KR101315812B1 - 전기분해를 이용한 하·폐수처리수 재처리수 생산시설에서 배출되는 막분리 농축수의 처리장치 및 처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하ㆍ폐수처리시설의 방류수를 재처리수 생산시설로 재이용시 막분리 장치에서 배출하는 고농도로 오염된 막분리 농축수를 전기분해장치를 이용하여 산화 및 정화시켜 직접 방류할 수 있는 수준으로 처리하는 고농도 막분리 농축수(폐수)의 처리장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.
본 발명은 고농도로 오염된 막분리 농축수를 저장하는 막분리 농축수저장조(1), 농축수 공급펌프(2), 전기분해장치(3) 및 직류전원 공급장치(정류기 등)(4)로 이루어져 있다.
본 발명에 따른 하ㆍ폐수처리시설 재처리수 생산시설의 막분리장치에서 발생하는 막분리 농축수의 처리장치는 오염된 농축수(폐수)를 하ㆍ폐수 방류수의 수질기준 이하로 정화 방류시킴으로써 하ㆍ폐수처리시설 내의 난분해성 물질의 농축을 방지하여 정상적으로 운영될 수 있도록 하는 효과를 달성하며, 막분리 농축수 처리장치를 패키지화하여 소요부지를 최소화하고, 막분리 농축수 처리장치로서 자동화 및 무인운전이 가능한 장점이 있다.

Description

전기분해를 이용한 하·폐수처리수 재처리수 생산시설에서 배출되는 막분리 농축수의 처리장치 및 처리방법{Apparatus and Method for Treatment of Concentrate discharged from Membrane Separation Processes by Electrolysis}

본 발명은 하ㆍ폐수처리장에서 방류되는 방류수를 재이용하기 위하여 재처리수를 생산하는 과정에서 발생하는 막분리 농축수를 처리하는 장치 및 처리방법에 관한 것이다.

경제성장 및 도시인구의 집중화로 물에 대한 수요급증에 따라 대규모 다목적댐 건설 및 지하수 개발에 의해 수자원을 확보하고 있으나, 수자원 확보를 위한 댐건설은 적지가 부족하고, 환경파괴라는 또 다른 문제점을 발생시키며, 지하수 채취는 지반침하 등과 같은 문제를 수반하여 점차 안정적인 용수원의 확보가 어려워지고 있다.

특히, 우리나라는 물이 부족한 국가 중의 하나로서, 현재와 같은 물소비 추세가 계속될 경우 이삼십년 이후에는 물기근 국가로 전락할 위기에 있지만, 생태계보호, 용지확보의 어려움 및 증가되는 건설비 등으로 인하여 수자원개발이 더욱더 어려워지고 있는 실정이다.

상기한 물수요의 충족을 위한 문제점을 해결하기 위해서는 댐 및 잉여용수의 이용, 해수의 담수화 및 절수에 따른 물 사용의 합리화 등, 기존의 용수원의 확보 이외에 하ㆍ폐수처리수 재처리수와 같은 간접적 용수원의 확보에 대한 기술개발도 함께 이루어져야 하겠다.

『하ㆍ폐수처리수 재처리수』란 『물의 재이용 촉진 및 지원에 관한 법률(법률제10359호 신규제정 2010.6.8.)』 제2조에서 하ㆍ폐수처리수 재이용시설을 이용하여 하수처리수나 폐수처리수를 재이용할 수 있도록 처리하고, 처리된 물로 정의하고 있으며, 『하ㆍ폐수처리수 재이용시설』이란 하수처리수 또는 폐수처리수를 재이용할 수 있도록 처리하는 시설 및 그 부속시설, 공급관로(管路)를 말하는 것으로 정의하고 있다.

하ㆍ폐수처리수 재처리수는 기본적으로는 음용수와 똑같은 정도의 청정을 필요로 하지 않는 용도, 즉, 음용수 이외의 용도로 사용할 목적으로 제조되는 물을 의미하며, 화장실용수, 살수용수, 공업용수, 농업용수 등을 예로 들 수가 있다.

일반적으로 하ㆍ폐수처리수 재처리수 생산시설은 과거에는 중수도 생산시설에 의해 방류수를 모래여과, 염소소독 등의 간단한 시설로 처리하여 화장실용수, 살수용수 등의 한정적인 범위에서 사용되는 용수로 생산하였다.

그러나 최근에는 공업용수의 부족 등으로 하ㆍ폐수처리수 재처리수 생산시설에서 고도로 정화된 용수의 생산을 필요로 하고 있으며, 이러한 이유에서 고도로 정화된 하ㆍ폐수처리수 재처리수 생산시설은 대부분 막분리장치를 적용하여 고도로 정화된 용수를 생산하고 있으며, 이에 관한 선행기술로 예를 들면, 국내 등록특허공보 10-0715020호에는 오수 또는 하수를 침사공정, 유기물제거공정, 전기분해 및 분리막공정에 의한 오수 및 하수의 중수처리 장치를 개시하고 있으며, 또 국내 등록특허공보 등록번호 10-0667011호에 생활오수를 스크린, 회전순환식 여과기 및 분리막으로 처리하여 중수를 생산함과 동시에 스크린 및 회전순환식 여과기로부터 배출되는 오물과 주거영역에서 발생되는 유기성 쓰레기와 음식물 쓰레기로부터 소화공정에 의해 가스를 생산하는 생활 환경오염물의 자원 재생장치를 개시하고 있다.

상기한 선행기술들은 하ㆍ폐수처리수 재처리수의 생산을 주목적으로 하는 기술로서 하ㆍ폐수처리수 재처리수 생산과정에서 배출되는 막분리장치 등에서 배출되는 고농도의 오염된 폐수(농축수)의 처리에 대한 어떠한 해결책을 제시하고 있지 않으므로 규모가 큰 생산설비에 하ㆍ폐수처리수 재처리수를 생산하는 경우에는 생산과정에서 배출되는 많은 양의 막분리 농축수가 하ㆍ폐수처리장으로 반류될 때 하ㆍ폐수처리장의 부하를 증가시키는 문제점을 가지고 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하여 하ㆍ폐수처리수 재처리수 생산시설에 의해 고도로 정화된 용수를 생산하는 과정에서 막분리장치에서 배출되는 고농도의 막분리 농축수(폐수)를 정화하는 기술이며, 막분리장치에서 배출되는 고농도의 막분리 농축수의 오염물질은 대부분 생물학적으로 분해가 어려운 난분해성 물질과 고농도의 염분, 중금속 등의 독성물질들로 구성되어 있으므로 기존의 생물학적 처리에 의해서는 분해가 거의 불가능하고, 하ㆍ폐수처리장에서 직접 방류하기에는 높은 오염농도이며, 또한, 하ㆍ폐수처리장으로 반류시 난분해성물질은 처리시설 내의 원활한 운전에 지장을 줄 수 있으므로 처리가 필수적이다.

본 발명은 하ㆍ폐수처리장의 방류수를 재처리수 생산시설로 재이용시 막분리 장치에서 배출하는 고농도로 오염된 막분리 농축수를 전기분해장치를 이용하여 산화 및 정화시켜 직접 방류할 수 있는 수준으로 처리하는 고농도 막분리 농축수(폐수)의 처리장치를 제공하는 것을 목적으로 하며, 또한, 전기분해장치를 이용한 막분리 농축수(폐수)의 처리장치에 의해 고농도 막분리 농축수(폐수)를 처리하는 방법의 제공을 목적으로 하는 것이다.

본 발명에 따른 전기분해를 이용한 하ㆍ폐수처리수 재처리수 생산시설에서 발생하는 막분리 농축수 처리장치의 해결수단으로는 하ㆍ폐수처리수 재처리수 생산시설의 막분리장치에서 배출되는 고농도로 오염된 막분리 농축수를 저장하는 막분리 농축수저장조, 농축수 공급펌프, 전기분해장치 및 직류전원을 공급하는 장치로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 본 발명에 따른 막분리 농축수저장조, 농축수 공급펌프, 전기분해장치 및 직류전원을 공급하는 장치로 이루어진 막분리 농축수 처리장치를 이용하여 고농도로 오염된 막분리 농축수를 처리하는 방법을 특징으로 하는 것이다.

상기 본 발명에 따른 하ㆍ폐수처리수 재처리수 생산시설의 막분리장치에서 배출되는 고농도로 오염된 막분리 농축수는 도 1에 도시한 바와 같이 일반적으로 알려진 고도로 정화된 하ㆍ폐수처리수 재처리수 생산시설에서 역삼투막(Reverse Osmosis)장치 등 막분리장치에서 배출되는 고농도로 오염된 폐수인 농축수로서 예를 들면, RO농축수 등과 같은 고농도로 오염된 농축수를 총칭하는 것이다.

상기 본 발명에 따른 전기분해장치는 양(+)극과 음(-)극이 서로 교대로 배치된 전극구조체를 갖는 개방형 사각구조의 전해조 또는 밀폐형 원통구조의 전해조로 이루어진다.

상기 본 발명은 막분리 농축수저장조로부터 유입되는 고농도로 오염된 농축수를 전기분해장치에 의해 농축수 중의 COD, BOD, 총질소(T-N), 총인(T-P), 대장균 및 냄새 등을 산화제거함과 동시에 살균 처리하여 하ㆍ폐수처리장의 방류관거로 배출하는 공정으로 이루어지며, 또 직류전원을 공급하는 장치로는 정류기 등을 선택 사용한다.

본 발명에 따른 하ㆍ폐수처리장 재처리수 생산시설의 막분리장치에서 발생하는 막분리 농축수의 처리장치는 오염된 농축수(폐수)를 하ㆍ폐수처리시설 내의 난분해성 물질의 농축을 방지하여 정상적으로 운영될 수 있도록 하는 효과를 달성하며, 막분리 농축수 처리장치를 패키지화하여 소요부지를 최소화하고, 막분리 농축수 처리장치로서 자동화 및 무인운전이 가능한 장점이 있다.

도 1은 공지기술인 고도로 정화된 하ㆍ폐수처리수 재처리수 생산시설을 나타내는 개략도
도 2는 본 발명의 막분리 농축수의 처리장치를 나타내는 개략도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 막분리 농축수 처리장치에 사용되는 전기분해장치를 나타내는 개략도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 전기분해장치의 전극을 나타내는 개략도.

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 하ㆍ폐수처리수 재처리수 생산시설에서 배출되는 막분리 농축수(폐수)를 처리하는 막분리 농축수 처리장치에 대하여 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

도 1은 공지기술인 하ㆍ폐수처리수 재처리수 생산시설을 나타내는 개략도로서 하ㆍ폐수처리수 재처리수 생산시설은 하ㆍ폐수처리장의 방류수를 저장하는 원수저장조(11), 마이크로여과기(13), 한외여과기(14) 및 전처리수조(15)로 이루어진 전처리수단(10)과 유입되는 처리수 중의 저분자물질, 이온성물질, 세균 및 미립자를 제거하여 고도로 정화하는 폴리아미드계 역삼투막장치(23)로 이루어진 역삼투막분리수단(20)을 포함하고 있으며, 상기 역삼투막장치(23)로부터 고농도로 오염된 막분리 농축수(W) 즉, RO농축수가 배출된다.

도 2는 본 발명의 막분리 농축수의 처리장치를 나타내는 개략도로서, 도 2를 참고하여 설명하면, 본 발명에 따른 막분리 농축수의 처리장치는 고농도로 오염된 막분리 농축수를 저장하는 막분리 농축수저장조(1), 농축수 공급펌프(2), 전기분해장치(3) 및 직류전원을 공급하는 정류기(4)로 이루어져 있다.

상기 막분리 농축수 저장조(1)는 상기한 하ㆍ폐수처리수 재처리수 생산시설의 막분리장치에서 배출되는 RO농축수 등 고농도로 오염된 막분리 농축수(W)가 유입되어 저장되며, 고농도로 오염된 막분리 농축수(W)는 주로 Ca^+2, 중금속 등 금속이온, Cl^-1 및 냄새성분이 고농도로 농축되어 있기 때문에 일반적으로 알려진 하ㆍ폐수처리를 위한 기존의 생물학적 분해공정에 의해서는 완전한 정화가 될 수 없으므로 반드시 보다 고도의 정화처리시설 내지 공정을 거쳐 방류하여야 하며 하ㆍ폐수처리장에서 직접 방류할 수가 없다.

상기 본 발명에 따른 전기분해장치(3)는 농축수 공급펌프(2)에 의해 막분리 농축수를 유입시켜 농축수 중의 COD, BOD, T-N, T-P, 대장균, 금속이온, 및 냄새성분 등을 전기분해에 의한 산화제거와 함께 살균처리하여 완벽하게 정화된 처리수를 하ㆍ폐수처리장의 방류관거로 배출한다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 막분리 농축수 처리장치에 사용되는 전기분해장치를 나타내는 개략도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 전기분해장치의 전극을 나타내는 개략도로서 도 3과 도 4를 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 전기분해장치(3)는 대략적으로‘

’형상의 단위 극판(A-1)을 갖는 양극(A)과 ‘

’형상의 단위 극판(B-1)을 갖는 음극(B)이 서로 교대로 배치된 개방형의 사각구조를 갖는 전해조(F) 또는 밀폐형의 원통구조의 전해조(F')로 이루어진다.

상기한 개방형의 사각구조를 갖는 전해조(F)는 유입구(a), 유출구(b) 및 배수구(c)가 설치되어 있으며, 그 내부에 배치되는 양(+)극(A)은 통상 3~5개의 단위 극판(A-1)이 병렬적으로 배치되고, 그 상단부가 결합되어 일체화된 구조이며, 음(-)극(B)은 2개의 단위 극판(B-1)을 1조로 하여 통상 3~5개의 조가 병렬적으로 배치되고, 그 상단부가 서로 결합되어 일체화된 구조이며, 또 상기 양극(A)을 이루는 단위 극판(A-1)은 조를 이루고 있는 2개의 단위 극판(B-1) 사이에 배치되는 것으로 이루어지며, 상기 전해조에 사용되는 전극의 전류밀도는 통상 양극기준 1~3A/d㎡이고, 전해조의 전량밀도는 0.1~0.5A/ℓ, 체류시간은 15~30분 정도로 유지되고, 상기 단위 극판(A-1) 간의 간격은 조를 이루고 있는 2개의 단위 극판(B-1)의 간격보다 크게 형성된다.

또 상기한 밀폐형의 원통구조의 전해조(F') 역시 하부에 유입구(a)와 상부에 유출구(b)가 설치되어 있으며, 그 내부에 배치되는 양극(A)과 음극(B)은 다수개의 단위 극판(d)이 서로 동심원 구조로 이루면서 교대로 배치되고 양극(A)과 음극(B)이 각각 구별되게 서로 결합되어 일체화된 구조로 이루어지며, 전류를 공급하는 급전부는 상부에 절연된 플렌지로 이루어져 있다.

상기 양극(A)의 재질은 티타늄 모재에 백금족 금속인 이리듐, 루테늄 및 팔라듐으로부터 선택되는 일 성분을 코팅한 것을 사용하며, 음극(B)은 티타늄, 파라듐 또는 스테인리스스틸을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 본 발명에 따른 하ㆍ폐수처리수 재처리수 생산시설에서 배출되는 막분리 농축수(폐수)를 정화하는 막분리 농축수 처리장치는 상기한 설명에 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 숙련된 기술자이면, 본 발명에 따른 막분리 농축수 처리장치를 설치부지의 규모에 따라 패키지화하고, 또 통상적으로 알려진 자동화 기술에 의해 유지 관리할 수 있다.

11 : 원수저장조 12 : 원수 공급펌프
13 : 마이크로여과기 14 : 한외여과기
15 : 전처리 수조 21 : 공급펌프
22 : 고압펌프 23 : 역삼투막장치
24 : 처리수조 25 : 막세정장치
1 : 막분리 농축수저장조 2 : 농축수 공급펌프
3 : 전기분해장치 4 : 정류기
F : 사각형 전해조(개방형) F' : 원통형 전해조(밀폐형)
a : 유입구 b : 유출구
c : 배수구
A : 양극 B : 음극
A-1 : 양극단위극판 B-1 : 음극단위극판
d : 극판

Claims (10)

1. 삭제
2. 삭제
3. 하ㆍ폐수처리수 재처리수 생산시설의 막분리장치에서 배출되는 고농도로 오염된 막분리 농축수(W)를 저장하는 막분리 농축수저장조(1), 농축수 공급펌프(2), 막분리 농축수를 전해, 산화하여 방류하는 전기분해장치(3) 및 상기 전기분해장치에 직류전원을 공급하는 직류전원 공급장치를 포함하는 전기분해를 이용한 하ㆍ폐수처리수 재처리수 생산시설에서 발생하는 막분리 농축수(폐수)의 처리장치에 있어서,
   상기 전기분해장치(3)가 개방형의 사각형 전해조(F)로 이루어지고, 전해조(F)는 일 측면 하부에 유입구(a)와 타 측면 상부 및 하부에 유출구(b) 및 배수구(c)가 설치되며, 또 전해조(F) 내부에는 ‘

   

   ’형상인 3∼5개의 극판(A-1)이 병렬적으로 배치되고, 그 상단부가 결합되어 일체화 된 양극(A)과 ‘

   

   ’형상인 극판(B-1) 2개를 1조로 하여 3∼5개의 조가 병렬적으로 배치되고, 그 상단부가 서로 결합되어 일체화된 음극(B)이 설치되면서, 동시에 단위극판(A-1)이 조를 이루고 있는 2개의 단위극판(B-1)의 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 전기분해를 이용한 하ㆍ폐수처리수 재처리수 생산시설에서 발생하는 막분리 농축수(폐수)의 처리장치.
4. 삭제
5. 청구항 3에 있어서 양극(A)은 티타늄 모재에 백금족 금속인 이리듐, 루테늄 및 팔라듐으로부터 선택되는 일 성분을 코팅한 것으로 이루어지고, 음극(B)는 티타늄, 팔라듐 또는 스테인레스스틸로 이루어진 것을 특징으로 하는 전기분해를 이용한 하ㆍ폐수처리수 재처리수 생산시설에서 발생하는 막분리 농축수(폐수)의 처리장치.
6. 삭제
7. 삭제
8. 하ㆍ폐수처리수 재처리수 생산시설의 막분리장치에서 배출되는 고농도로 오염된 막분리 농축수(W)를 막분리 농축수저장조(1)에 저장하는 단계와, 상기 막분리 농축수(W)를 공급펌프(2)에 의해 전기분해장치(3)에 공급하여 직류전원을 공급하면서 전해, 산화하여 방류하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기분해에 의해 하ㆍ폐수처리수 재처리수 생산시설에서 배출되는 고농도로 오염된 막분리 농축수(W)를 처리하는 전기분해를 이용한 하ㆍ폐수처리수 재처리수 생산시설에서 발생하는 막분리 농축수(폐수)의 처리방법에 있어서,
   상기 전기분해장치(3)가 개방형의 사각형 전해조(F)로 이루어지고, 전해조(F)는 일 측면 하부에 유입구(a)와 타 측면 상부 및 하부에 유출구(b) 및 배수구(c)가 설치되며, 또 전해조(F) 내부에는 ‘

   

   ’형상인 3∼5개의 극판(A-1)이 병렬적으로 배치되고, 그 상단부가 결합되어 일체화 된 양극(A)과 ‘

   

   ’형상인 극판(B-1) 2개를 1조로 하여 3∼5개의 조가 병렬적으로 배치되고, 그 상단부가 서로 결합되어 일체화된 음극(B)이 설치되면서, 동시에 단위극판(A-1)이 조를 이루고 있는 2개의 단위극판(B-1)의 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 전기분해를 이용한 하ㆍ폐수처리수 재처리수 생산시설에서 발생하는 막분리 농축수(폐수)의 처리방법.
9. 삭제
10. 청구항8에 있어서, 양극(A)은 티타늄 모재에 백금족 금속인 이리듐, 루테늄 및 팔라듐으로부터 선택되는 일 성분을 코팅한 것으로 이루어지고, 음극(B)는 티타늄, 팔라듐 또는 스테인레스스틸로 이루어진 것을 특징으로 하는 전기분해를 이용한 하ㆍ폐수처리수 재처리수 생산시설에서 발생하는 막분리 농축수(폐수)의 처리방법.

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