KR100590837B1

KR100590837B1 - 질산이온 제거장치

Info

Publication number: KR100590837B1
Application number: KR1020030053468A
Authority: KR
Inventors: 정경훈; 박상일; 박대훈
Original assignee: 학교법인조선대학교; (재)광주테크노파크
Priority date: 2003-08-01
Filing date: 2003-08-01
Publication date: 2006-06-19
Also published as: KR20050015015A

Abstract

본 발명은 질산이온에 오염된 수 처리시 질산이온을 제거할 수 있는 질산이온 제거장치를 제공함에 그 특징적인 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 소정의 내경을 갖고 양측이 개구되며, 상기 개구된 양측면으로 각각의 필터막이 장착되고, 상기 각각의 필터막 사이로 상기 염화철 활성탄이 충진된 충진관; 상기 충진관의 하측면으로 고정결합되고, 내경이 상기 충진관의 내경과 동일하며 적어도 상기 충진관의 외경보다 큰 외경을 갖는 환형의 하측 지지패널; 상기 충진관의 상측면으로 고정결합되고, 내경이 상기 충진관의 내경과 동일하며 적어도 상기 충진관의 외경보다 큰 외경을 갖는 환형의 상측 지지패널; 상기 하측 지지패널과 체결가능하며, 상기 하측 지지패널과 동일한 외경을 갖고, 상기 하측 지지패널 보다 작은 내경을 갖는 하부압축 커버를 보유하며, 상기 하부압축 커버의 내경이 소정 길이 연장되는 중공형의 유입관; 및 상기 상측 지지패널과 체결가능하며, 상기 상측 지지패널과 동일한 외경을 갖고, 상기 상측 지지패널 보다 작은 내경을 갖는 상부압축 커버를 보유하며, 상기 상부압축 커버의 내경이 소정 길이 연장되는 중공형의 배출관; 으로 구성된다.

폐수, 오염수, 질산이온, 필터, 염화철, 활성탄, 입성 활성탄, 건조

Description

질산이온 제거장치{APPARATUS FOR REMOVING NITRATE}

도 1은 본 발명에 따른 질산이온 제거장치를 나타낸 부분단면 사시도이다.

도 2는 도 1의 분해 사시도이다.

도 3은 본 발명에 따른 질산이온 제거를 위한 여재의 제조방법을 설명하기 위한 플로우챠트이다.

<주요도면에 대한 부호의 설명>

101 : 배출관 103 : 유출량 조절밸브

105 : 상부압축 커버 107 : 충진관

109 : 염화철 활성탄 111 : 하부압축 커버

113 : 유입막 115 : 유입량 조절밸브

117 : 유입관 201 : 유출 필터막

본 발명은 질산이온 제거장치에 관한 것으로, 특히 지하수, 음용수, 해수, 오수 및 폐수 중에 포함된 질산이온을 제거하기 위한 질산이온 제거장치에 관한 것이다.

일반적으로, 최근 몇 년 동안 유럽 등의 환경 선진국에서는 동시 질산화/탈질에 의한 질소 제거 연구와 기술개발이 매우 활발히 진행되고 있다. 그 동향을 보면 암모니아성 질소의 완전 질산화 및 질산성 질소의 탈질을 거치는 기존 방법에 비해 산소 공급 및 외부 탄소원 공급을 줄일 수 있는 방법들을 제시하고 있다.

산업의 발전과 도시인구 집중화로 인한 환경오염, 그 중에서도 특히 수질문제는 심각하여 상수원의 오염, 호소나 인근 내해의 부영영화로 인한 양식업 피해 등 많은 피해사례로 나타나고 있다. 이에 정부에서는 매년 많은 예산을 투입하여 폐수처리장을 건설하는 등 노력을 기울이고 있으나 기대만큼 수질이 향상되고 있지는 않은 실정이다. 그 원인에는 여러 가지가 있겠으나 특히 중요한 원인 중의 하나는 현재 운전중이거나 건설중인 폐수처리장이 대부분 폐수 중의 부유물질이나 생화학적 산소요구량(BOD) 유발물질의 제거 기능만을 가지고 있고, 실제 부영양화의 원인인 질소나 인을 제거하는 기능이 없거나 부족하기 때문이다.

정부에서도 이러한 심각성을 인식하여 1996년부터 질소 60ppm, 인 8ppm 이하로 배출 농도를 규제하고 있으며, 2001년부터는 질소 30ppm, 인 4ppm이하의 기준을 적용할 것으로 예상되는 바, 폐수처리 장치의 근본적 성능 개선을 위한 시스템이 요구되며, 더불어 시스템 단가의 저렴화를 이룩해야 하는 현실이다.

현재 사용되는 폐수처리는 물리화학적 처리방식이 사용되고 있으며, 물리화 학적 처리방식 중 이온교환법은 이온교환체의 이온이 수중의 이온과 교환함으로써 이온을 제거하는 것이다. 그러나 이온교환법은 이온교환수지의 재생 과정에서 생성된 폐액에 질산성 질소 이온 등이 고농도로 함유되어 있고 또한 재생 폐액 중의 식염 농도 역시 높기 때문에 재생 폐액의 처리에도 주의할 필요가 있다.

역침투막법은 반투막 한 쪽의 처리수에 기계적인 압력을 가하여 반투막 반대쪽에서 불순물을 함유하지 않은 물을 얻을 수 있다. 역침투막법은 질산성 질소뿐만 아니라 다른 무기이온이나 유기물도 제거할 수 있다. 그러나 다른 방법에 비해 운전경비가 높은 단점을 갖고 있다.

전기투석막법은 음이온 선택 투과막을 조합하여 전기적 에너지에 의해 무기이온을 제거하는 것이다. 지금까지 해수의 탈염 방법으로써 몇 군데에서 사용한 예가 있다. 이것은 주로 염화물 이온 등의 각종 이온을 제거하기 위하여 사용되는 것으로서 질산성 질소도 제거할 수 있다. 그러나 아직까지 질산성 질소만을 제거하기 위하여 사용한 예는 없는 실정이다.

전기화학적 환원법은 구리를 전극으로 사용한 일종의 전해 프로세스이다. 중성 용액에 있어서의 질산성 질소는 환원되어 아질산성 질소와 암모니아성 질소가 된다. 그러나 이 방법은 아직 실험단계에 있다. 구리를 이용한 전해 프로세스를 실용화하기 위해서는 환원 생성물인 암모니아성 질소를 제거하기 위한 보조 프로세스가 필요한 것으로 알려져 있다.

구리촉매화학 환원법은 구리를 촉매로 하여 2가 철의 존재하에서 질산성 질소를 화학적으로 환원하는 것으로서 이것 또한 실험단계에 있다. 회분실험에서 pH 8.1에서는 환원속도가 빠르지만 pH 7.5에서는 느린 것으로 보고되고 있다. 환원과정에서 아질산성 질소나 하이드록시 아민이 중간 생성물로서 생성되며 또한 제2철 이온의 존재하에서는 질산성 질소는 부분적으로 암모니아까지 환원된다. 연속실험에서는 질산성 질소의 초기 농도 50%가 제거되는 것으로 나타났다. 그러나 암모니아성 질소 제거가 문제가 되기 때문에 질소가스까지만 환원되도록 촉매를 개발하거나 그 운전조작 조건을 확립할 필요가 있다.

전극법은 매설한 전극에 의해 발생하는 수소를 이용한 탈질법이며 수소산화세균에 의한 탈질법을 현장에 매설한 전극에 의해 원위치 정화법에 적용한 것이다. 그러나 전극법은 원 위치에서 정화기법을 개발한다는 의미에서는 주목받는 방법이긴 하지만 전극을 어떻게 또한 어느 정도의 밀도로 오염된 지하수의 대수층에 매설하여야 하는지에 대해서는 지하수의 유동 조건 등을 포함하여 앞으로 검토해야 할 과제로 남아있기도 하다.

또한, 상기 흡착 처리과정은 흡착재와 폐수를 접촉시켜 용해성 오탁물질을 흡착시킨 후에 흡착재와 처리수를 분리시키는 것으로, 가격대비 흡착력을 감안할 때 활성탄이 사용되고 있다. 활성탄은 내부에 무수한 구멍(10^-7 ~ 10^-3 Cm)이 존재하기 때문에 고액접촉 면적이 넓고 유기물의 흡착 능력이 높은 성질을 가지고 있어 폐수처리에 용이한 소재로 사용된다.

그러나, 이와 같은 흡착 처리과정과 응집/침전처리 과정은 서로 다른 경로에 의해 폐수처리가 이루어지고 있을 뿐만 아니라, 응집/침전처리와 흡착처리의 효율 성을 증대시키기 위해서는 많은 시설투자비를 감안해야 하는 문제가 발생된다. 이러한 문제는 상기 응집/침전처리 과정에서 무기성 응집제에 의해 가능한 조대 입자는 낮은 기계적 강도를 가져야 하며, 조대 입자 크기가 작기 때문에 충분한 침강속도를 얻을 수 없는 문제를 갖고 있기 때문이다. 따라서, 이러한 문제를 해결하기 위해 고분자 응집제가 개발되었으나 코스트 상승으로 인한 근본적 문제가 발생되고 있는 것이 현실이다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 지하수, 음용수, 해수, 오수 및 폐수처리시 응집/침전처리 과정과 흡착처리 과정을 일체화하여 시설단가를 격감시키며, 응집/침전처리 과정과 흡착처리 과정에서 질산이온을 제거시 철이온이 배출되지 않도록하여 폐수처리의 완성도를 높일 수 있는 질산이온 제거장치를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 흡착처리 과정시 고체성 응집제와 활성탄을 동시에 보유하여 하나의 장치를 통해 폐수처리가 용이한 질산이온 제거장치를 제공함에 있다.

삭제

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 관점에 따른 질산이온 제거를 위한 질산이온 제거장치는, 소정의 내경을 갖고 양측이 개구되며, 상기 개구된 양측면으로 각각의 필터막이 장착되고, 상기 각각의 필터막 사이로 상기 염화철 활성탄이 충진된 충진관; 상기 충진관의 하측면으로 고정결합되고, 내경이 상기 충진관의 내경과 동일하며 적어도 상기 충진관의 외경보다 큰 외경을 갖는 환형의 하측 지지패널; 상기 충진관의 상측면으로 고정결합되고, 내경이 상기 충진관의 내경과 동일하며 적어도 상기 충진관의 외경보다 큰 외경을 갖는 환형의 상측 지지패널; 상기 하측 지지패널과 체결가능하며, 상기 하측 지지패널과 동일한 외경을 갖고, 상기 하측 지지패널 보다 작은 내경을 갖는 하부압축 커버를 보유하며, 상기 하부압축 커버의 내경이 소정 길이 연장되는 중공형의 유입관; 및 상기 상측 지지패널과 체결가능하며, 상기 상측 지지패널과 동일한 외경을 갖고, 상기 상측 지지패널 보다 작은 내경을 갖는 상부압축 커버를 보유하며, 상기 상부압축 커버의 내경이 소정 길이 연장되는 중공형의 배출관으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다. 도 1은 본 발명에 따른 질산이온 제거장치를 나타낸 구성도이다. 도시된 바와 같이, 소정의 내경을 갖고 양측이 개구된 스테인레스 재질의 충진관(107), 상기 충진관(107)의 하측면으로 체결되어 지하수, 음용수, 해수, 오수 및 폐수 등의 유입을 안내하기 위한 중공형의 유입관(117), 상기 충진관(107)의 상측면으로 체결되어 지하수, 음용수, 해수, 오수 및 폐수 등의 정화수를 유출시키기 위한 중공형의 배출관(101)으로 구성된다. 상기 유입관(117)의 중앙부위에는 유입량의 조절을 위한 유입량 조절밸브(115)가 장착되며, 상기 배출관(101)의 중앙부위에는 정화수의 배출량을 조절하기 위한 배출량 조절밸브(103)가 장착된다.

또한, 상기 유입관(117)과 충진관(107)의 체결을 위해, 상기 충진관(107)의 하측면으로 하측 지지패널(121)이 부착되고, 상기 유입관(117)의 상측면으로 하부압축 커버(111)가 부착되어 상기 하측 지지패널(121)과 하부압축 커버(111)의 상호 체결을 통해 오염수의 유출을 방지한다. 상기 하측 지지패널(121)은 충진관(107)의 내경과 동일한 내경을 갖는 환형으로 이루어지고, 상기 하부압축 커버(111)는 유입관(117)의 내경과 동일한 내경을 갖는 환형 구조를 갖는다.

또한, 상기 배출관(101)과 충진관(107)의 체결을 위해, 상기 충진관(107)의 상측면으로 상측 지지패널(119)이 부착되고, 상기 배출관(101)의 하측면으로 상부압축 커버(105)가 부착되어 상기 상측 지지패널(119)과 상부압축 커버(105)의 상호 체결을 통해 정화수의 유출을 방지한다. 상기 상측 지지패널(119)은 충진관(107)의 내경과 동일한 내경을 갖는 환형으로 이루어지고, 상기 상부압축 커버(105)는 배출관(101)의 내경과 동일한 내경을 갖는 환형 구조를 갖는다.

도 2는 본 발명에 따른 질산성 질소 제거장치(100)의 조립과정을 설명하기 위한 분해사시도이다. 도시된 바와 같이, 하측 지지패널(121)과 상측 지지패널 (119)을 갖는 충진관(107)은 하측 개구면(미도시함)으로 유입 필터막(113)이 끼움결합된 후, 상기 하부압축 커버(111)를 갖는 유입관(117)이 체결부재(213)를 통해 상기 하측 지지패널(121)과 체결된다. 이 후, 상측 개구면(207)으로 염화철 활성탄(109)이 충진되며, 상기 상측 개구면(207)으로 유출 필터막(201)을 끼움결합시킨다.

상기 상부압축 커버(105)를 갖는 배출관(101)은 상기 상측 지지패널(119)과 대향되도록 설치된 후, 체결부재(213)를 통해 체결된다. 상기 체결부재(213)는 압착본딩이 가능하나, 상기 유출 필터막(201) 또는 유입 필터막(113)의 교환의 용이성을 위해 나사 결합이 바람직할 것이다. 따라서, 체결부재(213)에 따라 상부압축 커버(105) 및 상측 지지패널(119)은 나사 결합을 위한 체결구(211) 및 결합구(205)를 형성한다.

상기 충진관(107)의 상부측으로 배출관(101)이 장착되고, 충진관(107)의 하부측으로 유입관(117)이 장착된 후, 상기 유입관(117)으로 지하수, 음용수, 해수, 오수 및 폐수 등의 오염수가 유입된다. 오염수 유입량은 유입량 조절밸브(115)에 의해 조절되며, 충진관(107)으로 충진된 염화철 활성탄(109)의 용량에 따라 조절함 이 바람직할 것이다. 또는, 유입관(117)의 오염수 유입을 최대량으로 조절한 후, 상기 배출량 조절밸브(103)를 통해 배출되는 정화수량을 조절할 수 있다.

상기 유입 필터막(113) 또는 유출 필터막(201)은 미세 포아(구멍)를 갖는 평막형으로, 미생물과 같은 현탁성 물질로부터 용해성 물질까지 제거하기 위한 것으로, 초산셀로스, 폴리살폰, 폴리이미드 등의 소재가 바람직하다. 또한, 정화하고자 하는 오염수의 종류에 따라 즉, 포아 사이즈에 따라 상기 유입 필터막(113) 또는 유출 필터막(201)은 정밀여과막, 한외여과막, 역침투막 등으로 교체사용하여 다양한 폐수처리가 가능하도록 한다. 또한 상기 유입 필터막(113) 또는 유출 필터막(201)은 상기 염화철 활성탄(109)의 자연 유출을 방지할 수 있는 기능을 포함한다.

상기 염화철 활성탄(109)은 염화철 용액을 입성 활성탄에 코팅한 것으로, 염화철의 고체형상을 갖도록 하고 있다. 이로인해 질산성 질소 제거장치(100) 내로 오염수가 유입될 때, 오염수내의 염화철은 최대의 표면적을 가질 수 있어 오염수내의 질산이온과의 응집용량을 증대시킬 수 있다. 즉, 많은 기공을 갖는 입성 활성탄으로 염화철을 코팅하면 많은 기공사이로 코팅된 염화철의 표면적이 증대되며, 이로인해 질산이온의 흡착 제거 공간이 넓어 응집용량을 향상시킨다.

도 3은 상기 염화철 활성탄의 제조순서를 설명하기 플로우챠트이다.

염화철 활성탄(109)은 다량의 입성 활성탄을 구비하여 입성 활성탄의 미분을 제거한다. 미분제거는 풍속에 의한 미분제거 또는 원심분리에 의한 미분을 제거할 수 있으며(S301), 미분제거는 공지사항으로 구체적인 설명은 생략한다. 미분이 제 거된 입성 활성탄은 이물질이 제거된 증류수를 통해 세척을 수행하며, 일정 시간동안 건조시킨다(S303).

이 후, 건조된 입성 활성탄은 소정 용기에 적재된 후, 상기 소정 용기내로 염화철(FeCl₃) 용액을 첨가한다. 염화철 용액의 용량은 입성 활성탄으로 염화철 용액이 충분히 침적될 수 있는 양으로, 염화철 용액과 활성탄의 용량을 감안하지 않고 충분한 염화철 용액을 사용하여도 무관하다(S305).

상기 염화철 용액이 활성탄으로 충분히 침적되었을 때 즉, 상기 소정 용기내로 투입되는 충분한 양의 염화철 용액이 활성탄에 침투되면서, 일정 시간이 경과되어도 염화철 용액의 수위가 낮아지지 않을 때(S307), 주변의 온도를 35℃ ~ 100℃로 상승시켜 염화철 용액을 증발시킨다(S309). 작업의 효율성을 위해 활성탄에 과침적된 염화철 용액은 배출시킨 후, 나머지 염화철 용액을 증발시킴이 바람직할 것이다.

이와 같이 형성된 염화철 활성탄(109)은 충진관(107)내로 충진됨에 따라, 폐수를 포함하는 오염수의 질산이온을 제거하고, 염화철의 철이온이 배출되지 않는 구조를 갖게 된다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 질산이온 제거를 위한 여재의 제조방법 및 질산이온 제거장치를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

본 발명은 상기한 바와 같이, 입성 활성탄에 염화철을 코팅하여 폐수처리에 활용하므로서, 폐수 등의 오염수에 잔재된 질산이온과 염화철의 작용면적을 증대시켜 질산이온의 응집력을 향상시키는 효과를 얻으며, 또한 입성 활성탄의 많은 기공사이로 염화철이 코팅됨에 따라, 입성 활성탄으로 흡착되는 질산이온의 양이 증가하여 폐수처리 효과를 극대화하는 효과를 얻는다.

또한, 입성 활성탄으로 염화철을 코팅하므로서, 염화철의 액화성이 아닌 고체성을 갖게 되어 폐수처리시 철이온의 잔존 및 이로인한 배출이 없을 뿐만 아니라, 철이온 배출로 인한 암모니아 이온 또는 아질산 이온이 생성되지 않아 2차적 수질오염을 미연에 방지하는 효과를 얻는다.

Claims

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건조된 입성 활성탄으로 염화철(FeCl₃) 용액을 첨가하여, 상기 염화철 용액내로 상기 입성 활성탄을 과포화 상태로 침적시키는 단계; 및 주변의 온도를 상승시켜 상기 염화철 용액을 증발시키는 단계; 로 이루어진 질산이온 제거를 위한 여재의 제조방법으로 제조된 염화철 활성탄을 이용한 질산이온 제거장치에 있어서,

소정의 내경을 갖고 양측이 개구되며, 상기 개구된 양측면으로 각각의 필터막이 장착되고, 상기 각각의 필터막 사이로 상기 염화철 활성탄이 충진된 충진관;

상기 충진관의 하측면으로 고정결합되고, 내경이 상기 충진관의 내경과 동일하며 적어도 상기 충진관의 외경보다 큰 외경을 갖는 환형의 하측 지지패널;

상기 충진관의 상측면으로 고정결합되고, 내경이 상기 충진관의 내경과 동일하며 적어도 상기 충진관의 외경보다 큰 외경을 갖는 환형의 상측 지지패널;

상기 하측 지지패널과 체결가능하며, 상기 하측 지지패널과 동일한 외경을 갖고, 상기 하측 지지패널 보다 작은 내경을 갖는 하부압축 커버를 보유하며, 상기 하부압축 커버의 내경이 소정 길이 연장되는 중공형의 유입관; 및

상기 상측 지지패널과 체결가능하며, 상기 상측 지지패널과 동일한 외경을 갖고, 상기 상측 지지패널 보다 작은 내경을 갖는 상부압축 커버를 보유하며, 상기 상부압축 커버의 내경이 소정 길이 연장되는 중공형의 배출관으로 이루어진 것을 특징으로 하는 질산이온 제거장치.
제 3 항에 있어서, 상기 필터막은 미세 포아(구멍)를 갖는 평막형인 것을 특징으로 하는 질산이온 제거장치.
제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 필터막은 초산셀로스, 폴리살폰, 폴리이미드 중 어느 하나의 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 질산이온 제거장치.
제 3 항에 있어서, 상기 충진관은 스테인레스로 가공된 것을 특징으로 하는 질산이온 제거장치.