KR100663629B1

KR100663629B1 - 연속식 및 회분식 수처리를 위한 복합 고급 산화장치

Info

Publication number: KR100663629B1
Application number: KR1020060073843A
Authority: KR
Inventors: 최랑규; 김연희; 정문효; 박훈
Original assignee: (주)에코베이스
Priority date: 2006-08-04
Filing date: 2006-08-04
Publication date: 2007-01-05

Abstract

본 발명은 상수, 하·폐수, 지하수, 빗물, 축산폐수, 분뇨폐수 등의 처리수 및 재이용수나 초순도의 처리수를 얻을 수 있는 복합 고급산화(AOP; advanced oxidation process)장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 종래 공지된 여러 고급산화공정 방식을 위한 구성요소를 하나의 반응조에 집적하여 연속식 및 회분식(특히 SBR, sequencing batch reactor) 방식에 적합하고 초기 투자비와 부대시설 소모를 줄이고, 처리수에 따라 공지된 다양한 고급산화 공정을 취사 적용할 수 있어 수처리 효율이 뛰어난 복합 고급 산화장치에 관한 것이다.

본 발명에 따른 연속식 및 회분식 수처리를 위한 복합 고급 산화장치는 상부 반응공간부와 하부 반응공간부로 나뉘고, 유입구와 방류구를 갖는 하우징; 상기 하우징 내에 설치된 교반부재; 상기 하우징 내에 설치된 자외선램프; 상기 하우징의 반응공간부와 연결된 금속이온 공급부재; 상기 하우징의 반응공간부와 연결된 과산화수소 공급부재; 상기 하우징의 반응공간부와 연결된 오존 또는 산소 공급부재; 상기 하우징 상부에 설치되어 잔류 오존을 제거하는 오존분해기; 각 구성요소와 연결된 전원공급부; 및 제어부를 포함하여 이루어진다.

산화, 복합, 고급산화, 유기물, 난분해성, 연속식, 회분식, SBR

Description

연속식 및 회분식 수처리를 위한 복합 고급 산화장치{COMPOSITE AOP APPARATUS FOR CONTINUOUS AND BATCH PURIFICATION}

도 1은 공지된 각 고급산화공정(AOP)의 반응효율을 오존산화(ozonation), 광분해(photolysis)(UV 사용할 경우)와 OH 라디칼 반응(radical reaction) 비율로 나타낸 그래프이다.

도 2는 각 고급산화공정(AOP)의 OH 라디칼 생성량을 비교한 그래프이다.

도 3은 본 발명에 따른 복합 고급 산화장치의 개략도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

A: 산화장치 V: 밸브

10: 하우징 11A,11B: 반응공간부

11a: 격벽 13a,13a',13b,13b': 유입구

15a,15b: 방류구 17a,17b: 투시창

21: 교반부재 23A,23B,37a: 자외선램프

31A,31B: 금속이온 공급부재 33A,33B: 과산화수소 공급부재

35: 오존 공급부재 37: 오존분해기

39: pH 조절제 투입부재 40: 전원공급부

본 발명은 상수, 하·폐수, 지하수, 빗물, 축산폐수, 분뇨폐수 등의 처리수 및 재이용수나 초순도의 처리수를 얻을 수 있는 복합 고급산화(AOP; advanced oxidation process)장치에 관한 것으로,

보다 상세하게는 종래 공지된 여러 고급산화공정 방식을 위한 구성요소를 하나의 반응조에 집적하여 연속식 및 회분식(특히 SBR, sequencing batch reactor) 방식에 적합하고 초기 투자비와 부대시설 소모를 줄이고, 처리수에 따라 공지된 다양한 고급산화 공정을 취사 적용할 수 있어 수처리 효율이 뛰어난 복합 고급 산화장치에 관한 것이다.

산화법은 염소나 오존과 같은 산화력이 강한 물질을 투입하여 오염물질을 처리하는 방법으로 정·폐수 처리에 흔히 사용되고 있다.

특히 정수처리에 있어 염소사용은 살균력 면에서나 경제적인 면에서 가장 우수한 방법이라고 할 수 있지만, 1974년 Rock, Bellar 등이 염소의 소독과정에서 발암물질인 트리할로메탄(THMs)이 생성된다는 것을 발견한 이후로 사용을 꺼리는 경향이 생겨났다.

염소의 대안으로 사용된 물질이 오존인데 우선 산화력이 염소에 비해 뛰어나고 THMs에 대한 분해능력이 있으며 용존산소를 증가시키는 효과가 있는 장점을 가졌다.

그러나 오존은 산화력은 강하나 유기물과 선택적으로 반응하기 때문에 처리하지 못하는 유기물이 잔존하고 폐수 성상에 따라서는 오염물질을 이산화탄소로 완전히 분해시키지 못하고 알데하이드(aldehyde)나 브로메이트(bromate)와 같은 부산물을 생성하는 단점이 있다.

이러한 기존 산화법의 단점을 극복하는 방법으로 제시된 것이 고급산화공정 (AOP; Advanced Oxidation Process)이다.

이 방법은 인위적으로 하이드록실 라디칼(hydroxyl radical(OH radical))을 생성시켜 오염물질을 제거하는 방법으로 OH radical은 산화력이 다음 [표 1]에서 확인할 수 있는 바와 같이 다른 산화제에 비해 월등히 뛰어나고, 비선택적으로 반응하기 때문에 유기염소화합물과 같은 난분해성 물질도 신속히 분해한다.

[표 1 : 여러 산화제의 산화력 비교]

산 화 제	Oxidation Potential (V)
OH radical	2.80
오존	2.07
과산화수소	1.77
Permanganate	1.68
염소	1.36

AOP 기술은 1970년대 이후 미국 및 유럽 등지에서 이미 부분적으로 연구되어 1980년대 후반부터 상수나 지하수 처리에 상용화되기 시작하였으며, 현재는 캐나다, 프랑스 등을 중심으로 폐수처리공정 또는 고도처리공정에 적용하기 위한 연구가 활발한 상태이다.

한편 일본에서도 1970년대부터 고도정수기술에 대한 검토가 이루어졌으며, 기존정수공정에 오존공정과 입상 활성탄 공정 등을 부가시키는 형태로서 개발되었고, 이들을 현장에 적용하고 있다. 최근 물부족 문제가 대두되면서 빗물과 하·폐수의 재이용분야에 AOP기술을 도입하고 있으며, 초순수 제조공정에의 도입도 연구·검토되고 있다

AOP의 관건은 어떻게 OH radical의 생성량을 증가시키는가 인데, 이를 위해 다양한 방법이 사용되고 있다.

즉 기존의 산화법에 촉매를 투입하기도 하고 산화제를 혼합하기도 하며 자외선을 조사하기도 한다.

이 장치에서 수행할 수 있는 공지된 AOP는 11가지 공정으로 나눌 수 있다.

[표 2 : 공지된 AOP 류]

① O₃	⑦ H₂O₂/Fe²⁺
② UV	⑧ O₃/H₂O₂/Fe²⁺
③ O₃/Fe²⁺	⑨ O₃/UV/H₂O₂
④ O₃/H₂O₂	⑩ UV/H₂O₂/Fe²⁺
⑤ O₃/UV	⑪ O₃/UV/H₂O₂/Fe²⁺
⑥ UV/H₂O₂

상기 [표 2]에 열거한 각 공정을 보다 상세히 살펴보면 다음과 같다.

(1) O ₃ 공정

하기 펜톤산화법이 산성 조건에서 효과적인 AOP라면 오존산화법은 알칼리성 조건에서 유리한 AOP라 할 수 있다. 오존은 산성에서는 비교적 안정한 편이나 알칼리성에서는 불안정해져 superoxide radical(O₂ ^-·)과 hydroperoxy radical(HO₂·)로 분해된다.

생성된 superoxide radical은 오존과의 반응을 통해 OH radical을 생성하고,

hydeoperoxy radical도 superoxide radical로 전환되어 OH radical을 생성한 다.

(2) UV 공정

유기물 분자가 자외선을 흡수하여, 그 에너지에 의해 결합이 끊어지면서 고분자물질이 저분자화된다.

(3) O ₃ /Fe ²⁺ 공정

철이온이 촉매역할을 하여 O₃의 산화를 도와줌으로 OH radical를 생성시킨다.

(4) O ₃ /H ₂ O ₂ 공정

과산화수소(peroxide)와 오존(ozone)을 함께 사용하기 때문에 peroxone이라고 명명되 AOP법이다. 과산화수소는 약산으로 다음과 같이 해리된다.

HO₂ ^-는 오존과 반응성이 뛰어나 다음과 같이 두 가지 radical을 생성하고,

이 중 O₃ ^-·는 다음의 반응을 거쳐 OH radical을 생성하며,

HO₂·도 다음과 같이 OH radical을 생성하게 된다.

따라서 위 반응을 종합하면 아래와 같다.

(5) O ₃ /UV 공정

자외선과 오존을 병행한 공정으로 오존이 자외선을 흡수하면 광분해되는데 중간과정에 과산화수소가 발생한다.

발생한 과산화수소가 해리되어 PEROXONE법과 동일한 과정을 거쳐 OH radical 을 생성하게 된다.

이러한 광산화공정은 오존을 단독으로 사용했을 경우보다 월등한(10~104배이상) 상승작용효과를 얻을 수 있다.

(6) UV/H ₂ O ₂ 공정

과산화수소가 자외선을 흡수하면 광분해되어 2몰의 OH radical을 생성하게 된다.

(7) H ₂ O ₂ /Fe ²⁺ 공정

촉매로서 철 2가이온과 산화제로서 과산화수소의 혼합물을 펜톤 용액이라 칭하는데, 이를 발명한 영국의 화학자 Fenton의 이름을 따 명명한 것이다. OH radical의 생성원리는 아래 반응식에 나타나 있다.

수중에 유기물이 없는 경우 OH radical은 철 이온 또는 과산화수소와 반응하여 소모되고,

유기물이 있는 경우에는 OH radical이 이와 반응하여 분해하고 철이온은 2가로 환원된다.

수중에 다량의 인이 존재하는 경우 촉매로 사용되는 철은 인과 반응하여 침전물을 형성하여, 제거할 수 있다.

Fe ³⁺ + PO ₄ ^3- → FePO ₄ ↓

또한, UV를 도입하여 광펜톤반응을 유도할 경우 OH radical의 생성을 더욱 증가시켜 산화력을 증폭시킬 수 있다.

(8) O ₃ /H ₂ O ₂ /Fe ²⁺ 공정

상기 4, 7번 공정의 복합공정으로서 OH radical 생성의 상승효과를 얻을 수 있다.

(9) O ₃ /UV/H ₂ O ₂ 공정

상기 4번의 공정에 UV 공정을 부가하여 광분해에 의한 OH radical 생성의 상승효과 및 5,6번 공정의 장점도 부가적으로 얻을 수 있다.

(10) UV/H ₂ O ₂ /Fe ²⁺ 공정

7번 공정에 UV공정을 부가한 공정으로 광펜톤반응이라고도 부르며, 월등한 OH radical 생성의 상승효과를 얻을 수 있다.

(11) O ₃ /UV/H ₂ O ₂ /Fe ²⁺ 공정

모든 공정의 복합공정으로 OH radical 생성이 가장 많은 공정이다.

상기 각 공정의 장단점을 요약하면,

상기 고급산화(AOP) 반응 중 오존산화(ozonation)는 COD, BOD 제거와 탈색, 응집침전 효율향상, 발암물질 생성억제, 미량의 유기물 제거 및 독성 물질의 무해화 등의 장점을 지니지만, 오염물질에 선택적으로 반응하므로 처리물질이 제한적이 며, 또한 잔류오존의 처리와 부대시설이 많이 소모되는 단점이 있다.

또 상기 광분해(photolysis)는 COD, BOD 제거와 탈색, 소독, 미량의 유기물을 제거하나 오존산화나 OH radical에 비하여 그 효율이 낮으며, 기본적으로 자외선 램프의 성능에 따라 효율의 차이가 크다.

그리고 OH radical에 의한 반응은 대상 오염물에 비선택적으로 반응하므로 생물학적 처리법을 적용하기 어려운 난분해성과 독성물질의 분해 및 색도제거와 N, P제거(공정에 따라)도 가능하며, 2차오염이 거의 없다. 또한 유해 세균 및 박테리아의 disinfection의 효과도 얻을 수 있다.

이러한 각 고급산화 공정과 관련하여 도 1에는 상기 11가지 공정 각각의 반응효율을 오존산화(ozonation), 광분해(photolysis)(UV 사용할 경우)와 OH radical 생성량에 따라 나타낸 그래프를 도시하였고, 도 2에는 OH radical의 생성량 그래프를 도시하였다.

그러므로 이상과 같은 공지된 대략 11가지의 고급산화 공정(AOP)을 하나의 장치에 혼성 구현한다면, 상수 또는 각종 하·폐수의 상황에 맞게 적절한 공정을 취사 선택하여 혼성 사용할 수 있어 수처리 비용을 낮추고 처리효율은 높일 수 있을 것으로 기대된다.

상수 또는 각종 하·폐수 처리 방법 및 장치와 관련된 종래 기술은

미생물의 증식과 분해율을 촉진시킬 수 있는 물리화학적 전처리 과정, 또는 고농도의 산소공급이 이루어지게 하는 생물학적 처리과정, 또는 OH라디칼에 의한 화학적 산화 처리과정의 복합 처리방식을 구현하여 폐수 중의 난분해성 오염물질과 색도, 그리고 악취 및 중금속 성분을 완전히 제거하고자 제시된 특허공개 제2002-0009956호(2002.02.02) 『난분해성 오염물질과 중금속을 함유한 폐수처리 방법 및 장치』가 있고,

또 고급산화법, 특히 광분해 산화법을 이용하여 원수에 포함된 저분자성 또는 난분해성 유기물을 제거하고자 제시된 특허등록 제0479321호(2005.03.12(9) 『저분자성 또는 난분해성 유기물 처리 장치 시스템』이 있으며,

산화촉매를 통해 생성된 라디칼산화수와 수중의 유무기성 오염물질을 정저기장 반응장치 내에서 반응할 수 있도록 하여 효율을 높이는 것과 관련된 특허등록 제0477203호(2005.03.09) 『라디칼 산화수 생성장치, 라디칼산화수 및 이를 이용한 수처리 시스템』 등이 있다.

그러나 이러한 종래 복합 산화 장치는 공지된 산화공정 중 일부만을 이용하는 것이어서 한계가 있다.

본 발명은 상수, 하·폐수, 지하수, 빗물, 축산폐수, 분뇨폐수 처리 비용은 낮추며 처리 효율은 높이기 위하여 종래 공지된 오존산화(ozonation), 광분해(photolysis)(UV 사용할 경우)와 OH 라디칼(radical) 방식과 관련된 각종 고급산 화 공정을 하나의 장치에 혼성 구현하여 연속식 및 회분식 수처리를 위한 복합 고급 산화장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또 본 발명은 연속식 수처리 또는 회분식 수처리에 따라 운전되는 구성요소의 조합을 달리하고, 나아가 상수 또는 하·폐수의 종류에 따라 역시 운전되는 구성요소의 조합을 달리하여 운전 효율과 수처리 효율을 최대화 하는 운전모드(mode)를 구현할 수 있는 복합 고급 산화장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 연속식 및 회분식 수처리를 위한 복합 고급 산화장치는 상부 반응공간부와 하부 반응공간부로 나뉘고, 유입구와 방류구를 갖는 하우징; 상기 하우징 내에 설치된 교반부재; 상기 하우징 내에 설치된 자외선램프; 상기 하우징의 반응공간부와 연결된 금속이온 공급부재; 상기 하우징의 반응공간부와 연결된 과산화수소 공급부재; 상기 하우징의 반응공간부와 연결된 오존 또는 산소 공급부재; 상기 하우징 상부에 설치되어 잔류 오존을 제거하는 오존분해기; 각 구성요소와 연결된 전원공급부; 및 제어부를 포함하여 이루어진다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.

도 3에서 점선은 처리수의 흐름을 나타내고, 일점쇄선은 pH조절제나 오존 등 의 수처리제 유입 경로를 나타내며, 이점쇄선은 전원 연결관계를 나타내고 있다.

먼저 도 3에서 본 발명에 따른 복합 고급 산화장치(A)는 상부 반응공간부(11A)와 하부 반응공간부(11B)가 구비된 하우징(10)을 가지며, 상기 하우징 내외부에 오존산화(ozonation), 광분해(photolysis)(UV 사용할 경우)와 OH 라디칼(radical) 방식을 위한 각 구성요소가 배열되어 있다.

상기 하우징은 대한민국 스테인레스강 표준에 따른 STS 316 또는 STS 304 재질을 선택할 수 있으며, 상기 상부 반응공간부(11A)와 하부 반응공간부(11B)는 기본적으로 경사진 구조여서 중력에 의하여 처리수에 포함되거나 수처리 과정에서 생성된 물질이 침전되어 모이도록 되어 있는 구조로 되어 있으며,

처리수의 반응상황 점검을 위한 투시창(17a)(17b)이 각각 구비되어 있다.

특히 상기 하부 반응공간부(11B)는 호퍼 형태이며, 저면에 침전된 슬러지의 부상을 방지하기 위한 격벽(11a)이 하면에 치우쳐 배열되어 있는데,

상기 격벽(11a)의 형상은 하부 반응공간부(11B)와 마찬가지로 호퍼 형태이지만 경사도가 보다 급하게 되어 있는데, 격벽의 형상은 당업자에 의하여 다양하게 변형될 수 있으며,

그 하부에는 슬러지 배출구(11b)가 형성되어 있어 밸브(V)의 수동 또는 자동 개방으로 슬러지의 제거가 가능하도록 되어 있다.

또 상기 하우징(10)에는 상수 또는 각종 하·폐수 등의 처리수 유입을 위한 유입구(13a,13a',13b,13b')와 처리 완료된 정제수의 배출을 위한 방류구(15a,15b)가 각각 설치되어 있는데, 처리수의 유입과 정제수의 배출은 자연 유하 또는 펌프를 이용한 강제 배출이 필요에 따라 적절하게 선택될 수 있다.

상기 하우징(10) 내, 특히 상부 반응공간부(11A)에는 제어부(제어관계 미(未)도시)에 의하여 속도조절이 가능한 교반부재(21)가 설치되어 있어 수류를 형성하여 처리수가 오존, 과산화수소, 산소, 금속이온 또는 각종 수처리제와 잘 혼합되도록 하며, 또 자외선램프(23A,23B)와 처리수의 원활하고 반복된 접촉이 가능하게 한다.

다음으로 상기 하우징(10) 내, 특히 상부 반응공간부(11A)에는 가로 세로로 복수의 자외선 램프(23A,23B)가 설치되어 있는데, 도시되지는 않았으나 상기 램프는 전원공급부(40) 및 제어부와 각각 연결되어 있으며,

램프는 254nm 파장을 발하는 램프, 185㎚와 254㎚의 파장을 발하는 램프 그리고 185nm에서 600nm까지의 파장을 발하는 램프를 독자적으로 또는 혼성되어 배열될 수 있는데, 185㎚의 파장은 수중의 산소와 반응하여 오존을 생성할 수 있고, 254㎚의 파장은 오존과 반응하여 OH 라디칼을 생성하여 분해 대상물질을 효과적으로 물과 이산화탄소로 분해할 수 있으므로, 처리수에 따라 별도의 오존 공급부재(35)의 작동을 필요로 하지 않는다.

앞서 (3)O₃/Fe²⁺ 공정이나 (7)H₂O₂/Fe²⁺ 공정에서 철이온이 촉매역할을 하여 오존 또는 과산화수소의 산화를 도와줌으로 OH radical을 생성시키도록 하기 위하여 본 발명에 따른 하우징(10)의 내부 및/또는 외부에는 상기 하우징의 반응공간부와 연결된 금속이온 공급부재, 특히 전기분해수단을 구비한 부재가 구비될 수 있는데,

도시된 본 발명에 따른 산화장치(A)에서는 하우징의 내외부에 모두 금속이온 공급부재가 구비되어 있다.

상기 외부 금속이온 공급부재(31A)는 금속이온, 특히 철 2가 이온 또는 알루미늄 이온을 공급하기 위한 것으로,

케이스의 내부에는 복수의 다공성 금속판(31a)이 배열되어 있으며, 각 금속판은 상기 전원공급부(40)와 연결되어 있으며,

처리수가 최초 상기 부재(31A)를 거친 다음 과산화수소 공급부재((33A)(33B)를 거치거나 곧바로 각각의 상하부 유입구(13a,13b)(13a',13b')를 거쳐 상하부 반응공간부(11A)(11B)로 유입되게 된다.

이러한 선택적인 처리수의 유입은 각 유입구(13a,13b)(13a',13b')로의 경로상에 구비된 밸브(V)를 통하여 수동 또는 제어부에 의하여 자동(이때는 솔레노이드 밸브인 것이 바람직하다)으로 조절된다.

또 상기 내부 금속이온 공급부재(31B)는 역시 전원공급부(40)와 연결되어 있 으며, 주된 기능은 역시 금속이온, 특히 철 2가 이온이나 알루미늄 이온을 공급하기 위한 것이지만, 상기 상부 반응공간부(11A) 내에 설치되어 있음으로 인하여 유무기물의 전기분해와 슬러지 응집 침전에도 기여할 수 있으며, 도면에서는 금속봉(31b) 형태를 갖는다.

이러한 내외부 금속이온 공급부재(31B)(31A)는 동시에 운전되지 않으며, 고급산화 반응 종류의 선택에 따라 제어부에 의하여 on/off 된다.

앞서 설명한 (4)O₃/H₂O₂ 공정, (6)UV/H₂O₂ 공정, (7)H₂O₂/Fe²⁺ 공정, (8)O₃/H₂O₂/Fe²⁺ 공정, (9)O₃/UV/H₂O₂ 공정, (10)UV/H₂O₂/Fe²⁺ 공정, 그리고 (11)O₃/UV/H₂O₂/Fe²⁺ 공정을 위하여 상기 하우징의 반응공간부와 연결된 과산화수소 공급부재가 구비되어 있는데,

도면에서 상기 과산화수소 공급부재(33A)(33B)는 상기 하우징(10)의 외부 상하부에 각각 구비되어 있으며, 암나사 형태를 갖는 라인믹서 구조이므로 처리수와 과산화수소의 원활한 혼합이 가능하도록 되어있다.

다음으로 앞서 언급한 (1)O₃ 공정, (3)O₃/Fe²⁺ 공정, (4)O₃/H₂O₂ 공정, (5)O₃/UV 공정, (6)UV/H₂O₂ 공정, (8)O₃/H₂O₂/Fe²⁺ 공정, (9)O₃/UV/H₂O₂ 공정, (10)UV/H₂O₂/Fe²⁺ 공정, 그리고 (11)O₃/UV/H₂O₂/Fe²⁺ 공정을 위하여 상기 하우징의 반응공간부와 연결된 오존 또는 산소 공급부재가 구비되어 있는데,

특히 상기 부재(35)는 오존 또는 산소와 분해물질의 원활한 혼합 접촉을 위하여 상기 하우징(10)의 하부 측면에 위치하여 상하부 반응공간부(11A)(11B) 내로 유입된 오존 또는 산소가 나선형으로 수류 방향을 따라 부상하도록 되어 있다.

또 상기 하우징(10) 상부에는 잔류 오존을 제거하는 오존분해기(deozonizer)(37)가 설치되어 있어,

각 반응에서 사용되고 남은 미량의 오존이 대기 중으로 무단방출되는 것을 방지할 수 있으며,

이를 위하여 케이스 내부에 자외선 램프(37a), 특히 254㎚의 파장을 발하는 램프가 구비되어 있다.

또 상기 하우징(10)의 상하 반응공간부(11A)(11B)에는 각종 pH 조절제 공급을 위한 투입부재(39A)(39B)가 구비되어 있으며, 상기 하우징(10)의 상부에는 pH 측정을 위한 pH 미터(meter)(39a)가 구비되어 있어

상기 pH 미터(39a)에서 측정된 산도를 판단하고 제어부에 의하여 처리수의 상황과 반응 종류에 따라 산이나 염기로 이루어진 pH 조절제가 투입되도록 할 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 따른 복합 고급 산화장치(A)는 다양한 고급 산화공정의 선택적인 운전이 가능한 장치로, ①O₃②UV ③O₃/Fe²⁺④O₃/H₂O₂⑤O₃/UV ⑥UV/H₂O₂⑦H₂O₂/Fe²⁺⑧O₃/H₂O₂/Fe²⁺ ⑨O₃/UV/H₂O₂⑩UV/H₂O₂/Fe²⁺⑪O₃/UV/H₂O₂/Fe²⁺의 다양한고급산화공정을 반응기 1개소에서 수행할 수 있으며, 또 처리수에 따라 위의 반응기작을 연결하여 실현할 수 있어, 오존산화(ozonation), 광분해(photolysis)(UV 사용할 경우)와 OH 라디칼(radical) 방식과 관련된 각종 고급산화 공정이 혼성실현이 가능하여,

일반적으로 하나 또는 두 종류 정도의 산화공정을 실행하는 종래 수처리 산화장치에 비하여 초기투자비 및 부대시설의 소모가 적고 운전효율 및 반응효율을 높일 수 있는데,

특히 본 발명에 따른 산화장치(A)의 장점 중 각각의 반응을 1개의 반응기로 구성하고, 각각의 반응을 반응기 1개소에서 순서(cycle)에 의해 운전할 수 있어 초기투자비 및 부지면적을 줄일 수 있다는 장점은

기존 광펜톤반응을 위한 수처리 시스템이 pH 조절 → 광펜톤반응기 → pH 중화조 → 응집조 → 침전조의 형태로 되어 있었던 것과 비교하면 더욱 극명해진다.

상기 연속식 운전시에 처리수의 흐름은 상기 상부 유입구(13a)를 거쳐 상기 하부 방류구(15b)를 통하여 방출되거나, 상기 하부 유입구(13b)를 거쳐 상기 상부 방류구(15a)를 통하여 방출되는 경로가 사용될 수 있으며,

상기 회분식 운전시에 처리수의 흐름은 상기 상부 또는 하부 유입구(13a)(13b), 또는 이들 모두의 유입구를 거쳐 상기 하부 방류구(15b)를 통하여 방출되는 경로가 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 산화장치(A)에서 제어부를 통하여 자동으로 또는 수동으로 운전 모드를 선택할 경우

비교적 처리가 쉬운 처리수의 경우 ① 내지 ⑤ 공정에 맞게 산화장치를 운전하고, 처리가 어려운 처리수의 경우에는 ⑩ 및 ⑪ 공정에 맞게 산화장치를 운전하며, 그 외 필요에 따른 다른 산화공정에 맞게 장치를 운전할 수 있다.

예를 들어 처리수가 분뇨 및 축산폐수인 경우 고농도의 질소(N) 및 인(P)의 유입으로 인해 대부분의 종래 처리시설에서 유기물 및 질소제거의 효율이 낮아 이로 인하여 설비 및 유지관리의 낭비를 초래하고 있는데,

본 발명에 따른 산화장치에서는 고급산화공정(AOP) 중 ⑩UV/H₂O₂/Fe²⁺이나 ⑪O₃/UV/H₂O₂/Fe²⁺에 맞게 운전하면 OH 라디칼과 전기화학적인 방법으로 질소(N) 및 인(P) 제거뿐만 아니라 COD 및 BOD도 효과적으로 개선할 수 있다.

이러한 ⑩ 및 ⑪공정의 경우 pH조정과 슬러지 발생이라는 부가적 처리비용이 증대되므로, 처리가 어려운 고농도의 하·폐수에 적용하는 것이 경제성의 논리에 부합될 것이다.

또 상기 자외선(UV) 램프(23A)(23B)는 조건에 따라 254nm 파장을 발하는 램프, 185㎚와 254㎚의 파장을 발하는 램프 그리고 185nm에서 600nm까지의 파장을 발하는 램프를 사용함으로 수처리 효율을 높일 수 있다.

특히 185㎚와 254㎚의 파장을 발하는 램프를 사용할 경우 수중의 O₂와 반응하여 O₃를 생성하므로 처리수에 따라 별도의 O₃ 공급부재(35)의 작동을 필요로 하지 않는다.

그 외 상기 금속이온 공급부재(31A)(31B)에서 철봉이나 알루미늄봉 등을 전기화학적인 방법으로 전기분해하여 필요한 이온을 얻을 수 있으므로 철염이나 알럼(Alum) 등의 응집제를 투입할 필요가 없으며,

상기 내부 금속이온공급부재(31B)에서의 전기분해반응으로 인하여 (-)극봉에서 환원반응에 의해 수중의 질소(N)를 질소가스(N₂)형태로 제거할 수 있고,

또 철이온을 이용한 AOP 공정에서는 수중의 인(P)과 반응하여 FePO₄형태로 제거할 수 있다.

나아가 본 발명에 따른 산화장치(A)가 광펜톤반응에 맞게 운전된 이후 pH를 조절하여 UV/O₃/H₂O₂ 반응을 실현할 수 있다.

본 발명에 따른 산화장치의 운전에 있어 자동화된 시스템 구현을 위하여 처리수의 성상 및 각 산화공정의 조건의 조합에 따라 프로그램화하여 제어부를 이루는 프로세서를 통하여 각 구성요소의 유기적인 on/off, 작동시간, 작동속도, pH조절제나 오존 등의 수처리제의 투입시기 및 투입량, 각 밸브의 개폐가 자동 조절되도록 할 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 연속식 및 회분식 수처리를 위한 복합 고급 산화장치는 상수, 하·폐수, 지하수, 빗물, 축산폐수, 분뇨폐수 처리 비용은 낮추며 처리 효율은 높이기 위하여 종래 공지된 오존산화(ozonation), 광분해(photolysis)(UV 사용할 경우)와 OH 라디칼(radical) 방식과 관련된 각종 고급산화 공정을 하나의 장치에 혼성 구현하였으며, 또 연속식 수처리 또는 회분식 수처리에 따라 운전되는 구성요소의 조합을 달리하고, 나아가 상수 또는 하·폐수의 종류에 따라 역시 운전되는 구성요소의 조합을 달리하여 운전 효율과 수처리 효율을 최대화 하는 운전모드(mode)를 구현할 수 있어, 결국 처리수의 성상에 따라 다양한 고급산화처리를 할 수 있음으로 정수, 하·폐수, 지하수, 빗물, 축산폐수, 분뇨폐수 등의 처리수나 재이용수 및 초순수 제조공정 등 그 적용분야가 폭넓다.

이상의 설명에서 상수 또는 각종 오폐수와 관련된 수처리에 대한 통상의 공지된 기술을 생략되어 있으나, 당업자라면 이를 당연히 추측 및 추론할 수 있을 것이다.

또 이상에서 본 발명을 설명함에 있어 첨부된 도면을 참조하여 특정 구조와 배열 형태, 운전모드에 대한 복합 고급 산화장치를 위주로 설명하였으나 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

Claims

삭제
상부 반응공간부와 하부 반응공간부로 나뉘고, 유입구와 방류구를 갖는 하우징;

상기 하우징 내에 설치된 교반부재;

상기 하우징 내에 설치된 자외선램프;

상기 하우징의 반응공간부와 연결된 금속이온 공급부재;

상기 하우징의 반응공간부와 연결된 과산화수소 공급부재;

상기 하우징의 반응공간부와 연결된 오존 또는 산소 공급부재;

상기 하우징 상부에 설치되어 잔류 오존을 제거하는 오존분해기;

각 구성요소와 연결된 전원공급부; 및

제어부를 포함하여 이루어지되,

상기 하우징의 하부 반응공간부는 호퍼 형태이고,

상기 하부 반응공간부에는 저면에 침전된 슬러지의 부상을 방지하기 위한 격벽이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 연속식 및 회분식 수처리를 위한 복합 고급 산화장치.
제 2 항에 있어서, 상기 금속이온 공급부재는

상기 하우징 외부에 설치된 전기분해수단을 포함하며,

처리수는 최초 상기 외부 전기분해수단을 거쳐 상기 과산화수소 공급부재를 통과하여 상기 하우징의 유입구로 들어오거나, 직접적으로 상기 하우징의 유입구로 들어오는 것을 특징으로 하는 연속식 및 회분식 수처리를 위한 복합 고급 산화장치.
제 3 항에 있어서, 상기 금속이온 공급부재는

상기 하우징 내부에 설치된 전기분해수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연속식 및 회분식 수처리를 위한 복합 고급 산화장치.
제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 하우징의 유입구와 방류구는 각각 상기 상하 반응공간부에 설치되어 있으며,

연속식 운전시 처리수의 흐름은

상기 상부 유입구를 거쳐 상기 하부 방류구를 통하여 방출되거나, 상기 하부 유입구를 거쳐 상기 상부 방류구를 통하여 방출되는 것을 특징으로 하는 연속식 및 회분식 수처리를 위한 복합 고급 산화장치.
제 5 항에 있어서,

상기 하우징의 상부 방류구는 상기 오존분해기와 연결되어 있어 잔류 오존의 대기방출이 방지되는 것을 특징으로 하는 연속식 및 회분식 수처리를 위한 복합 고급 산화장치.
제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 하우징의 유입구와 방류구는 각각 상기 상하 반응공간부에 설치되어 있으며,

회분식 운전시 처리수의 흐름은

상기 상부 또는 하부 유입구, 또는 이들 모두의 유입구를 거쳐 상기 하부 방류구를 통하여 방출되는 것을 특징으로 하는 연속식 및 회분식 수처리를 위한 복합 고급 산화장치.