KR20130135288A - 응집 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 분야는 세탁 방법 및 장치이다. 특히, 본 발명은 물의 절약에 관한 것이다. 본 발명의 목적은 통상의 세척 방법에서, 특히 기계 세척 방법에서 물 소비를 감소시키는 것이다. 전해질을 연속식으로 순차적 pH 제어 투여한 후 중합체를 투여하고, 세척기의 전체 세척 주기 중 고체 액체 분리 단계를 거치면 세척 리쿼의 연속식 정화를 제공하고 상기 세척 주기 중 물의 연속식 재사용을 가능하게 하는 것으로 밝혀졌다.
Description
본 발명의 분야는 세탁 방법 및 장치이다. 특히, 본 발명은 물의 절약에 관한 것이다.
전 세계에 걸쳐, 세탁, 기계적 식기 세척 및 기타 가정용 세정 방법을 포함하는 세척 방법은 다량의 물을 필요로 한다.
예를 들어, 구입가능한 전면 적재 (front load) 세척기는 보통의 전체 세척 주기를 위해서 대략 60 리터의 물을 사용하고, 상부 적재 (top load) 기계 및 수동 세척 방법은 동일한 주기에 대해 헹굼 단계의 회수 (2회 또는 3회)에 따라 약 180-240 리터의 물을 사용한다. 헹굼 단계의 회수에 따라, 이러한 부피의 1/4 또는 1/3이 주 세척에 요구되며, 3/4 또는 2/3이 2회 또는 3회 연속 헹굼 단계를 위해서 사용된다.
폐기된 물은 개발도상국에서 폐수 처리 설비 또는 표면수 공급에 부담이 된다.
JP 제2002119794A호는 계면활성제 용액 함유 오염원의 응집을 촉진하여 사용 후 세척수를 빠르게 정제할 수 있는 세척기에 대해 개시하고 있다. 또한, 오염원의 응집을 이용하여 세척수를 정제하기 위한 세척기에 대해 개시하고 있다. 폴리 염화알루미늄을 포함하는 1차 응집 장치로 세척수를 펌핑할 수 있다. 추가로, 조절 밸브는 폴리아크릴아미드 용액을 2차 응집제로서 첨가할 수 있는 2차 응집 장치로의 세척수의 접근을 허용할 수 있다. 분리 유닛은 응집된 덩어리를 제거할 수 있고, 세척수가 세척 통으로 회수되도록 할 수 있다.
JP 제2002119794A호는 추가로 부직포, 철망 (wire gauze) 및 여과지로부터 선택되는, 고체 액체 분리를 위한 필터를 제안한다. 본 발명의 발명자들은 철망은 응집물 (floc)을 갖고 있지 않고, 여과지는 압력을 지탱하지 못하는 한편, 부직 재료를 재사용하는 것이 문제라는 것을 발견하였다. JP 제2002119794A호의 조건 하에 형성되는 응집물이 1 주기 또는 수 주기 후 필터를 막히게 한다는 것이 밝혀졌다. 필터를 교체할 필요 없이 세척기에서 물을 정화하는 것이 여전히 요구된다.
유사하게, JP 제2001054700A호, JP 제2001300191A호 및 JP 제2001286697A호에는 세탁 리쿼 (liquor) 중 때의 응집을 위한 방법이 개시되어 있다. 그러나, 이것은 사용 후 세탁수의 수집 및 별개의 오수 탱크 (holding tank)에서 응집물의 응고 및 분리에 의해 실시된다. 공정 중 세척 리쿼의 작은 별개 부분에 대해서 실시할 필요가 있거나 또는 소비자로부터 또한 환영받지 못하는 제2 오수 탱크 (60 L)를 필요로 하는 경우 이러한 방법에 요구되는 시간은 매우 긴 것으로 고려된다.
따라서, 특히 연속식 공정에서, 당업계에서 얻어진 응집물의 효과적인 분리가 여전히 요구된다.
따라서, 본 발명의 목적은 통상의 세척 방법, 특히 기계 세척 방법에서 물 소비를 감소시키는 것이다.
추가의 목적은 환경, 특히 표면수에 부담을 적게 주는 폐수를 생성하는 세척 공정을 제공하는 것이다.
또다른 목적은 세척 공정으로부터의 고체 폐기물의 별도의 처리를 가능하게 하는 공정을 제공하는 것이다.
또다른 목적은 세척 리쿼로부터 계면활성제를 제거하는 공정을 제공하는 것이다.
본 발명의 추가의 목적은 세척수, 특히 세척 주기 중 세척수를 연속식으로 정화 및/또는 정제하는 것이다.
놀랍게도, 본 발명의 발명자들은 세척기의 전체 세척 주기 중 전해질을 연속식으로 순차적 pH 제어 투여한 후, 중합체의 투여 및 고체 액체 분리 단계가 세척 리쿼의 연속식 정화를 제공하고 상기 세척 주기 중 물의 연속식 재사용을 가능하게 한다는 것을 발견하였고, 여기서 전해질 투여량은 전해질의 투여 후 pH에 의해 제어되며 응집물은 리쿼로부터 분리하기가 더 쉽다.
<발명의 요약>
따라서, 본 발명은 제1 투여 지점, 이와 유체 소통 (fluid communication)하는 제1 혼합 지점, 이와 유체 소통하는 제2 투여 지점, 이와 유체 소통하는 제2 혼합 지점, 이와 유체 소통하는 고체/액체 분리기 유닛 및 이와 유체 소통하는 챔버를 포함하는 순차적 장치를 사용하여 챔버로부터 세척수를 연속식으로 정제하는 방법을 제공하고, 여기서 상기 방법은 챔버로부터 순차적 장치로 물을 펌핑하는 단계; 알루미늄염 및 제2철염으로부터 선택되는 전해질 조성물을 제1 투여 지점에서 세척수로 연속식, 단계식 또는 펄스식으로 투여하는 단계; 제2 투여 지점에서 중성 또는 음이온 개질된 폴리아크릴 아미드 중합체 (MW > 100 kD)를 포함하는 중합체 조성물을 세척수에 연속식으로 투여하는 단계 (여기서, 전해질은 pH가 6.8 내지 8.2로 떨어질 때까지 투여됨)를 포함하며, 전해질 및 중합체의 투여가 제1 혼합 지점과 제2 투여 지점 사이의 물의 pH에 의해 조절되는 것을 특징으로 한다.
제2 측면에서, 본 발명은 제1 투여 지점, 이와 유체 소통하는 제1 혼합 지점, 이와 유체 소통하는 제2 투여 지점, 이와 유체 소통하는 제2 혼합 지점, 이와 유체 소통하는 고체/액체 분리기 유닛 및 이와 유체 소통하는 챔버를 포함하는 순차적 장치를 사용하여 챔버로부터 세척수를 연속식으로 정제하기 위한 조립체를 포함하는 물 정화 및 정제 장치를 제공한다.
제3 측면에서, 본 발명은 본 발명에 따른 물 정제 및 정화 장치를 포함하며, 챔버가 세척기 통 또는 별개의 세척수 저장 탱크인 세척기를 제공한다.
이러한 측면 및 기타 측면, 특징 및 이점은 하기 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용 및 부가된 특허청구범위로부터 당업자에게 명백해질 것이다. 명확하게 하기 위해서, 본 발명의 일 측면의 임의의 특징을 본 발명의 임의의 다른 측면에서 이용할 수 있다. 용어 "포함하는 (comprising)"은 "비롯한 (including)"을 의미하는 것으로 의도되나, "구성되는 (consisting of)" 또는 "이루어진 (composed of)"을 반드시 의미하는 것은 아니다. 즉, 열거된 단계 또는 선택 사항은 완전할 필요는 없다. 하기 기재내용에 제공된 실시예는 본 발명을 명확하게 하기 위한 것이지 본 발명을 실시예 그 자체로 제한하기 위한 것이 아니라는 것을 명심해야 한다. 유사하게, 다르게 명시하지 않는 한, 모든 백분율은 중량/중량 백분율이다. 작동 및 비교 실시예, 또는 분명히 다르게 명시된 경우를 제외하고, 반응 재료 또는 조건, 재료의 물리적 특성 및/또는 용도를 나타내는 본 기재내용에서의 모든 수는 용어 "약"에 의해 수식되는 것으로 해석된다. "x 내지 y"의 형태로 표현된 수치 범위는 x 및 y를 포함하는 것으로 해석된다. 구체적인 특징에 대해 바람직한 범위가 "x 내지 y"의 형태로 복수로 기재되는 경우, 상이한 종점을 조합하는 모든 범위가 또한 고려되는 것으로 해석된다.
본 발명에 따른 시스템의 도해를 도 1에 제시하였다.
도 1에서, 세척수는 세척 통 (1) 내에 있다. 통은 임의의 밸브 (2) 및 주 펌프 (3), 이후 제1 투여 지점 (6)에 연결되어 있고, 제1 투여 지점 (6)은 차례로 전해질 투여 챔버 (5)에 연결된 전해질 (4)을 위한 계량 펌프에 더 연결되어 있다. 이후, 액체는 제1 혼합 지점 (7)으로 흐른 후, 제2 투여 지점 (8)으로 흘러가고, 제2 투여 지점 (8)은 차례로 중합체 투여 챔버 (10)에 연결된 중합체 (9)를 위한 펌프로 추가로 연결되어 있다. 이후, 액체는 제2 혼합 지점 (11)으로 흐르고, 필터 (12)를 통해 통으로 돌아온다.
도 1에서, 세척수는 세척 통 (1) 내에 있다. 통은 임의의 밸브 (2) 및 주 펌프 (3), 이후 제1 투여 지점 (6)에 연결되어 있고, 제1 투여 지점 (6)은 차례로 전해질 투여 챔버 (5)에 연결된 전해질 (4)을 위한 계량 펌프에 더 연결되어 있다. 이후, 액체는 제1 혼합 지점 (7)으로 흐른 후, 제2 투여 지점 (8)으로 흘러가고, 제2 투여 지점 (8)은 차례로 중합체 투여 챔버 (10)에 연결된 중합체 (9)를 위한 펌프로 추가로 연결되어 있다. 이후, 액체는 제2 혼합 지점 (11)으로 흐르고, 필터 (12)를 통해 통으로 돌아온다.
본 발명은 세척수의 정화 및/또는 정제에 관한 것이다. 본 발명은 소비자가 세척 방법 또는 심지어 상이한 세척 방법에서 상이한 단계를 위해서 동일한 물을 재사용함으로써 물을 덜 사용할 수 있도록 한다. 세척 방법은 세탁물 세정 방법, 식기 세척 방법 또는 기타 임의의 유형의 가정용 세척 방법이다.
따라서, 본 발명은 본 발명에 따른 장치 및 방법을 사용하는, 연속식 세척수 정제 방법을 제공한다.
장치
챔버로부터의 물은 본 발명에 따른 순차적 장치로 이송된다 (예를 들어, 펌핑된다).
순차적 장치는 제1 투여 지점, 이와 유체 소통하는 제1 혼합 지점, 이와 유체 소통하는 제2 투여 지점, 이와 유체 소통하는 제2 혼합 지점, 이와 유체 소통하는 고체/액체 분리기 유닛 및 이와 유체 소통하는 잔류 세척수를 포함하는 챔버를 포함한다.
바람직한 일 실시양태에서, 본 발명은 제1 투여 지점, 이와 유체 소통하는 제1 혼합 지점, 이와 유체 소통하는 제2 투여 지점, 이와 유체 소통하는 제2 혼합 지점, 이와 유체 소통하는 고체/액체 분리기 유닛 및 이와 유체 소통하는 챔버를 포함하는 순차적 장치를 사용하여 챔버로부터 세척수를 연속식으로 정제하기 위한 조립체를 포함하는 세척기를 제공하고, 여기서 챔버는 세척기 통 또는 별개의 세척 리쿼 저장 탱크이다.
세척수를 포함하는
챔버
세척수를 포함하는 챔버는 바람직하게는 세척기 통 자체이나, 또한 중간 저장 챔버일 수 있다.
가정용 기기의 경우, 챔버는 바람직하게는 1 내지 100 리터의 물을 수용한다. 장치를 표준 상부 적재형 세척기에서 사용하는 경우, 부피는 전형적으로 40 내지 80 리터이다. 장치가 표준 전면 적재 세척기 또는 자동 식기 세척기에서 사용되는 경우, 부피는 전형적으로 10 내지 20 리터이다. 1 내지 5 kg 세탁물, 바람직하게는 1 내지 3 kg의 세탁물의 세척을 위한 개척 시장에 대한 작은 규모의 저가 세척기 장치가 또한 예상된다. 이러한 장치의 경우, 물의 부피는 전형적으로 10 내지 20 리터이다. 전형적으로 50 내지 250 리터의 물을 수용하는 산업 규모 세척기가 또한 본 발명의 맥락에서 고려된다.
혼합 지점
장치는 둘 이상의 혼합 지점을 포함하고, 각각은 하기 본원에서 논의된 개별 투여 지점 이후의 물의 흐름 중에 위치한다.
제1 투여 지점
제1 투여 지점은 전형적으로 알루미늄염 및 제2철염으로부터 선택되는 전해질 조성물을 세척수로 투여하기 위한 투여 메커니즘을 포함한다.
전해질 조성물은 고체 조성물, 액체 조성물, 또는 페이스트 및 겔을 포함하는 그 중간의 임의의 조성물일 수 있다.
전해질은 임의의 Al 및/또는 Fe 염일 수 있다. 전해질은 염기도 (B = Al/OH)의 예비-가수분해된 형태일 수 있다. 염기도 (B)가 10 내지 90인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 염기도는 40 내지 80 범위이다.
Al-염의 경우, Al-수산화물의 최소 용해도는 전형적으로 6.8 내지 7.5의 pH 범위 내에 있는 반면, Fe-수산화물의 최소 용해도는 전형적으로 pH 4 내지 8 범위에 있다. 또한, Fe-수산화물의 용해도가 상기 언급된 각각의 pH 범위에서 Al-수산화물보다 낮기 때문에, Fe-염으로 처리되는 시스템의 경우 발생되는 고체 침전물의 양이 많다. 이것은, 예를 들어 Al 및 Fe 전해질 염의 조합을 사용하여 침전 동역학을 조정하기 위해서 사용될 수 있다. 따라서, Fe-염으로 처리되는 시스템은 또한 pH가 덜 상세하게 조절되도록 요구하기 때문에 더욱 견고하다. 그러나, 세탁물 섬유에 부정적인 영향을 미칠 수 있기 때문에 덜 바람직한 용해된 잔류 Fe-염은 물에 색을 부여한다. 철 및 알루미늄 염의 조합이 또한 고려된다.
투여는 장치가 작동 중일 경우 하기 본원에 기재된 것과 같이 연속식으로 실시된다. 투여는 제1 혼합 지점과 제2 투여 지점 사이의 물의 pH에 의해 조절되고, 여기서 전해질은 6.8 내지 8.2, 보다 바람직하게는 7 내지 7.5 범위 내의 pH를 유지하도록 투여된다.
pH가 명시된 pH 범위 내로 들어올 때까지 투여하는 경우, 다른 pH에서보다 처리된 세척 리쿼로부터 응집물을 분리하기가 더 쉽다. 이론에 얽매이지 않고, pH가 명시된 범위 내로 들어올 때까지 작동되는 경우 공정으로부터 유래되는 응집 동역학은 분리하기 더 쉬운, 더 강하고 덜 끈적거리는 응집물을 생산하는 것으로 생각된다.
전해질의 필요량은 세척 리쿼의 보류 알칼리도 및 세척 리쿼에 존재하는 계면활성제의 양에 좌우된다. 전형적으로, 전해질의 양은 세척 리쿼 1 L 당 0.1 내지 5 g의 전해질, 바람직하게는 0.2 g 초과, 보다 바람직하게는 0.4 g 초과, 또는 심지어 세척 리쿼 1 L 당 0.5 g 초과이나, 전형적으로 세척 리쿼 1 L 당 3 g 미만, 보다 바람직하게는 2 g 미만, 또는 심지어 1 g 미만의 전해질이다.
제2 투여 지점
제2 투여 지점은 전형적으로 바람직하게는 높은 MW (>100 kD)를 갖는 중성 또는 음이온 개질된 중합체를 포함하는 중합체 조성물을 세척수로 투여하기 위한 투여 메커니즘을 포함한다.
분자량 (MW)은 전형적으로 5000 kD 미만, 보다 바람직하게는 2000 kD 미만, 보다 더 바람직하게는 1000 kD 미만이다. 중합체는 바람직하게는 수용성이다.
명확하게 하기 위해서, D (달톤)는 원자량 단위 (amu, 보다 덜 통상적으로 사용되는 SI 단위)를 의미한다.
중합체 조성물은 고체 조성물, 액체 조성물, 또는 페이스트 및 겔을 포함하는 그 중간의 임의의 조성물일 수 있다. 페이스트 및 겔은 전형적으로 용해에 보다 많은 시간을 필요로 하고 이에 따라 본 발명에 따른 시스템에서 보다 덜 바람직하다.
중합체 조성물은 바람직하게는 분자량 > 100kD인 중성 또는 음이온 개질된 폴리아크릴아미드 중합체로 구성된다.
장치가 작동 중인 경우, 투여는 연속식으로 수행한다.
중합체의 필요량은 응집에 의해 생성되는 고체의 양 및 세척 리쿼 중에 용해되지 않은 고체의 양에 의존한다. 전형적으로 중합체의 양은 세척 리쿼 1 리터 당 1 내지 50 ㎍의 중합체, 바람직하게는 세척 리쿼 1 리터 당 2 내지 20 ㎍의 중합체이다.
바람직한 일 실시양태에서, 투여는 응집에 의해 생성된 고체의 양 및 세척 리쿼 중에 용해되지 않은 고체의 양에 의해 제어되어 중합체 투여 지점과 필터 사이의 시스템에서의 응집물의 침착을 최소화하고 사용을 추가로 감소시킨다.
혼합
각각의 투여 지점 이후, 세척 리쿼를 투여된 재료 (전해질 및 중합체 및/또는 pH 완충제)와 혼합한다. 혼합은 임의의 통상의 방식으로 수행할 수 있다. 세척수와 응집제의 혼합을 튜브 또는 연속식 교반형 탱크 반응기 (CSTR) 시스템에서 수행하는 것이 바람직하다. 튜브가 보다 신속한 공정 및 보다 효율적인 공정을 제공하는 것으로 관측된다. 튜브를 사용하는 경우, 소정의 유속에 대한 혼합의 체류 시간을 조정하기 위해 튜브의 길이 및 직경을 사용할 수 있으며, 이는 응집 공정의 효율을 결정할 것이다. 튜브 길이 및 직경은 응집물의 크기 및 강도에 영향을 주는 것으로 밝혀졌다. 응집물이 강하고 클수록, 연속식 시스템에서 고체 액체 분리가 보다 용이하다. 튜브의 길이가 5 내지 50 m, 보다 바람직하게는 5 내지 20 m의 범위이고, 유속이 1 내지 10 L/분, 보다 바람직하게는 1 내지 5 L/분이고, 튜브의 내경이 4 내지 15 mm, 보다 바람직하게는 5 내지 11 mm인 경우, 심지어 나일론 거즈 필터를 사용할 수 있음이 밝혀졌다.
고체/액체 분리기 유닛
전해질 조성물 및 중합체 조성물의 세척 리쿼로의 순차적 투여 후, 응집물이 형성된다.
고체/액체 분리기 유닛에 의해 응집물이 세척 리쿼로부터 제거된다.
고체/액체 분리기 유닛은 필터일 수 있다. 필터는 한정 사용 1회용 필터, 장기간 사용 1회용 필터 또는 세척가능한 다회사용 필터일 수 있다. 세척가능한 다회사용 필터가 고체 폐기물을 최소화하기 위해 바람직하다. 필터는 부직 폴리프로필렌, 아크릴, 셀룰로스 기재 중합체 (레이온 및 면 포함), 나일론, 플루오로 중합체 또는 폴리에스테르; 또는 와이어 메시, 바람직하게는 나일론 메시, 보다 바람직하게는 기공 크기 130㎛ 이하의 나일론 메시로 제조될 수 있다. 작동 중에, 응집물은 필터 상에 보류되고, 정화된 액체는 다시 챔버로 재순환된다.
전형적으로, 필터 면적은 침투 유속이 500 내지 5000 LMH (리터/m2/시), 바람직하게는 800 LMH 이상, 보다 바람직하게는 1000 LMH 이상, 또는 심지어 1200 LMH 초과이고, 전형적으로 4000 LMH 미만, 보다 바람직하게는 3000 LMH 미만, 또는 심지어 2200 LMH 미만이도록 하는 방식으로 유속과 관련된다.
전형적으로, 필터는 유속 및 필터의 표면적 및 기공 크기에 따라 0.1 내지 2 bar, 바람직하게는 1.5 bar 미만, 또는 심지어 1 bar 미만의 배압을 제공할 것이다.
별법으로, 고체/액체 분리기 유닛은 침전기 탱크일 수 있다. 그러나, 침전기 탱크는 본질적으로 큰 불용 (dead) 부피를 포함하기 때문에, 이는 가장 바람직한 방안이 아니다.
고체/액체 분리기 유닛은 또한, 하이드로 사이클론과 같은 원심분리형 분리기일 수 있으며, 여기서 고체 응집물은 탈착가능하게 부착가능한 배수조 (sump)에 수집되고, 정화된 액체는 챔버로 되돌아간다.
명확하게 하기 위해서, 중력에 기초한 고체/액체 분리 기법 (예를 들어 침전기 탱크)은, 응집물이 리쿼의 밀도보다 큰 밀도를 갖는 경우에는 탱크의 하단에서 응집물의 침착물을 수득할 수 있고, 응집물의 밀도가 리쿼의 밀도보다 낮은 경우에는 응집물은 상단에 부유할 수 있다. 유사한 조건이 기타 중력 기초 분리 기법, 예컨대 원심분리에 적용된다.
전형적으로 형성되는 응집물의 직경은 0.5 mm 내지 3 cm이다. 응집물은 완전히 구형이지 않고 일반적으로 불규칙한 모양을 가지는 것으로 이해되고; 본 발명을 위해서, 직경은 응집물의 장축이라고도 공지된 응집물의 한쪽에서 다른 한쪽까지의 가장 긴 거리로 정의된다.
응집물의 밀도는 전형적으로 0.5 내지 2.5 g/mL, 보다 바람직하게는 0.8 내지 1.5 g/mL이다.
본 발명에 따른 장치는 제1 혼합 지점과 제2 투여 지점 사이의 세척수의 pH가 6.8 내지 8.2로 떨어질 때까지 전해질을 투여하는, 전해질의 투여를 위한 제어 시스템을 특징으로 한다. 제어 시스템은 제1 혼합 지점과 제2 투여 지점 사이의 세척수의 pH 판독값이 지정된 범위 내에 있을 때까지 전해질을 투여하기 위한 임의의 통상적인 것일 수 있다. 바람직하게는, 본 발명의 맥락에서 전해질의 투여가 중지된 후에도 중합체 투여가 적어도 얼마 동안 계속되는 것으로 고려되지만 (얼마 동안은 전해질 투여 종결과 세척수가 장치를 통해 1회 재순환하는데 필요한 시간 사이의, 즉, 시스템 내의 물의 전체 부피가 제2 투여 지점을 1회 더 지날 때까지의 임의의 기간으로 정의됨), 제2 투여 지점에서의 중합체의 투여도 또한 동일한 제어 시스템에 연결되어 있다.
임의로는, 상기 장치는 세척용 세제의 투여를 위한 추가 투여 지점을 포함한다. 세제의 투여는 바람직하게는 기계의 통에서 수행한다. 세제는 통상의 액체 또는 분말일 수 있다. 별법으로, 세제는 정제 형태일 수 있으며, 여기서 정제는 단일 유닛 투여량일 수 있거나, 오염 정도 또는 소비자의 희망에 따라 2 이상의 정제를 투여할 수 있다. 기타 형태, 예컨대 세제 펠렛, 결정, 펄 (pearl), 또는 기타 형태가 또한 고려된다.
방법
세척수의 정화 및/또는 정제를 위한 방법은 바람직하게는 세척 방법에서 연속식으로 작동된다. 별법으로, 상기 방법은 세척을 계속하면서 세척 리쿼 분획을 회수하고 주 세척 통에 다시 주입된 정화된 물로 상기 분획을 배치식으로 처리하여 작동시킬 수 있다. 그러나, 상기 방법은 세탁물 세척 리쿼 및 여분의 저장 용기를 세척하는데 필요한 전체 시간을 증가시킬 수 있고, 이에 따라 덜 바람직하다.
상기 방법에서, 더러운 세척수는 본 발명에 따른 순차적 장치로 전달된다. 이것은 바람직하게는 펌프에 의해 실시된다.
전해질 조성물의 투여
알루미늄염 및 제2철염으로부터 선택되는 전해질 조성물의 세척수로의 연속식 투여는 제1 투여 지점에서 실시된다. 제1 투여 지점은 순차적 장치로의 액체 투여 지점, 또는 고체 투여 지점일 수 있다. 액체 투여 지점이 사용되는 경우, 투여는, 예를 들어 계량 펌프에 의해 또는 가압 투여 용기로부터의 투여에 의해 달성될 수 있다. 정확한 투여를 위해 밸브가 또한 고려된다. 고체 투여 지점이 사용되는 경우, 투여는, 예를 들어 투여 스크류를 사용하여 또는 전해질 조성물의 사전제조 정제를 투여하여 달성될 수 있고, 이에 의해 정제 크기는 차등 투여를 달성하기 위해 정제 당 전해질의 양이 전해질의 총량의 1/10 내지 1/1000, 바람직하게는 1/20 내지 1/500, 보다 바람직하게는 1/50 내지 1/200이도록 한다.
이론에 얽매이지 않고, 응고에 기초하는 규칙적인 충전에서 함께 점착되는 입자에 의해 응고물이 형성되기는 하지만, 이는 계면활성제의 표면 흡착으로 인해 통상적으로 세정/세척 리쿼에 존재하는 계면활성제의 존재 하에 작용하지 않아, 입자의 입체 안정화를 유발한다는 것이 발견되었다. 본 발명의 시스템에서, 응집물은 금속 수산화물의 침전에 의해 형성되며, 이는 다공성 네트워크를 형성하고 입자를 물리적으로 쓸어버린다. 상기 공정은 전형적으로 "스위프 응집(sweep flocculation)"으로 문헌에서 지칭된다. 스위프 응집의 경우 계내 생성된 Al(OH)3 또는 Fe(OH)3는 세척 또는 헹굼 리쿼로부터 계면활성제가 고갈될 수 있음이 밝혀졌다. 계면활성제가 양성으로 하전된 Al(OH)3 또는 Fe(OH)3 입자의 표면 상에 흡착됨으로써 고갈되는 것으로 이해된다. 따라서, 스위프 응집은 계면활성제 및 알칼리도를 모두 함유하는 세탁물 리쿼에 있어서, 입자 응고를 위한 바람직한 방식이다.
재료의 투여 후, 세척수는 계속하여 장치를 통과하고 제2 투여 장치로 유동하기 전에 제1 혼합 지점에서 혼합된다.
전해질의 투여는 하기 식 (식 1)에 따른 사실상 지수함수인 특정 프로파일을 따라야 한다.
Ct 전해질 = C0 전해질e- v 0 t /V (식 1)
상기 식에서:
Ct 전해질은 임의의 시간 t에서의 전해질의 농도를 의미하고,
C0 전해질은 시간 t=0에서의 전해질의 농도를 의미하고,
v0는 세척 리쿼가 세척으로부터 인출되는 시간 t에서의 부피 유속을 의미하고,
V는 처리하고자 하는 세척 리쿼의 총 부피를 의미한다.
전해질의 투여는 바람직하게는 연속식, 단계식 또는 펄스식 함수로서 상기 언급된 프로파일을 따른다. C0는 배치 공정에서 세척수를 응집시키는데 필요한 전해질의 농도에 좌우된다.
상기 바람직한 투여 프로파일을 적용함으로써, 제1 혼합 지점과 제2 투여 지점 사이에서 물의 pH는 거의 일정하게 유지될 것이다. 응집 효율을 추가로 개선하기 위해, 소량의 pH 완충제를 별도로 또는 전해질과 함께 공동투여하는 것이 또한 고려된다.
바람직한 완충제는 상기 전해질 부분에 기재한 것과 같이 6.8 내지 8.2의 명시된 pH 범위에서 pKa 값을 갖는 임의의 공지된 완충제를 포함할 수 있다. 바람직한 완충제는 카보네이트 완충제, 포스페이트 완충제를 포함한다.
중합체 조성물의 투여
중성 또는 음이온 개질된 폴리아크릴 아미드 중합체 (MW > 100 kD)를 포함하는 중합체 조성물의 세척수로의 연속식 투여를 제2 투여 지점에서 수행한다.
제2 투여 지점에서 중합체를 세척 리쿼에 투여한다. 투여 후, 라인 내 중합체의 농도는 바람직하게는 2 내지 20 ppm의 범위이다. 실질적인 투여량은 공정에서 생성되는 총 고체에 의존하고; 상기 중합체 부분에 나타낸 바와 같이, 용액 중 고체가 많을수록 더 많은 중합체가 바람직하다. 예를 들어, 더러운 주 세척 리쿼에 대한 중합체 농도는 전형적으로 10 내지 20 ppm이고, 최종 헹굼을 위한 중합체 투여는 전형적으로 2 내지 10 ppm의 범위이다. ppm은 리터 당 ㎍을 의미하는 것으로 이해된다.
장쇄 중합체가 입자 표면 상에 흡착될 수 있고, 이에 의해 이들이 함께 보다 크고 보다 강한 응고물 (응집물)을 형성하게 하고, 이에 의해 임의의 기타 고체 액체 분리 공정에 의한 여과, 침전 또는 분리를 용이하게 한다는 것은 공지되어 있다. 즉, 중합체는 다양한 침전 핵을 연결하여 더 큰 응고물 시스템을 형성하는 것으로 생각된다.
중합체 조성물의 투여 지점 이후에, 물은 제2 혼합 지점으로 유동한다.
중합체의 투여는 예정된 투여 프로파일에 따라 연속식으로 실시된다.
바람직한 일 실시양태에서, 투여는 응집에 의해 생성된 고체의 양 및 세척 리쿼 중에 용해되지 않은 고체의 양에 의해 제어되어 중합체 투여 지점과 필터 사이의 시스템에서의 응집물의 침착을 최소화하고 사용을 추가로 감소시킨다.
중합체의 흡착 효율은 계면활성제의 존재 하에 응집물의 표면 특성/성질에 의해 조절되는 것으로 생각된다. 중합체 흡착을 돕기 위해, 상기 나타낸 전해질 투여량 및 이에 의한 물의 pH 제어에 의해 달성할 수 있는 표면 특성의 관점에서 올바른 응집물 표면 특성이 바람직하다.
목적하는 pH에 도달할 때까지 전해질을 투여함으로써, 세척수의 개선된 정화, 중합체의 응집물 상의 효율적인 흡착을 제공하고 처리된 물 (세척 리쿼) 중 용해된 금속의 최소 농도를 유지하는 것으로 밝혀졌다.
<실시예>
이제 본 발명을 하기 비제한 실시예에 의해 예시할 것이다.
실시예
1: 전해질의
pH
제어 투여량 대 일정한 투여량
본 실시예에서는 일정한 투여량과 비교하여 전해질의 pH 제어 투여량의 효과를 나타낸다.
실시예 1에서, 20 L의 세척 리쿼 부피를 갖는 통, 전해질을 위한 제1 투여 지점, 혼합 코일, 중합체를 위한 제2 투여 지점, 또다른 혼합 코일 및 0.075 m2의 나일론 메시 (130 ㎛ 차단) 필터를 갖고, 주 세척 통으로 되돌아오는 본 발명에 따른 장치를 사용하였다.
20 L의 모델 세척 리쿼를 미리 제조하였다. 모델 세척 리쿼는 2 g/L의 모델 세제를 함유하였다.
모델 세제는 하기 조성을 가졌다:
세척 리쿼 (20 L)를 미리 제조하고 2.5 L/분의 유속으로 통으로부터 인출하고, 전해질 (PAC, 폴리염화알루미늄 (B=60))를 0.7 g/L의 제1 농도 (c0)로 제1 투여 지점에서 투여한 후 상기 식 1에 따른 프로파일에 따라 제1 혼합 지점 (10 m 길이, 8.5 mm 내경의 PVC 코일)을 통해 넣고; 그 후 중합체를 제2 투여 지점에서 3 ㎍/L의 농도로 투여하고 제2 혼합 지점 (10 m 길이, 8.5 mm 내경의 PVC 코일)을 통해 넣고; 그 후, 액체를 필터 (기공 크기가 130 ㎛인 0.075 m2의 나일론 거즈 필터)에 통과시켜 응집물을 제거하고 통에 다시 넣었다.
비교 실시예 A에서 동일한 설비 및 장치를 사용하였으나, 전해질을 투여 지점 이후에 라인 내 세척 리쿼 내에 0.2 g/L의 일정한 속도로 연속식으로 투여하였다.
본 실시예 및 비교 실시예에서 투여된 전해질의 총량은 동일하다.
결과
하기 표는 혼탁도 및 pH가 어떻게 여과액 및 통 모두에 대해 제때에 변화하는지를 나타낸다.
처리 중, 이는 본 실시예에서는 큰 응집물이 즉시 명확해졌고, 비교 실시예에서는 훨씬 더 작은 입자가 관측되었다.
또한, 본 실시예에서의 여과액은 즉시 투명해졌고, 또한 통 내의 물도 빠르게 투명해지는 반면에, 비교 실시예에서의 여과액은 여전히 혼탁하였고, 그 결과 통 내의 혼탁한 세척수를 야기함을 발견하였다. 혼탁도 데이터를 하기 표에 제공하였다.
상기 표는 또한 본 실시예에서는 pH가 요구되는 값으로 신속하게 감소하고 그 값에서 일정하게 유지되나, 비교 실시예에서는 pH가 거의 선형인 프로파일에 따라 떨어짐을 나타낸다. 이는 또한 본 실시예에서 여과액의 혼탁도가 출발부터 매우 낮은 수준으로 하락하고, 비교 실시예에서는 혼탁도가 공정 전반에 걸쳐 훨씬 더 높아, 비교 실시예에서의 통 내의 비교적 높은 혼탁도에 대비하여 본 실시예에서 낮은 혼탁도의 통 물을 야기함을 나타낸다.
Claims (6)
- a. 챔버로부터 순차적 장치로 물을 펌핑하는 단계;
b. 제1 투여 지점에서 알루미늄염 및 제2철염으로부터 선택되는 전해질 조성물을 세척수로 연속식, 단계식 또는 펄스식으로 투여하는 단계; 및
c. 제2 투여 지점에서 중성 또는 음이온 개질된 폴리아크릴 아미드 중합체 (MW > 100 kD)를 포함하는 중합체 조성물을 세척수로 연속식으로 투여하는 단계
를 포함하며,
전해질 및 중합체의 투여가 제1 혼합 지점 및 제2 투여 지점 사이의 물의 pH에 의해 조절되고, pH가 6.8 내지 8.2로 떨어질 때까지 전해질을 투여하는 것을 특징으로 하고,
a. 제1 투여 지점, 이와 유체 소통 (fluid communication)하는
b. 제1 혼합 지점, 이와 유체 소통하는
c. 제2 투여 지점, 이와 유체 소통하는
d. 제2 혼합 지점, 이와 유체 소통하는
e. 고체/액체 분리기 유닛, 및 이와 유체 소통하는
f. 챔버 (a)
를 포함하는 순차적 장치를 사용하여 챔버로부터 세척수를 연속식으로 정제하는 방법. - 제1항에 있어서, 완충제 조성물을 각각의 투여 지점에서 전해질 또는 중합체와 함께 첨가하는 것인 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 고체/액체 분리기 유닛이 a. 입자 필터, b. 하이드로 사이클론, c. 침전 챔버, 또는 이들의 조합을 포함하는 것인 방법.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 전해질의 투여가 식 1의 투여 프로파일을 따르는 것인 방법.
- a. 전해질 공급원에 연결된 제1 투여 지점, 이와 유체 소통하는
b. 제1 혼합 지점, 이와 유체 소통하는
c. 중성 또는 음이온 개질된 폴리아크릴 아미드의 공급원에 연결된 제2 투여 지점, 이와 유체 소통하는
d. 제2 혼합 지점, 이와 유체 소통하는
e. 고체/액체 분리기 유닛, 및 이와 유체 소통하는
f. 챔버 (a)
를 포함하는, 챔버와 유체 소통하는 순차적 장치를 사용하여 챔버로부터의 세척수의 연속식 정제를 위한 조립체를 포함하며,
전해질의 투여를 위한 제어 시스템을 특징으로 하고, 제1 혼합 지점 및 제2 투여 지점 사이의 세척수의 pH가 6.8 내지 8.2로 떨어질 때까지 전해질을 투여하는 것인, 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 방법을 조작하기 위한 물 정화 및 정제 장치. - 챔버가 세척기 통 또는 별개의 세척수 저장 탱크인, 제5항에 따른 물 정화 및 정제 장치를 포함하는 세척기.
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