KR20150061877A

KR20150061877A - 활성화된 반응핵을 이용한 수중의 불소 제거장치 및 이를 이용한 수중의 불소 제거방법

Info

Publication number: KR20150061877A
Application number: KR1020130146148A
Authority: KR
Inventors: 최광근; 이원권; 박진영; 유현중
Original assignee: 주식회사 지앤지인텍
Priority date: 2013-11-28
Filing date: 2013-11-28
Publication date: 2015-06-05

Abstract

본 발명은 수중의 불소제거장치 및 이를 이용한 수중의 불소제거방법에 관한 것으로, (a) 유입수가 유입된 후 불소제거제와 알칼리 물질이 공급되어, 유입수 내의 불소가 제거되는 불소제거조; (b) 상기 불소제거조에서의 불소제거 반응 효율 향상을 위한 시드(seed)를 공급하기 위한 시드 공급조; 및 (c) 상기 시드 공급조로부터 시드를 공급받아 시드를 활성화시킨 뒤 다시 시드 공급조로 공급하는 캐비테이션 장치를 포함하는, 수중의 불소제거장치 및 이를 이용한 수중의 불소제거방법에 관한 것이다.

Description

활성화된 반응핵을 이용한 수중의 불소 제거장치 및 이를 이용한 수중의 불소 제거방법 {Apparatus for Removing Fluoride in Water Using Activated Reaction Nucleus and Method for Removing Fluoride in Water}

본 발명은 수중의 불소 제거방법 및 장치에 관한 것이다.

불화수소는 전자, 철강, 알루미늄 제련, 비료제조 등의 산업 분야에서 널리 사용되고 있어 그 폐수 내에는 일반적으로 고농도의 불소가 함유되어 있다. 이러한 고농도의 불소가 자연계로 배출될 경우 사람이나 동물뿐만 아니라 식물에 대한 피해도 매우 커 생태학적 균형을 깨뜨리게 되므로 불소제거를 위한 폐수처리 설비는 산업적 관점에서 매우 중요시되고 있다. 불소제거를 위한 폐수처리 시 주로 수산화칼슘(Ca(OH)₂)이 사용되어 수중의 불소를 난용성의 불화칼슘(CaF₂)으로 전환시켜 침전?제거 한다. 이 때, 사용되는 수산화칼슘의 용해도가 매우 낮아 불소를 제거하기 위해 과량으로 주입해야 하고, 이에 따라 많은 양의 슬러지가 발생하게 된다. 또한 과량의 수산화칼슘 주입에 의해 처리수 내에 잔류칼슘 농도가 증가하게 되어 스케일에 의한 문제 또한 발생하게 된다.

따라서, 수중의 불소를 제거하기 위한 수산화칼슘 대체약품 사용 및 처리 공정 기술개발이 절실히 요구되고 있다.

본 발명은 불소제거를 위해 사용되는 수산화칼슘을 대체할 수 있는 약품을 선정하여 사용함으로서 수산화칼슘 사용으로 인한 문제점을 감소시키기 위한 수중의 불소 제거장치 및 방법을 제공하고자 한다.

이에 본 발명은 바람직한 구현예로서, (a) 유입수가 유입된 후 불소제거제와 알칼리 물질이 공급되어 유입수 내의 불소가 제거되는 불소제거조; (b) 상기 불소제거조에서의 불소제거 반응 효율 향상을 위한 시드(seed)를 공급하기 위한 시드 공급조; 및 (c) 상기 시드 공급조로부터 시드를 공급받아 시드를 활성화시킨 뒤 다시 시드 공급조로 공급하는 캐비테이션 장치를 포함하는, 수중의 불소제거장치에 관한 것이다.

상기 구현예에 의한 불소제거제는 CaCl_2,CaO, CaCO₃, CaSO₄, CaHPO₄, MgO, Al₂(SO₄)₃, PAC(Poly Aluminum Chloride) 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택되고, 상기 알칼리물질은 NaOH, KOH, Ca(OH)₂, Na₂CO₃ 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택되는 것일 수 있다.

상기 구현예에 의한 불소제거제는 CaCl₂이고, 알칼리물질은 NaOH인 것일 수 있다.

상기 구현예에 의한 수중의 불소제거장치는, 상기 불소제거조와 연결되며, 상기 불소제거조의 처리수가 유입된 후 소다회가 공급되어, 상기 불소제거조 처리수 내의 잔류칼슘을 제거하는 칼슘제거조를 더 포함하는 것일 수 있다.

상기 구현예에 의한 수중의 불소제거장치는 상기 칼슘제거조와 연결되며, 상기 칼슘제거조의 처리수가 유입된 후 응집제가 공급되어, 상기 칼슘제거조 내의 슬러지가 응집되는 응집조를 더 포함하는 것일 수 있다.

상기 구현예에 의한 수중의 불소제거장치는, 상기 응집조와 연결되며, 상기 응집조의 처리수 내의 슬러지가 침전되는 침전조를 더 포함하는 것일 수 있다.

본 발명은 또한 바람직한 제2 구현예로서, 불소제거조에 유입수 및 활성화된 시드가 유입된 후, 불소제거제와 알칼리 물질이 공급되어 유입수 내의 불소를 제거하는 수중의 불소제거방법을 제공한다.

상기 구현예에 의한 활성화된 시드는 침전조에서 배출되는 슬러지가 시드 공급조로 유입된 후, 캐비테이션 장치로 유입되어 활성화되는 것일 수 있다.

상기 구현예에 의한 수중의 불소제거방법은 불소제거조의 처리수가 유입된 후 소다회가 공급되어, 상기 불소제거조의 처리수 내의 잔류칼슘을 제거하는 칼슘제거조에서 잔류칼슘을 제거하는 단계를 더 포함하는 것일 수 있다.

상기 구현예에 의한 수중의 불소제거방법은 상기 칼슘제거조와 연결되며, 상기 칼슘제거조의 처리수가 유입된 후 응집제가 공급되어, 상기 칼슘제거조 내의 슬러지가 응집되는 응집조에서 슬러지를 응집시키는 단계를 더 포함하는 것일 수 있다.

상기 구현예에 의한 수중의 불소제거방법은 상기 응집조와 연결되며, 상기 응집조의 처리수 내의 슬러지가 침전되는 침전조를 더 포함하여 슬러지를 침전시키는 단계를 더 포함하는 것일 수 있다.

본 발명에 의한 수중의 불소처리 장치 및 수중의 불소처리 방법에 따르면, 기존 불소처리 시 주로 사용했던 수산화칼슘의 과잉 공급에 의한 슬러지 발생량 증가 및 스케일에 의한 문제점 등을 해결할 수 있으며, 고효율 불소제거 및 경제성을 동시에 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 수중의 불소제거장치를 나타낸 것이다.

이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

본 발명은 불소제거조, 불소제거조의 불소제거 효율 향상을 위하여 불소제거조에 활성화된 시드를 공급하는 시드 공급조 및 시드를 활성화시키는 캐비테이션 장치를 포함하는 수중의 불소제거장치 및 이와 같은 수중의 불소제거장치를 이용하는 수중의 불소제거방법에 관한 것이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

본 발명은 (a) 유입수가 유입된 후 불소제거제와 알칼리 물질이 공급되어, 유입수 내의 불소가 제거되는 불소제거조(10); (b) 상기 불소제거조(10)의 불소제거 반응 효율 향상을 위한 시드(seed)를 공급하기 위한 시드 공급조(50); 및 (c) 상기 시드 공급조(50)로부터 시드를 공급받아 시드를 활성화시킨 뒤 다시 시드 공급조(50)로 공급하는 캐비테이션 장치(60)를 포함하는 수중의 불소제거장치에 관한 것이다.

본 발명은 또한, 불소제거조에 유입수 및 활성화된 시드가 유입된 후, 불소제거제와 알칼리 물질이 공급되어 유입수 내의 불소를 제거하는 수중의 불소제거방법에 관한 것이다.

불소제거조(10)는 유입수 내의 불소와 불소제거제의 반응에 의해 불소를 제거하기 위한 반응조이다.

구체적으로, 불소제거조(10)로 유입수가 유입된 후, 불소제거제 탱크(100)로부터 불소제거제가 공급되어 유입수 내의 불소와 불소제거제의 반응에 의해 불소가 제거된다.

이때, 유입수는 불소가 함유된 폐수, 반도체 폐수, 제련폐수, 유리제조폐수, 전기도금폐수, 및 식각폐수 등 일수 있으나, 불소가 포함된 폐수라면 이에 제한되는 것은 아니다.

또한, 불소제거제는 CaCl_2,CaO, CaCO₃, CaSO₄, CaHPO₄, MgO, Al₂(SO₄)₃, PAC(Poly Aluminum Chloride) 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택되고, 바람직하게는 CaCl₂일 수 있다.

불소제거제가 CaCl₂과 같은 칼슘화합물일 경우, 불소제거조(10)에서는 유입수 중의 불소와 Ca²⁺가 반응하여 아래 반응식 (I)과 같이 난용성의 CaF₂가 생성되어, 응집 및 침전에 의해 제거할 수 있다.

2F^- + Ca²⁺ → CaF₂↓ ------------ (I)

한편, 불소는 강산 영역에서 HF 및 H₂F₂ 등의 형태로 존재하여 상기 (I)의 반응식에 의해 제거하기 힘들다. 따라서 불소를 제거 가능한 이온 형태로 해리시키기 위해 알칼리 물질 탱크(200)에서 알칼리 물질이 공급되어 불소제거조(10) 내의 pH를 6~11 사이로 조정한다.

이를 위해, 알칼리 물질은 NaOH, KOH, Ca(OH)₂, Na₂CO₃및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택될 수 있고, 바람직하게는 NaOH 일 수 있다.

또한, 시드공급조(50)에서 불소제거조(10)로 시드가 유입되어 불소제거를 위한 반응핵으로 작용하여 불소제거 효율을 보다 촉진시킬 수 있다.

본 발명에 따른 수중의 불소제거장치는 상기 불소제거조(10)의 처리수가 유입되어 잔류칼슘을 제거하는 칼슘제거조(20)를 더 포함할 수 있다.

이 때, 소다회 탱크(300)로부터 칼슘제거조(20)로 소다회가 공급되어 아래 반응식 (Ⅱ)와 같이 잔류칼슘과 소다회의 반응을 통해 불소를 제거하고 남은 잔류칼슘을 CaCO₃ 형태로 제거할 수 있다.

Ca²⁺ + Na₂CO₃ → CaCO₃↓+ 2Na⁺ ------------ (Ⅱ)

또한, 상기 칼슘제거조(20)에서 칼슘제거의 효율을 높이기 위해 알칼리 물질 탱크(200)로부터 알칼리 물질을 공급할 수 있다. 상기 (Ⅱ) 반응은 pH에 상당히 의존적인 반응으로, 필요한 경우 칼슘제거조의 pH를 7~11로 조정함으로써 칼슘제거 효율을 높일 수 있다.

한편, 칼슘제거조(20)에서의 칼슘제거 효율을 향상시키기 위하여, 시드공급조(50)로부터 활성화된 시드를 추가로 공급할 수도 있다.

시드 공급조(50)는 상기 불소제거조(10)와 칼슘제거조(20)의 반응성 향상을 위해 활성화된 시드를 공급하기 위한 반응조이다.

구체적으로, 침전조(40)의 슬러지가 시드 공급조(50)로 반송되면 캐비테이션 장치(60)에 의해 슬러지가 활성화 된다. 활성화된 슬러지는 상기 불소제거조(10)와 칼슘제거조(20)에 공급되게 되고, 이때 활성화된 슬러지는 불소와 칼슘 제거를 위한 시드로 작용하여 반응성을 향상 시키게 된다.

캐비테이션 장치(60)에서는 시드 공급조(50)를 통하여 공급된 슬러지가 수리동력학적 캐비테이션 작용에 의해 활성화된 후, 활성화된 시드 형태로 다시 시드 공급조(50)로 활성화된 시드를 공급한다.

본 발명에 따른 수중의 불소제거장치는 상기 칼슘제거조(20)의 처리수가 유입된 후 응집제 탱크(400)로부터 응집제가 공급되어, 상기 칼슘제거조(20) 처리수 내의 CaF₂, CaCO₃ 등이 응집되는 응집조(30)를 더 포함할 수 있다.

이때, 응집의 효율을 높이기 위해 황산탱크(500)로부터 황산이 유입되어 pH를 6~7범위로 조정할 수 있다.

상기 응집제 탱크(400)에서 응집조(30)로 공급되는 응집제 물질은 음이온성 고분자 물질일 수 있다.

본 발명에 따른 수중의 불소제거장치는 상기 응집조(30)의 처리수가 유입된 후 응집된 CaF₂, CaCO₃등이 침전되는 침전조(40)를 더 포함할 수 있다.

이 때, 침전된 슬러지는 상기 불소제거조(10)와 칼슘제거조(20)의 반응 촉진을 위한 시드로 사용하기 위해 상기 시드공급조(50)로 반송될 수 있다.

전술한 바와 같은 수중의 불소제거장치를 이용한 수중의 불소제거방법에 따르면, 수산화칼슘을 사용하지 않고 불소를 제거할 수 있어 수산화칼슘의 사용에 따른 여러 문제점을 해결할 수 있다.

1: 수중의 불소제거장치
10: 불소제거조
20: 칼슘제거조
30: 응집조
40: 침전조
50: 시드공급조
60: 수리동력학적 캐비테이션 장치
100: 불소제거제 탱크
200: 알칼리 물질 탱크
300: 소다회 탱크
400: 응집제 탱크
500: 황산탱크

Claims

(a) 유입수가 유입된 후 불소제거제와 알칼리 물질이 공급되어 유입수 내의 불소가 제거되는 불소제거조;
(b) 상기 불소제거조에서의 불소제거 반응 효율 향상을 위한 시드(seed)를 공급하기 위한 시드 공급조; 및
(c) 상기 시드 공급조로부터 시드를 공급받아 시드를 활성화시킨 뒤 다시 시드 공급조로 공급하는 캐비테이션 장치를 포함하는, 수중의 불소제거장치.
제1항에 있어서,
상기 불소제거제는 CaCl_2,CaO, CaCO₃, CaSO₄, CaHPO₄, MgO, Al₂(SO₄)₃, PAC(Poly Aluminum Chloride) 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택되고,
상기 알칼리물질은 NaOH, KOH, Ca(OH)₂, Na₂CO₃ 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택되는 것임을 특징으로 하는 수중의 불소제거장치.
제1항에 있어서,
상기 불소제거제는 CaCl₂이고, 알칼리물질은 NaOH인 것임을 특징으로 하는 수중의 불소제거장치.
제1항에 있어서,
상기 불소제거조와 연결되며, 상기 불소제거조의 처리수가 유입된 후 소다회가 공급되어, 상기 불소제거조 처리수 내의 잔류칼슘을 제거하는 칼슘제거조를 더 포함하는 수중의 불소제거장치.
제4항에 있어서,
상기 칼슘제거조와 연결되며, 상기 칼슘제거조의 처리수가 유입된 후 응집제가 공급되어, 상기 칼슘제거조 내의 슬러지가 응집되는 응집조를 더 포함하는 수중의 불소제거장치.
제5항에 있어서,
상기 응집조와 연결되며, 상기 응집조의 처리수 내의 슬러지가 침전되는 침전조를 더 포함하는 수중의 불소제거장치.
불소제거조에 유입수 및 활성화된 시드가 유입된 후, 불소제거제와 알칼리 물질이 공급되어 유입수 내의 불소를 제거하는, 수중의 불소제거방법.
제1항에 있어서,
상기 활성화된 시드는 침전조에서 배출되는 슬러지가 시드 공급조로 유입된 후, 캐비테이션 장치로 유입되어 활성화되는 것임을 특징으로 하는, 수중의 불소제거방법.
제7항에 있어서,
상기 불소제거제는 CaCl_2,CaO, CaCO₃, CaSO₄, CaHPO₄, MgO, Al₂(SO₄)₃, PAC(Poly Aluminum Chloride) 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택되고,
상기 알칼리물질은 NaOH, KOH, Ca(OH)₂, Na₂CO₃ 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택되는 것임을 특징으로 하는 수중의 불소제거방법.
제7항에 있어서,
상기 불소제거제는 CaCl₂이고, 알칼리물질은 NaOH인 것임을 특징으로 하는 수중의 불소제거방법.
제7항에 있어서,
상기 불소제거조의 처리수가 유입된 후 소다회가 공급되어, 상기 불소제거조의 처리수 내의 잔류칼슘을 제거하는 칼슘제거조에서 잔류칼슘을 제거하는 단계를 더 포함하는 수중의 불소제거방법.
제11항에 있어서,
상기 칼슘제거조와 연결되며, 상기 칼슘제거조의 처리수가 유입된 후 응집제가 공급되어, 상기 칼슘제거조 내의 슬러지가 응집되는 응집조에서 슬러지를 응집시키는 단계를 더 포함하는 수중의 불소제거방법.
제12항에 있어서,
상기 응집조와 연결되며, 상기 응집조의 처리수 내의 슬러지가 침전되는 침전조를 더 포함하여 슬러지를 침전시키는 단계를 더 포함하는 수중의 불소제거방법.