Transcript 침강 발표(김철기)
분리공정(Separation Process) - 침강(Sedimentation) 2009.11.03. Chulki Kim 정수처리과정 Calcium carbonate Effect of adding synthetic polymers on crystal growth of calcite Effect of structurally varied polypeptide on crystal growth of calcite Effect of additives on crystal growth of aragonite Titanium oxide Formation of titania crystal under mild condition with polymers via biomimetic process 하수처리과정 유체내에서의 입자의 운동 중력, 원심력 부력(buoyant force) 유체와 입자 사이의 저항력 • 밀도차이에 의한 중력과 원심력만을 외력 으로 간주 • 부력은 외력과 평행이지만 반대방향으로 작용 • 저항력도 외력과 평행으로 작용하지만 작 용 방향은 입자의 운동방향과 반대이며 입 자의 운동을 방해 1차원 운동식 -보통 입자의 운동방향이 입자에 작용하는 힘의 방향과 평행한 경우 침전(settling) Ⅰ형침전 Ⅰ형침전: 독립입자침전(Discrete particle settling) Ⅱ형침전 Ⅱ형침전: 응집침전(Flocculent settling) Ⅲ형침전 Ⅲ형침전: 지역침전(Zone settling), 간섭침전(Hindered settling) Ⅳ형침전 Ⅳ형침전: 압축침전(Compression settling) 구형입자의 운동 슬러지생성 Low Ⅰ Stock’s law 가정 : 구형의 입자, 층류, 독립침전 Ⅱ Ⅲ 농도 Ⅳ High 독립성 응결성 응집(flocculation) Colloid는 직경이 직경이 0.1~1㎛정도의 입자 자연수중의 colloid입자는 대부분 음전하를 갖고 있어 상호 반발력으로 안정형태로 분산되어 있음 반대전하(응집제)를 가하면 입자간 전기반발력이 감소하여 입자간 인력이 전기반발력을 상회하면 응집이 가능 입자간 인력(Van der waals force)과 미립자운동(Brown 운동)이 colloid입 응집력을 만드나 그 영향은 적다 Brownian movement 입자가 매우 작으면 브라운운동(Brownian movement)이 나타난다. 이 운동은 입자와 그 주위에 있는 유체의 분자간의 충돌로 인하여 입자 에 주어지는 불규칙한 운동(random motion)으로서, 입도가 2～3μm 일 때 상당한 영향을 나타내고, 입도가 0.1μm 이하일 때는 중력의 영향 보다 우세해서 중력침강의 효과가 크게 줄어들고, 중력침강이 일어나지 않는다. 전기이중층 electrophoretic velocity zeta-Potential 응집제 진흙입자, 유기물, 세균, 조류, 색소, 콜로이드 등 탁도를 일으키는 콜로이드 상태의 불순물을 제거하기 위하여 채택 수중에서 안정화되어 있는 콜로이드 입자의 표면전하를 중화시켜 불안정하게 하거나 흡착작용 및 가교작용을 유발시켜 플럭을 형성시키는 약제 알루미늄염을 이용한 응집 PH에 따른 알루미늄의 성질 황산 알루미늄 주입에 따른 pH변화 Al2(SO4)3*18H2O + 3Ca(HCO3)2 〓 2Al(OH)3 + 3CaSO4 + 6CO2 + 18H2O -황산알루미늄(Aluminum sulfate)은 수중의 알카리도와 반응하여 응집을 일으키며 이 과정에 CO2도 생성되어 pH가 저하됨 유기고분자 응집제 천연으로 존재하는 물질, 응집제의 성질을 가지는 것과 인공적으로 합성된 것 사용 Polymer가 가지는 성질에 의하여 음이온성, 양이온성, 비이온성으로 분류 전기적 중화작용과 가교작용이 동시에 작용 고분자 응집제의 특성 1. 알루미늄염만으로 처리하기 어려운 폐수에 유효 2. 첨가한 응집제의 석출이 일어나지 않음 3. pH가 변화하지 않음, 넓은 pH영역에서 효과를 나타냄 4. 발생오니량이 알루미늄에 비하여 적음 5. 탈수성이 개선, 슬러지 처리비용 절감 6. 이온의 증가가 없음. 공존염류, 온도의 영향을 잘 받지 않음 응집보조제 그 자체는 응집작용력이 없으나 응집제와 함께 사용되었을 때 응집력을 발휘할수 있는 물질 주입된 응집제의 역할을 유효하게 하기 위한 pH의 조정, 알칼리도의 조절, 가교작용의 증대, 플럭 형성의 촉진 및 중량증대 등에 기여할 수 있는 물질 유기성 보조응집제 무기성 보조응집제 - 한천, 전분, gelatin - 가격이 비싸다 - 미량첨가해도 높은 응집효과 - pH나 공존물질 영향 받지않음 Agar 전분 - 점토 : 응결물 무게 증가, 흡착작용 - 활성규사 : 활성화된 sodium silicate, 물에서 전하를 띤 sol형성 gelatin 점토(황토) Sodium silicate Jar test(응집교반시험) 각각의 폐수에 맞는 응집제와 응집보조제를 선택한 후 적정 pH를 찾고 그 pH에서 최적주입량을 결정하는 조작 < Procedure > 1. 시험수를 4개의 비커에 동일량 채운다. 2. 교반기로 빠른속도(120~140rpm)로 급속 혼합시킨다. 3. pH조정을 위한 약품과 응집제를 각각 다르게 짧은 시간내에 주입한다. 4. 교반기 회전속도를 20~70rpm으로 감속시키고 10~30분간 완속교반한다. 5. Floc이 생기는 시간을 기록한다. 6. 30~60분간 침전시킨 후 상등수를 분석한다. URC(슬러지 순환형 초고속응집침전공법) 1. 급속반응조 - 제올라이트, 벤토나이트를 주성분으로 하는 점토광물계 응집제 투입 2. 응집조 -무기응집제(Alum 또는 철염(Fe3+ ))를 투입 3. 완속응집조 - 음이온계 고분자 응집제 투입 4. 고속경사판 침전조 - 원수중의 오염물질과 Floc간의 충돌 유도 FALS(철촉매공기산화 고형물순환접촉형 고속응집 경사판침전공법) 1. 철촉매 산화단계 - 산화반응조에 Fe2+로 주입되는 약품(FeSO4)에 의한 철촉매 공기산화반응 진행 - 슬러지 반송에 의한 Fe3+의 형태의 응집물(Homogeneous nucleation)의 순화 2. 응집단계 - 완속교반 조건, 고분자 응집제 투여, 미세 플럭의 침전이 용이 3. 경사판 침전 단계 - 응집단계에서 조대화된 플럭을 침강 분리 함 - 상등수는 상부의 웨어를 통해 방류 FALS(철촉매공기산화 고형물순환접촉형 고속응집 경사판침전공법) 특징 및 장점 ◆매립장에서 발생한 폐수와 같은 환원성 오염물질을 함유한 폐수처리에 유용 ◆철염의 촉매작용, 반응속도를 증가시켜 산화반응 촉진 ◆철염과의 불용성 착물로 전환, 물리적 흡착을 통한 중금속 및 유기물 제어 용도 ◆위생 매립지 침출수 처리, 유해폐기물 소각 폐수 처리, 난분해성 유기물질 및 중금속 함유 산업 폐수 처리, 오염된 지하수 처리, 오염된 지표수 생활 처리 Lamella gravity settler(고속침전기) 특징 및 장점 1. 설치면적의 감소 - compact한 설계로 기존면적 90% 감소 2. 현장설치비의 감소 - 설치가 용이 3. 쉬운 유지관리 - 기후조건 등에 따른 유량변동에 의한 쇼크를 최소화 4. 균일한 폐수의 분배 - 편중 과부하가 생기는 것을 방지 용도 -제철폐수, 호소 및 하천수 정화, 발전소 및 냉각탑, 오수 하수 및 폐수처리, 제지공정의 재활용