재생흡착제로부터의 회분분리
도면은 본 발명의 바람직한 및 변화된 구체예를 설명하는 흐름도이다.
본 발명은 활성화된 탄소와 같은 재생흡착제 입자로부터 회분입자를 분리하는 방법에 관한 것이다. 활성화된 탄소, 코크스 미립자, 규조토, 플라이 애쉬(fly ash)등의 분말흡착제가 다양한 방법으로 폐수처리에 사용된다. 예를들면, 그러한 물질이 성능을 증진시키기 위하여 생물학적 처리시스템에 첨가된다. 활성화된 탄소분말이 이 목적을 위해 가장 널리 사용되고 어떤 방법에서는 통풍유역에서 생물학적 고체와 혼합된다. 그러한 방법의 실시예가 미합중국 특허 제3,904,518호 및 제4,069,148호에 기술되어 있다. 일단 활성화된 탄소의 흡착성이 소모되면, 처리공정에 재사용되기 전에 재생되어야 한다. 탄소를 재생하기 위한 한 방법은 생물학적 고체와 사용 탄소의 혼합물의 습식산화를 포함한다. 증가하는 온도 및 압력에서의 습식 공기산화는 생물학적 고체의 휘발부를 파괴하고 탄소분말의 표면에 흡착된 유기물질을 그의 흡착수용력을 수복하기 위하여 산화한다. 그 결과 재생된 탄소는 수성슬러리의 일부로서 처리공정에 재순환된다. 탄소를 재생하기 위한 또 다른 방법은 다중 용광로에서와 같이 제어된 기압하에서의 불꽃연소를 포함한다. 열적으로 뜨겁게 재생된 탄소와 생체물질 잉여혼합물은 워터 퀸치 탱크(water quench tank)로의 도입에 의해 냉각된다. 그 결과 재생된 탄소의 수성슬러리가 처리공정에 재순환된다. 어느 하나의 재생공정으로부터 회수된 수성슬러리는 주로 재활성화된 탄소입자와 탄소에 의해 폐수로부터 제거되고 재생공정동안에 형성된 무기회분입자로 구성된다. 회수된 탄소와 함께 이 회분의 처리공정에의 연속적인 재순환은 경우에 따라서는 폐수처리 시스템에 바람직하지 못한 회분의 축적을 유발한다. 그러므로, 폐수처리 시스템에서의 회분의 유해한 축적을 방지하기 위하여 재생된 탄소 흐름으로부터 회분부를 제거하는 것이 필요하다. 미합중국의 프랫트(Pradt)의 특허 제3,808,126호는 불활성 고체를 습식 산화반응기의 기저로부터 분리파이프를 경유하여 제거하고 불활성고체 흐름을 반응기 유출과 시스템의 아래쪽 끝에서 결합시키는 방법을 예시한다. 카나다의 뷰란트(Burant)등의 특허 제1,073,365호는 탄소의 재생공정동안 습식공기 산화반응기에서 불활성고체의 분류에 의해 불활성 회분을 활성화된 탄소분말로부터 제거하는 방법을 예시한다. 재생된 탄소슬러리가 반응기의 상부로부터 제거되어 처리시스템으로 복귀되는 동안 보다 무거운 불활성 고체는 반응기의 기저로부터 제거된다. 미합중국 프랫트 등의 특허 제3,876,536호는 회분과 재생된 탄소간의 비중의 차이를 이용하는 원심분리장치로 재생된 탄소로부터 회분을 분리하는 방법을 예시한다. 미합중국의 아놀드(Arnold)등의 특허 제4,541,933호는 회분을 농축하기 위한 다수의 하이드로사이클로운을 사용하여 습식산화된 활성화된 침전물/분말탄소 혼합물로부터 회분을 분리한후 회분농축물을 스크린상에 수집하는 방법을 예시한다. 일본국 특허출원 제96713/81호는 재생된 탄소/회분 혼합물을 2 내지 10부피의 물로 희석하고 총경도가 100보다 높으면 회분입자를 현탁시키고 탄소입자를 침전시키기 위하여 분산제를 첨가하는 방법을 예시한다. 농축된 탄소는 처리공정에 재순환된다. 양이온의 면상침전(flocculent)이 회분입자를 함유하고 있는 물현탁액에 회분을 침전시키기 위하여 첨가된다. 미합중국의 사이케스(Sykes)등의 특허 제4,555,329호는 슬러리를 분산하기 위하여 저분자량의 음이온 비닐중합체를 첨가한후 석탄입자를 응집 및 침강시키기 위하여 고분자량의 음이온 비닐중합체를 첨가함으로써 폐석탄 슬러리중의 석탄입자로부터 무기모암(gangues)을 분리하는 방법을 예시한다. 모든 이들 선행공정들은 특정한 결점이 있다. 습식산화반응기에서 불활성 회분의 분류는 추가의 배관을 필요로 하고 시스템 압력에서의 회분슬러리의 제거는 제어밸브를 현저하게 마모시킨다. 원심분리장치는 그설치 및 작동에 비용이 많이 든다. 재생공정으로부터의 슬러리의 회석은 방출되기전에 처리되어야만 하는 불활성 회분을 함유하고 있는 저강도 폐수의 부피증가를 유발한다. 본 발명의 목적은 수성 슬러리에 함유된 회분과 재생된 흡착제 입자의 혼합물로부터 회분입자를 함유하고있는 폐수의 부피를 증가시키지 않으면서 회분입자를 분리하기 위한 효과적이고도 경제적인 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 재생공정중의 분류 또는 특별한 장치를 필요로 하지 않는 그러한 방법을 제공하는 것이다. 발명의 다른 목적, 측면 및 장점들은 다음의 상세한 설명, 도면 및 첨부된 특허청구의 범위를 관찰한 것을 토대로 기술분야에서 숙련된 사람들에게 분명해질 것이다. 본 발명에 의해 제공된 방법은 수성슬러리, 특히 생물학적 고체와 사용흡착제의 혼합물을 포함하여 폐수처리 시스템으로부터 습식산화 또는 혼합액 침전물의 열적재생에 의해 생성된 수성슬러리에 함유된 회분과 재생된 흡착제(예를들어, 활성화된 탄소)입자의 혼합물로부터 회분입자를 분리하는데 효과적이다. 슬러리는 먼저 슬러리중의 총 물부피의 약 50 내지 약 80%를 함유하는 정화된 제1수성상과 두꺼워진 제1고체상을 생성하기 위하여 침강되고 이들 두 상은 분리된다. 물의 약 2 내지 약 5부피부에 대해 제1고체상 1부의 희석비율을 얻도록 실질적으로 세정된 물이 분리된 제 1고체상에 첨가된다. 회분입자의 현탁을 일으키기에 충분한 양의 분산제와 흡착제 입자의 침강을 유발하기에 충분한 양의 음이온 중합체가 희석된 제 1고체상과 혼합물 형태로 된다. 이렇게 처리된, 희석된 제 1고체상은 주로 현탁된 회분입자를 함유하는 제2수성상과 주로 흡착제 입자를 함유하는 침강된 제2고체상을 생성하기 위하여 침강되고 이들 두 상은 분리된다. 분리된 제2고체상은 재사용을 위해 폐수처리 시스템에 재순환될 수 있다. 한 구체예에서, 회분의 분리는 제2고체상을 실질적으로 세정된 물로 상기와 동일한 희석비로 희석하고, 분산제와 음이온 중합체를 희석된 제2고체상과 혼합하고, 이렇게 처리된, 희석된 제2고체상을 주로 현탁된 회분입자를 함유하고 있는 제3수성상과 주로 흡착제 입자를 함유하고 있는 침강된 제3고체상을 생성하기 위하여 침강시킴으로써 증진된다. 이들 두 상은 분리되고, 상기와 같이, 분리된 제3고체상은 재사용을 위해 폐수처리 시스템에 재순환될 수 있다. 본 발명의 방법은 달리 적용되어 사용될 수 있고, 특히 혼합액 침전물(생물학적 고체와 사용한 활성화된 탄소의 혼합물)의 습식 공기산화 또는 열적재생에 의해 폐수처리 시스템으로부터 생성되는 수성슬러리의 처리에 채택될 수 있으며 그런 적용과 관련하여 기술하기로 한다. 도면과 관련하여, 수성슬러리는 주로 재생된 탄소와 회분입자로 구성된 30 내지 70g/l의 현탁된 고체를 함유하고 있는 습식 공기산화 단위로부터 도관(10)을 경유하여 재래의 침강기-정화기(12)로 도입된다. 침강기-정화기(12)에는, 두꺼워진 제1고체상이 재생된 탄소와 기저에 침강된 회분입자의 혼합물을 포함하고 있고, 정화된 수성상이 남아 있다. 여기에 사용된바, 용어 ″고체상″은 비중분리 또는 침강중에 생성되고 침강전의 슬러리에서보다 더 높은 농도의 고체입자를 함유하고 있는 두꺼워진 수성슬러리를 의미한다. 유입되는 수성슬러리중의 총 물부피의 약 50 내지 약 80%를 포함하는 정화된 수성상의 양은 침강기-정화기(12)로부터 도관(14)을 통하여 줄어든다. 이 정화된 수성상은 통상 재생 상징액으로서 언급되고 대개는 실질적으로 입자가 없다. 그러므로 그것은 처리시스템에 재순환되거나 폐수로 방출될 수 있다. 약 50% 이하의 수성상의 제거는 유익하지 않은 한편, 약 80% 이상의 수성상의 제거는 재래의 처리장치 기술에 의해서는 조작이 어려운 슬러리를 생성한다. 제1고체상은 도관(16)을 경유하여 침강기-정화기 (12)로부터 철회되고 도관 (18)을 통해 도입된 물로 희석된다. 희석에 사용되는 물은 실질적으로 세정된 것이라야 하고 약 40 내지 50ppm 이하의 경도(결합된 칼슘과 마그네슘의 함량)을 가져야 한다. 여기에 사용된바, 용어 ″실질적으로 세정된″은 양이온 중합체, 유기세제 등과 같은 회분입자의 응집물 또는 침전물을 유발하거나 또는 유기 계면활성제 또는 세제같은 현탁된 상태로 보유되는 탄소입자를 유발하는 경향이 있는 오염물질을 포함하지 않는 물질을 의미한다. 희석수는 마시기에 적합하거나 탈이온화되어 있을 필요는 없다. 그것은 연수, 수돗물 또는 심지어는 폐수처리로부터의 유출수일 수 있다. 분산제와 음이온 중합체가 설명된 바와 같이 도관(20 및 22)을 통해 희석전에 물에 첨가될 수 있고 또는 희석후에 첨가될 수 있다. 적당한 분산제로서는 헥사메타인산나트륨, 트리폴리인산나트륨, 규산나트륨, 수산화나트륨, EDTA, 붕사와 그의 혼합물이 있다. 첨가되는 분산제량은 회분입자의 현탁액내에의 보유를 유발하기에 충분하다. 일반적으로, 이 양은 희석된 제1고체상의 총부피를 토대로 약 5 내지 500, 바람직하게는 약 10 내지 약 100이며 가장 바람직하게는 약40mg/l 이다. 탄소입자의 침강을 촉진하는데 특별히 효과적이라고 알려진 음이온 중합체는 퍼콜(Percol) 726으로 알리드 콜로이드(Allied Colloids, Suffolk, Virginia)에 의해 시판되고 있는 것으로 아크릴산나트륨과 아크릴아미드의 고분자량 공중합체이다. 기타의 적당한 상업적으로 유용한 음이온 중합체로는 아메리칸 시안아미드(American Cynam ide, Wayne, New Jersey)에 의해 시판되는 매그니플로크 835A, 아쿠아 벤 주식회사 (Aqua Ben Corp., Orange, California)에 의해 시판되는 하이드로플로크 420, 칼곤 주식회사(Calgon Corp., Pittsburgh, Pennsylvania)에 의해 시판되는 WT-7736, 그리고 헤르쿨레스 주식회사(Hercules Corp., Wilmington, Delaware)에 의해 시판되는 헤르코플로크 1031이 있다. 첨가되는 음이온 중합체량은 실질적으로 회분입자의 침강을 증가시키지 않으면서 탄소입자의 침강을 유발하기에 충분하다. 일반적으로, 이 양은 희석된 제1고체상의 총부피를 토대로 약 0.1 내지 약 4, 바람직하게는 약 0.3 내지 약 0.5mg/l이다. 약 4mg/l보다 큰 음이온 중합체량은 회분 및 탄소입자 둘다의 침강을 유발하는 경향이 있다. 처리된, 희석된 제1고체상은 도관(24)을 경유하여 또다른 재래의 침강기-정화기 (26)로 도입된다. 침강기-정화기(26)에는, 두꺼워진 제2고체상이 주로 기저에 침강한 재생된 탄소입자를 포함하고 있고, 주로 현탁된 회분입자를 포함하고 있는 제2수성상이 남아 있다. 제2수성상은 추가의 처리 및/또는 처분을 위해도 관(28)을 경유하여 정화기(26)로부터 철회된다. 제2고체상은 도관(30)을 경유하여 정화기(26)로부터 철회되고 재사용을 위해 폐수처리 시스템에 재순환될 수 있다. 도면에 점선으로 표시된 다른 구체예에서, 회분입자의 제거는 제2고체상을 희석하고, 분산제와 음이온중합체를 첨가한후, 상술된 바와 같이 최종 처리된, 희석된 슬러리를 침강시킴으로써 개선된다. 이 다른 구체예에 대한 상술된 것들에 상당하는 도관과 침강기-정화기는 동일 참조숫자에 문자 ″a″를 첨부함으로써 표시되었다. 침강기-정화기(26a)에는, 제3고체상이 주로 기제에 침강한 탄소입자를 포함하고 있고, 주로 현탁된 회분입자를 포함하는 제3수성상이 남아 있다. 제3수성상은 추가의 처리 및/또는 처분을 위해 도관(28a)을 경유하여 침강기-정화기(26a)로부터 철회된다. 제3고체상은 도관(30a)을 경유하여 정화기(26a)로부터 철회되고 재사용을 위해 폐수처리 시스템에 재순환될 수 있다. 희석수를 첨가하기에 앞서 정화된 수성상을 탄소/회분 혼합물로부터 분리하는 것은 많은 장점이 있다. 정화된 수성상 또는 재생 상징액은 희석되지 않은 것이고 현탁된 회분을 심각할 정도의 양으로 함유하고 있지않다. 그것은 호기성으로 또는 혐기성으로 쉽게 생분해되고, 과잉량의 회분 또는 수압부피를 시스템에 재순환함이 없이 처리시스템에 복귀될 수 있다. 재생된 탄소와 회분의 혼합물을 포함하고 있는 재생 단위로부더의 슬러리가 분리를 위해 희석되는 앞선 기술 공정에서, 분리를 효과적으로 하기에 필요한 희석수량은 혼합물의 전체경도가 증가함에 따라 증가한다. 이것은 재사용 또는 처분을 위해서는 처리되어져야만 하는 회분함유 액체의 보다 많은 양을 유발한다. 본 발명의 방법으로 생성된 제1고체상의 보다 작은 부피는 회분입자를 현탁시키고 탄소입자를 침전시키기에 필요한 희석수의 부피를 감소시킨다. 또한, 제2수성상에 현탁된 입자의 농도는 실질적으로 보다 높아서, 그 결과 조작 및 처분비용이 감소한다. 나아가, 희석수는 세정되거나, 마실 수 있거나 또는 탈이온화되어 있지 않아도 좋다. 대신에, 실질적으로 세정된 처리장치 유출물은 희석수로서 사용될 수 있어서, 그 결과 추가의 저장이 가능하다. 또 다른 노력없이도, 기술분야에 숙련된 사람이면 전술한 설명을 사용하여 본 발명을 그의 최대한 활용할 수 있을 것이라 여겨진다. 다음의 실시예는 발명의 구체예를 실례로 보이기 위하여 나타낸 것으로 발명의한계로 여겨지지는 않을 것이다. [실시예 1] 폐수처리 시스템으로부터 혼합된 액 침전물을 재생된, 분말의 활성화된 탄소/회분 입자 슬러리를 생성하기 위하여 습식공기 산화하였다. 13g/l의 현탁된 고체가 함유된 재생슬러리는 6.3g/l의 회분(48.8% 회분)을 포함하고 있었다. 슬러리 고체는 쉽게 직립상으로 침강하였다. 헥사메타인산나트륨과 규산나트륨의 50:50부피비의 수성 혼합물을 양을 달리해 가면서 슬러리의 샘플을 분리하기 위하여 첨가하였고 그 결과 분산제 농도는 100,200,400 및 1,000mg/l이었다. 고체는 각 샘플에 분산되어 남아 있었고 침강 또는 분리는 관찰할 수 없었다. 음이온 중합체(퍼콜 726)를 1.0mg/l의 농도로 각 샘플에 첨가하였고 모든 입자는 탄소와 회분입자의 분리가 일어나지 않으면서 침강되었다. 음이온 중합체를 0.1mg/l의 농도로 분산제의 상기 혼합물을 200mg/l 농도로 함유하고 있는 슬러리 샘플에 첨가하였고 탄소와 회분입자의 침강 또는 분리는 관찰할 수 없었다. 증가하는 양의 음이온 중합체를 이 슬러리 샘플에 첨가하였고 농도가 0.4mg/l에 이를때까지 변화는 관찰할 수 없었다. 그 농도에서 모든 고체는 침강되었고 탄소와 회분입자의 분리가 일이난 증거는 없었다. 이들 결과로부터, 상징액의 존재로, 분산제의 첨가는 회분과 탄소입자의 소정분리를 심지어 상대적으로 큰 농도에서조차 유발하지 않는 것으로 생각할 수 있다. 또한, 분산제와 음이온 중합체를 결합하여 사용하는 것도 소정분리를 유발하지 않고, 대신에, 보다 높은 농도에서 모든 입자의 침강을 유발하는 것으로 생각할 수 있다. [실시예 2] 실시예 1의 재생된 탄소슬러리의 샘플 1리터를 침강시켰다. 750ml의 깨끗한 상징액을 기울여 딸아 제거하고 동량의 수돗물로 대치하였다. 14.75g/l의 현탁된 고체가 함유된 희석된 재생슬러리는 7.21g/l의 회분(48.9% 회분)을 포함하고 있었다. 실시예 1에 기술된 분산제의 혼합물을 200mg/l의 농도로 희석된 재생슬러리에 첨가하였다. 분산되어 남아있는 고체입자를 혼합한 후에 적은 양의 침강이 관찰되었다. 음이온중합체(퍼콜 726)를 1.0mg/l의 농도로 첨가하였고 탄소입자를 함유한 침강된 고체상(100ml)과 분산된 회분입자를 함유한 수성상(900ml)을 얻었다. 875ml의 수성상을 분리해내고 동량의 수돗물로 대치하였다. 실시예 1에 기술된 분산제의 혼합물을 200mg/l의 농도로 회분입자를 분산시키기 위하여 희석된 고체상에 첨가하였다. 음이온 중합체를 0.5mg/l의 농도로 탄소입자를 침강시키기 위하여 첨가하였다. 이 제2침강은 탄소입자를 함유하는 침강된 고체상(100ml)과 현탁된 회분입자를 함유하는 수성상(900ml)을 생성하였다. 출발혼합물중의 대략 28%의 회분입자는 제1침강단계에서 제거되었고 또 다른 추가의 9%가 제2침강단계에서 제거되었다. 출발혼합물중의 대략 95%의 탄소가 제1침강단계에 의해 회수되었고 대략 90%의 잔여탄소가 제2침강단계에 의해 회수되었다. 이들 결과로부터, 본 발명의 방법은 실제의 회분입자부를 제거하고 여전히 높은 백분율의 재생된 탄소입자를 재사용을 위해 회수할 수 있다고 생각할 수 있다. 전술한 설명으로부터, 기술분야에 숙련된 사람이면 발명의 내용과 범위를 벗어나지 않고서도 발명의 필수적인 특성을 쉽게 확인할 수 있고, 그것을 다양한 용도에 적용하기 위해 다양한 변화 및 변형을 할 수 있다. |
