KR100232281B1

KR100232281B1 - 전자 가속기를 이용한 폐수 처리 시스템

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Publication number: KR100232281B1
Application number: KR1019970058507A
Authority: KR
Inventors: 서유택; 김덕경; 김미주; 에이 케이 피카에프; 브이 엔 출코프; 김영희; 에이 브이 포노마레프
Original assignee: 이해규; 삼성중공업주식회사
Priority date: 1997-11-06
Filing date: 1997-11-06
Publication date: 1999-12-01
Also published as: KR19990038680A

Abstract

본 발명에 따른 전자 가속기를 이용한 폐수처리 시스템은, 폐수내의 오염물질을 분해시키기 위해 폐수가 담긴 복수의 반응조에 전자빔을 각각 조사하는 복수의 전자 가속기; 원폐수가 담긴 저장탱크로부터 상기 복수의 반응조에 폐수를 공급하는 폐수공급장치; 상기 복수의 전자 가속기로부터 방출된 전자빔에 의해 발생된 오존을 수집하여 폐수의 처리를 위해 상기 반응조에 공급하는 오존 수집장치; 상기 오존 수집장치에 의해 수집된 오존중 상기 반응조를 통한 폐수중의 흡수 과정을 거치지 않은 나머지 오존을 분해하기 위한 오존 분해장치; 상기 복수의 전자 가속기를 냉각시키기 위한 냉각장치; 및 상기 각 단위 장치들로 구성된 시스템을 전체적으로 제어하는 제어부를 포함한다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 복수의 전자 가속기 및 전자빔 반응조에 의해 폐수를 처리하게 되므로, 한꺼번에 다량의 폐수를 처리할 수 있고, 전자 가속기로부터 방출된 전자빔에 의해 발생된 오존중 폐수처리에 사용되지 않는 오존은 별도로 마련된 오존 분해장치에 의해 거의 완전하게 제거되므로, 처리수의 재활용이 한층 쉬워진다.

Description

전자 가속기를 이용한 폐수처리 시스템

본 발명은 전자 가속기를 이용한 폐수처리 시스템에 관한 것으로서, 특히 전자 가속기로부터 발생된 전자빔에 의해 폐수를 효율적으로 처리하는 한편 전자빔이 공기와 반응하여 발생된 오존(O₃)을 효과적으로 제거할 수 있는 전자 가속기를 이용한 폐수처리 시스템에 관한 것이다.

오늘날, 산업의 발전과 함께 산업 현장에는 각종 산업 폐수가 발생되고 있다. 이와 같은 산업 폐수는 가정에서 발생되는 가정 폐수와 함께 수질 오염의 주요 원인으로 작용하고 있다. 수질 오염은 대기 오염 및 토양 오염과 함께 환경을 오염시키는 중요 오염원으로서 그 처리에 각별한 노력이 요구되고 있다.

수질 오염을 유발하는 폐수를 처리하기 위해 종래에는 폐수를 발생시키는 현장에서부터 정제, 침전, 여과 등의 기본적인 처리 방법과, 화학적, 생물학적 처리 방법을 사용하였다. 그러나, 충분히 만족할만한 성과를 얻지 못하고 있는 실정이다.

일반적으로, 난분해성 유기물질 등의 오염물질이 많이 함유된 폐수를 처리하는 방법은 화학적 처리후 생물학적 처리(활성오니 처리)를 행하는 것이 보통이다. 그 처리 방법은 1차적으로 산,알칼리 약제에 의한 중화공정을 거치고 각종 유기 및 무기의 응집제를 사용하여 폐수중의 BOD(biological oxygen demand), COD(chemical oxygen demand) 및 색도원인 물질과 기타 중금속 물질을 흡착, 침전 또는 부상시켜 제거하는 화학적처리 공정을 거친다.

통상으로 1차 화학처리에서 BOD, COD 및 색도의 제거효율은 65% 정도이며, 다음의 2차 공정인 생물학적 처리(활성오니 처리)에서 배출허용기준 수준으로 처리 한다. 생물학적 처리방법은 호기성 미생물 또는 혐기성 미생물을 이용하여 폐수중의 유기물질을 제거하는 방법이다. 다만, 생물학적 처리후에도 배출허용기준을 준수하기 어려운 경우에는 생물학적 처리공정을 반복하거나 또는 2차 화학처리를 행하여야만 한다.

그러나, 이와 같은 종래 방법은 약품 소요량이 많고 생물학적 처리에 시간이 매우 길게 소요되므로, 배출허용기준에 도달하는데 시설비와 운영 부담이 매우 커서 일정 한도 이상의 유기물질 제거효율을 얻는 것이 곤란하다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 여러 가지 방법이 도입되고 있으며, 그 중 한 가지로 난분해성 유기물질이 함유된 폐수의 처리에 오존 산화에 의한 화학적 처리 방법이 각종 폐수처리 현장에서 사용되고 있다. 그러나, 오존 산화법은 유기물질에 대한 산화력 및 살균력은 우수하나 오존 사용에 따른 비용이 많이 요구되며, 초기의 일정 수준 제거 효과 이외에는 더 이상의 효과를 보이지 못하는 문제점이 있다.

이에 대한 대책으로, 최근에는 전자 가속기를 이용한 산업폐수 처리방법이 제안되고 있다. 전자 가속기에 의한 폐수 처리방법은 산업 폐수에 전자빔을 조사하여 종래의 생화학적 방법에 의한 폐수처리시에 그 제거효율이 낮았던 폐수중의 각종 중금속이나 난분해성 물질을 효과적으로 분해시킴으로써 폐수처리 효율을 높일 수 있는 장점이 있다.

도 1은 전자 가속기를 이용한 폐수처리 시스템의 개략적인 장치구성도이다.

도 1을 참조하면, 폐수처리 시스템은 전자 가속기(110)와, 상기 전자 가속기(110)로부터 발생된 전자빔이 조사되는 폐수가 담긴 전자빔 반응조(120)와, 그 반응조(120)에 담긴 폐수를 버블링(bubbling)시키는 버블링 장치(130)와, 폐수 내의 오염물질을 침전시켜 제거하는 침전조(140)로 구성되어 있다.

이와 같은 폐수처리 시스템을 이용한 폐수처리 공정은, 오염물질이 함유된 폐수를 전자빔 반응조(120)에 채우고, 버블링 장치(130)를 통해 버블링 가스를 폐수 내에 불어 넣어 버블링 시키면서 전자 가속기(110)로부터 발생된 강력한 산화력을 갖는 전자빔을 조사하여 폐수 내의 오염물질을 제거되기 쉬운 상태로 변화시키게 된다. 여기에서, 상기 버블링 가스는 전자빔이 폐수 깊숙히 효율적으로 조사될 수 있도록 하며, 상기 전자빔은 폐수중의 오염물질을 분해 또는 산화시켜 무해한 성분으로 변화시키든지 쉽게 제거될 수 있는 상태로 변화시키게 된다. 다음에는, 이와 같이 변화된 오염물질을 침전조(140)에서 침전시켜 슬러지로 제거하게 된다.이때, 전자빔에 조사된 오염물질들을 응집시켜 빨리 침전시키기 위해 일반적으로 응집제가 전자빔 조사 단계 전 또는 후에 투입된다. 또한, 본 도면에는 도시되지 않았지만 필요에 따라 전자빔 조사 이후에 여과공정이나 생물학적 처리공정을 거치게 되는 경우도 있다.

그런데, 이상과 같은 전자 가속기를 이용한 폐수처리 방법은 전자 가속기(110)로부터 발생된 고에너지의 전자빔이 공기중의 산소와 반응하여 인체에 유해한 오존을 발생시키게 된다. 상기 오존은 대기중의 농도가 2 ppm을 초과하면 냄새로 지각이 가능하고, 인체의 경우 100 ppm의 오존 농도에 1000 min. 동안 노출되거나 1000 ppm의 오존 농도에 0.5 min. 동안 노출될 경우 치명적인 결과를 야기시킬 수 있다. 통상 폐수처리용으로 사용되는 80 KW 급의 전자 가속기에서 발생되는 오존은 시간당 0.675 kg 정도이며, 이를 바로 대기중으로 배출시킬 경우 오존에 대한 법적 규제치인 대기중 농도 0.1 ppm 이하를 만족시킬 수 없을 뿐만 아니라, 인체에 치명적인 영향을 미칠 수 있다.

따라서, 이와 같이 인체에 유해한 오존은 별도의 장치 또는 방법에 의해 제거할 필요가 있게 된다. 오존을 제거하기 위한 장치로는 통상 가스분리장치가 사용되고, 오존 제거방법으로는 촉매를 이용한 오존 분해방법이 사용되고 있다.

이 중에서 상기 가스분리장치를 사용하는 방법은 본 출원인에 의해 이미 출원된 특허출원번호 97-20986호(발명의 명칭 ; 전자선 및 오존에 의한 폐수처리 방법 및 장치)에 상세히 개시되어 있다. 여기에서는 전자선에 의해 발생된 오존이 함유된 전자선 조사실 내의 공기를 오존수집장치에 의해 수집하고, 그 중에서 산소와 오존을 상기 가스분리장치에 의해 분리, 회수하여 폐수처리공정에 재사용할 수 있도록 되어 있다. 즉, 회수된 오존을 버블링 장치를 통해 전자선 반응조 내의 폐수에 불어 넣음으로써 오존의 강한 산화력에 의해 폐수중의 오염물질의 제거효율을 증가시킬 수 있고, 오존이 재사용되므로 오존의 대기중 방출을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

그런데, 이 경우에는 오존의 분리에 사용되는 가스분리장치가 고가이며, 사용전력의 소모도 막대하여 운전비용이 많이 들고, 또한 지속적으로 생성되는 오존의 재사용에도 한계가 있어 회수된 후 재사용되지 못하는 오존은 별도로 처리해야하며, 그에 따라 추가 비용이 필요하게 된다.

한편, 촉매를 이용한 오존 분해방법은 촉매의 빈번한 교체에 따라 많은 노력과 비용이 수반되며, 오존의 제거를 위하여 열을 가하여 오존의 분해반응을 빠르게 하는 방법도 있으나 이 경우에는 추가적인 보일러의 설치가 필요하게 되는 등의 문제점이 있다. 이와 같이 일반적으로 오존을 사용하는 폐수처리방법의 경우 사용후의 오존 제거 비용이 전체 처리비용의 25% 정도에 해당하게 되어 오존의 후처리방법의 개선이 폐수처리비용 절감에 주요한 관건이라 할 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 창출된 것으로서, 전자 가속기로부터 방출된 전자빔에 의해 폐수를 효율적으로 처리하는 한편 전자빔에 의해 발생된 오존을 효과적으로 제거할 수 있는 전자 가속기를 이용한 폐수처리 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 종래 전자 가속기를 이용한 폐수처리 시스템의 개략적인 장치구성도.

도 2는 본 발명에 따른 전자 가속기를 이용한 폐수처리 시스템의 개략적인 장치구성도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

110,110a∼110d...전자 가속기 120,120a∼120d...전자빔 반응조

130...버블링 장치 140...침전조

201...폐수 저장탱크 202...펌프

203...오존분해장치 204...컴프레셔

206...오존분해 촉진제 공급장치 207...전자빔 조사실

208...오존 흡입기 209...냉각공기 토출구

210...기계실 211...제어실

212...조작반 213...펌프실

214...오존 흡입팬 215...폐수 공급라인

216...오존 수집라인 217...오존 공급라인

218...냉각공기 공급라인 219...폐수 배출라인

203a...오존 분해조 203b...오존투입장치

203i...폐수유입구 203o...폐수배출구

206a...오존분해 촉진제 공급탱크 206b...오존분해 촉진제 투입관

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 전자 가속기를 이용한 폐수처리 시스템은, 폐수내의 오염물질을 분해시키기 위해 폐수가 담긴 복수의 반응조에 전자빔을 각각 조사하는 복수의 전자 가속기; 원폐수가 담긴 저장탱크로부터 상기 복수의 반응조에 폐수를 공급하는 폐수공급장치; 상기 복수의 전자 가속기로부터 방출된 전자빔에 의해 발생된 오존을 수집하여 폐수의 처리를 위해 상기 반응조에 공급하는 오존 수집장치; 상기 오존 수집장치에 의해 수집된 오존중 상기 반응조를 통한 폐수중의 흡수과정을 거치지 않은 나머지 오존을 분해하기 위한 오존 분해장치; 상기 복수의 전자 가속기를 냉각시키기 위한 냉각장치; 및 상기 각 단위 장치들로 구성된 시스템을 전체적으로 제어하는 제어부를 포함한다.

특히, 상기 오존 분해장치에 의한 오존의 분해작용을 촉진시키기 위해 상기 오존 분해장치에 근접하여 오존 분해 촉진제 공급장치가 더 구비되는 것이 바람직하다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 전자 가속기를 이용한 폐수처리 시스템의 개략적인 장치구성도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 전자 가속기를 이용한 폐수처리 시스템은 폐수 내의 오염물질을 분해시키기 위해 폐수가 담긴 4개의 반응조(120a)(120b) (120c)(120d)에 전자빔을 각각 조사하는 4개의 전자 가속기(110a)(110b)(110c) (110d)와, 원폐수가 담긴 저장탱크(201)로부터 상기 4개의 반응조(120a)(120b) (120c)(120d)에 폐수를 공급하는 폐수공급장치(202)와, 상기 4개의 전자 가속기(110a)(110b)(110c)(110d)로부터 방출된 전자빔에 의해 발생된 오존을 수집하여 폐수의 처리를 위해 상기 반응조에 각각 공급하는 오존 수집장치(208)(214)와, 그 오존 수집장치(208)(214)에 의해 수집된 오존중 상기 4개의 반응조(120a)(120b) (120c)(120d)를 통한 폐수중의 흡수과정을 거치지 않은 나머지 오존을 분해하기 위한 오존 분해장치(203)와, 상기 4개의 전자 가속기(110a)(110b)(110c)(110d)를 냉각시키기 위한 냉각장치(204) 및 이상과 같은 각 단위 장치들로 구성된 시스템을 전체적으로 제어하는 제어부를 구비한다. 그리고, 바람직하게는 상기 오존 분해장치(203)에 의한 오존의 분해작용을 촉진시키기 위해 상기 오존 분해장치(203)에 근접하여 오존 분해 촉진제 공급장치(206)가 더 구비된다.

여기서, 상기 전자 가속기(110a)(110b)(110c)(110d)로는 최대 전자빔 출력이 80kW인 전자 가속기가 사용되며, 이와 같은 설비에 의해 하루에 15,000㎥의 폐수의 처리가 가능해 진다. 전자 가속기(110a)(110b)(110c)(110d)의 하부에는 전자빔 조사실(207)이 각각 마련되고, 그 전자빔 조사실(207)의 내부에는 전자빔 반응조(120a)(120b)(120c)(120d)와 버블링 장치(130) 및 오존 흡입기(208)가 설치된다. 또한, 상기 전자 가속기(110)의 전자빔 인출창을 냉각시키기 위해 냉각공기를 투입하는 냉각공기 토출구(209)가 설치된다.

상기 전자 가속기(110a)(110b)(110c)(110d)가 설치되어 있는 기계실(210)의 일측에는 제어실(211)이 마련되고, 그 내부에는 제어부의 조작반(212)이 설치된다. 그리고, 상기 제어실(211)의 하부에는 펌프실(213)이 마련된다. 펌프실(213)의 내부에는 상기 오존 흡입기(208)를 통해 오존을 흡입하기 위한 흡입팬(214)과, 냉각공기를 상기 냉각공기토출구(209)로 송풍하기 위한 냉각장치(204)로서의 컴프레셔(compressor)와, 원폐수를 4개의 전자빔 반응조(120a)(120b)(120c)(120d)로 각각 보내기 위한 폐수공급장치(202)로서의 펌프가 설치된다.

상기 오존 분해장치(203)는 상기 반응조(120a)(120b)(120c)(120d)에 의해 반응을 거친 폐수와 상기 오존수집장치(208)(214)에 의해 수집된 오존이 유입되는 오존분해조(203a)와, 그 오존분해조(203a) 내에 유입된 폐수 내에 오존을 투입시키는 오존투입장치(203b)로 구성된다. 그리고, 상기 오존 분해 촉진제 공급장치(206)는 오존 분해 촉진제 공급탱크(206a)와, 오존 분해 촉진제 투입관(206b)으로 구성되며, 이때 오존 분해 촉진제로는 황산제1철(FeSO₄)이 사용된다.

또한, 이상과 같은 폐수처리 시스템에는 폐수를 상기 저장탱크(201)로부터 상기 펌프(202)를 통해 각각의 전자빔 반응조(120a)(120b)(120c)(120d)에 공급하는 폐수공급라인(215)과, 오존흡입기(208)를 통해 흡입된 오존을 흡입팬(214)으로 보내는 오존수집라인(216)과, 수집된 오존을 각 전자빔 반응조(120a)(120b)(120c) (120d)에 설치된 버블링 장치(130)와 오존 분해조(203a)의 바닥면에 설치된 오존투입장치(203b)로 보내는 오존공급라인(217)과, 냉각공기를 냉각공기토출구(209)로 보내는 냉각공기 공급라인(218) 및 전자빔의 조사에 의해 반응을 거친 폐수를 각 전자빔 반응조(120a)(120b)(120c)(120d)로부터 배출하여 오존 분해조(203a)로 보내는 폐수배출라인(219) 등의 각종 배관 라인이 설치된다.

그러면, 이상과 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 전자 가속기를 이용한 폐수처리 시스템의 동작에 대해 간략히 설명해 보기로 한다.

조작반(212)의 스위치를 조작하여 펌프(202)를 구동시키면, 펌프(202)의 펌핑작용에 의해 폐수저장탱크(201)로부터 오염물질이 함유된 폐수가 전자빔 반응조(120a)(120b)(120c)(120d)로 각각 공급된다. 반응조(120a)(120b)(120c)(120d)에 일정량의 폐수가 채워지면, 전자 가속기(110a)(110b)(110c)(110d)를 가동시키게 된다. 그러면, 전자 가속기(110a)(110b)(110c)(110d)로부터 고에너지의 전자빔이 방출되어 반응조(120a)(120b)(120c)(120d) 내의 폐수에 조사된다. 이때, 버블링 장치(130)도 동시에 가동시키며, 그에 따라 버블링 가스가 폐수 내에 투입된다. 따라서, 전자빔이 폐수 깊숙히 조사되고, 그로 인해 폐수 내의 오염물질은 분해 또는 산화된다. 그 결과 오염물질은 무해한 성분으로 변화되거나 쉽게 제거될 수 있는 상태로 변화된다.

한편, 이와 같은 일련의 과정에서 고에너지의 전자빔은 공기중의 산소와 반응하게 되며, 그 결과 오존이 발생된다. 이렇게 발생된 오존은 오존흡입기(208) 및 흡입팬(214)에 의해 수집되어 일부는 반응조(120a)(120b)(120c)(120d)에 공급되어 폐수처리에 사용되고, 일부는 오존 공급라인(217)을 통해 오존분해장치(203)로 공급된다. 이때, 상기 오존흡입기(208)를 통해 수집되는 오존 및 공기의 유량만큼 냉각공기를 상기 전자빔 조사실(207) 내부로 투입하는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 전자 가속기의 가동으로 높아진 전자빔 조사실(207) 내부의 온도를 냉각시켜 일정한 온도로 유지시킬 수 있고, 그 내부의 전체적인 오존 농도를 낮출 수 있기 때문이다.

상기 반응조(120a)(120b)(120c)(120d)에 의해 1차 처리된 폐수는 폐수배출라인(219)을 통해 배출되어 오존분해조(203a)의 폐수유입구(203i)를 통해 오존분해조(203a)로 투입된다. 그리고, 전술한 바와 같이 상기 오존의 일부는 오존 공급라인(217) 및 오존투입장치(203b)를 통해 오존분해조(203a)로 공급되어 상기 폐수내로 흡수된다. 그러면, 오존 분해 촉진제 공급탱크(206a)로부터 오존 분해 촉진제 투입관(206b)을 통해 황산제1철이 오존분해조(203a)로 투입되고, 폐수 내에 흡수된 오존은 투입된 황산제1철과 반응하여 분해, 제거된다. 이때, 물론 오존에 의해 폐수는 2차 처리된다.

오존 분해조(203a)를 거친 폐수는 폐수배출구(203o)를 통해 배출되어 본 도면에는 도시되지 않았지만 침전조에 수집되고, 그 침전조에서 폐수중의 고형물은 침전되어 슬러지(sludge)로 제거되며, 정제된 처리수는 방류 또는 다른 공정으로 공급된다.

이상의 설명에서와 같이 본 발명에 따른 전자 가속기를 이용한 폐수처리 시스템은 복수의 전자 가속기 및 전자빔 반응조에 의해 폐수를 처리하게 되므로, 한꺼번에 다량의 폐수를 처리할 수 있고, 전자 가속기로부터 방출된 전자빔에 의해 발생된 오존중 폐수처리에 사용되지 않는 오존은 별도로 마련된 오존 분해장치에 의해 거의 완전하게 제거되므로, 최종 처리수의 재활용이 한층 쉬워진다. 또한, 전자빔 조사후의 폐수에 오존을 불어 넣어 폐수내 유기물의 산화반응을 촉진시키므로, 전자빔 조사에 의한 COD 저감효과 및 난분해성 유기물의 제거에 의한 COD 저감효과를 얻을 수 있다.

Claims

폐수내의 오염물질을 분해시키기 위해 폐수가 담긴 복수의 반응조에 전자빔을 각각 조사하는 복수의 전자 가속기;

원폐수가 담긴 저장탱크로부터 상기 복수의 반응조에 폐수를 공급하는 폐수공급장치;

상기 복수의 전자 가속기로부터 방출된 전자빔에 의해 발생된 오존을 수집하여 폐수의 처리를 위해 상기 반응조에 공급하는 오존 수집장치;

상기 오존 수집장치에 의해 수집된 오존중 상기 반응조를 통한 폐수중의 흡수 과정을 거치지 않은 나머지 오존을 분해하기 위한 오존 분해장치;

상기 복수의 전자 가속기를 냉각시키기 위한 냉각장치; 및

상기 각 단위 장치들로 구성된 시스템을 전체적으로 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 가속기를 이용한 폐수처리 시스템.
제1항에 있어서,

상기 오존 분해장치에 의한 오존의 분해작용을 촉진시키기 위해 상기 오존 분해장치에 근접하여 오존 분해 촉진제 공급장치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 전자 가속기를 이용한 폐수처리 시스템.