KR101031862B1 - 고농도 유기 폐수의 처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고농도 유기폐수를 처리하는 장치에 관한 것으로, 상기 고농도 유기폐수와 처리 약품을 포함하는 반응물이 위치하는 반응공간을 제공하는 반응기와; 상기 반응기로부터 상기 반응물을 인출하고 다시 인입시키며, 내부에 유동하는 상기 반응물을 교반하는 유동경로가 형성되어 있는 라인 믹서를 포함하는 리사이클 유닛을 포함하는 고농도 유기폐수 처리장치를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해 제조원가 및 관리비용이 감소되고 처리용량이 증가한 고농도 유기폐수의 처리장치가 제공된다.

Description

고농도 유기 폐수의 처리장치{TREATMENT APPARATUS FOR HIGH-CONCENTRATION ORGANIC WASTE WATER}

본 발명은 양돈 폐수와 같은 고농도 유기 폐수의 처리장치에 관한 것이다.

고농도 유기폐수, 특히 양돈 폐수는 폐수 내에 존재하는 탄산염 및 휘발성지방산의 점성 및 독성으로 인하여 유기물 제거 및 응집이 어렵다. 또한 일부 응집이 되더라도 고체와 액체의 분리가 완벽히 이루어지지 않아 후속처리에 어려움이 있다.

현재 폐수처리업체를 통해 양돈폐수를 해양투기하는 방법으로 처리하고 있으나, 해양투기는 2012년부터 전면 근절될 예정이다.

고농도 유기폐수의 고액분리방법 중 스크린을 이용하거나 원심분리기를 이용하는 방법이 있으나, 이 방법은 탄산염, 휘발성지방산, 점성, 독성 및 병원성 미생물이 효과적으로 제거되지 않는 문제가 있다.

한편, 반응기 내에서 고농도 유기폐수와 처리약품을 고속으로 교반하는 방법이 있다. 이 방법에서는 고속임펠러가 필요한데 설치비용과 유지비용이 크고, 고장이 잦으며 반응기 용량대비 처리량이 적은 문제가 있다.

따라서 본 발명의 목적은 제조원가 및 관리비용이 감소되고 처리용량이 증가한 고농도 유기폐수의 처리장치를 제공하는 것이다.

상기 목적은 고농도 유기폐수를 처리하는 장치에 있어서, 상기 고농도 유기폐수와 처리 약품을 포함하는 반응물이 위치하는 반응공간을 제공하는 반응기와; 상기 반응기로부터 상기 반응물을 인출하고 다시 인입시키며, 내부에 유동하는 상기 반응물을 교반하는 유동경로가 형성되어 있는 라인 믹서를 포함하는 리사이클 유닛을 포함하는 고농도 유기폐수 처리장치를 포함하는 고농도 유기폐수 처리장치에 의해 달성된다.

상기 리사이클 유닛은 상기 반응물이 상기 라인믹서를 통과하도록 유동력을 제공하는 이송수단을 더 포함할 수 있다.

상기 고농도 유기폐수를 수용하는 제1탱크와; 상기 처리 약품을 수용하는 제2탱크와; 상기 제1탱크로부터 상기 고농도 유기폐수를 공급받고 상기 제2탱크로부터 상기 처리 약품을 공급받아, 공급받은 상기 고농도 유기폐수와 상기 처리약품을 혼합하여 상기 반응기에 공급하는 보조 라인믹서를 더 포함할 수 있다.

상기 리사이클 유닛은, 상기 라인믹서로부터 상기 반응물을 공급받으며, 공급받은 상기 반응물을 공기 중에서 낙하시켜 상기 반응기로 공급하는 보조 반응기를 더 포함할 수 있다.

상기 보조 반응기는 상기 반응물이 넘쳐서 공기 중으로 낙하되도록 마련될 수 있다.

상기 반응공간에 연결되어 있는 블로어(blower)를 더 포함할 수 있다.

회전축과 회전블레이드를 포함하는 수중교반기를 더 포함하며, 상기 회전축과 상기 회전블레이드는 상기 반응물이 위치하는 상기 반응공간 내에 위치할 수 있다.

소포제를 수용하는 제3탱크와; 상기 제3탱크에서 상기 소포제를 공급받아 상기 반응공간에 스프레이하는 스프레이 장치를 더 포함할 수 있다.

이산화탄소를 저장하며 상기 이산화탄소를 상기 반응공간에 공급하는 제4탱크를 더 포함할 수 있다.

상기 리사이클 유닛은, 상기 반응기와 상기 이송수단 사이에 위치하는 탈기수단을 더 포함할 수 있다.

상기 이송수단은 에어로 펌프(aero pump)를 더 포함할 수 있다.

응집제를 저장하며 상기 응집제를 상기 반응공간에 공급하는 제5탱크와, 염기성의 중화제를 저장하며 상기 중화제를 상기 반응공간에 공급하는 제6탱크를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면 제조원가 및 관리비용이 감소되고 처리용량이 증가한 고농도 유기폐수의 처리장치가 제공된다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 고농도 유기폐수 처리장치(1, 이하 처리장치)는 도 1과 같이 반응기(10), 라인믹서(20) 및 이송수단(30)을 포함한다. 실시예에서 이송수단(30)은 펌프로 마련되어 있다.

처리장치(1)에는 폐수탱크(31, 제1탱크), 처리약품 탱크(32, 제2탱크), 소포제 탱크(33, 제3탱크), 이산화탄소 탱크(34, 제4탱크), 응집제 탱크(35, 제5탱크), 중화제 탱크(36, 제6탱크) 등의 탱크들이 마련되어 있다. 또한 처리장치(1)에는 보조반응기(11), 보조라인믹서(21), 블로워(40), 스프레이장치(50), 탈기장치(60) 및 수중 교반기(70)가 더 마련되어 있다. 보조반응기(11)에는 교반장치(12)가 마련되어 있다.

처리장치(1)의 각 구성을 자세히 살펴보면 다음과 같다.

반응기(10)는 반응물이 위치하는 반응공간을 제공한다. 반응물은 고농도 유기폐수와 처리 약품을 포함하며, 공정에 따라 소포제, 중화제 그리고/또는 응집제를 더 포함할 수 있다.

반응물은 이송수단(30)을 통해 라인믹서(20)로 이송되어, 반응물 내의 구성성분, 예를 들어 고농도 유기폐수와 처리 약품이 혼합된다. 혼합된 반응물은 보조반응기(11)를 거쳐 다시 반응기(10)로 이송된다. 라인믹서(20)는 내부에 유체의 흐름을 복잡하게 하는 유동경로가 형성되어 있어 별도의 기계적인 교반없이 반응물을 효과적으로 혼합할 수 있다. 라인믹서(20)는 통상의 것을 사용할 수 있으며, 처리 용량, 혼합효율, 반응물의 물성 등을 감안하여 선택할 수 있다.

라인믹서(20)에서 혼합된 반응물은 보조반응기(11)의 하부로 공급되어 보조반응기(11)를 넘쳐서 공기 중에서 낙하되어 반응기(10)로 이송된다.

펌프로 이루어진 이송수단(30)의 원활한 작동을 위하여 반응기(10)와 이송수단(30) 사이에는 탈기장치(60)가 마련되어 반응물 내의 기체성분을 제거한다. 이송수단(30)이 에어로 펌프로 이루어진 경우에는 탈기장치(60)는 생략될 수 있다.

반응기(10)는 폐수탱크(31)와 처리약품 탱크(32)로부터 각각 고농도 유기폐수와 처리약품을 공급받는다. 각 탱크(31, 32)와 반응기(10) 사이에는 보조라인믹서(21)가 위치하고 있는데, 보조라인믹서(21)는 공급되는 고농도 유기폐수와 처리 약품을 혼합시켜 반응기(10)로 공급한다.

소포제 탱크(33)로부터 공급된 소포제는 스프레이장치(50)를 통해 반응물 상으로 스프레이 된다. 블로워(40)는 반응물이 위치하는 반응공간에 기체, 예를 들어 공기를 공급하여 반응물의 믹싱을 도우며, 이산화탄소 탱크(34) 역시 반응물이 위치하는 반응공간에 이산화탄소를 공급한다. 다른 실시예에서 이산화탄소의 공급위치는 다양하게, 예를 들어 이송수단(30)과 라인믹서(20) 사이에, 마련될 수 있다.

응집제 탱크(35) 및 중화제 탱크(36)는 각각 응집제와 중화제를 반응기(10)에 공급한다.

이상에서, 탈기장치(60), 이송수단(30), 라인믹서(20), 보조반응기(11), 교반기(12) 및 이들을 연결하는 배관은 리사이클 유닛을 이룬다. 리사이클 유닛은 반응기(10)의 반응물을 인출하여 다시 반응기(10)로 인입시킨다.

수중 교반기(70)는 반응물이 위치하는 반응공간 내에 위치한다. 수중 교반기(70)의 회전축과 회전블레이드는 모두 반응공간 내에 위치한다.

이상 설명한 실시예에서는 편의상 각 탱크와 반응기 간에 위치하는 펌프와 같은 이송수단을 도시하지 않았다.

이하 본 발명의 실시예에 따른 처리장치(1)를 이용한 폐수처리를 도 2 내지 도 6을 참조하여 설명한다. 도 2는 폐수처리 방법을 나타낸 순서도이고, 도 3 내지 도 6은 각 단계를 설명하기 위한 도면이다. 본 발명에서 고농도 유기폐수는 축산폐수, 특히 양돈 폐수일 수 있으며, 이하에서는 양돈 폐수를 예로 들어 설명한다.

먼저, 양돈 폐수와 처리 약품을 반응기(10)에 공급한다(S100, 도 2 참조).

양돈 폐수와 처리 약품은 각각 폐수탱크(31)와 처리약품 탱크(32)로부터 공급되며 보조 라인믹서(21)에서 혼합되어 반응기로 공급된다. 처리약품은 황산제이철, 황산제일철, 염화제일철 그리고/또는 염화제이철을 포함한다. 처리약품의 사용량은 반응물의 pH가 3.0 내지 5.0, 더 자세하게는 3.5 내지 4.0이 되도록 한다. 반응물의 pH가 3.0보다 작으면 처리약품의 사용량이 늘어 비용이 증가하는 반면, 처리효율은 상승되지 않는다. 반대로 반응물의 pH가 5.0보다 크면 처리약품의 양이 부족하여 산화반응이 효율적으로 수행되지 않는다.

양돈 폐수와 처리약품은 원하는 1회의 처리량만큼 반응기(10)로 이송되는데, 이송되는 전체 시간동안 양돈 폐수와 처리약품이 모두 일정한 양 만큼 연속적으로 보조 라인믹서(21)로 공급되어 양돈폐수와 처리약품이 균일하게 혼합되도록 한다.

이상과 같이 양돈 폐수와 처리약품은 이미 충분히 혼합되어 반응기(10)로 투 입된다.

이어 반응기(10)를 이용하여 양돈 폐수를 약품처리하여 산화반응시킨다.(S200, 도 4 참조).

양돈 폐수에는 탄산염 및 휘발성 지방산 등 점성 및 지방으로 인해 응집을 방해하는 인자를 포함하고 있다. 처리약품은 산성으로서 양돈 폐수 내에 존재하는 응집방해 인자인 탄산염 및 휘발성 지방산 등을 산화반응시켜 이산화탄소로 전환시킨다. 이 때 발생하는 이산화탄소 등에 의해 반응물에는 다량의 거품이 생성되며, 용존성유기물, 휘발성지방산, 병원성 미생물, 점성, 독성 등이 대부분 제거된다.

이미 보조 라인믹서(21)에서 양돈 폐수와 처리약품이 혼합되었으므로, 반응기로 공급되는 반응물에는 다량의 거품이 생긴다. 이러한 거품을 제거하지 않으면 거품으로 인해 반응기(10)에 수용할 수 있는 반응물의 양이 감소할 수 있으므로, 소포제를 사용하여 반응기(10)내에 생성된 기포를 제거한다.

소포제는 스프레이(50)를 통해 반응물에 스프레이되면서 효과적으로 거품을 제거한다. 소포제의 투여시기는 거품의 생성정도에 따라 조절될 수 있다.

반응기(10)에 반응물이 어느 정도 차면, 또는 1회 처리량에 해당하는 반응물이 차면 이송장치(30)를 가동하여 반응물을 라인믹서(20)로 이송시킨다. 이미 보조 라인믹서(21)에서 혼합된 반응물은 라인믹서(20)에서 다시 한번 혼합되면서 처리가 이루어진다. 반응물은 이송장치(30)에 투입 전에 탈기장치(60)에서 탈기된다.

라인믹서(20)에서 혼합된 반응물은 보조반응기(11)로 이송되어, 보조반응기(11)에서 넘쳐서 하부의 반응물 상으로 떨어진다. 보조반응기(11)에 마련되어 교 반장치(12)에 의해 반응물은 또 다시 혼합되며, 보조반응기(11)에서 넘친 반응물은 공기와 접하면서 거품이 추가로 제거된다. 보조반응기(11)의 형태는, 반응물이 공기와 접하면서 낙하할 수 있는 구조라면 다양하게 변형될 수 있다.

약품 처리가 진행되면서 산화반응은 마무리되고 처리 약품 중의 무기응집제 성분에 의해 양돈폐수가 응집된다. 이 과정에서 부유성고형물, 콜로이드성 물질이 화학흡착하여 고상으로 석출된다.

약품 처리 과정에서 블로워(40)를 가동하여 반응물의 혼합을 촉진하며 잔존 거품을 제거할 있으며, 이산화 탄소를 반응물에 공급하여 산화반응을 촉진시킬 수 있다.

이상의 약품 처리반응은 1시간 30분 내지 2시간 내에 완료되는 것이 바람직하며, 이 시간 내에 반응물이 라인믹서(20)를 평균 3-4회 통과하도록 라인믹서(20) 및 각 배관의 용량을 설계한다. 필요시 라인믹서(20)를 병렬로 복수 개 마련할 수 있다.

한편, 도 3에는 도시하지 않았지만, 산화 반응 시 수중 교반기(70)를 가동하면 교반이 증가되어 반응시간을 30분 내지 1시간 정도로 단축시킬 수 있다. 특히 수중 교반기(70)를 사용하면 소포제가 전체적으로 교반되어 거품제거가 용이하다. 도 4 내지 도 6에 도시하지 않았으나 수중 교반기(70)를 사용하면 이후의 중화처리 및 응집처리도 짧은 시간에 효율적으로 수행될 수 있다.

다음으로 약품처리가 완료된 반응물에 중화제를 투입하여 중화처리한다.(S300, 도 5 참조).

중화제로는 수산화나트륨(NaOH)과 같은 염기성 물질을 사용하며, 반응물의 pH를 7.0 내지 8.0으로 상승시킨다. 중화 과정에서는 블로워(40)만으로 혼합할 수 있으며, 필요에 따라 라인믹서(20)를 사용할 수도 있다. 중화과정에서 응집결속력이 강화되어 플럭이 더욱 커진다. pH가 7.0보다 작으면 응집결속력 강화 효과가 약하며, pH가 8.0보다 크면 중화제 사용비용이 증가에 비하여 응집결속력 강화 효과 증가는 미미하다.

중화처리는 30분 내지 40분 동안 수행될 수 있다.

다음으로 중화된 반응물에 고분자 응집제를 가하여 응집처리한다(S400, 도 6 참조). 응집 처리에 의해 응집 플럭의 크기가 증가된다.

고분자 응집제로는 양이온 또는 음이온성 유기고분자 응집제를 사용할 수 있다. 이 과정 역시 블로워(40)만으로 반응물과 고분자 응집제를 혼합시킬 수 있으며, 필요에 따라 라인믹서(20)를 사용할 수 있다.

응집처리에 의해 플럭의 크기가 더욱 증가하고 폐수 내에 존재하는 부유물질은 응집되어 침전하게 되어 고액분리가 이루어진다.

마지막으로 응집처리된 반응물을 후처리한다(S500). 후처리는 고액분리와 고액분리후의 폐수 처리이며 공지의 방법에 의해 수행될 수 있다. 고액분리후의 폐수 처리는 활성오니 생물학적 방법 또는 막분리 방법 등을 이용하여 수행될 수 있다. 고액분리 후 발생되는 슬러지 케익은 수분함량이 40 내지 60%정도이며, 유기질 퇴비로 사용가능하다.

이상 설명한 처리장치는 다음과 같은 장점을 가진다.

먼저, 반응기(10)에 반응공간의 교반을 위한 별도의 교반장치가 마련되지 않아 반응기(10)의 제조비가 대폭 절감되며 고장율도 감소한다. 반응기(10) 하부에 교반기가 설치될 경우에는 실링을 위한 미케니컬 실(mechanical seal)의 설치 및 교체비용이 문제되는데, 본 발명에 따르면 이와 같은 설비가 필요하지 않다. 특히 본 발명에 사용되는 반응기(10)는 토목 공사를 통해 마련될 수 있어 설치비가 저렴하다.

또한 반응기(10)의 1회 처리용량을 늘릴 수 있다. 반응기(10)에 교반장치를 마련할 경우에는 교반 시 형성되는 반응물 흐름을 감안해야 하기 때문에 반응기 용량 대비 1회 처리량이 낮다. 반면 본 발명에 따르면 반응공간에서의 반응물은 크게 교반되지 않는 상태이기 때문에 반응기(10) 용량 대비 1회 처리량을 늘려도 반응물을 안정적으로 처리할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 처리장치의 개략도이고,

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 처리장치를 이용한 고농도 유기폐수의 처리를 설명하기 위한 순서도이고,

도 3 내지 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 처리장치를 이용한 고농도 유기폐수의 처리를 설명하기 위한 순서도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 반응기 11 : 보조반응기

20 : 라인믹서 21 : 보조라인믹서

31 내지 36 : 탱크 40 : 블로워

50 : 스프레이 장치 60 : 탈기장치

70 : 수중 교반기

Claims (12)

1. 고농도 유기폐수를 처리하는 장치에 있어서,

   상기 고농도 유기폐수와 처리 약품을 포함하는 반응물이 위치하는 반응공간을 제공하는 반응기와;

   상기 반응기로부터 상기 반응물을 인출하고 다시 인입시키며, 내부에 유동하는 상기 반응물을 교반하는 유동경로가 형성되어 있는 라인 믹서를 포함하는 리사이클 유닛과;

   상기 고농도 유기폐수를 수용하는 제1탱크와;

   상기 처리 약품을 수용하는 제2탱크와;

   상기 제1탱크로부터 상기 고농도 유기폐수를 공급받고 상기 제2탱크로부터 상기 처리 약품을 공급받아, 공급받은 상기 고농도 유기폐수와 상기 처리약품을 혼합하여 상기 반응기에 공급하는 보조 라인믹서를 포함하는 고농도 유기폐수 처리장치
2. 제1항에 있어서,

   상기 리사이클 유닛은,

   상기 라인믹서로부터 상기 반응물을 공급받으며, 공급받은 상기 반응물을 공기 중에서 낙하시켜 상기 반응기로 공급하는 보조 반응기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고농도 유기폐수 처리장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 보조 반응기는 상기 반응물이 넘쳐서 공기 중으로 낙하되도록 마련된 것을 특징으로 하는 고농도 유기폐수 처리장치.
4. 제1항에 있어서,

   회전축과 회전블레이드를 포함하는 수중교반기를 더 포함하며,

   상기 회전축과 상기 회전블레이드는 상기 반응물이 위치하는 상기 반응공간 내에 위치하는 것을 특징으로 하는 고농도 유기폐수 처리장치.
5. 제1항에 있어서,

   이산화탄소를 저장하며 상기 이산화탄소를 상기 반응공간에 공급하는 제4탱크를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고농도 유기폐수 처리장치.
6. 고농도 유기폐수를 처리하는 장치에 있어서,

   상기 고농도 유기폐수와 처리 약품을 포함하는 반응물이 위치하는 반응공간을 제공하는 반응기와;

   상기 반응기로부터 상기 반응물을 인출하고 다시 인입시키며, 내부에 유동하는 상기 반응물을 교반하는 유동경로가 형성되어 있는 라인 믹서를 포함하는 리사이클 유닛과;

   이산화탄소를 저장하며 상기 이산화탄소를 상기 반응공간에 공급하는 제4탱크를 포함하는 것을 특징으로 하는 고농도 유기폐수 처리장치.
7. 제6항에 있어서,

   상기 리사이클 유닛은 상기 반응물이 상기 라인믹서를 통과하도록 유동력을 제공하는 이송수단을 더 포함하는 것을 고농도 유기폐수 처리장치.
8. 제6항에 있어서,

   상기 리사이클 유닛은,

   상기 라인믹서로부터 상기 반응물을 공급받으며, 공급받은 상기 반응물을 공기 중에서 낙하시켜 상기 반응기로 공급하는 보조 반응기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고농도 유기폐수 처리장치.
9. 제7항에 있어서,

   상기 리사이클 유닛은,

   상기 반응기와 상기 이송수단 사이에 위치하는 탈기수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고농도 유기폐수 처리장치.
10. 고농도 유기폐수를 처리하는 장치에 있어서,

    상기 고농도 유기폐수와 처리 약품을 포함하는 반응물이 위치하는 반응공간 을 제공하는 반응기와;

    내부에 유동하는 상기 반응물을 교반하는 유동경로가 형성되어 있는 라인 믹서와, 상기 반응물이 상기 라인믹서를 통과하도록 유동력을 제공하는 이송수단과, 상기 반응기와 상기 이송수단 사이에 위치하는 탈기수단을 포함하며, 상기 반응기로부터 상기 반응물을 인출하고 다시 인입시키는 리사이클 유닛을 포함하는 고농도 유기폐수 처리장치.
11. 제10항에 있어서,

    상기 이송수단은 에어로 펌프(aero pump)를 포함하는 것을 특징으로 하는 고농도 유기폐수 처리장치.
12. 삭제

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