KR101581681B1 - 자성물질을 함유한 고분자 비드를 이용한 고속 응집 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 고속응집장치는 자성물질 함유 고분자 비드를 계속 재활용함으로써 폐기물 발생량을 줄이고, 결과적으로 적은 부지에서 컴팩트한 응집, 침전 공정의 구현이 가능하며, 동시에 응집제 및 고분자 응집보조제의 사용량을 줄이고 이에 따라 폐기되는 고형 슬러지의 양을 줄일 수 있는 장점을 갖는다.
본 발명의 장치는 1) 처리하고자 하는 폐수와 자성 물질을 함유한 고분자 비드와 무기성 응집제를 혼합하는 급속 혼화조; 2) 상기 급속 혼화조에서 넘어온 액에서 오염물의 응집이 잘 이루어지도록 하여 자성 응집물 플록이 형성되도록 낮은 속도로 교반하는 완속교반조; 3) 상기 완속교반조에서 형성된 자성 응집물 플록을 자기장에 의해 액체로부터 분리하기 위한 자기분리장치; 및 4) 상기 단계 3)에서 분리된 자성 응집물 플록을 캐비테이션에 의해 자성 고분자 비드와 오염물 슬러지로 해체 분리하여 회수하는 자성비드 분리회수장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

자성물질을 함유한 고분자 비드를 이용한 고속 응집 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR HIGH-RATE COAGULATIVE PRECIPITATION USING POLYMER BEADS CONTAINING MAGNETIC MATERIAL}

본 발명은 축산폐수, 제지폐수, 피혁폐수와 같이 부유성 고형물질(SS) 함량이 높은 오폐수를 고속 응집하여 효율적으로 처리할 수 있는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 많은 수처리 공정에서 적용되어 온 응집 공정은 무기성 응집제와 고분자 응집보조제를 이용한 것이다. 이러한 공정에서는 고형 응집물을 가라앉히기 위해 중력(gravity)을 이용하기 때문에 처리 속도에 고유한 제한이 존재하여 전체적으로 큰 부피의 침전조(sedimentation tank/basin)를 필요로 하므로 부지를 많이 차지하는 특징이 있다. 또한 가라앉은 고형 응집물이 다량 발생하기 때문에 이를 탈수하여 최종 폐기하는데 많은 설비와 비용이 소요되는 단점이 있어 왔다.

이에 본 발명은 기존 응집 공정 및 침전 방식의 단점을 해결하여 고속 응집이 가능하면서 소요부지 면적을 최소화하고, 또한 응집제 및 응집보조제의 소비량을 줄여 최종 폐기되는 고형물질 양을 줄일 수 있는 새로운 공정 및 장치를 제공하고자 한다.

본 발명은 상기 과제를 달성하기 위하여,

1) 처리하고자 하는 폐수와 자성 물질을 함유한 고분자 비드와 무기성 응집제를 혼합하는 급속 혼화조;

2) 상기 급속 혼화조에서 넘어온 액에서 오염물의 응집이 잘 이루어지도록 하여 자성 물질 함유 고분자 비드를 포함하는 응집물 플록(이하, 자성 응집물 플록)이 형성되도록 낮은 속도로 교반하는 완속교반조;

3) 상기 완속교반조에서 형성된 자성 응집물 플록을 자기장에 의해 액체로부터 분리하기 위한 자기분리장치; 및

4) 상기 단계 3)에서 분리된 자성 응집물 플록을 캐비테이션에 의해 자성 고분자 비드와 오염물 슬러지로 해체 분리하여 회수하는 자성비드 분리회수장치

를 포함하는 것을 특징으로 하는 자성물질을 함유한 고분자 비드를 이용한 고속 응집 장치를 제공한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 무기성 응집제는 3가 철이나 알루미늄을 함유하는 것이 바람직하다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 단계 4)에서 분리 회수된 자성 비드는 급속 혼화조로 리사이클 하기 위한 수단을 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 단계 3)에서 인가되는 자기장은 영구자석 또는 전자석에 의한 것이 바람직하다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 자성물질을 함유하는 고분자 비드는 입경이 1 내지 300 미크론 이고, 철 함량이 1 내지 50 중량%인 것이 바람직하다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 단계 4)의 캐비테이션은 벤츄리 타입 이젝터에 의해 이루어지는 것이 바람직하다.

본 발명은 또한 상기 장치를 이용하여,

처리하고자 하는 폐수와 자성 물질을 함유한 고분자 비드와 무기성 응집제를 급속 혼화조에 투입하여 혼합하는 단계;

상기 급속 혼화조에서 넘어온 액을 완속교반조에서 오염물의 응집이 잘 이루어지도록 하여 자성 응집물 플록이 형성되도록 낮은 속도로 교반하는 단계;

상기 완속교반조에서 형성된 자성 응집물 플록을 자기분리장치에서 자기장에 의해 액체로부터 분리하는 단계;

상기 단계에서 분리된 자성 응집물 플록을 자성비드 분리회수장치에서 캐비테이션에 의해 자성 고분자 비드와 오염물 슬러지로 해체 분리하여 회수하는 단계; 및

회수된 자성비드를 상기 급속 혼화조로 리사이클 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자성물질을 함유한 고분자 비드를 이용한 고속 응집 방법을 제공한다.

본 발명에 따라 자성물질을 함유하는 고분자 비드를 사용하는 오폐수 처리방법은 자성물질 함유 고분자 비드를 계속 재활용함으로써 폐기물 발생량을 줄일 수 있도록 하였다. 결과적으로 적은 부지에서 컴팩트한 응집, 침전 공정의 구현이 가능하며, 동시에 응집제 및 고분자 응집보조제의 사용량을 줄이고 이에 따라 폐기되는 고형 슬러지의 양을 줄일 수 있는 장점을 갖는다.

도 1은 자성 고분자 비드의 (a) 무기 응집제에 의한 오염물의 응집과 (b) 이 응집물이 자성 고분자 비드에 달라붙어 플록을 형성한 모습을 도시한다.
도 2 및 도 3은 캐비테이션 현상의 개념도이다.
도 4는 제지폐수의 원액 사진(a)과 자성 고분자 비드로 처리하여 오염물을 침강시킨 사진(b)이다.
도 5는 실험에 사용된 자성 비드의 사진이다.
도 6은 자성 플록을 조절할 수 있는 전자석을 구비한 자성 분리장치의 개략도이다.
도 7은 응집이 진행되어 플록들이 완전히 침강된 것을 보여주는 사진이다.
도 8은 처리전 축산폐수 사진이다.
도 9는 축산폐수 처리 후 플록들이 자석에 잘 끌려오는지를 확인한 사진이다.
도 10은 플록과 처리 수를 분리하는 실험에 사용된 장치의 사진이다.
도 11은 수로에 플록이 통과할 때 전자석에 전류가 인가되면서 분리가 발생하는 모습을 보여주는 사진이다.
도 12는 본 발명에 따른 장치의 개략도이다.

본 발명에서는 자성물질을 함유한 고분자 비드를 응집제와 함께 투입하여 응집물의 크기를 크게 하고 동시에 침전조에서 이들 고형 응집물에 자기장을 인가하여 자석이 끄는 방향으로 신속히 고형 응집물을 잡아당김으로써 고형물을 액상으로부터 손쉽게 분리해 내는 기술을 제시한다.

본 발명에 따른 장치는, 자성 고분자 비드와 무기성 응집제(3가 철이나, 알루미늄 함유)를 투여하고 이들이 대상 처리수와 잘 섞이도록 하는 급속 혼화조; 이 혼화조에서 넘어온 액에서 응집이 잘 이루어지도록 낮은 속도로 교반하는 완속교반조; 이 완속교반조에서 형성된 응집물 플록(floc)이 액체로부터 빠르게 분리되도록 자기장이 인가되는 침전조; 및 분리된 자성 고분자 비드를 캐비테이션 처리하여 고분자 비드를 둘러싸고 있는 응집물로부터 자성 고분자 비드를 분리 수거하는 캐비테이션부를 포함한다. 캐비테이션부에서 배출되는 고분자 비드는 수거되어 재활용된다. 자기장은 영구자석 또는 통상적인 전자기석에 의해 발생된 것일 수 있다.

본 발명에 따른 공정에 따르면, 먼저 자성 고분자 비드와 무기성 응집제(3가 철이나, 알루미늄 함유)를 처리하고자 하는 폐수에 투여하고 교반하여 응집물이 비드에 잘 부착되도록 한다. 비드에 부착된 응집물 플록들은 외부 자기장을 인가함으로써 액체로부터 신속하게 분리된다. 자성 비드에 부착된 오염물(응집물)은 캐비테이션을 거침으로써 쉽게 분리되고, 오염물이 제거된 자성 비드는 수거되어 다시 폐수처리에 재활용된다.

본 발명에 사용되는 자성 고분자 비드는 유화중합, 분산중합, 현탁중합 등의 방법에 의해 제조될 수 있다. 어느 방법을 사용하든지 생산된 미세구체 내부에 자석의 성분이 일정한 오차범위 이내에 포함되는 양을 가지는 입자를 제조하는 것이 중요하다. 자성 고분자 비드는 자석 성분이 구체를 이루고 그 표면에 고분자가 코팅된 형태이거나 고분자 구체 내에 자석성분의 미립자가 분산된 형태일 수도 있다.

바람직하게는, 상기 자성 고분자 비드는 표면 처리가 되어 있으면 응집 시 응집물이 효율적으로 부착될 수 있다. 표면처리에 의해 입자의 표면에 -OH기 혹은 -NH₃등의 기능기를 도입한다. 이를 위하여 비드입자를 오존으로 처리하거나 반응기에서 화학처리를 수행할 수 있다. 그러나 대부분의 오폐수에 부유하고 있는 콜로이드들은 그 표면이 음으로 하전된 것으로 알려져 있다. 폐수의 PH의 값에 따라서 다르기는 하겠으나 -OH기 -NH₃등은 산성에서 +상태의 표면을 가질 것으로 예상된다. 이 경우에 부유하는 오폐수와 전기적인 중화가 일어나 콜로이드들과 결합이 일어날 가능성이 존재한다. 반대로 비드의 표면이 음으로 하전 되어 있는 경우에는 오폐수에 자성비드를 혼합하였을 경우에 자성비드가 안정적으로 분산될 것으로 예상할 수 있고, 향후 이들의 표면은 투입될 응집제인 철염의 이온상태인 Fe⁺³과 전기적인 결합력에 의하여 결합이 진행될 것으로 사료된다. 물론 이때의 PH의 값은 산성을 띄고 있어야 하며, 통상 오폐수에 응집제인 철염을 투입하였을 경우에 PH의 값이 3정도의 값을 유지하여 철염이 철 이온과 염소이온으로 분리된다. 이 후 PH의 값을 중성에 가깝도록 조절하여 주면 응집이 발생하게 되는데 이때 음으로 하전 된 비드와 철 이온은 응집의 핵으로 작용할 가능성이 있다.

도 1은 자성 고분자 비드의 (a) 무기 응집제에 의한 오염물의 응집과 (b) 이 응집물이 자성 고분자 비드에 달라붙어 플록을 형성한 모습을 도시한다.

오염물은 음 전하를 띠고 브라운 운동을 하기 때문에 콜로이드 상태이어서 응집을 잘 하지 않으므로, 무기 응집제를 첨가하여 콜로이드상을 불안정화하게 하여 응집이 되도록 한다. 무기 응집제로는 알룸, 염화철 등을 예로 들 수 있으나 이들로 한정되는 것은 아니다.

염화철을 예로 들면, 폐수에 첨가되었을 때 다음과 같은 반응을 한다.

Fe(H₂O)₆ ³⁺ + OH^- ⇒ Fe(OH)(H₂O)₅ ²⁺

Fe(H₂O)₆ ³⁺ + 2OH^- ⇒ Fe(OH)₂(H₂O)₄ ⁺

즉 양전하를 갖기 때문에 음전하의 오염물질과 결합하여 콜로이드를 불안정하게 하여 작은 응집물을 형성한다. 응집물은 반데르발스 힘에 의해 서로 연결 및 엉키어 점점 무거워진다. 이들을 처리 대상수로부터 분리하기 위하여 자성 고분자 비드를 이용한 침전을 이용한다.

본 발명의 장점은 낮은 운전 비용, 신속한 처리시간, 약품 사용량 최소화 및 처리플랜트 부지면적의 최소화 등이다. 자성 고분자 비드는 환경적으로도 무해하고 독성이 없기 때문에 처리수에 일부 유출되어도 무방하다.

한편, 수력학적 캐비테이션(hydrodynamic cavitation, HC)은 초음파와 달리 음파를 사용하지 않으며 압력변화에 의한 캐비테이션의 형성과 충격파 등에 의한 것이다. 일반적으로 흐름을 갖는 배관에서 액체의 증기압보다 작은 압력이 생성되는 경우 액체내에 기체가 발생되어 공동이 형성되게 된다. HC는 초음파에 의한 공동현상과 원리에서 차이가 있지만 그 효과에서는 유사한 특징을 보인다. HC는 액체의 난류 흐름을 통해 생성되는 것으로, 흔히 액체의 흐름시 큰 압력차가 생길 때 발생한다. 예를 들어, 일정 단면적을 갖는 파이프 내에 고압으로 유체를 빠른 속도로 이동시키면서 작은 단면적을 갖는 오리피스(orifice)를 통과하도록 장치를 만들면, 오리피스의 토출부에서 큰 압력차가 존재하여 토출부 직후에서 공동현상이 발생한다. 도 2는 이러한 캐비테이션 현상의 개념도를 나타낸다.

일반 원심펌프에 의해 발생시킬 수 있는 2-4bar의 압력을 이용하여 캐비테이션 현상을 얻는 간단한 방법은 벤츄리 모양의 이젝터를 이용하는 것이다. 도 3에서 P의 차이를 갖고 P2가 P1보다 작게 된다. 이렇게 벤츄리의 작은 단면적 부분을 유체가 지나 그 후단에서 압력이 회복되기 직전에 비교적 작은 효과지만 캐비테이션 현상이 발생되게 된다.

본 발명에서는 이러한 배경에서 벤츄리 타입 이젝터를 이용하여 일반 펌프에 의한 유체 흐름을 제공하면서 자성비드와 응집물의 분리를 유도한다. 일정량의 응집물을 벤츄리 이젝터를 통과시켜 해체시켜 영구자석으로 회수함으로써 99중량%의 회수가 가능하였다.

이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예를 예로 들어 설명한다.

실시예 1. 제지폐수 테스트

자성 고분자 비드는 도 1(b)에 도시된 것처럼 입경 50-100 미크론이고, 철 비드에 고분자 외층이 형성된 것을 사용하였다.

제지폐수를 이용하여 철염을 사용하여 응집 시험을 진행하였다. 시험 순서는 우선 1L의 제지폐수를 비이커에 투입하고 한쪽은 일정량(1g/L)의 철염을 투입하였으며, 다른 한편에는 자성 고분자 비드를 함께 투입하여 교반하면서 응집을 진행하였다. 일반적으로 고분자 비드는 비중이 1에 근접하는데 물보다 약간 무겁다. 그러나 자성 비드의 경우 내부에 금속 혹은 세라믹이 첨가되어 있어서 비중이 1 보다 크게 나타난다. 응집이 성공적으로 진행되어 그 플록들을 가지고 침강 시험을 진행하였다. 실험결과는 다음과 같다.

첨가제	FeCl3	자성비드와 FeCl3
SS	31.2	32.7
CODcr	96.2	98.9
침강시간	60	10

부유성 고형물(SS)은 표준방법(APHA, 1998)을, 화학적산소요구량(CODcr)은 HUMAS HS-2300 Plus Water analyzer를 사용하여 측정하였다.

도 4는 제지폐수의 원액 사진(a)과 자성 고분자 비드로 처리하여 오염물을 침강시킨 사진(b)이다. 제지폐수 원액(a)은 부유물이 존재하고 콜로이드 상태를 유지하고 있기 때문에 하얀색을 나타내고 있다. 도 4(b)에 나타난 바와 같이, 응집된 불순물은 바닥으로 가라앉는데 교반 후에 비이커 바닥에 네오디뮴 자석을 대자 자성 비드들이 급속히 바닥으로 끌려왔다.

도 5는 실험에 사용된 자성 비드의 사진이다. 도 5(a)는 입경 50-150 미크론의 자성 비드 사진이다. 도 5(b)는 비이커 바닥에서 수거한 자성 비드 주변에 응집된 오염물이 부착되어 있는 모습을 보여준다. 자성 비드와 무기응집제가 성공적으로 응집물 플록을 형성하고, 자석에 쉽게 끌려온다는 것을 알 수 있다.

실시예 2. 자성 분리 시스템

오염물질의 응집물은 중력에 의한 침강법에 의해 분리된다. 기존의 침전조는 캐널와 불균일 자기장을 생성하는 전자기 생성장치로 이루어진 자기 분리장치로 대체될 수 있다.

도 6은 자성 플록을 조절할 수 있는 전자석을 구비한 자성 분리장치의 개략도이다. 채널은 한 개의 입구와 두 개의 출구를 갖는다. 자성 플록을 함유한 폐수는 채널 입구로 유입되고, 채널에서 자기장의 힘이 다른 힘보다 충분히 크면 자성 플록은 자기장 방향으로 이동할 것이고, 그 결과 자성 플록은 아래쪽 출구로 배출되고, 오염물이 제거된 처리수는 위쪽 출구로 배출된다.

입경 100 미크론의 자성 비드를 사용하고 중량밀도가 철 밀도의 30%라고 가정하였을 때, 시간당 1 m³ 의 폐수를 처리하기 위해 튜브 직경은 500mm 이고 유량은 0.15m/s로 계산된다.

실시예 3. 자성 비드의 철 함량

제지폐수를 사용하여 앞의 시험방법과 동일하게 자 테스터(jar tester)에서 응집 시험을 진행하였다 (FeCl₃ = 700mg/L, pH = 8). 도 7 은 응집이 진행되어 플록들이 완전히 침강된 것을 보여주고 있다. 그림의 (a) 에서는 두 종류의 자성비드를 사용하여 응집을 진행하였을 경우 외관상으로는 차이점을 구별하기 힘들다. 응집이 끝난 후 상등액을 채취하여 SS 값을 측정하여 보았다. 측정된 SS의 값이 1,150과 1100으로 차이가 거의 나타나지 않았다.

그러나 그림 (b) 와 (c)에서 보이는 것과 같이 각각의 응집된 플록들을 외부의 영구자석을 이용하여 플록을 당겨보는 시험을 진행하였다, 외견상으로는 플록이 잘 끌려오는 것처럼 보인다. 그러나 그림 (b)와 (c)는 시험과정에서 커다란 차이점을 보였다. 자성비드의 크기가 작은 수 의 크기를 가지는 경우에서는 플록과 자성비드의 부착력이 양호하여 외부의 영구자석에 의하여 함께 끌려오게 된다. 그러나 자성비드의 크기가 큰 경우에는 플록에서 자성비드가 분리되며, 자성비드만 외부의 영구자석 쪽으로 끌려오게 된다. 두 자성비드에 함유된 Fe의 함량이 동일하고 응집시험도 동일하게 진행되었다. 다만 이들의 차이점은 입자의 크기인데 입자크기는 대략 10배 정도 차이가 나고 이로 인하여 표면적은 100 정도의 차이가 나는 것을 알 수 있다. 따라서 자성비드와 플록 사이의 표면적이 클수록 같은 크기의 플록이라 하여도 접착력에서는 차이가 남을 확인하였다.

다음은 자성비드의 크기는 10 이하로 고정시키고 Fe의 함량을 변화시키면서 자성비드를 제조하였다. 이들 제조된 비드를 활용하여 위와 동일한 조건으로 응집 시험을 진행하였다. 제지폐수에서 자성비드의 Fe 함량에 따른 처리효율 결과를 표 2에 나타내었다.

	원 수	Fe 10 %	Fe 20 %	Fe 30 %
SS 값	1,880	420	940	1,150

(FeCl₃ = 700mg/L, pH = 8, 급속교반 5분, 완속교반 20분, 침전 60분)

위 결과로 보면 Fe 의 함량이 증가되면 SS의 값이 같이 증가하는 경향을 보이고 있다. 본 발명의 실시예에서 사용되고 있는 자성비드는 고분자와 자성물질인 Fe가 서로 혼합되어 있는 상태이다. 이는 자성비드의 표면에서도 동일하게 적용할 수 있고, Fe의 함량이 커질수록 자성비드의 표면에 고분자의 비율이 작아질 수 있다. 이는 비드 표면에 부착될 수 있는 응집의 조건이 나빠지는 것을 의미한다. 자성비드를 제작하면서 비드의 표면에 -OH 가 표면에 많이 존재하도록 표면을 처리하였다. 이러한 수산화기가 제지폐수의 콜로이드들과 결합을 한 것으로 보인다. 따라서 -OH기가 함유된 표면적이 큰 비드가 SS의 값을 낮추는데 기여한 것으로 해석할 수 있다. 따라서 자성비드의 Fe 함량을 줄이는 것이 유리하기는 하지만 반대로 외부의 전자석 또는 영구자석을 이용하여 자석분리기를 제작하는 경우에는 플록의 자화력과 관련이 있고, 또한 이는 자석분리기의 효율과 밀접하기 때문에 Fe 의 함유량에 대한 적절한 값은 분리장치를 운전하면서 함께 고려하여야 할 사항이다.

실시예 4. 축산폐수 테스트

도 8은 축산폐수로 폐수 원수의 SS 농도가 매우 높아 4 배로 희석하여 사용하였다. 이들 축산폐수를 사용하여 응집 시험을 진행하였다(FeCl₃ = 700mg/L, pH = 8). 결과는 표 3에 나타내었다. 표면처리를 별도로 하지 않은 비드를 사용하였고 이에 따라 3가 염화철과 비드 표면의 상호작용은 크지 않은 것으로 보인다. 응집보조제의 첨가효과를 알아보기 위하여 천연응집제를 소량 첨가(1% 2mL)하였으며, 그 결과 자성비드의 첨가 및 영구자석 인가의 효과가 있는 것으로 나타났다.

구분	1차 응집시험후 SS (mg/L)	천연응집제 투여후 SS (mg/L)
1. FeCl3	570	118
2. FeCl3, Fe 자성비드	600	98
3. FeCl3, Fe 자성비드(하부에 영구자석)	590	82

또한 응집이 끝난 후에 외부의 자석에 형성된 플록들이 잘 끌려오는지를 확인하기 위하여 자성비드가 들어간 2번과 3번 비이커에 영구자석으로 시험을 진행하였고, 이를 도 9에 나타내었다. 영구자석에 의하여 플록이 잘 끌려오는 것을 확인하였다. 축산폐수에서도 플록들이 적절하게 결합되어 있는 것으로 확인 할 수 있다. 여기에 사용된 자성비드는 자성의 세기를 높이기 위하여 Fe가 30% 함유된 자성비드를 사용하였고, 크기는 10 이하의 크기를 가지는 비드를 사용하였다. 축산 폐수의 경우도 플록이 정상적으로 생성되었으며, SS 값도 원수에 비하여 낮아지는 것을 알 수 있다.

실시예 5. 분리장치 실험

자성비드와 함께 응집된 플록을 유로를 통과 시키면서 하부면에 전자석을 활용하여 플록과 처리 수를 분리하는 장치를 제작하였다(도 10 참조). 도 10의 장치를 사용하여 장치의 분리 특성을 평가하였다. 플록을 테스트하기 전에 자성비드가 유로를 통과하면서 전자석에 반응하는 정도를 테스트하였다. 제작된 자성비드 중에서 페라이트 첨가 비드와 Fe가 들어간 자성비드를 사용하여 전자석과의 부착력 시험을 전개하였다. 페라이트로 제작된 자성비드의 경우에 유로의 유속이 빠르게 되면 전자석에 전류를 인가하여도 하부면으로 자성비드가 부착하지 못하였다. 이때 유로를 흐르는 유속은 16 cm/sec로 설정하였다. Fe가 충진 된 비드를 사용하여 앞의 시험을 진행한 결과 전자석에 전류를 인가한 상태에서 자성비드가 하부면에 부착되는 것을 확인하였다. 처리용량에 따라 침강조의 크기를 조절할 수 있다.

도 11은 수로에 플록이 통과할 때 전자석에 전류가 인가되면서 분리가 발생하는 모습을 보여주고 있다(이때 사용된 플록은 축산폐수 응집물임). 시험에 사용된 플록과 장치에 부착된 전자석을 사용하여 원형수로에서 분리를 실시한 결과 위의 그림과 같은 모습으로 처리수와 분리가 일어나는 것을 확인하였다.

실시예 6. 회수 장치 실험

응집슬러지로부터 자성 비드를 회수하는 공정은 경제성 있고 친환경적인 응집공정을 개발하는데서 중요한 요소기술이다. 본 발명은 비드 회수 공정을 세정제를 사용하지 않고 물리적으로 처리하여 분리효율을 높이기 위하여 캐비테이션을 이용하는 방안을 선택하였다.

본 발명에서는 벤츄리 타입 이젝터를 이용하여 일반 펌프에 의한 유체 흐름을 제공하면서 자성비드와 응집물의 분리를 유도한다. 일정량의 응집물을 벤츄리 이젝터를 통과시켜 해체시켜 영구자석으로 회수함으로써 99중량%의 회수가 가능하였다.

도 12는 본 발명에 따른 장치의 개략도이다. 처리하고자 하는 원수는 급속혼화조에 유입되고, 여기에 자성 물질을 함유한 고분자 비드, 무기성 응집제를 투여하여 이들이 대상 처리수와 잘 섞이도록 한 후 완속 교반조로 유입시켜 오염물질의 응집물이 플록을 형성하도록 한 후 자기분리장치에서 응집물 플록이 액체로부터 빠르게 분리되도록 한 후 처리수와 오염물질(슬러지)이 부착된 자성비드를 캐비테이션장치에서 해체 분리시켜 자성 비드를 회수 재활용하는 구성으로 되어 있다.

본 발명에 의한 방법 및 장치는 자성물질 함유 고분자 비드를 계속 재활용함으로써 폐기물 발생량을 줄일 수 있도록 하였다. 결과적으로 적은 부지에서 컴팩트한 응집, 침전 공정의 구현이 가능하며, 동시에 응집제 및 고분자 응집보조제의 사용량을 줄이고 이에 따라 폐기되는 고형 슬러지의 양을 줄일 수 있는 장점을 갖는다.

Claims (8)

1) 처리하고자 하는 폐수와 자성 물질을 함유한 고분자 비드와 무기성 응집제를 혼합하는 급속 혼화조;
2) 상기 급속 혼화조에서 넘어온 액에서 오염물의 응집이 잘 이루어지도록 하여 자성 물질 함유 고분자 비드를 포함하는 응집물 플록(이하, 자성 응집물 플록)이 형성되도록 낮은 속도로 교반하는 완속교반조;
3) 상기 완속교반조에서 형성된 자성 응집물 플록을 자기장에 의해 액체로부터 분리하기 위한 자기분리장치; 및
4) 상기 단계 3)에서 분리된 자성 응집물 플록을 캐비테이션(cavitation)에 의해 자성 고분자 비드와 오염물 슬러지로 해체 분리하여 회수하는 자성 고분자 비드 분리회수장치를 포함하며,
상기 자성물질을 함유한 고분자 비드는, 유화중합, 분산중합 또는 현탁중합 방법에 의해 제조되어, 자석 성분이 구체를 이루고 그 표면에 고분자가 코팅된 형태이거나 고분자 구체 내에 자석성분의 미립자가 분산된 형태를 가지며,
상기 고분자 비드의 표면이 -NH₃기 또는 -OH기를 포함하도록 전처리된 것인 고속 응집 장치.

제1항에 있어서, 상기 무기성 응집제는 3가 철이나 알루미늄을 함유하는 것을 특징으로 하는 장치.

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제1항에 있어서, 상기 단계 4)에서 분리 회수된 자성 비드는 급속 혼화조로 리사이클 하기 위한 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.

제1항에 있어서, 상기 단계 3)에서 인가되는 자기장은 영구자석 또는 전자석에 의한 것임을 특징으로 하는 장치.

제1항에 있어서, 상기 자성물질을 함유하는 고분자 비드는 입경이 1 내지 300 미크론 이고, 철 함량이 1 내지 50 중량%인 것을 특징으로 하는 장치.

제1항에 있어서, 상기 단계 4)의 캐비테이션은 벤츄리 타입 이젝터에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 장치.

처리하고자 하는 폐수와 자성 물질을 함유한 고분자 비드와 무기성 응집제를 급속 혼화조에 투입하여 혼합하는 단계;
상기 급속 혼화조에서 넘어온 액을 완속교반조에서 오염물의 응집이 잘 이루어지도록 하여 자성 응집물 플록이 형성되도록 낮은 속도로 교반하는 단계;
상기 완속교반조에서 형성된 자성 응집물 플록을 자기분리장치에서 자기장에 의해 액체로부터 분리하는 단계;
상기 단계에서 분리된 자성 응집물 플록을 자성비드 분리회수장치에서 캐비테이션에 의해 자성 고분자 비드와 오염물 슬러지로 해체 분리하여 회수하는 단계; 및
회수된 자성비드를 상기 급속 혼화조로 이송하여 재사용(recycle)하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자성물질을 함유한 고분자 비드를 이용하며,
상기 자성물질을 함유한 고분자 비드는, 유화중합, 분산중합 또는 현탁중합방법에 의해 제조되어, 자석 성분이 구체를 이루고 그 표면에 고분자가 코팅된 형태이거나 고분자 구체 내에 자석성분의 미립자가 분산된 형태를 가지며,
상기 고분자 비드의 표면이 -NH₃기 또는 -OH기를 포함하도록 전처리된 것인 고속 응집 방법.

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