KR101730492B1 - 굴 패각을 이용한 하폐수 중 용존 인의 제거 방법 및 이를 위한 장치. - Google Patents

Abstract

본 발명은 굴 패각을 이용한 하폐수 중 용존 인의 제거 방법에 관한 것으로서, 굴 패각을 포함하는 단일 반응기에 하폐수를 유입하는 단계; 상기 단일 반응기에 포기 및 교반하여 상기 하폐수 내에 존재하는 용존 인을 제거하는 단계; 용존 인을 제거한 하폐수를 유출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 굴 패각을 이용한 하폐수 중 용존 인을 제거하는 방법을 수행하기 위한 하폐수 중 용존 인의 제거 장치는 단일 반응기로 구성되며, 상기 단일 반응기는, 내부에 굴 패각을 수용하기 위한 굴 패각 수용부; 하폐수에 포기하기 위한 산기 장치; 교반을 위한 교반 장치; 상기 단일 반응기의 하부에 형성되는 침전물을 재순환시키기 위한 순환펌프; 상기 침전물이 재순환되기 위하여 상기 단일 반응기의 하부로부터 상부로 연결되는 순환라인;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

굴 패각을 이용한 하폐수 중 용존 인의 제거 방법 및 이를 위한 장치.{PROCESS FOR THE REMOVAL OF PHOSPHOUS IN WASTEWATER BY USING OYSTERSHELL AND APPRATUS THEREOF}

본 발명은 굴 패각을 이용한 하폐수 중 용존 인의 제거 방법 및 이를 위한 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 석회질로 이루어진 수산물 폐기물인 굴 패각을 이용하며, 단일 반응기를 통하여 하폐수 중 용존 인을 효율적으로 제거하는 방법 및 이를 위한 장치에 관한 것이다.

하폐수처리에서 오염물질인 인의 제거방법에는 생물학적 및 화학적 방법이 주로 이용되고 있다.

생물학적 인 제거 기작은 2개 이상의 반응기로 구성되는데, 주로 공기가 없는 혐기상태의 혐기조 용존산소를 필요로 하는 호기조로 이루어진다. 생물학적 인 제거 원리는 각 반응기의 조건에 따른 미생물의 생리적 특성을 이용한 인의 방출과 인의 과잉섭취(luxuary uptake)를 유도함으로써 제거하는 것이다. 즉, 혐기조건에서의 인의 방출과 호기조건에서의 인의 과잉섭취가 이루어지며 최종적인 침전에 의한 미생물의 계내 배출 형태로 진행된다.

따라서 생물학적으로 인을 제거하기 위해서는 혐기와 호기 2가지 반응조건이 모두 필요하다. 또한, 미생물의 생육에 필요한 온도, pH, 유기물 농도 및 부하, 체류시간(SRT) 등의 외부조건 또한 인제거의 중요한 인자로 작용한다.

특히, 하폐수에 존재하는 인은 무기인(ortho-인산염, poly-인산염)과 유기인산염의 형태로 존재하며 이들은 용해성과 불용성 인으로 분류된다. 이중 용해성 인은 미생물 성장의 필수영양소로 흡수 제거되나 그 제거량은 건조중량을 기준으로 2% 정도에 불과할 정도로 매우 적어 생물학적 인 제거의 한계성을 내포하고 있다. 또한, 수처리 조건에 따라 제거효율 변화가 매우 심하게 발생하며, 동절기의 수온이 15℃이하로 떨어지는 경우에는 인의 제거효율이 현저히 감소하여 처리시설 운영에 많은 어려움이 발생한다.

이러한 생물학적 인 제거 수처리 방법으로는 AO공법(Anoxic/Oxic process), 간헐포기법, 생물막 여과법 등이 알려져 있다.

한편, 화학적 인 제거방법으로는 석회(lime)나 알루미늄염과 철염인 금속염(metal salt)의 응집제를 이용하여 수중의 용존성 인을 불용성 화합물로 만들어 침전제거하는 응집침전법이 있다.

응집제인 석회는 인산염 및 알칼리와 반응하여 인 화합물인 젤라틴 형태의 하이드록시 아파타이트(Ca₅(OH)(PO₄)₃) 외에 탄산염을 생성하는데, 탄산칼슘은 슬러지 발생량을 크게 증가시키며, 과다 주입시 스케일(scale)를 형성시켜 처리시설의 배관 막힘현상을 초래하는 단점이 있다.

금속염 응집제로는 알루미늄염과 철염이 있으며 수중의 인과 반응하여 난용성인 인산알루미늄(AlPO₄), 인산제2철(FePO₄)의 형태로 침전제거 하여 인을 제거할 수 있다. 또한, 금속염에 의한 응집침전법은 하폐수의 알칼리를 소모하여 침전을 형성하는 방법이므로 알칼리도가 낮은 경우에는 처리상의 문제점을 지니고 있다.

이와 같이 응집제를 이용한 침전법은 반응조건에 따라 인 제거효율의 변동이 크고 적절한 반응조건을 유지하기가 까다로우며 화학약품의 비용뿐만 아니라 화학슬러지 발생에 따른 처리비용 추가발생 등 비경제적인 단점이 있다.

한편, 해양양식업의 발달로 수산물의 생산 활동이 활발히 진행되고 있으며 그로 인한 수산폐기물도 지속적으로 증가하고 있다. 굴 양식업에서의 굴 패각 발생량은 28만 톤에 달하고, 그 중 10% 만이 종패 부착용 및 비료가공으로 처리되고 있어 수산폐기물 처리방안 및 자원 재활용에 대한 연구가 시급한 상태이다.

이러한 굴 패각을 이용한 수처리 방법에 관한 기술들이 공지되어 있다.

예를 들어, 대한민국 등록특허공보 10-0232578호에서는 각종 패각을 분말화하여 혼화장치에서 혼화한 후 패각입자 반응기에서 물과 반응하며 인을 제거시킨다. 그러나 상기 선행기술에서는 굴 패각 분말의 분산액을 제조한 수 다시 반응기에 이송시켜 물속의 인을 제거하는 공정을 거치기 때문에 반응기에서 오염수를 장시간 체류시킬 필요가 있고, 인 제거 후 굴 패각 분말과 오염수를 분리하는 공정이 필요한 등 여러 개의 반응기가 필요한 문제점이 있다. 또한, 소형 반응기에서 인 제거 효율을 측정했을 뿐으로 실제 하폐수를 대량으로 제거하는 수처리 공정에는 적용하기 곤란한 문제점이 있다.

또한, 대한민국 등록특허공보 10-0479957호에서는 미생물 제제통과 굴패각 제제통이 설치된 미생물 배양조에서 오염수 중 인과 질소를 제거하는 오폐수 처리장치가 개시되어 있다. 그러나 상기 선행기술에서는 굴패각을 분쇄하여 소성시킨 후 성형가공하여 사용하기 때문에 이를 위한 전처리에 시간과 비용이 소요되며, 매우 복잡한 반응 설비가 필요하므로 대량의 수처리 공정에는 경제성과 효율이 떨어지는 문제점이 있다.

또한, 대한민국 등록특허공보 10-0379741호에서는 굴패각층 및/또는 굴패각 마대층이 형성된 호기성조의 골재층에서 하수의 용존 인을 제거하도록 한 하수 처리장치가 개시되어 있다. 그러나 상기 선행기술에서는 굴 패각을 분말화하고 그 둘레에 자갈을 적층시키는 등 복잡한 전처리 과정과 공정 설비가 필요하며, 하수가 통과하면서 수처리 공정을 거치기 때문에 인의 제거면에서 효율이 떨어지는 문제점이 있다.

대한민국 등록특허공보 10-0232578호 대한민국 등록특허공보 10-0479957호 대한민국 등록특허공보 10-0379741호

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 수산폐기물인 굴 패각을 별도의 가공처리 없이 그대로 단일반응기 내에서 인 제거용 담체로 적용함으로써, 생물학적뿐만 아니라 물리화학적인 인 제거반응을 일으켜 보다 효율적으로 하폐수에 함유된 용존성 인을 제거하는 방법과 이를 위한 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 인과 반응하지 않은 잔여 석회분을 재순환시킴으로써 하폐수에 함유된 용존성 인의 제거 효율을 향상시킬 수 있는 방법 및 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 굴 패각을 하폐수 처리를 위한 담체로 사용함으로써, 폐기물 자원의 재이용을 통한 경제적이고 친환경적 활용 방법을 제시하는 것을 그 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 굴 패각을 이용한 하폐수 중 용존 인의 제거 방법은 굴 패각을 포함하는 단일 반응기에 하폐수를 유입하는 단계; 상기 단일 반응기에 포기 및 교반하여 상기 하폐수 내에 존재하는 용존 인을 제거하는 단계; 용존 인을 제거한 하폐수를 유출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 용존 인을 제거하는 단계 이후에 상기 단일 반응기 내에 생성되는 침전물을 재순환하는 단계를 추가적으로 포함함으로써, 미반응 석회분을 재순환시킬 수 있다.

또한, 상기 포기는 연속포기 또는 간헐포기일 수 있고, 상기 굴 패각은 수세 및 자연 건조한 후 사용될 수 있다.

상기 굴 패각을 이용한 하폐수 중 용존 인을 제거하는 방법을 수행하기 위한 하폐수 중 용존 인의 제거 장치는 단일 반응기로 구성되되, 상기 단일 반응기는, 내부에 굴 패각을 수용하기 위한 굴 패각 수용부; 하폐수에 포기하기 위한 산기 장치; 교반을 위한 교반 장치; 상기 단일 반응기의 하부에 형성되는 침전물을 재순환시키기 위한 순환펌프; 상기 침전물이 재순환되기 위하여 상기 단일 반응기의 하부로부터 상부로 연결되는 순환라인;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 순환펌프는 상기 산기 장치 및 상기 교반 장치가 동작하지 않는 동안 동작함으로써 산기 및 교반 공정과 순환 공정을 별개로 진행할 수 있다.

또한, 상기 순환라인은, 상기 침전물을 재순환시키기 위한 순환밸브 및 상기 침전물을 배출하기 위한 배출밸브를 포함하여 상기 침전물을 재순환시키거나 배출시킬 수 있다.

본 발명에 의하면, 수산폐기물인 굴 패각을 별도의 가공처리 없이 인 제거용 담체로 사용하며, 단일반응기를 적용함으로써, 생물학적뿐만 아니라 물리화학적인 인 제거반응을 일으켜 보다 효율적으로 하폐수에 함유된 용존성 인을 제거할 수 있다.

또한, 인과 반응하지 않은 잔여 석회분을 재순환시킴으로써 하폐수에 함유된 용존성 인의 제거 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 굴 패각을 하폐수 처리를 위한 담체로 사용함으로써, 폐기물 자원의 재이용을 통한 경제적이고 친환경적 활용 방법을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명에서 사용되는 굴 패각의 일반적인 형태를 나타낸 사진이다.
도 2는 굴 패각을 이용한 하폐수 중 용존 인의 제거 장치 및 작동 원리를 나타낸 개념도이다.
도 3은 5ℓ의 하폐수 처리 시 간헐포기/간헐교반 공정(a) 및 연속포기/연속교반 공정(b)을 수행하기 위한 운전 순서도이다.
도 4는 간헐포기 조건을 적용했을 때의 시간에 따른 인 제거 효율을 나타낸 그래프이다.
도 5는 연속포기 조건을 적용했을 때의 시간에 따른 인 제거 효율을 나타낸 그래프이다.
도 6은 교반조건을 적용했을 때의 시간에 따른 인 제거 효율을 나타낸 그래프이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명에서 사용하는 용어인 굴 패각은 수산 폐기물인 굴 패각을 의미하는 것으로서, 분말화, 성형 가공, 산, 염기 처리, 열처리 등의 전처리를 전혀 거치지 않은 자연적 형태의 굴 패각을 의미하는 것이다. 이러한 점에서 본 발명의 굴 패각은 선행기술들에 기술된 분말, 성형체와는 다른 것임을 통상의 기술자라면 쉽게 이해할 수 있을 것이다.

본 발명에서 사용하는 용어인 단일 반응기는 하폐수를 유입 및 유출하고 하폐수 내의 용존 인을 제거하는 전 공정이 이루어지는 반응기를 의미하는 것으로, 통상적인 수처리 장치에서 호기성, 혐기성조, 반응조 등을 별도로 구비하는 것과 달리 하나의 반응조에서 본 발명이 목적하는 하폐수 내의 인을 제거할 수 있는 것을 의미한다.

수산 폐기물인 굴 패각은 표면에 불규칙한 다공성 구조가 형성되어 있고, 이에 따라 비표면적이 넓어 수중의 오염물질과의 접촉빈도가 높은 특성이 있다. 또한, 그 조성성분이 주로 천연 석회질(CaO)로 구성되어 있으므로, 수용성 인(정인산 PO₄ ^-, orthophospate)과의 화학적 흡착 반응을 통해 불용성 인 화합물인 칼슘 하이드록시 아파타이트를 형성하는데, 상기 칼슘 하이드록시 아파타이트는 물에서 침전되는 성질을 가지고 있다.

굴 패각을 사용하는 것은 여러 가지 장점이 있는데, 천연 석회질이라는 것 이외에도 수중에서 천천히 유리되기 때문에 반응 효율이 증가할 수 있다. 수처리를 위하여 소석회를 투입하는 방법도 있으나, 이 경우 소석회가 물에 용해되면서 반응이 진행되기 때문에 많은 양을 투입해야 하는 문제점이 있다. 또한, 굴 패각은 전술한 바와 같이 다공성 구조와 넓은 비표면적으로 인해 자연 상태의 미생물이 서식할 수 있는 여재로의 역할을 한다. 따라서 이러한 미생물에 의해 물속의 유기물질을 분해하는 효과를 얻을 수 있다. 이 경우, 물이 산성화되는 경향을 나타내는데, 굴 패각은 전술한 바와 같이 석회질로 구성되어 염기성을 띠기 때문에 pH 조절을 위한 염기성 약품을 투여하지 않아도 되는 장점이 있다.

또한, 분말화하지 않고 사용하는 데에 따른 명확한 장점이 있는데, 분말화나 열처리와 같은 복잡한 공정을 거치지 않고 수산 폐기물을 그대로 사용하므로 공정비용이 절감되고 물속에서 분산되어 반응기를 오염시키거나 장치의 수명을 저하시키는 문제점이 발생하지 않는다.

수산 폐기물로서 입고되는 굴 패각 원료는 도 1에서 도시된 바와 같이 불규칙한 표면 구조로 인해 표면적이 매우 넓은 특징을 가지고 있다.

이러한 굴 패각을 분석해보면 표 1과 같은 성분으로 이루어지고 있다.

구성성분	Ca	Nb	Si	Na	Cl	Fe
분포율(%)	69.33	12.96	7.44	5.23	3.49	1.54
염 도(%)	0.2
유기물함량비(%)	3.0

즉, 굴 패각은 다량의 칼슘을 함유하고 있으며 인의 흡착에 의한 반응으로 최종 반응산물인 칼슘 하이드록시 아파타이트(Ca₅(OH)(PO₄)₃)를 형성하여 침전된다. 이러한 반응은 아래와 같은 반응식 1 내지 3의 경로에 의해 진행된다.

[반응식 1]

CaCO₃(굴 패각) → CaO(생석회) + CO₂

[반응식 2]

CaO + H₂O → Ca₂ ⁺ + 2OH^-

[반응식 3]

5Ca₂ ⁺ + 2OH^- + 3HPO₄ → Ca₅(OH)(PO₄)₃ + 3H₂O

상기 반응 과정에서 생석회 및 칼슘 하이드록시 아파타이트는 침전되어 반응기 바닥에 침전물을 형성하게 된다. 따라서 반응 후 침전물을 그대로 제거할 수도 있으나, 반응 효율을 높이기 위해서는 미반응 생석회를 재사용하여 추가적인 반응을 진행시키는 편이 더 좋다.

본 발명에서 굴 패각을 이용한 하폐수 중 용존 인의 제거 방법은 굴 패각을 포함하는 단일 반응기에 하폐수를 유입하는 단계; 상기 단일 반응기에 포기 및 교반하여 상기 하폐수 내에 존재하는 용존 인을 제거하는 단계; 용존 인을 제거한 하폐수를 유출하는 단계;를 포함하여 수행된다. 그런데, 전술한 바와 같이, 미반응 생석회와 반응 부산물은 칼슘 하이드록시 아파타이트가 동시에 침전물로 형성되기 때문에 상기 용존 인을 제거하는 단계 이후에 상기 단일 반응기의 바닥에 축적되는 침전물을 재순환함으로써 미반응 석회분을 재순환시켜 반응식 2 및 3을 다시 수행하도록 할 수 있다.

이 경우, 일정 시간 반응을 수행하면 미반응 생석회의 양은 감소하며 칼슘 하이드록시 아파타이트가 침전물의 대부분을 이루게 되는데 이 시점에서 침전물을 배출한다면 굴 패각을 효율적으로 활용할 수 있을 것이다.

이러한 재순환과 침전물 배출의 프로세스는 미리 설정된 반응 시간과 순환 주기에 대한 공정 조건을 확립하면 쉽게 제어될 수 있다.

본 발명에서는 상기 용존 인의 제거를 위해 단일 반응기를 사용하는 것을 특징으로 한다.

이러한 단일 반응기는 많은 장점을 가지는데, 설비비 및 유지비가 저렴하고, 한 배치의 굴 패각을 도입하여 일정량의 하폐수를 처리한 후 사용 완료된 굴 패각과 침전물을 효율적으로 제거할 수 있어 전체 수처리 프로세스를 단순화시킬 수 있는 장점이 있다.

종래기술에서는 이러한 장점에도 불구하고 단일 반응기를 적용하지 못하고 있는데, 이는 패각 분말, 미생물 등 다양한 원료를 사용하고 있는 점, 공정 조건의 최적화가 어려운 점 등의 기술적 장벽을 극복하지 못하였기 때문이다.

본 발명에서 사용하는 하폐수 중 용존 인의 제거를 위한 단일 반응기로 구성된 장치를 도 1에 도시하고 있다. 도 1을 참조하여 살펴보면, 상기 단일 반응기(100)는, 내부에 굴 패각(300)을 수용하기 위한 굴 패각 수용부(200), 하폐수에 포기하기 위한 산기 장치(600), 상기 산기 장치에 공기를 공급하기 위한 송풍기(500), 교반을 위한 교반 장치(400), 상기 단일 반응기(100)의 하부에 형성되는 침전물(700)을 재순환시키기 위한 순환펌프(800), 상기 침전물(700)이 재순환되기 위하여 상기 단일 반응기(100)의 하부로부터 상부로 연결되는 순환라인(900)를 포함한다.

또한, 상기 하폐수가 유입되고 유출되는 유입 및 유출구가 상기 단일 반응기(100)의 일부에 형성된다.

또한, 상기 단일 반응기(100)는 바닥의 일부를 오목하게 형성할 수 있는데, 이는 굴 패각(300)과 인이 반응하여 생성되는 침전물(700)이 한 군데 모이도록 하기 위한 것이다.

이렇게 모인 침전물(700)은 상기 순환라인(900)을 따라 바닥에서 이동하여 다시 굴 패각 수용부(200)로 주입되는데, 이때, 상기 순환라인(900)에는 순환밸브(910) 및 배출밸브(920)가 장착됨으로써 필요에 따라 순환 또는 배출을 수행할 수 있게 된다.

즉, 침전물(700)이 미반응 생석회를 다량 함유하고 있는 반응 초기에는 순환밸브(910)를 열고 배출밸브(920)를 닫은 상태에서 상기 순환펌프(800)를 동작시켜 순환라인(900)을 통해 미반응 생석회를 다량 함유하고 있는 침전물을 순환시켜 다시 굴 패각 수용부(200)로 보내게 된다.

상기 굴 패각 수용부(200)는 그물망이나 그물철망으로 이루어지는 것이 바람직한데, 굴 패각 자체가 바닥으로 떨어지지 않으면서도 교반에 의해 흩어지는 것을 방지할 수 있고, 하폐수와의 접촉이 용이하고, 굴 패각(300)으로부터 발생하는 침전물(700)을 한 군데 모을 수 있기 때문이다.

또한, 상기 산기 장치(600)는 하폐수에 포기하여 공기를 주입함으로써 굴 패각의 구성성분인 생석회(CaO)의 유리를 촉진하고 인의 흡착 및 반응을 촉진시키게 된다. 따라서 상기 산기 장치(600)는 주로 굴 패각 수용부(200)에 대한 포기가 이루어질 수 있도록 상기 굴 패각 수용부(200)의 크기에 맞추어 하부에 배치되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 교반 장치(400)는 상기 단일 반응기(100)의 어디에 위치해도 괜찮으나, 수평류를 형성시켜 상기 산기 장치(600)로부터 발생하는 공기 흐름과 함께 순환류를 발생시키는 것이 바람직하므로, 상기 단일 반응기(100)의 하부 일방에서 수평으로 타방을 향해 와류를 형성시킬 수 있도록 배치되는 것이 바람직하다.

이때, 전술한 바와 같이, 상기 단일 반응기(100)는 바닥의 일부를 오목하게 형성하며, 특히, 상기 교반 장치(400)보다 낮게 형성되도록 오목부를 형성하는 것이 바람직한데 이는 상기 교반 장치(400)에 의해 형성된 수평류와 침전물(700)이 직접 접촉하여 침전물(700)이 단일 반응기(100) 내부 전체로 퍼지는 것을 방지하는 역할을 하게 된다.

상기 포기, 교반 공정과 침전물의 순환 공정은 별개로 이루어지게 된다. 즉, 상기 순환펌프는 상기 산기 장치 및 상기 교반 장치가 동작하지 않는 동안에만 동작하도록 조작해야 한다.

굴 패각(300)과 하폐수가 일정 시간 접촉하면 인 제거 반응이 일어나 침전물(700)이 축적되게 된다. 이러한 접촉을 위하여 상기 산기 장치(600) 및 상기 교반 장치(400)를 동작시켜 포기 및 교반 공정을 수행하게 된다.

이때, 상기 침전물(700)은 미반응 생석회를 포함하고 있으므로, 일정 시간이 경과하면, 상기 산기 장치(600) 및 상기 교반 장치(400)를 멈추어 하폐수의 순환을 중지시킨다. 다음으로 상기 침전물(700)을 순환시키기 위하여 순환밸브(910)를 열고 순환펌프(800)를 동작시켜 상기 침전물(700)이 상기 순환라인(900)을 따라 상기 단일 반응기(100)의 하부에서 상부로 이동하도록 한다.

또한, 반응이 충분히 진행되어 상기 침전물(700) 내에 미반응 생석회의 양이 적어질 경우, 상기 산기 장치(600) 및 상기 교반 장치(400)를 멈추어 하폐수의 순환을 중지시키고, 배출밸브(920)를 열고 순환펌프(800)를 동작시켜 상기 침전물(700)이 상기 순환라인(900)을 이동하여 배출되도록 할 수 있다.

또한, 포기 및 교반 공정, 순환 공정, 배출 공정, 하폐수 유입, 유출 공정 등의 공정을 자동으로 제어할 수 있도록 제어부를 부가할 수도 있다. 각 공정의 운전 시간, 조건은 사전 시험 운전을 통하여 얻어진 데이터 값에 근거하여 설정운용된다.

또한, 포기 및 교반 공정은 연속포기/연속교반으로 수행할 수도 있으며, 간헐포기/간헐교반으로 수행할 수도 있다. 여기서 본 발명에서 목적하는 인 제거 효율을 나타내기 위해서는 포기와 교반이 함께 수행되어야 한다는 점은 매우 중요하다.

공정 조건은, 예를 들어, 단일 반응기를 통해 5ℓ의 하폐수 처리 시 운전 조건은 도 3과 같다. 즉, 간헐포기/간헐교반(a), 연속포기/연속교반(b) 등의 포기 조건에 따라 간헐포기/간헐교반의 경우, 포기, 교반, 침전 및 배출까지 대략 4.5시간 소요되며, 순환공정은 포기/교반 공정이 끝난 4시간의 시전에서 수행하게 된다.

다만, 이러한 운전 조건은 일 실시예에 따른 운전 조건이며 모든 조건에 부합되는 것이라 할 수 없다. 즉, 유입되는 인의 부하량에 따라 각 공정별 운전시간(Time)제어방식을 도입하여 프로그램화함으로써 부하변동 및 인 제거효율에 따라 유동적, 탄력적으로 대응 운전할 수 있도록 해야 한다.

본 발명의 하폐수 중 용존 인의 제거 방법 및 장치에 의한 인 제거 효율을 확인하기 위하여 상기와 같은 굴 패각을 적용한 인 제거용 수처리 장치를 모티브로 한 일련의 시험을 실시하였다.

단, 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 일 예에 불과한 것으로 이에 의해 본 발명의 권리범위가 축소되거나 한정되어서는 안 된다.

실시예에서는 굴 패각을 수집하여 이물질을 제거하기 위하여 물로 세척하였다. 과도한 염분제거를 위하여 물속에 1일 정도 침적한 후 다시 꺼내 물로 세척하고 자연 상태에서 1일 동안 건조하였다. 굴 패각의 세척 및 건조과정은 3회 반복한 후 시험 대상 굴 패각으로 사용하였다.

처리대상물질인 인(P)은 실험실에서 인산염 표준용액(T-P : 5.7㎎/ℓ)을 5ℓ 조제하여 사용하였다. 운전조건은 자연적으로 발생하는 미생물의 성장을 억제한 상태에서 굴 패각에 의한 효과만을 확인하기 위하여, 15℃의 온도를 유지하여 굴 껍데기만의 인 제거효과를 알아보았다.

또한, 굴 패각에서 유리되는 생석회(CaO)의 정도에 따른 인 제거 효과를 비교해 보기 위해 장치 운전을 간헐포기/간헐교반 조건(실시예 1), 연속포기/연속교반 조건(실시예 2), 교반 조건(실시예 3)으로 구분하여 실시하였다.

용적 8ℓ의 용기에 굴 패각의 용적율이 전체용적의 30%가 되도록 충진하고 5ℓ 인산염 표준용액(T-P : 5.7㎎/ℓ)을 주입한 후 교반장치와 송풍장치를 모두 적용하여 타이머에 의해 시간대별로 1시간 교반, 1시간 포기가 되도록 장치를 구성한 후 5일간 인의 제거 효율을 분석하였다. 분석방법은 용기내의 장치의 동작을 멈추고 30분간 정치 한 후 상등액을 시료로 채취하여 수질오염 공정시험법을 준용하여 실시하였다. 그 결과는 도 3과 같다.

용적 8ℓ의 용기에 굴 패각의 용적율이 전체용적의 30% 정도 충진하고 5ℓ 인산염 표준용액(T-P : 5.7㎎/ℓ)을 주입한 후 산소를 공급하기 위해 송풍기와 산기장치를 적용하여 5일간 연속포기 하면서 인의 제거효율을 분석하였다. 분석방법은 용기내의 송풍장치의 동작을 멈추고 30분간 정치 한 후 상등액을 시료로 채취하여 수질오염 공정시험법을 준용하여 실시하였다. 그 결과는 도 4와 같다.

용적 8ℓ의 용기에 굴 패각의 용적율이 전체용적의 30% 정도 충진하고 5ℓ 인산염 표준용액(T-P : 5.7㎎/ℓ)을 주입한 후 5일간 연속교반 하면서 인의 제거효율를 분석하였다. 분석방법은 용기내의 교반기 동작을 멈추고 30분간 정치 한 후 상등액을 시료로 채취하여 수질오염 공정시험법을 준용하여 실시하였다. 그 결과는 도 5와 같다.

도 3을 참고하면, 실시예 1에서 인 제거 장치의 간헐포기/간헐교반조건을 모티브로 한 실험을 통해 36시간 경과 후 인의 제거율이 64.2%로 나타났다. 도 4 및 도 5의 결과와 비교해 볼 때, 실시예 1에서 인 제거율의 변화는 도 4 및 도 5의 중간형태의 완만한 곡선을 보였으며 5일 경과후의 인 제거율은 94.6%로 나타났다. 실시예 1에서의 pH 변화는 초기 인산염 표준용액 주입시 약 pH 6에서 접촉시간이 경과할수록 pH는 완만히 상승하여 5일 경과 후 pH는 8.5로 상승하는 경향을 보였다. 이러한 결과는 인 제거율과 pH의 상관관계에 있어서는 pH가 변화하여도 인 제거율에는 거의 영향이 없는 것을 시사하는 결과이다.

다음으로 도 4를 참고하면, 실시예 2의 연속포기조건을 모티브로 한 실험을 통해 12시간 경과 후 인의 제거율이 63.1%로 나타났으며 도 5와 비교해 볼 때, 인 제거가 빠르게 진행됨을 알 수 있다. 또한, 5일 경과후의 인 제거율은 96.8%로 나타났다.

실시예 2에서의 pH 변화는 초기 인산염 표준용액 주입시 약 pH 6에서 접촉시간이 경과할수록 pH는 급격히 상승하여 48시간 경과 후에는 pH가 10으로까지 상승하였으며 인 제거율은 90.5%로 나타났다. 따라서, 인 제거율과 pH의 상관관계에 있어서는 pH가 변화하여도 거의 영향을 받지 않는 것으로 나타났다.

다음으로 도 5를 참고하면, 실시예 3에서 교반조건을 모티브로 한 실험을 통해 36시간 경과 후 인의 제거율이 56.4%로 나타났다. 이후 5일 경과후의 인 제거율은 89.9%로 나타났다.

즉, 교반조건만을 부여할 경우의 인 제거율은 완만하게 나타났으며 pH 변화는 초기 인산염 표준용액 주입 시 약 pH 6에서 굴 껍데기와의 접촉시간이 경과할수록 pH 8로 서서히 상승하였으나 인 제거율과의 상관관계에 있어서는 pH가 변화하여도 거의 영향을 받지 않는 것으로 나타났다.

결과적으로 교반조건보다 교반 및 포기 조건에서 인 제거율이 높게 나타났으며, 실시예 2의 경우, 인 제거율이 96.8%로 매우 높은 인 제거 효율을 나타내었다. 또한, 인 제거율 대비 반응시간도 단축되는 결과를 보였다.

이러한 결과는 포기에 의한 공기주입으로 인해 굴 패각의 석회분이 빠르게 유출되기 때문에 나타난 것으로 생각된다.

결과적으로 본 발명에서 굴 패각을 이용한 수중의 인(P) 제거 효과는 반응조건에 따라 약간의 차이는 있으나 90%이상의 높은 제거 효율을 보이는 것으로 판단되었다. 따라서 단일 반응기에서 굴 패각을 이용하여 하폐수 중 인을 제거하는 본 발명의 제거 방법 및 장치는 공정 효율이 높으면서도 높은 인 제거 효율을 나타내는 것을 알 수 있다.

이상, 바람직한 실시예를 통하여 본 발명에 관하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변경, 응용될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 다음의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100 : 단일 반응기 200 : 굴 패각 수용부
300 : 굴 패각 400 : 교반 장치
500 : 송풍기 600 : 산기 장치
700 : 침전물 800 : 순환펌프
900 : 순환라인
910 : 순환밸브 920 : 배출밸브

Claims (7)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 굴 패각을 이용한 하폐수 중 용존 인을 제거하는 방법을 수행하기 위한 하폐수 중 용존 인의 제거 장치로서,
   상기 굴 패각은 수세 및 자연 건조 후 사용되는 분말화 또는 열처리를 거치지 않은 자연적 형태의 굴 패각이며,
   상기 제거 장치는 단일 반응기로 구성되며,
   상기 단일 반응기는,
   내부에 굴 패각을 수용하기 위한 굴 패각 수용부;
   하폐수에 포기하기 위한 산기 장치;
   상기 단일 반응기의 하부 일방에서 수평으로 타방을 향해 와류를 형성시키도록 배치되는 교반 장치;
   상기 단일 반응기의 하부에 형성되는 침전물을 재순환함으로써 미반응 석회분을 재순환시키기 위한 순환펌프;
   상기 침전물이 재순환되기 위하여 상기 단일 반응기의 하부로부터 상부로 연결되되, 상기 침전물을 재순환시키기 위한 순환밸브 및 상기 침전물을 배출하기 위한 배출밸브를 포함하는 순환라인;
   을 포함하며,
   상기 단일 반응기의 바닥의 일부가 오목하게 오목부를 형성하여 상기 침전물이 오목부에 모이며, 상기 교반 장치에 의해 형성된 수평류와 상기 침전물이 직접 접촉하여 상기 침전물이 상기 단일 반응기 내부 전체로 퍼지는 것을 방지하며,
   상기 순환펌프는 상기 산기 장치 및 상기 교반 장치가 동작하지 않는 동안 동작하며,
   교반 장치와 산기 장치를 통해 연속적으로 교반과 포기를 실시하는 연속포기/연속교반의 조건으로 운전하는 것을 특징으로 하는 하폐수 중 용존 인의 제거 장치.
   
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7. 삭제

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