KR20230148865A - 재순환 자동차 인산염 헹굼수 스트림 - Google Patents

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다니엘 엠. 윌리엄스
토니 벨잔 맥코브스키
브루스 테이트
조셉 피터 미켄비치
알렉스 마이클 보그다
아티 나라야난
윌리엄 에이. 본 드라섹
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에코랍 유에스에이 인코퍼레이티드
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Abstract

본 발명은 재순환 자동차 인산염 헹굼수에 관한 것이다. 인산염을 함유하는 공정수를 처리하기 위한 장치 및 방법이 개시되어 있다. 상기 장치는 공정수 라인(10)을 포함할 수 있다. 공정수 라인(10)은 샘플 공정수 라인(11)과 유체 연통 상태일 수 있다. 샘플 공정수 라인(11)은 희석 라인(12)과 유체 연통 상태일 수 있다. 샘플 공정수 라인(11), 희석 라인(12), 및 인산염 분석기(13)는 희석된 공정수 라인(14)과 유체 연통 상태일 수 있다. 상기 장치는 또한, 공정수 라인(10)과 유체 연통 상태에 있고 샘플 공정수 라인(11)으로부터 하류에 있는 화학 첨가제 공급 라인(15)을 포함할 수 있다.

Description

재순환 자동차 인산염 헹굼수 스트림{RECYCLING AUTOMOTIVE PHOSPHATE RINSE WATER STREAM}
본 발명은 일반적으로 재순환수(recycling water)에 관한 것이다. 더 구체적으로는, 본 발명은 재순환 자동차 헹굼수에 관한 것이다.
페인팅을 위한 차체(car body)의 준비는 일련의 전처리 단계들을 포함한다. 전처리 단계들 중 하나는 차체를 부식 방지제, 예컨대 인산아연으로 처리함으로써 부식으로부터 차체를 보호한다. 인산염 처리(phosphating) 공정은 부식 방지 처리로서의 역할을 하는 것에 더하여 금속에 대한 페인트 프라이머의 접착력을 개선한다.
인산염 처리 공정 전에, 차체는 오일 및 먼지를 제거하기 위해 세정제로 세척될 수 있다. 이어서, 차체는 액티베이션 및 인산염 딥(dip) 처리 전에 수 회의 헹굼 단계를 통과할 수 있다. 인산염 딥 후에, 차체는 헹구어지고, 이어서 패시베이션 스프레이로 처리된다. 패시베이션은 인산염 코팅의 부식 방지 특성을 향상시키는 다른 화학물질을 포함할 수 있다.
헹굼 단계는 차체로부터 과량의 인산염을 제거하는 데 상당량의 물을 필요로 한다. 인산염으로 오염된 헹굼수는 처리 및 재사용에 있어서 난제들을 제시하는데, 이들 중 하나는 사용된 헹굼수 중의 인산염 수준이 상당히 변동될 수 있다는 것이다. 이러한 변동은 고가의 인산염 제어제의 과다투입(overdosing)을 초래할 수 있다.
일부 구현예에서, 인산염을 함유하는 물을 처리하기 위한 장치가 개시된다. 상기 장치는 공정수 라인; 공정수 라인과 유체 연통 상태에 있는 샘플 공정수 라인; 샘플 공정수 라인과 유체 연통 상태에 있는 희석 라인; 샘플 공정수 라인, 희석 라인, 및 인산염 분석기와 유체 연통 상태에 있는 희석된 공정수 라인; 및 공정수 라인과 유체 연통 상태에 있고 샘플 공정수 라인으로부터 하류에 있는 화학 첨가제 공급 라인을 포함할 수 있다.
일부 구현예에서, 샘플 공정수 라인 및 희석 라인은 각각 오발 기어 유량계(oval gear meter)를 포함한다.
일부 구현예에서, 장치는 공정수 라인과 유체 연통 상태에 있는 바이패스수(bypass water) 라인을 포함할 수 있다.
일부 구현예에서, 장치는 공정수 라인과 일렬로 있는 한외여과 유닛을 포함할 수 있다.
일부 구현예에서, 장치는 공정수 라인과 일렬로 있는 역삼투 유닛을 포함할 수 있다.
일부 구현예에서, 공정수 라인, 샘플 공정수 라인, 희석 라인, 희석된 공정수 라인, 및 화학 첨가제 공급 라인은 각각 제어 밸브를 포함할 수 있다.
일부 구현예에서, 장치는 인산염 분석기와 통신 상태에 있는 프로그램된 로직 컨트롤러를 포함할 수 있다.
일부 구현예에서, 공정수 라인은 유량계를 포함할 수 있다.
일부 구현예에서, 화학 첨가제 공급 라인은 유량계 및 화학물질 공급 펌프를 포함할 수 있다.
다른 구현예에서, 물을 처리하는 방법이 개시된다. 상기 방법은 인산염을 포함하는 공정수의 일부분을 방향전환시키는 단계; 희석수로 공정수의 일부분을 희석시켜 희석된 공정수를 형성하는 단계; 희석된 공정수를 인산염 분석기 내로 전달하는 단계; 희석된 공정수의 인산염 농도를 결정하는 단계; 및 공정수의 일부분의 유량에 대한 희석수 유량의 비와, 희석된 공정수의 인산염 농도를 사용하여 공정수의 인산염 농도를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
일부 구현예에서, 상기 방법은 공정수에 첨가할 인산염 제어 첨가제의 양을 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
일부 구현예에서, 상기 방법은 인산염 제어 첨가제를 공정수 내로 주입하여 처리수(treated water)를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
일부 구현예에서, 인산염 제어 첨가제는 황산제2철, 염화제2철, 알루민산나트륨, 알루미늄 클로로수화물, 알루미늄, 염화알루미늄, 폴리염화알루미늄, 염화세륨, 칼슘계 응집제, 음이온성 중합체 플록화제(flocculant), 및 이들의 임의의 조합으로부터 선택될 수 있다.
일부 구현예에서, 인산염 제어 첨가제는 황산제2철, 염화제2철, 및 이들의 임의의 조합으로부터 선택될 수 있다.
일부 구현예에서, 상기 방법은 공정수의 일부분을 유량계에 통과시키는 단계를 포함할 수 있다.
일부 구현예에서, 상기 방법은 희석수를 유량계에 통과시키는 단계를 포함할 수 있다.
일부 구현예에서, 유량계는 오발 기어 유량계일 수 있다.
일부 구현예에서, 상기 방법은 처리수를 여과 시스템에 통과시키는 단계를 포함할 수 있다.
일부 구현예에서, 상기 방법은 희석된 공정수 중의 인산염 농도가 약 50 ppm 미만일 때 처리수를 여과 시스템에 통과시키는 단계를 포함할 수 있다.
소정 구현예에서, 자동차 인산염 처리 공정에 사용되는 공정수를 처리하는 방법이 개시된다. 상기 방법은 희석된 공정수를 인산염 분석기 내로 전달하는 단계를 포함할 수 있으며, 희석된 공정수는 공정수와 희석수의 혼합물일 수 있다.
일부 구현예에서, 상기 방법은 희석된 공정수의 인산염 농도를 결정하는 단계; 오발 기어 유량계를 통과한 공정수의 유량에 대한 희석수 유량의 비와, 희석된 공정수의 인산염 농도를 사용하여 공정수의 인산염 농도를 결정하는 단계; 및 공정수에 첨가할 인산염 제어 첨가제의 양을 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
일부 구현예에서, 상기 방법은 인산염 제어 첨가제를 공정수 내로 주입하여 처리수를 형성하는 단계; 및 처리수를 여과 시스템에 통과시키는 단계를 포함할 수 있다.
일부 구현예에서, 물을 처리하는 방법에 있어서의 장치의 사용이 개시된다. 상기 장치는 공정수 라인; 공정수 라인과 유체 연통 상태에 있는 샘플 공정수 라인; 샘플 공정수 라인과 유체 연통 상태에 있는 희석 라인; 샘플 공정수 라인, 희석 라인, 및 인산염 분석기와 유체 연통 상태에 있는 희석된 공정수 라인; 및 공정수 라인과 유체 연통 상태에 있고 샘플 공정수 라인으로부터 하류에 있는 화학 첨가제 공급 라인을 포함할 수 있다.
상기 내용은 후술되는 상세한 설명이 더 잘 이해될 수 있도록 하기 위하여 본 발명의 특징 및 기계적 이점을 다소 개략적으로 설명하였다. 본 출원의 청구범위의 주제를 형성하는 본 발명의 추가의 특징 및 이점이 이하에서 설명될 것이다. 개시된 개념 및 구체적인 구현예가 본 발명의 동일한 목적을 수행하기 위하여 다른 구현예를 변형시키거나 설계하기 위한 기초로서 용이하게 이용될 수 있음이 당업자에 의해 이해되어야 한다. 또한, 그러한 등가의 구현예는 첨부된 청구항에 기재된 본 발명의 사상 및 범주로부터 벗어나지 않음이 당업자에 의해 인식되어야 한다.
본 발명의 상세한 설명을 도면을 구체적으로 참고하여 하기에서 설명한다.
도 1은 인산염을 함유하는 물을 처리하기 위한 장치의 구현예의 개략도를 도시한다.
도 2는 인산염을 함유하는 물을 처리하기 위한, 역삼투 유닛을 포함하는 장치의 구현예의 개략도를 도시한다.
도 3은 상이한 인산염 제어 첨가제의 증가하는 투입량(dosage)의 함수로서의 처리수 중의 유출 인산염 수준을 나타낸다.
도 4는 0.1 μm 기공 크기의 막으로 여과한 후의, 염화제2철 및 황산제2철의 증가하는 투입량의 함수로서의 처리수 중의 유출 인산염 수준을 나타낸다.
도 5는 상이한 인산염 제어 첨가제의 증가하는 투입량의 함수로서의 처리수 중의 유출 인산염 수준을 나타낸다.
도 6은 황산제2철에 의해 처리된 물의 유출 인산염 수준에 대한 pH의 효과를 나타낸다.
다양한 구현예가 하기에 기재되어 있다. 이들 구현예의 다양한 요소들의 관계 및 기능은 하기 상세한 설명을 참고함으로써 더 잘 이해될 수 있다. 그러나, 구현예는 하기에 예시된 것들로 제한되지 않는다. 소정 경우에, 본 명세서에 개시된 구현예를 이해하는 데 있어서 반드시 필요한 것은 아닌 세부 내용은 생략하였다.
인산염 제어를 위한 화학물질 투입량을 최적화하기 위하여, 처리 전에 공정수 중의 인산염 수준의 측정을 필요로 한다. 이들 수준은 작동 조건, 예를 들어 생산 속도(자동차 처리량) 및 희석(역류)에 따른 헹굼 단계에 따라 변동될 수 있다. 추가적으로, 인산염 수준은 약 300 ppm보다 더 높은 수준에 도달할 수 있다. 화학물질 온라인 인산염 모니터링 시스템, 예컨대 HACH Phosphax™는 약 5 내지 10분의 샘플링 시간을 가지면서 약 50 ppm으로 제한된다. HACH Phosphax는 약 50 ppm보다 더 큰 농도를 함유하는 물 중의 인산염 농도를 정확히 결정할 수 없다.
물 중의 인산염은 역삼투막의 부착오염(fouling)을 초래할 수 있다. 역삼투 시스템을 사용한 처리에 의한 자동차 인산염 처리 공정으로부터의 오버플로우 물의 재사용은 막의 부착오염을 피하기 위하여 인산염 농도의 제어를 필요로 한다.
이러한 결점에 대처하기 위하여, 하나의 접근법은 공정 유동 라인을 컨디셔닝 섹션으로부터 격리시키고, 처리 화학물질을 주입하고, 온라인 모니터를 사용하여 처리 화학물질을 조정하여 목표 인산염 수준을 달성하는 것이다. 인산염 분석기는 화학물질로 이미 처리된 물을 샘플링한다. 이러한 조건에서의 작동은 처리 화학물질을 초기에 과다투입한 후, 공정 및 화학물질 공급 유량에 기초하여 투입량을 점진적으로 최적화할 것을 필요로 한다. 불필요한 양의 처리 화학물질을 사용하는 것 이외에도, 처리수는 투입량이 최적화될 때까지 여과 시스템에 공급되지 않을 수 있으며, 이는 추가적인 그리고 불필요한 물 낭비를 초래할 수 있다.
본 명세서에 개시된 장치 구현예 및 방법 구현예는 상기 언급된 결점에 대처하여 물의 사용량을 감소시키고 처리 화학물질의 낭비를 없애는 시스템을 가져온다.
일부 구현예에서, 인산염을 함유하는 공정수를 처리하기 위한 장치가 개시되어 있다. 상기 장치는 공정수 라인을 포함할 수 있다. 공정수 라인은 샘플 공정수 라인과 유체 연통 상태일 수 있다. 샘플 공정수 라인은 희석 라인과 유체 연통 상태일 수 있다. 샘플 공정수 라인, 희석 라인, 및 인산염 분석기는 희석된 공정수 라인과 유체 연통 상태일 수 있다. 장치는 또한, 공정수 라인과 유체 연통 상태에 있고 샘플 공정수 라인으로부터 하류에 있는 화학 첨가제 공급 라인을 포함할 수 있다.
장치는 인산염으로 오염된 물의 처리가 요구되는 임의의 공정 시스템에 설치될 수 있음이 고려된다. 장치는 자동차 헹굼수를 처리하기 위한 시스템에 특히 유용할 수 있지만; 장치는 자동차 공정에서 사용되는 헹굼 오버플로우 물을 처리하는 것으로 반드시 제한되는 것은 아니다.
일부 구현예에서, 샘플 공정수 라인 및 희석 라인은 각각 유량계를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 샘플 공정수 라인 및 희석 라인은 각각 오발 기어 유량계를 포함할 수 있다. 오발 기어 유량계는 정확한 부피의 분배가 요구될 수 있는 개별적인 양의 액체를 측정한다.
일부 구현예에서, 장치는 공정수 라인과 유체 연통 상태에 있는 바이패스수 라인을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 바이패스수 라인은 샘플 공정수 라인 뒤의 임의의 지점에서 공정수 라인과 연결될 수 있다.
일부 구현예에서, 장치는 공정수 라인과 일렬로 있는 여과 시스템을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 여과 시스템은 한외여과 유닛일 수 있다. 한외여과 유닛은 기공 크기가 약 0.01 미크론 내지 약 0.5 미크론 범위인 여과막을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 여과막은 기공 크기가 약 0.02 미크론 내지 약 0.1 미크론 범위일 수 있다. 일부 구현예에서, 여과막은 기공 크기가 약 0.02 미크론의 범위일 수 있다. 일부 구현예에서, 여과막은 기공 크기가 약 0.05 미크론의 범위일 수 있다. 일부 구현예에서, 여과막은 기공 크기가 약 0.1 미크론의 범위일 수 있다.
일부 구현예에서, 여과 시스템은 역삼투 유닛일 수 있다. 일부 구현예에서, 여과 시스템은 한외여과 유닛과 역삼투 유닛을 일렬로 포함할 수 있다.
일부 구현예에서, 공정수 라인, 샘플 공정수 라인, 희석 라인, 희석된 공정수 라인, 및 화학 첨가제 공급 라인은 각각 독립적으로 제어 밸브를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 샘플 공정수 라인 및 희석 라인은 체크 밸브를 포함할 수 있다.
일부 구현예에서, 장치는 인산염 분석기와 통신 상태에 있는 프로그램된 로직 컨트롤러를 포함할 수 있다. 인산염 분석기는 HACH Phosphax™ 분석기일 수 있지만 이로 제한되지 않는다.
일부 구현예에서, 공정수 라인은 유량계를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 화학 첨가제 공급 라인은 유량계 및 화학물질 공급 펌프를 포함할 수 있다.
도 1 및 도 2는 장치의 구현예를 도시한다. 공정수 라인(10)은 샘플 공정수 라인(11)과 유체 연통 상태일 수 있다. 샘플 공정수 라인(11)은 희석 라인(12)과 유체 연통 상태일 수 있다. 샘플 공정수 라인(11), 희석 라인(12), 및 인산염 분석기(13)는 희석된 공정수 라인(14)과 유체 연통 상태일 수 있다. 장치는 또한, 공정수 라인(10)과 유체 연통 상태에 있고 샘플 공정수 라인(11)으로부터 하류에 있는 화학 첨가제 공급 라인(15)을 포함할 수 있다. 공정수 라인(10) 및 화학 첨가제 공급 라인(15)은 유량계(16)를 포함할 수 있다. 샘플 공정 라인(11) 및 희석 라인(12)은 둘 모두 유량계(17)를 포함할 수 있고, 유량계(17)는 오발 기어 유량계일 수 있다. 도 1 및 도 2는 또한 장치가 바이패스수 라인(18)을 포함할 수 있음을 도시한다. 장치는 또한 한외여과 시스템(19)을 포함할 수 있다. 공정수의 유량을 제어하기 위해 제어 밸브(20)가 사용될 수 있다. 컨트롤러(21), 예컨대 프로그램된 로직 컨트롤러가 임의의 적합한 전기 접속부(27)를 통해 제어 밸브(20), 유량계(16, 17), 인산염 분석기(13), 및 화학물질 공급 펌프(22)에 접속될 수 있다. 공정수가 인산염 처리 공정(23)으로부터 공정수 라인(10) 내로 공급될 수 있다. 희석수가 임의의 적합한 물 공급원(24)으로부터 희석 라인(12) 내로 공급될 수 있다. 화학물질 공급 펌프(22)는 화학 첨가제 보유 탱크(25)로부터의 화학물질을 공정수 라인(10) 내로 펌핑할 수 있다. 공정수 라인(10) 내로의 주입 위치는 한외여과 시스템(19)으로부터 소정의 거리(26)에 있어야 한다. 게다가, 샘플 공정수 라인(11) 및 희석 라인(12)은 둘 모두 체크 밸브(28)를 포함할 수 있다. 폐수는 추가의 처리 또는 처분을 위하여 유출물 보유 탱크(29)로 직행될 수 있다. 도 2는 역삼투 유닛(30)이 한외여과 시스템(19)과 직렬로 존재하는 구현예를 도시한다.
일부 구현예에서, 물을 처리하는 방법이 개시된다. 상기 방법은 인산염을 포함하는 공정수의 일부분을 방향전환시키는 단계 및 희석수로 공정수의 일부분을 희석시켜 희석된 공정수를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 희석된 공정수를 인산염 분석기 내로 전달하여 인산염 농도를 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 공정수 중의 인산염 농도는 공정수 또는 방향전환된 공정수의 일부분의 유량에 대한 희석수 유량의 비와, 희석된 공정수의 인산염 농도를 사용하여 결정될 수 있다.
일부 구현예에서, 상기 방법은 공정수에 첨가할 인산염 제어 첨가제의 양을 계산하는 단계를 포함할 수 있다. 공정수 중의 인산염 수준에 기초하여, 미리 결정된 비율의 인산염 제어 첨가제가 공정수에 첨가되어 인산염을 제거할 수 있다. 일부 구현예에서, 상기 방법은 인산염 제어 첨가제를 공정수 내로 주입하여 처리수를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
인산염 제어 첨가제는 황산제2철, 염화제2철, 알루민산나트륨, 알루미늄 클로로수화물, 알루미늄, 염화알루미늄, 폴리염화알루미늄, 염화세륨, 칼슘계 응집제, 음이온성 중합체 플록화제, 또는 이들의 임의의 조합일 수 있지만 이로 한정되지 않는다. 일부 구현예에서, 인산염 제어 첨가제는 철(III)의 염일 수 있다. 일부 구현예에서, 인산염 제어 첨가제는 염화제2철일 수 있다. 일부 구현예에서, 인산염 제어 첨가제는 황산제2철일 수 있다. 일부 구현예에서, 인산염 제어 첨가제는 알루민산나트륨일 수 있다. 일부 구현예에서, 인산염 제어 첨가제는 폴리염화알루미늄일 수 있다. 일부 구현예에서, 인산염 제어 첨가제는 알루미늄 클로로수화물일 수 있다. 일부 구현예에서, 인산염 제어 첨가제는 염화세륨일 수 있다.
일부 구현예에서, 상기 방법은 처리수를 여과 시스템에 통과시키는 단계를 포함할 수 있다. 여과 시스템은, 예를 들어 전술된 바와 같은 한외여과 유닛 또는 역삼투 시스템일 수 있다.
일부 구현예에서, 처리수는 희석된 공정수 중의 인산염 농도가 약 50 ppm 미만일 때 여과 시스템에 통과된다. 일부 구현예에서, 희석된 공정수 중의 인산염 농도는 처리수가 여과 시스템에 통과될 때 약 40 ppm, 약 30 ppm, 또는 약 20 ppm 미만일 수 있다.
일부 구현예에서, 공정수는 희석된 공정수 중의 인산염 농도가 인산염 분석기의 검출 한계치에 도달할 때까지 여과 시스템을 바이패스할 수 있다. 일부 구현예에서, 상기 방법은 희석된 공정수 중의 인산염 농도가 미리 결정된 인산염 농도에 도달할 때까지 여과 시스템에 도달하기 전에 공정수를 방향전환시키는 단계를 포함할 수 있다. 미리 결정된 인산염 농도는 인산염 분석기가 신뢰성 있게 검출할 수 있는 인산염의 최고 수준일 수 있다. 미리 결정된 인산염 농도는 약 50 ppm일 수 있다.
일부 구현예에서, 상기 방법은 공정수의 일부분을 유량계에 통과시키는 단계를 포함할 수 있다. 주 공정 라인으로부터 방향전환된 공정수는 희석되고, 이어서 인산염 분석기에서 분석되어 인산염 농도를 결정할 수 있다. 방향전환된 공정수의 유량은 본 출원에 기재된 임의의 유량계를 사용하여 결정될 수 있다. 일부 구현예에서, 유량계는 오발 기어 유량계일 수 있다.
일부 구현예에서, 상기 방법은 희석수를 유량계에 통과시키는 단계를 포함할 수 있다. 희석수의 유량을 결정하기 위한 수단은 본 출원에 기재된 바와 같을 수 있다. 일부 구현예에서, 희석수의 유량은 오발 기어 유량계를 사용하여 결정될 수 있다. 희석수는 공정수 또는 샘플링을 위해 방향전환된 공정수의 일부분과 혼합될 수 있다.
일부 구현예에서, 자동차 인산염 처리 공정에 사용되는 공정수를 처리하는 방법은 공정수를 오발 기어 유량계에 통과시키는 단계 및 희석수를 오발 기어 유량계에 통과시키는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 희석수로 공정수를 희석시켜 희석된 공정수를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 이어서, 희석된 공정수가 인산염 분석기 내로 공급되어 희석된 공정수의 인산염 농도를 결정할 수 있다. 공정수 중의 인산염 농도는 오발 기어 유량계를 통과한 공정수의 유량에 대한 희석수 유량의 비와, 희석된 공정수의 인산염 농도를 사용하여 결정될 수 있다. 일단 공정수 중의 인산염 농도가 결정되었으면, 공정수 내로 주입되어야 할 인산염 제어 첨가제의 양이 계산될 수 있다. 인산염 제어 첨가제는 공정수 내로 주입되어 처리수를 형성할 수 있다. 인산염 제어 첨가제를 공정수 내로 주입한 후에, 처리수는 여과 시스템에 통과될 수 있다.
일부 구현예에서, 상기 방법은, 처리수가 여과 시스템에 들어가기 전에 충분한 혼합을 가능하게 할 공정수 라인 내의 위치에서 인산염 제어 첨가제를 주입하는 단계를 포함할 수 있다. 공정수 라인 상의 주입 위치는 당업자에 의해 결정될 수 있다. 주입 위치와 여과 시스템 사이의 거리에 영향을 줄 수 있는 인자는 유량, 파이프 크기, 주입 수단, 및 인산염 제어 첨가제일 수 있다.
인산염 제어 첨가제는 퀼(quill) 또는 Pareto™ 장치를 사용하여 공정수 내로 주입될 수 있다. 당업자는 인산염 제어 첨가제가 공정수와 효율적으로 혼합될 수 있게 하는 임의의 주입 수단이 사용될 수 있음을 인식할 것이다.
상기 방법 단계들은 유량계, 제어 밸브 상태, 화학물질 공급 펌프, 및 PO4 분석기로부터의 신호를 사용하여 중앙 컨트롤러로부터 제어될 수 있다. 이러한 제어 전략의 구현은 잠재적인 RO 막 부착오염(fouling)과 관련된 위험에 대처한다.
실시예
실시예 1
몇몇 상이한 인산염 제어 첨가제를 시험하였으며; 상이한 화학물질 및 이들의 상표명/표시가 하기 표 1에 열거되어 있다.
도 3은 증가하는 투입량의 첨가제 1 또는 첨가제 2로 처리된 블렌딩된 인산염 물 스트림 및 생성된 유출 인산염 농도를 나타낸다. 처리 전의 인산염 물 스트림 중의 총 인산염은 약 90 ppm이었다. 원상태(neat) 제품(단위: ppm)으로서의 제품 투입량은 수평축에 표시되어 있고, 유출 인산염(PO4)(단위: ppm)은 수직축에 있다. 정사각형에 의해 표현된 데이터는 첨가제 1로 처리된 물을 나타내고, 한편 다이아몬드는 첨가제 2로 처리된 물을 나타낸다. 두 화학물질 모두를 시험하였으며, 여과 전(점선)과 0.45 미크론 필터를 사용한 여과 후(실선)에 유출물을 측정하였다. 미처리 상태이지만 여과된 물의 측정을 또한 수행하였으며, 이는 흑색 파선(약 45 ppm)으로 표시되어 있다. 마지막으로, 파선으로 표시된 첨가제 3은 성능에 있어서의 화학물질의 전체 경향이 인산염 농도를 감소시키고 있음을 나타낸다.
시험 첨가제 1 및 첨가제 2로부터의 초기 COI 결과는 3가지 주요 조사결과를 나타낸다: 1) 화학물질과 장비의 조합으로 저수준 인산염 결과가 달성될 수 있고; 2) 첨가제 1이 첨가제 2보다 인산염을 제거하는 데 있어서 더 효과적인 것으로 나타나고; 3) 샘플의 여과는 유출 인산염 판독치를 크게 감소시켰다. 미처리 샘플의 여과는 표 1에 열거된 화학물질을 여과 없이 사용하는 것보다 더 많은 인산염을 제거하였다. 다른 시험들을 완료하여 혼합 시간을 평가하였는데, 이것은 약 5분 내지 약 15분 사이에 유출 인산염 수준에 있어서 어떠한 유의한 변화도 보여주지 않았다.
실시예 2
표 2는 인산염 재순환 물에 대해 완료된 11개의 화학물질 시험, 및 상응하는 유출 인산염 결과를 나타낸다. 이 표의 상단 행은 아래에 채워진 각각의 열이 나타내는 것에 대해 표기되어 있다. 화학물질을 하기 표에 나타낸 투입량으로 첨가하기 전과 후에 물의 pH를 시험하였다. 하기를 포함한 3개의 인산염 측정치를 유출물에 대해 구하였다: 총 인산염, 유기 인산염 및 무기 인산염. pH 이외의 모든 값은 ppm 단위로 나타낸다. 제품 첨가제 2, 첨가제 3, 및 FeCl3를 포함한 3개의 상이한 화학물질 및 배합물을 시험하였다:
실시예 3
염화제2철(약 40 중량%의 잔부는 물임)과 황산제2철(첨가제 1)을 인산염 스트림 혼합물에 대해 서로 비교하였으며, 이때 출발 인산염 수준은 약 110 ppm이었다. 도 4는 블렌딩된 인산염 스트림에 대한 염화제2철 및 황산제2철에 대한 투입량 곡선을, 0.1 μm 필터로 여과한 후에 얻어진 유출 인산염 측정치와 함께 나타낸다. 수평축은 제품 투입량(단위: ppm)을 나타내고, 수직축은 (총) 유출 인산염(단위: ppm)을 나타낸다. 미처리 샘플은 110 ppm 인산염으로 측정되었다.
염화제2철과 황산제2철은 유사한 결과를 가졌으며, 둘 모두 이들이 여과 후에 인산염을 한 자릿수로 감소시킬 수 있음을 나타내었다. 황산제2철은 약 600 ppm 하에서 약간의 성능상의 이점을 가졌다. 첨가제 3, 첨가제 8, 첨가제 7, 첨가제 5 및 공급업체 제품(첨가제 6)을 포함한 관심 대상의 다른 화학물질을 상기에서와 동일한 방식으로 시험하였다. 이들의 최적 투입량 및 얻어진 인산염 측정치가 하기 표 3에 나타나 있다. 이들 결과는 첨가제 7과 첨가제 5, 염화제2철, 및 황산제2철이 인산염을 제거하는 데 있어서 가장 효과적인 제품임을 나타낸다. 모든 제품을 약 6.5 내지 약 7의 pH에서 시험하였다.
표 3은 인산염 재순환 물에 대해 완료된 7개의 화학물질 시험, 및 상응하는 유출 인산염 결과를 나타낸다. 0.1 μm 필터로 여과한 후에 인산염 농도를 측정하였다.
도 5는 상기에서 시험된 화학물질에 대한 전체 투입량 곡선을 나타낸다. 첨가제 3, 첨가제 7, 황산제2철 및 염화제2철(40%)은 성능에 기초하여 월등한 인산염 제거를 입증하였다. 약 500 내지 약 600 ppm에서 한 자릿수 인산염 수치가 달성되었다. 모든 시험을 pH 약 6.5 내지 7에서 완료하였다. 0.1 μm 필터로 여과한 후에 인산염 농도를 측정하였다. 수평축은 제품 투입량(단위: ppm)을 나타내고, 수직축은 (총) 유출 인산염(단위: ppm)을 나타낸다. 미처리 샘플은 약 110 ppm 인산염으로 측정되었다.
실시예 4
샘플에 대한 pH의 효과를 알아보기 위하여, 약 500 ppm의 첨가제 1을 pH 약 5.7, 약 6.2, 약 7.3 및 약 9.2에서 인산염 스트림에 대해 시험하였다. 제품을 샘플 내로 투입한 후에 pH 조정을 행하였으며; 그럼으로써, 샘플이 소정 pH에서 반응될 수 있게 하였다. 유출 인산염은 pH 약 6.2 이상에서 모든 pH 값에 대해 유사한 결과를 보여주었다. 인산염 제거는 pH 약 6.5 이상에서 pH에 의해 영향을 받지 않았다.
도 6은 인산염 물 스트림을 약 500 ppm의 첨가제 1로 처리한 후의 인산염 측정치를 나타낸다. 수평축은 샘플 pH를 나타내고, 수직축은 유출 인산염(단위: ppm)을 나타낸다. 인산염 제거에 대한 pH의 효과를 알아보기 위하여 첨가제 1의 첨가 후에 각각을 시험을 상이한 pH로 조정하였다. 0.1 μm 필터로 여과한 후에 인산염 농도를 측정하였다. pH 약 6.5에서의 하나의 데이터 포인트를 다른 샘플들과 상이한 시간에 수집하였지만, 동일한 물에서 시험하였다.
실시예 5
현장 및 파일럿 시험을 실시하여 더 큰 규모에서의 실행가능성을 시험하였다. 비용 및 인산염 제거 성능에 기초한 파일럿 연구를 위하여 첨가제 7 및 첨가제 1을 선택하였다. 반응 및 여과 단계를 규모확대하였다. 기공 크기가 약 0.05 또는 약 0.02 μm인 한외여과막을 사용하여 여과를 수행하였다. 결과는 약 800 ppm의 첨가제 7 또는 약 650 ppm의 첨가제 1이 약 3 ppm 이하의 유출 인산염 수준을 달성할 수 있음을 보여주었다. 결과가 하기 표 4에 나타나 있다.
표기된 열은 시험된 화학물질, 화학물질 첨가 전의 pH 조정, 사용된 필터 크기, 현장(onsite)에서의 HACH 인산염 분석기 판독치, 유출 인에 대한 유도 결합 플라즈마(ICP) 결과, 및 샘플 내의 총 인산염을 기재한다.
추가적으로, 화학물질의 첨가 후에 작업 탱크 내의 pH를 조정하였다. 안정한 플록이 관찰될 때까지 작업 탱크 내에서 헹굼수를 재순환시키는 원심분리 펌프에 의해 응집을 위한 혼합을 제공하였다. HACH 분석용 시험 키트 및 휴대용 분광광도계를 사용하여 Nalco에 의해 현장에서 인산염 농도를 측정하였다. 단일 6' 길이 x 0.5" 직경 폴리비닐리덴 플루오라이드 관형 막 모듈을 고체 분리를 위하여 사용하였다. 약 0.02 및 약 0.05 미크론의 막 기공 크기를 시험하였으며, 각각의 모듈은 약 0.75 ft2의 막 표면적을 함유하였다.
작업 탱크 내의 화학적으로 침전된 헹굼수를 대략 3.5 m/s의 십자류 속도로 막 모듈을 통해 펌핑하고, 잔류물을 각각의 작업 탱크로 다시 재순환하였다. 투과물을 샘플 용기로 직행시켜 그것이 인에 대해 현장에서 시험되고 그리고 또한 ICP를 사용하여 현장외(offsite)에서 시험될 수 있도록 하였다.
(0.02 및 0.05 미크론 기공 크기를 갖는) 두 막 모두는 역삼투 공급수에 대한 적절한 투과물을 제공하는 데 있어서 인 및 고체 제거에 적절한 것으로 결정되었다. 추가적으로, Nalco 용액 첨가제 7 및 첨가제 1이 또한 처리 목적을 달성하는 데 적합하였다.
실시예 6
표 5는 1 ppm의 제품이 1 ppm의 인산염을 제거하는 데 있어서의 이론적 제거율 vs. 실험적 제거율을 나타낸다. 실험적 제거율의 경우, 데이터 포인트들을 최저 투입량으로부터, 약 2 ppm 미만의 인산염을 달성할 수 있는 투입량에서 컷오프하여 평균하였다.
도면에서, 8117은 폴리염화알루미늄을 나타내고, TX16356은 소포제이고, 8187은 첨가제 2를 나타내고, 8131은 첨가제 1을 나타내고, Molly는 첨가제 3을 나타내고, 명반은 황산알루미늄을 나타내고, x640은 첨가제 6을 나타내고, Nalco 2는 알루민산나트륨을 나타낸다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "약"은 인용된 값이 각각의 시험 측정치에서 발견되는 표준 편차로부터 생기는 오차 이내에 있음을 지칭하며, 그러한 오차가 결정될 수 없다면, "약"은 인용된 값의 10% 이내임을 지칭한다.
본 명세서에 개시되고 청구된 모든 조성물 및 방법은 본 개시내용에 비추어 과도한 실험 없이 이루어지고 실행될 수 있다. 본 발명은 다수의 상이한 형태로 구체화될 수 있지만, 본 발명의 구체적인 바람직한 구현예가 본 명세서에서 상세하게 기술된다. 본 개시내용은 본 발명의 원리의 예시이며, 본 발명을 설명된 특정 구현예로 제한하도록 의도되지 않는다. 게다가, 반대로 명확하게 언급되지 않는 한, 부정관사의 단수형 용어의 사용은 "적어도 하나" 또는 "하나 이상"을 포함하고자 한다. 예를 들어, "장치"는 "적어도 하나의 장치" 또는 "하나 이상의 장치"를 포함하고자 한다.
절대적으로 또는 근사적으로 주어진 임의의 범위는 둘 모두를 포괄하고자 하며, 본 명세서에 사용된 임의의 정의는 명확히 하고자 함이며 제한하고자 함은 아니다. 본 발명의 넓은 범주를 기재하는 수치 범위 및 파라미터는 근사치임에도 불구하고, 구체적인 예에 기재된 수치 값은 가능한 한 정확하게 보고된다. 그러나, 임의의 수치 값은 본질적으로 그의 각자의 시험 측정치에서 발견되는 표준 편차로부터 필연적으로 유래하는 소정의 오차를 포함한다. 더욱이, 본 명세서에 개시된 모든 범위는 그 안에 포함된 임의의 그리고 모든 하위범위(모든 분수 값 및 정수 값을 포함함)를 포괄하는 것으로 이해되어야 한다.
더욱이, 본 발명은 본 명세서에 기재된 다양한 구현예들 중 일부 또는 전부의 임의의 그리고 모든 가능한 조합을 포괄한다. 또한, 본 명세서에 기재된 현재의 바람직한 구현예에 대한 다양한 변화 및 변형이 당업자에게 명백할 것임이 이해되어야 한다. 그러한 변화 및 변형은 본 발명의 사상 및 범주로부터 벗어나지 않고서 그리고 그의 의도된 이점을 감소시키지 않고서 이루어질 수 있다. 따라서 그러한 변화 및 변형은 첨부된 청구범위에 의해 포함되도록 의도된다.

Claims (23)

  1. 물을 처리하는 방법으로서,
    인산염을 포함하는 공정수(process water)의 일부분을 방향전환시키는 단계;
    희석수로 공정수의 일부분을 희석시켜 희석된 공정수를 형성하는 단계;
    희석된 공정수를 인산염 분석기 내로 전달하는 단계;
    희석된 공정수의 인산염 농도를 결정하는 단계; 및
    공정수의 일부분의 유량에 대한 희석수 유량의 비와, 희석된 공정수의 인산염 농도를 사용하여 공정수의 인산염 농도를 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서, 공정수에 첨가할 인산염 제어 첨가제의 양을 계산하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 인산염 제어 첨가제를 공정수 내로 주입하여 처리수(treated water)를 형성하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 인산염 제어 첨가제는 황산제2철, 염화제2철, 알루민산나트륨, 알루미늄 클로로수화물, 알루미늄, 염화알루미늄, 폴리염화알루미늄, 염화세륨, 칼슘계 응집제, 음이온성 중합체 플록화제(flocculant), 및 이들의 임의의 조합으로부터 선택되는, 방법.
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 인산염 제어 첨가제는 황산제2철, 염화제2철, 및 이들의 임의의 조합으로부터 선택되는, 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 공정수의 일부분을 유량계에 통과시키는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 희석수를 유량계에 통과시키는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 유량계는 오발 기어 유량계(oval gear meter)인, 방법.
  9. 제3항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 처리수를 여과 시스템에 통과시키는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  10. 제9항에 있어서, 처리수를 여과 시스템에 통과시키는 단계는 희석된 공정수 중의 인산염 농도가 약 50 ppm 미만일 때 수행되는, 방법.
  11. 자동차 인산염 처리(phosphating) 공정에 사용되는 공정수를 처리하는 방법으로서,
    희석된 공정수를 인산염 분석기 내로 전달하는 단계를 포함하며, 희석된 공정수는 공정수와 희석수의 혼합물인, 방법.
  12. 제11항에 있어서, 희석된 공정수의 인산염 농도를 결정하는 단계;
    오발 기어 유량계를 통과한 공정수의 유량에 대한 희석수 유량의 비와, 희석된 공정수의 인산염 농도를 사용하여 공정수의 인산염 농도를 결정하는 단계; 및
    공정수에 첨가할 인산염 제어 첨가제의 양을 계산하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서, 인산염 제어 첨가제를 공정수 내로 주입하여 처리수를 형성하는 단계; 및
    처리수를 여과 시스템에 통과시키는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  14. 인산염을 함유하는 물을 처리하기 위한 장치로서,
    공정수 라인;
    공정수 라인과 유체 연통 상태에 있는 샘플 공정수 라인;
    샘플 공정수 라인과 유체 연통 상태에 있는 희석 라인;
    샘플 공정수 라인, 희석 라인, 및 인산염 분석기와 유체 연통 상태에 있는 희석된 공정수 라인; 및
    공정수 라인과 유체 연통 상태에 있고 샘플 공정수 라인으로부터 하류에 있는 화학 첨가제 공급 라인을 포함하는, 장치.
  15. 제14항에 있어서, 샘플 공정수 라인 및 희석 라인은 각각 오발 기어 유량계를 포함하는, 장치.
  16. 제14항 또는 제15항에 있어서, 공정수 라인과 유체 연통 상태에 있는 바이패스수(bypass water) 라인을 추가로 포함하는, 장치.
  17. 제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 공정수 라인과 일렬로 있는 한외여과 유닛을 추가로 포함하는, 장치.
  18. 제14항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 공정수 라인과 일렬로 있는 역삼투 유닛을 추가로 포함하는, 장치.
  19. 제14항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 공정수 라인, 샘플 공정수 라인, 희석 라인, 희석된 공정수 라인, 및 화학 첨가제 공급 라인은 각각 제어 밸브를 포함하는, 장치.
  20. 제14항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 인산염 분석기와 통신 상태에 있는 프로그램된 로직 컨트롤러를 추가로 포함하는, 장치.
  21. 제14항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 공정수 라인은 유량계를 포함하는, 장치.
  22. 제14항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 화학 첨가제 공급 라인은 유량계 및 화학물질 공급 펌프를 포함하는, 장치.
  23. 물을 처리하는 방법에 있어서의 장치의 용도로서,
    상기 장치는
    공정수 라인;
    공정수 라인과 유체 연통 상태에 있는 샘플 공정수 라인;
    샘플 공정수 라인과 유체 연통 상태에 있는 희석 라인;
    샘플 공정수 라인, 희석 라인, 및 인산염 분석기와 유체 연통 상태에 있는 희석된 공정수 라인; 및
    공정수 라인과 유체 연통 상태에 있고 샘플 공정수 라인으로부터 하류에 있는 화학 첨가제 공급 라인을 포함하는, 용도.
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