KR101276507B1 - 난응집성 인성분을 포함한 하폐수에 대한 산화전처리를 이용한 총인 제거장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 산화전처리를 이용하여 총인 제거효율을 배가시키는 장치 및 방법에 관한 것으로, 이를 더욱 상세히 설명하면 응집제와 반응하지 않아 그대로 처리수에 혼합되어 방류되는 용존상 인을 전처리로서 산화단계를 거치도록 함에 따라 응집제와 반응을 유도하여 고형물질로서 제거하도록 함에 따라 용존상 인을 포함하는 총인의 제거효율을 극대화시키는 장치 및 방법에 관한 것이다.

Description

난응집성 인성분을 포함한 하폐수에 대한 산화전처리를 이용한 총인 제거장치{The Appuratus of removing total phosphorus in wastewater using oxidaition process}
본 발명은 산화전처리를 이용하여 총인 제거효율을 배가시키는 장치에 관한 것으로, 이를 더욱 상세히 설명하면 응집제와 반응하지 않아 그대로 처리수에 혼합되어 방류되는 용존상 인을 전처리로서 산화단계를 거치도록 함에 따라 응집제와 반응을 유도하여 고형물질로서 제거하도록 함에 따라 용존상 인을 포함하는 총인의 제거효율을 극대화시키는 장치에 관한 것이다.
일반적으로 하폐수 중의 인제거 기술은 생물학적 방법과 물리화학적 방법으로 대분할 수 있다. 생물학적 방법은 혐기성과 호기성 조건을 순차적으로 부여함으로써 미생물의 물질대사를 자극하여 수중의 인을 제거하는 기술로 운영비용에 있어 경제적인 이유로 현재 가장 많이 적용되고 있다.
한편, 물리화학적인 방법은 수중에 응집제를 첨가하여 인을 고형물질로 변환한 후 이들 고형물질을 분리함으로써 인을 제거하는 기술로 운영비용이 고가이고 화학적 슬러지가 대량 발생하여 환경 문제를 초래하고 있으나 처리효율 측면에서 우수한 장점이 있다.
한편 국내 하폐수 처리를 통한 방류수의 총인 수질기준이 2012년부터 최고 0.2mg/l(ppm)까지 대폭 강화될 예정으로, 이에 따라 기존 범용적인 총인처리 기술인 생물학적 방법은 상기에서 언급한 강화될 수질기준을 만족시키기엔 기술적인 한계가 있어 생물학적 처리공정 후단에 물리화학적 처리기술을 적용한 복합 처리 기술로 총인 처리를 보강하고 있는 실정이다.
그러나, 보강된 복합 처리기술이 적용되더라도 기존의 응집제로 알루미늄 계열이나 철 계열의 응집제를 수중에 투여하는 경우 이온형태로 존재하는 인을 고형물질로 변환시키고 이후 침전이나 부상 및 여과 등 물리적 수단을 이용하여 이들 고형물질을 제거하도록 함에 불과하여 강화된 수질기준을 만족하는 것이 어렵다. 즉 총인(TP, Total Phosphorous)은 고형상 인(Particulate Phosphorous)과 용존상 인(S-TP, Soluble Total Phosphorous)을 포함하는 것으로, 이중 용존상 인은 OB-P(Organic-bound P), Poly-P, PO4-P를 포함한다. 이중 응집제와 반응을 하여 고형물질로 변환이 가능한 것은 고형상 인, 용존상 인중에서 PO4-P이고, OB-P(Organic-bound P), Poly-P의 경우는 응집제와 반응하여 고형화가 용이하지 않아 기존 인처리 공정에 의한 방류수는 OB-P(Organic-bound P), Poly-P를 그대로 함유하고 있는 바, 강화된 수질기준인 0.2mg/l(ppm)을 만족할 수 없는 문제가 있다.
따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 하, 폐수처리 공정에 있어 물리화학적 공정을 통해 인을 처리하되, 응집단계의 전처리로 산화단계를 거치도록 함으로써 용존상 인의 경우도 응집단계에서 고형물질로 분리가 가능하도록 함에 의해 인 제거효율을 배가시킬 수 있는 장치 및 방법을 제공하고자 함이다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제에 의한 난응집성 인성분을 포함한 하폐수에 대한 산화전처리를 이용한 총인 제거장치는 유입원수 중 용존상 인을 산화시키는 산화단계; 응집제를 투입하여 인을 응집하는 응집단계; 전 단계에서는 응집된 고형물질을 분리 및 배출하는 고액분리 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다. 즉 본 발명은 응집제를 투입하여 인을 고형물질로 변환시키는 응집단계의 전단계로 산화단계를 갖는 바, 이는 응집제에 의해 고형화가 용이하지 않은 용존상 인을 산화처리하여 응집제와 고형화 반응이 가능하도록 함으로써 고형상 인 및 용존상 인을 포함하는 총인의 제거효율을 향상시키는 것이다.
상기에서 총인(TP, Total Phosphorous)은 고형상 인(Particulate Phosphorous)과 용존상 인(S-TP, Soluble Total Phosphorous)을 포함하는 것으로, 이중 용존상 인은 OB-P(Organic-bound P), Poly-P, PO4-P를 포함하는 것이다. 용존상 인중에서 PO4-P는 이온형태로 용존되어 있으므로 응집제와 반응하여 고형화가 용이하나, OB-P(Organic-bound P), Poly-P의 경우는 응집제와 반응하여 고형화가 용이하지 않아 기존 인처리 공정에 의해 방류되는 경우 OB-P(Organic-bound P), Poly-P는 그대로 방류수에 포함되어 인제거효율을 저하시킨다. 즉 상기에서 언급하는 "난응집성 인"이라함은 용존상 인 중 OB-P(Organic-bound P), Poly-P를 지칭하는 것이다.
이에 상기 산화단계에는 산화제를 투입함으로써 용존상 인의 성상을 변화시키는 것인데, 그 일예로 OB-P(Organic-bound P), Poly-P를 산화에 의해 PO4-P형태로 변환시킴으로써 다음단계의 응집단계에서 PO4-P를 포함하여 OB-P(Organic-bound P), Poly-P 즉 용존상 인을 고형물질화 함에 의해 그 다음단계인 고액분리단계에서 용존상 인을 포함한 총인의 제거효율을 증대시키는 것이다.
상기 산화단계에 있어 투입되는 산화제를 특별히 한정하지는 않으나, 고급산화공정(Advanced Oxidation Process; AOP)에 의한 산화공정을 수행하도록 하는 것이 타당하다. 이는 강력한 산화제인 하이드록실 라디칼(Hydroxyl radical(OH-))을 생성시켜 용존상 인 특히 OB-P(Organic-bound P), Poly-P를 산화시키기 위함이다.
이를 위해 본 발명에서는 산화제로 오존(O3)을 투입하여 상기에서 언급한 함으로써 용존상 인 특히 OB-P(Organic-bound P), Poly-P를 산화시킴으로써 응집단계에서 응집제에 의해 난응집성 인의 경우도 고형물질로서 분리가 가능하도록 하는 것이다.
또한, 본 발명에서는 산화제로 오존(O3), 과산화수소(H2O2), 자외선(UV)을 하나 또는 혼합하여 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에서는 상기 산화단계에서 고급산화공정으로 유입원수 중 용존상 인을 산화시키는 산화단계에는 산화제로 과산화수소와 철염을 투입하는 펜튼공정(FENTON)을 사용하는 것이 타당하다. 이는 과산화수소와 철염을 조합한 펜튼산화를 사용하는 것이 산화 반응 시 염소화 유기물이 생성되지 않고, 오존 처리보다 적은 양의 중간 생성물이 생성되며 또한 산화제의 값이 다른 고급산화제보다 저렴하여 반응기 설계가 용이하기 때문이다.
상기와 같이 산화제롤 과산화수소와 철염을 조합하여 사용하는 경우 pH조절제를 투입하여 pH를 산성조건으로 조절하는 것이 타당하다. 즉 과산화수소와 철염을 투입하여 산화를 수행하는 단계에서 pH조절제를 투입하여 pH는 3 내지 5가 되도록 하는 것이다. 이렇게 pH 조절시 미리 목적으로 하는 pH를 조절한 후 과산화수소와 철염을 투입하는 경우 pH가 3 이하로 떨어지는 경우가 있으므로 pH조절제는 과산화수소와 철염을 투입한 후에 pH조절제를 투입하여 pH를 조절하는 것이 바람직하다. 여기서 pH조절제는 황산(H2SO4), 수산화나트륨(NaOH) 등이 사용될 수 있다.
그런데 상기와 같이 산화단계에서 과산화수소와 철염에 의해 산화를 최적으로 하기 위해 pH조절제를 이용하여 산성조건으로 pH를 조절하는 경우 그 다음단계로서 응집단계에서는 인의 응집을 위해 적절한 pH 조절이 필요하다. 따라서 응집단계에서는 pH조절제에 의해 중성조건(pH 6 내지 8)을 유도하고, 이와 함께 응집제를 투입함으로써 전 단계에서 산화가 되어 성상의 변화된 용존상 인을 포함하여 총인을 고형물질로 변환시키게 되는 것이다.
더욱 바람직하게는 본 발명에서 응집단계에서는 응집제로 적니를 투입하는 것이 바람직하다. 이는 적니를 투입함에 따라 별도의 pH조절제에 의한 중화공정이 필요가 없기 때문이다. 본 발명에서 사용될 수 있는 적니는 보오크사이트(Bauxite)를 이용하여 베이어(Bayer)법에 의하여 수산화알루미나를 생산하는 과정에서 발생되는 부산물인데, 이 적니에는 강알칼리성을 띠며 과다한 수분을 함유하고 있다. 이러한 적니를 먼저 포함된 수분을 제거하기 위해 소성가공을 하여 분말로 만드는 파쇄가공을 거쳐 생성된다. 이러한 공정을 거친 적니는 분말상태로 입자의 직경이 10~50㎛ 정도이며, 비표면적이 증가되어 활성도가 높아지게 된다. 특히 적니의 성분은 Fe2O3(삼산화이철)이 25~45%, Al2O3(산화알루미늄)이 15~25% 등으로 Fe2O3(삼산화이철)과 Al2O3(산화알루미늄)에 의해 산화단계를 거친 용존상 인은 Fe-Al 수산화물로의 침전 및 흡착반응을 통해 고형화가 이루어지는 것이다.
이러한 적니에 의한 응집은 타 Al 및 Fe계 무기응집제와 동일한 메커니즘에 의해 산화단계를 거친 수용성 인과 응집반응이 이루어지는 바, 우선 적니가 수중에 투입되면 수화(hydration) 반응에 의해 aquametal 이온이 형성되며, 이 aquametal 이온의 수화물분자가 수산기 이온(OH-ligand)으로 대체되는 가수분해(hydrolysis) 반응을 통해 여러 가지의 가수분해종이 생성된다. 또한 이러한 착화물의 가수분해종이 중합반응(polymerization)에 의해 응축됨으로서 여러 가지의 polymeric species 가 형성된다. 이렇게 수중에서 인이 응집제거 되는 메커니즘은 다양하다. 이 중에서도 가장 일반적으로 받아들여지는 메커니즘으로는 반대의 전하를 띤 가수분해종에 인이 결합하여 전하 중화(adsorption to produce charge neutralization)된 이후 이들의 접촉에 의해 응집이 이루어지는 것과 알루미늄 및 철의 수산화물(무정형 수산화물인 Al(OH)3(s), Fe(OH)3(s))에 용존상 인이 흡착(adsorption)되거나 체거름(enmeshment)되어 sweep floc이 형성되어 응집이 일어나는 sweep coagulation이 있다.
이렇게 본 발명의 응집단계에서 적니를 응집제로 사용하는 경우 상기에서 언급한 바와 같이 적니가 강알칼리성을 띠고 있으므로 전 단계인 산화단계에서 pH 조절제에 의해 산성조건(pH 3 내지 5)으로 조절된 처리수를 응집단계에서 강알카리성인 적니를 사용함으로써 별도의 pH조절제를 사용함 없이 응집반응에 적절한 pH조건(pH 6 내지 8)으로 유도되도록 하는 것이다.
한편 본 발명의 산화전처리를 이용한 총인 제거장치는 유입원수에 산화제를 투입하여 유입원수를 전처리 하는 산화전처리조; 전처리조로부터 산화처리된 처리수에 응집제를 투입하여 인을 응집하기 위한 응집반응조; 상기 응집반응조에서 응집제에 의해 응집된 고형물질을 포함한 처리수가 유입되며 상기 처리수로부터 고형물질을 분리 및 배출하는 고액분리조;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서 상기 고액분리조는 마이크로 버블을 발생시키는 마이크로 버블 발생장치가 구성되도록 함이 타당한 바, 상기 마이크로 버블 발생장치는, 상기 고액분리조 하면에 구성되며 내부에 공간을 형성하는 포집관과, 상기 포집관의 내부와 상기 고액분리조 외부를 연통하도록 구성되는 공기흡입관과, 상기 포집관의 외부로 돌출되어 구동모터와 연동하는 임펠러를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
더욱 바람직하게는 상기 임펠러는 상,하 임펠러로 구성되며, 하부 임펠러는 하방향으로 경사구배를 형성하며, 상부 임펠러는 상향방으로 경사구배가 형성되도록 함이 타당하다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 산화전처리를 이용한 총인 제거장치는 응집제와 반응하지 않아 그대로 처리수에 혼합되어 방류되는 용존상 인을 전처리로서 산화단계를 거치도록 함에 따라 응집제와 반응을 유도하여 고형물질로서 제거하도록 함으로써 용존상 인을 포함하는 총인의 제거효율을 극대화시킨 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 산화전처리를 이용한 총인 제거장치의 기본 예를 나타내는 도면.
도 2는 본 발명에 따른 산화전처리를 이용한 총인 제거장치의 실시 예를 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 일 구성인 고액분리조를 나타내는 도면.
도 4는 마이크로 버블장치의 일실시 예를 나타내는 도면.
도 5는 본 발명에 따른 산화전처리를 이용한 총인 제거방법을 나타내는 블록도.
이하 본 발명의 실시 예을 첨부되는 도면을 통해 보다 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 산화전처리를 이용한 총인 제거장치의 기본 예를 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 산화전처리를 이용한 총인 제거장치의 실시 예를 나타내는 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 구성인 고액분리조를 나타내는 도면이고, 도 4는 마이크로 버블장치의 일 실시 예를 나타내는 도면이고, 도 5는 본 발명에 따른 산화전처리를 이용한 총인 제거방법을 나타내는 블록도이다.
우선 본 발명의 산화전처리를 이용한 총인 제거장치는 도 1에서 보는 바와 같이 산화전처리조(20), 응집반응조(30) 및 고액분리조(40)를 기본 예의 구성으로 하고 있다.
우선 산화전처리조(20)는 침전조, 생물반응조 등 전처리조로부터 유입되는 유입수에 산화제를 투입함으로써 총인(TP, Total Phosphorous) 중 특히 용존상 인(S-TP, Soluble Total Phosphorous)으로 OB-P(Organic-bound P), Poly-P를 산화시키도록 하는 구성이다. 여기서 용존상 인중 PO4-P의 경우는 특별히 산화를 시키지 않더라도 응집제와 반응을 통해 고형물질로 변환이 용이하므로 상기 산화처리조(20)는 OB-P(Organic-bound P), Poly-P의 산화를 주된 목적으로 하는 것이다. 즉 상기 산화전처리조(20)는 산화제를 투입함으로써 용존상 인의 성상을 변화시켜 OB-P(Organic-bound P), Poly-P를 산화에 의해 PO4-P형태로 변환시키도록 유도함에따라 응집반응조(30)에서 OB-P(Organic-bound P), Poly-P의 경우도 고형물질화 함으로써 전체적으로 총인의 제거효율을 극대화시키는 것이다.
상기 산화전처리조(20)에 있어 투입되는 산화제를 특별히 한정하지는 않으나, 고급산화(Advanced Oxidation Process; AOP)에 의한 산화공정을 수행하도록 하는 것이 타당하다. 이는 강력한 산화제인 하이드록실 라디칼(Hydroxyl radical(OH-))을 생성시켜 용존상 인 특히 OB-P(Organic-bound P), Poly-P를 산화시키기 위함이다.
이를 위해서 본 발명에서는 산화제로 오존(O3)을 투입하는 예가 제시된다. 이렇게 오존을 산화제로서 투입함에 의해 용존상 인 특히 OB-P(Organic-bound P), Poly-P를 산화시킴으로써 후단의 응집반응조(30)에서 난응집성의 OB-P(Organic-bound P), Poly-P의 경우도 고형물질화 하여 제거가 가능하도록 하는 것이다. 산화제로 오존(O3)을 사용하는 경우 오존의 분해속도는 pH에 의해 영향을 받는데 이것은 수화산화기에 의하여 오존이 스스로 분해될 수 있는 특성을 가지기 때문이다. 즉 오존은 산성에서는 비교적 안정하나 알칼리성으로 갈수록 분해속도가 빨라지게 된다. 그러나 하이드록실 라디칼(Hydroxyl radical(OH-)의 생성면에서 보면 pH를 증가시킬수록 오존의 분해가 가속화되어 더욱 많이 생성되지만, pH가 높다고 하여 반드시 높은 정상상태의 하이드록실 라디칼 농도를 유지할 수 없다. 그 이유는 pH를 높임에 따라 하이드록시 라디칼 소모반응이 더 증가될 수 있기 때문이다. 따라서 본 발명에서 산화제로 오존(O3)을 사용하는 경우 pH조절제를 이용하여 인함량, 현장 여건 등을 고려하여 pH를 산성조건, 염기성조건으로 조절하는 것이 타당하다.
실제로 출원인은 현장에서 오존(O3)을 산화제로 10ppm정도 투입함에 따라 방류수의 총인함량이 0.09ppm정도가 되는 것을 확인할 수 있었으며, 이는 오존에 의해 난응집성 인에 해당하는 OB-P(Organic-bound P), Poly-P 가 산화됨으로써 응집반응조(30)에서 고형물질로 제거할 수 있었기 때문이다.
또한, 본 발명에서는 산화제로 오존(O3),과산화수소(H2O2), 자외선(UV), 광촉매를 둘 이상 혼합하여 사용될 수 있다. 즉 오존과 과산화수소를 산화제로 투입할 수 있으며, 오존과 자외선을 산화제로 투입 및 조사할 수 있고, 과산화수소와 자외선을 산화제로 투입 및 조사할 수 있다.
일 예로 오존과 자외선을 산화제로 사용하는 경우 오존이 자외선 에너지에 의하여 광분해되는 초기 반응의 결과로 과산화수소가 중간물질로 생성되며, 생성된 과산화수소는 하이드록시 라디칼을 생성하게 된다. 즉 과산화수소를 오존의 자외선에 의한 광분해로 직접 생산하게 되는 것이다. 이렇게 오존과 자외선을 혼합하여 사용함에 따라 중간물질로서 과산화수소에 의해 하이드록시 라디칼이 생성되는 점과 별도로 자외선 자체도 직접적으로 용존상 인을 산화시킬 수 있는 잇점이 있어 둘을 혼합하여 사용하는 것이 산화효율에 있어 더욱 유리하게 되는 것이다.
또한, 본 발명에서는 산화제로 과산화수소와 철염을 투입하는 것에 특징이 있다.
상기 산화전처리조(20)에서 산화제로 과산화수소수와 철염은 다음과 같은 여러 화학적반응을 유도한다.
(1) Fe2 + + H2O2 → Fe3 + + OH- + OH-
(2) Fe3 + + H2O2 → Fe2 + + H2O + H+
(3) Fe2 + + OH → Fe3 + + OH-
(4) Fe3 + + H2O → Fe2 + + O2 + H+
(5) OH + H2O2 → H2O + H2O
위의 5가지 반응이 주로 일어나는 반응인데 이 반응들은 동시다발적으로 일어나게 되며, 강산화제인 OH라디칼에 의해 유입수에 용존상으로 존재하는 OB-P(Organic-bound P), Poly-P를 산화시키게 되는 것이다.
이에 더하여 상기 산화전처리조(20)에서는 상기와 같이 산화제롤 과산화수소와 철염을 조합하여 사용하는 경우 pH조절제를 투입하여 상기 산화전처리조(20)의 pH를 산성조건으로 조절하는 것이 타당하다. 즉 과산화수소와 철염을 투입하여 산화를 수행하는 단계에서 pH조절제를 투입하여 pH는 3 내지 5가 되도록 하는 것이다. 이렇게 pH를 산성으로 조절하는 것이 OB-P(Organic-bound P), Poly-P를 산화시킴에 있어 최적의 조건을 형성하도록 하는 것이다.
한편 본 발명에서는 도 2에서 보는 바와 같이 생물학적처리조(10)가 상기 산화전처리조(20) 전단에 구성되도록 할 수 있다. 이렇게 하여 생물학적 처리공정과 물리화학적 처리공정을 동시에 수행하도록 할 수 있다. 이에 더하여 상기 고액분리조(40) 후단에는 화학적 슬러지에 함유되어 있는 인을 회수하는 공정을 더 포함시켜 인 회수 공정에서 사용되는 응집제와 분리된 인을 재이용할 수 있도록 구성될 수 있다.
도 2에 도시된 실시 예에서 생물반응조(10)의 경우는 산화전처리조(20)에 유입되기 전에 하, 폐수에 포함된 질소와 인은 물론 이물질 등을 제거하는 전처리를 수행하도록 하는 것이다. 상기 생물반응조(10)는 생물학적 미생물의 물질대사를 자극하여 수중의 질소와 인을 제거하는 것으로, 유입 원수를 수용하면서 혐기성과 호기성 조건을 반복 또는 선택적으로 조성하여 유입 원수에 대한 수처리를 실시하도록 하는 것이다. 이러한 생물반응조(10)는 공지 기술 등을 통해 다양하게 실시될 수 있는데, 일 예로써 연속회분식 반응장치(Sequencing batch reactor; SBR)가 적용된 생물반응조(10)가 제시될 수 있다. 이렇게 연속회분식 반응장치가 적용된 생물반응조(10)는 1주기 내에서 시간대를 달리하여 유입조, 호기조, 혐기조로 반복 운용됨으로써 유입 원수 중에 포함된 질소와 인을 제거하도록 한 것으로서 단일 반응조에서 호기와 혐기 상태가 반복적으로 나타나기 때문에 탈인 미생물에 의한 인의 과잉섭취로 인하여 인의 제거 효율을 향상시킬 수 있는 것이다.
또한, 도면에 도시된 바는 없으나, 생물반응조(10)의 후단에는 침전조가 더 구성될 수 있다. 생물반응조(10)에서 전처리된 처리수가 유입되어 일정 시간 동안 상기 처리수에 대한 침전을 실시함으로써 처리수에 포함된 부유물질 및 유기물질을 포함한 이물질이 침전되도록 한다. 이러한 침전 작용에 의해 침전되는 이물질은 도면에 도시된 바 없으나, 침전조 하부에 구비될 수 있는 이물질 배출관을 통해 외부로 배출되어 별도의 처리과정을 거친 후 폐기될 수 있다.
이와 같이 상술한 생물반응조(10)를 통해 유입되는 하, 폐수에 대하여 1차적으로 질소 및 인은 물론 이물질 등을 제거하게 되는 것이며, 1차적 처리된 처리수는 상기 산화전처리조(20), 응집반응조(30) 및 고액분리조(40)를 통해 2차적으로 수처리가 실시되고 최종적으로 고액분리 공정을 거쳐 방류되도록 하는 것인 바, 이렇게 방류되는 방류수에는 상기 산화전처리조(20), 응집반응조(30) 및 고액분리조(40)의 작용에 의해 총인의 제거효율을 증대시킬 수 있으며, 특히 용존상 인의 제거가 가능하여 방류수의 인함유를 0.2mg/l미만으로 낮추는 것이 가능하다.
도 1 및 도 2에 도시된 응집반응조(30)는 처리수 또는 하,폐수가 유입되어 이를 수용하며, 수중에 응집제를 투입하여 유입 처리수에 포함된 인을 응집하게 된다. 이때, 상기 응집제는 알루미늄이나 철 등을 포함한 금속 계열의 응집제를 사용할 수 있으며, 응집반응조(30)에 수용된 유입수 중에 이온 형태로 존재하는 인을 고형물질로 변환시키게 되는 것이다.
한편, 이러한 응집반응조(30)에서 인을 고형물질로 변환시키는 응집반응은 pH에 민감한 반응으로 일반적으로 중성조건(pH 6 내지 8)에서 응집반응이 잘 유도되는 것으로 알려져 있다. 그런데 상기 산화전처리조(10)에서 산화제로 과산화수소와 철염을 사용하는 경우 상기에서 언급한 바와 같이 산화를 최적으로 하기 위해 pH조절제를 이용하여 산성조건으로 pH를 조절하는데, 이 경우 응집반응조(30)에서는 별도의 pH조절제를 사용하여 중성조건이 유도되도록 하여야 하는 바, 본 발명에서는 이와 같이 응집반응조(30)에서 별도의 pH조절제를 사용하여 중성조건이 유도되도록 하는 번거로운 공정을 생략하기 위해 응집제로 적니를 제시한다. 이는 적니가 강알카리성을 갖고 있어 응집반응조(30)에 별도의 pH조절제의 투입이 필요가 없기 때문이다. 적니는 상기에서 언급한 바와 같이 Fe2O3(삼산화이철)과 Al2O3(산화알루미늄)을 주성분으로 함에 따라 산화단계를 거쳐 이온화 등에 의해 성상이 변경된 용존상 인(OB-P(Organic-bound P), Poly-P)의 경우도 응집에 의해 고형물질로 변환이 가능하게 되는 것이다.
이렇게 본 발명의 응집단계에서 적니를 응집제로 사용하는 경우 상기에서 언급한 바와 같이 적니가 강알칼리성을 띠고 있으므로 전 단계인 산화단계에서 pH 조절제에 의해 산성조건(pH 3 내지 5)으로 조절된 처리수를 응집단계에서 강알카리성인 적니를 사용함으로써 별도의 pH조절제를 사용함 없이 응집반응에 적절한 pH조건(pH 6 내지 8)이 유도되도록 하는 것이다.
한편 본 발명에서는 도 2에서 보는 바와 같이 상기 산화전처리조(20)와 상기 응집반응조(30) 사이에 무격막전해셀(31)을 구성할 수 있다. 즉 산화전처리조(20)에서 처리수가 상기 무격막전해셀(31)을 거쳐 응집반응조(30)로 유입되도록 하는 것이다. 이렇게 무격막전해셀(31)을 구성하는 것은 후단에 위치하는 응집반응조(30)에서 인의 흡착제거율을 높이기 위함이다. 일반적으로 하수의 경우 인은 두가지 형태로 즉 입자성 인(Non-Ortho-Phosphate)과 용해성 인(Ortho-Phosphate)으로 존재한다. 전 단계인 산화단계(산화전처리조(20))에서 pH 조절제에 의해 산성조건(pH 3 내지 5)으로 조절된 처리수에 대해 상기 무격막전해셀(31)을 거치도록 함으로써 pH를 중성화 시키는 것이다. 일반적으로 수중에 존재하는 인은 pH가 올라가면 이온가가 H3PO4 - H2PO4 - HPO4 2 - - PO4 3 - 로 변한다. 따라서 중성영역에서는 대부분의 인이 1가와 2가 이온으로 공존하는 형태로서 1가 이온의 존재비율이 2가 이온보다 더 높은 상태로 존재할 가능성이 높다. 한편 응집반응조(30)에 의한 응집반응시 1가 이온보다 2가 이온이 2가 이온보다는 3가 이온들이 보다 더 응집반응이 용이하다. 이에 따라 하수의 pH를 중성영역(7 내지 8)로 만들어주게 되면 1가 이온으로 존재하는 인이 대부분 2가 이온으로 전환되어 본 발명의 인 응집제거 효율은 증대될 것이다. 또한 별도의 pH조절제의 사용이 필요없다. 이에 본 발명에서는 도 2에서 보는 바와 같이 산화전처리조(20)와 응집반응조(30) 사이에 무격막전해셀(31)을 구비함으로써 산화전처리조(20)로부터의 처리수를 무격막 전기분해에 의해 결국 응집반응조(30)로 유입되는 하수의 pH를 약 7 내지 8까지 올림으로써 처리수에 존재하는 인의 이온가를 1가에서 2가로 보다 많이 전이시킬 수 있게 되는 것이다. 이러한 인의 이온가의 전이에 의해 용존성 인에 대한 응집효율을 증대시킬 수 있게 되는 것이다.
상기 고액분리조(40)는 상기 응집반응조(30)와 연통되어 있으며 응집반응조(30)의 반응수에 대한 고액 분리를 수행하는 공간으로, 상기 응집반응조(30)에서 응집제에 의해 응집된 고형물질과 이를 포함한 반응수가 유입되면 상기 반응수로부터 고형물질을 분리 및 배출하며 고액분리된 상등수는 방류하게 된다. 이러한 고액분리조(40)는 유입되는 반응수에 대하여 침전, 부상 및 여과 중 어느 한 방식의 물리적 수단을 통해 고형물질을 분리 및 배출하게 되는 것으로, 본 발명에 따르면 상기 고액분리조(40)는 부상 방식이 적용된 물리적 수단의 예를 제시하고 있다.
구체적으로, 상기 고액분리조(40)는 도 3에 도시된 바와 같이 상기 응집반응조(30)로부터 유입되는 반응수에 포함된 고형물질을 분리하기 위한 구성으로, 마이크로 크기의 용존 공기를 이용한 부상 분리 방법(MBDAF : Micro Bubble Dissolved Air Flotation)을 통해 상기 반응수에 대한 고액분리를 실시하게 된다. 상기 마이크로 버블은 기포 지름이 50㎛ 이하로, 통상적인 폭기 방법에 대비하여 기체의 용해 효율이 높으며 대전작용, 물리적 흡착효과가 우수한 특징이 있다.
이에 따라, 상기 고액분리조(40)는 마이크로 버블이 고액분리조(40) 내의 전역으로 공급될 수 있도록 구성되는 마이크로 버블 발생장치(41)가 구비되며, 상기 마이크로 버블 발생장치(41)에 의해 공급되는 마이크로 버블이 수중에 존재하고 있는 고형물질에 반응하여 접촉 및 수중 상부로 부상시키게 되고, 이 부상한 고형물질들을 상등수로부터 분리하여 배출하게 되는 것이다.
특히 도 4에서 보는 바와 같이 본 발명에서는 마이크로 버블 발생장치(410)의 일 실시 예가 제시되는 바, 본 실시 예의 마이크로 버블 발생장치(410)는 상기 고액분리조(40) 하면에 구성되며 내부에 공간을 형성하는 포집관(411)과, 상기 포집관(411)의 내부와 상기 고액분리조(40) 외부를 연통하도록 구성되는 공기흡입관(412)과, 상기 포집관(411)의 외부로 돌출되어 구동모터(414)와 연동하는 임펠러(413)를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
상기 포집관(411)은 고액분리조(40) 하면에서 돌출되도록 구성하되 내부에 공간을 형성하도록 함으로써 상기 공기흡입관(412)을 통해 흡입된 공기가 포집되도록 하는 것이다. 도면에 도시된 바는 없으나 상기 포집관(411)은 상면이 개구된 원형관 형상으로 구성될 수 있으나, 다각을 형성하여도 무방하다.
상기 공기흡입관(412)은 상기 포집관(411)의 내부와 상기 고액분리조(40) 외부를 연통하도록 구성되는 것으로, 상기 공기흡입관(412)의 일단이 상기 고액분리조(40) 하면을 관통하도록 구성되는 예를 제시하나, 이에 한정하는 것은 아니며 상기 공기흡입관(412)의 일단이 고액분리조(40) 외부와 연통하는 것이면 무방하다. 또한, 상기 공기흡입관(412)의 타단은 상기 포집관(411)의 내부와 연통하도록 하는 바, 그 끝단부가 상기 포집관(411)의 외부로 노출이 되지 않도록 하는 것이 바람직하다. 이는 상기 포집관(411)으로 토출되는 공기가 상기 포집관(411) 내부에 수집되어 상기 고액분리조(40)의 반응액과 혼합이 되지 않도록 하기 위함이다. 상기 공기흡입관(412)은 상기 포집관(411)에 방사형으로 구성되어 많은 량의 공기가 포집관(411)으로 포집되도록 하는 것이 타당하다. 또한, 바람직하게는 상기 공기흡입관(412)으로 상기 포집관(411)의 내부에서 노출되는 끝단에는 메쉬망(412-1)이 구성되도록 하여 토출되는 공기가 분산되도록 하는 것이 타당하다.
상기 구동모터(414)는 상기 포집관(411)의 내부에 구성되도록 하고 있으나, 상기 고액분리조(40) 외부에 구성하여도 무방하다. 상기 구동모터(414)와 연동하는 임펠러(413)는 상기 포집관(411)의 외부로 돌출되도록 구성됨이 타당하다.
여기서 상기 임펠러(413)는 상,하 임펠러(413-1,2)로 구성되도록 함이 타당하다. 하부 임펠러(413-1)는 하방향으로 경사구배를 형성하며, 상부 임펠러(413-2)는 상향방으로 경사구배가 형성되되되 그 직경이 하부 임펠러(413-1)보다 작게 구성되는 바, 이렇게 구성되는 것은 하부 임펠러(413-1)는 하방향으로 경사구배를 형성하도록 함으로써 이에 의해 형성되는 마이크로 버블이 넓게 펴져 나가도록 하는 것이며, 상부 임펠러(413-2)는 상방향으로 경사구배를 형성하도록 함으로써 이에 의해 형성되는 마이크로 버블이 직선성을 유지하도록 하여 더 높이 펴져나가도록 하는 것이다. 이렇게 임펠러(413)를 구성하여 고액분리조(40) 내부에서 마이크로 버블이 넓은 영역으로 작용하도록 함과 동시에 상단 수위까지 미치도록 하여 고액분리 효율을 증대시키기 위함이다.
본 실시 예의 마이크로 버블 발생장치(410)의 작동상태를 보면 상기 구동모터(414)의 작동에 기해 상기 임펠러(413)가 회전하게 되고, 상기 임펠러(413)의 회전에 기해 상기 포집관(411)의 외주변부에는 상향의 회전와류가 형성된다. 이러한 상향의 회전와류는 상기 포집관(411)의 내부에 부압이 형성되도록 하며, 이러한 부압은 상기 공기흡입관(412)이 상기 고액분리조(40) 외부와 연통하여 공기를 흡입하게 되며, 이러한 공기는 상기 포집관(411)에 수집이 된다. 이와 동시에 상기 임펠러(413)의 회전에 의해 상기 포집관(411)에 포집된 공기는 상방향으로 형성되는 와류와 연동하여 상기 고액분리조(40)에서 펴져나가게 되는 것이다.
이러한 작동에 기해 상기 마이크로 버블 발생장치(410)는 별도의 산소공급장치가 필요가 없으며, 흡입된 공기를 상방향으로 펴져나가도록 함과 동시에 와류에 의해 흡입된 공기에 흡착효율이 더욱 상승되게 하여 부상한 고형물질의 제거효율을 증진시킬 수 있게 되는 것이다.
이에 더하여 여기서 상기 임펠러(413)는 회전와류를 형성하게 함에 있어 하부 임펠러(413-1)는 하방향으로 경사구배를 형성함에 따라 회전와류가 넓은 영역으로 퍼져나가도록 하며, 상부 임펠러(413-2)는 상향방으로 경사구배가 형성되도록 함에 따라 회전와류의 직선성을 향상시켜 고액분리조(40)의 상단부까지 회전와류가 퍼져나가도록 한다. 이와 같이 임펠러(413) 즉 상,하부 임펠러(413-1,2)의 회전에 기해 고액분리조(40) 내부에서 마이크로 버블이 종방향 및 횡방향으로 넓은 영역으로 작용하도록 하여 고액분리 효율을 증대시키는 것이다.
한편, 도 2에서는 상기 고액분리조(40)와 연통하여 인용출조(50)가 더 구성되는 예가 제시되는 바, 상기 고액분리조(40)에서 공급되는 고형물질이 유입되며, 응집반응에 의해 응집되어 있는 고형물질로부터 응집제와 인이 분리되도록 한다. 이러한 분리 공정은 상기 인용출조(50)에는 강염기 또는 강산과 같은 용출물질을 투입하여 수중의 pH를 조절함으로써 수행되는 것이다. 이때, 도면에 도시된 바 없으나, 상기 인용출조(50)에는 열 또는 파장을 제공하기 위한 촉진수단이 구비될 수 있으며, 응집제와 인이 용출되는 과정에서 열 또는 파장 등을 가해줌으로써 상기 고형물질로부터 인의 분리를 촉진시킬 수 있게 된다.
그리고, 상기 인용출조(50)는 인의 분리 공정과 더불어 분리된 고형물질을 침전하도록 한다. 이는 별도로 고형물질을 수집 및 배출하기 위한 것으로 침전된 고형물질은 이하에서 설명하는 제1반송관(70)을 통해 생물반응조(10)로 유입되도록 한다.
또한, 도 2에서는 인결정화조(60)가 제시되는 바, 상기 인용출조(50)와 연통되어 있으며, 상기 인용출조(50)에서 인과 응집제가 용출된 용출수가 유입되는 공간으로, 상기 용출수에 포함된 인과 반응하여 인을 결정화하기 위하여 석회 등과 같은 결정물질을 투입한다. 이에 따라 용출수에 함유되어 있는 인산염은 Ca이온과 결합 및 결정화되고, 결정화된 인을 침전시켜 회수하게 된다.
이렇게 회수되는 인은 칼슘이온이나 마그네슘이온 등과 결합되도록 하여 비료 등으로 재이용할 수 있는 결정화물을 생성하도록 하며, 인이 회수되고 남은 물은 고농도의 알루미늄을 함유하고 있으므로 이하에서 설명하는 제2반송관(80)을 통해 상기 응집반응조(30)로 반송시켜 재이용될 수 있도록 한다.
한편, 도 2의 실시 예에 따르면, 상기에서 언급한 바와 같이 인용출조(50) 및 인결정화조(60)에서 분리 배출될 수 있는 인이 분리된 고형물질이나 인이 회수된 물을 반송시키기 위하여 제1반송관(70) 및 제2반송관(80)을 더 포함하여 구성된다. 상기 제1반송관(70)은 상기 인용출조(50)의 하단 및 상기 생물반응조(10)와 연통되어 상기 인용출조(50)에서 침전되어 배출하는 상기 고형물질을 상기 생물반응조(10)로 반송하는 것으로, 이러한 고형물질은 자체적으로 응집효과가 있을뿐더러 용출된 응집제의 금속이온도 일부 포함하고 있으므로 생물반응조(10)의 활성슬러지와 혼합하게 되면 응집효과에 의해 활성슬러지의 침전성을 향상시키고 활성슬러지에 함유되어 있는 인과 반응하여 결정화됨으로써, 결과적으로 침전조 유출수의 수질 향상을 가져올 수 있는 특징이 있다.
그리고, 상기 제2반송관(80)은 상기 인결정화조(60)의 하단 및 상기 응집반응조(30)와 연통되어 상기 인결정화조(60)에서 인이 제거된 물을 상기 응집반응조(30)로 반송하도록 하는데, 이러한 인이 제거된 물은 고농도의 금속이온을 함유하고 있으므로 응집반응조(30)로 반송시킴으로써 응집제로 다시 활용되는 것이다.
한편, 본 발명에 따른 산화전처리를 이용한 총인 제거방법은 도 5에서 도시된 바와 같이 산화단계(S10), 응집단계(S20) 및 고액분리단계(S30)를 포함하여 이루어진다.
상기 산화단계(S10)는 유입원수 중 용존상 인을 산화시키는 공정에 해당하는 것이며, 응집단계(S20)는 응집제에 의해 수중의 인을 고형물질로 변환시키는 공정으로, 고형상 인 뿐만 아니라 전단계(S10)에서 산화되어 응집제와 반응이 가능하도록 성상이 변화된 용존상 인을 고형물질로 변환시키는 공정이다. 그 다음으로 고액분리 단계(S30)는 고액분리 과정을 통해 반응수로부터 상술한 고형물질을 분리하여 배출시킴과 더불어 상등수는 방류하도록 하는 공정이다.
이하 본 발명의 실시 예에 따른 실험 예를 비교 예와 함께 설명한다.
- OO 폐수처리장 총인처리공정 유출수의 특성
OO폐수처리장에서 유입수에 대한 인함량을 조사결과 표 1에서 보는 바와 같이 특이사항으로 용존상 인으로 OB-P와 Poly-P의 농도가 0.20~0.46 mg/l로 전체 인농도의 13~21%를 차지하는 높은 수준으로 나타났다.(일반적으로 총인 중 용존상 인에서 OB-P, Poly-P의 함량은 전체 인의 10% 이하로 알려져 있음) 상기 현장의 인처리 시설 점검결과 유출수 총인은 0.43 mg/l이었으며, 이중 OB-P, Poly-P가 전체의 약 90%인 0.39 mg/l로 나타나는 것을 알 수 있었다. 즉 상기 현장에서 인처리공정(응집단계, 고액분리단계만 포함됨)을 통해 유출수의 인함량을 조사한 결과 유출수 총인 함량 중 대부분이 용존상 인으로 OB-P, Poly-P가 차지되고 있는 것을 알 수 있다. 즉 OB-P, Poly-P는 응집제와 반응이 용이하지 않은 것을 알 수 있었다. 이러한 용존상 OB-P와 Poly-P는 화학적 응집제와 반응이 잘 일어나지 않아 제거하기가 매우 어려운 물질임은 이미 알려진 바이다.(미국 EPA, 2009)
유입폐수 내 인(P)의 분석결과
날짜 TP
(mg/l)		 P-P
(mg/l)		 S-TP
(mg/l)		 OB-P+Poly-P
(mg/l)		 PO4-P
(mg/l)
11.09.01 2.25 0.11 2.14 0.45 1.69
11.09.19 1.56 0.30 1.26 0.33 0.93
11.09.20 1.81 0.25 1.56 0.29 1.27
11.09.21 1.94 0.27 1.67 0.25 1.42
11.09.26 1.55 0.26 1.29 0.20 1.09
- PAC 를 이용한 응집시험(1차) - 비교 예 1
비교예 1은 응집제로 PAC를 사용하며, 본 발명의 실시 예와 달리 응집단계 전처리로 산화단계를 거치지 않았으며, 그 실험조건은 아래 기재된 바와 같다.
1) 유입 T-P : 2.226 ppm
2) PAC 17%, 각각의 응집반응조에 0, 43, 71, 142, 284, 568 ppm (V/V) 투입
3) 급속교반(250rpm, 1~2min), 완속교반(60rpm, 10~20min), 침전(0rpm, 30~60min)을 통해 유출수의 인함량 측정
각각의 응집반응조에 응집제 주입량
NO 사용약품 응집제 주입량 비고
1 PAC 0ppm
2 PAC 43ppm
3 PAC 71ppm 응집제 투입 시 우유 빛으로 변함
4 PAC 142ppm
5 PAC 284ppm
6 PAC 568ppm
상기와 같은 실험조건 하에서 하기 표 3과 같은 결과가 도출되었다. 각각의 실험조건에서 유출수의 총인(TP)에 있어 대부분이 용존상 인으로 OB-P, Poly-P로 이루어져 있음을 알 수 있으며, 이들 성분의 제거율은 최대 25%로 매우 불량한 수준으로 나타나고 있음을 알 수 있다.
각각의 실험결과 (단위:mg/L)
NO TP S-TP OB-P+Poly-P PO4-P
1 2.226 2.118 0.401 1.717
2 0.541 0.494 0.312 0.182
3 0.409 0.353 0.312 0.041
4 0.347 0.311 0.311 under
5 0.334 0.293 0.293 under
6 0.295 0.302 0.302 under
- PAC 를 이용한 응집시험(2차) - 비교 예 2
비교예 2는 응집제로 PAC를 사용하며, 본 발명의 실시 예와 달리 응집단계 전처리로 산화단계를 거치지 않았으며, 그 실험조건은 아래 기재된 바와 같다.
1) 유입 T-P : 2.254 ppm
2) PAC 17%, 각각의 응집반응조에 0, 71, 100, 128 ppm (V/V) 투입
3) 급속교반(250rpm, 1~2min), 완속교반(60rpm, 10~20min), 침전(0rpm, 30~60min)을 통해 유출수의 인함량 측정
각각의 응집반응조에 응집제 주입량
NO 사용약품 응집제 주입량 비고
1 PAC 0ppm
2 PAC 71ppm
3 PAC 100ppm 응집제 투입 시 우유 빛으로변함
4 PAC 128ppm
상기와 같은 실험조건 하에서 하기 표 5와 같은 결과가 도출되었다. 각각의 실험조건에서 유출수의 총인(TP)에 있어 대부분이 용존상 인으로 OB-P, Poly-P로 이루어져 있음을 알 수 있으며, 이들 성분의 제거율은 최대 12.5%로 매우 불량한 수준으로 나타나고 있음을 알 수 있다.
각각의 실험결과 (단위:mg/L)
NO TP Soluble TP OB-P+Poly-P PO4-P
1 2.254 2.144 0.456 1.688
2 0.471 0.439 0.439 under
3 0.431 0.399 0.399 under
4 0.445 0.4 0.4 under
- 무기응집제 종류 별 응집시험 - 비교 예 3
비교예 3은 응집제로 알루미늄염, 철염, PAC를 사용하며, 본 발명의 실시 예와 달리 응집단계 전처리로 산화단계를 거치지 않았으며, 그 실험조건은 아래 기재된 바와 같다.
1) 유입 T-P : 1.54 ppm
2) 각각의 응집반응조에 Alum 7%, 94, 187 ppm, FeCl3 35%, 29, 57 ppm, PAC 17%, 39, 77 ppm (V/V) 투입
3) 급속교반(250rpm, 1~2min), 완속교반(60rpm, 10~20min), 침전(0rpm, 30~60min)을 통해 유출수의 인함량 측정
각각의 응집반응조에 응집제 주입량
NO 사용약품 응집제 주입량 비고
1 Alum 94ppm 각각의 응집제 주입량은 금속이온의 등가 몰비(3.5, 7.0)로 주입
2 Alum 187ppm
3 FeCl3 29ppm
4 FeCl3 57ppm
5 PAC 39ppm
6 PAC 77ppm
상기와 같은 실험조건 하에서 하기 표 7과 같은 결과가 도출되었다. 각각의 실험조건에서 각각의 응집제의 량을 증가하여 투입하는 경우에도 유출수의 총인(TP)의 량은 줄어드는 것을 알 수 있으나, 용존상 인으로 OB-P, Poly-P의 함량은 거의 그대로 잔존하고 있음을 알 수 있다.
각각의 실험결과 (단위:mg/L)
NO TP S-TP OB-P+Poly-P PO4-P
1 0.36 0.23 0.21 0.02
2 0.33 0.21 0.21 under
3 0.47 0.36 0.26 0.10
4 0.30 0.22 0.22 under
5 0.39 0.25 0.22 0.03
6 0.35 0.22 0.21 0.01
- 유기성 고분자응집제 첨가 응집시험 - 비교 예 4
비교예 4는 비교 예 3과 동일한 응집제를 사용하되, 여기에 더하여 음이온 폴리머를 투입하는 것으로, 이 경우도 본 발명의 실시 예와 달리 응집단계 전처리로 산화단계를 거치지 않았으며, 그 실험조건은 아래 기재된 바와 같다.
1) 유입 T-P : 1.54 ppm
Alum 7% + (-)Polymer : 94+2 ppm, 187+2 ppm
FeCl3 35% + (-)Polymer : 29+2 ppm, 57+2 ppm
PAC 17% + (-)Polymer : 39+2 ppm, 77+2 ppm
3) 급속교반: 250rpm, 무기응집제 주입 후 1~2min, 폴리머 주입 후 추가 1~2분 완속교반(60rpm, 10~20min), 침전(0rpm, 30~60min)을 통해 유출수의 인함량 측정
각각의 응집반응조에 응집제 주입량
NO 사용약품 무기응집제 주입량 음이온 폴리머 주입량 비고
1 Alum 94ppm 2ppm 각각의 무기응집제 주입량은 금속이온의 등가 몰비(3.5, 7.0)로 주입
2 Alum 187ppm 2ppm
3 FeCl3 29ppm 2ppm
4 FeCl3 57ppm 2ppm
5 PAC 39ppm 2ppm
6 PAC 77ppm 2ppm
상기와 같은 실험조건 하에서 하기 표 9와 같은 결과가 도출되었다. 각각의 실험조건에서 각각의 응집제의 량을 증가하여 투입하는 경우에도 유출수의 총인(TP)의 량은 줄어드는 것을 알 수 있으나, 용존상 인으로 OB-P, Poly-P의 함량은 거의 그대로 잔존하고 있음을 알 수 있다.
각각의 실험결과 (단위:mg/L)
NO TP S-TP OB-P+Poly-P PO4-P
1 0.48 0.29 0.21 0.08
2 0.28 0.19 0.19 under
3 0.72 0.53 0.23 0.3
4 0.4 0.22 0.18 0.04
5 0.56 0.43 0.20 0.23
6 0.26 0.21 0.21 under
- 본 발명의 실시 예
산화단계에서 산화제로 황산철(FeSO4 , 6.4중량%)과 과산화수소(H2O2 , 35중량%) 수용액을 사용하였으며, pH 조절은 황산(H2SO4)과 수산화나트륨(NaOH)을 이용하여 pH가 3.5가 되도록 조절하였고, 그리고 응집단계에서는 비교 예 3과 동일한 응집제와 투여량으로 실험을 하였다. 단, 응집단계에서는 NaOH로 pH 7.5가 되도록 조절을 하였다. 실험조건은 아래 기재된 바와 같다.
1) 유입 T-P : 1.54 ppm
2) 각각의 응집반응조에 Alum 7%, 94, 187 ppm, FeCl3 35%, 29, 57 ppm, PAC 17%, 39, 77 ppm (V/V) 투입
3) 급속교반(250rpm, 1~2min), 완속교반(60rpm, 10~20min), 침전(0rpm, 30~60min)을 통해 유출수의 인함량 측정
각각의 응집반응조에 응집제 주입량
NO 사용약품 응집제 주입량 비고
1 Alum 94ppm 각각의 응집제 주입량은 금속이온의 등가 몰비(3.5, 7.0)로 주입
2 Alum 187ppm
3 FeCl3 29ppm
4 FeCl3 57ppm
5 PAC 39ppm
6 PAC 77ppm
상기와 같은 실험조건 하에서 하기 표 11과 같은 결과가 도출되었다. 각각의 실험조건에서 각각의 응집제의 량을 증가하여 투입하는 경우에도 유출수의 총인(TP)의 량은 줄어드는 것을 알 수 있으며, 비교 예 3과 비교 시 총인 함량이 0.2ppm미만으로 현저히 낮아졌으며, 이는 2012년 1월 1일부터 적용되는 방류수수질기준인 총인 0.2ppm이하(1일 하수처리용량 500㎥이상 Ⅰ지역)의 기준을 만족하는 것이다. 이러한 이유는 본 실시 예에 있어 응집단계 전 단계로 산화단계를 거침에 의해 용존상 인(S-TP)의 함량이 비교 예 3과 대비 현저히 낮아짐에 기인하며, 이는 용존상 인 중에 특히 OB-P, Poly-P의 함량이 낮아짐에 기인하는 것이다.
각각의 실험결과 (단위:mg/L)
NO TP S-TP OB-P+Poly-P PO4-P
1 0.15 0.09 0.08 0.01
2 0.10 0.07 0.06 0.01
3 0.17 0.09 0.08 0.01
4 0.09 0.07 0.07 under
5 0.16 0.09 0.07 0.02
6 0.11 0.07 0.06 0.01
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정해져야만 할 것이다.
10 : 생물반응조 20 : 산화전처리조
30 : 응집반응조 40 : 고액분리조
50 : 인용출조 60 : 인결정화조
70 : 제1반송관 80 : 제2반송관

Claims (10)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 유입원수에 산화제로 과산화수소와 철염을 투입하고, pH조절제를 투입하여 pH가 3 내지 5가 되도록 함으로써 유입원수를 전처리 하는 산화전처리조;
    상기 산화전처리조로부터 산화처리된 처리수에 응집제를 투입하여 인을 응집하기 위한 응집반응조;
    상기 응집반응조에서 응집제에 의해 응집된 고형물질을 포함한 처리수가 유입되며 상기 처리수로부터 고형물질을 분리 및 배출하기 위해 마이크로 버블 발생장치가 구비된 고액분리조;를 포함하되,
    상기 산화전처리조와 상기 응집반응조 사이에는 무격막전해셀이 더 구성되며,
    상기 마이크로 버블 발생장치는,
    상기 고액분리조 하면에 구성되며 내부에 공간을 형성하는 포집관과, 상기 포집관의 내부와 상기 고액분리조 외부를 연통하도록 구성되는 공기흡입관과, 상기 포집관의 외부로 돌출되어 구동모터와 연동하는 임펠러를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 난응집성 인성분을 포함한 하폐수에 대한 산화전처리를 이용한 총인 제거장치.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 임펠러는 상,하 임펠러로 구성되며, 하부 임펠러는 하방향으로 경사구배를 형성하며, 상부 임펠러는 상향방으로 경사구배가 형성됨을 특징으로 하는 난응집성 인성분을 포함한 하폐수에 대한 산화전처리를 이용한 총인 제거장치.
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