KR100343281B1 - 생물및화학적분해촉진을위한오염물질분쇄방법및장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 오 ·폐수 등 각종 오염물질을 생물학적 또는 화학적으로 처리함에 있어서, 처리대상 오염물질을 100RPM 이상의 회전체에 투여하여 오염물질을 분무화시킴과 동시에 주위벽에 충돌시켜 고형물 및 미생물을 파괴하므로서, 후속 혐기성 소화, 호기성처리, 탈질 등의 생물학적 처리의 효율을 개선하며, 오존, 과산화수소 등에 의한 화학적처리의 경우 화학반응을 촉진시킬 수 있도록 하는 오 ·폐수의 전처리 또는 주처리 방법과 장치를 제공하기 위한 것임.

Description

생물 및 화학적 분해촉진을 위한 오염물질 분쇄 방법 및 장치

본 발명은 오 ·폐수 등의 오염물질을 회전체에 투여하여 충돌시키고 또 회전하는 회전체에 의한 원심력으로 주변의 벽에 강하게 충돌되게하여 오 ·폐수에포함된 슬러지를 파괴하므로서, 후속 혐기성소화, 호기성처리, 탈질 등의 생물학적 처리의 효율을 개선하며, 오존, 과산화수소 등에 의한 화학적처리의 경우 화학반응을 촉진시킬 수 있도록 하는 오 ·폐수의 전처리 또는 주처리방법과 장치를 제공하기 위한 것이다.

수처리는 수중의 오염된 물질을 미생물 또는 화학적인 산화 또는 환원반응에 의하여 안정화된 물질로 변화시키는 일련의 조작이다. 폐수의 성상에 따라 이에 포함된 유기물은 이를 다양한 방법으로 안정화 시킬 수 있다. 그러나 대부분의 수처리는 자연상태에서 미생물의 유기물 분해속도에 의존하고 있어 처리속도가 매우 느리고 불안정하다. 특히, 슬러지의 경우 대부분 난분해성이고 고농도이므로 이러한 문제는 더욱 심각하게 나타난다. 이와 같은 슬러지 처리의 핵심은 가능한 수처리과정에 재이용하거나 슬러지 자체의 감량화하는 방안이 동시에 강구되어야 할 것이다.

지금까지 이와 같은 두가지의 조건에 대한 원칙론은 강조되어 왔으나 현실적으로 이에 맞는 장치는 개발되지 않고 있다. 즉, 슬러지의 미생물을 파괴할 경우 후속처리에 도움을 줄 수 있다는 인식은 일반화되어 있다. 그러나 최소의 비용으로 최대의 효과를 유도할 수 있고 실용화하기가 용이한 공정은 국 ·내외적으로 개발되지 못하고 있는 실정이다. 예로서, 본 발명자는 고정된 충돌판이나 회전형 충돌판에 슬러지를 펌프로 분사하여 미생물 세포를 파괴하여 후속 혐기성 소화효율을 촉진하는 연구를 수행한 바 있다. 그러나 이와 같은 경우에 있어서는 노즐이 막힌다던지, 분사에 소요되는 고압 펌프를 설치하여야 한다던지 하는 어려움이 있다.

본 발명자들은 펌프에 의한 분사로 미생물을 파괴할 경우 슬러지 액주(물기둥 형태) 자체의 무거운 질량 때문에 충돌하는 과정에서 외부에서 투여된 힘의 상당부분이 손실된 상태에서 충돌판에 충돌되므로 미생물 세포의 파괴에 한계가 있다는 것을 알게 되었다.

또한 지금까지 오존, 과산화수소 같은 강한 산화제와 오염물질을 반응시키는 화학적처리 과정은 단순히 상온, 상압에서 오염물과의 단순 접촉에 의해서 처리하므로써 값비싼 산화제가 적절한 반응과정을 거치지 못하고 손실되는 등 처리효율이 매우 낮았다. 지금까지 이러한 문제점을 해결하기 위하여 오염물질 자체를 가열하거나 가압하여 처리효율을 개선하는 방법들이 연구되었다. 그러나 이러한 공정은 투여되는 에너지 비용이 막대하여 실용화하는 데에 한계가 있었다.

본 발명은, 첫째, 고형물이 다량 함유된 슬러지를 파괴하여 후속 혐기성 소화, 호기성처리, 탈질 등의 생물학적 처리효율 개선하기 위한 것이며, 둘째 가장 일반적인 산화제인 오존, 과산화수소를 분무화 반응조에 첨가하여 가스류를 포함한 오염물질과 산화제의 접촉효과를 증대시켜 화학적반응의 촉진을 유도하는 오 ·폐수의 처리 또는 오 ·폐수로 부터 악취를 기계적으로 처리하는 방법과 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 연구개발자들은 이러한 문제를 해결하기 위하여 다양한 연구를 수행한 결과 화학반응 조건과 압력변화를 유도하는 과정이 매우 중요한 것임을 인지하게 되었다.

이와 같은 현재 공정의 문제점과 기초이론을 토대로하여 본 발명자들은, 회전체에 오 ·폐수를 투입하여 회전체의 원심력으로 주위에 흩뿌리므로서 주벽에 충돌시키어 슬러지를 파괴시켰다. 이때 분무화의 촉진을 위하여 공기를 주입할 수 있다.

산화제에 의하여 화학반응을 시킬 경우 충돌판에 의해서 분무화된 오 ·폐수에 산화제인 과산화수소나 오존을 첨가한다. 분무화 된 오 ·폐수는 산화제와의 접촉이 용이하게 되어 반응이 촉진되며, 또한 산화제와 오염물질의 반응으로 발생된 기체에 의해서 분무조 내부의 압력과 온도가 상승하게 되어 오염물질과 산화제의 반응은 가속화 된다. 따라서 분무조내 이를 밀폐시킬 경우 2 bar 이상의 압력을 쉽게 유지할 수 있다. 아울러 충돌에너지는 처리대상 오 ·폐수에 전달되어 에너지 준위가 높아져 반응성이 증가하게 된다.

도 1 은 본 발명의 장치의 일 실시예의 요부 발췌 단면도

도 2 는 도 1 에 도시된 실시예에 있어서의 충돌판(2)의 발췌 사시도

도 3 은 도 1 에 도시된 실시예에 있어서의 충돌판(2)의 다른 실시 예시도

＜도면중 주요부분에 대한 부호의 설명＞

1........회전축

2...........충돌판

21......... 충격부

3............외통체

31..........유입관

32..........배출구

33...........안내판

본 발명은 오 ·폐수를 회전체에 투입시키고, 회전체에 의하여 주위로 흩뿌려지면서 분무화되게하며, 주변벽에 충돌시키므로서 파괴를 효과적으로 유도하고, 후속 혐기성소화, 호기성처리, 탈질 등의 생물학적 처리를 함에 있어서 그 효율을 개선시키며, 오존 등 산화제의 첨가를 첨가하는 경우 화학반응을 촉진시키므로서 오 ·폐수의 효율적인 전처리를 수행할 수 있는 방법과 장치를 제공하기 위한 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예로서 실험실 규모의 실시예를 첨부된 도면에 의하여 제시한다. 그러나 다음과 같은 실시예가 본발명의 범위를 한정하는 것으로 이해되어서는 아니될 것이다.

즉, 첨부된 도면에는 단순히 본 발명의 설명의 편의를 위하여, 본 발명의 실험에 사용된 특정시료로 한정된 예가 도시된 것이다.

본 발명의 장치는 회전축(1)과 이에 고정 설치된 하나 이상의 충돌판(2) 그리고 외통체(3)를 구성요소로 한다.

충돌판(2)상에는 다수개의 충격부(21)가 설치되어 충돌판(2)으로 하락하는 오·폐수가 충격부(21)에 의하여 충격을 받아 분쇄될 수 있게 하는 것이 바람직하다. 충격부(21)는 첨부된 도면 도 2 에 도시된 바와 같이 충돌판(2)상에 또는 상하에 막대를 부착하여 형성시킬 수도 있으나, 첨부된 도면 도 3 에 도시된 바와 같이 충돌판(2)을 절곡하여 형성시킬 수도 있다. 이러한 충돌판(2)은 하나인 것 보다는 첨부된 도면에 도시된 바와 같이 층층으로 상하 다수 층 설치되는 것이 바람직하다.

외통체(3)는 그 상부에 오 ·폐수의 유입관(31)이 설치되고, 저부에 처리수 배출구(32)가 설치되어 있다. 그리고 외통체(3)의 내벽에는 안내판(33)이 설치되어 있으며, 안내판(33)은 충돌판(2)의 회전에 의하여 오 ·폐수에 가하여지는 원심력에 의하여 외통체(3)의 내벽에 흩뿌려지는 오 ·폐수를 다시 차하위의 충돌판(2)으로 안내하는 작용을 하게 한다. 따라서 안내판(33)은 각개의 충돌판(2) 사이 사이에 설치되어 있다.

이와 같이 구성된 본 발명은, 회전축(1)과 이에 고정 설치된 충돌판(2)을 모터(도면에 도시하지 아니함)에 의해서 100회/min 이상 회전시키면서, 유입관(31)으로 오 ·폐수를 유입시키면, 오 ·폐수는 충돌판(2)에 설치되어 있는 충격부(21)에 부딛히면서 작은 입자로 쪼개져 분무 상태로 전환된다. 분무상태가 된 슬러지는 슬러지 자체의 무게 감소로 주변에 충돌하는 속도가 높아질 수 있다. 즉, 뉴톤의 운동법칙에 의하면 F = ma라고 표시할 수 있다. 이 등식에서 일정한 힘(F)이 주어질 경우 질량(m)의 값이 최소화인 분무상태가 될 때 가속도(a)의 값이 최대값이 된다. 본 연구자들은 슬러지 충돌효과에 대한 오랜 연구 결과 충돌 가속도가 최대일 때 역시 파쇄 효과도 최대가 된다는 사실을 밝힌 바 있다.

1회 충돌된 오 ·폐수는 안내판(33)에 의해서 차하위의 회전 충돌판(2)으로 이송된다. 1회 분무화된 오 ·폐수의 분무상태가 최대한 유지되도록 하기 위해서 안내판(33)의 내경을 회전형 충돌판의 내경에 1/2 - 2/3이 되도록 하였다. 이와 같은 분무 및 충돌과정이 충돌판(2)의 개수 만큼 반복되도록 하였고 충돌판(2)은 처리 대상 오 ·폐수에 따라 다수개(첨부된 실시예에서는 5개)를 설치하도록 하였다.

화학적처리를 시도 할 경우 외통체(3)가 외부가 분리 밀폐되고, 내부 압력은 2-3 bar가 되도록 하였다. 내부 압력을 유지시키는 일은 배출구(32)를 닫은 상태에서 산화제와 오염물질을 반응시키므로서 발생되는 가스에 의하도록 하였다. 오 ·폐수의 처리시 외통체(3) 내부의 수위는 배출구(32)로 부터 3cm 높이의 위치에 이르도록 하였다.

이와 같이 구성된 본 발명의 방법을 실시하기 위한 슬러지 분무화 및 파쇄장치를 사용하여 본 발명의 방법을 실시한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

활성슬러지 하수처리장에서 발생되는 잉여슬러지를 유입관(1)을 통하여 투입하였다. 투입된 2차슬러지는 총고형물(Total solids)이 12,000 mg/L이고, 그중 휘발성 고형물(Volatile solids)은 8,500 mg/L이었다. 실험장치인 본 발명의 장치에 있어서의 외통체(3)는 직경이 20cm, 높이 50cm, 충돌판(3)의 직경이 15cm이고, 실험조건은 충돌판(3)의 회전속도는 1,000 rpm, 처리량 3ℓ/min(화학적처리 1.5ℓ/min)이다.

상기의 표에서 보여주는 바와 같이 본 발명의 슬러지 파괴 장치에 의해서 처리한 잉여슬러지의 단백질 농도는 4배 이상 증가하였다. 이러한 증가치는 본 연구자들에 의해서 수행되었던, 분사에 의해 처리된 세포파괴도 보다 월등히 높은 파괴도를 보여주고 있다(50 bar에서 4회 이상 전처리 한 경우의 농도와 유사함, 그러나 이와 같이 50 bar의 고압력을 얻기 위한 장치를 현장에 설치하는 일은 불가능함).

원심분리를 위하여 회전체를 4,000 rpm까지 가동시키는 일은 비교적 용이하다. 더우기 회전형 충돌판을 여러개 설치할 경우 본 실험 예에서 실시한 경우 보다도 월등히 높은 처리효율을 쉽게 유도할 수 있다.

또한 오존처리를 실시할 경우 오존 1 g를 소모하면서 5g의 CODcr를 소모하는효과를 유도할 수 있었다. 일반적으로 활성슬러지는, 그중의 약 10%가 미생물의 세포벽 등으로 구성되어 있어 매우 난분해성 물질이라는 점을 고려할 때, 대부분의 분해가능한 물질은 모두 분해된 것으로 간주할 수 있어 처리효율이 매우 높은 것으로 나타났다. 일반적인 오존처리에서는 1g 의 오존이 CODcr 1g 이하를 분해하는 것으로 나타나고 있다. 따라서 본 발명의 방법은 생물학적처리의 효율증가를 위한 전처리로써 유용하게 실시될 수 있으며, 나아가서 슬러지 감량화를 위한 공정으로도 적용될 수 있어 수질정화를 위한 본 처리 방법과 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

Claims (3)

1. 외통체(3)와, 그 내부에 설치된 회전축(1)과, 회전축(1)에 고정 설치된 충돌판(2)으로 구성되고, 충돌판(2)상에 다수개의 충격부(21)가 설치되어 충돌판(2)으로 하락하는 오 ·폐수가 충격부(21)에 의하여 충격을 받아 분쇄될 수 있게 하고, 외통체(3)는 그 상부에 오 ·폐수의 유입관(31)이 설치되고, 저부에 처리수 배출구(32)가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 생물 및 화학적 분해촉진을 위한 오염물질 분쇄장치.
2. 제1항에 있어서, 충돌판(2)은 상하로 다수개가 층을 이루며 설치된 것이고, 각개의 충돌판(2) 사이에는 외통체(3)의 내벽에 설치된 안내판(33)이 설치된 것을 특징으로 하는 생물 및 화학적 분해촉진을 위한 오염물질 분쇄 장치.
3. 오 ·폐수를 회전축(1)에 고정 설치된 충돌판(2)으로 안내하여 회전하는 충돌판(2)의 충격으로 1차 분쇄하고, 1차 분쇄된 위의 오 ·폐수를 회전하는 충돌판(2)의 회전에 의한 원심력으로 외통체(3)의 내벽에 충돌시켜 2차로 분쇄하는 것을 특징으로 하는 생물 및 화학적 분해촉진을 위한 오염물질 분쇄 방법.