KR20190095073A - 스태틱 믹서 및 이를 이용한 플럭의 고속 침강 방법 - Google Patents

스태틱 믹서 및 이를 이용한 플럭의 고속 침강 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 스태틱 믹서 및 이를 이용한 플럭(floc)의 고속 침강 방법을 개시한다. 본 발명의 실시예에 따른 스태틱 믹서는 원수 공급부; 상기 원수와 혼합되는 응집제를 공급하는 제1 공급부; 상기 원수 및 상기 응집제와 혼합되는 자성 기반 가중응집제를 공급하는 제2 공급부; 및 상기 원수, 상기 응집제 및 상기 자성 기반 가중응집제를 혼합시킨 후 상기 원수에 함유된 오염물질을 응집시켜 플럭(floc)을 형성하고, 2:1 내지 60:1 의 종횡비를 갖는 혼화 유닛; 을 포함한다.

Description

스태틱 믹서 및 이를 이용한 플럭의 고속 침강 방법{STATIC MIXER AND HIGH-SPEED SEDIMENTATION OF FLOC METHOD USING THE SAME}
본 발명은 스태틱 믹서 및 이를 이용하여 형성된 플럭(floc)의 고속 침강 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자성 기반 가중응집제를 이용하여 원수에 함유된 오염물질이 응집되어 형성된 플럭의 침강 속도를 향상시키는 스태틱 믹서 및 이를 이용한 플럭의 고속 침강 방법에 관한 것이다.
일반적으로 수처리 시설 등에서는 원수를 취수한 후, 응집, 침강, 여과하는 공정을 거치게 된다. 이 가운데 응집 공정은 물속에 응집제를 투입하여 물속의 콜로이드 상태의 현탁물질이나 유기물, 미생물 등의 미립자까지도 덩어리 상태 즉, 플럭 상태로 응집시킴으로써 수중으로부터 분리할 수 있다.
수처리 효율을 증대시키기 위해서는 응집공정 중에서 투입되는 응집제의 종류, 응집제의 투입량 및 교반강도 등이 결정적인 요인으로 작용하게 되며, 처리하고자하는 원수의 특성에 따라 응집제의 종류, 투입농도 및 교반강도등이 정해지는데, 정수처리에서는 주로 알루미늄계통의 응집제가 사용되고 있고, 하수처리 및 폐수처리에서는 주로 철 계통의 응집제가 사용되고 있다.
응집제를 투입하여 플럭을 생성하는 원리는 물속에 부유하는 입자의 표면은 대부분 음(-)전하를 띄고 있는바, 여기에 양(+)전하를 띄는 금속을 첨가하면 표면 입자의 중성화가 일어나게 되며 입자의 표면 포텐셜이 0에 도달하게 되면 입자간에 서로 반발하는 힘이 떨어지고 인력이 발생하여 입자가 응집되어 플럭으로 성장되기 시작한다. 이 때 금속입자의 비중에 따라서 통상 최종적으로 1.1 내지 1.3의 비중을 가진 플럭이 형성되고 이에 따라 침전이 용이하게 된다.
이와 같이, 침전 속도는 최종 플럭 입자의 비중과 비례하게 되는데 최근에는 비중이 높은 추가적인 가중응집제를 이용하는 가중응집기술이 상용화 되고 있다.
국외에서 상용화되어 있는 가중응집기술은 마이크로 샌드(micro sand), 슬러지(sludge), 혹은 마그네타이트(magnetite)와 같은 가중응집제(ballast)를 이용하며, 응집 입자의 크기 및 비중이 더욱 증가하게 되어 결과적으로 침전속도가 증가된다. 이는 동일한 처리 면적에서 더 높은 농도의 부유물질과 더 많은 양의 원수를 처리할 수 있음을 의미한다.
프랑스의 "actiflo" 기술은 마이크로 샌드를 사용하고, 프랑스의 "densadeg" 기술은 슬러지를 사용하며, 미국의 "comag"기술은 마그네타이트를 사용한다. 이 공정들의 차이점은 가중응집제 및 처리시스템을 구성하는 요소기술의 차이에 있으며, 특히 혼화방식에 있어서, 부유성장방식이 주를 이루며, 사용하는 가중응집제의 종류에 따라 다소간의 차이가 있다.
도 5a를 참조하면, 종래의 가중응집기술들은 약품 혼화와 플럭의 크기를 성장시키기 위한 응집 과정을 진행하기 위하여, 한 개의 반응조로 이루어진 완전 혼화 장치(500)를 사용한 완전 혼합 방식을 사용하고 있다.
완전 혼화 장치(500)는 컨트롤러(510)를 통하여 로테이터(520)의 회전 속도 및 회전방향의 선택이 가능하고, 로테이터(520)는 임펠러를 회전시킴으로써 반응조(530) 내의 원수 및 응집제를 혼화시켜 도 5b에 도시된 바와 같이 플럭을 형성하여 배출시킬 수 있다.
이러한 종래의 완전 혼화 장치(500)는 반응조(530)에서 원수내의 플럭의 크기가 커지도록 일정시간 동안 교반한 후 후속 공정으로 연결되는 침전지(미도시)로 이송하여 중력에 의해 서서히 침강시키게 되는데 단위 시간당 처리량을 증가시키기 위해서는 침전지의 면적이 넓어야 하며, 이에 따라 수처리 시설의 사용 부지가 증가하는 문제점이 존재한다.
또한, 교반시 비중이 높은 가중응집제를 부유시켜 처리 대상인 부유물질과의 접촉을 빈번하게 하기 위한 충분한 교반 강도(G, velocity gradient) 값이 확보되지 않을 경우 가중응집제의 적절한 혼화가 이루어지지 않기 때문에 플럭의 형성이 원활해지지 않는다.
따라서, 마그네타이트 기반의 가중응집제는 높은 비중을 가지고 있고 자성을 이용하여 회수율을 극대화할 수 있는 장점에도 불구하고, 완전 혼화 장치에 적용시 혼화 문제가 발생하기 때문에, 적용이 가능한 가중응집제의 크기에 한계가 존재한다.
한국등록특허 제10-1756970호, "하이브리드 하수처리장치" 한국등록특허 제10-1681309호, "자성을 이용한 응집 슬러지 고속 침전방법" 한국공개특허 제10-2017-0100721호, "혼합 효율 개선 스태틱 믹서"
본 발명은 원수에 함유된 오염물질의 응집시 자성 기반 가중응집제를 이용하여 침강 속도를 향상시킨 플럭을 생성할 수 있도록 최적의 혼화가 이루어질 수 있는 스태틱 믹서 및 이를 이용한 플럭의 고속 침강 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스태틱 믹서는 원수 공급부; 상기 원수와 혼합되는 응집제를 공급하는 제1 공급부; 상기 원수 및 상기 응집제와 혼합되는 자성 기반 가중응집제를 공급하는 제2 공급부; 및 상기 원수, 상기 응집제 및 상기 자성 기반 가중응집제를 혼합시킨 후 상기 원수에 함유된 오염물질을 응집시켜 플럭(floc)을 형성하고, 2:1 내지 60:1 의 종횡비를 갖는 혼화 유닛; 을 포함한다.
상기 자성 기반 가중응집제의 평균 직경은 30 ㎛ 내지 120㎛ 일 수 있다.
상기 자성 기반 가중응집제의 밀도는 2 g/㎤ 내지 5 g/㎤ 일 수 있다.
상기 자성 기반 가중응집제의 직경(㎛) 및 상기 자성 기반 가중응집제의 유효밀도비((자성 기반 가중응집제 밀도 - 물의 밀도)/물의 밀도)의 곱이 200 내지 320 일 수 있다.
상기 자성 기반 가중응집제는 퍼멀로이 합금(Ni80Fe20), 마그헤마이트(Fe2O3), 마그네타이트(Fe3O4), 바륨페라이트(BaFe12O19), 망간페라이트(MnFe2O3), 니켈페라이트(NiFe2O3) 및 코발트페라이트(CoFe2O4)로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 혼화 유닛의 교반 강도(G)는 750 sec-1 내지 1250 sec-1 일 수 있다.
상기 혼화 유닛의 교반 시간(T)은 0.8 sec 내지 1.2 sec 일 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플럭의 고속 침강 방법은, 원수 공급부를 통하여 원수가 주입되는 단계; 상기 원수와 혼합되는 응집제가 제1 공급부에 공급되는 단계; 상기 원수 및 상기 응집제와 혼합되는 자성 기반 가중응집제가 제2 공급부에 공급되는 단계; 및 상기 원수, 상기 응집제 및 상기 자성 기반 가중응집제가 2:1 내지 60:1 의 종횡비를 갖는 혼화 유닛에서 혼합되고, 상기 원수에 함유된 오염물질이 응집된 후 형성된 플럭이 침강되는 단계;를 포함한다.
상기 자성 기반 가중응집제의 직경(㎛) 및 상기 가중응집제의 유효밀도비의 곱은 200 내지 320 일 수 있다.
상기 혼화 유닛의 교반 강도(G)는 750 sec-1 내지 1250 sec-1 일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 스태틱 믹서는 특정 종횡비의 혼화 유닛을 포함함으로써 충분한 교반 강도(G) 값을 갖게 되어 자성 기반 가중응집제의 직경이 큰 경우에도 원활하게 혼화가 이루어짐으로써 플럭이 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 스태틱 믹서는 일정 범위의 직경 및 유효밀도비의 곱을 갖는 자성 기반 가중응집제를 이용하여 플럭의 침강 속도를 증가시킬 수 있고, 이에 따라 동일 면적에서 단위 시간당 침전조에서 처리되는 플럭이 양이 증가함에 따라 침전조의 설치 면적을 크게 줄일 수 있다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 스태틱 믹서를 도시한 것이고, 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 스태틱 믹서의 실제 사진을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스태틱 믹서를 이용한 플럭의 고속 침강 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 스태틱 믹서를 사용(실시예 1 내지 3)한 경우 및 완전 혼화 장치를 사용(비교예 1 내지 3)한 경우의 플럭의 침강 속도를 도시한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예 6 내지 10에 따른 자성 기반 가중응집제의 직경 및 자성 기반 가중응집제의 유효밀도비의 곱에 따른 플럭의 침강 속도를 도시한 그래프이다.
도 5a는 종래의 완전 혼화 장치를 도시한 것이고, 도 5b는 종래의 완전 혼화 장치를 이용하여 원수 및 응집제를 혼합한 후 형성된 플럭의 실제 사진을 도시한 것이다.
이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 "실시예", "예", "측면", "예시" 등은 기술된 임의의 양상(aspect) 또는 설계가 다른 양상 또는 설계들보다 양호하다거나, 이점이 있는 것으로 해석되어야 하는 것은 아니다.
또한, '또는' 이라는 용어는 배타적 논리합 'exclusive or'이기보다는 포함적인 논리합 'inclusive or'를 의미한다. 즉, 달리 언급되지 않는 한 또는 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 'x가 a 또는 b를 이용한다'라는 표현은 포함적인 자연 순열들(natural inclusive permutations) 중 어느 하나를 의미한다.
또한, 본 명세서 및 청구항들에서 사용되는 단수 표현("a" 또는 "an")은, 달리 언급하지 않는 한 또는 단수 형태에 관한 것이라고 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 일반적으로 "하나 이상"을 의미하는 것으로 해석되어야 한다.
아래 설명에서 사용되는 용어는, 연관되는 기술 분야에서 일반적이고 보편적인 것으로 선택되었으나, 기술의 발달 및/또는 변화, 관례, 기술자의 선호 등에 따라 다른 용어가 있을 수 있다. 따라서, 아래 설명에서 사용되는 용어는 기술적 사상을 한정하는 것으로 이해되어서는 안 되며, 실시예들을 설명하기 위한 예시적 용어로 이해되어야 한다.
또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 설명 부분에서 상세한 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 아래 설명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌 그 용어가 가지는 의미와 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 이해되어야 한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
한편, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 스태틱 믹서를 도시한 것이고, 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 스태틱 믹서의 실제 사진을 도시한 것이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 스태틱 믹서(100)는 원수 공급부(110), 제1 공급부(120), 제2 공급부(130) 및 혼화 유닛(140)을 포함한다.
원수 공급부(110)는 펌프(미도시)를 통하여 펌핑된 원수가 공급될 수 있으며, 제1 공급부(120)는 원수 공급부(110)에서 공급된 원수에 펌프(미도시)를 통하여 펌핑된 응집제가 공급될 수 있다.
상기 응집제는 물속에 현탁 분산하고 있는 미세입자 콜로이드 입자를 결합시켜서 큰 입자로 만들어 침전 여과 부상 분리 등을 통하여 제거하는데 사용하는 것으로 무기 응집제, 유기 고분자 응집제 및 천연 응집제 중 어느 하나 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있으나 이에 제한되지 않고 다양한 물질로 이루어질 수 있다.
상기 무기 응집제는 황산알루미늄(Aluminum Sulfate, Al2(SO4)3), 폴리염화알루미늄(Poly Aluminum Chloride), 폴리 황산알루미늄(Poly Aluminium Sulfate), 폴리 황산규산알루미늄(Poly Aluminum Silicate Sulfate), 폴리 염화알루미늄규산(Poly Aluminium Chloride Silicate), 폴리 염화알루미늄칼슘(Poly Aluminium Chloride Calcium), 폴리 수산화염화규산알루미늄 (PAHCS), 황산 제1 철 (Ferrous Sulfate), 황산 제2 철(Ferric Sulfate), 염화 제2 철(Liquid Ferric Chloride), 알긴산나트륨(Sodium Alginate), 폴리아민(에피클로로히드린 디메틸아민 폴리아민, EPI-DMA, Polyamines, Epichlo rohydrin-dimethylamine Polyamines) 및 폴리수산화염화황산알루미늄 (Poly Aluminum Hydroxy ChloroSulfate) 중 어느 하나 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있으나, 이에 제한되지 않고 다양한 물질로 이루어질 수 있다.
상기 유기 고분자 응집제는 유기 응집제로는 폴리아크릴산(polyacrylic acid), 폴리아크릴아미드(polyacrylamide derivates), 폴리에틸렌이민(polyethylene imine) 중 어느 하나 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있으나, 이에 제한되지 않고 다양한 물질로 이루어질 수 있다.
상기 천연 응집제는 장석(NaAlSiO, CaAlSiO), 제올라이트(Mn/2OㅇAl2O3ㅇxSiO2ㅇyH2O), 이산화규소(SiO2), 탄산 칼슘(CaCO3), 수산화칼슘(Ca(OH)2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화마그네슘(MgO), 이산화타이타늄(TiO2), 핵사플루오르화규소포타슘(K2SiF6), 염화칼슘(CaCl2) 및 염화바륨(BaCl2) 중 어느 하나 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있으나, 이에 제한되지 않고 다양한 물질로 이루어질 수 있다.
제2 공급부(130)는 상기 원수 공급부에서 공급된 원수 및 상기 제1 공급부에서 공급된 응집제와 혼합되는 자성 기반 가중 응집제가 공급될 수 있다.
상기 자성 기반 가중응집제는 퍼멀로이 합금(Ni80Fe20), 마그헤마이트(Fe2O3), 마그네타이트(Fe3O4), 바륨페라이트(BaFe12O19), 망간페라이트(MnFe2O3), 니켈페라이트(NiFe2O3) 및 코발트페라이트(CoFe2O4) 중 어느 하나 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있으나, 이에 제한되지 않고 다양한 물질로 이루어질 수 있다.
상기 자성 기반 가중응집제는 10 ㎛ 내지 300 ㎛의 직경을 가질 수 있고, 바람직하게는 30 ㎛ 내지 120 ㎛의 평균 직경을 가질 수 있다.
상기 자성 기반 가중응집제의 직경이 30 ㎛ 이하이면 자성 기반 가중응집제 중 일부가 반응에 참여하지 않고 수면의 표면으로 부상하게 되고, 300 ㎛ 를 초과하면 자성 기반 가중응집제의 대부분이 반응에 참여하지 못하고 바로 침전된다.
상기 자성 기반 가중응집제는 1.1 g/㎤ 이상의 밀도를 가질 수 있고, 바람직하게는 2 g/㎤ 내지 5 g/㎤ 의 밀도를 가질 수 있다.
상기 자성 기반 가중응집제의 밀도가 1 g/㎤ 이하이면 최종적으로 형성되는 플럭이 부유되고, 5 g/㎤ 를 초과하면 부적절한 혼화 및 관벽에의 충돌에 의한 관마모 현상이 촉진 된다.
상기 자성 기반 가중응집제의 직경(㎛) 및 상기 자성 기반 가중응집제의 유효밀도비((가중응집제의 밀도-물의 밀도)/물의 밀도)의 곱은 200 내지 320 일 수 있다.
혼화 유닛(140)은 제1 공급부(120) 및 제2 공급부(130)와 연결된 원수 공급부(110)와 연결되어, 상기 원수, 상기 응집제 및 상기 자성 기반 가중응집제를 공급받는다.
혼화 유닛(140)은 2:1 내지 60:1 의 종횡비를 가질 수 있다.
종래의 스태틱 믹서 내 혼화 유닛의 종횡비는 1:1 내지 1.5:1이였으나, 500 sec-1 의 낮은 혼화강도로 인하여 플럭을 형성하기 위한 혼화가 잘 이루어지지 않았고, 자성 기반 가중응집제의 직경이 큰 경우에도 플럭의 혼화가 원활하게 이루어지지 않았다.
그러나 본 발명의 일 실시예에 따른 종횡비를 갖는 혼화 유닛을 포함하는 스태틱 믹서를 사용할 경우에는 충분한 교반 강도로 인하여 플럭을 형성하기 위한 가중응집제의 혼화가 원활하게 이루어지고, 특히 자성 기반 가중응집제의 직경이 큰 경우에도 플럭의 혼화가 원활하게 이루짐을 알 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 종횡비를 갖는 혼화 유닛을 포함하는 스태틱 믹서는 플럭의 형성이 원활하게 이루어질 수 있도록 수처리 용량에 따라 종횡비가 달라질 수 있다.
구체적으로, 수처리 용량이 10,000 m3/d 내지 20,000 m3/d 인 경우에는 2:1 내지 3:1의 종횡비를 가질 수 있고, 1,000 m3/d 내지 10,000 m3/d 인 경우에는 3:1 내지 8:1의 종횡비를 가질 수 있으며, 100 m3/d 내지 1,000 m3/d 인 경우에는 8:1 내지 13:1의 종횡비를 가질 수 있고 10 m3/d 내지 100 m3/d 인 경우에는 13:1 내지 60:1의 종횡비를 가질 수 있다.
수처리 용량(m3/d) 종횡비
10,000 내지 20,000 2:1 내지 3:1
1,000 내지 10,000 3:1 내지 8:1
100 내지 1,000 8:1 내지 13:1
10 내지 100 13:1 내지 60:1
혼화 유닛(140)은 750 sec-1 내지 1250 sec-1 의 교반 강도(G)를 가질 수 있고, 0.8 sec 내지 1.2 sec의 교반 시간(T)을 가질 수 있다.
혼화 유닛(140)은 상기의 종횡비를 가짐으로써 충분한 크기의 교반 강도를 가질 수 있다. 따라서 자성 기반 가중응집제의 직경이 큰 경우에도 플럭의 형성이 원활하게 이루어 질 수 있고, 특히 상기 자성 기반 가중응집제의 직경 및 상기 자성 기반 가중응집제의 유효밀도비의 곱이 200 내지 320 인 경우에 플럭의 침강 속도가 향상될 수 있다.
상술한 구성을 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 스태틱 믹서(100)는 특정 종횡비를 갖는 혼화 유닛(140)을 사용함으로써 혼화 시의 교반 강도값이 높아지게 되고, 이에 따라 가중응집제의 직경이 큰 경우에도 응집제의 혼화가 원활하게 이루어져 플럭이 잘 형성됨에 따라 플럭의 침강 속도를 향상시킬 수 있게 된다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 스태틱 믹서를 이용한 플럭의 고속 침강 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 2는 도 1에서 도시한 본 발명의 실시예에 따른 스태틱 믹서를 이용한 플럭의 고속 침강 방법을 도시한 것이므로, 도 1과 중복되는 구성요소에 대한 설명은 생략하기로 한다.
도 2를 참조하면, 단계 S310에서 원수는 펌프(미도시)를 통하여 펌핑된 원수가 원수 공급부에 주입되고, 단계 S320에서 상기 원수 공급부에서 공급된 원수에 펌프(미도시)를 통하여 펌핑된 응집제가 제1 공급부에 공급된다.
이후, 단계 S330에서 상기 원수 공급부에서 공급된 원수 및 상기 제1 공급부에서 공급된 응집제와 혼합되는 자성 기반 가중 응집제가 제2 공급부를 통하여 공급되고, 단계 S340에서 원수, 응집제 및 자성 기반 가중응집제가 2:1 내지 60:1 의 종횡비를 갖는 혼화 유닛에서 혼합되어, 원수에 함유된 오염물질이 응집된 후 형성된 플럭이 침강된다.
상기와 같은 종횡비를 갖는 상기 혼화 유닛은 750 sec-1 내지 1250 sec-1의 교반 강도로 상기 원수, 상기 응집제 및 상기 자성 기반 가중응집제를 원활하게 혼화시킬 수 있고, 자성 기반 가중응집제의 직경 및 밀도가 큰 경우에도 플럭을 잘 형성할 수 있어 플럭의 침강 속도를 향상시킬 수 있다.
이하, 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예 및 비교예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예 및 비교예에 의해 한정되는 것은 아니다.
<본 발명의 실시예에 따른 60:1 의 종횡비를 갖는 혼화 유닛을 포함하는 스태틱 믹서를 사용한 경우(실시예 1 내지 5) 및 종래의 완전 혼화 장치를 사용한 경우(비교예 1 내지 5)에 따른 플럭의 침강 속도 측정>
본 발명의 실시예에 따른 60:1 의 종횡비를 갖는 혼화 유닛을 포함하는 스태틱 믹서를 사용한 경우와 종래의 완전 혼화 장치를 사용한 경우의 플럭의 침강 속도를 측정하기 위하여 사용된 원수, 응집제 및 자성 기반 가중응집제는 하기와 같다.
실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 5에서 사용된 원수, 응집제 및 자성 기반 가중응집제는 모두 동일하고 실시예 1 내지 5는 본 발명의 실시예에 따른 60:1 의 종횡비를 갖는 혼화 유닛을 포함하는 스태틱 믹서를 사용하였으며, 비교예 1 내지 5는 종래의 완전 혼화 장치를 사용하였다.
[원수 및 응집제]
본 발명의 실시예에 따른 60:1 의 종횡비를 갖는 혼화 유닛을 포함하는 스태틱 믹서를 사용한 경우 및 종래의 완전 혼화 장치를 사용한 경우에 따른 플럭의 침강 속도 측정하기 위하여 사용된 원수는 Kaoline을 이용하여 탁도 190NTU로 합성하였고, 응집제는 폴리염화알루미늄(Poly Aluminum Chloride)를 사용하였으며, 응집제의 주입량은 30mg/L로 고정하였다. 또한 반응 pH는 NaOH 1M 용액을 이용하여 7로 고정하였다.
[자성 기반 가중응집제]
본 발명의 실시예에 따른 60:1 의 종횡비를 갖는 혼화 유닛을 포함하는 스태틱 믹서를 사용한 경우 및 종래의 완전 혼화 장치를 사용한 경우에 따른 플럭의 침강 속도 측정하기 위하여 사용된 자성 기반 가중응집제는 하기 [표 2]와 같다.
제품번호 제품명 직경 (um) 밀도 (g/cm3)
TF-1010 Silica Magnetic Micro Beads 25 2.89
TF-1020 Magnetic Micro Beads 33 5.09
TF-1040 Magnetic Micro Beads 64 5.57
TF-1050 Magnetic Micro Beads 80 5.09
TF-1060 Magnetic Micro Beads 120 5.09
[실시예 1 내지 5]
상기 원수 및 응집제에 직경이 각각 25 ㎛, 33 ㎛, 64 ㎛, 80㎛ 및 120 ㎛ 이고, 밀도가 각각 2.89 g/cm3, 5.09 g/cm3, 5.57 g/cm3, 5.09 g/cm3 및 5.09 g/cm3 인 자성 기반 가중응집제를 공급하였다.
[비교예 1 내지 5]
상기 원수 및 응집제에 직경이 각각 25 ㎛, 33 ㎛, 64 ㎛, 80㎛ 및 120 ㎛ 이고, 밀도가 각각 2.89 g/cm3, 5.09 g/cm3, 5.57 g/cm3, 5.09 g/cm3 및 5.09 g/cm3 인 자성 기반 가중응집제를 공급하였다.
제품번호 제품명 직경 (um) 밀도 (g/cm3) 침강속도(m/h)
TF-1010 Silica Magnetic Micro Beads 25 2.89 47.2(실시예 1) 36.5(비교예 1)
TF-1020 Magnetic Micro Beads 33 5.09 80.1(실시예 2) 52.0(비교예 2)
TF-1040 Magnetic Micro Beads 64 5.57 76.05(실시예 3) 63.2(비교예 3)
TF-1050 Magnetic Micro Beads 80 5.09 90.11(실시예 4) 실험불가(비교예 4)
TF-1060 Magnetic Micro Beads 120 5.09 53.39(실시예 5) 실험불가(비교예 5)
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 60:1 의 종횡비를 갖는 혼화 유닛을 포함하는 스태틱 믹서를 사용(실시예 1 내지 3)한 경우 및 완전 혼화 장치를 사용(비교예 1 내지 3)한 경우의 플럭의 침강 속도를 도시한 그래프이다.
도 3 및 [표 3]을 참조하면, 자성 기반 가중응집제의 직경 및 자성 기반 가중응집제의 밀도가 동일한 경우, 본 발명의 실시예에 따른 60:1 의 종횡비를 갖는 혼화 유닛을 포함하는 스태틱 믹서를 사용(실시예 1 내지 3)한 경우에 완전 혼화 장치를 사용(비교예 1 내지 3)한 경우 보다 플럭의 침강 속도가 빠른 것을 알 수 있고, 특히 실시예 2의 경우에 비교예 2보다 침강 속도가 약 54% 증가함을 알 수 있다.
또한, [표 3]을 참조하면, 완전 혼화 장치를 사용한 경우에 직경의 크기가 80 ㎛ 및 120 ㎛(비교예 4 및 비교예 5)인 자성 기반 가중응집제의 혼화가 원활하지 않아 실험이 불가한 반면 본 발명의 실시예에 따른 60:1 의 종횡비를 갖는 혼화 유닛을 포함하는 스태틱 믹서를 사용한 경우에는 직경의 크기가 80 ㎛ 및 120 ㎛(실시예 4 및 실시예 5)인 경우에도 플럭이 원활하게 형성됨을 알 수 있다.
상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 2:1 내지 60:1 의 종횡비를 갖는 혼화 유닛을 포함하는 스태틱 믹서는 충분한 크기의 교반 강도를 가질 수 있고, 이에 따라 자성 기반 가중응집제의 직경이 큰 경우에도 플럭의 혼화가 원활하게 이루어져 플럭이 잘 형성됨에 따라 종래의 완전 혼화 장치를 사용한 경우보다 플럭의 침강 속도가 향상됨을 알 수 있다.
<자성 기반 가중응집제의 직경 및 밀도(실시예 6 내지 10)에 따른 플럭의 침강 속도 측정>
본 발명의 실시예에 따른 60:1 의 종횡비를 갖는 혼화 유닛을 포함하는 스태틱 믹서를 사용한 경우에 있어서, 자성 기반 가중응집제의 직경 및 밀도에 따른 플럭의 침강 속도를 측정하였다.
자성 기반 가중응집제의 직경 및 밀도에 따른 플럭의 침강 속도를 측정하기 위하여 사용된 원수, 응집제 및 자성 기반 가중응집제는 하기와 같다.
실시예 6 내지 10에서 사용된 60:1 의 종횡비를 갖는 혼화 유닛을 포함하는 스태틱 믹서, 원수, 응집제는 동일하나, 자성 기반 가중응집제는 직경 및 밀도가 상이한 자성 기반 가중응집제를 사용하였다.
[원수 및 응집제]
본 발명의 실시예에 따른 스태틱 믹서를 이용한 경우에 자성 기반 가중 응집제의 직경 및 밀도에 따른 플럭의 침강 속도를 측정하기 위하여 원수는 Kaoline을 이용하여 탁도 190NTU로 합성하였고, 응집제는 폴리염화알루미늄(Poly Aluminum Chloride)를 사용하였으며, 응집제의 주입량은 30mg/L로 고정하였다. 또한 반응 pH는 NaOH 1M 용액을 이용하여 7로 고정하였다.
[자성 기반 가중응집제]
본 발명의 실시예에 따른 스태틱 믹서를 이용한 경우에 자성 기반 가중 응집제의 직경 및 밀도에 따른 플럭의 침강 속도를 측정하기 위하여 직경 및 밀도가 각각 상이한 자성 기반 가중응집제를 사용하였으며, 사용된 자성 기반 가중응집제는 하기 [표 4]와 같다.
(실시예) 제품번호 제품명 직경 (um) 밀도 (g/cm3)
실시예 6 TF-1020 Magnetic Micro Beads 33 5.09
실시예 7 TF-1040 Magnetic Micro Beads 64 5.57
실시예 8 TF-1050 Magnetic Micro Beads 80 5.09
실시예 9 TF-1010 Silica Magnetic Micro Beads 25 2.89
실시예 10 TF-1060 Magnetic Micro Beads 120 5.09
[실시예 6]
상기 원수 및 응집제에 직경이 33 ㎛ 이고, 밀도가 5.09 g/cm3 인 자성 기반 가중응집제를 공급하였다.
[실시예 7]
상기 원수 및 응집제에 직경이 64 ㎛ 이고, 밀도가 5.57 g/cm3 인 자성 기반 가중응집제를 공급하였다.
[실시예 8]
상기 원수 및 응집제에 직경이 80 ㎛ 이고, 밀도가 5.09 g/cm3 인 자성 기반 가중응집제를 공급하였다.
[실시예 9]
상기 원수 및 응집제에 직경이 25 ㎛ 이고, 밀도가 2.89 g/cm3 인 자성 기반 가중응집제를 공급하였다.
[실시예 10]
상기 원수 및 응집제에 직경이 120 ㎛ 이고, 밀도가 5.09 g/cm3 인 자성 기반 가중응집제를 공급하였다.
실시예 제품번호 제품명 직경
(um)		 밀도 (g/cm3) 직경ⅹ유효밀도비 침강속도
(m/h)
6 TF-1020 Magnetic Micro Beads 33 5.09 134.97 80.1
7 TF-1040 Magnetic Micro Beads 64 5.57 292.48 76.5
8 TF-1050 Magnetic Micro Beads 80 5.09 327.2 90.11
9 TF-1010 Silica Magnetic Micro Beads 25 2.89 47.25 47.2
10 TF-1060 Magnetic Micro Beads 120 5.09 490.8 53.39
도 4은 본 발명의 실시예 6 내지 10에 따른 자성 기반 가중응집제의 직경 및 자성 기반 가중응집제의 유효밀도비의 곱에 따른 플럭의 침강 속도를 도시한 그래프이다.
도 4 및 [표 5]를 참조하면, 상기 자성 기반 가중응집제의 직경 및 유효밀도비의 곱이 134.97 (실시예 6), 292.48 (실시예 7) 및 327.2 (실시예 8)인 경우에 47.25 (실시예 9) 및 490.8 (실시예 10) 인 경우 보다 플럭의 침강 속도가 빠른 것을 알 수 있다.
본 발명에 따른 2:1 내지 60:1 의 종횡비를 갖는 혼화 유닛을 포함하는 스태틱 믹서는 충분한 교반 강도를 가질 수 있고, 이에 따라 자성 기반 가중응집제의 직경이 큰 경우에도 플럭의 혼화가 원활하게 이루어 질 수 있으며, 특히 자성 기반 가중응집제의 직경 및 유효밀도비의 곱이 200 내지 320 인 경우에 플럭의 침강이 빠르게 일어나는 것을 알 수 있다.
따라서 동일한 스태틱 믹서를 사용하더라도, 사용된 자성 기반 가중응집제의 직경 및 유효밀도비의 곱에 따라 플럭의 침강 속도의 차이가 존재하고, 특히 사용된 자성 기반 가중응집제의 직경 및 유효밀도비의 곱이 200 내지 320의 범위를 가지는 경우에 플럭의 침강이 빠르게 일어나는 것을 알 수 있다.
상기에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 스태틱 믹서는 특정 범위의 종횡비를 갖는 혼화 유닛을 포함함으로써 충분한 교반 강도 값을 갖게 되고, 이에 따라 자성 기반 가중응집제의 직경이 큰 경우에도 플럭이 원활하게 형성될 수 있다.
또한, 사용된 자성 기반 가중응집제의 직경 및 유효밀도비의 곱을 200 내지 320으로 유지함으로서, 플럭의 침강 속도를 향상시킬 수 있다.
상기와 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
100: 스태틱 믹서
110: 원수 공급부
120: 제1 공급부
130: 제2 공급부
140: 혼화 유닛

Claims (10)

  1. 원수 공급부;
    상기 원수와 혼합되는 응집제를 공급하는 제1 공급부;
    상기 원수 및 상기 응집제와 혼합되는 자성 기반 가중응집제를 공급하는 제2 공급부; 및
    상기 원수, 상기 응집제 및 상기 자성 기반 가중응집제를 혼합시킨 후 상기 원수에 함유된 오염물질을 응집시켜 플럭(floc)을 형성하고, 2:1 내지 60:1 의 종횡비를 갖는 혼화 유닛;
    을 포함하는 스태틱 믹서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 자성 기반 가중응집제의 직경이 30 ㎛ 내지 120 ㎛ 범위인 것을 특징으로 하는 스태틱 믹서.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 자성 기반 가중응집제의 밀도가 2 g/㎤ 내지 5 g/㎤ 범위인 것을 특징으로 하는 스태틱 믹서.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 자성 기반 가중응집제의 직경(㎛) 및 상기 자성 기반 가중응집제의 유효밀도비((자성 기반 가중응집제 밀도 - 물의 밀도)/물의 밀도)의 곱이 200 내지 320의 범위인 것을 특징으로 하는 스태틱 믹서.

  5. 제1항에 있어서,
    상기 자성 기반 가중응집제는 퍼멀로이 합금(Ni80Fe20), 마그헤마이트(Fe2O3), 마그네타이트(Fe3O4), 바륨페라이트(BaFe12O19), 망간페라이트(MnFe2O3), 니켈페라이트(NiFe2O3) 및 코발트페라이트(CoFe2O4) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 스태틱 믹서.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 혼화 유닛의 교반 강도(G)가 750 sec-1 내지 1250 sec- 1 인 것을 특징으로 하는 스태틱 믹서.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 혼화 유닛의 교반 시간(T)이 0.8sec 내지 1.2sec 인 것을 특징으로 하는 스태틱 믹서.
  8. 원수 공급부를 통하여 원수가 주입되는 단계;
    상기 원수와 혼합되는 응집제가 제1 공급부에 공급되는 단계;
    상기 원수 및 상기 응집제와 혼합되는 자성 기반 가중응집제가 제2 공급부에 공급되는 단계; 및
    상기 원수, 상기 응집제 및 상기 자성 기반 가중응집제가 2:1 내지 60:1 의 종횡비를 갖는 혼화 유닛에서 혼합되고, 상기 원수에 함유된 오염물질이 응집된 후 형성된 플럭이 침강되는 단계;
    를 포함하는 플럭의 고속 침강 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 자성 기반 가중응집제의 직경(㎛) 및 상기 가중응집제의 유효밀도비의 곱이 200 내지 320의 범위인 것을 특징으로 하는 플럭의 고속 침강 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 혼화 유닛의 교반 강도(G)가 750 sec-1 내지 1250 sec- 1 인 것을 특징으로 하는 플럭의 고속 침강 방법.
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