KR101021868B1

KR101021868B1 - 전자파와 초음파에 의한 고농도 오폐수 처리방법

Info

Publication number: KR101021868B1
Application number: KR1020110000880A
Authority: KR
Inventors: 이병기; 이병관
Original assignee: 청해 Env (주)
Priority date: 2011-01-05
Filing date: 2011-01-05
Publication date: 2011-03-17

Abstract

본 발명에 따른 전자파와 초음파에 의한 고농도 오폐수 처리방법은 유입된 오폐수 중에 포함된 입자가 큰 고형물을 침사/스크린조에서 제거하는 단계와, 상기 침사/스크린조를 거친 오폐수의 유량을 유량조정조에서 조정하는 단계와, 상기 유량조정조에서 이송되어 온 오폐수를 무산소조에 3 ~ 9시간 동안 체류시켜 오폐수 중에 포함되어 있는 유기물을 이용하여 질산성질소를 탈질산화하여 질소와 유기물을 제거하는 단계와, 상기 무산소조에서 탈질반응이 이루어진 오폐수를 혐기조에 4 ~ 8시간의 체류시간 동안 체류시켜 오폐수 중의 유기물을 이용하여 잔여탈질과 인방출이 이루어지도록 하는 단계와, 상기 혐기조와 연결된 폭기조에서 혐기조에서 유입된 오폐수 내의 유기물이 미생물과 접촉되어 미생물이 성장하여 미생물 플록을 형성시키는 단계와, 상기 폭기조에 연결된 막분리조에서 막분리에 의하여 질산화 및 오폐수와 미생물의 분리가 일어나는 단계와, 상기 막분리조를 통과된 오폐수가 고도처리조에 유입되어 살균과 색도가 저감되는 단계와, 상기 고도처리조를 통과하며 여과된 상등수가 배수조에서 방출되는 단계로 이루어지는 고농도 오폐수 처리방법에 있어서, 상기 유량조정조 단계는 유기물과 난분해성 물질이 이온화되도록 유량조정조에 수용된 오폐수에 0.0002 ~ 0.39 Wb/m 세기의 전자파가 출력되는 전자파출력 단계와, 슬러지 생성이 감소되도록 전자파와 함께 4 ~ 30 MHz 세기의 초음파가 출력되는 초음파출력 단계로 이루어진다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 전자파와 초음파에 의한 고농도 오폐수 처리방법은 침사/스크린조를 거친 오폐수가 일정시간 저장되는 유량조정조에 전자파와 초음파 장치가 각각 고정됨으로써, 화학적 전처리 과정에서 유기물 및 난분해성 물질 제거를 위해 사용되는 화학약품의 사용량이 20 ~ 50% 저감되며, 화학약품 사용량 감소에 따라 슬러지 발생량 역시 감소되는 효과가 있다.

Description

전자파와 초음파에 의한 고농도 오폐수 처리방법 { Advanced method of treating waste water using electromagnetic waves and ultrasonic waves }

본 발명은 전자파와 초음파에 의한 고농도 오폐수 처리방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 오폐수 중의 유기물, 난분해성물질 등을 기준 농도 미만으로 감소시킬 뿐만 아니라 유량조정조 체류시간의 감소와 슬러지 발생이 저하되도록 함으로써 오폐수 정화효율이 증가된 전자파와 초음파에 의한 고농도 오폐수 처리방법에 관한 것이다.

현대사회는 급격한 산업발달에 따라 도시인구가 비약적으로 증가되고 이에 따라 사용되는 물의 양만큼이나 사용 후 버려지는 물을 처리하기 위한 오폐수처리방법에 많은 연구가 실시되었다.

일반적으로 오폐수의 처리는 수중의 오염된 물질을 미생물 또는 화학적인 산화, 환원반응에 의하여 안정화된 물질로 변화시키는 생물학적 처리방법과 화학적 처리방법이 각각 또는 혼합되어 사용되는 것이며, 처리되지 않은 잔류물질을 분리하는 과정을 거친다.

생물학적 처리방법에서는 오폐수를 미생물을 이용하여 분해, 제거하는 방법으로 침전지에서의 고액 분리효율에 따라 처리수질이 크게 영향을 받았다. 전통적인 하수처리의 경우 호기성 생물반응조 내에서 오/폐수 중의 유기물과 영양 염류를 섭취해서 성장한 미생물이 침전조에서 슬러지 형태로 침전되어 물과 분리 및 제거되는데, 처리공정의 운전상태에 따라 침전성이 떨어질 경우 유출수의 수질을 유지하기 어려운 문제점이 있다.

화학적 처리방법에서는 스크린 장치 등을 통해 오폐수에서 큰 입자의 오니가 분리되며, 오니가 분리된 오폐수가 반응조, 중화조, 응집조를 거치는 전처리 공정중에 다양한 화학성분을 통해 화학처리되어 PH조정이 이루어지는며, 색소, 현탁물질, 난분해성 COD물질을 효과적으로 제거하나 다량의 화학성분으로 인한 2차오염과 약품으로 인한 슬러지 발생량이 증가되는 문제가 발생될 우려가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 화학적, 생물학적 처리방법이 함께 진행되는 공정에서 화학적 전처리 과정시 유기물 및 난분해성 물질 제거를 위해 사용되는 다량의 화학약품 사용량이 20 ~ 50% 저감시키고, 이에 따라 슬러지 발생량이 감소되도록, 전자파와 초음파 장치를 유량조정조에 각각 고정함으로써 전자파와 초음파에 의한 고농도 오폐수 처리방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명에 따른 전자파와 초음파에 의한 고농도 오폐수 처리방법은 유입된 오폐수 중에 포함된 입자가 큰 고형물을 침사/스크린조에서 제거하는 단계와, 상기 침사/스크린조를 거친 오폐수의 유량을 유량조정조에서 조정하는 단계와, 상기 유량조정조에서 이송되어 온 오폐수를 무산소조에 3 ~ 9시간 동안 체류시켜 오폐수 중에 포함되어 있는 유기물을 이용하여 질산성질소를 탈질산화하여 질소와 유기물을 제거하는 단계와, 상기 무산소조에서 탈질반응이 이루어진 오폐수를 혐기조에 4 ~ 8시간의 체류시간 동안 체류시켜 오폐수 중의 유기물을 이용하여 잔여탈질과 인방출이 이루어지도록 하는 단계와, 상기 혐기조와 연결된 폭기조에서 혐기조에서 유입된 오폐수 내의 유기물이 미생물과 접촉되어 미생물이 성장하여 미생물 플록을 형성시키는 단계와, 상기 폭기조에 연결된 막분리조에서 막분리에 의하여 질산화 및 오폐수와 미생물의 분리가 일어나는 단계와, 상기 막분리조를 통과된 오폐수가 고도처리조에 유입되어 살균과 색도가 저감되는 단계와, 상기 고도처리조를 통과하며 여과된 상등수가 배수조에서 방출되는 단계로 이루어지는 고농도 오폐수 처리방법에 있어서, 상기 유량조정조 단계는 유기물과 난분해성 물질이 이온화되도록 유량조정조에 수용된 오폐수에 0.0002 ~ 0.39 Wb/m 세기의 전자파가 출력되는 전자파출력 단계와, 슬러지 생성이 감소되도록 전자파와 함께 4 ~ 30 MHz 세기의 초음파가 출력되는 초음파출력 단계로 이루어진다.

또한, 상기 유량조정조 단계에서 유량조정조 내측벽 또는 중앙에 각각 고정된 전자파장치와 초음파장치에 의해 발생된 전자파와 초음파는 1 ~ 10 m 범위의 오폐수에 작용되도록 형성된다.

또한, 상기 고도처리조 단계는 고도처리조 내부 일측에 고정된 200 ~ 280nm 파장의 자외선장치에 반응하는 광촉매 TiO₂담체가 형성되어 고도처리조 내부로 유입된 오폐수가 살균되는 광촉매살균 단계(S701)가 형성된다.

또한, 상기 광촉매살균 단계는 고도처리조 또는 배수조 중 어느 하나에 선택적으로 형성되고, 자외선파장에 의해 TiO₂담체에서 활성종 OH^-가 반응/형성되어 TiO₂담체를 따라 오폐수가 이동되며 살균, 색도 및 유기물이 분해되도록 형성된다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 전자파와 초음파에 의한 고농도 오폐수 처리방법은 침사/스크린조를 거친 오폐수가 일정시간 저장되는 유량조정조에 전자파와 초음파 장치가 각각 고정됨으로써, 화학적 전처리 과정에서 유기물 및 난분해성 물질 제거를 위해 사용되는 화학약품의 사용량이 20 ~ 50% 저감되며, 화학약품 사용량 감소에 따라 슬러지 발생량 역시 감소되는 효과가 있다.

또한, 고도처리조 또는 배수조 중 어느 하나에 선택적으로 형성된 자외선 장치와 광촉매 TiO₂담체가 구비되어 오폐수의 살균 및 유기물이 효과적으로 분해되고 반복해서 사용되는 화학약품의 사용량이 감소되는 또 다른 효과가 있는 것이다.

도 1은 본 발명의 전자파와 초음파에 의한 고농도 오폐수 처리방법 순서도.

이하 본 발명에 의한 전자파와 초음파에 의한 고농도 오폐수 처리방법의 실시예를 첨부되는 도면들을 통해 보다 상세히 설명하도록 한다.

본 발명에 따른 전자파와 초음파에 의한 고농도 오폐수 처리방법은 도 1에 도시된 바와 같이 유입된 오폐수 중에 포함된 입자가 큰 고형물을 침사/스크린조에서 제거하는 단계(S100)와, 상기 침사/스크린조를 거친 오폐수의 유량을 유량조정조에서 조정하는 단계(S200)와, 상기 유량조정조에서 이송되어 온 오폐수를 무산소조에서 질소와 유기물을 제거하는 단계(S300)와, 상기 무산소조에서 탈질반응이 이루어진 오폐수를 혐기조에서 잔여탈질과 인방출이 이루어지도록 하는 단계(S400)와, 상기 혐기조와 연결된 폭기조에서 상기 혐기조에서 유입된 오폐수 내의 유기물이 미생물과 접촉되어 미생물이 성장하여 미생물 플록을 형성시키는 단계(S500)와, 상기 폭기조에 연결된 막분리조에서 막분리에 의하여 질산화 및 오폐수와 미생물의 분리가 일어나는 단계(S600)와, 상기 막분리조를 통과된 오폐수가 고도처리조에 유입되어 살균과 색도가 저감되는 단계(S700)와, 상기 고도처리조를 통과하며 여과된 상등수가 폭기조에서 방출되는 단계(S800)로 이루어진다.

본 발명의 전자파와 초음파에 의한 고농도 오폐수 처리방법에 사용되는 처리장치는 다음과 같은 구성으로 되어 있다.

침사/스크린조 - 유량조정조 - 무산소조 - 혐기조 - 접촉폭기조 - 막분리조- 고도처리조 - 배수조

본 발명에 사용되는 오폐수 처리장치는 기존에 생물학적 공정에서 사용되는 장치를 개보수하여 사용할 수 있으며, 이러한 경우 개정, 강화된 수질 처리 법령에 부합할 수 있으면서, 새로운 시설의 신축, 증설없이 기존 처리 장치를 그대로 이용할 수 있다는 점에서 획기적인 장점이 있다고 할 수 있다.

본 발명의 처리방법의 각 단계를 상세히 설명한다.

(a) 유입된 오폐수 중에 포함된 입자가 큰 고형물을 침사 / 스크린조에서 제거하는 단계( S100 )

모래 및 고형물질 등 입자가 큰 물질을 제거하는 구조로 체류시간은 1분 이상으로 한다. 오수에 포함된 유분은 침사 및 스크린조에서 물과 기름의 비중차에 의해 분리된다. 고정스크린 및 자동스크린에서 유분을 제거하여 미처리된 유분은 유량조정조 및 무산소, 혐기성조에서 분리 제거되어 다음 공정에 유입된다.

무거운 고형물 또는 가벼운 협잡물을 분리하여 후속처리 시설물인 펌프 등을 보호하는 기능을 가진다.

(b) 상기 침사 / 스크린조를 거친 오폐수의 유량을 유량조정조에서 조정하는 단계( S200 )

효율적인 오수처리장의 운영을 위하여 일정한 량의 오수를 고도처리공정에 유입시킨다. 오수발생은 시간당 일정하지 않기 때문에 유량 및 오수의 질을 균등하게 하기 위해 설치한다. 그러므로 시간당 최대 오수량을 감안하여 설계에 반영시킨다.

특히, 상기 유량조정조 내측벽 또는 중앙에 전자파출력 장치와 초음파출력 장치가 각각 고정되어 0.0002 ~ 0.39 Wb/m의 전자파와 4 ~ 30 MHz의 초음파가 1 ~ 10m 범위에 각각 발생된다. 하기의 전압, 초음파 및 거리에 따른 자장의 세기 및 오폐수 처리효율표와 같이 전압과 상기 전자파에 의해 유기물 및 난분해성 물질이 이온화되고 이때 발생되는 슬러지는 초음파에 의해 슬러지의 구성물질이 파괴되어 슬러지의 양이 감량되는 것이다.

(c) 상기 유량조정조에서 이송되어 온 오폐수를 무산소조에 3 ~ 9시간의 동안 체류시켜 오폐수 중에 포함되어 있는 유기물을 이용하여 질산성질소를 탈질산화 하여 질소와 유기물을 제거하는 단계( S300 )

상기 유량조정조에서 이송되어 온 오폐수 중에 포함되어 있는 유기물을 이용하여 질산성 질소를 탈질시킴으로써 질소와 유기물을 제거한다. 무산소조에 오폐수의 체류시간은 3 ~ 9시간의 범위로 한다. 기존의 무산소조의 체류시간인 1 ~ 3시간의 범위와 비교하여 약 3배 이상의 체류가 가능함으로써, 오폐수의 자체소화를 증가시켜 잉여 슬러지의 발생이 저감되도록 하는 것이다.

(d) 상기 무산소조에서 탈질반응이 이루어진 오폐수를 혐기조에 4 ~ 8시간의 체류시간 동안 체류시켜 오폐수 중의 유기물을 이용하여 잔여탈질과 인방출이 이루어지도록 하는 단계( S400 )

상기 무산소조에서 1차 탈질 반응이 이루어진 오폐수를 혐기조로 유입하여 유입수 중의 유기물을 이용하여 잔여탈질과 인방출이 이루어지도록 하는 조이다. 이때 유기물 제거도 함께 이루어진다. 혐기조의 체류시간은 4 ~ 8시간의 범위로 한다. 기존의 혐기조의 체류시간인 1시간의 범위와 비교하여 약 4배 이상의 체류가 가능함으로써, 오폐수의 자체소화를 증가시켜 잉여 슬러지의 발생을 저감하도록 할 수 있다.

(e) 상기 혐기조와 연결된 폭기조에서 상기 혐기조에서 유입된 오폐수 내의 유기물이 미생물과 접촉되어 미생물이 성장하여 미생물 플록을 형성시키는 단계( S500 )

상기 혐기조와 연결되어 혐기조로부터 유입된 오폐수 내의 유기물이 미생물과 접촉되어 미생물이 성장하고 미생물의 플록을 형성시키는 조이다.

살아있거나 죽은 미생물이 부유된 상태에 있는 활성슬럿지 중의 미생물은 호기성 환경에서 유기물을 물질대사를 통해 분해시키는 작용을 하는 바, 이를 이용한 활성슬럿지 공법에서 폭기조의 역할은 미생물과 유입하수내의 유기물이 접촉되어 미생물이 성장하여 미생물 플록을 형성시키는 중요한 몫을 한다.

폭기조에서의 체류시간은 3 ~ 14시간이 되도록 설계하며, 기존의 생물학적 공정에서 4개 실로 운영되던 것에 비하여 1 ~ 2개의 실의 운영만으로도 충분한 처리효율의 달성이 가능하며, 실의 운영개수는 오폐수의 수질 및 수량 등에 의하여 조정할 수 있다.

(f) 상기 접촉폭기조에 연결된 막분리조에서 막분리에 의하여 질산화 및 오폐수와 미생물의 분리가 일어나는 단계( S600 )

본 공정에서는 니트라이트(nitrite)를 중간매개체로 하여 연속적으로 암모늄을 니트라이트로 산화시키고, 동시에 무산소 공정에서 소모되고 남은 잔존 BOD 성분을 호기성 미생물에 의하여 분해된다. 이와 같은 원리로 정화된 처리수는 미생물과 분리하기 위하여 막분리 공정이 사용되며, 니트라이트는 무산소조로 내부반송된다.

(g) 상기 막분리조를 통과된 오폐수가 고도처리조에 유입되어 살균과 색도가 저감되는 단계( S700 )

상기 고도처리조는 내측면 둘레 또는 중앙에 광촉매 TiO₂담체가 형성되고 그 일측에 자외선장치가 구비됨으로써, 고도처리조에 유입된 오폐수에 200 ~ 280nm 파장의 자외선장치에 반응하는 광촉매 TiO₂담체에 의해 광촉매살균 단계(S701)가 진행되어 고도처리조 내부로 유입된 오폐수가 살균되는 것이다. 상기 광촉매 TiO₂담체의 TiO₂가 자외선파장에 반응해 강력한 활성종 OH^-가 발생되어 TiO₂담체를 따라 이동되는 오폐수가 살균, 색도 및 유기물이 분해되는 것이다.

상기 광촉매살균 단계(S701)에 의해 1차 또는 1,2차 화학처리 후 생물학처리 및 고도처리를 하고 필요에 따라 3차 화학처리가 이루어지는 염색폐수의 환경부 표준 공정에 비해 환경기준에 적합한 수질을 얻을 수 있고 사용되는 화학약품 사용량을 아래의 약품 사용량 비교표와 같이 감소시킬 수 있는 것이다.

약품 사용량 비교(100m³/day 처리장)
광촉매 TiO₂담체 사용 전	1차 화학적 처리	약품명	투입량
		NaOH(98%)	0.408kg/day
		5%-ALUM	200kg/day
		1%-Polymer	20kg/day
광촉매 TiO₂담체 사용 후	1차 화학적 처리	NaOH(98%)	0.408kg/day
		5%-ALUM	100kg/day
		1%-Polymer	10kg/day

(h) 상기 고도처리조를 통과된 상등수가 배수조에서 방출되는 단계( S800 )

최종 처리된 오폐수의 상등수를 방출하는 단계로서, 그대로 외부로 방출하거나, 배수조를 거쳐 방출될 수 있으며, 상기 고도처리조 단계(S700)와 같이 배수조 내측면 둘레 또는 중앙에 광촉매 TiO₂담체가 형성되고 그 일측에 자외선장치가 구비함으로써 오폐수의 살균 및 유기물이 분해되도록 할 수도 있는 것이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하였으나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

Claims

유입된 오폐수 중에 포함된 입자가 큰 고형물을 침사/스크린조에서 제거하는 단계(S100)와, 상기 침사/스크린조를 거친 오폐수의 유량을 유량조정조에서 조정하는 단계(S200)와, 상기 유량조정조에서 이송되어 온 오폐수를 무산소조에 3 ~ 9시간 동안 체류시켜 오폐수 중에 포함되어 있는 유기물을 이용하여 질산성질소를 탈질산화하여 질소와 유기물을 제거하는 단계(S300)와, 상기 무산소조에서 탈질반응이 이루어진 오폐수를 혐기조에 4 ~ 8시간의 체류시간 동안 체류시켜 오폐수 중의 유기물을 이용하여 잔여탈질과 인방출이 이루어지도록 하는 단계(S400)와, 상기 혐기조와 연결된 폭기조에서 혐기조에서 유입된 오폐수 내의 유기물이 미생물과 접촉되어 미생물이 성장하여 미생물 플록을 형성시키는 단계(S500)와, 상기 폭기조에 연결된 막분리조에서 막분리에 의하여 질산화 및 오폐수와 미생물의 분리가 일어나는 단계(S600)와, 상기 막분리조를 통과된 오폐수가 고도처리조에 유입되어 살균과 색도가 저감되는 단계(S700)와, 상기 고도처리조를 통과하며 여과된 상등수가 배수조에서 방출되는 단계(S800)로 이루어지는 고농도 오폐수 처리방법에 있어서,
상기 유량조정조 단계(S200)는 유기물과 난분해성 물질이 이온화되도록 유량조정조에 수용된 오폐수에 0.0002 ~ 0.39 Wb/m 세기의 전자파가 출력되는 전자파출력 단계(S201)와, 슬러지 생성이 감소되도록 전자파와 함께 4 ~ 30 MHz 세기의 초음파가 출력되는 초음파출력 단계(S202)로 형성된 것을 특징으로 하는 전자파와 초음파에 의한 고농도 오폐수 처리방법.
제 1 항에 있어서,
상기 유량조정조 단계(S200)에서 유량조정조 내측벽 또는 중앙에 각각 고정된 전자파장치와 초음파장치에 의해 발생된 전자파와 초음파는 1 ~ 10 m 범위의 오폐수에 작용되도록 형성된 것을 특징으로 하는 전자파와 초음파에 의한 고농도 오폐수 처리방법.
제 1 항에 있어서,
상기 고도처리조 단계(S700)는 고도처리조 내부 일측에 고정된 200 ~ 280nm 파장의 자외선장치에 반응하는 광촉매 TiO₂담체가 형성되어 고도처리조 내부로 유입된 오폐수가 살균되는 광촉매살균 단계(S701)가 형성된 것을 특징으로 하는 전자파와 초음파에 의한 고농도 오폐수 처리방법.
제 3 항에 있어서,
상기 광촉매살균 단계(S701)는 고도처리조 또는 배수조 중 어느 하나에 선택적으로 형성되고, 자외선파장에 의해 TiO₂담체에서 활성종 OH^-가 반응/형성되어 TiO₂담체를 따라 오폐수가 이동되며 살균, 색도 및 유기물이 분해되도록 형성된 것을 특징으로 전자파와 초음파에 의한 고농도 오폐수 처리방법.