KR790001802B1 - 현탁액의 처리방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

현탁액의 처리방법

제 1 도는 본 발명 실시예의 계통 설명도.

제 2 도는 다른 실시예의 계통 설명도.

본 발명은 액중의 탁도(濁度), 색도(色度), 기타 물질을 제거하는 고액(固液) 분리공정에 관한 것이다.

현재 현탁액 중에서 현탁물질을 제거하는 방법은 일반적으로 황산알미늄이나 염화제2철 등의 금속염 무기응집제로서 콜로이드 입자를 응집시켜 침전물의 생장(生長)을 촉진시키며, 침강성을 양호하게 하여 액에서 분리하는 방법이 행하여지고 있다.

또한 침강속도를 증가시키고자 할 경우에는 유기고분자 응집제를 주입하여서 다시 침전물을 대형으로 하여 침강 속도를 촉진시키는 방법이 취하여지고 있다.

그러나 이와 같은 방법으로서 생성하는 침전물은 입자끼리의 결합이 느리고 내부에 대량의 물을 포함하고 있으며, 밀도가 적어서 의견상의 입자지름이 크더라도 침강속도는 느리고, 또한 농축성도 대단히 나쁘기 때문에 당연히 탈수성도 나쁘다.

또 현재 고농도의 현탁액(懸濁液) 즉 스럿지를 탈수하는 전(前) 처리공정으로서 본 출원인이 개발한 방법, 즉 농도 10g/ℓ-500g/ℓ의 현탁액을 원형조(圓形槽)에 유입하고, 고분자응집제(고분자량의 플리아크릴아미드, 고분자량의 폴리아크릴아미드 부분 가수분해물, 폴리아크릴산소오다)를 0.2kg-폴리머/kg-고체 이상 첨가하고, 조(槽) 안의 농도를 30-500g/ℓ로 유지하여 선회(旋回) 유속을 0.5-3m/sec의 외주속(速)으로서 조립(造粒) 분리하는 방법이 있다.

이 방법에 의하면 치밀한 입자의 둥근 덩어리가 생성하고 농축성, 탈수성이 향상하나, 원액의 농도가 10g/ℓ이하의 원수(原水)에 대하여서는 입상의 둥근 덩어리를 형성할 수 없으며, 이와 같은 경우에는 응집 침전법으로서 침전물을 분리하고, 또다시 농축하여 10g/ℓ이상의 농도로 하지 않으면 안된다.

따라서 하천, 호수 등 현탁물질이 적은 원수에는 이 방법을 적응할 수 없다.

본 발명은 종래 불가능으로 되여 있는 10ｇ/ℓ이하의 현탁물질, 즉 크레이, 금속광물, 금속수산화물 등을 함유하는 희박 현탁액 중의 현탁입자를 침전물과는 근본적으로 성질을 달리하는 밀도가 높고 지름이 큰 실질적으로 구형(球形)으로 된 입자의 둥근 덩어리를 형성하고, 응집침전법과는 비교할 수 없는 5-10배의 분리속도로 청징(淸澄) 분리하고, 농축성, 탈수성의 양호한 스럿지를 동시에 생성하는 고액분리의 처리방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명에서는 처리액중에 잔류하는 고분자 응집제를 실질적으로 영(Zero)으로 하여 2차적인 공해를 방지함과 아울러, 종래에 있어 필요한 것으로 되여 있던 응집침전후에 완성공정으로서 사용되는 모래 여과장치를 생략하여도 생성 스럿지의 탈수성을 향상시키며 오니(汚泥)의 처리효율을 현저하게 높게 하여, 간단하고 원가가 싼 장치로서 경제적으로 처리할 수 있는 처리방법을 목적으로 한다.

그리고 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은 현탁고형물의 농도가 10ｇ/ℓ이하의 현탁물질, 즉 크레이, 금속광물, 금속수산물 등을 함유하는 희박 현탁액중에 응집에 필요한 량의 금속염 무기응집제를 주입하고, 전기한 무기응집제가 액중의 이온상태에서 수산화물로의 반응이 대략 완전하게 완료하기 이전에는 고분자량의 유기고분자 응집제를 0.5ppm 이상 주입하여 이 액의 입자농도를 10ｇ/ℓ이상으로 보존함과 아울러 회전류를 발생시키는 교반날개 등에 의하여 회전류(回轉流)를 부여하고 교반유동하는 입자군층내에 또다시 전기한 액에 상향류(上向流)를 부여하여 상향유동시키는 것에 의하여 유동입자군과의 접촉조입을 행하게 하고, 이렇게 하므로서 조입물을 회전류 내에 포착하고, 액을 상향류로서 분리 청징화하며, 또한 현탁물질을 농축성과 탈수성이 양호한 조입물로서 주출하는 현탁액의 처리방법이다.

또한 본 명세서 및 특허청구 범위에 있어서 사용되는 금속염 무기응집제라는 용어는 콜로이드 현탁액을 불안정화하게 하고, 입자끼리의 충돌을 용이하게 하는 약품인 것이다.

이 경우에 적당한 응집제로서는 황산알미늄, 폴리염화알미늄, 황산제2철, 염화제2철, 황산제1철, 탄산마그네슘 등이 있다.

또 고분자량의 유기고분자 응집제라함은 어떠한 한정된 조건하에서 금속염 무기응집제와의 상호 반응에 의하여 강력한 결합력을 발휘하는 물질인 것이다. 이 경우에 적당한 유기고분자 응집제로서는 폴리아크릴아미드, 폴리아크릴 아미드부분 가수분해물, 폴리아크릴산소오다 등을 들 수가 있다.

그리고 본 발명에 있어서 사용되는 유기고분자 응집제의 분자량과 조입작용과의 사이에는 일정한 관계가 있으며, 유효한 조입작용을 행하게 하려면 그 분자량이 적어도 50만 이상이어야 하며, 분자량이 100만 이상이 되면, 다시 조입작용은 좋게되며, 500만 내지 600만쯤 되면 극히 좋은 조입작용을 표시한다.

따라서 본 발명에 있어서 사용하는 유기고분자 응집제는 그 분자량을 적어도 50만 이상으로 하되 호적하게는 100만 이상의 것이 바람직하다. 또 현탁액의 처리에 즈음하여서는 원형조 저부에 원수공급관 또는 원수분배관과 응집제주입관과를 비치하고 조의 상부에는 처리수 유출구를 가지고 있는 조입분리장치의 저부에서 차례로 교반유동층조립부, 청징분리부를 구성하고 교반유동층조립부에는 실질적으로 수평한 교반날개를 여러단으로 연설한 교반기를 설치하고, 조입입자계면(界面)에 나머지 조입입자 배출구를 설치한 장치가 사용된다.

또한 전기한 응집제가 액중에서 반응하는 과정을 추적하는 방법으로는 응집체 첨가후 일정한 시간마다 액을 채취하여 즉시 여과지로 여과하여서 여과액중에 금속이온 농도를 공지의 금속이온 측정방법으로서 측정하고, 액중에서 응집제 반응의 진행과정을 분석하였다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부한 도면에 따라 설명한다.

제 1 도에 있어서 콜로이드 상태의 현탁질을 포함하는 원수(原水)로서 현탁질을 제거하는 것이 목적인 경우 원수공급관(1)에서 원수를 도입하고, 응집제주입관(2)에서 금속염 무기응집제를 적절한 분량을 주입하고, 무기응집제가 금속이온 상태에서 수산화물을 생성하기전에 유동층 조입분리장치(3)의 저부에서 상향류에 유입시킨다.

이 유동층 조입 분리장치(3)는 하반부가 조입부(Ⅰ), 상반부가 청징부(Ⅱ)이며, 조입부(Ⅰ)에는 삿대(paddle) 모양의 회전류를 발생시키는 교반날개(4)를 여러단으로 연설한 회전축(5)이 설치되며, 그 회전축(5)을 개재하여 구동유니트(6)에 의하여 일정속도로 교반날개(4)가 회전하고 있다.

이중에 금속염 무기응집제를 주입시킨 원수가 유입하며 주입관(9)에서 유기고분자 응집제가 0.5ppm 이상 주입되며, 먼저 주입된 응집제와의 상승효과에 의하여 강력한 결합력을 발휘한다.

그리고 현탁질은 조입부(Ⅰ)에서 포착되며, 또한 청징액은 상향류를 타고 청징부(Ⅱ)내를 상승하여 처리수 유출구를 지나서 처리수관(7)에서 계외(系外)로 유출한다.

전기한 조입부(Ⅰ)에서는 상향류에 의한 유동화 현상과 교반날개(4)에 의한 회전류에 의한 복잡한 난류(亂流)에 의하여 실질적으로 구형(球形)인 조입입자가 생성되며, 그 나머지는 조입부(Ⅰ) 상부의 배출구(8)에서 배출된다.

그리고 본 발명에 의한 조입화를 행함에 있어 중요한 인자(因子)는 2개가 있으며, 첫번째는 유동화 상태의 입자군을 회전류를 발생시키는 교반날개로서 교반하는 것이고, 두번째는 화학적인 요인으로 금속염 무기응집제를 액중에서 금속이온의 상태로써 금속수산화물에 실질적으로 반응이 완료하기 이전에 조입부에 유입시켜 유기고분자 응집제와의 상호 반응을 일으키는 것이다.

이와 같은 조건에 의하여 강력한 결합력이 얻어지며 치밀한 구형의 입자가 생성된다.

금속염무기응집제 주입후 유기고분자 응집제를 주입 혼합하기 까지의 시간이 중요한 것으로 금속염무기응집제를 주입하고 콜로이드의 불안정화를 충분히 행한 후 충분한 시간을 들여서 침전물을 성장시키고 그 후에 유기고분자 응집제를 주입하면 조입입자는 생성되지 않으며 단순한 보통의 수분을 대량으로 포함한 침전물만이 생성된다.

이것과는 반대로 금속염무기응집제와 유기고분자응집제와를 실질적으로 동시에 주입하면 원수중에 포함되는 콜로이드 현탁액의 불안정화가 행하여지지 않으며, 콜로이드 입자가 제거되지 않아 청징화가 곤란하게 된다. 제일 최적한 조건은 금속염무기응집제로서 주입한 금속염이 이온상태에서 불용해성의 수산화물로 변화되는 시간 이내에 유기고분자응집제를 주입하여 반응시키는 것이다.

제 2 도 예에서는 처리에 사용되는 조입장치(3)의 구성이 아래에서 차례로 조입부(Ⅰ), 조입입자 팽창부(Ⅲ), 청징부(Ⅱ)의 3개의 부분을 구성한 것을 사용한 예로서, 조입부(Ⅰ)의 상부에 조입입자의 실질적인 고정층을 형성시키는 것에 의하여 조입부(Ⅰ)에서 튀어나오는 미소한 입자를 여과 작용에 의하여 포착하고, 포착효과에 의하여 이 층이 없는 것보다도 더욱 안정하게 청징한 액을 얻을수가 있다.

또한 제 1 도 및 제 2 도의 구체적인 예에 있어서 콜로이드 현탁액을 불안정화하게 하기 위한 금속염무기응집제의 주입율은 원수의 성질에 의하여 대폭으로 변경되고 정확한 값은 실험에 의하여서 결정된다.

예컨대 대략 콜로이드 현탁액 농도에 의하여 좌우되며, 농도가 낮으면 주입율도 적으며 농도가 증가하면 주입율도 증가한다.

기무응집제의 주입범위는 5-300ppm 정도이다.

또 유기고분자응집제의 주입량도 원수의 성질에 의존하며 정확한 값은 소형 장치에 의한 유동층조입 실험에 의하여 결정된다.

또한 유기고분자응집제의 주입량은 금속염무기응집제의 주입량에 의존하며 금속염무기응집제의 주입량이 증가함에 따라서 증가할 필요가 있다. 실제의 주입량은 보통 0.5-20ppm 정도이다.

또 본 발명에 있어서 조입입자군의 농도는 원수현탁고형물 농도의 3배 이상의 농도로 하는 것이 유효한 조입작용을 행하게 함에 있어서 호적한 것이다. 즉 본 발명에 있어서 조입분리장치의 한개 유동입자군층내의 농도는 원수현탁고형물 농도의 약 3배이상 필요하며, 이 값 이하로서는 실질적으로 조입분리의 기능이 상실되므로 피하여야 할 것이다.

그리고 그 입자군의 농도는 개략 10ｇ/ℓ-150ｇ/ℓ정도이다. 또한 상승류 속도는 조입부내농도에 영향을 주므로 실직적으로는 상기 한계 농도 조건을 유지하도록 하는 상승류 속도로 하지 않으면 안된다.

본 발명의 장치의 상승류 속도도 분리하여야 할 현탁질의 종류에 의존하며, 대략 200mm/min 2000mm/min이다.

최적한 상승류 속도는 각각의 원수에 대하여 실험적으로 결정하지 않으면 안된다. 또한 조입부내 교반날개의 속도도 원수의 성질에 따라서 변화하며, 대략 선단속도가 0.05-0.5m/sec이다.

교반날개의 회전속도가 지나치게 빠르면 유동입자군층내의 난류가 증가하여 조입입자가 층내에서 튀여나와서 층내 농도가 낮아지며, 지나치게 늦으면 입자의 둥근 덩어리가 형성되지 않는다.

당연히 최적한 회전속도가 존재하나 그 값은 원수의 수질에 따라서 개별적으로 실험에 의하여 결정된다.

또 현탁입자가 친수성인 경우에는 금속염무기응집제, 유기고분자응집를 주입하여서 조입화를 행하여도 생성입자에는 아직 수분을 많이 함유하며 치밀한 입자로 되지 않는다.

그 때문에 조입화가 곤란하게 되고 조입화를 행하기 위하여 대량의 유기고분자응집제를 필요로하므로 비경제적으로 된다.

이와 같은 경우에는 수중에서 용해하지 않는 비중이 1.0 이상이고, 200 이하의 미세한 고체입자를 원액중에 첨가하고 분산시킨 뒤에 금속염 무기응집제를 주입하여서 미세한 고체입자를 생성되는 침전물중에 포함하여 일체화하고, 그 후에 유기고분자응집제를 첨가하여 전기한 장치내에서 조입화하면 대단히 치밀한 조입입자가 형성된다.

이것은 미세한 고체입자가 조입입자내에 포함되여 있기 때문에 조입입자는 무거워져 침강속도가 증가함과 아울러 미세한 고체입자는 소수성이고, 현탁입자는 친수성이므로 양 입자의 합일(合一)에 의하여 형성되는 입자는 소수화(疎水化)되게 된다.

즉 입자내의 물이 방출되며 탈수화를 일으켜 치밀한 입자가 된다. 따라서 이 방법은 친수성이 큰 현탁입자의 조입화를 행할 때에는 대단히 유효하다(점토계 현탁입자에는 필요가 없다).

첨가하는 미세한 고체입자가 30-200μ 정도의 경우에는 조입입자를 습식 싸이크론 등의 분급기에 거는 것에 의하여 고체입자를 오니중에서 희수하여 재순환 이용할 수가 있다.

이 경우 사용되는 미세한 고체입자는 모래, 점토, 미분탄, 활성탄, 클라이애쉬(flyash), 혹은 합성수지의 분말 등이 사용되고 있으나 기타 물에 불용성 혹은 난용성의 고체입자로서 비중이 0.1 이상이면 무엇이든지 사용할 수 있다.

또 첨가량은 원수중의 현탁입자 농도에 의하여 변화하고, 일반으로 현탁입자 농도가 증가함에 따라서 첨가량도 증가하는 것이 보통이나, 대략 현탁입자량의 10% 이상의 고체입자를 첨가하면 효과가 있다.

다음에 본 발명의 실시예를 표시한다.

[실시예 1]

고령토(점토포함)를 포함하는 고형물농도 100ppm의 현탁수(pH7.2)에 명반(Alum) 10ppm을 주입하고, 15초 동안 관내에서 교반후 고분자응집제로서 폴리아크릴아미드 부분가수분해물(분자량 500만)을 0.5ppm주입하고, 즉시 직경 100

, 높이 1,200㎜의 원통형 유동층 조입분리장치 하부에 도입하였다.

조입부의 높이 800㎜, 청징부의 높이 400㎜의 조내 조입부에 지름 80㎜

, 폭은 40㎜의 삿대모양의 교반날개 9장을 취부하고 교반날개의 선단속도 0.18m/sec, 상승유속 700㎜/min의 처리조건으로서 처리수 탁도 3ppm이었다.

생성한 조입입자지름은 2-2.5㎜

, 밀도 1.08g/㎠, 조입부내농도 62g/ℓ이며, 그 오니를 원심효과 230G의 바켓트형 원심탈수기로서 1분간 탈수하였던바 케이크(Cake : 덩어리) 수분은 48%이였다. 동일한 장치로서 명반 (Alum)10ppm을 주입하고, 5분간 교반후 폴리아크릴아미드계 고분자응집제를 첨가한 경우에는 조입입자는 생성하지 않으며, 상승유속 80mm/min 처리수 탁도 7ppm으로서 응집 침전창지와 동일한 효과밖에 없었다.

이 때의 층내 침전물의 농도는 2g/ℓ이였다.

[실시예 2]

지름 500mm

2, 000mm/H의 조내의 조입부에 400mm

×90mm 폭의 교반날개를 6장 취부하고 (조입조내부), 교반날개를 취부한 조입부 1,000mm/H, 팽창부400mm/H, 청징부 600mm/H로 하고 회전후 16rpm(외주속 0.34m/sec), 상승유속 600-700mm/min의 조건으로 운전하였다.

점토계원수의 농도 200ppm에 (고령토 8 : 벤트나이트 2의 비율로 혼합하고 있다) 염화제2철을 15ppm 주입하고, 20초간 교반한후 즉시 조입부 하부로 인도하고, 폴리아크릴아미드계 고분자응집제(분자량200만).2ppm을 주입하고, 조입시킨 결과 조입입자지름 2-3mm

, 조입부내의 농도 105ｇ/ℓ, 처리수중의 SS농도 2ppm 이하와 안정한 청징액이 얻어졌다.

상기 조건으로 팽창부를 생략하여서 실험한 결과 조입입자의 성질은 동일이나 처리수 SS가 5-7ppm이였다.

[실시예 3]

직경100

, 높이 1,200mmH의 원통형 유동층내를 저부에서 조입부 800mmH, 청징부 400mmH로 하고 조입부에는 80mm

, 40mm 폭의 삿대모양의 교반날개를 8장 여러단으로 취부하고, 교반날개 선단속도 0.2m/sec로 회전하고 있는 유동층을 사용하여서 활성오니 처리의 2차 처리수를 처리하였다.

수질은 원수 탁도 40ppm, 색도 80ppm이며, 여기에 200μ이하의 미분탄을 100ppm 주입하고 이어서 폴리염화알미늄 30ppm을 주입하여 즉시 조입부 하부에 유입시키고 조입부내에 폴리아크릴산소오다(분자량400만)를 10ppm 주입하여 조입화를 행한 결과 처리수 탁도〈5ppm, 색도〈20ppm이 되었고, 조입입자지름 2-3mm

의 구형입자가 생성하고, 조입부내농도 50ｇ/ℓ, 상승유속 700mm/min이였다.

조입입자는 로울프레스(roll press)방식으로서 간단하게 탈수할 수 있으며, 케이크 수분은65%이였다.

이 케이크는 보조연료 없이도 소각처분할 수가 있었다.

미분탄을 넣지 아니한 경우에는 상승류속도 400mm/min로서 조입부내의 농도15ｇ/ℓ, 처리수 탁도〈5ppm, 색도〈20ppm으로 변함이 없으나 생성조입입자를 탈수하면 케이크 수분은 85-80%이였다.

상승류 속도와 케이크의 탈수성이 첨가한 것에 비교하여서 떨어진다.

본 발명은 현탁고형물 농도 10ｇ/ℓ이하의 현탁액에 응집에 필요한 양의 금속염무기응집제를 첨가하고, 그 금속염무기응집제가 이온상태에서 수산화물 침전에의 반응이 실질적으로 완료하기 이전에 또다시 유기고분자응집제를 0.5ppm 이상 첨가하고, 이 액을 입자농도 10ｇ/ℓ이상으로 보존하고, 또한 회전류를 발생시키는 교반날개에 의하여 교반유동하는 입자군층내를 상향류로 흘러서 유동입자군과 접촉조입시키는 것에 의하여 희박한 현탁액에서 직접 유동입자군의 치밀한 구형으로 된 입자의 둥근 덩어리를 형성할 수가 있으며, 종래의 고속 응집 침전수단의 5-10배의 분리속도로 청징분리하는 것이 가능하게 되어서 생성 스럿지의 농축성 탈수성 등이 현저히 향상되며, 오니의 처리 효율을 높일수가 있음과 아울러 개설비가 싼 간단 소형화한 처리장치로 처리할 수 있으며, 그 처리조작도 간단하며 원가가 낮아 효과가 있으며, 또한 처리액중에 잔류하는 고분자 응집제를 실질적으로 없게 하여 2차적인 공해방지에도 유효한 이외에 오니처리의 사후처리까지도 간소화할 수 있는 등 종래의 응집침전법으로서는 바랄 수 없었던 수많은 이익이 있다.

Claims (1)

1. 현탁고형물 농도 10ｇ/ℓ이하의 현탁액에 응집에 필요한 양의 금속염무기응집제를 첨가하고, 그 금속염무기응집제가 이온상태에서 수산화물 침전에의 반응이 실질적으로 완료하기 이전에 또다시 유기고분자응집제를 0.5ppm 이상 첨가하고, 이 액을 입자농도 10ｇ/ℓ이상으로 보존함과 아울러 이 액에 상향류 및 회전류를 부여하는 것에 의하여 교반유동하는 입자군과의 접촉조입을 행하게 하고, 이것으로서 조입물과 액을 분리하는 현탁액의 처리방법.

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