KR100446042B1

KR100446042B1 - 포말분리법, 중공사막필터 여과법과 고급산화공법을연계한 산업폐수 중수처리시스템

Info

Publication number: KR100446042B1
Application number: KR10-2001-0085134A
Authority: KR
Inventors: 차진명; 장영선
Original assignee: 주식회사환경과생명
Priority date: 2001-12-26
Filing date: 2001-12-26
Publication date: 2004-08-30
Also published as: KR20030054734A

Abstract

본 발명은 포말분리법, 중공사막필터 여과법 및 고급산화공법 (Advanced Oxidation Process)을 결합 연계하여 정유공장, 섬유화학공장, 제철공장, 약품공장 등의 각종 산업장이나 중화학공장 등 산업장에서 사용후 버려져서 낭비되는 물을 효율적으로 중수처리하여 수자원의 오염을 근본적으로 방지하고 재활용에 의한 용수의 절감으로 가용 수자원의 경제적인 활용과 안정적인 확보가 가능한 포말분리법, 중공사막필터 여과법 및 고급산화공법 (Advanced Oxidation Process)을 다단계로 연계 활용한 유기호학물질이 다량 함유된 산업폐수의 중수처리시스템에 관한 것이다.

본 발명은 각종 산업장이나 중화학공장 등 산업장에서 발생되는 난분해성 유기화합물이 많아서 오염도가 심한 산업폐수를 효율적이고 경제적으로 중수처리 할 수 있는 것으로서, 좁은 공간에 설치가 가능하고 폐수의 성상에 관계없이 완벽한 살균처리로 안정적으로 수처리가 되며 처리공정이 단순화되어 전문인력이 불필요하고 유지보수가 편리하며 공장폐수를 빠르고 효율적으로 재처리할 수 있다.

Description

포말분리법, 중공사막필터 여과법과 고급산화공법을 연계한 산업폐수 중수처리시스템{Industrial wastewater reusing system using combination froth separation process, hollow fiber filter process and advanced oxidation process}

본 발명은 산업장에서 발생하는 산업용 공업폐수를 께끗하게 중수(中水)로 처리하여 용수로 재활용하는 중수처리시스템에 관한 것으로서, 더욱 자세히는 포말분리법, 중공사막필터 여과법 및 고급산화공법 (Advanced Oxidation Process)을 결합 연계하여 정유공장, 섬유화학공장, 제철공장, 약품공장 등의 각종 산업장이나 중화학공장 등 산업장에서 사용후 버려져서 낭비되는 물을 효율적으로 중수처리하여 수자원의 오염을 근본적으로 방지하고 재활용에 의한 용수의 절감으로 가용 수자원의 경제적인 활용과 안정적인 확보가 가능한 포말분리법, 중공사막필터 여과법 및 고급산화공법 (Advanced Oxidation Process)을 다단계로 연계 활용한 유기호학물질이 다량 함유된 산업폐수의 중수처리시스템에 관한 것이다.

최근 경제발전에 따른 급속한 산업화와 도시화로 물의 수요는 급증하고 있으니 무절제한 물의 사용으로 인한 수자원 고갈과 수질오염으로 용수부족현상이 심화되고 있으며 이러한 수자원이 부족한 현실에서도 쓰고 버린 물이 하천과 바다에 무절제하게 그대로 방류되고 있어 수자원의 재활용 및 오염방지 대책이 중요한 사회 및 경제문제로 대두되고 있으며, 이렇게 오수, 폐수, 공정수 등 사용하고 버려지는 물을 께끗하게 처리하여 반복적으로 재사용하는 물을 중수라 하고 이에 관한 제반 시설을 중수도라 하는 것으로서, 이러한 수질오염 방지와 수자원의 안정적이고 경제적인 확보를 위하여 여러 용도의 용수중에서 중금속 및 유해성분이 많이 함유되어 오염도가 높은 산업장의 공정수를 경제적으로 재처리하여 음용수와 같이 높은 청정도를 필요로 하지 않는 청소나 조경, 화장실 등의 용수로 정화하여 재활용하는 중수처리 시스템이 절실히 요구되고 있다.

일반적으로 오폐수를 처리하는 수처리 기술로는 응집, 침전, 분리, 흡착, 이온교환, 산화 등의 단위 공정을 가지는 물리화학적 처리와 호기적 처리, 혐기적 처리, 동식물이나 미생물에 의한 생물학적 처리와 상기 물리화학적 처리와 생물학적 처리공정을 단위공정으로 하여 조합하고 연계하여 처리하는 다단계처리가 개발되고 있는 실태로서, 통상의 스크린 여과, 약품 투입에 의한 응집, 침전처리 활성탄 여과 등의 방법만으로는 운전비용이 많이 소요되고 효율적이고 안정적인 정수처리가 되지 못하여 처리수질이 양호하지 못하며 활성 슬러지를 이용한 생물학적 처리는 넓은 처리공간이 필요하고 처리에 장시간이 소요됨은 물론 전문적인 관리가 필요하며 처리비용이 과다한 문제점이 있어서 특히 산업폐수는 유독성 폐수로서 성분이 다양하고 유해물질의 방출로 인한 환경파괴가 심각하며 상기한 단위공정의 수처리 기술로는 쉽게 분해 제거가 되지 않아 폐수처리 및 재활용에 문제점이 있어서 물리화학적 처리 방법 및 생물학적 처리방법과 첨단의 고도처리 방법의 단점을 상호 보완하고 선택적으로 연계하여 수처리에 효율적으로 사용하는 다단계 처리가 보편화 되고 있다.

또한 가정이나 공장 등에서 한번 사용하고 버려지는 용수를 처리하는 중수도처리분야에서는 활성슬러지법과 한외여과막법 등을 사용하여 정수처리하는 것이 일반적으로서 간단한 정수 단계를 거쳐서 재사용 가능한 허드렛물을 일반 용수와 같이 처리함으로써 불필요한 고가의 장치를 설치해야하고 처리비용이 증가되며 대장균 등 유해미생물이 살균되지 않거나 난분해성 유기물질이 잔존하는 등 수처리효율에 문제점이 있었다.

또한 일반적으로 폐수를 저장하여 오물을 침전시키고 상등수를 모으거나 여과시켜 여과액을 모아서 폐수를 분리하는 침전 여과법만으로는 각종 산업장 및 화학공장의 염료나 계면활성제 같은 입자 크기가 물질을 함유하고 있는 폐수의 효율적인 처리가 불가능하기 때문에 고분자 응집제를 사용하여 가교결합을 하여 플럭(floc)을 형성시키고 형성된 플럭을 가압공기에 의하여 기포를 발생시키고 수면으로 부상시켜 응집오니를 신속하고 효율적으로 분리시킬 수 있다.

또한 흡착제로 다공성 세공을 가지고 있는 활성탄(Activated Carbon)을 이용한 수처리는 전처리 공정인 여과공정에서 미처리된 부유물질 및 콜로이드성 물질들이 활성탄의 흡착공정을 방해하는 문제점이 있어서 안정적인 처리 수질을 얻기 위하여 내압성 및 내구성이 뛰어나며 매우 정밀하여 세균과 바이러스까지 제거하는 나선형, 중공사형, 판틀형, 관형 모듈로 된 한외여과막(Ultra Filtation Membrane)을 이용하므로서 콜로이드성 이상의 오염물을 제거할 수 있다.

또한 종래의 물의 안정성을 확보하기 위한 살균처리로는 수중에 염소나 항생제 등을 투여하는 방법이 있으나 이는 살균작용은 하지만 수중에 소독제가 잔존하고 또 다른 화합물과 반응하여 2차 오염을 유발하게 되어 살균후의 안정성이 문제가 되고 이러한 염소나 항생제에 의한 살균방법의 문제점을 개선한 것으로서, 고급산화기술(AOP, Advanced Oxidation Technology)은 벤젠, 페놀, TCE 등 과 같은 독성 및 난분해성 유기화합물을 산화 분해시키는 기술로써 산화공정에서 사용되는 일반 산화제보다 훨씬 강력한 산화력을 가진 OH 래디칼(Hydroxyl Radical)을 수중에 생성시켜 수중에 오염되어 있는 각종 독성, 난분해성 유기물질을 최종적으로 물과 이산화탄소(CO2+H2O)로 산화, 분해시키는 기술로서, 즉 이러한 AOT기술을 이용한 고급산화공법(Advanced Oxidation Process)은 여러가지 강력한 산화제(오존, 과산화 수소, 각종 촉매, 금속이온, 자외선, 초음파, 전자 입자파)에서 생성되는 OH 라디칼을 중간생성물로 이용하여 수중에 잔류하는 유기물을 제거하는 것이며 공정에 따라 생물학 처리 전후단계의 단위 오폐수 처리공정으로 폭넓게 활용되므로서 좁은 장소에서도 설치가 가능하고 공정이 단순화되며 완벽한 살균효과와 안정적인 정화처리수질로 처리시설 규모의 소형화와 고효율의 수처리가 가능하여 경제적으로 유해물질을 제거하는 효과가 있다.

본 발명은 전술한 제반 문제점을 상호 보완하고 선택적으로 연계하여 수처리에 효율적으로 사용하는 다단계 처리로 산업용 공업폐수를 께끗하게 중수(中水)로처리하여 생활용수로 재활용하는 중수처리시스템을 제공하기 위하여 안출한 것으로서, 본 발명은 수질오염 방지와 수자원의 안정적이고 경제적인 확보를 위하여 포말분리법, 중공사막필터 여과법과 고급산화공법 (Advanced Oxidation Process)을 결합 연계하여 정유공장, 섬유화학공장, 제철공장, 약품공장 등의 각종 산업장이나 중화학공장 등 산업장에서 사용후 버려져서 낭비되는 물을 효율적이고 경제적으로 중수처리하는 포말분리법, 중공사막필터 여과법과 고급산화공법을 연계한 산업폐수 중수처리시스템 을 제공하는데 목적이 있다.

도 1은 본 발명의 중수처리시스템의 개략적인 구성을 나타낸 블럭구성도

도 2은 본 발명의 중수처리시스템의 실시예에 따른 공정도

도 3은 본 발명의 중수처리시스템의 본처리 장치 구성을 도시한 평면도

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

10:집수조 20:여과조

30:유량조절조 40:포말부상분리조

50:자외선 살균장치

60:중공사 한외여과막 필터(60)

62:오존발생기 70:처리수 저장조

80:드레인 탱크 90:필터 프레스

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명을 첨부 도면에 의하여 상세하게 기술하면 다음과 같으며 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지의 구성 요소에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

본 발명은 전처리 장치로 산업장 등에서 발생하는 공정수를 수집하는 집수조(10), 상기 집수조(10)로 유입되는 원수중의 협잡물과 부유물질을 통상적인 스크린(screen) 처리 등의 방법으로 여과처리하는 여과조(20), 여과조(20)를 통과한 오수가 피크부하시에도 유량을 일정하게 유지시키고 생물학적 처리를 위한 오염물의 부하변동을 조정하는 유량조절조(30)와 본처리 장치로서 고속 회전하는 교반기를 통하여 기포를 발생시키고 응집물 기포를 수면으로 부상시켜 응집오니를 신속하고 효율적으로 분리시키는 포말부상분리조(40), 고급산화공법(AOP)를 이용하여최종적으로 난분해성 및 미처리 유기물질을 살균 및 분해처리하여 정화하는 자외선(UV) 살균장치(60), 상기 자외선(UV) 살균조(60)에서 살균처리된 처리수를 미세기공이 0.01m 이하로 매우 정밀하여 세균과 바이러스까지 제거하는 중공사 한외여과막 필터(Hollow fiber UF membrane)(60), 상기 중공사 한외여과막 필터(60)에서 정화처리된 폐수를 저장하는 처리수 저장조(70)와 후처리 장치로서 상기 각조에서 처리되어 오버플로우(overflow)되어 반송되는 수분과 슬러지가 함유된 오폐수를 재처리하기 위하여 저장하는 드레인 탱크(80), 협잡물이 포함된 오폐수를 물리적으로 압착 여과하고 고액분리하는 탈수장치인 필터 프레스(FILTER PRESS)(90)로 구성된다.

미설명 부호 100, 101, 102는 상기한 각조에서 처리한 피처리수를 다음 공정으로 공급하기 위한 처리수 이송펌프, 104은 제어판 , 44는 교반기, 45는 정역회전하는 구동 모터, 46은 팬이다

또한 상기한 전처리 장치 중 집수조(10)는 산업장에서 발생되는 생활오수 및 폐수를 집수하며 통상적인 여과장치로 구성된 여과조(20)에서는 유입된 폐수중의 협잡물과 부유물질을 걸러주고, 유량조절조(30)는 포말부상처리를위한 포말부상분리조(40)로 유입되는 폐수의 양을 적절히 조절하므로서 유입수의 부하변동을을 완화하여 제거효율을 향상시키고 수처리수량을 일정하게 유지하기 위한 장치이다.

주처리 장치의 하나로서 상기한 포말부상분리조(40)는 폐수속의 슬러지를 응집, 부상시켜 고속으로 회전하는 교반기를 통해 기포를 수면으로 부상시켜 응집오니를 신속하고 효율적으로 분리시키는 장치로서, 수산화 나트륨, 수산화 칼륨 등의 처리약품과 폐수를 교반기(44)로 교반하여 pH를 중화조절하는 반응조(41)와 상기 반응조(41)에서 교반처리된 폐수를 황산알루미늄 등 응집제 또는 응집보조제(POLYMER)로 혼합하고 강력한 반응을 일으켜서 폐수속의 이물질을 응집시키는 응집조(42), 응집처리된 불순물 슬러지를 수면위로 부상시키는 부상조(43)로 구획 형성되어 미도시한 배관에 의하여 서로 연통되는 것으로서, 통상의 침전여과법으로 제거가 곤란한 염료나 계면활성제가 다량 함유된 염색폐수 같은 입자가 미세한 물질도 고분자 응집제와 가교결합에 의한 플럭형성으로 제거가 가능하다.

자외선(UV) 살균장치(50)는 전술한 공정에서 순차적으로 고급산화공법(AOP)를 이용하여 협잡물이나 부유물질이 물리적으로 여과처리되고 악취, 가스 등의 화학물질이 생물학적으로 제거된 피처리 폐수중에서 잔존하는 난분해성 및 미처리 유기물질을 강력한 살균작용을 하는 자외선(Ultraviolet Radiation)을 유해미생물에 조사(照射)하여 자외선과 오존(O₃)에 의하여 최종적으로 유해미생물을 살균 및 분해처리하여 정화하는 장치로서, 본 발명에서는 일실시예로서 동일한 반응장치내에서 오존발생기(52)의 오존발생수단과 자외선 램프(51)로 된 자외선(UV)발생수단을 병행설치하는 간단한 구조로 구성하여 소형화, 콤팩트화가 가능하며 이는오존발생기(52)에 의하여 발생되는 오존에 의하여 피처리수가 반응하여 유기물이 분해되며 처리수에 용존된 오존이 자외선 램프(51)에서 조사되는 자외선 에너지에 의하여 광분해되어 과산화수소가 중간물질로 생성되며 과산화수소는 수산기(OH RADICAL)을 생성하게 되므로서 유기물을 분해, 제거하게 한다.

그러나 본 발명에 적용하는 AOP 산화처리장치는 하외여과막 공법과 연계한 다단계 순환여과시스템에 특징이 있는 것으로서, 상기한 실시예에 한정하지 않고 물질과 유해화학반응을 일으켜서 OH 라디컬을 생성하고 난분해성 유기물과의 반응하여 빠르게 산화 분해처리할 수 있는 오존과 자외선, 과산화수소, 전자입자파, 초음파, 광촉매 등의 발생수단으로 된 장치를 선택적으로 결합하여 수중에 오염되어 있는 독성 및 난분해성 유기화합물을 산화분해시키는 장치이면 무방하다.

자외선(UV) 살균장치(50) 다음단에 연결되는 중공사 한외여과막 필터(60)는 날카로운 분획성능을 가지고 있어서 0.01미크론의 세균 및 바이러스까지 완전히 걸러낼 수 있는 것으로서 중공사 모듈은 단위부피당 막표면적이 넓어서 콜로이드성 물질 이상의 오염물을 거의 제거할 수 있다.

최종단계로 연결된 처리수 저장조(70)는 전단의 전처리 및 본처리장치에서 처리된 상수와 하수의 중간정도의 수질인 처리수로서 최종 처리수는 가압 이송펌프(102)에 의하여 중수로 재활용되거나 방류된다.

또한 상기한 수처리과정에서 발생한 잔류슬러지가 발생하고 오염된 폐수는 배출관로를 통하여 드레인탱크((Drain tank)(80)로 배출되고 탈수장치인 필터 프레스(Filter press)(80)로 보내져서 수분이 함유된 각종 슬러지를 탈수시켜 고형 슬러지와 탈리액(脫離液)으로 분리시키며 고형 슬러지는 폐기되고 탈리액은 관로를 따라 다시 재처리된다.

이와 같이 형성된 본 발명의 중수처리시스템의 처리과정을 살펴보면 다음과 같다.

먼저 전처리 과정으로서 화학공장 등 각종 산업장 등에서 발생하는 공업폐수를 집수조(10)에서 집수한 다음 공업폐수에 포함된 이물질이나 협잡물을 여과조(20)에서 스크리닝하여 제거하고, 본처리를 위하여 유량을 일정하게 유지시키고 오염물의 부하변동을 유량조절조(30)에서 조정하며, 포말부상분리조(40)에서는 반응조(41)에서 교반기(44)로 교반하여 pH를 중화조절하고 응집보조제(POLYMER)로 혼합하고 혼화처리된 폐수를 응집조(42)에서 강력한 반응을 일으켜서 폐수속의 이물질을 응집시킨 다음 부상조(43) 응집처리된 불순물 슬러지를 수면위로 부상시켜 처리하며, 전단에서 물리화학적으로 처리된 폐수중에서 잔존하는 난분해성 및 미처리 유기물질을 강력한 살균작용을 하는 자외선(Ultraviolet Radiation)을 유해미생물에 조사(照射)하여 자외선과 오존(O₃)에 의하여 유해미생물을 살균 및 분해처리하여 정화하며, 최종적으로 중공사 한외여과막 필터(60)에서 콜로이드성 물질과 세균 및 바이러스 등을 처리하여 안정적인 수질을 확보하며, 이렇게 처리된 최종 처리수는 가압 이송펌프(102)에 의하여 중수로 재활용되거나 방류되는 것으로서 이때 상기한 각 반응조에서 미처리되고 오버플로우(overflow)되어 반송되는 수분과 슬러지가 함유된 오폐수는 드레인 탱크(80)에 저장되고 필터 프레스(FILTER PRESS)(90)가 물리적으로 압착 여과하여 고액분리한 다음 슬러지는 폐기하고 탈리액은 재처리하기 위하여 각 반응조로 반송된다.

이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변경이 가능하므로 전술한 실시예에 한정되는 것은 아니다.

이와 같이 된 본 발명은 포말분리법, 중공사막필터 여과법과 고급산화공법을 결합 연계하여 정유공장, 섬유화학공장, 제철공장, 약품공장 등의 각종 산업장이나 중화학공장 등 산업장에서 사용후 버려져서 낭비되고 난분해성 유기화합물이 많아서 오염도가 심한 산업폐수를 효율적으로 중수처리 할 수 있는 것으로서, 좁은 공간에 설치가 가능하고 폐수의 성상에 관계없이 완벽한 정수처리로 안정적으로 수처리가 되며 처리공정이 단순화되어 전문인력이 불필요하고 유지보수가 편리하며 화학공장 등의 공장폐수를 빠르고 효율적으로 재처리하므로서 공장폐수의 방류수량이 현저히 감소되어 수자원의 낭비가 방지되고 수자원의 오염이 줄어들어 수자원의 안정적 확보가 가능하다.

Claims

공정수를 수집하는 집수조(10), 상기 집수조(10)로 유입되는 원수중의 협잡물과 부유물질을 여과처리하는 여과조(20), 여과조(20)를 통과한 오수가 피크부하시에도 유량을 일정하게 유지시키고 생물학적 처리를 위한 오염물의 부하변동을 조정하는 유량조절조(30)와 본처리 장치로서 기포를 발생시키고 응집물 기포를 수면으로 부상시켜 응집오니를 신속하고 효율적으로 분리시키는 포말부상분리조(40), 고급산화공법(AOP)를 이용하여 최종적으로 난분해성 및 미처리 유기물질을 살균 및 분해처리하여 정화하는 자외선(UV) 살균장치(60), 상기 자외선(UV) 살균조(60)에서 살균처리된 처리수의 세균과 바이러스를 제거하는 중공사 한외여과막 필터(Hollow fiber UF membrane)(60), 상기 중공사 한외여과막 필터(60)에서 정화 처리된 폐수를 저장하는 처리수 저장조(70)와 후처리 장치로서 상기 각조에서 처리되어 오버플로우(overflow)되어 반송되는 수분과 슬러지가 함유된 오폐수를 재처리하기 위하여 저장하는 드레인 탱크(80), 협잡물이 포함된 오폐수를 물리적으로 압착 여과하고 고액분리하는 탈수장치인 필터 프레스(FILTER PRESS)(90)로 구성되는 산업폐수 중수처리 시스템에 있어서, 전단의 포말부상분리조(40)로 유기물의 확산과 분해를 용이하게 하고 자외선(UV) 살균장치(60)로 유기물을 분해 제거한 다음 후단에 중공사 한외여과막 필터(Hollow fiber UF membrane)(60)를 연속공정으로 결합하여 막분리를 용이하게함을 특징으로 하는 포말분리법, 중공사막필터 여과법과 고급산화공법을 연계한 산업폐수 중수처리시스템