KR100399153B1 - 감마선을 이용한 하수 또는 폐수 처리수의 공업용수로의 전환공정 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하수 처리수의 공업용수로의 전환공정에 관한 것으로서, 특히 하수 처리장 및 폐수 처리장에서 발생되는 처리수를 모래 여과기를 이용하여 부유물질을 제거하고, 티타늄 및 티타늄 담체가 들어 있는 반응기에 Co⁶⁰방사선을 조사시켜 하수 처리수 내에 존재하는 용존 유기물, 색도와 미생물을 동시에 제거하고, 이온교환수지를 이용하여 무기 이온을 제거함으로써 공업용수로 전환시키는 공정에 관한 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 하수 또는 폐수처리수를 감마선 방사선 조사용기에 공급하는 처리수 공급단계와, 상기 방사선 조사용기에 감마선을 조사하여 유기물을 저감시키는 동시에 미생물을 멸균시키는 감마선 조사단계와, 감마선 조사에 의해 반응지역이 확대되도록 상기 방사선 조사용기 내부에 티타늄 또는 티타늄 담체를 설치하여 라디칼 농도를 증대시키는 라디칼 농도 증대단계로 구성되어, 양질의 용수를 얻을 수 있어 하수를 재이용하는 측면에서 수자원을 개발하는 국가적 이익을 가져올 수 있는 효과를 제공한다.

Description

감마선을 이용한 하수 또는 폐수 처리수의 공업용수로의 전환공정{Water treatment system for production of industrial water from secondary effluent by gamma irradiation and TiO2}

본 발명은 하수 또는 폐수 처리수의 공업용수로의 전환공정에 관한 것으로서, 특히 하수 처리장 및 폐수 처리장에서 발생되는 처리수를 모래 여과기를 이용하여 부유물질을 제거하고, 티타늄 및 티타늄 담체가 들어 있는 반응기에 Co⁶⁰방사선을 조사시켜 하수 처리수 내에 존재하는 용존 유기물, 색도와 미생물을 동시에 제거하고, 이온교환수지를 이용하여 무기 이온을 제거함으로써 공업용수로 전환시키는 공정에 관한 것이다.

일반적으로 화학 폐수 및 폐기물 침출수 등의 난분해성 폐수에는 각종 유기물질 및 무기물질이 다량 함유되어 있어 하천 및 바닷물을 오염시키는 원인이 된다. 종래 이러한 폐수를 정화하는데는 화학약품에 의한 방법을 사용하는데, 이와 같은 화학적 폐수처리시스템에서는 미생물의 처리가 이루어지지 않고 화학약품에 의존하기 때문에 운전비용이 높으며, 처리수에 산화제 등이 포함된 상태로 외부로 방류되기 때문에 하천 생태계를 파괴하게 되는 2차 오염의 폐단이 있다.

상기와 같은 화학약품을 이용한 폐수처리시스템의 문제점을 해결하기 위하여 개발된 폐수처리장치는 용존성 유기물질을 생물분해성 유기물질로 전환시키는 오존접촉단계, 이 오존 접촉단계를 거친 폐수에 산소를 공급하여 폐수 중의 용존 산소량을 증가시켜 미생물에 의해 생물분해성 유기물을 분해처리하는 산소활성단계, 이 산소활성단계를 거친 폐수 중의 오니를 침강 분리시키는 침전단계, 상기 산소활성단계와 침전단계를 거친 폐수에 오존을 재공급하여 폐수 중의 잔여 난분해성 유기물을 다시 생물 분해성 유기물로 전환시키는 오존접촉단계, 이 오존접촉단계를 거친 폐수 중에 잔류되어 있는 유기물을 생물활성탄으로 흡착분해하는 생물활성탄 흡착분해단계로 이루어지고, 이를 구현하기 위한 장치로 구체화되어 사용되고 있다.

그러나, 이러한 폐수처리 시스템은 화학약품을 이용한 폐수처리의 단점인 화학약품 사용에 의한 비용의 상승을 근본적으로 해결할 수 없어 화학약품을 사용하지 않는 다른 방법에 의한 시스템에 비해 비용을 절감할 수 없는 문제점이 제기될 수 있는 것뿐만 아니라, 상기와 같은 방법을 구현하기 위한 장치를 구성함에 있어서 다수의 단계를 구현하기 위한 장치를 설비하여야 하기 때문에 이를 사용한 장치의 구성에 막대한 자금이 소요되는 문제점이 있다.

상기와 같은 화학약품을 이용한 폐수처리시스템 이외에, 독성 및 난분해성 오염 물질을 처리하기 위해서 과산화수소와 2가 철이온이 반응하여 발생한 수산화(-OH) 라디칼의 강한 산화력을 이용하여 폐수 내에 존재하는 난분해성의 물질을 분해하는 펜톤(Fenton) 산화법이 있으나 이 방법은 반응의 촉매로 사용되는 철로 인하여 철수산화물 형태의 슬러지가 다량 발생하는 문제점이 있다.

또한, 미국 등의 선진국에서 실용화되고 있는 자외선(UV/과산화수소(H₂O₂))을이용한 광분해 산화시스템의 경우 그 효과는 이미 입증되었지만 계속적으로 약품(과산화수소)을 주입해 주어야 하는 단점과 폐수 내에 함유되어 있는 중금속 이온 성분(Cr⁺², Co⁺², Ni⁺²등)은 제거할 수 없는 단점을 가지고 있다.

또한, 현재 실용화를 위한 연구를 계속하고 있는 자외선(UV/이산화티탄(TiO₂)) 광촉매를 이용한 광촉매 산화 시스템의 경우에는 아직까지 독성 및 난분해성의 화학물질을 분해시키는데 주된 역할을 하는 수산화 라디칼(-OH radical) 형성속도가 매우 느리기 때문에 실용화를 위해서는 많은 연구와 노력이 더 필요한 실정이다.

이와 같이 산업발달과 더불어 필수적으로 수반되는 폐수를 보다 효율적으로 처리하기 위한 여러 가지 다양한 처리 방법들이 제안되고 있으나 아직 만족할 만한 수준에는 이르지 못하고 있는 실정이다.

최근 하수 및 폐수처리장치에서 고도산화처리법(advanced oxidation process)이 많은 관심을 끌고 있다. 그 중에 하나가 바로 전자선 또는 방사선(감마선)을 이용하여 하수 및 폐수를 처리하는 방법이며, 감마선은 동위원소 Co⁶⁰, Cs¹³⁷을 이용하여 발생시킨다. 감마선을 용액에 조사하게 되면 물분자의 여기 및 이온화에 의해 라디칼들이 만들어진다. 그러나 이렇게 만들어진 라디칼의 농도는 매우 낮아 처리시간이 많이 걸리는 단점이 있다. 또한 U.V를 이용한 공정에서 광촉매로 많이 사용하는 티타늄의 경우 반응지역이 광에너지가 존재하는 아주 적은 지역에만 국한됨으로 대량의 하수 또는 폐수를 처리하는 것은 어려움이 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 하수 또는 폐수 중의 각종 유기물질 및 무기물질등의 오염물질을 효과적으로 제거함으로써 공업 용수로 재활용할 수 있도록 하는 하수 또는 폐수 처리수의 공업용수로의 전환공정을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 의한 하수 처리수의 공업용수로의 전환공정의 시스템 구성도,

도 2는 본 발명에 의한 하수 처리수의 공업용수로의 전환공정에서 모래 여과상을 이용한 부유물질의 저감에 관한 그래프,

도 3은 본 발명에 의한 하수 처리수의 공업용수로의 전환공정에서의 색도저감에 관한 그래프,

도 4는 본 발명에 의한 하수 처리수의 공업용수로의 전환공정에서의 화학적 산소요구량 저감에 관한 그래프,

도 5는 본 발명에 의한 하수 처리수의 공업용수로의 전환공정에서의 멸균효과에 관한 그래프,

도 6은 본 발명에 의한 하수 처리수의 공업용수 전환공정에서의 총 질소와 총 인의 저감에 관한 그래프이다.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

1 : 집수조 2 : 모래여과탑

3 : 방사선 조사장치 4 : 이온교환장치

본 발명은 하수 또는 폐수처리수를 모래 여과탑에 통과시켜 처리수에 포함된 부유물을 제거하는 전처리 단계와, 전처리 단계를 거친 처리수를 감마선 방사선 조사용기에 공급하는 처리수 공급단계와, 상기 방사선 조사용기에 감마선을 조사하여 유기물을 저감시키는 동시에 미생물을 멸균시키는 감마선 조사단계와, 상기 감마선 조사단계를 통과한 처리수를 이온교환수지에 통과시켜 처리수 내 포함된 무기물질을 제거하는 후처리 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 전환공정이 상기 방사선 조사용기 내에 자연적 또는 인위적으로 생성된 오존을 공급하는 오존 공급단계를 포함하는 것이 바람직하다.본 발명은 하수 또는 폐수처리수를 감마선 방사선 조사용기에 공급하는 처리수 공급단계와, 상기 방사선 조사용기에 감마선을 조사하여 유기물을 저감시키는 동시에 미생물을 멸균시키는 감마선 조사단계와, 감마선 조사에 의해 반응지역이 확대되도록 상기 방사선 조사용기 내부에 티타늄 또는 티타늄 담체를 설치하여 라디칼 농도를 증대시키는 라디칼 농도 증대단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 실시예를 참조된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

우선 참조된 도면, 도 1은 본 발명에 의한 하수 처리수의 공업용수로의 전환공정의 시스템 구성도이고, 도 2는 본 발명에 의한 하수 처리수의 공업용수로의 전환공정에서 모래 여과상을 이용한 부유물질의 저감에 관한 그래프이며, 도 3은 본 발명에 의한 하수 처리수의 공업용수로의 전환공정에서의 색도저감에 관한 그래프이고, 도 4는 본 발명에 의한 하수 처리수의 공업용수로의 전환공정에서의 화학적 산소요구량 저감에 관한 그래프이며, 도 5는 본 발명에 의한 하수 처리수의 공업용수로의 전환공정에서의 멸균효과에 관한 그래프이고, 도 6은 본 발명에 의한 하수 처리수의 공업용수로의 전환공정에서의 총 질소와 총 인의 저감에 관한 그래프이다.

본 발명에 의한 감마선을 이용한 하수 처리수의 공업용수로의 전환공정 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이 하수 및 폐수처리수가 공급되는 집수조(1)와, 상기 집수조(1)에서 집수된 처리수가 통과되면서 각종의 부유물질이 제거되는 모래 여과탑(2)과, 상기 모래 여과탑(2)에서 부유물질이 제거된 처리수가 공급된 후 감마선이 조사되어 유기물을 저감되는 동시에 미생물을 멸균되는 방사선 조사장치(3)와, 상기 방사선 조사장치(3)를 통과한 처리수가 처리수에 포함된 무기물이 제거되도록 통과되는 이온교환장치(4)로 구성된다.

여기서, 상기 방사선 조사장치(3)의 조사용기의 하부에는 자연적 또는 인위적으로 생성된 오존을 공급하는 산란기가 설치되어 있고, 조사용기의 중간부위에는 감마선 조사에 의해 반응지역이 확대되도록 상기 방사선 조사용기 내부에 티타늄 또는 티타늄 담체가 설치되어 라디칼 농도를 증대시키게 된다.

본 발명에 의한 하수 처리수의 공업용수로의 전환공정의 동작과 작용을 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 기작은 두 가지로 생각할 수 있다. 첫째는 방사선 조사에 의해 생성된 OH 라디칼에 의한 유기물저감 및 미생물의 멸균이며, 두번째는 반응기 내부에 장착한 티타늄 또는 티타늄 담체가 반응기 하부에서 공급되는 공기 또는 오존의 존재 하에서 방사선의 조사에 의해 OH 라디칼을 생성함으로써 전체적으로 반응기 내부에 OH 라디칼의 농도를 증가시킨다..

본 발명은 대상 물질로서 하수 처리수를 선택하였다. 하수 처리수 또는 폐수 처리수를 모래 여과탑(2)에 통과시켜 수중에 존재하는 부유물질을 일부분 제거한 후 방사선 조사용기(3)로 보낸다. 방사선 조사용기(3)의 하부는 공기 또는 오존을 반응기 내부로 공급할 수 있는 세라믹 형태의 산란기가 부착되어 있다. 이때 오존은 방사선 조사용기 내에서 자연적으로 생성된 오존 또는 인위적으로 생성된 오존이 사용된다. 반응기 중간에 티타늄(Ti,TiO₂) 또는 티타늄 담체가 존재한다. 티타늄은 방사선과 공기 또는 오존의 존재 하에서 OH 라디칼 물질을 생성하여 궁극적으로 하수처리수 내에 존재하는 색도를 제거하고 유기물을 산화시킴과 동시에 미생물을 멸균시킨다. 마지막으로 이온교환수지(4)를 통과함으로써 하수 처리수 내에 존재하는 각종 무기물을 제거할 수 있다.

본 발명에 의한 감마선을 이용한 하수 처리수의 공업용수 전환공정에 의한 결과는 아래와 같다.

제2도는 감마선을 이용한 공업용수 전환공정에서 부유물질 저감에 대한 결과를 보여 주고 있다. 모래여과를 통과하게 되면 95.7%의 부유물질이 제거되며, 감마선의 조사를 통하여 잔존하는 부유물질 중 일부분이 또한 제거되어 전체적으로 98%의 제거율을 보여 주고 있다.

제3도는 감마선을 이용한 공업용수 전환공정에서의 색도저감에 대한 결과를 보여주고 있다. 모래 여과탑(2)을 통과한 후 약간의 색도가 감소하였으며, 조사 후 색도가 급격히 감소하였다. 조사 후 색도는 6ADMI이며 제거율은 71.4%이다. 색도 6ADMI는 수도수의 색도 4ADMI와 비교하여 보면 용수로써 매우 적합한 수준이라고 생각할 수 있다.

제4도는 감마선을 이용한 공업용수 전환공정에서의 화학적 산소요구량 저감에 대한 결과이다. 모래 여과탑(2)과 방사선 조사 후 COD 유발 물질이 제거되는 것을 볼 수 있으며 제거율은 48.7%이다.

제5도는 감마선을 이용한 공업용수 전환공정에서의 멸균효과를 나타낸 결과이며, 조사 후 감마선에 의해 미생물의 수가 99.9% 감소됨을 볼 수가 있다.

제6도는 감마선을 이용한 공업용수 전환공정에서의 총질소와 총인의 저감을 나타낸 결과이며, 전환공정을 거친 후 총 질소의 99.9%, 총 인의 89.6%가 제거됨을 들 수 있다.

이와 같이, 본 발명에 의한 하수 처리수의 공업용수 전환공정은 감마선을 이용하여 하수 처리수 또는 폐수 처리수를 처리하고 티타늄, 티타늄 담체를 조사용기 내부에 설치하여 폐수처리수를 처리하게 되기 때문에 양질의 용수를 얻을 수 있어 이와 같은 방법으로 공업용수를 생산한다면 하수를 재이용하는 측면에서 수자원을 개발하는 국가적 이익을 가져올 수 있는 효과를 제공한다.

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양하게 변형 실시될 수 있다.

Claims (5)

1) 하수 또는 폐수처리수에 포함된 부유물을 제거하기 위하여 처리수를 모래 여과탑을 통과시키는 여과단계, 2) 처리수를 감마선 방사선 조사용기에 공급하는 처리수 공급단계, 3) 방사선 조사용기에 감마선을 조사하여 유기물을 저감시키는 동시에 미생물을 멸균시키는 감마선 조사단계, 4) 감마선 조사에 의해 반응지역이 확대되도록 방사선 조사용기 내부에 티타늄 또는 티타늄 담체를 설치하여 라디칼 농도를 증대시키는 라디칼 농도 증대단계 및 5) 처리수에 포함된 무기물이 제거되도록 이온교환수지를 통과시키는 무기물 제거단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 감마선을 이용한 하수 처리수의 공업용수 전환공정.

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제1항에 있어서,

상기 전환공정은 상기 방사선 조사용기 내에 자연적 또는 인위적으로 생성된 오존을 공급하는 오존 공급단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 감마선을 이용한하수 처리수의 공업용수 전환공정.

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