KR20170041814A

KR20170041814A - 수성 공정 스트림을 탈수시키기 위한 응집제 용액을 제조하고 분배시키기 위한 장치

Info

Publication number: KR20170041814A
Application number: KR1020177006239A
Authority: KR
Inventors: 호세 라파엘 헤르난데즈 카루치; 요헨 프레드릭 나우어; 앨런 스미스
Original assignee: 에코랍 유에스에이 인코퍼레이티드
Priority date: 2014-08-08
Filing date: 2014-08-08
Publication date: 2017-04-17
Also published as: BR112017002207B1; KR102255267B1; AU2014402885A1; EP3177572A1; US11319223B2; SA517380863B1; WO2016020020A1; AU2014402885B2; US20170233268A1; BR112017002207A2; DK3177572T3; EP3177572B1

Abstract

본 발명은 수성 공정 스트림(4)을 탈수시키기 위한 응집제 용액을 제조하고 분배하기에 적합한 장치(1)로서, 장치(1)가 응집제 용액을 혼합하고 응집제 용액 상에 압력을 증가시키는 혼합 펌프(5), 및 숙성 압력 탱크(2)를 포함하며, 숙성 압력 탱크(2)가 혼합 펌프(5)와 유체적으로 연결되며, 이에 따라, 가압된 희석된 응집제 용액(3)이 혼합 펌프(5)에서 숙성 압력 탱크(2)로 유도되고 여기에서 대기압 보다 높은 압력 하에서 숙성되는 장치(1)에 관한 것이다.

Description

수성 공정 스트림을 탈수시키기 위한 응집제 용액을 제조하고 분배시키기 위한 장치{APPARATUS FOR PREPARING AND DISPENSING A FLOCCULANT SOLUTION TO DEWATERING AN AQUEOUS PROCESS STREAM}

본 발명은 수성 공정 스트림(aqueous process stream)을 탈수시키기 위한 응집제 용액(flocculant solution)을 제조하고 분배하기 위한 장치, 및 이러한 것으로 응집제 폴리머(flocculants polymer)의 활성을 증가시키는 방법에 관한 것이다.

수성 공정 스트림, 예를 들어, 슬러리(slurry), 하수 슬러지(sewage sludge), 또는 산업 슬러지(industrial sludge)를 처리하기 위한 응집제들이 널리 사용되고 있다. 폐수의 정제에서, 하수 슬러지 또는 산업 슬러지와 같은 슬러리를 탈수시키기 위한 일반적인 공정은 액체를 슬러리의 고체 분획으로부터 분리시키는, 탈수 시스템을 통해 슬러지(sludge)를 통과시키는 것이다. 폴리머 용액은, 응집으로서 공지된 공정에 의해 고체/액체 분리를 개선시키기 위해 탈수 유닛 이전에 슬러리에 첨가된다. 응집은 클레이(clay), 폴리머, 또는 다른 작은 하전된 입자들이 부착되고 플록(floc)을 형성하는 상태이다. 폴리머 응집제는 그 중에서도, 개질된 폴리아크릴레이트, 개질된 폴리메타크릴레이트, 개질된 폴리아크릴아미드, 뿐만 아니라, 개질된 폴리메타크릴아미드를 포함한다.

응집은 음료수의 정제, 뿐만 아니라, 하수 처리, 빗물 처리 및 다른 산업 폐수 스트림의 처리에서 널리 사용된다. 여과된 탈수된 상태의 슬러지 건조 물질은 종종 필터 케이크(filter cake)로서 지칭된다. 응집제는 또한, 후속 양의 슬러지에서 필터 케이크를 통한 물의 통과를 개선시킨다.

특허출원 DE 10210511호에는 폴리머 응집제의 수용액이 숙성되고(matured) 저장되는, 제1 숙성 탱크(mature tank)를 구비한 장치가 언급되어 있다. 그러한 숙성 탱크에서의 폴리머 응집제의 수용액은 믹서(mixer)로 일정하게 교반된다. 제1 탱크에서 폴리머 응집제의 숙성 후에, 숙성된 폴리머 응집제 수용액은 또한 공급 탱크로서 명명되는 제2 저장 탱크로 전달된다. 제2 저장 탱크에서, 전달된 폴리머의 숙성된 응집제 수용액은 추가로 일정하게 교반된다. 응집제 수용액은 여과 또는 탈수 공정 동안 제2 탱크로부터 연속적으로 분배되고, 저장 탱크가 비워질 때까지, 공정 스트림의 슬러리에 공급된다. 제1 탱크로부터의 숙성된 응집제(matured flocculant)는 빈 제2 저장 탱크로 펌핑되고, 슬러지를 탈수시키기 위해 공정 스트림의 슬러리에 공급된다.

상기 언급된 믹서는 적어도 제1 숙성 압력 탱크(first maturing pressure tank) 및 제2 저장 탱크, 뿐만 아니라, 두 탱크들 사이의 펌프 유닛을 포함한다.

본 발명의 목적은 항상, 낮은 수직 제작 범위, 더욱 컴팩트하고 단순한 구조를 갖는 수성 공정 스트림을 처리하기 위한 장치를 제공하기 위한 것이다.

이러한 목적은 수성 공정 스트림을 탈수시키기 위한 응집제 용액을 제조하고 분배하기 위한 장치로서, 장치가 응집제 용액을 혼합시키고 응집제 용액 상에 압력을 증가시키는 혼합 펌프, 및 숙성 압력 탱크를 포함하며, 숙성 압력 탱크가 혼합 펌프와 유체적으로 연결되며, 이에 따라, 가압된 희석된 응집제 용액(pressurized diluted flocculant solution)이 혼합 펌프에서 숙성 압력 탱크로 유도되고 여기에서 대기압 보다 높은 압력 하에서 숙성되는 장치를 제공함으로써 달성된다.

다른 양태에 따르면, 수성 공정 스트림을 탈수시키기 위한 응집제 용액을 제조하고 분배하기 위한 장치는 적어도 하나의 혼합 펌프를 포함하며, 여기서, 혼합 펌프는 원심 펌프이다.

다른 양태에 따르면, 수성 공정 스트림을 탈수시키기 위한 응집제 용액을 제조하고 분배하기 위한 장치로서, 혼합 펌프 이후에, 이러한 것으로 처리될 공정 스트림으로의 가압된 희석된 응집제 용액의 유체 흐름은 혼합 펌프에 의해 발생된 가압된 희석된 응집제 용액의 압력에 의해 유도되는 장치.

다른 양태에 따르면, 수성 공정 스트림을 탈수시키기 위한 응집제 용액을 제조하고 분배하기 위한 장치로서, 유체 흐름 방향에서, 혼합 펌프 이후에, 유체 흐름이 단지 가압된 희석된 응집제 용액의 압력에 의해 추진되며 유체 흐름 방향에서, 혼합 펌프 이후에 추가적인 펌프가 배열되지 않도록, 가압된 희석된 응집제 용액의 유체 흐름이 가압된 희석된 응집제 용액의 압력에 의해 추진되는 장치.

일 양태에 따르면, 장치는 숙성 압력 탱크인, 단지 희석된 응집제 수용액을 저장하고/거나 숙성시키기 위한 하나의 탱크를 포함하며, 여기서, 교반이 일어나지 않는다. 숙성 압력 탱크를 의미하는 하나의 탱크로부터, 희석된 응집제 수용액은 인-라인 믹서(in-line mixer)를 통해 슬러지-슬러리-스트림(sludge-slurry-stream)에 직접적으로 공급된다.

혼합 펌프의 교반 유닛(agitating unit)은 임펠러(impeller) 및/또는 터빈(turbine)일 수 있다. 혼합 펌프는 폴리머를 물 용액(water solution)에 혼합시키기 위해 적어도 약 ≥ 100 rpm의 회전 속도를 가질 수 있으며, 이는 전도도의 증가를 야기시키고/거나 응집제 용액의 전도도의 시간에 따른 증가 속도를 증가시키기 위한 것이다.

다른 양태에 따르면, 장치는 적어도 하나의 혼합 펌프 및 적어도 하나의 숙성 압력 탱크, 바람직하게, 단지 하나의 숙성 압력 탱크를 포함하며, 여기에, 가압된 희석된 응집제 용액은 혼합 펌프로부터 유도되고, 대기압 보다 높은 압력 하에서 숙성되고/거나 저장된다.

가압된 희석된 응집제 용액은 예를 들어, 가압된 희석된 응집제 용액을 숙성시키기 위해 가공 탱크에 저장되며, 이에 의해, 저장 시간 동안에, 가압된 희석된 응집제 용액의 압력은 가공 탱크에서 유지된다.

일 양태에 따르면, 혼합 펌프는 가공 탱크의 유입 포트와 유체적으로 연결된다.

일반적으로, 응집제로 처리될 수성 공정 스트림은 응집을 야기시키고 예를 들어, 혼합 유닛에 공급되는 슬러지일 수 있다.

다른 양태에 따르면, 장치는

- 농축된 응집제 용액을 용매, 바람직하게, 물과 혼합시키고 희석시키기 위한 적어도 하나의 혼합 펌프,

- 혼합 펌프로부터 수용된 가압된 희석된 응집제 용액이 희석된 응집제 라인을 통해 유도되고 대기압 보다 높은 압력 하에서 저장되는 적어도 하나의 숙성 압력 탱크,

- 희석된 응집제 용액을 수성 공정 스트림에 공급하기 위한, 가압식 가공 탱크와 연결된 적어도 하나의 공급 유닛을 포함한다.

일 구체예에 따르면, 공급 유닛이 펌프를 포함하지 않을 수 있는 것으로 이해되는데, 이는 공급 유닛이 가압된 희석된 응집제 용액의 압력에 의해 추진된다는 것을 의미한다.

"유체 흐름 방향"이 다운스트림(downstream)을 의미하는 것으로 이해된다.

조성물의 모든 성분, 물질, 또는 제제들의 총 중량% 양이 100 중량%를 초과하지 않도록 선택되는 것으로 이해된다.

본원에서 사용되는 "퍼센트," "%", 등이 "중량%," "wt%," 등과 동의어인 것으로 의도된다.

본원에서 사용되는 용어 "사용할 준비(ready to use)"는 임의 추가 희석 없이, 수성 공정 스트림, 바람직하게, 슬러지에 직접적으로 적용될 수 있는 희석된 응집제 용액을 지칭하는 것이다.

본원에서 사용되는 용어 "혼합 펌프"는 응집제 용액 흐름의 회전 운동 에너지의 유체역학 에너지로의 전환에 의해 응집제 용액을 혼합하고 전달하는 펌프를 지칭한다.

혼합 펌프의 회전 에너지는 통상적으로, 엔진 또는 전기 모터로부터 비롯한 것이다. 유체, 여기서, 응집제 용액은 회전축을 따라 또는 부근에서 펌프 교반 유닛으로 진입하고, 임펠러에 의해 혼합되고 가속화되고, 방사상으로 외측으로 흐른다.

교반 유닛(agitating unit)은 응집제 용액을 혼합하고/거나 전달하기에 적합한 임펠러, 교반 유닛(stirring unit) 및/또는 터빈일 수 있다.

사용될 수 있는 혼합 펌프는 원심 펌프, 및 바람직하게, 다단계 원심 펌프이다. 사용될 수 있는 원심 펌프는 예를 들어, 회사 Grundfos Pumps Corporation으로부터 획득 가능한 다단계 원심 펌프, 예를 들어, CR 다단계 원심 펌프 또는 예를 들어, Brown Brothers Engineers로부터 획득 가능한 Lowara BG Series 단일 단계 펌프이다.

본원에서 사용되는 용어 "증가된 전도도"는 혼합 펌프에서 혼합되기 전에 희석된 응집제 용액의 전도도가 혼합 펌프로 혼합된 후 응집제 용액의 전도도 보다 더욱 낮은 것을 의미한다.

수성 공정 스트림을 탈수시키기 위한 응집제 용액을 제조하고 분배시키기 위한 "장치"는 또한 "디스펜서(dispenser)"로 명명될 수 있다.

용어 "숙성 압력 탱크"는 숙성 압력 탱크가 대기압 보다 높은 압력을 갖는 가압된 희석된 응집제 용액을 수용함을 의미한다. 대기압은 10,13 N/㎠(1013 mbar)이다.

용어 "혼합"은 혼합 펌프와 관련하여, 농축된 응집제 용액이 용매, 바람직하게, 물과 조합되어 희석된 응집제 용액을 수득한다는 것을 의미한다.

본원에서 사용되는 용어 "약"은 예를 들어, 현실에서 농축물 또는 사용 용액을 제조하기 위해 사용되는 통상적인 측정 및 액체 조작 절차를 통해; 조성물을 제조하거나 방법을 수행하기 위해 사용되는 구성성분들의 제조, 공급원 또는 순도의 차이, 등을 통해 일어날 수 있는 수량의 편차를 지칭한다. 용어 "약"은 또한, 특정 초기 혼합물로부터 형성되는 조성물에 대한 상이한 평형 상태로 인해 상이한 양을 포함한다. 용어 "약"에 의해 수식되거나 수식되지 않던지 간에, 청구항들은 양에 대한 균등물(equivalent)을 포함한다.

본 명세서 및 첨부된 청구범위에서 사용되는 단수 형태가 내용이 달리 명확하게 명시하지 않는 한, 복수 지시대상을 포함한다는 것이 주지되어야 한다.

또한, 용어 "또는"이 일반적으로, 내용이 달리 명확하게 명시하지 않는 한, 이의 의미에 있어서 "및/또는"을 포함하는 것으로 사용된다는 것이 주지되어야 한다.

상세하게, 본원에서 인용된 임의 수치(예를 들어, 범위)가 하한치 내지 상한치의 모든 수치를 포함하는 것으로 이해되며, 즉, 나열된 하한치와 상한치 사이의 수치들의 모두 가능한 조합들이 본 출원에 명확하게 기술되는 것으로 여겨진다. 예를 들어, 농도 범위가 1% 내지 50%로서 기술되는 경우에, 2% 내지 40%, 10% 내지 30%, 또는 1% 내지 3%, 등과 같은 수치가 본 명세서에서 명확하게 나열된 것으로 의도된다. 이러한 것들은 상세하게 의도되는 것의 단지 일 예이다.

다른 의도(another intend)는 공정 스트림을 탈수시키기 위해 공정 스트림에 공급될 수 있는 보다 빠른 폴리머 활성을 갖는 보다 높은 농도의 희석된 응집제 폴리머 용액을 구성하기 위한 것이다. 전도도는 폴리머 활성의 지표이다. 그러한 것은 전도도의 증가가 희석된 응집제 폴리머 용액에서 폴리머의 활성의 증가를 지시한다는 것을 의미한다.

놀랍게도, 혼합 펌프에서 적어도 약 ≥ 100 rpm의 rpm으로 희석된 응집제 용액을 혼합시키는 것이 전도도를 상당히 증가시키고/거나 전도도의 시간 당 증가속도를 증가시키고, 이에 따라, 보다 높은 농축된 응집제 용액이 수성 공정 스트림을 탈수시키기 위해 처리되고 공급될 수 있다는 것이 발견되었다.

또한, 더욱 놀랍게도, 보다 높은 농축된 응집제 용액이 수성 공정 스트림을 탈수시키기 위해 공급되지만, 전체 응집제 용액 소비가 혼합 펌프와 혼합되지 않고 본 발명에 따른 숙성 압력 탱크에 저장되는 응집제 용액을 사용하여 동일한 슬러지 탈수와 비교하여 감소될 수 있다는 것이 발견되었다.

일 양태에 따르면, 혼합된 응집제 용액의 전도도의 증가로 인해, 약 ≥ 1 중량% 내지 약 ≤ 10 중량%, 바람직하게, 약 ≥ 1.5 중량% 내지 약 ≤ 5 중량%, 및 또한, 바람직하게, 약 ≥ 2 중량% 내지 약 ≤ 4 중량%의 혼합된 응집제 수용액은 수성 공정 스트림을 탈수시키기 위해 공급되도록 가공될 수 있다.

보다 높은 농도를 갖는 응집제 폴리머 용액을 제조할 때 물 절약은 명백하다. 응집제 폴리머 수용액을 1 중량%에서 4 중량%까지 증가할 때, 75%의 물이 절약된다. 이는 90% 정도로 높을 수 있다.

혼합 펌프를 포함하는 수성 공정 스트림을 탈수시키기 위한 응집제 용액을 제조하고 분배하기 위한 장치의 잇점은 전도도의 증가로 인해, 보다 높은 농축된 응집제 용액이 수성 공정 스트림을 탈수시키기 위해 처리되고 공급될 수 있다는 것이다.

이와 관련하여, 놀랍게도, 수성 공정 스트림을 탈수시키기 위해 공급된 보다 높은 농축된 응집제 용액이 보다 낮은 농축된 응집제 용액과 비교하여 동일한 슬러지 탈수를 달성하기 위해 전체 응집제 소비를 감소시킬 수 있다는 것이 발견되었다.

혼합 펌프는 혼합된 응집제 용액 상에 압력을 증가시킬 수 있으며, 이에 따라, 또한 희석된 응집제 용액으로도 명명되는 혼합된 응집제 용액이 가압되게 한다. 이는, 혼합 전에 응집제 용액의 압력이 응집제 용액을 혼합 펌프와 혼합시킨 후의 압력 보다 낮다는 것을 의미한다. 다른 말로 해서, 혼합 펌프는 혼합된 응집제 용액을 가압시키기 위해 사용될 수 있다.

이에 따라, 수성 공정 스트림을 탈수시키기 위한 응집제 용액을 제조하고 분배하기에 적합한 본 장치의 다른 잇점은, 농축된 응집제 용액을 용매, 바람직하게, 물과 혼합시키고 희석시키기 위한 혼합 펌프와, 혼합된 희석된 응집제 용액을 압력 하에서 저장하는 가압식 가공 탱크의 결합으로 인해, 가압된 응집제 용액을 혼합하기 위한 가압된 탱크에서 추가적인 믹서 및/또는 교반기를 필요로 하지 않다는 것일 수 있다. 이에 따라, 가압된 응집제 용액은 처리될 수성 공정 스트림, 바람직하게, 슬러지에 혼합하고/거나 교반하지 않으면서 숙성 압력 탱크로부터 직접적으로 공급될 수 있다.

수성 공정 스트림을 탈수시키기 위한 응집제 용액을 제조하고 분배하기 위해 적합한, 본 장치의 다른 잇점은 혼합 펌프 후에, 가압된 응집제 용액이 존재하는 압력으로 인해 수성 공정 스트림에 공급될 수 있기 때문에, 추가적인 펌프가 요구되지 않는다는 것이다.

이는 혼합 펌프를 제외하고 또한 "교반기"로 명명되는 믹서를 필요로 하지 않고 희석된 응집제 용액을 탱크에서 공정 스트림, 바람직하게, 슬러지로 펌핑하기 위한 또한 "방출식 펌프(discharged pump)"로 명명된 이송 펌프를 필요로 하지 않는 응집제를 분배하기 위한 장치를 개발할 수 있게 한다.

또한, 놀랍게도, 혼합된 가압된 응집제 용액의 중량이 단지 희석된 응집제 용액의 전도도를 증가시키기 위해 혼합 펌프와 혼합되지 않는다는 점에서 차이가 나는 동일한 희석된 응집제 용액과 비교하여, 예를 들어, 슬러지를 탈수시키기 위한 수성 공정 스트림에 공급되는 경우에 동일한 탈수 결과를 달성하기 위해 감소될 수 있다는 것이 발견되었다.

농축된 응집제 용액을 용매, 바람직하게, 물과 혼합하기 위해 사용될 수 있는 혼합 펌프는 응집제 용액을 혼합하고 혼합된 응집제 용액 상에 대한 압력을 증가시키는 펌프이다.

일 양태에 따르면, 교반 유닛, 바람직하게, 적어도 하나의 임펠러 또는 적어도 하나의 터빈, 혼합 펌프, 바람직하게, 원심 펌프의 회전 속도는 약 ≥ 100 rpm(분당 회전수) 내지 약 ≤ 5000 rpm, 바람직하게, 약 ≥ 200 rpm 내지 약 ≤ 4800 rpm, 더욱 바람직하게, 약 ≥ 400 rpm 내지 약 ≤ 4600 rpm, 더욱 바람직하게, 약 ≥ 600 rpm 내지 약 ≤ 4200 rpm 및 더욱더 바람직하게, 약 ≥ 800 rpm 내지 약 ≤ 4000 rpm 및 가장 바람직하게, 약 ≥ 1000 rpm 내지 약 ≤ 4000 rpm, 약 ≥ 2000 rpm 내지 약 ≤ 4000 rpm 또는 약 ≥ 3000 rpm 내지 약 ≤ 4000 rpm일 수 있다.

혼합은 혼합 포인트(mixing point)에서, 농축된 응집제 용액의 유체 흐름을 용매, 바람직하게, 물의 유체 흐름과 조합함으로써 달성될 수 있으며, 희석된 응집제 용액은 혼합 펌프로 유도되며, 여기서, 이는 혼합되고 가압된다. 혼합 펌프로부터, 가압된 희석된 응집제 용액은 가공 탱크로 유도되며, 여기서, 희석된 응집제 용액은 대기압 보다 높은 압력 하에서 저장되고/거나 숙성된다.

숙성 압력 탱크는 혼합 펌프로부터 가압되고 혼합된 희석된 응집제 용액을 수용한다. 숙성 압력 탱크는 여기에 저장된 혼합된 희석된 응집제 용액에 추가적인 압력을 증가시키기 위한 수단을 지니지 않을 수 있다. 숙성 압력 탱크는 숙성 압력 탱크에서 가압된 희석된 응집된 용액의 압력을 견디도록 설계된다.

일 양태에 따르면, 혼합 펌프의 배출구와 인라인 믹서 사이에, 가압되고 혼합된 희석된 응집제 용액에 압력을 증가시키는 추가 수단이 배열되지 않는다.

숙성 압력 탱크는 약 ≥ 50 리터 내지 약 ≤ 1000 리터, 바람직하게, 약 ≥ 60 리터 내지 약 ≤ 500 리터, 더욱 바람직하게, 약 ≥ 70 리터 내지 약 ≤ 200 리터, 더욱 바람직하게, 약 ≥ 80 리터 내지 약 ≤ 150 리터 및 가장 바람직하게, 약 ≥ 85 리터 내지 약 ≤ 100 리터의 내부 용적을 가질 수 있다.

일 양태에 따르면, 혼합 펌프는 다수의 턴(turn)을 위해 원형 튜브에서 희석된 응집제 용액을 펌핑시킬 수 있고, 이후에, 가공 탱크로 가압된 희석된 응집제 용액을 배출시킬 수 있다. 숙성 압력 탱크로 가압된 희석된 응집제 용액을 배출시키는 공정은 연속적이거나 불연속적일 수 있다.

사용될 수 있는 혼합 펌프는 예를 들어, 원심 펌프, 레이디얼 펌프(radial pump) 또는 회전 펌프로서 알려져 있다. 이에 따라, 유익하게 사용될 수 있는 혼합 펌프는 믹서의 성질과 주입 펌프(fed pump) 또는 이송 펌프의 성질을 결합시킨 것이다.

사용될 수 있는 펌프는 약 ≥ 0.5 ㎥/h 내지 약 ≤ 10 ㎥/h, 바람직하게, 약 ≥ 1 ㎥/h 내지 약 ≤ 4 ㎥/h의 유량 용량(flow volume)을 가질 수 있다.

일 구체예에 따르면, 혼합 펌프는 적어도 약 ≥ 15 N/㎠ 내지 약 ≤ 100 N/㎠, 바람직하게, 적어도 약 ≥ 20 N/㎠ 내지 약 ≤ 80 N/㎠, 더욱 바람직하게, 적어도 약 ≥ 25 N/㎠ 내지 약 ≤ 60 N/㎠, 더욱더 바람직하게, 적어도 약 ≥ 30 N/㎠ 내지 약 ≤ 50 N/㎠ 또는 적어도 약 ≥ 45 N/㎠ 내지 약 ≤ 75 N/㎠의 압력에서 작동한다.

일 양태에 따르면, 폴리머 응집제 용액은 혼합 펌프를 통해 순환될 수 있으며, 이에 의해, 혼합 펌프에서 응집제 용액의 체류 시간은 ≥ 0.5 초 내지 약 ≤ 120 초, 바람직하게, ≥ 0.8 초 내지 약 ≤ 90 초, 더욱 바람직하게, ≥ 1 초 내지 약 ≤ 80 초, 추가로 바람직하게, ≥ 3 초 내지 약 ≤ 70 초 및 더욱 바람직하게, 약 ≥ 5 초 내지 약 ≤ 60 초 또는 약 ≥ 10 초 내지 약 ≤ 40 초일 수 있다.

혼합 펌프에서 응집제 용액의 체류 시간 및/또는 혼합 펌프의 교반 유닛의 회전 속도는 전도도의 증가에 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, Nalco Core Shell® 71038의, 높은 MW를 갖는 폴리머 응집제 용액에 대하여, 전도도는 약 ≥ 5 초 내지 약 ≤ 30 분의 혼합 펌프 및 숙성 압력 탱크에서의 체류 시간에서 현저하게 증가될 수 있다. 30 분 초과의 체류 시간은 전도도의 현저한 증가를 야기시키지 못할 수 있다. 일반적으로, 30 분 후에, 가압된 희석된 폴리머 응집제 용액의 최대 전도도가 얻어진다.

혼합 펌프를 통해 순환될 때 폴리머 응집제 용액의 사이클 횟수는 폴리머 응집제 용액의 전도도를 증가시키는데 도움을 줄 수 있다. 혼합 펌프에서 혼합된 폴리머 응집제 용액은 재순환을 완전히 우회할 수 있고, 단지 1회 사이클을 가질 수 있다. 그러나, 약 100 리터의 폴리머 용액으로부터 ≥ 5 리터 내지 약 ≤ 20 리터가 혼합 펌프로 다시 역으로 재순환됨을 의미하는 약 ≥ 5 중량% 내지 약 ≤ 20 중량%의 일부 재순환이 선호될 수 있다는 것이 발견되었다.

일 양태에 따르면, 혼합 펌프의 유출 포트는 다른 한 단부가 적어도 하나의 가압식 가공 탱크에 연결되어 있는 혼합된 희석된 응집제 라인의 한 단부에 연결될 수 있으며, 이에 의해, 응집제 라인은 바람직하게, 다중-방향 밸브, 바람직하게, 3-방향 밸브를 포함하며, 여기에, 재순환 라인의 한 단부가 연결되며, 다른 한 단부에 재순환 라인이 혼합 펌프의 혼합 포인트 또는 유입 포트와 연결된다.

일 구체예에 따르면, 응집제 용액 및 용매, 바람직하게, 물은 분리된 유체 스트림으로서 두 유체 스트림 모두가 조합되는 혼합 포인트로 유도될 수 있다. 또한, "혼합 포인트 유닛"으로 명명되는 혼합 포인트는 속도 부재 또는 두 유체 스트림 모두를 혼합하는 유사한 것을 포함할 수 있다. 그러나, 일반적으로, 혼합 포인트는 농축된 응집제 용액 및 용매, 바람직하게, 물이 함께 흐르는 위치이다. 농축된 응집제 용매의 유체 흐름 및 용매의 유체 흐름 둘 모두가 조합된다.

다른 구체예에 따르면, 혼합 펌프는 혼합 포인트 또는 혼합 포인트 유닛은 혼합 펌프에서 통합되는 것을 의미하는 혼합 포인트를 포함하고/거나, 혼합 펌프는 혼합 포인트 또는 혼합 포인트 유닛이 혼합 펌프로부터 분리된 것을 의미하는 혼합 포인트와 연결된다.

장치는 희석된 응집제 용액이 혼합 펌프로부터 펌핑되는 숙성 압력 탱크를 포함한다. 숙성 압력 탱크는 희석된 응집제 용액을 저장하기 위해 사용된다.

용매와 혼합되고 희석시키는 폴리머 응집제는 숙성 압력 탱크에서 숙성한다. 특정 이론으로 제한하고자 하는 것은 아니지만, 농축된 용액에서 어느 정도로 트위스팅되고 코일링된 폴리머 응집제 사슬은, 숙성 압력 탱크에 있는 동안 저장되는 경우에 이의 혼합되고 희석된 상태에서 펼쳐진다. 그러나, 숙성된 희석된 응집제 용액은 용매, 바람직하게, 물로의 희석 및 혼합 단계 직후에 숙성되고 사용되지 않는 동일한 희석된 응집제 용액과 비교하여 슬러지 탈수에서 증가된 활성을 나타낸다.

숙성 압력 탱크에 저장된 희석된 응집제 용액 및 저장된 후 숙성 압력 탱크로부터 흐르는 희석된 응집제 용액은 본 명세서에서 숙성된 희석된 응집제 용액으로서 지칭된다.

일 양태에 따르면, 장치는 또한,

- 적어도 하나의 응집제 용액 저장소,

- 농축된 응집제 용액을 눈금 용기에서 혼합 포인트로 펌핑시키는, 적어도 하나의 이송 펌프를 포함하는 적어도 하나의 제1 공급 라인, 및

- 적어도 하나의 제2 용액 공급 라인을 포함할 수 있으며, 이에 의해, 용액은 바람직하게, 물이며, 제2 용액 공급 라인은 한 단부가 용매 공급부와 연결되고 다른 한 단부가 혼합 포인트에 연결되며, 혼합 포인트에서, 농축된 응집제 모액은 용매, 바람직하게, 물과 혼합된다.

장치의 제2 희석된 용액 공급 라인은 용액 공급부와, 바람직하게, 물 전달 시스템에 연결될 수 있으며, 이에 의해, 제2 용액 공급 라인은 바람직하게, 적어도 하나의 물 필터, 적어도 하나의 압력 방출 밸브 및/또는 적어도 하나의 솔레노이드 밸브를 포함한다.

또한, 제1 공급 라인은 한 단부가 눈금 용기에 연결되고, 다른 한 단부가 혼합 포인트 또는 혼합 펌프에 연결될 수 있으며, 이에 의해, 제1 공급 라인은 적어도 2개의 다중-방향-밸브, 바람직하게, 3-방향 밸브를 추가로 포함하며, 여기에, 공급 라인 순환로가 연결된다. 또한, 이송 펌프는 공급 라인에 연결될 수 있으며, 과압 밸브는, 과압력에 대해 장치를 보호하기 위해 공급 라인에서의 압력이 제공된 수치 보다 더욱 높은 경우 개방되어 있는 이송 펌프의 유입 포트 앞에 및 유출 포트 뒤에 연결될 수 있다.

용매 공급부는 바람직하게, 물일 수 있다. 용매 공급부는 대기압 보다 높은, 예를 들어, 약 ≥ 15 N/㎠ 내지 약 ≤ 160 N/㎠의 압력을 갖는, 공급 라인, 예를 들어, 물 라인에 연결될 수 있다. 용매 공급부의 압력이 가압된 희석된 응집제 용액의 압력 보다 높은 경우에, 압력 감소기(pressure reducer)가 용액 공급 라인의 압력을 가압된 희석된 응집제 용액 및/또는 혼합 펌프의 펌핑 압력과 동일하게 하기 위해 또한 "제2 용액 공급 라인"으로 명명되는 용액 공급 라인에서 통합되는 것이 바람직할 수 있다.

다른 양태에 따르면, 장치는 또한, 인라인 믹서를 구비한 공급 유닛을 포함하며, 여기서, 인라인 믹서는, 희석된 응집제 용액이 처리될 공정 스트림에서, 바람직하게, 슬러리 내에서 공급되고 혼합될 수 있도록 수성 공정 스트림에서 통합되며, 이에 의해, 바람직하게, 공급 라인은 숙성 압력 탱크를 인라인 믹서에 연결시킨다.

숙성 압력 탱크를 인라인 믹서에 연결시키는 공급 라인은 공급 유닛에 의해 수성 공정 스트림에 공급되는 희석된 응집제 용액의 양을 조절하고/거나 조절하는 적어도 하나의 투입 제어기 유닛을 포함할 수 있다.

본 장치의 잇점은 희석된 응집제 용액이 분배 펌프를 필요로 하지 않으면서, 수성 공정 스트림, 예를 들어, 슬러지에 분배될 수 있다는 것이다. 가압된 희석된 응집제 용액으로 인해, 이는 개구, 예를 들어, 공급기 게이트(feeder gate)를 개폐하는 단순 투입 유닛에 의해 분배될 수 있다. 일 양태에 따르면, 장치는 숙성 압력 탱크로부터 수용된 희석된 응집제 용액을 수성 공정 스트림, 예를 들어, 슬러지로 공급하기 위한 펌프를 지니지 않는다.

인라인 믹서는 또한 퀼(quill)로 명명되는 슬릿(slit)을 구비한 중공 샤프트(hollow shaft)일 수 있다. 바람직하게, 슬릿의 직경은 투입 유닛으로부터 연장하는 슬릿의 길이에 따라 증가한다. 인라인 믹서는 수성 공정 스트림, 바람직하게, 슬러지에 희석된 응집제 용액의 교반을 개선시키기 위해, 적어도 하나의 윙(wing), 바람직하게, 적어도 두 개의 윙을 포함할 수 있다.

일 양태에 따르면, 인라인 믹서의 회전 속도는 약 ≥ 500 rpm(분당 회전수) 내지 약 ≤ 5000 rpm, 바람직하게, 약 ≥ 1000 rpm 내지 약 ≤ 3000 rpm일 수 있다.

윙의 두께는 약 ≥ 5 mm 내지 약 ≤ 20 mm, 및 바람직하게, 약 ≥ 10 mm 내지 약 ≤ 12 mm일 수 있다.

다른 양태에 따르면, 장치에서 숙성 압력 탱크에서 투입 유닛까지의 희석된 응집제 용액의 압력은 적어도 약 ≥ 15 N/㎠ 내지 약 ≤ 100 N/㎠, 바람직하게, 적어도 약 ≥ 20 N/㎠ 내지 약 ≤ 80 N/㎠, 더욱 바람직하게, 적어도 약 ≥ 25 N/㎠ 내지 약 ≤ 60 N/㎠, 더욱더 바람직하게, 적어도 약 ≥ 30 N/㎠ 내지 약 ≤ 50 N/㎠ 또는 적어도 약 ≥ 45 N/㎠ 내지 약 ≤ 75 N/㎠이다.

또한, 숙성 압력 탱크에서 투입 유닛까지, 희석된 응집제 용액을 처리될 수성 공정 스트림으로 펌핑시키기 위한 펌프가 요구되지 않는다는 것이 주지되어야 한다.

다른 양태에 따르면, 장치는 또한, 펌프, 농축된 응집제 용액, 희석된 응집제 용액의 유체 흐름, 및/또는 믹서를 포함하는 공급 유닛을 제어하고 조절하는 제어기를 포함한다.

다른 양태에 따르면, 장치는

- 적어도 하나의 제1 공급 라인, 및/또는

- 적어도 하나의 제2 용액 공급 라인, 및/또는

- 혼합 펌프를 가압식 가공 탱크와 연결시키는 적어도 하나의 라인, 및/또는

- 숙성 압력 탱크를 인라인 믹서에 연결시키는 적어도 하나의 공급 라인에 배열된, 적어도 하나의 드라이 런 센서, 적어도 하나의 압력 센서, 및/또는 적어도 하나의 유량계를 포함할 수 있다.

다른 양태에 따르면, 장치는 이송 펌프와 연결되고 농축된 응집제 용액을 혼합 포인트에 대해 눈금을 매기도록 구성된, 눈금 용기, 바람직하게, 눈금 실린더를 포함할 수 있다.

도면의 간단한 설명

본 발명은 하기에서, 첨부된 도면을 참조로 하여 일 예로서 설명될 것이다.

도 1은 수성 공정 스트림을 혼합 펌프 및 가압식 가공 탱크로 탈수시키기 위한 응집제 용액을 제조하고 분배시키기 위한 장치의 도면이다.

도 2는 수성 공정 스트림의 가압식 가공 탱크로의 탈수를 개선시키기 위한 응집제 용액을 제조하고 분배하기 위한 장치의 더욱 상세한 개략도이다.

도 3은 수성 공정 스트림의 가압식 가공 탱크로의 개선시키기 위한 응집제 용액을 제조하고 분배하기 위한 장치의 세부 개략도이다.

도 4는 수성 공정 스트림의 가압식 가공 탱크로의 개선시키기 위한 응집제 용액을 제조하고 분배하기 위한 장치의 제1 사시도이다.

도 5는 상이한 농도에서의 폴리머 수용액의 점도의 그래프이다.

도 6은 시간에 따른 상이한 교반 속도에서의 3 중량%의 폴리머 수용액의 전도도의 그래프이다.

도 1은 수성 공정 스트림(4)을 탈수시키기 위한 응집제 용액을 제조하고 분배하기에 적합한 장치(1)를 도시한 것으로서, 여기서, 장치(1)는 희석된 응집제 용액(3)을 가압시키고 혼합시키기 위한 적어도 하나의 혼합 펌프(5), 및 대기압 보다 높은 압력 하에서 희석된 응집제 용액(3)이 저장되고/거나 숙성되는 적어도 하나의 숙성 압력 탱크(2)를 포함하며, 여기서, 혼합 펌프(5)의 혼합으로 인해, 응집제 용액의 전도도는 증가된다.

도 2는 적어도 하나의 숙성 압력 탱크(2)를 포함하는 장치(1)를 도시하고 있으며, 여기서, 희석된 응집제 용액(3)은 대기압 보다 높은 압력 하에서 저장되고/거나 숙성된다. 장치(1)는 농축된 응집제 용액을 용매, 바람직하게, 물과 혼합시켜 희석된 응집제 용액(3)을 수득하기 위한 혼합 펌프(5), 숙성 압력 탱크(2)를 추가로 포함하며, 이에 의해, 혼합 펌프(5)의 혼합으로 인하여, 응집제 용액의 전도도가 증가되며, 혼합 펌프(5)로부터 수용된 가압된 희석된 응집제 용액(3)은 희석된 응집제 라인(3b)을 통해 유도되고 대기압 보다 높은 압력 하에서 저장된다. 모터 유닛(8)을 구비한 인라인 믹서(15)는 희석된 응집제 용액(3)을 수성 공정 스트림(4)에 공급하기 위해, 숙성 압력 탱크(2)와 연결된다.

도 3은 혼합 펌프 순환로(3a)에서 희석된 응집제 용액(3)이 대기압 보다 높은 압력 하에서 저장되고/거나 숙성되는 적어도 하나의 숙성 압력 탱크(2)를 포함하는 장치(1)를 도시한 것이다. 장치(1)는 농축된 응집제 용액을 용매, 바람직하게, 물을 혼합하여 희석된 응집제 용액(3)을 수득하기 위한 유체 펌프 유입 포트(5a) 및 유체 펌프 유출 포트(5b)를 구비한 혼합 펌프(5), 및 혼합 펌프(5)로부터 수용된 가압된 희석된 응집제 용액(3)이 희석된 응집제 라인(4b)을 통해 유도되고 대기압 보다 높은 압력 하에서 저장되는 숙성 압력 탱크(2)를 추가로 포함한다.

라인(22)은 혼합 펌프(5)를 숙성 압력 탱크(2)와 연결시키며, 모터 유닛(8)을 구비한 인라인 믹서(15)는 희석된 응집제 용액(3)을 수성 공정 스트림(4)에 공급하기 위해 숙성 압력 탱크(2)와 연결되며, 이에 의해, 공급 라인(16)은 숙성 압력 탱크(2)를, 희석된 응집제 용액을 수성 공정 스트림에 혼합하는 모터 유닛(8)을 구비한 인라인 믹서(15)와 연결시킨다. 압력 방출 밸브(25b)는 숙성 압력 탱크(2)와 모터(8)를 구비한 혼합 유닛(15) 사이에 배열될 수 있거나, 압력 방출 밸브(25b)는, 용기에서 과압을 방지하기 위해, 가압식 용기 다운스트림에 배열된다. 인라인 믹서(15)에 연결된, 모터 유닛(8)을 구비한 믹서(15)에 숙성 압력 탱크(2)를 연결시키는 공급 라인(16)은 수성 공정 스트림(4)에 모터 유닛(8)을 구비한 믹서(15)에 의해 공급된 희석된 응집제 용액(3)의 양을 조절하고/거나 제어하는 투입 조절기 유닛(29)을 포함한다.

또한, 혼합 펌프(5)는 혼합 포인트(9)와 연결되며, 눈금 용기(10)는 농축된 응집제 용액(6)을 눈금 용기(10)에서 혼합 포인트(9)의 농축된 응집제 용액 공급 포트(6a)로 펌핑시키는 이송 펌프(12)를 포함하는 제1 공급 라인(11)과 연결된다. 혼합 펌프(5)의 유출 포트(5b)는 다른 한 단부가 적어도 하나의 숙성 압력 탱크(2)와 연결된 혼합된 희석된 응집제 라인(22)의 한 단부에 연결되며, 이에 의해, 응집제 라인(22)은 3-방향 밸브(27)를 포함하며, 여기에, 재순환 라인(28)은 한 단부에 연결되며, 다른 한 단부에, 재순환 라인(28)은 혼합 펌프(5)의 유입 포트(5a)에 연결된 혼합 포인트(9)와 연결된다. 이러한 순환로는 희석된 응집제 용액이 재순환되고 혼합 펌프(5)와 혼합될 수 있게 한다. 또한, 유량계(21)는 숙성 압력 탱크(2)로의 농축된 응집제 용액의 유체 흐름을 제어하기 위해 3-방향 밸브(27)와 숙성 압력 탱크(2) 사이에 배열된다.

제2 용액 공급 라인(13)은 한 단부에서 용매 공급부(14)(미도시됨)과 연결되고, 다른 한 단부에서 혼합 포인트(9)의 용액 공급 포트(7a)에 연결되며, 이에 의해, 혼합 포인트(9)에서, 농축된 응집제 모액은 용매(7), 바람직하게, 물과 혼합된다.

장치는 추가로, 희석된 응집제 용액의 투입이 가압된 희석된 응집제 용액의 압력에 의해 유도되는 것을 의미하는, 펌프가 아닌, 모터 유닛(8)을 구비한 믹서(15)를 가지며, 여기서, 인라인 믹서(15)의 혼합 부재는, 희석된 응집제 용액(3)이 처리될 공정 스트림(4)에, 바람직하게, 슬러리 내에 공급되고 혼합될 수 있도록 수성 공정 스트림(4)에서 통합되며, 이에 의해, 공급 라인(16)은 숙성 압력 탱크(2)를 모터 유닛(8)을 구비한 믹서(15)에 연결시킨다.

제어기(23)는 농축된 응집제 용액(6)의 유체 흐름, 희석된 응집제 용액(3)의 유체 흐름, 및/또는 믹서(15), 바람직하게, 인라인 믹서(15)에 의한 수성 공정 스트림(4)으로의 희석된 응집제 용액(3)의 투입을 제어하고 조절한다. 또한, 제어기(23)는 믹서(15)의 속도를 제어하고 조절할 수 있다.

제1 공급 라인(11)은 한 단부가 눈금 용기(10)에 연결되고, 다른 한 단부가 혼합 포인트(9) 또는 혼합 펌프(5)에 연결되며, 이에 의해, 제1 공급 라인(11)은 두 개의 다중-방향-밸브(17a/17b), 및 공급 라인 순환로(11a)를 포함한다. 밸브(17a/17b)는 펌프의 교정(calibration)을 위한 것이다.

이송 펌프(12)는 공급 라인(11a)에 연결되며, 과압 밸브(19)는 과압에 대해 장치를 보호하기 위해 공급 라인(11/11a)에서의 압력이 제공된 수치 보다 높은 경우에 개방되는 이송 펌프(12)의 유입 포트 앞에 그리고 유출 포트 뒤에 연결된다.

압력 센서(18), 예를 들어, 압력계(manometer)는 숙성 압력 탱크(2)의 압력을 지시하기 위해 숙성 압력 탱크(2)에 배열된다. 공급 라인(11/11a)에서, 드라이 런 센서(20)가, 장치가 농축된 응집제 용액(7)의 건조를 진행시키는 위험이 존재하는 경우에 신로흘 제공하거나 장치를 정지시키기 위해 농축된 응집제 용액(6)의 충전 수준을 제어하도록 배열된다.

제2 희석된 용액 공급 라인(13)은 용액 공급부(14)(미도시됨)와, 바람직하게, 물 전달 시스템에 연결되며, 이에 의해, 제2 용액 공급 라인(13)은 물 필터(24), 압력 방출 밸브(25a) 및 솔레노이드 밸브(26)를 포함한다. 장치(1)는 미도시된 혼합 포인트 앞에 배열된 물/폴리머 접촉을 방지하기 위해 적어도 하나의 체크 밸브를 포함할 수 있다.

도 4는 드립핑 트레이(dripping tray)(30)의 기능을 또한 갖는 팔레트(pallet) 상에 배치된 수성 공정 스트림을 탈수시키기 위한 응집제 용액을 제조하고 분배하기 위한 장치(1)를 도시한 것이다. 이송 펌프(12)는 제1 공급 라인(11)의 제1 단부에 연결되고, 농축된 응집제 용액이 혼합 포인트(9)로 펌핑되도록 제1 공급 라인(11)의 제2 단부가 혼합 포인트(9)와 연결된다. 또한, 바람직하게 실린더 디자인을 갖는 눈금 용기(10)는 혼합 포인트(9)로 펌핑되는 농축된 응집제 용액을 교정하기 위해 이송 펌프(12)와 연결된다.

용매, 바람직하게, 물을 이송시시키는 제2 용액 공급 라인(13)은 역시 혼합 포인트(9)에 연결된다. 혼합 포인트(9)에서, 농축된 응집제 용액 및 용매, 바람직하게, 물이 조합된다. 혼합 포인트(9)는 혼합 펌프(5)의 일부로서, 여기서, 농축된 용액 및 용매, 바람직하게, 물이 조합된다. 한 단부에서 혼합 펌프(5) 또는 혼합 포인트(9)와 연결되고 다른 한 단부에서 혼합 펌프(5)의 혼합 펌프 배출구(5b)와 연결될 수 있는, 응집제 용액을 혼합하고 순환시키기 위한 재순환 라인(28).

희석된 응집제 용액 라인(3b)은 혼합되고 희석된 응집제 용액을 혼합 펌프(5)에서 숙성 압력 탱크(2)로 이송시킨다. 숙성 압력 탱크(2)로부터, 숙성된 희석된 응집제 용액은 공급 라인(16)을 통해 모터(8)를 구비한 인라인 믹서(15)로 흐른다. 소정 양의 숙성된 희석된 응집제 용액을 투입하기 위한 투입 조절기 유닛(29), 및 과압의 경우에 숙성된 희석된 응집제 용액의 압력을 감소시키기 위한 압력 방출 밸브(25b)는 공급 라인(16)에 연결될 수 있다. 투입 조절기 유닛(29) 및 압력 방출 밸브(25b)의 배열은 반대로 배열될 수 있다. 예를 들어, 압력 방출 밸브(25b)는 숙성 압력 탱크(2)의 배출구 안에 또는 숙성 압력 탱크(2)의 배출구에 직접적으로 배열될 수 있다. 용매, 농축된 응집제 용액, 희석된 응집제 용액 및 숙성된 응집제 용액의 유체 이송은 제어기(23)에 의해 제어되고 조절된다. 용매, 농축된 응집제 용액, 희석된 응집제 용액 및 숙성된 응집제 용액의 유체 흐름을 작동시키기 위한 밸브 및 센서는 도 4에 도시되어 있지 않다.

도 5는 폴리머 응집제 농도의 증가가 폴리머 응집제 수용액의 점도를 증가시킴을 도시한 것이다. 폴리머 응집제는 아크릴아미드-기반 폴리머, Nalco Core Shell® 71038이다. 도 6의 그래프로부터, 1 중량%의 폴리머 응집제 수용액이 약 3.8 Pa·s(3800 cP)의 점도를 갖는다는 것으로 나타날 수 있다. 점도를 4 중량% 폴리머 응집제 수용액으로 증가시킬 때, 도 5의 그래프로부터, 점도의 증가가 약 17 Pa·s(17000 cP)의 점도까지의 기하급수적 증가(exponential increase)를 갖는 경향이 있는 것으로 나타낼 수 있다. 점도는 20 rpm의 회전 속도에서 S64V-1 스핀들(spindle)로, 21.4℃의 온도에서, 브룩필드 DV-E(Brookfield DV-E) 점도계로 측정되었다.

전도도는 회전 속도에 따라 폴리머의 활성도를 규정하기 위한 좋은 파라미터이다.

도 6은 180 ml의 폴리머 응집제 수용액으로 채워진 250 ml 비이커에서 측정된 시간에 따른 405 rpm, 800 rpm 및 1345 rpm의 회전 속도로 교반된 3 중량% 농도의 희석된 폴리머 응집제 수용액의 전도도를 도시한 것이다. Philips 핸드 키친 믹서 블레이드(Philips hand kitchen mixer blade)를 구비한 IKA RW16 오버헤드 교반기 모터(overhead stirrer motor)는 희석된 폴리머 응집제 수용액을 교반하기 위해 사용되었다. 도 6의 그래프에서는, 회전 속도의 증가가 전도도를 증가시키고 최대 전도도를 달성하기 위해 시간을 단축시킨다는 것을 명확하게 나타낸다. 전도도는 회사 Eutech Instruments로부터 입수 가능한 EC Testr 11™로 측정되었다.

회전 속도를 405 rpm에서 800 rpm 및 1345 rpm까지 증가시키는 것은, 전도도 뿐만 아니라 활성화 시간이 현저하게 개선시킨다는 것을 나타낸다. 전도도는 회사 Mettler Toledo로부터 입수 가능한 SevenGo™ 전도도 계측기로 측정되었다.

혼합된 희석된 폴리머 용액의 활성으로 또한 명명되는 폴리머 활성화는 하기와 같이 규정된다:

% 폴리머 활성화 = (Condt - Condw)/( Condf - Condw) x 100

상기 식에서,

Condt는 시간 t에서 희석된 폴리머 용액의 전도도이며,

Condw는 마련된 물(make-down water)^*1의 전도도이며,

Condf는 완전한 활성화 및 에이징 후의 희석된 폴리머 용액의 전도도이며,

*1 = 마련된 물은 순수한 폴리머 생성물을 용해시키기 위해 사용되는 물을 의미한다. 순수한 폴리머는 혼합 포인트에 도달하기 전 및 추가적인 용매, 바람직하게, 물로 희석되기 전의 농축된 응집제 폴리머 용액인 희석되지 않은 폴리머를 의미한다. 마련된 물은 560 μS/cm의 전도도 및 140 mg/l의 CaCO₃의 물 경도를 갖는 수돗물이다.

다른 목적은 전술된 바와 같은 장치로 수성 공정 스트림을 탈수시키기 위한 응집제 용액을 제조하고 분배하는 방법에 관한 것으로서, 여기서, 전도도가 증가된 희석된 응집제 용액이 얻어진다. 전도도 증가된 희석된 응집제 용액은 가공 탱크에서 압력 하에서 저장되고/거나 숙성될 수 있으며, 이에 의해, 가압된 희석된 응집제 용액의 압력은 가공 탱크에서 저장될 때 유지된다.

본 방법의 일 양태에 따르면, 희석된 응집제 용액은 이의 전도도를 증가시키기 위해, 약 ≥ 100 rpm(분당 회전수) 내지 약 ≤ 5000 rpm, 바람직하게, 약 ≥ 200 rpm 내지 약 ≤ 4800 rpm, 더욱 바람직하게, 약 ≥ 400 rpm 내지 약 ≤ 4600 rpm, 더욱 바람직하게, 약 ≥ 600 rpm 내지 약 ≤ 4200 rpm 및 더욱더 바람직하게, 약 ≥ 800 rpm 내지 약 ≤ 4000 rpm 및 가장 바람직하게, 약 ≥ 1000 rpm 내지 약 ≤ 4000 rpm 또는 약 ≥ 2000 rpm 내지 약 ≤ 3000 rpm에서 혼합 펌프로 혼합될 수 있다.

숙성된 희석된 응집제 용액의 증가된 전도도는, 숙성 압력 탱크에서 압력 하에서 저장되는 경우에, 유지될 수 있다.

숙성된 응집제 용액은 적어도 약 ≥ 15 N/㎠ 내지 약 ≤ 100 N/㎠, 바람직하게, 적어도 약 ≥ 20 N/㎠ 내지 약 ≤ 80 N/㎠, 더욱 바람직하게, 적어도 약 ≥ 25 N/㎠ 내지 약 ≤ 60 N/㎠, 더욱더 바람직하게, 적어도 약 ≥ 30 N/㎠ 내지 약 ≤ 50 N/㎠ 또는 약 ≥ 45 N/㎠ 내지 약 ≤ 75 N/㎠의 압력에서, ≥ 1 분 내지 약 ≤ 60 분의 시간, 더욱 바람직하게, 약 ≥ 5 분 내지 약 ≤ 20 분의 시간 동안, 예를 들어, 증가된 전도도를 갖도록, 숙성 압력 탱크에서 저장될 수 있다.

일 양태에 따르면, 희석된 응집제 용액이 얻어지며, 이에 의해, 농축된 응집제 용액은 약 ≥ 10 중량% 내지 약 ≤ 60 중량%, 바람직하게, ≥ 10 중량% 내지 약 ≤ 30 중량%, 또는 약 ≥ 40 중량% 내지 약 ≤ 50 중량%의 응집제, 바람직하게, 폴리머 응집제를 포함하고, 용매, 바람직하게, 물로 희석되고, 혼합되어, 약 ≥ 0.05 중량% 내지 약 ≤ 4 중량%, 바람직하게, 약 ≥ 1 중량% 내지 약 ≤ 2 중량% 응집제, 바람직하게, 폴리머 응집제를 포함하는 희석된 응집제 용액을 제공하며, 이에 의해, 중량%는 응집제 용액의 총 중량을 기준으로 한 것이다.

농축된 응집제 용액은 유기 용매, 바람직하게, 액체 탄화수소를 포함할 수 있다.

예를 들어, 숙성된 폴리머 응집제 용맥의 활성, 뿐만 아니라, 전도도는, 약 ≥ 1 분 내지 ≤ 10 시간, 바람직하게, 약 ≥ 3 분 내지 약 ≤ 5 시간, 더욱 바람직하게, 약 ≥ 5 분 내지 약 ≤ 1 시간, 더욱 바람직하게, 약 ≥ 5 분 내지 약 ≤ 30 분 또는 약 ≥ 10 분 내지 약 ≤ 20 분 또는 약 ≥ 5 분 내지 약 ≤ 20 분 동안 압력 하에서 저장하는 경우에, 증가될 수 있다.

일 구체예에 따르면, 가압된 희석된 응집제 용액은 적어도 약 ≥ 15 N/㎠ 내지 약 ≤ 100 N/㎠, 바람직하게, 적어도 약 ≥ 20 N/㎠ 내지 약 ≤ 80 N/㎠, 더욱 바람직하게, 적어도 약 ≥ 25 N/㎠ 내지 약 ≤ 60 N/㎠, 더욱더 바람직하게, 적어도 약 ≥ 30 N/㎠ 내지 약 ≤ 50 N/㎠ 또는 적어도 약 ≥ 45 N/㎠ 내지 약 ≤ 75 N/㎠의 압력에서 숙성 압력 탱크에서 저장되고/거나 숙성될 수 있다.

본 방법은 숙성된 희석된 응집제 용액으로도 명명되는, 가압식 가공 탱크에서 저장된 희석된 응집제 용액을 수성 공정 스트림, 바람직하게, 슬러지에 분배하는 것을 추가로 포함한다.

다른 양태는 상기 언급된 바와 같은 장치로 수성 공정 스트림을 탈수시키기 위한 응집제 용액을 제조하고 분배하는 방법으로서, 여기서, 공정 스트림으로의 가압된 희석된 응집제 용액의 유체 흐름은 혼합 펌프로부터 발생된 가압된 희석된 응집제 용액의 압력에 의해 유도된다.

본 명세서에서의 모든 공개문 및 특허 출원은 본 발명과 관련된 당업자의 수준을 가르키는 것이다. 본 발명은 다양한 특정 및 바람직한 구체예 및 기술로 기술되었다. 그러나, 여러 변경예 및 변형예가 본 발명의 사상 및 범위 내에서 존재하는 한 이루어질 수 있는 것으로 이해될 것이다.

참조 숫자의 리스트

1 장치

2 숙성 압력 탱크

3a 혼합 펌프 순환로

3b 희석된 응집제 라인

3 희석된 응집제 용액

4 수성 공정 스트림

5 혼합 펌프

5a 혼합 펌프 유입 포트

5b 혼합 펌프 유출 포트

6 농축된 응집제 용액

6a 농축된 응집제 용액 공급 포트

7 용매

7a 용매 공급 포트

8 공급 유닛

9 혼합 포인트

10 눈금 용기

11 제1 공급 라인

11a 공급 라인 순환로

12 이송 펌프

13 제2 용액 공급 라인

14 용매 공급부(미도시됨)

15 인라인 믹서

16 공급 라인

17 다중-방향 밸브(17a/17b)

18 압력 센서

19 과압 밸브

20 드라이 런 센서

21 유량계

22 응집제 라인

23 제어기

24 물 필터

25a/b 압력 방출 밸브

26 솔레노이드 밸브

27 3-방향 밸브

28 재순환 라인

29 투입 조절기 유닛

30 드립핑 트레이(dripping tray)

Claims

수성 공정 스트림(aqueous process stream)(4)을 탈수시키기 위한 응집제 용액(flocculant solution)을 제조하고 분배시키기에 적합한 장치(1)로서, 장치(1)가 응집제 용액을 혼합시키고 응집제 용액 상에 압력을 증가시키는 혼합 펌프(5), 및 숙성 압력 탱크(maturing pressure tank)(2)를 포함하며,
숙성 압력 탱크(2)가 혼합 펌프(5)와 유체적으로 연결되며, 이에 따라, 가압된 희석된 응집제 용액(pressurized diluted flocculant solution)(3)이 혼합 펌프(5)에서 숙성 압력 탱크(2)로 유도되고, 여기에서 대기압 보다 높은 압력 하에서 숙성되도록 하는 장치(1).
제1항에 있어서, 혼합 펌프(5)가 원심 펌프(5)인 장치(1).
제1항 또는 제2항에 있어서, 유체 흐름 방향에서, 혼합 펌프(5) 뒤에, 유체 흐름이 가압된 희석된 응집제 용액(3)의 압력에 의해 추진되고 혼합 펌프(5) 뒤에, 추가 펌프가 유체 흐름 방향에 배열되지 않도록, 가압된 희석된 응집제 용액(3)의 유체 흐름이 가압된 희석된 응집제 용액(3)의 압력에 의해 추진되는 장치(1).
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 장치(1)가
- 농축된 응집제 용액(6)을 용매(7), 바람직하게, 물과 혼합시켜 희석된 응집제 용액(3)을 수득하기 위한 하나 이상의 혼합 펌프(5),
- 혼합 펌프(5)로부터 수용된 가압된 희석된 응집제 용액(3)이 희석된 응집제 라인(3b)을 통해 유도되고 대기압 보다 높은 압력 하에서 저장되는 하나 이상의 숙성 압력 탱크(2),
- 희석된 응집제 용액(3)을 수성 공정 스트림(4)에 공급하기 위한, 숙성 압력 탱크(2)와 연결된 모터 유닛(8)을 구비한 임의적인 하나 이상의 믹서(mixer)(15)를 포함하는 장치(1).
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 숙성 압력 탱크(2)에서의 희석된 응집제 용액(3)이 적어도 약 ≥ 15 N/㎠ 내지 약 ≤ 100 N/㎠, 바람직하게, 적어도 약 ≥ 20 N/㎠ 내지 약 ≤ 80 N/㎠, 더욱 바람직하게, 적어도 약 ≥ 25 N/㎠ 내지 약 ≤ 60 N/㎠, 더욱더 바람직하게, 적어도 약 ≥ 30 N/㎠ 내지 약 ≤ 50 N/㎠ 또는 적어도 약 ≥ 45 N/㎠ 내지 약 ≤ 75 N/㎠의 압력에서 가압되는 장치(1).
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 혼합 펌프(5)가 혼합 포인트(mixing point)(9)를 포함하고/거나 혼합 펌프(5)가 혼합 포인트(9)와 연결되어 있는 장치(1).
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
- 하나 이상의 눈금 용기(calibration vessel)(10),
- 농축된 응집제 용액(6)을 눈금 용기(10)에서 혼합 포인트(9)로 펌핑시키는, 하나 이상의 이송 펌프(12)를 포함하는 하나 이상의 제1 공급 라인(11), 및
- 하나 이상의 제2 용액 공급 라인(13)을 추가적으로 포함하며,
용액이 바람직하게, 물이며, 제2 용액 공급 라인(13)이 한쪽 단부에서 용매 공급부(solvent source)(14)와 연결되고 다른 한쪽 단부에서 혼합 포인트(9)에 연결되며, 이에 의해 혼합 포인트(9)에서, 농축된 응집제 모액(6)이 용매(7), 바람직하게, 물과 혼합되는 장치(1).
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 추가적으로 인라인 믹서(inline mixer)(15)를 구비한 공급 유닛(feeding unit)(8)을 포함하며, 희석된 응집제 용액(3)이 처리될 공정 스트림(4)에, 바람직하게 슬러리 내에 공급되고 여기에서 혼합될 수 있도록 인라인 믹서(15)가 수성 공정 스트림(4)에 통합되며, 이에 의해, 바람직하게, 공급 라인(16)이 인라인 믹서(15)에 숙성 압력 탱크(2)를 연결시키는 장치(1).
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 농축된 응집제 용액(6)의 유체 흐름, 희석된 응집제 용액(3)의 유체 흐름 및/또는 믹서(15), 바람직하게, 인라인 믹서(15)를 이용한 수성 공정 스트림(4)으로의 희석된 응집제 용액(3)의 투입을 제어하고/거나 조절하고/거나 믹서(15)의 속도를 제어하고 조절하는 제어기(23)를 추가로 포함하는 장치(1).
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 공급 라인(11)의 한쪽 단부가 눈금 용기(10)에 연결되고 다른 한쪽 단부가 혼합 포인트(9) 또는 혼합 펌프(5)에 연결되며, 이에 의해, 제1 공급 라인(11)이 둘 이상의 다중-방향-밸브(multi-way-valve)(17a/17b), 바람직하게, 3-방향-밸브를 추가로 포함하며, 여기에 공급 라인 순환로(11a)가 연결되어 있는 장치(1).
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 이송 펌프(12)가 공급 라인(11a)에 연결되며, 과압 밸브(overpressure valve)(19)가 이송 펌프(12)의 유출 포트 뒤에 연결되어 있는 장치(1).
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
- 하나 이상의 제1 공급 라인(11/11a), 및/또는
- 하나 이상의 제2 용액 공급 라인(13), 및/또는
- 혼합 펌프(5)를 숙성 압력 탱크(2)와 연결시키는 하나 이상의 라인(22), 및/또는
- 숙성 압력 탱크(2)를 모터(8)를 구비한 믹서(15), 바람직하게, 인라인 믹서(15)에 연결시키는 하나 이상의 공급 라인(16)에 배열된,
하나 이상의 드라이 런 센서(dry run sensor)(20), 하나 이상의 압력 센서(18) 및/또는 하나 이상의 유량계(21)를 포함하는 장치(1).
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 희석된 용액 공급 라인(13)이 용액 공급부와, 바람직하게, 물 전달 시스템에 연결되며, 제2 용액 공급 라인(13)이 바람직하게, 하나 이상의 물 필터(water filter)(24), 하나 이상의 압력 방출 밸브(25a) 및/또는 하나 이상의 솔레노이드 밸브(solenoid valve)(26)를 포함하는 장치(1).
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 혼합 펌프(5)의 유출 포트가 다른 한쪽 단부가 하나 이상의 숙성 압력 탱크(2)에 연결된 희석된 혼합된 응집제 라인(22)의 한쪽 단부에 연결되며, 응집제 라인(22)이 바람직하게, 다중-방향 밸브(27), 바람직하게, 3-방향 밸브(27)를 포함하며, 여기에 재순환 라인(28)의 한쪽 단부가 연결되며, 다른 한쪽 단부에 재순환 라인(28)이 혼합 포인트(9) 또는 혼합 펌프(5)의 유입 포트와 연결되는 장치(1).
제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 숙성 압력 탱크(2)를 믹서(15), 바람직하게, 인라인 믹서(15)에 연결시키는 공급 라인(16)이 공급 유닛(8)에 의해 수성 공정 스트림(4)에 공급되는 응집제 용액의 양을 조절하고/거나 제어하는 하나 이상의 투입 조절기 유닛(29)을 포함하는 장치(1).
제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 장치(1)가 이송 펌프(12)와 연결된 눈금 용기(10)를 포함하고, 혼합 포인트(9)에 대해 농축된 응집제 용액을 보정하도록 구성된 장치(1).
제1항 내지 제16항 중 어느 한 항의 장치로 수성 공정 스트림(4)을 탈수시키기 위한 응집제 용액을 제조하고 분배하는 방법으로서, 혼합 펌프(5)의 혼합으로 인해 증가된 전도도(conductivity)를 갖는 희석된 응집제 용액(3)을 수득하는 방법.
제17항에 있어서, 희석된 응집제 용액(3)이 혼합 펌프로 약 ≥ 100 rpm 내지 약 ≤ 5000 rpm, 바람직하게, 약 ≥ 200 rpm 내지 약 ≤ 4800 rpm, 더욱 바람직하게, 약 ≥ 400 rpm 내지 약 ≤ 4600 rpm, 더욱 바람직하게, 약 ≥ 600 rpm 내지 약 ≤ 4200 rpm 및 더욱더 바람직하게, 약 ≥ 800 rpm 내지 약 ≤ 4000 rpm 및 가장 바람직하게, 약 ≥ 1000 rpm 내지 약 ≤ 4000 rpm 또는 약 ≥ 2000 rpm 내지 약 ≤ 3000 rpm에서 혼합되는 방법.
제17항 또는 제18항에 있어서, 희석된 응집제 용액(3)이 숙성 압력 탱크(2)에서 저장되고/거나 숙성되며, 이에 의해 희석된 응집제 용액(3)이 적어도 약 ≥ 15 N/㎠ 내지 약 ≤ 100 N/㎠, 바람직하게, 적어도 약 ≥ 20 N/㎠ 내지 약 ≤ 80 N/㎠, 더욱 바람직하게, 적어도 약 ≥ 25 N/㎠ 내지 약 ≤ 60 N/㎠, 더욱더 바람직하게, 적어도 약 ≥ 30 N/㎠ 내지 약 ≤ 50 N/㎠ 또는 적어도 약 ≥ 45 N/㎠ 내지 약 ≤ 75 N/㎠의 압력에서 가압되는 방법.
제17항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 가압된 희석된 응집제 용액(3)이 약 ≥ 1 분 내지 ≤ 10 시간, 바람직하게, 약 ≥ 3 분 내지 약 ≤ 5 시간, 더욱 바람직하게, 약 ≥ 5 분 내지 약 ≤ 1 시간, 더욱 바람직하게, 약 ≥ 5 분 내지 약 ≤ 30 분 또는 약 ≥ 10 분 내지 약 ≤ 20 분 동안 저장되고 숙성되는 방법.
제17항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 희석된 응집제 용액(3)이 수득되며, 이에 의해 약 ≥ 10 중량% 내지 약 ≤ 60 중량%, 바람직하게, ≥ 10 중량% 내지 약 ≤ 30 중량%, 또는 약 ≥ 40 중량% 내지 약 ≤ 50 중량% 응집제를 포함하는 응집제 용액이 용매(7), 바람직하게, 물로, 약 ≥ 0.05 중량% 내지 약 ≤ 4 중량%, 바람직하게, 약 ≥ 1 중량% 내지 약 ≤ 2 중량% 응집제, 바람직하게, 폴리머 응집제(polymeric flocculant)를 포함하는 희석된 응집제 용액(3)으로 희석되고 혼합되며, 중량%가 응집제 용액의 총 중량을 기준으로 하는 방법.
제15항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 희석된 응집제 용액(3)이 숙성 압력 탱크에 저장되고/거나 숙성되고, 수성 공정 스트림(4), 바람직하게, 슬러지(sludge)에 분배되는 방법.
제1항 내지 제16항 중 어느 한 항의 장치로 수성 공정 스트림(4)을 탈수시키기 위한 응집제 용액을 제조하고 분배하는 방법으로서, 공정 스트림으로의 가압된 희석된 응집제 용액의 유체 흐름이 혼합 펌프(5)로부터 발생된 가압된 희석된 응집제 용액의 압력에 의해 추진되는 방법.