플록 내에 포함되어 있는 자성체를 분리하는 역할을 한다. 분리된 자성체는 상기 급속교반조(110)로 재투입되어 응집핵으로 재활용된다.
한편, 상기 침전조(130)에 의해 분리된 처리수가 배출되는 경로에 자성체 회수장치(180)가 더 구비될 수 있다. 상기 자성체 회수장치(180)는 자장(磁場)을 이용하여 상기 처리수 내에 포함되어 있는 잔류 자성체를 회수하는 역할을 하며, 상기 회수된 자성체는 플록 분쇄장치(140)로 이동된다. 이 때, 상기 자성체 회수장치(180)에는 전자석 또는 영구자석이 포함될 수 있으며, 회수 효율을 증대시키기 위해 수류 정류장치인 배플(baffle)과 정류판이 상기 자성체 회수장치(180)의 일측에 구비될 수 있다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 따른 자성체를 이용한 총인 제거 고속응집 침전장치의 구성에 대해 설명하였다. 이하에서는, 상기 구성을 갖는 자성체를 이용한 총인 제거 고속응집 침전장치의 동작에 대해 설명하기로 한다.
먼저, 도 3에 도시한 바와 같이 하폐수인 원수가 상기 급속교반조(110)에 공급되면, 상기 급속교반조(110)는 해당 원수를 응집핵의 역할을 하는 자성체 분말 및 응집제와 급속 교반하여 원수 내에 포함되어 있는 인산염(PO4-P), 콜로이드성 물질을 응집시켜 자성체 플록을 형성한다(S201). 이 때, 자성체가 응집핵의 역할을 함에 따라 응집제 투여량을 줄일 수 있게 된다. 상기 급속교반조(110)에서 형성된 플록 및 원수는 상기 완속교반조(120)로 공급되며, 상기 완속교반조(120)는 상기 급속교반조(110)로부터 공급된 플록 및 원수를 고분자응집제와 완속 교반하여 자성체 플록의 가교 작용을 향상시켜 플록의 크기와 침강성을 증대시킨다(S202). 이에 따라, 플록의 크기가 증대됨과 함께 침강성이 향상된다.
상기 완속교반조(120)에서 형성된 증대된 크기의 플록 및 원수는 정류공(121)을 통해 상기 침전조(130)로 공급되며, 상기 침전조(130)는 중력에 의한 고액분리를 통해 슬러지와 처리수를 분리한다(S203). 이 때, 침전조(130) 내에 구비된 경사형 그물망(160)에 의해 미세 플록이 포집되며, 이를 통해 미세 플록이 처리수에 포함되어 유출되는 것이 억제된다. 상기 경사형 그물망(160)에 포집된 미세 플록들은 플록 탈리장치(170)를 통해 탈리시킬 수 있으며, 플록 탈리공정은 침전 공정과 함께 하거나 침전 공정이 완료된 후에 진행할 수 있다. 또한, 완속교반조(120)에서 침전조(130)로 플록이 포함된 원수가 공급될 때 완속교반조(120) 수심 기준 20∼50%의 높이에 형성된 정류공(121)을 통해 공급됨에 따라 플록의 침강시간이 단축된다.
상기 침전조(130)에 의해 분리된 처리수는 자성체 회수장치(180)를 거쳐 처리수조로 공급되며(S206), 상기 자성체 회수장치(180)에 의해 회수된 자성체는 플록 분쇄장치(140)로 이송된다.
한편, 상기 침전조(130)에 의해 분리된 슬러지 즉, 증대된 크기의 플록을 포함하는 슬러지는 플록 분쇄장치(140)로 공급된다. 플록 분쇄장치(140)는 증대된 크기의 플록을 작은 크기의 플록들로 분쇄하는 역할을 하며, 작은 크기로 분쇄된 플록들은 상기 자성체 분리장치(150)로 공급된다(S204). 상기 자성체 분리장치(150)는 작은 크기로 분쇄된 플록들을 고액분리하여, 자성체와 슬러지로 분리하며 분리된 자성체는 상기 급속교반조(110)로 재투입되어 재활용된다(S205).
110 : 급속교반조 120 : 완속교반조
121 : 정류공 130 : 침전조
140 : 플록 분쇄장치 150 : 자성체 분리장치
160 : 경사형 그물망 170 : 플록 탈리장치
171 : 산기관 172 : 산기노즐
180 : 자성체 회수장치

Claims (8)

  1. 원수와 자성체 분말 및 응집제를 급속 교반하여 원수 내에 포함되어 있는 인산염(PO4-P), 콜로이드성 물질을 응집시켜 자성체 플록을 형성하는 급속교반조;
    상기 급속교반조로부터 공급된 플록 및 원수를 고분자응집제와 완속 교반하여 플록 간 가교역할을 증대시켜 플록의 크기 및 침강성을 증대시키는 완속교반조;
    상기 완속교반조에 의해 형성된 증대된 크기의 플록 및 원수를 공급받아 처리수와 슬러지로 분리하는 침전조; 및
    상기 침전조의 슬러지로부터 자성체를 분리하고, 분리된 자성체를 상기 급속교반조로 공급하는 자성체 분리장치를 포함하여 이루어지며,
    상기 침전조 내에 미세 플록을 포집하는 복수의 경사형 그물망이 구비되며,
    상기 경사형 그물망이 구비된 영역의 하부에 상기 경사형 그물망에 포집된 플록을 탈리시키는 플록 탈리장치가 구비되는 것을 특징으로 하는 자성체를 이용한 총인 제거 고속응집 침전장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 완속교반조의 플록을 포함한 원수는 복수의 정류공을 통해 상기 침전조로 공급되며, 상기 정류공은 상기 완속교반조의 수심 기준 20∼50% 영역에 형성되는 것을 특징으로 하는 자성체를 이용한 총인 제거 고속응집 침전장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 복수의 정류공의 총 면적은 침전조와 완속교반조가 접한 면적의 4∼6%인 것을 특징으로 하는 자성체를 이용한 총인 제거 고속응집 침전장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 플록 탈리장치는, 일정 압력으로 공기를 공급하는 공기공급장치와, 상기 침전조 내에 구비되어 일정 압력의 공기를 방출하는 산기관과, 상기 산기관 표면 상에 형성된 산기노즐을 포함하여 구성되는 것을 자성체를 이용한 총인 제거 고속응집 침전장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 침전조로부터 배출되는 슬러지 내에 포함되어 있는 증대된 크기의 플록을 작은 크기의 플록을 분쇄하는 플록 분쇄장치를 더 포함하여 이루어지며,
    상기 자성체 분리장치는 상기 플록 분쇄장치에 의해 분쇄된 플록을 고액분리하여 자성체와 슬러지로 분리하고, 분리된 자성체를 상기 급속교반조로 공급하는 것을 특징으로 하는 자성체를 이용한 총인 제거 고속응집 침전장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 자성체 회수장치가 더 구비되며,
    상기 자성체 회수장치는 상기 침전조로부터 배출되는 처리수 내에 포함되어 있는 잔류 자성체를 자장을 이용하여 회수하여, 상기 플록 분쇄장치로 이송시키는 것을 특징으로 하는 자성체를 이용한 총인 제거 고속응집 침전장치.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 플록 분쇄장치는 블로워가 구비된 폭기조로 구성되는 것을 특징으로 하는 자성체를 이용한 총인 제거 고속응집 침전장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 자성체로 페라이트 광석, 리모나이트 광석, 연자성을 띤 철-규소 합금 분말 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 자성체를 이용한 총인 제거 고속응집 침전장치.
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