KR101184795B1

KR101184795B1 - 자원 회수를 위한 결정화 반응장치

Info

Publication number: KR101184795B1
Application number: KR1020120011356A
Authority: KR
Inventors: 강석웅
Original assignee: 강석웅
Priority date: 2012-02-03
Filing date: 2012-02-03
Publication date: 2012-09-20
Also published as: CN104114499B; WO2013115452A1; JP2015512768A; CN104114499A; US20150023847A1

Abstract

본 발명은 하폐수 처리수에 존재하는 부영양화를 일으키는 인과 질소 등의 영양염류물질 및 하폐수 슬러지, 음식물쓰레기 및 가축의 배설물 등의 슬러지 폐기물처리 공정 중에서 소화조를 거쳐서 나온 슬러지를 탈수하는 공정에서 발생하는 탈리액 중에 존재하는 부영양화를 일으키는 인과 질소 등의 영양염류물질을 제거하여 내부에 하나 이상의 교반익이 설치되고, 결정 효율을 높이기 위한 씨드 주입구를 구비하며, 하나 이상의 격리층으로 플러그-플로우를 형성하는 구성으로 이루어진 결정화 반응장치에 관한 것이다.

Description

자원 회수를 위한 결정화 반응장치{Crystallization Reaction Apparatus For The Resources Recovery of Phosphorus and Nitrogen}

본 발명은 하폐수 처리수에 존재하는 부영양화를 일으키는 인과 질소 등의 영양염류물질 및 하폐수 슬러지, 음식물쓰레기 및 가축의 배설물 등의 유기성 폐기물처리 공정 중에서 소화조를 거쳐서 나온 슬러지를 탈수하는 공정에서 발생하는 탈리액 중에 존재하는 부영양화를 일으키는 인과 질소 등의 영양염류물질을 회수하기 위한 장치에 관한 것으로, 효율적인 결정화 반응을 위한 하나 이상의 교반익이 설치되고, 결정 효율을 높이기 위하여 결정핵(crystalline germ) 주입구가 하나이상 설치되며, 하나 이상의 격리층으로 플러그-플로우를 형성하는 구성으로 이루어진 결정화 반응장치에 관한 것이다.

인(P)은 식물의 3대 영양소 중의 하나이지만 지구상에서 가장 희귀한 영양소이다. 현재의 추세라면 향후 70년 이면 광물 형태의 인의 매장량은 고갈될 것으로 예상된다.

모든 살아있는 세포는 인을 필요로 한다. 화석연료와는 달리 인은 대체물이 없다. 인이 고갈되면 농업 생산에 막대한 지장이 생기게 된다.

현재, 인류 역사상 처음으로 도시 인구가 농촌 인구를 추월했다. 인을 함유한 식량이 농촌에서 도시로 흘러 들어오고 있다. 성인은 체내에 세포수를 늘이지 않고 세포를 교체하기 때문에 성인이 섭취하는 인의 98%를 배설한다. 사람이 배설한 인과 기타의 인들은 하수처리장으로 흘러 들어와서 하수 슬러지에 농축되게 된다.

일반적인 하폐수 처리수 및 하폐수 슬러지, 음식물쓰레기 및 가축들의 배설물 등에는 하천 또는 해수를 부영양화시켜 오염시키는 인과 질소 등 영양염류가 다량 함유되어 있으나, 이를 효율적으로 처리하기 위한 별도의 영양염류 처리장치가 존재하지 않아서 인과 질소 등이 다량 함유된 상태에서 배출되어 하천이나 해수를 심하게 오염시키는 문제점이 있다.

종래의 오폐수 고도 처리 공정에서는 일차 침전조에서 하부에 침전된 슬러지의 일부는 탈수기로 이송되고, 상부에 위치한 용액은 공기 중의 산소를 녹여서 미생물의 번식을 증대시키는 생물학적 반응조로 이송되며, 생물학적

반응조에서는 미생물의 활동으로 BOD가 제거되고 부영양화에 커다란 영향을 미치는 인과 질소가 제거된다.

생물학적 반응공정 중 탈질 공정에서 질소는 가스 형태로 대기 중으로 배출되며 탈인 공정에서 인은 미생물의 체내로 섭취된다.

통상적인 유기성 폐기물 처리공정 중에 포함된 혐기성 소화조에서 산소 공급을 차단한 상태에서 유기성 슬러지를 소화시키므로 이때 앞서 인을 섭취했던 미생물들이 분해되면서 다시 인을 배출시켜 용액 속에 혼합되고 용액 속에 존재하는 인과, 소화공정에서 슬러지로부터 부가되는 질소가 탈수용액과 함께 생물학적 반응조로 피드백시킴으로써 주 공정에 과도한 질소와 인의 부하가 가해지는 문제점이 있었다.

본 발명이 해결하려는 과제는 하폐수 처리수에 존재하는 부영양화를 일으키는 인과 질소 등의 영양염류물질 및 하폐수 슬러지, 음식물쓰레기 및 가축의 배설물 등의 유기성 슬러지를 소화공정을 거쳐서 탈수하는 공정에서 발생되는 탈리액 중에 포함되어 부영양화를 일으키는 인과 질소 등의 영양염류물질을 결정화 반응으로 효율적으로 제거 및 회수하는데 있다.

본 발명이 해결하려는 또 다른 과제는 처리수 또는 탈리액에 포함된 인과 질소 등의 영양염류물질의 주입구를 하부에 위치시키고, 반응한 탈리액을 배출하는 배출구를 상부에 위치시켜 반응시간을 늘이고, 교반익에 의한 교반기회를 부여하여 결정화 반응효율을 높이는데 있다.

본 발명이 해결하려는 또 다른 과제는 다층의 플러그 플로우(Plug-Flow)를 형성하고, 하부로 배출되는 결정체의 일부를 결정핵(crystalline germ)으로 사용하기 위하여 침강유도 격리부재 하부 각각의 격리층사이 일측으로 주입하고, 결정화 반응제 및 pH 조정제를 하부로 주입하여 결정반응 속도와 효율을 높이는데 있다.

본 발명이 해결하려는 또 다른 과제는 다층(다단)의 플러그 플로우(Plug-Flow)를 형성하기 위한 구조로 결정체가 격리층에 쌓이지 않도록 각각의 격리층의 가장자리는 높게 중앙은 낮게 경사지게 형성하고, 중앙에는 결정체가 머무는 장소를 형성하여 결정효율을 높이고 자연스럽게 결정체가 하부에 모이도록 하는데 있다.

본 발명이 해결하려는 또 다른 과제는 결정체가 포함된 슬러지를 싸이크론 분리기를 이용하여 모우므로 슬러지보다 비중이 큰 결정체가 싸이크론 분리기 가장자리의 벽을 따라서 아래로 이동하도록 구성하므로 회수되는 결정체의 순도를 높이고, 결정체의 회수효율을 높이는데 있다.

본 발명 과제의 해결 수단은 하폐수 처리수에 존재하는 부영양화를 일으키는 인과 질소 등의 영양염류물질 및 하폐수 슬러지, 음식물쓰레기 및 가축의 배설물 등의 유기성 폐기물처리 공정 중에서 소화조를 거쳐서 나온 슬러지를 탈수하는 공정에서 발생하는 탈리액 중에 존재하여 부영양화를 일으키는 인과 질소 등의 영양염류물질을 제거하되, 효율적인 반응을 위하여 중앙에 설치된 회전축에 하나 이상의 교반익을 설치하고, 결정효율을 높이기 위한 씨드 주입구를 구비하며, 하나 이상의 격리층으로 플러그-플로우를 형성하는 구성으로 이루어진 결정화 반응장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 과제의 해결 수단은 다층의 플러그 플로우를 형성하고, 각각의 격리층의 가장자리는 높게 형성하고, 중앙으로 갈수록 낮게 경사지게 형성하되, 각 격리층의 중앙은 원형의 구멍이 형성되고, 교반익과 인접한 중앙부분은 일정거리를 수평으로 형성하여 일정량의 결정체가 머무면서 씨드 역할을 하도록 구성하며, 하부 일측에 결정화 반응제 및 pH 조정제를 주입하기 위한 주입구를 설치하여 결정화 반응을 유도하고, 탈리액의 pH를 조절하여 반응속도 및 효율을 향상시킬 수 있는 결정화 반응장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 과제의 해결 수단은 원통형 장치인 경우에 교반익의 회전에 의하여 소용돌이 형상이 발생하여 원활한 교반이 이루어지지 않는 것을 방지하기 위하여 바플(baffle)을 설치하고, 장치의 하부에는 결정체를 배출하기 위한 배출구를 구비하되, 배출구로 배출되는 결정체 중 일부를 씨드로 사용하기 위하여 결정화 반응조 상부에 위치한 침강유도 격리부재 하부 각각의 격리층사이 일측으로 주입하고, 상부에 설치된 씨드 주입구로 피드백시키도록 구성된 결정화 반응장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 과제의 해결 수단은 반응장치 상부에 침강유도 격리부재를 고정 설치하고, 침강유도 격리부재의 상부 일측에 처리액 배출구를 설치하여 교반익에 의하여 혼합 교반된 처리액으로부터 인과 질소 등이 결정화되어 침강된 후 침강유도 격리부재의 상부로 이동한 처리액을 처리액 배출구로 배출되도록 구성된 결정화 반응장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 과제의 해결 수단은 결정화 반응조로부터 결정체 피드백 라인을 통과하여 나온 슬러지에 포함된 결정체를 원심력으로 분리하기 위한 싸이크론 분리기를 구비하고, 상기 결정체 피드백 라인을 싸이크론 분리기와 연결하여 슬러지에 포함된 결정체가 원심력에 의하여 싸이크론 분리기의 벽을 따라서 하부로 이동하여 싸이크론 분리기 하부에 설치된 결정체 저장탱크에 저장되며, 결정체 분리 시 나오는 슬러지는 다시 결정체 반응조로 피드백시키도록 구성되어 회수되는 결정체의 순도를 높일 수 있는 결정화 반응장치를 제공하는데 있다.

본 발명은 하폐수 처리수에 존재하는 부영양화를 일으키는 인과 질소 등의 영양염류물질 및 하폐수 슬러지, 음식물쓰레기 및 가축의 배설물 등의 유기성 폐기물을 소화공정을 거쳐서 탈수하는 공정에서 발생하는 탈리액 중에 포함되어 부영양화를 일으키는 인과 질소 등의 영양염류물질을 결정화 반응으로 효율적으로 제거하는 유리한 효과가 있다.

본 발명의 또 다른 효과는 인과 질소가 포함된 소화 슬러지 탈리액의 주입구를 하부에 위치시키고, 반응한 탈리액을 배출하는 배출구를 상부에 위치시켜 반응시간을 늘이고, 교반익에 의한 교반기회를 부여하여 결정화 반응효율을 높이는데 있다.

본 발명의 또 다른 효과는 다층의 플러그 플로우를 형성하고, 하부로 배출되는 결정체의 일부를 결정핵으로 사용하기 위하여 침강유도 격리부재 하부 각각의 격리층사이 일측으로 주입하고, 결정화 반응제 및 pH 조정제를 하부로 주입하여 결정화 반응속도와 효율을 높이는데 있다.

본 발명의 또 다른 효과는 다층의 플러그 플로우를 형성하기 위한 구조로 결정체가 층에 쌓이지 않도록 각각의 층의 가장자리는 높게 중앙은 낮게 형성하고, 중앙에는 결정핵이 머무는 장소를 형성하여 결정효율을 높이고 자연스럽게 결정체가 하부에 모이도록 하는데 있다.

본 발명의 또 다른 효과는 결정체가 포함된 슬러지를 싸이크론 분리기를 이용하여 모우므로 슬러지보다 비중이 큰 결정체가 싸이크론 분리기 가장자리의 벽을 따라서 아래로 이동하도록 구성하므로 회수되는 결정체의 순도를 높이고, 결정체의 회수효율을 높이는데 있다.

도 1 : 본 발명에 따른 결정화 반응장치의 하나의 실시 예를 도시한 것이다.
도 2 : 본 발명에 따른 결정화 반응장치의 또 다른 실시 예를 도시한 것이다.
도 3 : 도 1과 도 2의 결정화 반응조에서 결정을 분리하기 위한 싸이크론 분리기가 더 설치된 결정화 반응장치를 도시한 것이다.
<도면부호 및 번호에 대한 간단한 설명>
11; 결정화 반응조 12; 회전축
13; 구동부 14, 15, 16; 교반익
17내지 24; 밸브 25; 처리액 배출구
26; 결정화 반응제 및 pH 조정제 주입구
27내지 29; 결정핵 주입구 30; 처리액 주입구
31; 처리액 32, 33; 격리층 경사부
34, 35; 격리층 수평부 36; 결정핵
37; 결정체 배출구 38; 결정체 피드백 펌프
39; 결정체 저장탱크 40; 결정체 피드백 배관
41; 결정체 이송배관 42; 침강유도 격리부재
43, 44, 46, 47; 밸브 45; 싸이크론 분리기
50; 침강구역

본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 대하여 살펴본다. 본 발명은 하폐수 처리수에 존재하는 부영양화를 일으키는 인과 질소 등의 영양염류물질 및 하폐수 슬러지, 음식물쓰레기 및 가축의 배설물 등의 슬러지 폐기물처리 공정 중에서 소화조를 거쳐서 나온 슬러지를 탈수하는 공정에서 발생하는 탈리액 중에 존재하여 부영양화를 일으키는 인과 질소 등의 영양염류물질을 제거하기 위한 결정화 반응장치이다.

상기 결정화 반응조의 내부에는 효율적인 반응을 위하여 탈리액을 교반하기 위한 하나 또는 둘 이상의 교반익이 설치되고, 결정화 효율을 높이기 위한 하나 이상의 결정핵 주입구를 구비하며, 하나 이상의 격리층으로 플러그-플로우를 형성하는 구성으로 이루어진다.

본 발명에 따른 결정화 반응조가 원통형 장치인 경우에는 교반익의 회전에 의하여 소용돌이 형상이 발생하여 원활한 교반이 이루어지지 않는 것을 방지하기 위하여 내벽에 바플(baffle)을 설치하여 반응율을 향상시키고, 반응장치의 하부에는 결정체를 배출하기 위한 배출구를 구비하되, 배출구로 배출되는 결정체 중 일부를 결정핵으로 사용하기 위하여 결정핵 주입구로 피드백하기 위한 배관이 설치되어 있다. 본 발명에 따른 구체적인 실시 예를 살펴본다.

<실시 예>

<실시 예1>

본 발명에 따른 구체적인 실시 예를 도면에 기초하여 살펴본다. 도 1은 본 발명에 따른 결정화 반응장치의 구성을 나타낸 것이다. 도 2는 본 발명에 따른 결정화 반응장치의 또 다른 실시 예를 도시한 것이다.

도 1과 도 2의 차이는 결정화 반응조의 상부 공간을 넓게 형성하고, 침강유도 격리부재를 더 부가하여 결정화 반응 후 형성된 결정이 상부로 이동하는 것을 최대한 막을 수 있도록 구성되어 있다.

상기 차이점을 제외한 기술적 구성이 도 1과 도 2가 동일하므로 도 1에 기초하여 본 발명의 기술적 구성을 구체적으로 살펴본다.

본 발명은 하폐수 처리수에 존재하는 부영양화를 일으키는 인과 질소 등의 영양염류물질 및 하폐수 슬러지, 음식물쓰레기 및 가축의 배설물 등의 슬러지 폐기물처리 공정 중에서 소화조를 거쳐서 나온 슬러지를 탈수하는 공정에서 발생하는 탈리액 중에 존재하여 부영양화를 일으키는 인과 질소 등의 영양염류물질을 제거회수하기 위한 결정화 반응조(11)이다.

통상적인 오폐수 처리공정 중에 포함된 혐기성 소화조에서 산소공급을 차단한 상태에서 슬러지를 소화시키므로 인을 섭취했던 미생물들이 다시 인을 배출시켜 용액 속에 혼합되고 용액 속에 존재하는 인과, 소화공정에서 슬러지로부터 부가되는 질소가 탈리액 속에 과도하게 존재하는 문제점이 있다.

본 발명에 따른 결정화 반응장치는 상기 종래의 문제점을 해결하기 위한 것이다. 상기 반응장치 내부에는 효율적인 반응을 위하여 마그네슘 또는 칼륨 및 칼슘 등과 pH 조정제를 주입하여 교반시켜 결정화 반응을 하기 위하여 하나 또는 둘 이상의 교반익(14내지 16)이 설치되어 있다.

상기 처리수 또는 탈리액 속에 포함된 인과 질소 등의 영양염류물질을 결정화시켜 제거회수하기 위하여 마그네슘, 칼륨, 칼슘, 아연, 탄산석회, 인산, 철염(FeCl₃), 란탄(Lanthanum) 및 암모늄 중에서 하나 또는 두 가지 이상을 선택한 결정화 반응제를 결정화 반응조 내부로 주입하여 MAP(magnesium ammonium phosphate) 또는 결정체로 결정화시킨다.

보다 구체적으로, 인과 질소 등의 영양염류물질을 효율적으로 결정화시켜 회수하기 위하여 반응장치로 주입되는 결정화 반응제인 Mg² ⁺, NH₄ ⁺ 및 PO₄ ³ ^- 주입 몰비를 1.0내지 1.4: 0.8내지 1.2: 1.0내지 1.4 로 하여 주입한다.

pH 조정제는 pH가 강 알카리인 수산화나트륨(NaOH) 또는 통상의 강 알카리 물질로 반응장치 내부의 탈리액의 pH 를 8내지 12 상태로 유지하여 반응을 촉진시키고 효율적인 결정화를 이루도록 구성하는 것이 바람직하다.

상기 MAP는 원예, 묘목, 골프장 및 다양한 토양을 기름지게 하는 고급 비료로 사용되어진다.

상기 결정화 반응제인 마그네슘, 칼륨, 칼슘, 아연, 탄산석회, 인산, 철염(FeCl₃), 란탄(Lanthanum) 및 암모늄 중에서 하나 또는 두 가지 이상을 선택 주입하기 위한 결정화 반응제의 주입구는 도1에서와 같이 상기 pH 조정제를 주입하기 위한 pH 조정제 주입구(26)와 동시 사용할 수 있도록 구성할 수 있다.

즉, 하나의 결정화 반응제 및 pH 조정제 주입구(26)를 설치하고, 결정화 반응제 및 pH 조정제를 공급하기 위하여 설치된 각각의 결정체 저장탱크(39)로부터 각각 설정된 량을 정량주입기로 주기적으로 주입하거나, 각각 별도의 주입구를 설치하고, 결정화 반응제 및 pH 조정제를 각각의 결정체 저장탱크(39)와 연결하여 각각 설정된 량으로 주입할 수도 있다. 상기 결정화 반응제 및 pH 조정제 주입구(26)는 변경 설치할 수 있으며, 하나 이상으로 설치할 수도 있다.

즉, 결정화 반응제 저장탱크(미도시) 및 pH 조정제 저장탱크(미도시)를 별도로 설치하고, 결정화 반응제 및 pH 조정제 주입구(26)와 배관으로 연결하되, 각각의 저장탱크 하부에 설치된 배관 일측에 밸브를 설치하여 각각의 밸브를 열거나 닫으면서 결정화 반응제 또는 pH 조정제를 결정화 반응조로 주입할 수 있도록 구성되어 있다.

본 발명에 따른 결정화 반응조(11)에는 많은 양의 처리수 또는 탈리액을 결정화시켜 처리하기 위하여 하나 이상의 격리층을 형성할 수 있고, 각각 형성된 격리층사이에는 탈리액을 효율적으로 교반하기 위한 교반익(14내지 16)이 각각의 격리층사이에 설치되어 있다.

상기 격리층은 수평으로 형성할 수도 있으나, 도 1에서와 같이 격리층의 외측은 일정각도의 격리층 경사부(32, 33)를 형성하여 결정화 반응에 의하여 결정화된 결정체가 하부로 자연스럽게 모일 수 있고, 중앙부분에는 일정거리를 가진 격리층 수평부(34, 35)를 형성하여 일부 결정체가 머물면서 결정핵(36) 역할을 하는 장소를 구비하므로 반응 효율을 높일 수 있도록 설계 제작하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 격리층 수평부(34, 35)는 반응에 의하여 생성된 결정체 중에서 바닥으로 떨어지기 전까지 머무면서 결정핵(36) 역할을 하도록 구성하여 결정화 반응이 신속하고 효율적으로 이룰 수 있도록 구성되어 있다.

상기 격리층 경사부(32, 33)의 경사각 및 격리층 수평부(34, 35)의 길이는 반응장치의 크기 및 결정체가 계속해서 쌓이지 않고, 하부 바닥으로 떨어지면서 일정량만큼 수평부에 머무면서 반응 시에 결정핵 역할을 할 수 있는 정도이면 족하다.

상기 처리수 또는 처리액의 주입구(30)는 결정화 반응조(11)의 하부에 위치시키고, 결정화 반응을 마친 처리액의 배출구(25)는 상부 일측에 설치하여 결정화 반응조(11)의 탈리액이 내부에서 머무면서 반응하는 시간을 연장하고, 교반익에 의하여 원활한 교반으로 반응이 되도록 구성하는 것이 바람직하나, 이는 수요자의 요구 또는 결정화 반응장치의 설치 장소 따라 다양하게 설계 제작할 수 있다.

상기 다양한 주입구 및 배출구 일측에는 주입 물질의 량과 배출 물질의 량을 제어할 수 있도록 제어 밸브(17내지 24)가 각각 설치되어 있다.

상기 결정화 반응조(11) 내부로 주입되는 최초의 결정핵은 외부의 결정체 저장탱크로부터 결정핵 주입구(27내지 29)를 통해서 주입되도록 구성할 수 있고, 운전 중에는 결정체 배출구(37)를 통해서 나온 결정체의 일부를 피드백 배관(40)을 통해서 피드백시켜 설정된 량으로 주입할 수 있도록 구성되어 있다.

도 2에서와 같이, 결정핵 주입구(27내지 29)의 위치는 결정체 피드백 배관(40)을 통해서 결정화 반응조 상부에 위치한 침강유도 격리부재(42) 하부 각각의 격리층사이 일측에 고정 설치되고 밸브(21내지 23)에 의하여 주입량을 제어할 수 있다.

도 2에서, 침강유도 격리부재(42)는 상부 교반익(14)에 의하여 교반이 이루어지면서 결정화 반응이 이루어질 때 결정체가 포함된 처리액이 상부에 위치한 처리액 배출구(25)를 통해서 그대로 배출되지 아니하고, 결정화 반응에 의하여 결정체가 되어 침강한 후 침강유도 격리부재(42)의 중앙에 형성된 구멍을 통해서 상부로 이동한 처리액이 처리액 배출구(25)를 통해서 배출되도록 구성되어 있다.

처리액 배출구(25)를 통해서 나온 처리액은 방류되거나 한 번 더 정화 과정을 거칠 수 있다.

상기 결정화 반응조(11)의 하부는 깔때기 형상으로 설계 제작하여 결정화 반응에 의하여 발생한 결정체가 자연스럽게 하부의 중앙에 설치된 결정체 배출구(37)를 통해서 배출되도록 설계 제작함이 바람직하나, 이러한 형상 역시 다양한 구조로 변형 가능할 뿐만 아니라, 결정체 배출구(37)의 위치 역시 중앙일 필요는 없다.

결정체 배출구(37)와 결정체 저장탱크(39)사이 배관 일측에는 결정체 반응장치의 하부에 쌓인 결정체를 결정체 저장탱크 및/또는 피드백 배관으로 이송하기 위한 결정체 이송펌프(38)가 설치되고, 각각의 배관 일측에는 이송되는 결정체를 제어하기 위한 밸브(21내지 24)가 설치되어 있다.

구동부(13)의 회전에 의하여 회전하는 회전축(12)에는 교반익(14내지 16)이 고정 설치되며, 교반익의 회전에 의하여 탈리액이 도1에서와 같이 바닥 및 격리층에 의하여 상부로 부상하여 효율적인 교반이 이루어지도록 구성하는 것이 바람직하나, 교반익(14내지 16) 구조 역시 다양한 구조로 변형가능하다.

각각의 주입구 및 배출구와 연결된 배관 일측에는 각각 해당하는 용액 또는 결정체를 설정된 량으로 주입 또는 배출하기 위하여 정량주입펌프 또는 배출펌프를 설치할 수 있다.

상기 결정화 반응조(11)의 내부 벽은 원통 또는 정방형으로 형성하는 것이 바람직하며, 교반익의 회전에 의하여 소용돌이가 발생하여 효율적인 교반이 이루어지지 않을 수 있으므로 반응장치의 내벽에 수직하게 하나 이상의 바플(baffle)을 설치하는 것이 바람직하다. 결정화 반응조(11)의 내부 및 외부 형상 역시 다양한 구조로 변형가능하다.

상기 구동부(13)는 회전속도 및 회전력을 고려하여 감속기어와 연동하도록 설계 제작할 수 있다.

반응장치(11)의 하부에는 반응에 의하여 쌓인 결정체를 배출하기 위한 결정체 배출구(37)가 설치되며, 내부 일측에 결정체 높이 측정센서를 설치하고, 결정체 높이 측정센서를 이용하여 설정된 량만큼 쌓였을 때 결정체 배출구(37)를 통해서 배출하도록 구성되어 있다.

도 1의 31은 상기 결정체 배출구(37)를 통해서 배출되는 결정체 중 일부를 씨드 주입구로 피드백시켜 주입하도록 배관으로 연결하여 필요 시 일정량 주입할 수 있도록 구성되어 있고, 도 1의 32는 결정핵으로 사용되는 결정체를 제외한 나머지 결정체를 결정체 저장탱크로 이송하는 배관이다.

최종 결정체 저장탱크(39)에 저장된 MAP 결정체는 원예, 묘목, 골프장 및 다양한 토양을 기름지게 하는 고급 비료로 사용되어진다.

본 발명에서 구체적으로 설명되지 아니한 반응장치의 제어부는 구동부, 정량 주입펌프, 결정체 높이 측정센서, 밸브 등과 연동하여 자동으로 제어 운전할 수 있도록 구성할 수 있다.

본 발명의 명세서에서는 결정화 반응조(11)를 하나의 반응장치로 이루어져 있으므로 이를 줄인 단어인 반응조(11)로 혼용 사용하여 기재하였다.

상기 결정화 반응장치는 결정체 피드백 라인 일측에 결정체의 일부를 회수하는 결정체 저장탱크를 구비할 수 있다.

또한, 상기 결정화 반응장치는 침강유도 격리부재 상부의 침강구역에서 유체의 흐름속도를 줄여 결정체의 침강을 촉진할 수 있게 침강구역(50)의 반응장치의 단면적이 반응구역의 단면적보다 더 넓은 구조를 가질 수 있다.

<실시 예2>

실시 예2는 실시 예1의 도 1과 도2에서 결정화 반응 후 결정화된 물질을 보다 효율적으로 모우기 위하여 원심분리에 의하여 결정체 수집할 수 있도록 싸이크론 분리기를 도 3에서와 같이 부가하여 설치한 구성이다.

실시 예2에 따른 도 3에서는 실시 예1의 도 1과 도 2에 도시된 도면에서 결정체 저장탱크(39)로 주입할 경우에 결정체와 슬러지가 동시에 존재하여 결정체의 순도가 크게 떨어지는 문제점이 있다.

통상적으로 결정화 반응에 의하여 생성되는 결정체의 비중은 약 1.7 정도이고, 슬러지의 비중은 1.05 내지 1.17 정도이므로 싸이크론 분리기를 통과할 경우에 슬러지와 결정체를 효율적으로 분리할 수 있다.

결정화 반응을 마친 액체(결정체+슬러지)를 싸이크론 분리기(45)로 주입하여 원심력을 이용하여 결정체와 슬러지를 분리하며, 분리된 결정체는 싸이크론 분리기 하부에 배관으로 연결된 결정체 저장탱크로 이송시키고, 싸이크론 분리기 상부로 결정체 회수 시 발생한 슬러지는 결정화 반응조로 되돌려 보내도록 구성되어 있다.

이러한 기술적 구성은 결정화 저장탱크에 저장되는 결정체의 순도를 높일 수 있고, 결정화 반응 후 생성된 결정체의 회수율을 높일 수 있는 이점이 있다.

물론, 도 3에서와 같이 별도의 싸이크론 분리기를 부가로 더 설치함에 따른 비용은 증가할 수 있다.

도 3에서, 부가되는 싸이크론 분리기는 통상적으로 널리 사용되는 싸이크론 분리기 중에서 액체속에서 비중이 서로 다른 물질을 원심력으로 분리할 수 있는 것이면 족하다. 물론 처리 용량을 고려하여 선택 채용하면 된다.

도 3에서와 같이, 싸이크론 분리기가 부가됨에 따라 서로 연결하여야할 배관과 슬러지 또는 결정체가 포함된 슬러지의 이동 및 차단을 위한 밸브가 배관 일측에 설치되어 있다.

결정화 반응조(11) 하부에서 싸이크론 분리기로 이송되는 배관 일측에는 결정체가 포함된 슬러지를 싸이크론 분리기로 이송하기 위한 결정체 피드백 펌프(38)가 설치되어 있다.

본 명세서에서, 결정화 반응조(11) 또는 반응조는 결정화가 신속히 일어나도록 임펠라가 설치되어 교반이 이루어지는 곳을 의미하며, 결정화 반응장치는 도 1, 도 2 및 도 3에 도시된 전체 구성을 의미한다.

본 발명은 하폐수 처리수에 존재하는 부영양화를 일으키는 인과 질소 등의 영양염류물질 및 하폐수 슬러지, 음식물쓰레기 및 가축의 배설물 등의 슬러지 폐기물처리 공정 중에서 소화조를 거쳐서 나온 슬러지를 탈수하는 공정에서 발생하는 탈리액 중에 존재하는 부영양화를 일으키는 인과 질소 등의 영양염류물질을 제거하기 위하여 내부에 하나 이상의 교반익이 설치되고, 결정 효율을 높이기 위한 씨드 주입구를 구비하며, 하나 이상의 격리층으로 플러그-플로우를 형성하는 구성으로 이루어진 결정화 반응장치를 제공하여 결정화 효율을 높일 수 있으므로 산업상 이용가능성이 매우 높다.

Claims

결정화 반응장치에 있어서,
회전축과 체결되며, 교반익을 회전시키기 위한 구동부;
구동부의 회전축에 설치되며, 처리수 또는 탈리액을 교반하기 위한 교반익;
처리수 또는 탈리액 내의 인, 질소를 결정화시키기 위하여 결정화 반응제를 주입하기 위한 결정화 반응제 주입구;
처리수 또는 탈리액을 주입하기 위한 처리수 또는 탈리액 주입구 및 반응 후 배출되는 처리액 배출구;
교반익에 의하여 교반이 이루어지면서 결정화 반응이 이루어진 결정체가 반응조 상부에 위치한 처리액 배출구를 통해서 그대로 배출되지 아니하고, 결정체가 침강한 후 침강유도 격리부재의 중앙에 형성된 구멍을 통해서 하부로 이동하도록 하는 침강유도 격리부재;
처리용량을 높이고 결정화반응을 촉진하기 위하여 프럭 프로우를 형성하는 둘 이상의 격리층을 가진 결정화 반응조;
결정체 피드백 라인과 연결되어 결정체를 주입하여 결정핵으로 사용되도록 하나 또는 둘 이상 침강유도 격리부재의 하부 각각의 격리층 일측에 고정 설치된 결정핵 주입구; 및
결정체 피드백 라인 일측에 결정체의 일부를 회수하는 결정체 저장탱크로 구성하되,
결정효율을 높이기 위하여 결정화 반응조의 하부에 침강된 결정체를 피드백시켜 결정핵 주입구로 주입하고,
결정화 반응을 촉진시키기 위하여 pH 조정제를 pH 조정제 주입구로 주입하여 처리수 또는 탈리액의 pH가 8내지 12사이에서 유지되도록 구성하며,
처리수 또는 탈리액 속에 포함된 인과 질소를 결정화시켜 제거 회수하기 위하여 결정화 반응제를 상기 결정화 반응제 주입구로 주입하고,
결정화 반응제는 마그네슘, 칼륨, 칼슘, 아연, 탄산석회, 인산, 철염, 란탄 및 암모늄 중에서 하나 또는 두 가지 이상을 선택하여 주입함을 특징으로 하는 결정화 반응장치.
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청구항 1에 있어서,
격리층을 가진 결정화 반응조는 가장자리에서 중앙으로 갈수록 낮게 경사지게 형성된 격리층 경사부와, 결정체가 위치하는 격리층 수평부 및 교반익으로 구성되며,
각 격리층의 중앙은 원형의 구멍이 형성되고, 교반익과 인접한 중앙부분은 일정거리를 수평으로 형성하여 일정량의 결정핵이 일정량 머무는 장소로 형성됨을 특징으로 하는 결정화 반응장치.
청구항 1에 있어서,
상기 결정화 반응조의 내부는 원통형 또는 정방형으로 형성하되, 교반익의 회전에 의하여 소용돌이가 발생되지 아니하도록 바플을 내벽에 하나 이상 고정 설치함을 특징으로 하는 결정화 반응장치.
청구항 1에 있어서,
상기 처리수 또는 탈리액 주입구는 결정화 반응조의 하부 일측에 설치하고, 반응 후 처리액의 배출구는 결정화 반응장치의 상부 일측에 설치하여 반응시간을 연장하고 교반익에 의한 교반으로 반응을 촉진시킬 수 있도록 구성됨을 특징으로 하는 결정화 반응장치.
청구항 10에 있어서,
상기 결정화 반응장치의 내측 바닥은 결정화 반응에 의하여 생성된 결정체가 쌓이지 않고 결정체 배출구로 배출되도록 경사지게 형성됨을 특징으로 하는 결정화 반응장치.
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청구항 10에 있어서,
상기 결정화 반응장치는 침강유도 격리부재 상부의 침강구역에서 유체의 흐름속도를 줄여 결정체의 침강을 촉진할 수 있게 침강구역의 반응장치의 단면적이 반응구역의 단면적보다 더 넓게 형성시킨 결정화 반응장치.
결정화 반응장치에 있어서,
회전축과 체결되며, 교반익을 회전시키기 위한 구동부;
구동부의 회전축에 설치되며, 처리수 또는 탈리액을 교반하기 위한 교반익;
처리수 또는 탈리액 내의 인과 질소를 결정화시키기 위하여 결정화 반응제 주입구로 주입되는 결정화 반응제;
처리수 또는 탈리액을 주입하기 위한 처리수 또는 탈리액 주입구 및 반응 후 배출되는 처리액 배출구;
교반익에 의하여 교반이 이루어지면서 결정화 반응이 이루어진 결정체가 반응조 상부에 위치한 처리액 배출구를 통해서 그대로 배출되지 아니하고, 결정체가 침강한 후 침강유도 격리부재의 중앙에 형성된 구멍을 통해서 하부로 이동하도록 하는 침강유도 격리부재;
처리용량을 높이고 결정화반응을 촉진하기 위하여 프럭 프로우를 형성하는 둘 이상의 격리층을 가진 결정화 반응조; 및
상기 결정화 반응장치는 결정화 반응조로부터 결정체 피드백 라인을 통과하여 나온 슬러지에 포함된 결정체를 원심력으로 분리하기 위한 싸이크론 분리기를 구비하되,
상기 결정체 피드백 라인을 통해서 싸이크론 분리기로 주입되는 결정체가 포함된 슬러지를 싸이크론 분리기의 원심력으로 결정체를 분리하여 싸이크론 분리기 하부에 설치된 결정체 저장탱크에 저장되도록 구성하거나, 또는 상기 결정체 피드백 라인에 결정체 피드백 펌프를 설치하여 결정체가 포함된 슬러지를 싸이크론 분리기로 강제로 이송한 후 싸이크론 분리기의 원심력으로 결정체를 분리하여 싸이크론 분리기 하부에 설치된 결정체 저장탱크에 저장되도록 구성하며,
싸이크론 분리기를 이용하여 결정체 분리 시 나오는 슬러지는 다시 결정체 반응조로 피드백시킴을 특징으로 하는 결정화 반응장치.
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