KR100617479B1

KR100617479B1 - 전기응집 활성탄 여과장치

Info

Publication number: KR100617479B1
Application number: KR1020040053846A
Authority: KR
Inventors: 심진기; 조계민; 남호연
Original assignee: 한국생산기술연구원
Priority date: 2004-07-12
Filing date: 2004-07-12
Publication date: 2006-09-01
Also published as: KR20060005023A

Abstract

본 발명은 부유물질(SS; Suspended Solid)을 제거하기 위한 모래 여과탑과 COD를 저감하기 위한 활성탄 여과탑을 전기응집 활성탄으로 대체한 전기응집 활성탄 여과장치에 관한 것으로, 활성탄이 충진된 여과탑 내부에 전기를 공급하여 활성탄 입자의 양면을 양극과 음극이 동시에 존재하는 복극 형태로 만들어 양성의 입자는 음극쪽에 흡착되며, 음성의 입자는 양극 쪽에 흡착되는 효과를 발생시키며, 전기장을 통과하면서 COD 성분이 분해됨으로써, 본 발명의 전기응집 활성탄 여과장치를 거친 후, 부유물질은 거의 완전히 제거되며, 탁도는 1 NTU까지 제거될 수 있고 오염된 호소수의 경우 0.5 NTU까지 제거가 되며, COD 저감율은 약 40%로서, 여과 효율이 향상됨과 동시에, 모래 여과탑과 COD를 저감하기 위한 활성탄 여과탑 등 두 가지 설비를 하나의 전기응집 활성탄 설비로 대체하여 경제적으로 유리해지는 효과가 있다.

부유물질, COD, 흡착, 전기분해, 활성탄, 전원공급장치

Description

전기응집 활성탄 여과장치{Electro-Coagulation Activated Carbon Filtration System}

도 1은 본 발명의 전기응집 활성탄 여과장치가 적용된 바람직한 실시예를 도시하는 도면이고;

도 2는 본 발명의 전기응집 활성탄 여과장치가 적용된 다른 실시예를 도시하는 도면이며;

도 3은 종래 기술에 따른 분리막장치 전처리 여과장치의 세척공정에 관한 블록다이어그램도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1 : 원수조 2 : 상수조

1', 1": 원수 이송관 1''' : 처리수 이송관

2', 2" : 상수 이송관 2''' : 역세척 폐액 이송관

3 : 역세척 폐액조 4 : 전원공급장치

5 : 처리수조 6 : 양극판

7 : 음극판 8 : 여과탑

9 : 응집처리조 10 : 활성탄

11 : 분리막장치 12 : 농축수

13 : 세척수 저장조 14 : 공기여과기

P1, P2, P3, P4 : 펌프 V₁, V₁', V₁", V₂, V₂' : 밸브

본 발명은 오ㆍ폐수를 처리하기 위한 전기응집 활성탄 여과장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 오ㆍ폐수에 포함된 부유물질(SS) 및 COD를 보다 효율적으로 제거하기 위한 전기응집 활성탄 여과장치에 관한 것이다.

부유물질은 물을 혼탁하게 하는 물질로서, 고도처리 설비들에 대해 막힘 현상을 유발하는 물질이다. 이러한 입자상 오염물질을 처리하기 위하여 종래에는 모래 여과탑(sand filter), 활성탄 여과탑, 한외 여과장치(UF membrane filter) 등을 사용하여 제거하였다.

모래 여과탑은 원수의 오염 정도에 따라 탁도 제거 성능이 다르게 나타나지만, 탁도가 10인 물질의 경우 이를 통하여 처리하면 약 3~5 정도의 탁도를 보이고 있다. 이러한 모래 여과탑을 보완하기 위해 다층여재필터, Up flow 방식의 유니필터 등이 개발되어 왔다.

활성탄 여과필터의 탁도 제거능은 원수의 탁도가 10일 경우 이를 통하여 처리하면 처리수의 탁도는 약 2~3의 수질이 나온다. 대부분의 처리장에서는 모래 여 과탑과 활성탄필터를 동시에 같이 사용하고 있으며, 이러한 경우 처리수의 탁도는 1~2 정도가 나온다.

그러나, 이들 모래 여과탑과 활성탄 여과탑은 각각 여과 효율이 떨어진다는 결점이 있었다.

또한, 한외 여과 장치(UF 장치)는 역삼투막 여과재(R/O Membrane filter)를 처리하기 위한 전처리 설비로 특수한 상황에서만 사용하고 있는데, 장치비용이 많이 소요되고 모래 여과탑과 활성탄 여과필터를 전처리 설비로 사용한다.

도 3에서 보는 바와 같이 상기한 모래 여과탑과 활성탄 필터를 동시에 사용하는 종래의 한외 여과 장치에 관한 기술은 대한민국 등록특허공보 제0137254에서 종래 기술로 기재되어 있는데, 이 종래의 한외 여과 장치와 관련한 분리막 장치에서, 유입 원수(1)는 유입펌프(P1)에 의하여 응집처리조(9)를 통하여 여과재(모래, 안트라사이트, 활성탄 등)가 채워져 있는 여과장치(8)로 공급되어 여과되며, 여과수는 고압펌프(P2)에 의해 분리막장치(11)에 공급되며, 분리막장치(11)에 유입된 여과수는 분리막에 의해 처리된 투과수(5)와 농축수(12)로 분리되고, 투과수(5)는 재활용되고 농축수(12)는 외부로 배출된다. 여과장치(8)에서 유출되는 여과수가 나빠지면, 연속 공정을 위해 보조여과장치(8')가 사용되고, 세척수 저장조(13)의 세척수를 역세펌프(P3)로 여과장치(8)에 공급하여 역세한 후 역세수를 버릴 수 있게 되어 있다.

그러나, 상기와 같이 역삼투막(R/O; Reverse Osmosis Membrane) 설비를 통해 오ㆍ폐수 처리수를 재활용하는 분리막장치 전처리 여과장치에서는 전처리 설비로 이용되는 여과장치의 여과 효율이 비교적 낮아 분리막장치 등 후단 설비의 부하량이 상대적으로 증대되는 단점이 있었다.

이와 같은 단점을 극복하기 위하여, 본 발명의 전기응집활성탄 여과장치는 활성탄 충진물에 의한 여과와, 전하를 띤 콜로이드 성 물질을 전기적인 중화에 의한 전기응집과, 전기장에 의한 콜로이드 성 물질의 전기적 흡착과, 전기장에 의한 탄소사슬 분해 및 미생물 파괴에 따른 COD 저감을 도모함과 동시에 역삼투막(R/O; Reverse Osmosis Membrane) 설비를 통해 오ㆍ폐수 처리수를 재활용하는 분리막 장치 전처리 여과장치에서 전처리 설비로 이용하여 후단 설비의 부하량을 줄이는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명의 전기응집 활성탄 여과장치에 따르면, 오ㆍ폐수를 여과하는 여과장치에 있어서, 내부에 활성탄이 충진되어 있고, 일측에 원수를 이송할 수 있는 원수 이송관과 역세척으로 인한 농축 폐액을 이송할 수 있는 역세척 폐액 이송관이 연결되며, 상기 원수 이송관의 맞은편에 활성탄의 역세척을 위해 상수를 이송할 수 있는 상수 이송관과 오ㆍ폐수가 처리되어 이송될 수 있는 처리수 이송관이 연결되어 있는 여과탑과; 상기 여과탑의 활성탄 내부에 상호 일정 간격을 두고 설치되어 전원을 공급받아 활성탄 입자의 양면을 양극과 음극이 동시에 존재하는 복극 형태로 만들 수 있는 양극 및 음극과; 상기 양극 및 음극에 전기를 공급할 수 있는 전원공급장치를 포함하며; 원수의 처리 시에는 원수가 원수 이송관과 상기 여과탑의 활성 탄을 거친 후 여과 처리되고 처리된 처리수는 처리수 이송관에 의해 이송되고; 역세척 시에는 상수가 상수 이송관과 상기 여과탑의 활성탄을 통과하게 하여 역세척하고 역세척으로 발생되는 농축 폐액은 역세척 폐액 이송관에 의해 이송되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 처리수 이송관과 연결되어 상기 활성탄을 거쳐 처리된 처리수를 이송하여 저장할 수 있는 처리수조와; 상기 역세척 폐액 이송관과 연결되어 상기 활성탄을 역세척 함으로써 발생되는 농축폐액을 이송하여 저장할 수 있는 역세척 폐액조를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 활성탄은 전기가 잘 통하는 것이 바람직하다.

상기 여과탑의 내부는 전기가 잘 통하지 않는 재질의 물질로 코팅되어 있는 것이 바람직하다.

여기에서 일반적인 여과장치의 운전은 여과와 세척으로 나누어진다.

여과란 부유물질을 함유한 원수를 여과기에 유입시켜 부유물질이 제거된 깨끗한 처리수를 배출시키는 공정으로, 원수 중의 부유물질을 여과탑의 활성탄 내의 공극에 체분리, 침전, 관성충돌, 차단, 흡착, 응집 등의 복잡한 메카니즘으로 억류·포획시키고, 깨끗한 물만 처리수로서 배출시키는 과정이다.

여과를 계속하게 되면 활성탄 내의 공극은 점점 부유물질로 채워지고 여과 저항이 증가하여 더 이상 여과를 계속할 수 없는 상태에 이르게 된다.

이때 깨끗한 세척수인 상수를 여과 시와는 반대방향으로 주입하여 공극에 포획된 부유물질을 배제시키기 위한 세척공정이 필요하다(이하, 이 과정은 세척수의 흐름이 원수의 흐름과 반대 방향이므로 역세척이라 하기로 한다).

또한, COD(chemical oxygen demand), 즉 화학적 산소 요구량이란 물의 오염 정도를 나타내는 기준으로 유기물 등의 오염 물질을 산화제로 산화 분해시켜 정화하는데 소비되는 산소의 량을 ppm(part per million) 또는 mg/l로 나타낸 것을 말하며, 물이 많이 오염될수록 유기물이 많으므로 그만큼 산화 분해에 필요한 산소량도 증가하고 이에 따라 COD 값이 클수록 물의 오염 정도는 심하다.

상기 부유물질(SS)이란 물속에 있는 입자의 직경이 1 ㎛ 이상인 입자를 말하며 단위는 ㎎/ℓ이다. SS는 물의 오염도를 평가하는데 중요한 지표로서 슬러지의 생성량과 직접적인 관계가 있으며, 여과지에 일정량의 하수를 여과시켜 건조한 후 여과지에 걸린 고형물의 무게를 측정하여 구한다.

이하 본 발명을 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 전기응집 활성탄 여과장치가 적용된 바람직한 실시예를 도시하는 도면이다.

도 1에서 보는 바와 같이 본 발명의 전기응집 활성탄 여과장치는 내부에 활성탄(10)이 충진되는 여과탑(8), 여과탑(8)의 활성탄(10) 내부에 제공되는 양극(6) 및 음극(7), 및 양극(6) 및 음극(7)에 전기를 공급하는 전원공급장치(4)를 포함한다. 여과탑(8)은 일측에 원수를 이송할 수 있는 원수 이송관(1', 1")과 역세척으로 인한 농축 폐액을 이송할 수 있는 역세척 폐액 이송관(2''')이 연결되며, 원수 이송관(1', 1")의 맞은편에 활성탄(10)의 역세척을 위해 상수를 이송할 수 있는 상수 이송관(2', 2")과 오ㆍ폐수가 처리되어 이송될 수 있는 처리수 이송관(1''')이 연결된다. 양극(6) 및 음극(7)은 상호 일정 간격을 두고 설치되어 전원이 공급되었을 때 활성탄 입자의 양면을 양극과 음극이 동시에 존재하는 복극 형태로 만든다.

활성탄(10)은 여과탑(8)의 내부에 일정 공간 충진되며 여과탑(8)의 내부는 전기가 잘 통하지 않는 재질의 물질로 코팅되어 있는 것이 바람직하다.

여기에서 오ㆍ폐수를 수용하고 있는 원수(1)를 처리할 때, 원수는 원수 이송관(1', 1")과 여과탑(8)의 활성탄(10)을 통과하는 동안 여과 처리되고, 여과 처리된 처리수는 처리수 이송관(1''')에 의해 이송되어 처리수조(5)에 저장된다. 여과탑(8)의 역세척 시에, 상수(2)가 상수 이송관(2', 2")과 여과탑(8)의 활성탄(10)을 통과하여, 계속된 여과작용으로 찌꺼기 등이 쌓여 여과 기능이 저하된 활성탄(10)을 역세척(back washing)하고, 여과탑(8)의 역세척으로 발생되는 농축 폐액은 역세척 폐액 이송관(2''')에 의해 이송되어 역세척 폐액조(3)에 저장된다.

또한 오ㆍ폐수를 수용하고 있는 원수(1)는 원수 이송관(1', 1")을 통해 여과탑(8)의 일측과 연결되고, 타측에는 처리수조(5)가 연결되어, 여과탑(8) 내에서 원수(1)를 처리하여 처리된 처리수를 저장할 수 있게 되어 있으며, 상수(2)는 이송관(2', 2")을 통해 여과탑(8)의 다른 일측과 연결되어 여과탑(8) 내에 충진된 활성탄(10)을 역세척할 수 있고 상수(2)에 의한 역세척 시 이송관(2', 2")이 위치하는 곳과 반대 방향으로 나가는 농축폐액은 역세척 폐액조(3)에 저장될 수 있다.

원수(1) 및 상수(2)의 이송은 펌프(P1)의 구동에 의해 이루어질 수 있으며, 다수개의 밸브(V₁, V₁', V₁", V₂, V₂')중 일부를 선택하여 개폐함으로써, 예를 들면 오ㆍ폐수가 포함된 원수(1)를 이송하여 처리하고자 할 때에는 밸브(V₂, V₂')를 폐쇄하고 밸브(V₁, V₁', V₁")를 개방함으로써, 펌프(P1)가 구동될 때, 원수(1)는 원수 이송관(1', 1")을 통해 여과탑(8) 안으로 유입되어 활성탄(10)을 통과하고, 여과탑(8)에 의해 처리된 처리수는 처리수조(5)로 이송되어 저장된다. 상수(2)를 이송하여 처리하고자 할 때에는 밸브(V₁, V₁', V₁")를 폐쇄하고 밸브(V₂, V₂")를 개방함으로써, 펌프(P1)의 구동으로 상수(2)는 이송관(2', 2")을 통해 여과탑(8) 안으로 유입되고 활성탄(10)을 통과하고 나서 발생되어 나오는 농축폐액은 역세척 폐액조(3)로 이송되어 저장될 수 있게 되어 있다.

한편, 상기 활성탄(10) 내부에는 양극(6)과 음극(7)이 일정 간격을 두고 설치되어 있으며 이들 양극(6) 및 음극(7)은 전원공급장치(4)와 전기적으로 연결되어 있다.

아울러, 상기 활성탄(10)에 있어서 그 입자 하나 하나는 양면이 (+), (-)극이 동시에 작용하는 복극이 되어, 활성탄 입자 하나 하나가 양극(6)과 음극(7)이 동시에 존재하는 상태가 된다. 따라서, 여과탑(8)을 통과하는 오ㆍ폐수를 포함하는 원수(1)의 경우 전기장을 계속적으로 통과하는 형상이 되기 때문에 Deep Bed 여과가 될 수 있다. 또한, 활성탄 입자는 내부에 공극이 많은 입자로 흡착하는 성질이 있으며, 흡착할 때 활성탄의 내부에 미생물들이 포집되고, 포집된 미생물은 전기에 의해 파괴되어 계속적으로 성장하지 못한다.

또한 자연계에 존재하는 콜로이드성 물질은 대부분 (-) 전하를 띄고 있으며, 일부 (+)와 중성인 입자도 있는데 전기장을 통과할 때 (-)성 입자들은 활성탄의 (+)쪽에서 흡착되며, (+)성 입자들은 활성탄의 (-)쪽에서 흡착되어진다. 또한 유기물들도 고유의 전하를 띈 경우가 많은데 이 또한 입자들과 마찬가지의 효과를 갖기 때문에 COD를 저감하는 효과를 갖는다.

첨부한 도면의 도 2에는 본 발명의 전기응집 활성탄 여과장치가 적용된 다른 예를 도시하는 개략도가 도시되어 있다. 앞서 설명한 본 발명의 바람직한 실시예와 동일하거나 대응되는 구성요소에 대한 설명은 생략하기로 하고 다른 부분에 대해서만 설명하기로 한다.

이 실시예에 따른 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에서 설명한 전원공급장치(4)에 각각 연결된 양극(6) 및 음극(7)이 설치된 활성탄(10)을 내부에 충진하고 있는 여과탑(8)의 구성을 제외하고는 앞에서 설명한 도 3의 종래 기술에 따른 분리막장치 전처리 여과장치의 세척공정에 관한 블록다이어그램도의 구성과 동일하다.

따라서, 상기 실시예와 같은 구성에 따르면 본 발명은 역삼투막(R/O; Reverse Osmosis Membrane) 설비를 통해 오ㆍ폐수 처리수를 재활용하는 분리막장치 전처리 여과장치에서 전처리 설비로 이용되어 후단 설비의 부하량을 줄일 수 있는 효과가 있다.

이하, 실험예에 의거하여 본 발명의 오폐수 처리효율을 살펴보면 다음과 같다.
실험예 1

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호소수가 부영영화 되어 녹조류 등이 번성하여, 호소수의 탁도가 매우 혼탁한 경우를 볼 수 있다. 이 경우를 대상으로 실험한 경우 그 결과는 다음 표 1 에 나타낸 바와 같다.

부유물질 및 유기물 처리효율

	유입수 농도[mg/L]			처리수 농도[mg/L]			처리율[%]
	부유 물질	COD_Cr	탁도	부유 물질	COD_Cr	탁도	부유 물질	COD_Cr	탁도
전기응집활성탄여과장치	5	10	20	-	6	1	100	40	95
모래 여과탑	5	10	20	2	8	2	60	20	90
활성탄 여과장치	5	10	20	1	7	1.5	80	30	92.5

상기 실험예 1의 결과를 비교해 보면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 장치를 적용할 경우 종래의 처리 장치를 적용하는 것에 비해 처리 효율이 매우 우수함을 알 수 있다.

이상에서와 같이 본 발명에 의하면, 전기를 통하는 활성탄 매질을 이용하여 오ㆍ폐수 중에 함유된 부유물질 및 유기물의 흡착 및 여과 그리고 전기응집 및 전기분해 등을 같은 공간에서 동시에 일으나게 하므로, 장치가 소형화(compact)되며, 처리하고자 하는 부유물질 입자를 효과적으로 제거하는 동시에 유기물을 효과적으로 제거하여 고도처리설비의 전처리 설비로서 사용이 가능하며, 모래 여과탑, 활성탄여과탑 등 두가지 설비를 사용하는 것보다 효율적인 설비로서 운전비용 및 시설비용이 매우 저렴하게 소요되는 효과가 있으며, 또한 종래에 부유물질성 성분을 제거하기위해 여러 가지 설비를 혼용해서 사용하던 것을 한 가지 설비를 사용하는 것만으로도 해소할 수 있어 경제적으로도 유리한 효과가 있다.

Claims

오ㆍ폐수를 여과하는 여과장치에 있어서,

내부에 공극이 많은 입자로 흡착하는 성질이 있으며 전기가 잘 통하는 활성탄(10)이 충진되고, 일측에 원수를 이송하는 원수 이송관(1', 1")과 역세척으로 인한 농축 폐액을 이송하는 역세척 폐액 이송관(2''')이 연결되며, 상기 원수 이송관(1', 1")의 맞은편에 활성탄(10)의 역세척을 위해 상수를 이송하는 상수 이송관(2', 2")과 오ㆍ폐수가 처리되어 이송하는 처리수 이송관(1''')이 연결되는 여과탑(8)과;

상기 여과탑(8)의 활성탄(10) 내부에 상호 일정 간격을 두고 설치되어, 전원이 공급되었을 때 활성탄 입자의 양면을 양극과 음극이 동시에 존재하는 복극 형태로 만들어, 상기 여과탑을 통과하는 원수 중의 양성의 입자는 상기 활성탄의 음극쪽으로 흡착시키고 음성의 입자는 상기 활성탄의 양극쪽으로 흡착시키도록 하는 양극(6) 및 음극(7)과;

상기 양극(6) 및 음극(7)에 전기를 공급하는 전원공급장치(4)를 포함하며;

원수의 처리 시에는 원수가 원수 이송관(1', 1")과 상기 여과탑(8)의 활성탄(10)을 거친 후 여과 처리되고, 여과 처리된 처리수는 처리수 이송관(1''')에 의해 이송되어 처리수조(5)로 배출되고;

역세척 시에는 상수가 상수 이송관(2', 2")을 통해 유입되어 상기 여과탑(8)의 활성탄(10)을 통과하는 동안 활성탄(10)을 역세척하고, 역세척으로 발생되는 농축 폐액은 역세척 폐액 이송관(2''')을 통해 역세척 폐액조(3)로 배출되는 것을 특징으로 하는 전기응집 활성탄 여과장치.
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