KR100804221B1 - 가압난류반응조를 이용한 폐수처리방법 - Google Patents

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Abstract

폐수를 제1응집부상조에 유입시키고 응집제와 응집보조제를 주입하여 응집시키는 단계; 폐수내의 유기물 산화에 필요한 오존을 자흡식내부반송펌프에 의해 흡입시키고 상기 제1응집부상조를 통과하여 유출된 폐수와 혼합시키는 단계; 상기 혼합된 오존과 폐수는 고압에서 난류를 형성시키는 가압난류반응조로 유입되고, 상기 오존은 가압상태에서 폐수에 용해되어 난류에 의해 오염물질을 분해하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐수처리방법이 제시된다.
오염물질에 제거에 필요한 오존은 자흡식내부반송펌프를 이용하여 별도의 주입장치 없이 용해가 가능하며 폐수와 혼합된 오존은 가압난류반응조로 유입되어 용해율이 극대화된다. 분해반응을 촉진시키기 위한 난류는 가압난류반응조 내에 설치된 난류발생장치에 의해 유도된다. 난류발생장치는 3개 부분으로 구성되어 회전력을 발생시켜 난류형성을 극대화한다.
또한 본 발명은 난류발생 및 오존주입율을 증가시키기 때문에 안정적인 폐수처리효율을 확보할 수 있고 폐수를 제 1, 2 응집부상조로 다시 유입시켜 2단 응집/부상을 실시하므로서 우수한 처리수를 확보할 수 있다.
가압난류반응조, 난류유도장치, 오존, 내부반송, 자흡식펌프.

Description

가압난류반응조를 이용한 폐수처리방법{WASTE WATER TREATMENT METHOD USING TURBULENCE REACTOR}
도 1은 가압난류반응조가 포함된 폐수처리공정의 개략도,
도 2는 도1의 가압난류반응조에 설치되는 A형 난류유도장치의 개념도
도 3은 도 2의 종류에 따른 개구부의 방향 및 수류흐름 개념도,
도 4는 도1의 가압난류반응조에 설치되는 B형 난류유도장치의 종류에 따른 개념도,
도 5는 B형 난류유도장치의 개구부 개념도,
도 6은 A형 및 B형 난류유도장치의 설치예,
도 7은 회전난류 발생 개념도,
도 8은 다공성 배플(baffle) 설치 유무에 따른 개념도,
도 9은 도8의 다공성 배플(baffle)이 설치된 반응조의 단면도이다.
*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ***
110; 제1응집부상조, 120;제2응집부상조
210; 유입가압펌프, 220; 자흡식내부반송펌프
310; 가압난류반응조 320; 3중난류유도장치
오존은 수처리분야에서 탈색, 탈취, 소독, 오염물의 산화/제거를 위하여 널리 이용되고 있으며, THM 형성억제, 응집특성 향상 등의 부수적인 효과로 인하여 사용이 증가하고 있다.
오존은 산성용액에서 산화환원전위가 2.07volt로 매우 높으며, 높은 pH나 광조사를 통하여 2.85volt의 산화환원전위를 가지는 하이드록실 라디칼(OH·)을 형성시킬 수 있어 고도산화공정(AOP)에 사용되기도 한다. 오존을 이용한 폐수처리장치의 효율은 폐수내에 오존을 얼마나 많이 용해시키고, 오염물질 분해반응을 효율적으로 유발시킬 수 있느냐에 따라 좌우된다.
이를 위해 종래의 기술(특허 10-029473)은 오존용해를 증가시키기 위해 이젝터(ejector)를 사용하고 분해반응을 촉진하기 위하여 스태틱믹서를 사용하였다. 특허 20-0291073에서는 반응을 촉진하기 위하여 난류유도링을 사용하였고, 특허 20-0330412에서는 오리피스형 및 망사형반응기를 사용하였다.
그러나 이젝터를 이용하여 오존을 용해시키기거나, 반응조내의 반응을 촉진하기 위한 난류를 형성하기 위해서는 높은 유속의 확보가 필요하다. 높은 유속을 확보하기 위해서는 식(1)에서 알 수 있듯이 유량의 증가가 필요하다.
유속(V) = 유량(Q)/면적(A)-------------------식(1)
유량이 증가할 경우 식(2)에서 알 수 있듯이 반응시간이 짧아져 필요한 반응 시간을 확보하기 위해서는 반응조의 부피를 증가시켜야하는 문제가 있었다. 체류시간(HRT) = 반응조 부피(V)/유입유량(Q)----식(2)
종래의 기술 중 오존의 용해를 촉진 시키기 위해 압력을 증가시켜 용해시키는 가압방식의 경우는 기체상태의 오존을 가압탱크로 주입시켜야 하는데, 오존을 주입하는 가압펌프가 고온/고압상태에서 운전되어 고장이 자주 발생하는 문제가 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 오존반응조의 문제점을 극복하고자 안출된 것으로, 오존용해율을 향상시키고 반응조에 회전난류를 유도함으로써 반응을 촉진시켜 난분해성 유기물을 분해하거나 응집특성을 향상시켜 제거함을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 폐수처리방법은 폐수를 제1응집부상조에 유입시키고 응집제와 응집보조제를 주입하여 유기물을 응집하는 단계; 폐수내의 유기물 산화에 필요한 오존을 자흡식내부반송펌프에 의해 가압난류반응조로 흡입시키고 상기 응집부상조를 통과하여 유출된 폐수와 상기 가압난류반응조에서 혼합하는 단계; 및 상기 가압난류반응조의 유출수의 일부를 상기 응집부상조로 유입시키고 다른 일부를 상기 자흡식내부반송펌프를 이용하여 상기 가압난류반응조로 내부반송하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
오존은 고속으로 회전하는 펌프의 임펠러부분에 발생하는 부압(음압)으로 인 하여 별도의 주입설비 없이 흡입되어 반응조로 유입되나, 과량의 오존주입이 필요할 경우 별도의 펌프를 사용하여 추가되는 오존을 주입시킬 수 있다.
가압난류반응조는 고압으로 유지되어 오존용해율을 증가시키고 난류유도장치에 의해 회전난류가 발생하여 오존에 의한 분해반응을 촉진시킨다.
반응이 완료된 폐수의 일부는 자흡식내부반송펌프를 이용하여 가압난류반응조 유출부에서 유입부로 재순환시키며 이때 오존이 재주입된다. 이 경우 반응이 완료된(오존이 소모된) 폐수를 재순환하기 때문에 폐수내의 오존농도가 낮아 용해율이 향상된다.
가압난류반응조로 유입되는 오염물질을 제거하기 위해 필요한 오존량은 내부순환율(Qr)을 조정하여 주입하기 때문에 필요한 최적의 오존량을 주입할 수 있다. 식(2)에서 알 수 있듯이 내부순환율(Qr)은 반응조 체류시간에 영향을 주지 않기 때문에 폐수는 반응에 필요한 시간을 충분히 체류하고 반응이 완료된 후 유출된다.
가압난류반응조에서 분해반응 후 유출된 폐수의 일부는 제1응집부상조로 유입되어 유입원수와 혼합되어 응집제 및 응집보조제 주입을 통하여 유기물을 제거하여 가압난류반응조로 유입되는 유기물 양을 저감하여 오존소모량을 최소화 한다.
가압난류반응조에서 유출된 폐수의 일부는 제2응집부상조로 유입되어 응집보조제인 무기성 폴리머(polymer)를 주입하여 오존반응을 통하여 응집성이 향상된 유기물을 응집을 통하여 추가적으로 제거함으로써 안정적인 처리수질을 확보할 수 있다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 오폐수 처리장치의 전체 구성의 개념도이다.
폐수는 제1응집부상조(110)에 유입되고, 유입되는 폐수의 특성에 맞는 비율로 응집제인 Al2(SO4)3, FeCl3가 주입되며, 응집보조제인 무기성 폴리머(Polymer)가 주입된다. 상기 응집제와 응집보조제에 의해 유입된 폐수내의 유기물이 응집되며 가압난류반응조(310)에서 반송된 폐수에 용존된 기체(O3, O2, CO2 등)에 의해 부상되어 일차적으로 제거된다. 이때 용존된 기체의 양이 부족할 경우에는 별도의 산기장치를 통하여 공기를 주입한다.
상기 제1응집부상조(110)에서 유기물이 응집된 후 유출수는 유입가압펌프(210)를 통하여 2~10kg/cm2정도로 가압되어 가압난류반응조(310)로 유입된다.
즉, 본 발명은 반응이 완료된 폐수의 일부를 다시 반송하여 오존을 용해시키는데, 반응이 완료되어 오존농도가 낮은 상태에서 오존이 주입되기 때문에 오존 용해율을 극대화할 수 있다.
내부반송율(Qr)은 오염물질 분해에 필요한 오존양과 가압난류반응조(310)의 난류발생에 필요한 유속을 고려하여 결정하는데 보통 유입유량의 수배에서 수십배 범위이다.
폐수의 유기물의 산화에 필요한 오존은 자흡식내부반송펌프(220)에 의해 유입되는데, 별도의 주입장치 없이도 용해가 가능하고 고속으로 회전하는 임펠러부분에 발생된 부압(음압)에 의해 오존이 흡입되어 상기 제1응집부상조(110)에서 반응이 완료되어 유출된 폐수와 혼합된다. 상기 폐수와 혼합된 오존은 가압난류반응조(310)로 반송되고 가압상태에서 폐수에 용해되어 난류에 의한 분해반응이 촉진되어 오염물질을 분해한다.
상기 분해반응을 촉진시키기 위한 난류는 가압난류반응조(310)의 난류발생장치(320)에 의해 유도된다.
가압난류반응조(310)에는 3중 난류유도장치(320)가 설치되어 있고 난류발생장치는 3개 부분으로 구성되어 회전력을 발생시켜 난류형성을 극대화하며 회전난류가 유발되어 분해반응을 촉진시킨다. 가압난류반응조(310)는 2~10kg/cm2 정도의 압력을 유지하여 오존용해를 증가시킨다.
가압난류반응조의 회전난류 유도장치는 A형과 B형으로 구성된다.
도 2는 A형 회전난류 유도장치의 개념도로서, A형 회전난류 유도장치는 고속의 유속뿐만 아니라 회전력을 생성시킨다. 다시 A형 회전난류 유도장치는 도 3에서와 같이 회전의 방향에 따라 다시 A-1형과 A-2형으로 나누어지는데 개구부의 방향이 서로 반대로 구성된다.
도 4는 B형 난류유도 장치의 개념도로서, 회전방향에 따라 B-1형과 B-2형으로 구성된다. B형 난류유도장치의 개구부 형태는 도 5에 나타낸 바와 같이 역류(back flow)를 방지하기 위해 오리피스(orifice) 형태를 갖는다.
도 6은 효율적인 난류를 유도하기 위하여 A형과 B형 회전난류유도장치를 설치한 설치예이다. A-2, B-2형과 회전방향이 다른 A-1, B-1형이 번갈아 배치된다.
도 7은 회전난류유도장치에 의한 수류방향을 나타내는 것으로, 각 층별로 서 로 반대방향의 회전흐름이 발생되어 난류를 최대화한다.
한편 난류유도장치에 의해 발생하는 난류발생을 극대화하기 위해 반응조 벽에 다공성의 배플(baffle)을 설치한다. 도 8은 다공성 배플(baffle)의 설치유무에 따른 개념도로서 (a)는 이러한 다공성 배플(baffle)이 설치되지 않았을 경우이며 (b)는 다공성 배플(baffle)이 설치된 경우이다. 다공성 배플(baffle)이 설치되면 회전에 따른 단회로를 방지하고 난류발생을 극대화한다.
도 9는 다공성 배플(baffle)이 설치된 반응조 단면을 나타내는 개념도이다. 상기 반응조의 벽에는 다공성 배플(baffle)이 설치되어 회전에 따른 단회로를 방지하고 난류발생을 극대화하며, 각 층별로 서로 반대방향의 회전흐름이 발생되어 난류를 최대화한다.
본 발명은 고압으로 유지되는 반응조에 난류를 발생시켜 오존용해율 및 반응성을 향상시켜 짧은 시간내에 폐수내의 난분해성 유기물을 제거한다.
오염물질 제거에 필요한 오존은 자흡식내부반송펌프를 이용하여 별도의 주입장치 없이 쉽게 흡입할 수 있어 운전이 용이하고 유지관리비가 절감된다. 유입된 오존은 펌프의 임펠러에 의해 폐수와 혼합되고 가압난류반응조로 반송되어 압력상태에서 오존용해율이 극대화되기 때문에 오존주입량을 최소화 할 수 있다.
가압난류반응조의 난류강도 및 오염물질 제거에 필요한 오존양은 내부반송율로 쉽게 조절이 가능하기 때문에 운전조건에 따라 최적의 반송을 실시함으로서 운전비가 절감된다.
가압난류반응조 유출수의 일부는 제 1가압부상조로 유입되어 응집제거됨으로서 가압난류반응조로 유입되는 유기물양을 저감시켜 오존소모량을 최소화하여 경제성을 확보한다.
가압난류반응조 유출수의 일부는 제 2가압부상조로 유입되어 응집보조제인 무기성 폴리머(polymer) 주입을 통하여 추가적으로 유기물을 제거하여 우수한 처리수를 확보할 수 있다. 이때 오존반응을 통하여 유기물의 응집특성이 향상되기 때문에 별도의 응집제(Al2(SO4)3, FeCl3) 주입은 필요 없어 경제성이 향상된다.

Claims (6)

  1. 폐수를 응집부상조에 유입시키고 응집제와 응집보조제를 주입하여 유기물을 응집하는 단계;
    폐수내의 유기물 산화에 필요한 오존을 자흡식내부반송펌프에 의해 가압난류반응조로 흡입시키고 상기 응집부상조를 통과하여 유출된 폐수와 상기 가압난류반응조에서 혼합하는 단계; 및
    상기 가압난류반응조의 유출수의 일부를 상기 응집부상조로 유입시키고 다른 일부를 상기 자흡식내부반송펌프를 이용하여 상기 가압난류반응조로 내부반송하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐수처리방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 가압난류반응조는 3중의 난류유도장치가 설치되어 회전난류를 유발하여 오염물질 분해반응을 극대화시키는 것을 특징으로 하는 폐수처리방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 가압난류반응조는 난류발생을 극대화하기 위해 반응조의 벽에 다공성의 배플(baffle)을 설치하는 것을 특징으로 하는 폐수처리방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 가압난류반응조의 압력은 2~10㎏/㎠ 를 유지하는 것을 특징으로 하는 폐수처리방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 가압난류반응조에서 처리된 폐수의 일부를 상기 응집부상조 내의 제1응집부상조로 유입시키고 다른 일부를 상기 응집부상조 내의 제2응집부상조로 유입시켜 다시 유기물을 제거하는 것을 특징으로 하는 폐수처리방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제2응집부상조에는 응집보조제인 무기성 폴리머(polymer)만을 주입하여 유기물을 제거하는 것을 특징으로 하는 폐수처리방법.
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