DAF로도 알려진 가압부상조는 물에서 부유 물질, 오일 및 기타 오염 물질을 제거하는 데 사용되는 수처리 공정입니다.
미세한 기포를 물에 주입하여 현탁 입자를 물 표면에 부착 및 부유시켜 효과적으로 제거하는 원리로 작동합니다.
가압부상조 소개
가압부상조는 도시 폐수 처리, 산업 폐수 처리 및 음용수 정화를 포함하여 다양한 산업에서 널리 사용되는 수처리 기술입니다.
기존의 침강법이나 여과법으로는 분리하기 어려운 미세하게 분산된 고형물, 콜로이드 입자, 기름 등을 제거하는데 특히 효과적입니다.
이 과정에는 압축 공기 또는 가스를 사용하여 압력을 받아 공기를 물에 녹이는 과정이 포함됩니다.
용해된 공기는 대기압에서 방출되어 물에 작은 기포를 형성합니다.
이러한 기포는 부유 입자에 부착되어 부력을 증가시키고 물 표면으로 떠오르게 하여 거품 또는 슬러지 층을 형성합니다. 거품이나 슬러지는 걸러내어 물에서 분리하여 깨끗한 물을 얻을 수 있습니다.
가압부상조의 작동 메커니즘
압력 부상 원리에는 다음과 같은 몇 가지 주요 단계가 포함됩니다.
포화: 첫 번째 단계는 압력 하에서 공기를 물에 용해시키는 것입니다.
이것은 일반적으로 포화기 또는 접촉 챔버라고 하는 압력 용기를 통해 물을 통과시킴으로써 달성됩니다. 포화기에서 물이 가압되고 압축 공기 또는 가스가 유입됩니다.
높은 압력은 공기가 물에 용해되어 과포화 용액을 형성하도록 합니다.
배출 및 기포 형성: 물이 공기로 포화된 후 부유 탱크 또는 용기로 방출되어 압력이 대기 상태로 감소합니다. 이 급격한 압력 감소로 인해 용해된 공기가 용액에서 나오고 작은 기포가 형성됩니다.
기포 부착: 기포가 물을 통해 상승하여 부유 입자와 접촉하게 됩니다. 소수성이거나 물보다 공기에 대한 친화력이 더 높은 입자는 기포의 표면에 부착됩니다.
기포 응집: 기포가 상승함에 따라 더 많은 부유 입자를 수집하여 더 큰 응집체 또는 플록을 형성합니다. 이러한 플록은 계속 상승하여 점차적으로 물 표면에 거품 또는 슬러지 층을 형성합니다.
분리 및 스키밍: 기계적 스키밍 장치를 사용하여 물 표면에서 거품 또는 슬러지 층을 조심스럽게 제거합니다.
그런 다음 수집된 물질은 추가 처리 또는 폐기를 위해 별도의 챔버로 보내집니다. 대부분의 부유 물질이 없는 정화된 물은 부유 탱크에서 나옵니다.
압력 부양에 영향을 미치는 요인
몇 가지 요인이 압력 부상의 효율성과 성능에 영향을 미칩니다.
공기 포화도: 물의 공기 포화도는 기포 형성 및 부유 입자 부착에 매우 중요합니다.
공기 포화 수준이 높을수록 부상 효율을 높일 수 있습니다. 포화 수준은 포화기의 압력, 체류 시간 및 공기 대 물 비율을 제어하여 조정할 수 있습니다.
기포 크기 및 분포: 기포의 크기와 분포는 부상에 중요한 역할을 합니다. 작은 기포는 입자 부착을 위한 더 큰 표면적을 제공하여 부유 효율을 향상시킵니다. 기포 크기는 압력, 방출 메커니즘 및 기포 생성 장치의 사용을 조절하여 제어할 수 있습니다.
체류 시간: 물이 부유 탱크에서 보내는 시간은 부유 효율에 영향을 미칩니다. 충분한 체류 시간은 효과적인 기포 입자 부착 및 응집을 허용합니다. 체류 시간은 부유 탱크의 유량과 크기를 조절하여 조정할 수 있습니다.
pH 및 화학적 조절: 물의 pH와 화학적 응고제 또는 응집제의 추가는 부유 공정에 영향을 미칠 수 있습니다. 최적의 pH 조건과 적절한 화학 약품 주입은 안정적인 플록 형성을 촉진하고 기포에 대한 입자 부착을 향상시킬 수 있습니다.
수온: 수온은 가스의 용해도에 영향을 미치고 결과적으로 공기 포화도에 영향을 줄 수 있습니다. 수온이 낮을수록 일반적으로 공기 용해도가 높아지고 부상 성능이 향상됩니다.
가압부상조능력의 응용
가압부상조는 수처리 및 폐수 처리 공정에서 광범위한 응용 분야를 가지고 있습니다.
폐수 처리: 압력 부상은 부유 물질, 유기물, 오일 및 그리스를 제거하기 위해 도시 및 산업 폐수 처리장에서 광범위하게 사용됩니다. 식품 가공, 펄프 및 제지, 화학 제조, 광업 등 다양한 산업에서 발생하는 폐수를 효과적으로 처리할 수 있습니다.
음용수 처리: 압력 부상은 음용수 정화 공정의 전처리 단계로 사용할 수 있습니다. 탁도, 조류 및 기타 부유 입자를 제거하여 전반적인 수질을 개선하고 후속 처리 단계의 부하를 줄이는 데 도움이 됩니다.
석유 및 가스 산업: 압력 부상은 생산된 물 처리를 위해 석유 및 가스 산업에서 일반적으로 사용됩니다. 배출 또는 재주입 전에 생성된 물에서 오일, 유화 탄화수소 및 부유 물질을 제거하는 데 도움이 됩니다.
섬유 산업: 섬유 폐수에는 종종 염료, 안료 및 부유 물질이 포함되어 있습니다. 압력 부상은 섬유 유출물을 처리하고 색상 및 탁도 수준을 낮추어 환경 규정 준수를 용이하게 하는 데 활용할 수 있습니다.
채광 및 광물 가공: 채광 작업에서 압력 부상은 맥석 물질에서 귀중한 광물을 분리하는 데 사용됩니다.
광석 슬러리에서 황화물과 같은 입자의 회수를 도와 선광 공장의 전반적인 효율성을 향상시킵니다.
장점 및 제한 사항
가압부상조는 기존의 침전 또는 여과 방법에 비해 몇 가지 이점을 제공합니다.
높은 제거 효율성: 가압부상조는 부유 물질, 오일 및 기타 오염 물질에 대한 높은 제거 효율성을 달성할 수 있습니다. 침전 속도가 느리거나 미립자가 많은 폐수 처리에 특히 효과적입니다.
작은 설치 공간: 압력 부상 시스템은 일반적으로 침전조 또는 여과 장치에 비해 더 작은 설치 공간을 필요로 합니다. 기존 처리장에 쉽게 통합하거나 좁은 공간에서 독립형 장치로 사용할 수 있습니다.
유연성: 가압부상조는 다양한 유형의 용수 및 폐수에 맞게 조정 및 최적화할 수 있어 공정 설계 및 운영에 유연성을 제공합니다.
화학 물질 사용량 감소: 경우에 따라 압력 부상은 입자 응집을 위한 화학 응고제 또는 응집제에 대한 의존도를 줄여 비용을 절감하고 화학 물질 소비를 줄일 수 있습니다.
그러나 압력 부상에 대한 특정 제한 사항이 있습니다.
자본 및 운영 비용: 압력 부양 시스템에는 포화기, 부양 탱크 및 스키밍 장치와 같은 필수 장비에 대한 상당한 자본 투자가 포함될 수 있습니다. 또한 공기 압축 및 유지 관리를 위한 에너지 소비를 포함한 운영 비용을 고려해야 합니다.
수질에 대한 민감성: 가압부상조의 효율성은 pH, 온도 및 특정 화학 물질의 존재를 포함하여 수질의 변화에 의해 영향을 받을 수 있습니다. 최적의 성능을 유지하려면 정기적인 모니터링과 조정이 필요할 수 있습니다.
제한된 입자 크기 범위: 가압부상조는 미세 입자 및 콜로이드 물질을 제거하는 데 가장 효과적입니다. 더 큰 입자나 침강 가능한 고형물을 제거하는 데에는 효율적이지 않을 수 있습니다.
슬러지 처리 및 처리: 가압 부상 중에 생성된 슬러지 또는 거품은 적절한 처리 및 처리가 필요합니다. 구성에 따라 추가 처리 또는 특수 폐기 방법이 필요할 수 있습니다.
가압부상조의 설계
용존 공기 부양(DAF) 탱크라고도 하는 가압 부양 탱크는 압력 부양 공정의 핵심 구성 요소입니다.
설계 원칙
탱크 형상 및 크기
가압 부상 탱크의 설계는 적절한 형상과 크기를 결정하는 것으로 시작됩니다.
탱크는 효과적인 입자 분리 및 부상을 위해 충분한 부피와 체류 시간을 제공해야 합니다.
일반적인 탱크 모양에는 직사각형, 원형 및 정사각형이 포함되며, 구성 및 작동이 쉽기 때문에 직사각형이 가장 널리 사용됩니다. 탱크 크기는 원하는 유량, 적재 조건, 오염 물질의 유형 및 농도에 따라 결정됩니다.
인렛과 출구 배열
가압 부유 탱크의 입구와 출구 위치는 효율적인 작동을 위해 매우 중요합니다.
유입구는 일반적으로 탱크 바닥 근처에 위치하여 탱크 부피 전체에 걸쳐 유입수가 균일하게 분포되도록 합니다. 이는 부유 물질과 도입된 기포 사이의 적절한 접촉을 보장하는 데 도움이 됩니다.
반면 배출구는 상단 근처에 위치하여 정화된 물과 부유 슬러지의 제거를 용이하게 합니다.
내부 배플 시스템
내부 배플 시스템이 탱크에 통합되어 원하는 흐름 패턴을 촉진하고 부유 프로세스를 향상시킵니다.
배플 시스템은 탱크 내의 유압 조건을 제어하여 부유 입자와 기포 사이의 최적의 접촉 시간을 보장합니다. 또한 단락을 방지하는 데 도움이 되며 제거를 위해 부유 고형물이 표면으로 상승하는 것을 촉진합니다.
공기 포화 시스템
공기 포화 시스템은 가압 부유 탱크의 중요한 구성 요소입니다.
압력 하에서 물에 공기를 용해시켜 부상에 필요한 기포를 생성합니다. 공기 포화 시스템은 일반적으로 물이 가압되고 공기가 유입되는 포화기 또는 압력 용기로 구성됩니다.
압력으로 인해 공기가 물에 용해되어 과포화 상태가 됩니다. 그런 다음 과포화수는 부양 탱크로 방출되고 여기에서 압력이 감소하여 공기가 용액에서 나오고 작은 거품이 형성됩니다.
기포 생성 및 분포
성공적인 부양을 위해서는 효율적인 기포 생성 및 분배가 필수적입니다.
디퓨저, 노즐 또는 기계적 수단을 포함하여 다양한 방법을 사용하여 기포를 생성합니다. 기포는 작고 부유 물질과의 접촉 면적을 최대화하기 위해 탱크 전체에 고르게 분포되어야 합니다. 기포의 크기는 부유 효율에 영향을 미칩니다. 기포가 작을수록 입자에 부착할 수 있는 표면적이 더 커지기 때문입니다.
기포 크기는 기포 생성 시스템의 압력, 유속 및 형상을 조정하여 제어할 수 있습니다.
스키밍 시스템
부유 탱크 표면에서 부유 슬러지 또는 거품을 제거하기 위해 스키밍 시스템이 사용됩니다.
스키머 메커니즘은 일반적으로 표면을 훑어보고 부유 물질을 수집하는 회전 블레이드 또는 체인으로 구성됩니다. 수집된 슬러지는 추가 처리 또는 폐기를 위해 별도의 슬러지 처리 시스템으로 이송됩니다.
수식 및 계산
가압 부상 탱크의 설계 및 작동에는 몇 가지 주요 매개변수 및 계산이 포함됩니다.
표면적 부하율(SALR):
SALR은 부유 탱크의 단위 표면적당 유입 폐수의 체적 유량을 측정한 것입니다. 다음 공식을 사용하여 계산됩니다.
SALR = Q / A
어디:
Q = 유입 폐수의 체적 유량(m³/일)
A = 부유 탱크의 표면적(m²)
SALR은 부유 탱크의 적재 조건을 표시하고 주어진 응용 분야에 적합한 탱크 크기를 결정하는 데 도움을 줍니다.
유압 적재율(HLR):
HLR은 부유 탱크의 단위 단면적당 유입 폐수의 체적 유량을 측정한 것입니다. 다음 공식을 사용하여 계산됩니다.
HLR = Q / A’
어디:
Q = 유입 폐수의 체적 유량(m³/일)
A’ = 부유 탱크의 단면적(m²)
HLR은 탱크 내의 유압 상태를 평가하고 부유 입자와 기포 사이의 적절한 접촉 시간을 보장하는 데 유용합니다.
재활용 비율(RR):
재순환율은 유입폐수의 유량에 대한 처리수를 다시 부유조로 재순환시키는 유량의 비율이다. 다음 공식을 사용하여 계산됩니다.
RR = Qr / 치
어디:
Qr = 재활용수 유량(m³/일)
Qi = 유입 폐수의 유량(m³/일)
재활용 비율은 탱크의 기포 농도와 입자의 체류 시간을 제어하여 부상 공정의 전반적인 효율성에 영향을 미칩니다.
체류 시간(τ):
체류 시간은 입자가 부유 탱크에서 보내는 평균 시간입니다. 다음 공식을 사용하여 계산됩니다.
τ = V / Q
어디:
V = 부유 탱크의 부피(m³)
Q = 유입 폐수의 체적 유량(m³/일)
체류 시간은 효과적인 입자 분리 및 부유를 달성하기 위한 중요한 매개변수입니다. 입자가 기포와 충분한 접촉 시간을 갖도록 하여 표면에 부착 및 상승합니다
결론
압력 부상 또는 용존 공기 부상은 물에서 부유 물질, 오일 및 기타 오염 물질을 제거하는 데 사용되는 귀중한 수처리 공정입니다.
미세 기포를 도입하고 입자 부착 및 응집을 촉진함으로써 압력 부상은 이러한 물질의 분리 및 제거를 가능하게 합니다.
폐수 처리, 음용수 정화, 석유 및 가스 생산, 섬유 및 광업을 포함한 다양한 산업 분야에서 광범위하게 적용됩니다.
압력 부상에 영향을 미치는 원리와 요인을 이해하면 효과적인 설계 및 운영에 도움이 되고 수질 개선과 환경 관리에 기여할 수 있습니다.
좋은정보 고맙습니다