KR880002536B1 - 현탁액에서의 미립자 처리방법 - Google Patents

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Description

현탁액에서의 미립자 처리방법

제 1 도 및 제 2 도는 본 발명방법에 따라 바람직한 방법을 실시하기 위한 2가지 형태의 계통도.

제 3 도는 본 방법에 따라 실시한 바람직한 또다른 형태의 계통도.

본 발명은 현탁액에서 미립자(microscopic porticle)을 응집시키는 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 연수(sweet water), 반염수(brackish water) 또는 염수(salt water)에 현탁된 살아있는 미립자, 특히 식물성 플랑크톤을 형성하는 미소조류(micrealgae)와 동물성 플랑크톤을 형성하는 미소동물(microscopec animals)의 수취에 본 상기방법을 사용하는 수취방법에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 폐수의 정제방법에 관한 것이다. 미소조류의 세포에는 약용물질, 탄화수소(염 습지의 Dunaliella에 있는 글리세롤). 인간 또는 동물에서 영양분으로 작용하며, 메탄과 연소기체를 산출하는 염기성발효의 기질로서 작용하는 단백질과 같은 많은 유효한 분자가 함유되어 있기 때문에 미소조류는 경제적인 측면에서 상당한 흥미를 끌고 있다.

폐수 정제용 통(basin)에는 자연상태에서 쉽게 볼 수 있는 고농도의 미소조류가 발견된다(2.10조류세포수/㎤을 지닌 순수생성물 200-600mg/1) 따라서, 정제공정에 의해 년간 50-150톤/ha의 미소조류가 일차적으로 산출된다.

식물성 플랑크톤은 수성배양시 동물성플랑크톤의 생성에 이용될 수 있다(주로 윤충강, 요각운 및 미진자). 이러한 동물들은 어린조개나 물고기의 적합한 먹이연쇄를 구성하지만 이러한 먹이연쇄의 생성진행은 현재 알려진 바로는 상당히 복잡하고 어렵다.

사실상, 태양에너지를 이용한 방법에 있어서 가장 어려운 문제는 미소조류를 수취하는데 있다. 재생에너지라는 점에서 과거에 상당한 관심의 대상이 되었던 미소식물(microphytes)의 메탄화에 의해 수취하는 방법은 지급 경제적 난관에 부딪치고 있다.

수취된 종들을 조절하고, 거의 에너지를 사용하지 않으며, 건조가 필요하지 않는 가장 바람직한 경우에 있어서, 천연물질의 개시작동시 생성계를 유지하는데 필요한 총 엔탈피 양인 조류생성의 원 에너지함량은 약 18MJ/Kg이다. 메탄발효에 의해 32.2MJ/kg까지 상승한 열량은 약 60%의 열량(기체상태로 형성된 물의 연소에 의해 획득된 열)인 13.9MJ/kg이 회수될 수 있다.

이는 80kg의 미소식물은 메탄화에 의해 1GJ가 생성되지만, 수용성매질로 부터 미소식물의 분리시의 복잡성때문에 필요량은 1.44GJ이므로 총 에너지 수지는 음(nagative)라는 것을 의미한다.

미소조류의 직경크기(10-30㎛)와 이의 전형적인 특성(살아있는 유기체)때문에, 미소조류는 분리하기가 어렵다. 이미 제시된 방법들은 효율이 적거나 많은 에너지를 소비해야 한다(원심경사법이나 부유분리법을 사용하는 경우, 플랑크톤을 분리하기 위해 대규모의 많은 실험이 실시되어야 한다).

음료용 물로 만들기 위한 처리로서, 조류의 제거를 위한 1차적인 목적으로 수년동안 가는체로 걸려내는 방법(microsifting)이 사용되고 있다. 제거된 현탁물질은 훨씬 농축된 상태로 회수되었지만 여전히 낮은 값을 갖는 액체형으로 존재한다.

그래뉼물질의 여과를 위해 좀더 효율이 좋은방법이 개발되었지만 그러나 에너지의 소비는 더욱 크게 되었다. 또한 현탁액중의 잔류물질의 회수농도는 그다지 크지 않았다.

상술된 방법들의 실시에 있어서, 화학제를 첨가하여 조류의 응집을 향상시킬 수도 있다. 그러나, 이러한 방법들은 생산단가를 증가시키고 먹이연쇄에서 생성물의 사용을 불가능하게 한다.

결과적으로 1i당 수십그람의 농축 현탁액을 원한다면, 가는 체로 거르는 방법이나 여과시키는 방법이 사용될 수 있지만, 좀더 진한 농축액을 얻고자 한다면, 상기에서 언급하였듯이, 오늘날가지 기술적인 면과 경제적인 면에서 만족할 만한 결과를 주는 어떠한 방법도 제시되지 않았다.

그러므로, 본 발명은 상기에서 언급된 결점을 보완하고, 첨가제와 시약을 사용하지 않는 미소조류와 비슷한 성질을 가졌으며, 미소조류의 변형된 물성을 지닌 유기입자 또는 미소조류를, 에너지를 거의 사용하지 않고 응집시키는 방법에 관한 것으로, 간단한 경사분리에 의해 처음과 나중의 농도비가 100이상이나 영양의 성질은 변하지 않는 방법이다.

응집이란 플레이크(flake), 즉 그물로 된 기공이 있는 구조를 형성시키는 복잡한 현상이다. 이렇게 설명하면, 쉽게 분리할 수 있는 집합체를 형성하는 실제의 응집과 응고(coagulation)을 혼동하는 사람도 있을 것이다. 예를 들면, 폐수의 물리 화학적처리에는 응집상이 포함되는데, 이 응집상은 폐수에 적합한 시약(염화 제 2 철, 알루미늄 술페이트, 폴리 전해질이온, 또는 다른 시약)을 첨가한 후 경사분리기를 사용해 액체-고체상으로 분리하여 얻어진 것이다.

응집에 의해 정제하는 이러한 방법은 특히 여러 폐물이 있는 폐수의 처리에 유용한 방법으로, 종래의 생물학적방법이 배제된 것이다. 반면에, 이러한 처리방식은 응집제의 사용 때문에 처리비용이 상당히 비싼 결점을 가지고 있다.

본 발명자들은 현탁액에서 미립자를 응집시키는 한 방법을 제한한바, 이 방법은 살아있는 미소유기체를 수취하는데 유리하고, 응집제의 첨가도 필요하지 않는 방법이다.

결과적으로, 본 발명의 목적은 액체에 현탁된 미립자를 응집시키는 방법에 관한 것으로, 현탁액에 미립자를 함유한 제 1 액체를 그래뉼층에 통과시킴으로써 상기의 고정된 그래뉼물질은 부분적으로 또는 전체적으로 미립자로 점착(clogging)되며, 제 2 액체를 더 빠른 속도로 제 1 액체와 같은 방향으로 통과시킴으로써 상기 고정 그래뉼층은 부분적으로 탈착(unclogging)되며, 미립자가 응집된 액체집합체와, 부분적으로 또는 완전히 미립자가 없는 유출액이 상기 고정 그래뉼층 아래에서 회수된다는 점을 특징으로 한다.

제 2 액체는 현탁액에 미립자를 함유할 수 있고, 또한 그래뉼물질을 점착시키기 위해 사용되는 제 1 액체와 동일할 수도 있다. 이 제 2 액체는 특히 본 발명의 방법에 따라 계속 작동시킬때 사용되며, 이 경우에 응집물을 함유한 유출물의 일부는 그래뉼물질을 보충하기 위해 다시 순환될 수 있다.

본 발명의 방법에 따라 계속 작동되는 경우에 있어서, 그래뉼물질은 고정층으로서 존재할 수도, 혹은 부피가 약 30% 팽창된 형태로도 존재할 수 있는데, 이는 그래뉼물질이 유동상태로 있다는 것을 의미한다.

그래뉼물질은 약 0.005-3cm의 직경과 약 1.1g/㎤의 부피를 갖는 과립(그래뉼)상의 입자로 구성된다. 입자의 정확한 디멘젼과 그래뉼물질의 통과속도(일반적으로 0.1-5m/h(빈 칼럼에서의 속도)이다)와 같은 입자의 성질은 처리되는 현탁액의 작용성과 바라는 바의 결과에 따라 선택될 수 있다. 그래뉼물질로서 천연모래를 간단하게 사용할 수도 있다. 또한 세라믹, 또는 하소 또는 분쇄된 클레이(rushed clay)와 같은 날카롭거나 둥근입자도 사용가능하다.

본 발명 방법과 그래뉼물질을 함유한 실린더형이나 나선형의 수직 또는 경사진 칼럼 속에서 진행된다. 상기 칼럼은 처리되어지는 액체에 의해 칼럼하부에서 채워지며, 미립자가 응집된 집합체는 그래뉼물질보다 더 높은 준위에서 회수되며 정제된 액체의 배출은 이보다 더 높은 곳에서 이루어진다. 이러한 형태의 방법이 바람직한 방법이기는 하나 하강플럭스도 사용할 수도 있다.

응집액의 농축을 용이하게 하기 위해, 상승하는 플럭스에서 회수가 이루어지는 칼럼의 부위를 그래뉼물질을 함유한 칼럼의 부위보다 더 큰 표면적을 갖게 하는 것이 유리하다.

본 발명에 따른 미소조류 또는 동물성플랑크톤의 수취처리에 있어서, 칼럼의 우측에 위치하는, 경사분리기에 의해 그래뉼물질로 부터 응집액을 농축시키기 위한 하나 이상의 부가단계가 포함될 수 있다. 이 부가단계는 현탁액의 낮은 농도 때문에 현탁액에서 정상적으로는 미소조류나 동물성플랑크톤을 수취할 수 없는 공지된 다른 농축방법에도 사용 가능하다.

본 발명의 방법에는 폐수를 정제하거나 맑게하기 위해, 응집제를 사용할 필요가 없으므로 응집단계를 포함하는 통상의 방법보다 훨씬 적은 비용으로 작동시킬 수 있다.

제 1 도 및 제 2 도의 도면은 본 발명에 따른 진행과정을 설명한 바람직한 2가지형태의 계통도이다.

제 3 도는 본 발명에 따른 진행과정을 설명한 또다른 가장 바람직한 형태의 계통도이다.

제 1 도에서, 칼럼(1)은 그래뉼층(2)을 구비한바, 이 그래뉼물질의 성질, 부피 및 입자크기는 처리되는 현탁액의 작용성과 바라는 바의 결과를 얻기위한 방향에 따라 선택된다. 예를 들면, 그래뉼층은 입자의 크기가 0.2-4mm인 천연모래로 구성될 수 도 있다.

그래뉼층(2)는 칼럼하부에 연결된 라인(3)을 통해 액체로 공급된다.

제 1 단계로서, 그래뉼베드(2)는 라인(3)을 통해 다음에 처리되는 액체와 동일하거나 다른 현탁액중의 미립자를 함유하는 액체로 채워지며, 고체입자의 고정된 층을 통과함으로써 액체의 여과가 이루어진다.

이러한 방법에 따라 층(2)의 계속적인 점착이 유발되어, 그 층을 통한 충진량이 점점 줄어들게 된다. 충진량의 손실이 층(2)의 부분적 점착이나 층(2)의 완전한 점착에 대응하는 미리 정해진 값에 도달할때 공급을 중단한다. 본 발명자들에 의한 실험에서, 층(2)의 점착에 대응하는 미립자의 충진량의 손실치는 그래뉼층의 단위미터당 50cm의 물의 높이를 가질때이다.

그래뉼층(2)를 상기의 방법으로 처리시킨후, 그 층은 층(2)에 점착된 현탁액과 동일하거나 상이한, 조류와 같은 미립장의 현탁액을 계속 응집시키는데 사용될 수 있다.

처리되는 현탁액은 그래뉼층이 점착되기 전에 사용된 현탁액보다 더 빠른속도인 0.1-5m/h의 속도로 칼럼(1)의 하부에 있는 라인(3)에 의해 칼럼(1)로 주입된다.

그래뉼층의 유출시 현탁액으로 부터 형성된 미립자의 응집물을 볼 수 있다. 플레이크(flake)의 디멘젼은 1-5mm이고, 도관(5)을 통해 게속 또는 간헐적으로 제거될 수 있는 피복물(4)이 형성될때 그 플레이크는 칼럼(1)의 상부에서 경사분리에 의해 분리된다. 상기 응집피복물(4)는 도관(7)을 통해 배출되는 액체의 피복물(6)에 (적어도 부분적으로 정제됨)의해 덮여진다. 액체유출물의 일부분은 존재하는 응집물을 회수하기 위해 펌프(8)에 의해 도관(7a)을 통해 공급도관(3)으로 재순환된다.

부분적 또는 전점착물의 예비처리를 위한 그래뉼층(2)는 공급현탁액에 존재하는 미립자를 응집시키기 위해 계속 사용될 수 있다. 미소조류의 경우에 있어서 원 현탁액과 응집액사이의 농도비는 수십배이다. 응집의 물리적 현상 때문에 완전히 정제되지는 않지만, 입자층의 점착과 다음의 부분적 탈착(Partial unclogging)은 처리되는 현탁액이 주입될때 통행에 유리하도록 층의 내부에 통로를 형성하는 효과를 준다. 필요한 에너지는 단지 층을 통해 액체를 움직이게 하는 에너지 뿐으로서 매우 낮다.

본 발명의 방법을 실시하는 조건하에서, 층(2)는 고정되어 존재하거나, 약 30%정도로 팽창한다. 따라서, 피복물은 고정되거나, 예비 유동화되거나, 유동화될 수있다.

도관(5)을 통해 배출되는 응집액은 공지의 액체-고체의 분리방법에 의해 쉽게 농축될 수 있다. 미소조류에 있어서, 간단한 경사분리법에 의해서도 수백배의 농도비에 도달할 수 있다. 시험관에서 10분간의 경사분리 후, 건조물질 1g에 의해 점유된 부피는 약 70㎤으로 흥미있는 결과를 준다.

제 2 도는, 본 발명에 따른 방법을 실시하기 위한 구체적인 구체예를 보여준다. 본 도면에서 제 1 도에 해당하는 숫자에 플라임을 덧붙였다.

제 1 도와 근본적인 차이는 그래뉼층(2')을 함유한 칼럼(1')이 그래뉼층(2')보다 더크고, 그 칼럼(1')이 칼럼(1')의 가로단면보다 더 큰 가로단면을 가진 칼럼에 의해 덮여진다는 것이다. 이러한 조건하에서, 칼럼(9')에서의 액체의 상승속도는 칼럼(1')에서의 상승속도보다 작아 응집액의 농축을 증가시켜 준다.

제 1 도와 제 2 도는 본 발명을 실시하는 바람직한 형태를 보여주는 것으로, 처리되는 액체의 상승플럭스에 의해 그래뉼(2) 또는 (2')가 통과한다.

그러나, 본 발명은 미립자가 현탁된 현탁액이 그래뉼층의 상부에서 하부로 통과함으로써도 진행될 수 있다. 제 3 도가 이를 구체적으로 설명한 도면이다.

제 3 도에서, 그래뉼층(12)를 함유하고 있는 칼럼(11)은 칼럼의 상부부위에서 도관(13)을 통해 미립자를 함유한 현탁액으로 채워진다. 응집된 미립자들의 플레이크들을 함유하는 유출물들은 칼럼(11)의 하부에서 도관(14)를 통해 더 낮은 곳에 있는 수직분리기(15)의 방향으로 유출되어 도관(17)을 통해 배출된다. 부분적으로 정제된 액체는 분리기의 상부부위에서 도관(18)에 의해 배출되고, 상기의 액체중 일부분은 전술된 바와 같이 도관(19) 및 펌프(20)에 의해 칼럼(11)의 공급도관(13)으로 재순환된다.

하기 실시예는 본 발명에 따른 방법의 여러 사용을 설명하는 것이다.

[실시예 1]

본 실시예는 본 발명에 따라 물중의 현탁액에 존재하는 미소조류인 식물성플랑크톤의 수취에 관한 것이다.

물에 현탁된 미소조류에 대해, 여러 타입의 그래뉼층을 사용하여 상승플럭스를 가진 수직칼럼으로 여러실험을 행했다. 하기표는 이러한 실험의 결과를 기록한 것으로, 본 발명의 효율을 알 수 있다.

[표]

상기표에 의해 본 발명에 따른 방법의 효과를 알 수 있으며, 하소되고 분쇄된 클레이의 입자층(입자크기 : 3-5mm)이 본 발명을 실시하는데 유리하다는 것을 알 수 있다.

본 발명은 미립자의 농도가 작은 현탁액을 농축시키는 간단하고, 실시가 용이하고, 비용이 적게드는 방법에 관한 것이다. 본 방법은 특히 미소조류 또는 동물성플랑크톤의 수취처리에 편리한바, 그 이유는 농축 및 수취처리 동안에 자연 자생지의 살아있는 상태로 존재하게 함으로써 회수된 미생물의 물리화학적 성질은 변하지 않게 할 수 있기 때문이다.

[실시예 2]

본 실시에는 간단한 경사분리기에 의해 1차적으로 깨끗하게 되는 도시폐수의 정제에 본 발명의 방법을 적용시킨 것이다.

물의 현탁농도는 150-200mg/ l로 다양하며, 입자크기가 300㎛인 모래의 고정 그래뉼층을 통해 통과하며, 어떠한 응집제도 첨가하지 않았다.

모래층의 팽창율은 10%이다.

1시간의 통과에 의해서는 현탁된 물질의 50%가 층에 존재하며, 3시간의 통과에 의해서는 현탁된 물질의 70%가 층에 존재함을 알 수 있다.

현탁된 물질을 그래뉼층의 표면에 점착된 응접된 형태로 존재한다. 이 응집물은 간헐적으로 또는 계속 제거될 수 있다.

Claims (10)

1. 현탁액에서 미소유기체로 구성되는 미립자를 처리하는 방법에 있어서, 현탁액에 미립자를 함유한 제 1 액체를 고정그래뉼층을 통해 통과시켜 상기 미립자에 의해 상기 그래뉼물질을 부분적 또는 전체적으로 점착시키며 ; 제 2 액체를 상기 고정층을 통해 통과시켜 부분적으로 탈착시키며 ; 상기 액체의 통과방향으로 상기 층 아래에서 미립자가 없는 액체배출 및 미립자의 응집물을 회수할 수 있을 정도의 큰 속도인 0.1 내지 5m/h의 속력으로 제 1 액체와 동일방향으로 상기 제 2 액체를 유동시키는 단계로 구성되는 미립자의 처리방법.
2. 제 1 항에 있어서, 제 2 액체는 현탁액에 미립자를 함유하는것을 특징으로 하는 방법.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 액체와 제 2 액체는 동일한 액체인것을 특징으로 하는 방법.
4. 제 3 항에 있어서, 액체의 일부는 그래뉼물질을 공급하기 위해 재 순환되는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제 1 항에 있어서, 그래뉼물질은 제 1 액체 및 제 2 액체에 의해 하부에서 상부로 통과하는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제 5 항에 있어서, 그래뉼물질은 본 방법의 진행동안에 고정배열된다는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제 5 항에 있어서, 그래뉼물질의 부피는 약 30% 팽창되는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제 1 항에 있어서, 그래뉼물질은 0.005-3mm/h입자크기 및 약 1.1g/㎤의 부피를 갖는 입자로 구성된다는 것을 특징으로하는 방법.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 그래뉼물질은 3-5mm의 입자크기를 갖는 하소되고 분쇄된 클레이로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
10. 제 1 항에 있어서, 그래뉼물질 상부에 존재하는 칼럼(1)의 부위가 그래뉼물질을 함유한 칼럼(1)보다 더 큰, 수직 또는 경사진 실린더형 또는 나선형의 칼럼(1)에 그래뉼물질이 존재하는 것을 특징으로 하는 방법.

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