KR20200053384A - 알럼 슬러지를 이용한 유해성 이온 제거용 과립형 흡착제의 제조시스템 - Google Patents

알럼 슬러지를 이용한 유해성 이온 제거용 과립형 흡착제의 제조시스템 Download PDF

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Abstract

알럼 슬러지를 이용한 유해성 이온 제거용 과립형 흡착제의 제조시스템이 개시된다. 본 발명에 따른 흡착제의 제조시스템은, 정수장에서 발생된 슬러지를 단일의 제조시스템에서 순차적으로 이송하여 과립형으로 형성하므로, 편리한 효과가 있다.

Description

알럼 슬러지를 이용한 유해성 이온 제거용 과립형 흡착제의 제조시스템 {System for producing granular adsorbent for removing ionic pollutants using alum sludge}
본 발명은 알럼 슬러지를 이용하여 수중에 존재하는 유해성 이온을 제거하기 위한 과립형 흡착제의 제조시스템에 관한 것이다.
식수(食水)에 함유된 유해한 물질은 역삼투법, 응집법, 산화법, 침전법, 전기투석법 또는 흡착법 등과 같은 다양한 방법에 의하여 제거된다. 그리고, 흡착법은 단순하고, 효과적이며, 경제적이므로 많이 사용된다.
알럼(Alum)은 식수 정제용으로 많이 사용되며, 현탁물질과 천연 유기물질을 제거하기 위한 응고제로 첨가된다. 알럼이 물에 첨가되면, 알럼 슬러지(Sludge)의 일종인 무정형 알루미늄 수산화물이 생성될 수 있고, 알루미늄 수산화물은 다공성 물질이므로 토양의 개선제나 토양 대체제로 이용된다.
물의 사용량이 증가하면, 정수 과정에서 사용되는 알럼의 사용량도 증가한다. 그러면, 많은 양의 알럼 슬러지가 발생하므로, 알럼 슬러지를 처리하기 위한 방안도 필요하다.
본 출원인들은, 알럼 슬러지를 처리할 수 있는 기술 개발에 많은 노력을 기울인 결과, "알럼 슬러지를 이용한 유해성 이온 제거용 흡착제 및 이의 제조방법"에 대하여 특허권(등록번호 제10-1344235호)을 획득하였다.
등록번호 제10-1344235호의 등록특허공보에 개시된 흡착제는 분말 형태이다.
그런데, 분말 형태 흡착제는, 현장에 적용하여 사용할 때, 뭉침 현상이 발생한다.
그러면, 뭉쳐진 흡착제로 인하여 물의 편류(Channeling) 현상이 발생하고, 흡착제가 설치된 제품의 유로가 막히는 문제점이 있다. 그리고, 분말 형태의 흡착제는 물과 함께 외부로 유출될 수 있으므로, 유속을 제한하거나, 유출된 흡착제를 처리하여야 한다. 그러므로, 불편한 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 흡착제를 과립형으로 제조하기 위한 연구 개발이 진행중이나, 단일의 시스템에서 과립형 흡착제를 제조할 수 있는 기술은 전무한 실정이다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 모든 문제점들을 해결할 수 있는 과립형 흡착제의 제조시스템을 제공하는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 목적은 과립형 흡착제를 단일의 시스템에서 제조할 수 있는 과립형 흡착제의 제조시스템을 제공하는 것일 수 있다.
본 발명에 따른 과립형 흡착제의 제조시스템은, 알럼 슬러지(Alum Sludge)를 수용하는 호퍼(Hopper); 상기 호퍼로부터 알럼 슬러지를 전달받아 소성(燒成)하는 소성기; 상기 소성기에서 소성된 알럼 슬러지를 전달받아 냉각시키는 냉각탱크; 상기 냉각탱크에서 냉각된 알럼 슬러지는 전달받아 분쇄하는 분쇄기; 상기 분쇄기에서 분쇄된 알럼 슬러지를 전달받아, 투입된 바인더(Binder)와 함께 교반하는 교반기; 상기 교반기로부터 알럼 슬러지와 바인더가 교반된 교반물을 전달받아 과립형으로 형성하는 과립형성기; 상기 과립형성기에서 생성된 과립을 열처리하는 열처리기를 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 알럼 슬러지를 이용한 유해성 이온 제거용 과립형 흡착제의 제조시스템은, 정수장에서 발생된 슬러지를 단일의 제조시스템에서 순차적으로 이송하여 과립형으로 형성하므로, 편리한 효과가 있을 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 과립형 흡착제의 제조시스템을 보인 블럭도.
도 2는 도 1에 도시된 호퍼, 소성기 및 냉각탱크의 개략적 구성을 보인 도.
도 3은 도 1에 도시된 정화기의 개략적 구성을 보인 도.
도 4는 도 1에 도시된 분쇄기의 개략적 구성을 보인 도.
도 5는 도 1에 도시된 교반기의 개략적 구성을 보인 도.
본 명세서에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 정의하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다.
"포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
"적어도 하나"의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시 가능한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "제1항목, 제2항목 및 제3항목 중에서 적어도 하나"의 의미는 제1항목, 제2항목 또는 제3항목 각각 뿐만 아니라 제1항목, 제2항목 및 제3항목 중에서 2개 이상으로부터 제시될 수 있는 모든 항목의 조합을 의미한다.
"및/또는"의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시 가능한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "제1항목, 제2항목 및/또는 제3항목"의 의미는 제1항목, 제2항목 또는 제3항목뿐만 아니라 제1항목, 제2항목 또는 제3항목들 중 2개 이상으로부터 제시될 수 있는 모든 항목의 조합을 의미한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결된다 또는 설치된다"고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결 또는 설치될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결된다 또는 설치된다"라고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "∼사이에"와 "바로 ∼사이에" 또는 "∼에 이웃하는"과 "∼에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
한편, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "형성된다, 결합된다, 설치된다"라고 언급된 때에는, 어떤 구성요소와 다른 구성요소가 별도로 마련되어 형성되거나, 결합되거나, 설치된 것 뿐만 아니라, 어떤 구성요소와 다른 구성요소가 하나의 몸체인 일체로 된 것도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 알럼 슬러지를 이용한 유해성 이온 제거용 과립형 흡착제의 제조시스템에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 과립형 흡착제의 제조시스템을 보인 블럭도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 과립형 흡착제의 제조시스템은 제1저장탱크(110), 호퍼(Hopper)(130), 소성기(150), 냉각탱크(170), 정화기(190), 분쇄기(210), 선별기(220), 교반기(230), 과립형성기(250), 열처리기(270) 및 제2저장탱크(290)를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 과립(顆粒)형 흡착제의 제조시스템은 정수 공정에서 발생하는 알럼 슬러지(Alum Sludge)를 이용하여 음용수에 함유된 유해한 물질인 비소(As)를 흡착하여 제거하기 위한 과립형 흡착제를 제조할 수 있으며, 단일의 시스템에서 과립형 흡착제를 제조할 수 있다.
정수 공정에서는 고체부유물과 유기물질을 제거하기 위하여 알럼(Alum) (Al2(SO4)3·14H2O)을 첨가하여 오염물질을 응집시킨다. 알럼이 물에 첨가되면 무정형의 Aluminum Hydroxide(Al(OH)3)가 생성되며, Aluminum hydroxide는 높은 공극을 가지므로 유해물질의 흡착제로 사용 가능하다.
제1저장탱크(110)는 알럼 슬러지를 저장할 수 있다. 정수장 등에서 발생된 알럼 슬러지는 트럭 등과 같은 운반수단을 이용하여 운반한 다음, 제1저장탱크(110)에 투입하여 저장할 수 있다.
호퍼(Hopper)(130), 소성기(150) 및 냉각탱크(170)에 대하여, 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한다. 도 2는 도 1에 도시된 호퍼, 소성기 및 냉각탱크의 개략적 구성을 보인 도이다.
도시된 바와 같이, 호퍼(130)는 제1저장탱크(110)로부터 알럼 슬러지를 전달받아 수용할 수 있다. 제1저장탱크(110)에 저장된 알럼 슬러지를 호퍼(130)로 이송하기 위하여, 제1저장탱크(110)와 호퍼(130) 사이에는 이송컨베이어가 설치될 수 있다.
호퍼(130)의 내부에는 깔대기부재(131)가 설치될 수 있으며, 깔대기부재(131)의 하측에는 이송관(133)의 일단부측이 연통 설치될 수 있다. 그리고, 이송관(133)의 내부에는 이송스크류(135)가 회전가능하게 설치될 수 있다. 제1저장탱크(110)의 알럼 슬러지가 깔대기부재(131)로 투입되면, 알럼 슬러지는 깔대기부재(131)의 하단부측을 통하여 이송관(133)의 일단부측으로 유입되며, 이송관(133)으로 유입된 알럼 슬러지는 이송스크류(135)에 의하여 이송관(133)의 타단부측으로 이송된다.
소성기(150)는 호퍼(130)로부터 알럼 슬러지를 전달받아 알럼 슬러지를 290℃ - 310℃에서 23 - 25시간 동안 소성(燒成)시킬 수 있다. 소성기(150)의 중앙부측은 대략 원통형으로 형성될 수 있고, 양단부측은 외측으로 갈수록 점점 직경이 작아지는 형태로 테이퍼지게 형성될 수 있다.
호퍼(130)에서 이송된 알럼 슬러지는 소성기(150)의 일단부측으로 투입되고, 소성된 알럼 슬러지는 소성기(150)의 타단부측으로 배출된다. 소성기(150)의 일단부 및 타단부에는 소성기(150)의 일단부 및 타단부를 개폐하는 개폐부재(151a, 151b)가 각각 설치될 수 있다.
소성기(150)에서 알럼 슬러지를 소성하는 동안에는 개폐부재(151a, 151b)를 이용하여 소성기(150)의 일단부 및 타단부를 각각 폐쇄할 수 있다. 그리고, 소성기(150)의 일단부로 알럼 슬러지를 유입하거나, 타단부를 통하여 소성된 알럼 슬러지를 배출할 때에는, 개폐부재(151a, 151b)를 이용하여 소성기(150)의 일단부 및 타단부를 각각 개방할 수 있다.
소성기(150)의 일단부 및 타단부를 개폐할 때, 호퍼(130) 및 냉각탱크(170)에 의하여 개폐부재(151a, 151b)의 동작이 간섭받는 것을 방지하기 위하여, 호퍼(130)의 하면 및 냉각탱크(170)의 하면에는 롤러(139)(179)가 설치될 수 있고, 호퍼(130) 및 냉각탱크(170)는 슬라이딩가능하게 설치될 수 있다. 그러므로, 호퍼(130) 및 냉각탱크(170)를 슬라이딩시켜, 소성기(150)의 일단부 및 타단부와 접촉시키거나, 소성기(150)로부터 이격시킬 수 있다.
소성기(150)에서 알럼 슬러지를 소성시킬 때, 전체 알럼 슬러지가 균일하게 소성될 수 있도록, 소성기(150)는 회전가능하게 설치될 수 있다. 소성기(150)를 회전시키기 위하여, 소성기(150)의 외주면에는 기어(153a)가 설치될 수 있고, 기어(153a)는 모터와 연결된 기어(153b)와 맞물릴 수 있다.
소성기(150) 내부의 알럼 슬러지가 더욱 균일하게 소성될 수 있도록, 소성기(150)의 내주면에는 알럼 슬러지를 휘젓기 위한 블레이드가 형성될 수 있다.
호퍼(130)측과 인접하는 소성기(150)의 일단부측에는 실린더(160)가 설치될 수 있고, 실린더(160)는 소성기(150)의 일단부측을 승강시킬 수 있다. 실린더(160)는 소성기(150)에서 소성된 알럼 슬러지를 냉각탱크(170)로 유입시키고자 할 때, 소성기(150)의 타단부측이 일단부측 보다 더 하측에 위치되도록, 소성기(150)의 일단부측을 상승시킬 수 있다. 그러면, 소성기(150)의 소성된 알럼 슬러지를 냉각탱크(170)로 용이하게 투입할 수 있다.
냉각탱크(170)는 소성된 알럼 슬러지를 수용하여 냉각시킬 수 있으며, 대기중에서 자연 냉각시킬 수 있다. 소성된 알럼 슬러지를 냉각탱크(170)에서 냉각한 다음, 다음 공정을 수행하므로, 안전 사고를 방지할 수 있다.
소성기(150)에서 알럼 슬러지를 소성시킬 때, 가스가 배출될 수 있으며, 가스는 소성기(150)의 일단부측에 형성된 배기관(155)을 통하여 배출될 수 있다.
도 2의 미설명 부호 157은 단열재이다.
소성기(150)에서 배출되는 가스를 정화시켜, 가스에 함유된 악취를 정화하기 위하여, 소성기(150)의 상측에는 정화기(190)가 설치될 수 있다. 정화기(190)에 대하여 도 1 및 도 3을 참조하여 설명한다. 도 3은 도 1에 도시된 정화기의 개략적 구성을 보인 도이다.
도시된 바와 같이, 정화기(190)는 공기의 통로인 관로(191), 관로(191)와 연통 설치되어 소성기(150)에서 배출되는 가스를 관로(191)의 내부로 흡입시키는 흡입펌프(193) 및 관로(191)에 설치되어 가스에 함유된 악취를 제거하는 활성탄 등과 같은 필터(195)를 포함할 수 있다.
냉각탱크(170)에서 냉각된 알럼 슬러지는 분쇄기(210)로 투입되어 분쇄될 수 있으며, 도 4에 도시된 바와 같이, 분쇄기(210)는 롤밀(Roll Mill) 등으로 마련될 수 있다.
분쇄기(210)에서 분쇄된 알럼 슬러지는 선별기(220)(도 1 참조)로 투입되어 선별될 수 있으며, 체(Sieve) 등으로 마련될 수 있다. 선별기(220)에서 선별된 알럼 슬러지 중, 소정 크기 미만의 분쇄된 알럼 슬러지는 교반기(230)로 투입될 수 있고, 소정 크기 이상의 분쇄된 알럼 슬러지는 분쇄기(210)로 재투입되어 재분쇄될 수 있다.
분쇄기(210)에서 분쇄된 알럼 슬러지는 30m2/g 내지 50m2/g, 지름이 50μm 내지 200μm 인 것이 바람직하다.
교반기(230)는 분쇄기(210)에서 분쇄된 알럼 슬러지를 전달받아, 투입된 바인더(Binder)와 함께 교반할 수 있다. 교반기(230)에 대하여 도 1 및 도 5를 참조하여 설명한다. 도 5는 도 1에 도시된 교반기의 개략적 구성을 보인 도이다.
도시된 바와 같이, 교반기(230)는 회전가능하게 설치된 교반부재(231)를 포함하며, 교반기(230)의 내부로 투입된 분쇄된 알럼 슬러지와 바인더를 교반할 수 있다. 바인더는 분말 형태의 분쇄된 알럼 슬러지를 결합시켜 과립(顆粒) 형태로 형성하기 위한 첨가제이다.
바인더는 알긴산 나트륨(Sodium Alginate)이나, 알긴산 나트륨과 폴리비닐알코올(Polyvinyl Alcohol)을 함께 바인더로 사용할 수 있다.
알긴산 나트륨은 나트륨 양이온과 결합하여 존재하며, 분자들이 연속해서 결합하여 이루어진 긴 고분자 물질이다. 알긴산 나트륨은 불수용성이나, 알긴산 나트륨의 알칼리염은 물에 녹아 점성이 매우 큰 용액을 만드는 특성이 있다. 그리고, 알긴산 나트륨은 피막 형성 능력이 우수하고, 수분과 신속하게 반응하여 쉽게 결합하여 그물구조를 만든다. 그리고, 폴리비닐알코올은 접착제의 기능이 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 과립형성기(250)는 교반기(230)로부터 알럼 슬러지와 바인더가 교반된 교반물을 전달받아 과립형으로 형성할 수 있고, 열처리기(270)는 알럼 슬러지와 바인더가 교반된 과립형 교반물을 490 - 510℃에서 2 - 4시간 동안 열처리할 수 있다.
그러면, 과립형 흡착제가 제조되며, 열처리된 과립형 흡착제의 입경은 대략 0.3 - 1.5mm 인 것이 바람직하다.
열처리된 과립형 흡착제는 제2저장탱크(290)에 저장된 후, 포장되어 사용처로 이송될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 알럼 슬러지를 이용한 유해성 이온 제거용 과립형 흡착제의 제조시스템은, 정수장에서 발생된 슬러지를 단일의 제조시스템에서 순차적으로 이송하여 과립형으로 형성하므로, 편리한 효과가 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
130: 호퍼 150: 소성기
17: 냉각탱크 190: 정화기
210: 분쇄기 220: 선별기
230: 교반기 250: 과립형성기
270: 열처리기

Claims (6)

  1. 알럼 슬러지(Alum Sludge)를 수용하는 호퍼(Hopper);
    상기 호퍼로부터 알럼 슬러지를 전달받아 소성(燒成)하는 소성기;
    상기 소성기에서 소성된 알럼 슬러지를 전달받아 냉각시키는 냉각탱크;
    상기 냉각탱크에서 냉각된 알럼 슬러지는 전달받아 분쇄하는 분쇄기;
    상기 분쇄기에서 분쇄된 알럼 슬러지를 전달받아, 투입된 바인더(Binder)와 함께 교반하는 교반기;
    상기 교반기로부터 알럼 슬러지와 바인더가 교반된 교반물을 전달받아 과립형으로 형성하는 과립형성기;
    상기 과립형성기에서 생성된 과립을 열처리하는 열처리기를 포함하는 것을 특징으로 하는 과립형 흡착제의 제조시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 분쇄기와 상기 교반기 사이에는 소정 크기 이상의 알럼 슬러지를 선별하여 상기 분쇄기로 재공급하기 위한 선별기가 더 설치된 것을 특징으로 하는 과립형 흡착제의 제조시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 소성기의 상측에는 상기 알럼 슬러지의 소성시 배출되는 가스를 정화시키는 정화기가 더 설치된 것을 특징으로 하는 과립형 흡착제의 제조시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 호퍼에는 상기 호퍼로 투입된 알럼 슬러지를 상기 소성기로 이송하기 위한 이송스크류가 설치된 것을 특징으로 하는 과립형 흡착제의 제조시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 호퍼측과 인접하는 상기 소성기의 일단부측은 승강가능한 것을 특징으로 하는 과립형 흡착제의 제조시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    소성된 알럼 슬러지는 상기 냉각탱크에서 자연 냉각되는 것을 특징으로 하는 과립형 흡착제의 제조시스템.
KR1020180149096A 2018-11-08 2018-11-28 알럼 슬러지를 이용한 유해성 이온 제거용 과립형 흡착제의 제조시스템 KR102175248B1 (ko)

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