KR100735546B1 - 고농도 유기성 폐수의 정화방법 - Google Patents
고농도 유기성 폐수의 정화방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 가축분뇨, 음식물 폐기물류 탈수여액, 하수 잉여 슬러지 등의 고농도 유기성 폐수를 고온 호기성 소화 반응조와 진동형 막분리부와 전기응집 및 역삼투압기를 순서대로 통과시키면서 제한된 면적에서 낮은 비용으로 효율적이고 안정적으로 처리할 수 있으며, 병원성 미생물을 사멸시킴과 아울러 유기물, 질소, 인의 포함정도가 다른 다양한 액비를 얻을 수 있도록 한 고농도 유기성 폐수의 정화방법에 관한 것이다.
고온 호기성 소화, 고농도 유기성 폐수, 액비
Description
도 1은 본 발명에 따른 고농도 유기성 폐수의 정화방법을 보인 순서도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 고농도 유기성 폐수의 정화방법의 고온 호기성 소화반응장치 구성도.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 고농도 유기성의 정화방법의 진동형 막분리장치 구성을 보인 도면.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 고온 호기성 소화반응장치의 실험 데이터.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
S10: 고온호기성소화단계 S20: 고액분리단계
S30: 여과막 분리단계 S40: 전기응집단계
S50: 침전단계 S60: 역삼투압단계
110: 폐수공급부 120: 공기공급부
130: 내부거품제거부 140: 거품진공흡입부
본 발명은 고농도 유기성 폐수의 정화방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 가축분뇨, 음식물 폐기물류 탈수여액, 하수 잉여 슬러지 등의 고농도 유기성 폐수를 고온 호기성 소화 반응조와 진동형 막분리부와 전기응집 및 역삼투압기를 순서대로 통과시키면서 제한된 면적에서 낮은 비용으로 효율적이고 안정적으로 처리할 수 있으며, 병원성 미생물을 사멸시킴과 아울러 유기물, 질소, 인의 포함정도가 다른 다양한 액비를 얻을 수 있어 자원화도를 높일 수 있도록 한 고농도 유기성 폐수의 정화방법에 관한 것이다.
축산 폐수를 처리하기 위하여 종래에 사용되어 왔던 방법으로는 퇴비화, 액비화, 활성 슬러지법 및 막여과 방법 등이 그 대표적인 방법이다.
상기 퇴비화 방법은 축산 폐수를 톱밥과 섞어서 장기간 발효시켜서 자원화 하는 방법으로, 장기간 발효를 위해서는 넓은 부지가 필요하고 저장 부지도 필요하다는 점에서 경제성이 떨어지는 방법이다.
상기 액비화는 축산 폐수를 저장 용기에 장기간 단순 저장하는 방법, 저장 중에 산소를 공급하는 방법 그리고 저장 중 산소 공급과 더불어 미생물 제재를 투여하여 악취를 제거하는 방법 등이 있다.
종래에 사용되어 온 이 방법은 폐수의 정화개념이 결여되어 있기 때문에 과량의 폭기를 유발하기 위해 이용되는 전력 소모가 크고 미생물 제재를 구입하는 비용 부담이 있으며 액비 소요시기의 한정성과 수급 불균형으로 인한 저장 시설의 대형화가 불가피하여 널리 보급되지 못하고 있는 실정이다.
상기 활성 슬러지법은 축산 폐수를 활성 슬러지 내의 미생물과 접촉시켜 미생물이 축산 폐수 중의 유기물을 섭취 분해함으로써 축산 폐수를 처리하는 방법으로, 이러한 생물학적 정화 처리방법에 있어서는 유입 폐수의 농도변화가 심하면 부하변동에 대한 대응력이 떨어져서 고농도의 축산 폐수를 적정하게 처리할 수 없고 폐수 처리를 위해서 넓은 부지가 요구되는 단점이 있다.
상기 막여과 방법은 활성 슬러지법의 한계를 극복하기 위해 활성 슬러지법으로 처리된 폐수를 막으로 여과하여 처리수 중의 고형물을 제거하는 방법인데, 농축수를 액비로 사용하는 등의 장점이 있는 반면 유지 관리가 어렵고, 액비로 이용 시 미분해 유기물에 의한 토양 오염 등의 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 본 발명의 목적은 고온 호기성 소화단계와, 여과막 분리단계와, 전기응집단계 및 역삼투압단계를 순서대로 행하면서 고농도 유기성 폐수의 병원성 미생물이 사멸되고, 질소가 농축되어 시비처방이 용이한 액비를 생산하며, 계절적으로 액비의 수요량의 변동에 따라 공정의 변화를 통하여 탄력적인 생산량을 통하여 농가에 공급할 수 있도록 함과 아울러 여과막 분리단계에서 막분리부에 진동을 통한 전단력을 증가시켜 고농도 유기성 폐수에 의한 멤브레인의 막힘현상을 최소화하고, 전기응집단계에서 전기응집반응기를 이용하여 용해물질이나 현탁물질을 제거의 응집을 유도하며, 역삼투압단계에서 역삼투압기를 이용하여 멤브레인의 막힘현상을 저하시켜 선 자원화 후 정화처리가 가능한 고농도 유기성 폐수의 정화방법을 제공함에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 가축분뇨, 음식물 폐기물류 탈수여액, 하수 잉여 슬러지 등에서 협잡물을 제거한 고농도 유기성 폐수를 고온 호기성 소화 반응시키는 고온호기성소화단계와, 상기 고온호기성소화단계 후 고액분리조에서 고온 호기성 소화 반응 처리수에 무기 응집제, 고분자응집제 중 어느 하나를 투여하여 화학응집 및 탈수공정에 의해 케익과 탈리여액으로 분리하는 고액분리단계와, 상기 고액분리단계 후 얻어진 탈리여액에 진동을 가하여 막힘현상을 최소화하는 막분리부를 이용하여 투과수와 농축된 농축수를 분리하는 여과막 분리단계와, 상기 여과막 분리단계 후 투과된 투과수를 전기응집반응기를 통하여 현탁고형물 및 용존성 고형물의 응집, 침전을 유도하는 전기응집단계와, 상기 전기응집단계 후 전기응집액을 침전시킴으로써 상등수와 침전슬러지로 분리하는 침전단계와, 상기 침전단계 후 발생한 상등수를 역삼투압기에 투입하여 무기물 및 유기물을 분리함으로써 투과수와 농축수로 분리하는 역삼투압단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 고농도 유기성 폐수의 정화방법을 제안하려는 것이다.
본 고안의 고온 호기성 소화단계는 반응조의 저면 일측에 연결되어진 흡입관과, 상기 흡입관을 개폐하도록 하는 개폐밸브와, 상기 흡입관에 설치되어져서 액관으로 고농도 유기성 폐수를 공급하도록 하는 내부순환펌프와, 상기 반응조의 액관 입구부에 설치되어져서 고농도 유기성 폐수의 출입을 개폐하는 액관유입밸브와, 상기 액관의 저면 혹은 측면으로 고농도 유기성 폐수를 분사하도록 하는 배출노즐 및 토출노즐과, 상기 액관을 저면에서 지지하도록 하는 저면지지대를 포함하여 이루어진 폐수공급부를 통해 상기 반응조 내부로 상기 고농도 유기성 폐수를 공급하고, 상기 액관의 배출노즐 각각으로 분기되게 연결된 공기공급관과, 상기 공기공급관에 공기를 송풍하도록 송풍기를 포함하여 이루어진 공기공급부를 통해 고온 호기성 미생물의 활성화를 통하여 고온조건을 형성시켜 고농도 유기성 폐수 내부에 존재하는 병원성 미생물을 사멸시키며, 상기 반응조의 일측 내면에 고정되어지고 중심부분에서 상측 부분까지 일정 구간에 걸쳐 거품을 유입시키는 거품유입홀을 구비하는 내부거품수집관과, 상기 내부거품수집관의 외측에 슬라이딩 가능하게 고정되어져서 고농도 유기성 폐수의 부력에 의하여 승강하면서 수면에 떠 있는 거품을 포집하도록 유입홈을 갖는 부력부재와, 상기 부력부재의 저면에서 상기 내부거품수집관을 감싸는 형상으로 고정되고 타단이 내부거품수집관의 외측면에 밀봉되어져서 상기 부력부재의 하측 부분의 거품유입홀에 고농도 유기성 폐수의 유입을 방지하는 주름관을 포함하여 이루어진 내부거품제거부를 통해 상기 고농도 유기성 폐수와 외부 공기의 접촉을 유지함과 아울러 상기 반응조의 일측에 고정되어 거품을 흡수하도록 하는 진공흡입관과, 상기 진공흡입관에서 흡입된 거품을 압축하여 액체로 만들어 주는 진공펌프와, 상기 진공펌프에서 액상화된 고농도 유기성 폐수를 반응조로 복귀하도록 하는 복귀관을 포함하여 이루어진 거품진공흡입부를 통해 거품을 액상 변환시켜 상기 반응조로 순환시키는 것을 특징으로 하는 고농도 유기성 폐수의 정화방법을 제안하려는 것이다.
이하, 본 발명에 따른 고농도 유기성 폐수의 정화방법을 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 고농도 유기성 폐수의 정화방법을 보인 순서도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 고농도 유기성 폐수의 정화방법의 고온 호기성 소화반응장치의 구성도이며, 도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 고농도 유기성 폐수의 정화방법의 진동형 막분리장치의 구성을 보인 도면이다.
또한, 도 4 및 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 고온 호기성 소화반응장치의 실험 데이터이다.
먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 고농도 유기성 폐수의 정화방법은 가축분뇨, 음식물 폐기물류 탈수여액, 하수 잉여 슬러지 등에서 협잡물을 제거한 고농도 유기성 폐수를 고온호기성소화단계(S10), 고액분리단계(S20), 여과막 분리단계(S30), 전기응집단계(S40), 침전단계(S50) 및 역삼투압단계(S60)로 순서대로 행한다.
상기 고온호기성소화단계(S10)는 고농도 유기성 폐수를 고온 호기성 소화 반응시키는 공정으로서, 유입되는 고농도 유기성 폐수의 유기물 농도를 줄이고, 난분 해성 물질, 독성 물질 및 부피를 감소시킴으로써 이후 실시하는 후단공정의 원활히 할 수 있음과 아울러 고온 호기성 미생물이 유기물을 산화 분해시 발생하는 산화열(3.5kcal/gVS)을 내부에 축적하여 내부 온도를 55~65℃가 되도록 조절함으로써 병원균의 사멸과 일부 고온 미생물 중 Basillus sp. 및 strenotrophomonas 등에서 발생되는 악취를 저감시키며, 토양미생물 및 작물의 흡수가 용이하도록 고분자 물질를 저분자화한 고온 호기성 소화 반응 처리수를 액비로서 사용 가능한 공정이다.
본 발명의 일실시예로서, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 고온호기성소화단계(S10)를 행하기 위해 구비되는 고온 호기성 소화장치는 폐수공급부(110), 공기공급부(120), 내부거품제거부(130) 및 거품진공흡입부(140)로 구성된다.
상기 폐수공급부(110)는 반응조(111)의 저면 일측에 연결되어진 흡입관(112)과, 상기 흡입관(112)을 개폐하도록 하는 개폐밸브(113)와, 상기 흡입관(112)에 설치되어져서 액관(114)으로 고농도 유기성 폐수를 공급하도록 하는 내부순환펌프(115)와, 상기 반응조(111)의 액관(114) 입구부에 설치되어 고농도 유기성 폐수의 출입을 개폐하는 액관유입밸브(116)와, 상기 액관(114)의 저면 혹은 측면으로 고농도 유기성 폐수를 분사하도록 하는 배출노즐(117) 및 토출노즐(118)과, 상기 액관(114)을 저면에서 지지하도록 하는 저면지지대(119)로 이루어진다.
상기 폐수공급부(110)는 반응조(111) 내부로 고농도 유기성 폐수를 공급하는 역할을 한다.
그리고, 상기 공기공급부(120)는 액관(114)의 배출노즐(117) 각각으로 분기되게 연결된 공기공급관(122)과, 상기 공기공급관(122)에 공기를 송풍하도록 송풍 기(124)로 구성되어 있으며, 반응조(111) 내부로 설정된 온도의 공기를 공급함으로써 고농도 유기성 폐수 내부에 포함된 병원성 미생물을 사멸시키는 역할을 한다.
여기서, 상기 병원성 미생물이 사멸되는 온도는 50 내지 60℃이다.
또한, 상기 내부거품제거부(130)는 반응조(111)의 일측 내면에 고정되어지고 중심부분에서 상측 부분까지 일정 구간에 걸쳐 거품을 유입시키는 거품유입홀(133)을 구비하는 내부거품수집관(132)과, 상기 내부거품수집관(132)의 외측에 슬라이딩 가능하게 고정되어져서 고농도 유기성 폐수의 부력에 의하여 승강하면서 수면에 떠 있는 거품을 포집하는 부력부재(134)와, 상기 부력부재(134)의 저면에서 내부거품수집관(132)을 감싸는 형상으로 고정되고 타단이 내부거품수집관(132)의 외측면에 밀봉되어져서 부력부재(134)의 하측 부분의 거품유입홀(133)에 고농도 유기성 폐수의 유입을 방지하는 주름관(136)으로 이루어진다.
그래서, 상기 내부거품제거부(130)는 고농도 유기성 폐수와 외부 공기의 접촉을 유지하도록 하는 역할을 한다.
이때, 상기 부력부재(134)는 상면을 중심방향으로 경사지게 형성되어 거품의 유입을 용이하게 한다.
또한, 상기 거품진공흡입부(140)는 반응조(111)의 일측에 고정되어 거품을 흡수하도록 하는 진공흡입관(142)과, 상기 진공흡입관(142)에서 흡입된 거품을 압축하여 액체로 만들어 주는 진공펌프(146)와, 상기 진공펌프(146)에서 액상화된 고농도 유기성 폐수를 반응조(111)로 복귀하도록 하는 복귀관(148)으로 이루어진다.
그래서, 상기 거품진공흡입부(140)는 거품을 액상 변환시켜 반응조(111)로 순환시키는 역할을 한다.
특히, 상기 고온호기성소화단계(S10)에서 처리된 고온 호기성 소화 반응 처리수는 액비로 사용 가능하게 되어 폐수의 자원화도를 향상시키게 된다.
한편, 상기 고온호기성소화단계(S10)에 사용되는 고온 호기성 소화장치를 고농도 유기성 폐수 중 가축분뇨에 적용하여 병원성 및 항생제 내성 미생물 제거효과를 살펴보기 위한 실험을 하였다.
실험 1
시료채취 실험에 사용된 시료는 가축분뇨원수, 저장액비, 고온 호기성 소화 처리수를 대상으로 하였으며 저장액비의 경우 6개월간 혐기성 발효시킨 안정화된 액상시료이며 고온 호기성 소화 처리수는 3일간의 운전기간을 통해 얻은 것이다.
병원성 미생물 분석에 사용한 총 대장균 수는 mTEC배지, 포도상구균의 수는 mannitol salt배지, 살모넬라는 Desoxycholate citrate배지를 사용하여 평가하였다. 대장균은 수질평가에서 주로 병원성 미생물의 평가 기준으로 사용되며, 포도상구균과 살모넬라균은 각각 그람 양성, 그람 음성의 대표 병원균들로 선정하였다.
이 배지는 인큐베이터 내에서 3일간 24℃로 배양하였고, 그 배지 위에 형성된 콜로니의 수를 측정하였다.
도 4에 따르면 고온 호기성 소화 처리수는 대장균이 사멸 되었으며 원수와 저장액비와는 많은 차이를 보이고 있으며 포도상구균과 살모넬라균과 유사한 병원성 미생물은 고온 호기성 소화 후 검출되지 않았다.
실험2
다양한 항생제 내성 미생물을 평가하기 위해서 여러 종류의 항생제를 실험에 사용하였으며 상기 실험에 사용한 항생제는 Tetracyclin hydrochloride[Tet], Kanamycin Monosulfate[Ka], Rifampicin[Rif], Ampicillin[Amp]이다.
Tet와 Ka는 단백질의 합성을 방해하며, Rif는 RNA/DNA의 합성을 저해하고, Amp는 미생물의 세포벽 기능에 영향을 준다.
병원성 미생물 실험에서 배양된 포도상구균과 살모넬라균, 대장균들 중 각각 80개씩 채취하여 다양한 항생제들을 복합 첨가한 R2A배지에서 배양하였다.
3일의 배양 후 이러한 항생제 복합첨가 배지들에서 생존한 병원성 미생물과 대장균 숫자를 측정하는 방법을 통해 병원성 미생물 내 항생제 내성 발현 여부를 평가하였다.
도 5는 다량의 항생제 내성 미생물이 원수와 저장액비 시료 내에서 검출 된 것을 보여 주며, 실험에 사용된 각각의 항생제에 대하여 내성을 띄고 있는 미생물의 검출로 두 시료 내 항생제 내성을 가진 미생물의 존재를 알 수 있다.
반면, 고온 호기성 소화 처리수는 항생제 내성 미생물이 발견되지 않은 것을 확인할 수 있으며, 고온 호기성 소화의 우수한 항생제 내성 미생물의 사멸 능력을 보여준다.
또한, 상기 고온 호기성 소화 처리수에는 고분자단백질의 저분자화 즉, 셀룰로오즈, 헤미셀룰로오즈는 분해되어 세분화 혹은 액상으로 되고 리그닌만 남아 내용액 전체가 액상으로 되며 점도가 높아진다.
이러한 특징은 생산된 액비의 토지환원 시 유기물이 토양에 축적되어 미분 해 부패되는 현상을 방지하고, 토양 미생물 중 질소고정 세균인 아조토박터, 뿌리혹박테리아, 클로스트리듐, 아나베나 등이 토양의 질소고정과 암모니아성질소, 아질산성질소, 질산성질소를 신속히 흡수 할 수 있는 환경을 조성해 준다.
상기 고온 호기성 소화 처리수의 부유물질과 인 농도를 저감하고자 고온 호기성 소화반응 후기에 화학 응집을 실시한다. 고온 호기성 소화 처리수의 온도는 55~65 ℃ 이므로 상온으로 떨어뜨리기 위해서 열교환기나 처리수조를 크게 하여 자연 방냉을 하여야만 효율적인 고액분리를 할 수 있다.
한편, 상기 고액분리단계(S20)는 고온호기성소화단계(S10) 후 고액분리조(200) 내부에서 고온 호기성 소화 반응 처리수에 무기 응집제, 고분자응집제 중 어느 하나를 투여하거나 또는 응집 및 탈수 반응에 의해 케익과 탈리여액으로 분리하는 공정이다.
특히, 상기 고액분리단계(S20)는 고온 호기성 소화 처리수의 부유물질과 인 농도를 저감하고자 고온호기성소화단계(S10) 후 실시되는 화학 응집 및 고액분리를 순서대로 행한다.
고온 호기성 처리수의 온도는 55~65 ℃이므로 상온으로 떨어뜨리기 위해서 열교환기나 고온호기성소화처리수를 통하여 자연 방냉을 하여야만 효율적인 고액분리를 할 수 있다.
여기서, 상기 화학 응집 반응은 고온 호기성 소화 처리수의 부유물질 상호간의 점착력과 가교작용을 통함과 아울러 콜로이드성 물질을 이에 반대되는 전하물질의 투입 또는 전기적 반발력을 감소시킴으로써 응집물을 생성하고, 이러한 응집물 은 부유물질과 인 등을 함유한 상태로 공정에서 외부로 완전히 반출된다.
그리고 나서, 응집물을 반출한 고온 호기성 소화 처리수에는 무기 응집제가 투여되거나 또는 투여되지 않고 고분자응집제가 투여되거나 또는 투여되지 않고 응집 및 탈수 반응에 의해 고형 물질과 인이 탈수케익 상태로 탈리여액과 분리된다.
또한, 상기 고액분리단계(S20)에서 발생하는 탈리여액은 일부를 액비로 사용하게 되어 폐수의 자원화도를 향상시킨다.
한편, 상기 여과막 분리단계(S30)는 고액분리단계(S20) 후 얻어진 탈리여액에 진동을 가하여 막힘 현상을 최소화하는 막분리부(300)를 이용하여 투과수와 농축된 농축수를 분리하는 공정이다.
즉, 상기 여과막 분리단계(S30)는 막분리부(300)를 구비하여 이러한 공정을 행하게 된다.
도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 상기 막분리부(300)는 프레임(310)과, 상기 프레임(310)의 상부에 장착되며 미세구멍(322)을 갖는 멤브레인(320)을 내부에 장착한 압력용기(330)와, 상기 압력용기(330)를 진동시키는 모터(340)로 이루어진다.
따라서, 상기 막분리부(300)는 압력용기(330) 내부로 유입된 고농도 유기성 폐수를 투과수와 농축수로 분리하는 역할을 한다.
이때, 막(멤브레인) 분리시 막 오염 인자를 보면 온도, 막면유속, 막차압, 고형물농도 등이 있다.
유입수의 온도가 낮아지면 물의 점성계수가 상승하므로 막을 통과할 시 물의 여과저항이 증가하므로 막의 단위 면적당 투과율은 감소하게 된다.
유속이 증가하면 전단력이 증가되어 막표면에 부착되는 입자들을 떼어 낼 수 있다.
또한, 필요 이상으로 압력을 높이게 되면 사용동력의 증가와 장치의 증대로 인하여 경제성이 떨어지며 막의 손상으로 인하여 처리효율의 감소로 이어진다.
이런 문제 등으로 인하여 막의 오염을 방지하는 목적으로 물리적 세정방법과 화학적 세정 방법 등이 사용되고 있다.
물리적인 세정 방법은 대부분 유속의 변화를 통하여 된다.
공기의 요동을 이용하여 막표면의 현탁물질을 제거하는 스크러빙방식, 여과수를 이용하여 막표면의 오염물질을 제거하는 플러싱방식, 유입방향과 반대로 여과수나 압축공기를 유입하여 막표면의 오염물질을 제거하는 백워싱방식 등이 있다.
유로가 확보된 관상형막 등은 세척장치를 통해 막면의 오염물질을 제거하는 방식이 있다.
화학적 세정 방법을 적용 시에는 막의 재질, 원인물질, 막의 형태에 따라 세정제의 종류와 세척방법을 결정해야 한다.
유기물 및 조류 등에 의해 막이 오염된 경우 차아염소산나트륨, 과산화수소, 오존 등과 같은 산화세정제를 사용하며 칼슘 및 마그네슘 등의 염에 의하여 오염된 경우에는 질산, 인산, 염산, 황산, 구연산등과 같은 산세정제를 사용하며 실리카 및 휴민질 등에 의한 오염된 경우 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화암모늄 등의 알카리 세정제를 사용하며, 지방 및 유분 등에 의하여 오염된 경우 계면활성제를 이용하여 막오염을 예방하거나 오염된 막을 세정한다.
이러한 세정방법은 일반적인 것으로 상세하게 설명하거나 도시하지 않는다.
그리고, 상기 여과막 분리단계(S30)에서 생성된 농축수는 일부를 사용함으로써 폐수의 자원 재활용도를 향상시킨다.
한편, 상기 전기응집단계(S40)는 여과막 분리단계(S30) 후 투과수를 전기응집반응기(400)를 통하여 현탁고형물 및 용존성 고형물의 응집을 유도하는 공정이다.
특히, 상기 전기응집단계(S40)는 전기응집반응기(400)를 사용하게 되는데, 상기 전기응집반응기(400)는 투과수 속에 양극과 음극의 두 전극을 넣고 직류전기를 공급하면 전류는 음극에서 양극으로 흐르고, 전자는 양극에서 음극으로 전달된다.
이때, 양극에서는 전극과 전해액의 경계면에서 전하의 수수작용이 일어나며, 금속이온과 전자가 전해액으로 방출되고, 음극에서는 물분자가 수소이온과 수산화이온으로 분해된다.
여기서 발생된 전자는 폐수의 콜로이드간 반발력을 변화시켜 불안정 상태에서 서로 응집 침강하게 된다.
또한, 수산화 이온과 금속이온은 폐수 속의 무기물및 유기물과의 반응하여 침전물을 형성하게 되며 반응하지 못하고 남는 이온들은 용존화된다.
상기 양극에서 용출된 금속이온은 폐수의 무기화합물과 유기화합물과 반응하게 된다.
이때, 투과수의 잔류 용해물질이나 현탁물질을 제거함으로서 후단부 막오염 인자를 제거할 수 있다.
전기응집반응기(400)의 전류량을 증가하였을 때, 용출되는 금속이온의 양은 증가하며 유입되는 용해물질이나 현탁물질과 반응하고 잔류 금속이온이 남게 된다.
또한, 용해물질, 현탁물질과 반응한 침전물은 불안정한 상태로서 지속적인 반응을 하게 된다.
여기서, 상기 전기응집반응기(400)에 투입된 투과수는 용해물질과 현탁물질이 여과막 분리단계(S30)에서 대부분 제거되어 있기 때문에 저전류, 저전압으로 운전 가능하며, 금속이온이 용출되는 양극의 교체 주기가 줄어들고 금속표면에 발생하는 스케일은 전극에 가해 주는 극을 주기적으로 변동시켜 스케일을 제거할 수 있다.
상기 전기응집반응기(400)는 일반적인 전기응집장치로서 상세한 설명 및 도면을 생략한다.
한편, 상기 침전단계(S50)는 전기응집단계(S40) 후 침전조(500)를 통하여 전기응집액을 상등수와 침전슬러지로 분리하는 공정이다.
이때, 상기 침전단계(S50)에서 생성된 침전슬러지는 고액분리단계(S20)로 반송되어 무기응집제로 대용하게 된다.
또한, 상기 역삼투압단계(S60)는 침전단계(S50) 후 발생한 상등수를 역삼투압기(600)에 투입하여 무기물 및 유기물을 분리함으로써 투과수와 농축수로 분리하는 공정이다.
여기서, 상기 역삼투압기(600)는 막오염의 유발물질인 잔류 용해물질이나 현탁물질을 전기응집반응기(400)에서 사전에 제거함으로서 막표면에 생성되는 부착층 형성에 의해 투과저항의 증가나 세공의 흡착 및 석출에 의한 막힘현상이 최소한으로 발생되는 장치이다.
또한, 상기 역삼투압단계(S60)에서 생성된 투과수는 오존 살균이나 자외선 소독장치를 통과시킨 후 재활용 가능하며, 분리된 농축수는 고온호기성소화단계(S10)로 반송한다.
여기서, 상기 역삼투압기(600)는 일반적인 역삼투압장치이며, 이에 대한 상세한 설명 및 도면을 생략한다.
그리고, 상기 고액분리조와 침전조는 일반적인 탱크이고, 이에 대한 도면을 생략한다.
상기한 바와 같이 본 발명에 따른 고농도 유기성 폐수의 정화방법은 고온 호기성 산화반응을 이용하여 유입된 고농도 유기성 폐수의 극심한 변동에도 적응성이 뛰어난 효과가 있다.
그리고, 본 발명은 고온 호기성 소화 반응을 통하여 고온조건으로서 병원성 미생물을 사멸시키고, 고분자물질의 저분자화를 통하여 토양미생물 및 식물의 영양분 흡수에 용이한 상태로 변화시켜 액비를 생산함에 따라 환경친화적인 농업활동에 기여하는 효과가 있다.
Claims (6)
- 가축분뇨, 음식물 폐기물류 탈수여액, 하수 잉여 슬러지 등에서 협잡물을 제거한 고농도 유기성 폐수에 병원성 미생물을 사멸할 수 있도록 고온호기성미생물을 활성화하여 유기물을 산화 분해하는 과정에서 발생하는 산화열을 반응조에 축적하여 고온조건을 형성하는 고온 호기성 소화 반응시키는 고온호기성소화단계와;상기 고온호기성소화단계 후 고액분리조에서 고온 호기성 산화 반응 처리수에 무기 응집제, 고분자응집제 중 어느 하나를 투여하거나 또는 이들 모두를 투여하여 응집 및 탈수 반응에 의해 케익과 탈리여액으로 분리하는 고액분리단계와;상기 고액분리단계 후 얻어진 탈리여액에 진동을 가하여 막힘현상을 최소화하는 막분리부를 이용하여 투과수와 농축된 농축수로 분리하는 여과막 분리단계와;상기 여과막 분리단계후 전기응집반응기를 통하여 현탁고형물 및 용존성고형물의 응집을 유도하는 전기응집단계와;상기 전기응집단계 후 상기 전기응집반응기를 통하여 발생 전기응집액을 침전시킴에 따라 상등수와 침전슬러지로 분리하는 침전단계와;상기 침전단계 후 발생한 상등수를 역삼투압기에 투입하여 무기물을 분리함으로써 투과수와 농축수로 분리하기 위한 역삼투압단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 고농도 유기성 폐수의 정화방법.
- 제 1항에 있어서,상기 고온 호기성 소화단계는 반응조의 저면 일측에 연결되어진 흡입관과, 상기 흡입관을 개폐하도록 하는 개폐밸브와, 상기 흡입관에 설치되어져서 액관으로 고농도 유기성 폐수를 공급하도록 하는 내부순환펌프와, 상기 반응조의 액관 입구부에 설치되어져서 고농도 유기성 폐수의 출입을 개폐하는 액관유입밸브와, 상기 액관의 저면 혹은 측면으로 고농도 유기성 폐수를 분사하도록 하는 배출노즐 및 토출노즐과, 상기 액관을 저면에서 지지하도록 하는 저면지지대를 포함하여 이루어진 폐수공급부를 통해 상기 반응조 내부로 상기 고농도 유기성 폐수를 공급하고;상기 액관의 배출노즐 각각으로 분기되게 연결된 공기공급관과, 상기 공기공급관에 설정된 온도로 송풍하도록 송풍기를 포함하여 이루어진 공기공급부를 통해 고온호기성 미생물의 활성화를 유도하여 고온조건을 형성하여 고농도 유기성 폐수 내부에 병원성 미생물을 사멸시키며;상기 반응조의 일측 내면에 고정되어지고 중심부분에서 상측 부분까지 일정 구간에 걸쳐 거품을 유입시키는 거품유입홀을 구비하는 내부거품수집관과, 상기 내부거품수집관의 외측에 슬라이딩 가능하게 고정되어져서 고농도 유기성 폐수의 부력에 의하여 승강하면서 수면에 떠 있는 거품을 포집하는 부력부재와, 상기 부력부재의 저면에서 상기 내부거품수집관을 감싸는 형상으로 고정되고 타단이 내부거품수집관의 외측면에 밀봉되어져서 상기 부력부재의 하측 부분의 거품유입홀에 고농도 유기성 폐수의 유입을 방지하는 주름관을 포함하여 이루어진 내부거품제거부를 통해 상기 고농도 유기성 폐수와 외부 공기의 접촉을 유지함과 아울러;상기 반응조의 일측에 고정되어 거품을 흡수하도록 하는 진공흡입관과, 상기 진공흡입관에서 흡입된 거품을 압축하여 액체로 만들어 주는 진공펌프와, 상기 진공펌프에서 액상화된 고농도 유기성 폐수를 반응조로 복귀하도록 하는 복귀관을 포함하여 이루어진 거품진공흡입부를 통해 거품을 액상 변환시켜 상기 반응조로 순환시키는 것을 특징으로 하는 고농도 유기성 폐수의 정화방법.
- 제 1항에 있어서,상기 여과막 분리단계의 막분리부는 프레임과, 상기 프레임의 상부에 장착되며 미세구멍을 갖는 멤브레인을 내부에 장착한 압력용기와, 상기 압력용기를 진동시키는 모터를 포함하여 이루어져 상기 압력용기 내부로 유입된 고농도 유기성 폐수를 투과수와 농축수로 분리하는 것을 특징으로 하는 고농도 유기성 폐수의 정화방법.
- 제 1항에 있어서,상기 고온호기성소화단계에서 생성된 고온 호기성 산화 반응 처리수, 상기 고온호기성단계에서의 고온호기성소화처리수 및 고액분리단계에서 생성된 탈리여액 및 상기 여과막 분리단계에서 생성된 투과수는 액비로 사용되는 것을 특징으로 하는 고농도 유기성 폐수의 정화방법.
- 제 1항에 있어서,상기 침전단계에서 슬러지에서 분리된 침전슬러지는 일부를 상기 고액분리단계로 반송하여 상기 무기 응집제를 대체하는 것을 특징으로 하는 고농도 유기성 폐수의 정화방법.
- 제 1항에 있어서,상기 역삼투압단계에서 생성된 농축수는 상기 고온호기성소화단계로 반송되는 것을 특징으로 하는 고농도 유기성 폐수의 정화방법.
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