KR101893911B1

KR101893911B1 - 촉매를 이용한 고농도 난분해성 유기폐수의 처리장치 및 처리방법

Info

Publication number: KR101893911B1
Application number: KR1020160055036A
Authority: KR
Inventors: 김성도; 박덕재
Original assignee: (주) 가이환경에너지
Priority date: 2016-05-04
Filing date: 2016-05-04
Publication date: 2018-10-04
Also published as: KR20170125192A

Abstract

본 발명은 난분해성 유기폐수 발생원으로부터 유입되는 폐수 중 고형물을 제거하는 1차 처리반응기; 상기 1차 처리반응기로부터 유입되는 폐수를 전기분해할 수 있는 음극과 양극의 전도체 촉매반응기와 직류전원 공급장치가 포함된 산화조; 폐수의 교반이 원활하게 이루어질 수 있도록 상기 산화조의 하부에 구비되며, 활성이온화 공기 및 활성라디칼의 폭기를 위한 폭기장치; 및 상기 산화조에서 처리된 난분해성 유기폐수의 산화분해, 응집 및 탈수를 위한 다공성화합물 활성촉매 및 유기광물 활성촉매를 포함하는 촉매응집조를 포함하는 난분해성 폐수 처리장치 및 이를 사용한 난분해성 폐수 처리방법을 제공한다.

Description

촉매를 이용한 고농도 난분해성 유기폐수의 처리장치 및 처리방법{Method and apparatus for treatment of treating of non-disintegrating organic waste water using the catalyst}

본 발명은 촉매를 이용한 난분해성 유기폐수의 처리장치 및 이를 이용한 난분해성 유기폐수의 처리방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 축산폐수, 산업공장에서 배출되는 유기물농도가 높은 폐수, 매립장 침출수, 도축공장 폐기물, 식품가공공장 폐기물, 농·수산물 가공공정에서 배출되는 폐기물, 음식물쓰레기, 하수처리 슬러지, 산업폐기물매립지 침출수 중에서 난분해성 고농도 유기물을 함유한 유기폐수를 처리하기 위한 처리장치 및 이를 이용한 처리방법에 관한 것이다.

일반적으로 인분, 축산분뇨, 산업공장에서 배출되는 폐수, 폐기물매립장 침출수, 도축공장폐기물, 식품가공공장폐기물, 농·수산물 가공공정에서 배출되는 폐기물, 음식물쓰레기, 하수처리 슬러지는 성상 자체가 복잡하고 난분해성 고농도 유기물을 다량 함유하고 있다.

또한, 난분해성 고농도 유기물은 생분해성이 낮기 때문에 화학적 처리방법을 사용하여 유기물을 일부 제거하거나 또는 난분해성 유기물을 생분해가 가능한 물질로 전환시킨 후 생물학적 방법으로 처리하곤 한다. 하지만, 이러한 처리방법은 처리단계가 복잡하며 처리비용도 많이 드는 문제점이 있다.

난분해성 유기폐수의 처리방법에 관한 종래의 기술로서, 국내 공개특허 제10-2007-0113551호 (공개일자: 2007.11.29.) 는 OH라디칼을 이용한 고도산화처리 방법에 관한 것으로서, 난분해성 폐액의 처리를 위한 오존-전기분해/반도체촉매 복합장치 및 그 사용방법에 대해 기술하고 있다. 그러나 상기 기술은 폐수의 부유물질 농도가 높은 경우 부유물질이 산화되면서 BOD를 상승시킬 수 있으며, 이에 따른 경제적 비용이 증가될 수 있는 문제가 있다.

또한, 국내 등록특허 제10-0953058호 (등록일자: 2010.04.07.) 는 축산 분뇨 등과 같은 고농도 유기성 폐수와 오폐수를 처리하기 위한 장치와 방법에 관한 것으로서, 자연계에 존재하는 다양한 토양 미생물을 연속적이고 안정적으로 처리 배양하여 생물학적 순환과정인 이화와 동화의 순환 과정을 지속적으로 유지하는 것을 특징으로 하고 있다. 그러나, 상기 발명은 생물학적 처리과정에 있어 여러 단계에 걸쳐 처리되는 것으로서, 공정이 복잡하여 초기 시설비용이 증가되는 문제가 있다.

KR 10-2007-0113551 A 2007.11.29. KR 10-0953058 B1 2010.04.07.

본 발명은 상기 종래기술이 갖는 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 본 발명은 전도체 촉매반응기가 포함된 산화조를 기반으로 하여 활성 이온화 공기, 활성 라디칼을 사용하는 난분해성 유기폐수 처리장치 및 이를 사용한 난분해성 유기폐수 처리방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명은 폐수처리장의 과부하에 의한 문제점을 해결함으로써, 경제적인 운용 및 연계 병합처리 공정이 가능하도록 할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 난분해성 유기폐수 발생원으로부터 유입되는 폐수 중 고형물을 제거하는 1차 처리반응기; 상기 1차 처리반응기로부터 유입되는 폐수를 전기분해할 수 있는 음극과 양극의 전도체 촉매반응기와 직류전원 공급장치가 포함된 산화조; 폐수의 교반이 원활하게 이루어질 수 있도록 상기 산화조의 하부에 구비되며, 활성이온화 공기 및 활성라디칼의 폭기를 위한 폭기장치; 및 상기 산화조에서 처리된 난분해성 유기폐수의 산화분해, 응집 및 탈수를 위한 다공성화합물 활성촉매 및 유기광물 활성촉매를 포함하는 촉매응집조를 포함하는 난분해성 유기폐수 처리장치를 제공하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예로, 전도체 촉매반응기 내에 활성탄소, 산화철, 망간, 활성 규조토, 토상흑연, 페라이트 또는 이들의 혼합물을 단계적으로 투입하여 촉매조성물 층을 형성할 수 있다.

일 실시예로, 상기 촉매 반응기에 고주파 발생장치가 포함될 수 있다.

일 실시예로, 상기 활성이온화 공기는 코로나 방전을 통해 얻어지고, 상기 활성라디칼은 초음파 발생장치를 이용하여 과산화수소를 무화하여 사용할 수 있다.

본 발명은 a) 난분해성 유기폐수 발생원으로부터 유입되는 폐수 중 고형물을 제거하는 1차 처리 단계; b) 전도체 촉매반응기에서 직류전원 공급장치를 통해 상기 1차 처리된 유기 폐수를 전기분해하여 난분해성 유기폐수를 산화분해시키는 단계; c) 폭기장치를 통해 활성 이온화 공기 및 활성 라디칼을 공급하여 상기 유기물을 간접 산화시키는 단계; 및 d) 상기 산화분해된 난분해성 유기폐수를 산화분해, 응집 및 탈수시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 난분해성 폐수처리방법을 제공하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 전도체 촉매반응기를 기반으로 활성이온화 공기, 활성라디칼을 사용하는 난분해성 유기폐수 처리장치를 이용함으로써, 유기물을 포함한 유해물질을 제거하고 난분해성 물질을 생분해성 물질로 전환시켜 난분해성 유기폐수를 효과적으로 처리할 수 있다.

또한, 폐수처리장의 과부하를 방지하여 폐수처리비용을 감소시킴으로써 경제적인 운용이 가능하며, 연계 병합처리 공정이 가능함에 따라 대용량 시설에도 적용할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 난분해성 유기폐수의 처리장치를 나타내는 도면.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 더욱 상세하게 설명한다.

본 발명에서 도 1은 난분해성 유기폐수의 처리장치를 나타내는 도면으로서, 본 발명에 의한 폐수처리장치는, 난분해성 유기폐수 발생원으로부터 유입되는 폐수 중 고형물을 제거하는 1차 처리반응기(10); 상기 1차 처리반응기로부터 유입되는 폐수를 전기분해할 수 있는 음극과 양극의 전도체 촉매반응기(21)와 직류전원 공급장치(70)가 포함된 산화조(20); 폐수의 교반이 원활하게 이루어질 수 있도록 상기 산화조의 하부에 구비되며, 활성이온화 공기 및 활성라디칼의 폭기를 위한 폭기장치(23a, 23b); 및 상기 산화조에서 처리된 난분해성 유기폐수의 산화분해, 응집 및 탈수를 위한 다공성화합물 활성촉매 및 유기광물 활성촉매를 포함하는 촉매응집조(60)를 포함하여 이루어진다.

일반적으로 고농도의 유기성 폐수 중 음식물 쓰레기 침출수, 축산분뇨 폐수 등의 난분해성 폐수는 고농도 고형물을 다량 함유하는 특성상 고액 분리공정인 전처리 과정이 필요하다. 이에 따라, 본 발명에서는 상기 1차 처리반응기를 통해 고형물을 제거하는 전처리 과정을 진행할 수 있다.

상기 1차 처리반응기는 원심분리식, 압착식, 흡착식, 필터식 중에서 선택되는 어느 하나일 수 있으며, 바람직하게는 필터식을 사용하여 더욱 간편한 방법으로 슬러지를 분리 후 전기분해 산화조로 유입시킬 수 있다. 더욱 바람직하게는 50 ㎛ 내지 100 ㎛ 크기의 기공을 갖는 필터를 사용할 수 있으며, 상기 필터는 고농도 난분해성 유기폐수의 종류에 따라 교체하여 사용할 수 있다.

본 발명에서 상기 1차 처리반응기로부터 유입되는 폐수는 산화조(20)에서 연속적인 촉매 활성 반응을 통해 폐수 중의 오염물질이 효과적으로 산화 및 분해되면서 제거될 수 있다.

상기 산화조(20)에는 음극과 양극의 전도체 촉매반응기가 포함된다. 상기 전도체 촉매반응기(21)는, 내부와 외부를 관통하도록 일정 간격의 관통공을 갖는 그물망 형태의 전도체 촉매 반응기일 수 있으며, 이는 세라믹 또는 금속의 전도성 재료를 사용하여 제작될 수 있다. 여기서, 세라믹은 활성탄소, 산화철, 망간, 활성규조토, 토상흑연, 페라이트 또는 이들의 혼합물로 이루어질 수 있고, 금속 전도성 재료로는 금, 은, 구리, 알루미늄, 텅스텐, 철 또는 이들의 혼합물로 이루어질 수 있다. 이때 철을 이용하는 경우, 간단한 공정을 통해 원통형으로 제작될 수 있는 이점이 있다.

또한, 상기 전도체 촉매반응기의 관통공에는 촉매 조성물이 층형태로 형성될 수 있고, 촉매 조성물로는 활성탄소, 산화철, 망간, 활성 규조토, 토상흑연, 페라이트 또는 이들의 혼합물을 순차적으로 투입하여 층을 이루는 형태일 수 있다. 바람직하게는 활성탄소, 산화철, 망간, 페라이트가 투입될 수 있으며, 상기 투입되는 촉매의 순서는 특별히 제한되지 않도록 한다.

여기서, 상기 활성탄소는 70 내지 90 중량%, 산화철 1 내지 10 중량%, 망간 1 내지 10 중량%, 페라이트 1 내지 10 중량%를 사용할 수 있다.

이때, 활성탄소가 90 중량%를 초과하면 효율은 좋아질 수 있으나 전원 장치에 과부하가 걸리는 문제가 발생될 수 있다.

또한, 산화철 및 페라이트의 함량이 각각 10 중량%를 초과하는 경우 산화/환원 반응이 활발하게 진행될 수 있으나 철 이온이 폐수 중에 다량 용존되어 과부하로 작용될 수 있다.

망간의 경우, 10 중량%를 초과하여 사용되는 경우 비용이 많이 들어 경제적이지 못하기 때문에 상기 범위내에서 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 전도체 촉매반응기(21)에는 직류전원 공급장치(70)가 연결된다. 상기 직류전원 공급장치(70)를 통해 인가되는 직류전원에 의해 촉매 조성물이 전기 매개체로 사용되게 되며, 촉매 조성물에서의 분해반응이 촉진되면서 각종 유기물을 포함한 유해물질이 제거됨과 함께 염분을 포함한 난분해성 물질이 분해성 물질로 전환된 후 제거될 수 있다.

이때, 직류전원은 1 V 내지 50 V 전압으로 공급될 수 있고, 바람직하게는 4 V 내지 30 V의 전압이 이용될 수 있다.

또한, 본 발명의 경우 상기 음극과 양극의 전도체 촉매반응기가 다수개 구비되도록 함으로써 전기분해가 더욱 원활히 이루어지도록 할 수 있으며, 이는 난분해성 유기폐수의 농도에 따라 촉매반응기 개수를 선택적으로 증감할 수 있음을 의미한다.

즉, 상기 음극과 양극의 전도체 촉매반응기에 포함되어 있는 촉매 조성물에 직류전원을 인가하면, 촉매 반응이 연속적으로 일어나 난분해성 유기폐수의 오염물질이 산화분해되면서 용이하게 제거될 수 있다.

상기 전도체 촉매반응기 내에, 촉매 조성물층의 활성탄소와 활성탄소에 점착된 산화철과 페라이트를 촉매로, 양극과 음극에 각각의 촉매 입자가 분포된다. 상기 양극에서 생성된 산화제가 활성탄소 자체에 있는 수많은 미세기공에 흡착되어 있는 유기물과 반응하게 되는데, 상기 유기물이 산화분해됨과 함께 자신은 다시 환원되고 또다시 양극에서 산화됨으로써, 연속적으로 유기물을 산화시키는 수용성 반응공정이 수행되게 된다. 수용성 반응공정에 의해 유기물은 대부분 분해되고, 유기물 중의 탄소와 수소가 이산화탄소와 물로 전환되면서 대부분 무기물화될 수 있다.

이때, 유기물의 분해 시 발생되는 산성 가스에 포함된 산소가 활성탄소의 탄소와 결합하여 산화반응을 일으키고, 활성탄소의 미세기공 내에서 탈착반응이 일어난다. 상기 탈착반응을 통해 활성탄소에 포함된 탄소성분의 손실이 이루어지고, 탄소성분의 손실로 인해 미세기공의 표면적이 증가되게 되며, 흡착과 탈착이 반복되면서 그 흡착성능이 더욱 향상될 수 있다.

일반적으로 상기 촉매로 사용되는 활성탄소는 야자각, 목재류, 갈탄, 무연탄, 유연탄 등의 탄소질을 원료로 제조되게 되는데, 상기 활성탄소는 미세기공이 잘 발달된 무정형 탄소의 집합체로서 활성화 과정을 통해 미세기공이 형성되면서 큰 내부표면적을 갖는 흡착제로 많이 사용되고 있다. 또한 상기 활성탄소는 1g 당 1000 m² 이상의 큰 내부 표면적을 가지며, 내부표면에 존재하는 탄소원자의 관능기가 주위의 액체 또는 기체를 흡인하면서, 피흡착질의 분자를 흡착하게 된다.

따라서, 활성탄소의 흡착성분은 단지 미세한 기공의 구조뿐만 아니라 활성탄소 표면의 화학적 성질에도 크게 영향을 미치게 된다. 또한, 난분해성 유기폐수에 활성탄소를 가하여 교반시키는 경우, 상기 활성탄소에 유기물이 흡착되면서 수질 중의 유기물 농도가 현저하게 감소되는 효과가 나타나게 된다.

또한 망간은 비교적 높은 산화/환원 전위를 가지며, 이로 인해 유기오염물질에 대해서 산화제로서 역할을 하게 된다. 즉, 망간은 강력한 산화력을 통해 유기물 이외 오염물질을 제거하기 위한 금속 산화물 촉매로 많이 사용되고 있다.

상기 전도체 촉매반응기에 의한 전기분해 과정은, 양극 표면에서 생성된 산화제가 유기물과 반응하여 유기물을 산화분해시킴과 동시에 자신은 다시 환원되고, 또 다시 전극 표면에서 산화되어 재생되면서, 연속적으로 유기물을 산화시키는 원리를 이용하는 공정이다. 이 공정을 통해, 유기물은 완전히 파괴되고 궁극적으로 유기물 중의 탄소와 수소가 이산화탄소와 물로 전환되어 거의 대부분 무기물화 되게 된다.

일반적으로, 양극에서는 H₂O → H⁺ + OH^-의 반응식을 통해, OH^- 이온의 감소와 H⁺ 이온의 증가로 pH가 저하되고, 전자(Electron : e^- )를 잃어버리면서 산화력이 증가되며, Cl₂(염소가스) 기체가 대기 중으로 방출됨과 함께, 차아염소산(HOCl)이 생성되게 된다.

H₂O → H⁺ + OH^-

NaCl → Na⁺ + Cl^-

4OH^- → 2H₂O + O₂ +4e^-

2Cl^- → Cl₂ + 2e^-

Cl₂ + H₂O → HOCl + H⁺ Cl^-

음극에서는 H₂O → H⁺ + OH^- 의 반응식을 통해 OH^- 이온의 증가와 H⁺ 이온의 감소로 pH가 상승되고, 전자의 증가로 환원력이 증가되며, 수소 가스가 발생된다.

H₂O → H⁺ + OH^-

NaCl → Na⁺ + Cl^-

2H₂O + O₂ + 4e^- → 4OH^-

Na⁺ + e^- → Na

Na + OH → NaOH

뿐만 아니라, 양극에서 생성되는 산성산화수에 의하여 염기성 물질과 중성 물질의 산화반응과 중화반응이 이루어진다.

염기성 물질의 경우, 폐수에 염소를 주입함으로써 암모니아성 질소를 산화시켜 질소 가스나 기타 안정된 화합물로 변환시킬 수 있다.

<염기성 물질>

2NH₃ + 3HOCl → N₂ + 3HCl + 3H₂O

NH₃ + HCl → NH₄Cl

(CH₃)₃N + HOCl → (CH₃)₃ NO + HCl

<중성 물질>

(CH₃)₂S + 3HOCl → (CH₃)₂SO₃ + 3HCl

CH₃CHO + HOCl → CH₃COOH + HCl

C₆H₅CHCH₂ + HOCl → C₆H₅CHOHCH₂Cl

또한 음극에서는, 생성되는 알카리성 환원수에 의하여 다음과 같은 반응들이 발생된다.

H₂S + NaOH → N₂S + H₂O

Na₂S + H₂S → 2NaSH

CH₃SH + NaOH → CH₃SNa + H₂O

CH₃COOH + NaOH → CH₃COONa + H₂O

본 발명에서 상기 전도체 촉매반응기에 고주파 전자장 발생장치(미도시)가 포함될 수 있다. 상기 고주파 전자장 발생장치에 의해 발생되는 일정한 진동파형을 갖는 진동에너지가 상기 전도체 촉매반응기에 조사됨으로써, 전자의 이동에 방해가 되는 기포가 제거될 수 있다. 이때, 상기 고주파 전자장 발생장치에서 발생되는 주파수는 800 내지 1500 Hz일 수 있으며, 바람직하게는 1000 Hz 내지 1200 Hz 일 수 있다.

본 발명에서 폐수의 교반이 원활하게 이루어질 수 있도록 상기 산화조의 하부에 폭기장치가 구비되며, 상기 폭기 장치(23a, 23b)는 활성이온화공기 및 활성라디칼의 폭기를 위해 사용될 수 있다.

더욱 상세하게는, 상기 활성이온화공기는 활성이온화 공기발생장치(30)를 통해 생성될 수 있다. 상기 활성이온화 공기발생장치의 경우, 고전압을 이용하여 코로나 방전을 유도하는 원리를 이용하는 것으로서, 자유전자, 이온 및 라디칼을 발생시키는 장치이다.

상기 활성이온화 공기발생장치(30)에는 도 1에 도시된 바와 같이 흑연으로 제조된 고압 방전판(31), 상기 고압 방전판(31)에 설치되고 코로나 방전을 위한 복수 개의 전극(33, 34), 상기 복수 개의 전극과 접속된 직류전원 공급장치(70), 상기 알칼리 금속이온 용액을 흐르게 할 수 있는 투입라인(39) 및 상기 고압 방전판에 기체(예를 들면 아르곤, 헬륨, 질소 및 공기)를 공급하는 컴프레서(40)가 포함될 수 있다.

상기 고압 방전판의 표면에 알칼리 금속이온 용액을 흐르게 할 수 있으며, 이때 전극을 통해 전압을 인가하여 일정한 고전압의 직류전원을 공급함으로써, 상기 고압 방전판이 방전되면서 활성이온화 공기가 생성될 수 있다. 상기 전극에 인가되는 전압은 6,000 내지 8,000 V의 직류전압이 사용될 수 있다. 또한, 상기 알칼리 금속이온 용액은 알루미나, 마그네슘, 칼슘, 나트륨 및 칼륨 중 선택되는 어느 하나 이상이 사용될 수 있다.

상기 활성이온화공기 발생장치로부터 발생된 활성이온화공기에는 이온화된 산소 및 수소원자가 다량 함유되어 있어, 유기물의 분해는 물론 각종 유기 물질 및 유해 물질의 산화를 촉진시킴으로써, 유기폐수 처리의 효율성을 향상시킬 수 있다.

본 발명에서 상기 활성라디칼은 활성라디칼 발생장치(50)를 통해 생성될 수 있으며, 상기 활성라디칼 발생장치(50)의 경우 과산화수소를 적당량의 증류수에 희석하여 무화 후 폭기 장치를 통해 산화조에 유입되도록 하는 역할을 한다. 이때, 상기 과산화수소의 농도는 5~20 %로 할 수 있으며, 바람직하게는 10~15 %일 수 있다.

더욱 상세하게는, 상기 활성라디칼 발생장치(50)의 경우 초음파 발생장치(51)를 이용하여 과산화수소가 포함된 혼합 활성기체가 생성되도록 한 다음, 상기 혼합 활성기체가 자장을 형성하는 자화 파이프를 따라 이동된 후 폭기장치를 통해 산화조에 유입되도록 한다.

본 발명에서는 산화조(20)에서 처리된 난분해성 유기폐수의 산화분해, 응집 및 탈수를 위해 다공성화합물 활성촉매 및 유기광물 활성촉매를 포함하는 촉매응집조(60)가 포함될 수 있다.

이때, 다공성화합물 활성촉매 및 유기광물 활성촉매를 각각의 반응기를 사용하여 산화분해, 응집 및 탈수과정을 진행할 수도 있다.

상기 유기광물 활성촉매는 유기폐수 중에 함유되어 있는 다량의 고형분, 동식물성 지방 및 고형물질 등을 고액 분리하는 공정에서 탈수 효율을 극대화시킬 수 있다. 또한, 상기 유기광물 활성촉매는 폐수에 함유된 고농도 고형분성상의 슬러지와 동식물성 지방, 폐수중의 응고된 기름 슬러지 및 부유하는 유분 스컴 등을 흡착, 제거하기 위한 촉매로서, 친수성과 친유성의 특성을 함께 가지고 있고 양이온 치환능력이 우수한 장점이 있다.

상기 유기광물 활성촉매로는 토탄, 이탄, 피트모스, 안트라싸이트 분말, 부식산 분말, 연갈탄 분말 및 연화제일철 분말 중에서 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.

일반적으로 토탄, 이탄, 피트모스는 염기 치환용량(CEC)이 150~180 me/100g으로 크고, 최대 흡수량이 각각의 입자에 비해 1 내지 18배 정도로 높다. 또한, 양이온 치환용량이 커서 유기성 고농도 폐수 중의 양이온성 영양염류인 암모니아성 질소의 치환처리 효율이 좋으며, 유기성 탄소 또한 다량으로 함유하고 있다.

또한, 상기 토탄, 이탄, 피트모스는 각각 입자 부피의 90 % 정도를 차지하는 수분세포를 가지고 있고, 다량의 유기성 섬유소, 고정탄소, 물 및 공기가 이상적인 비율로 함유되어 있어 통기성 및 보수력이 우수한 장점이 있다. 상기 장점을 통해 슬러지가 갖는 고점성의 물성을 와해시켜 탈수 효율이 개선되도록 할 수 있으며, 접착성이 강하고 유분이 다량으로 함유된 슬러지를 탈수성이 좋은 성질로 개질시킬 수 있다.

또한 안트라싸이트 분말의 경우, 고정탄소가 많은 석탄을 원료로 한 입자로서, 입자 크기가 4 mm 내지 10 mm 의 여과제로, 경도가 높고 압력에 의한 마모 손실이 적으며 탁도 부유물질을 제거하는 능력이 우수하다. 또한 토탄, 이탄, 피트모스와 혼합되는 경우, 탄소성분에 의한 미세 부유성 슬러지의 흡착 효과, 고형물질 중의 접착성, 끈적거림 등을 개질하여 탈수 효율을 높일 수 있다.

부식산 분말은 탄소 50~60 %, 수소 3~5%, 질소 1.5~6 %, 황 1%, 회분 1%, 산소 30~40 %의 조성물을 가진 유기화합물로서, 토탄, 이탄 등이 탄화가 오래 진행되어 생성된 연갈탄으로부터 정제 과정을 거쳐 추출된 물질이며, 분자 내 파손된 부분이 많아 각종 미량 원소와의 결합력이 우수한 장점이 있다. 특히 미생물이 서식하기에 좋은 부식산 유기구조는 많은 부분이 자연산화되어 음전하를 띠는 특성으로 양이온성 염양염류에 대한 치환능력이 뛰어난 장점이 있다. 상기 특성을 갖는 부식산 분말을 통해 고농도 유기성 난분해성 폐수 중의 암모니아성 질소를 포함한 양이온성 오염물질이 치환, 처리될 수 있다. 또한 상기 부식산 분말에 탄소가 다량 포함되어 있는 특성상 슬러지의 탈수성 개질에도 우수한 효과를 가질 수 있다.

상기 연갈탄은 석탄, 갈탄, 무연탄 등과는 구별되는 부식산 60 %, 휴믹산 20 %, 풀빅산 10%, 유기물 10%로 구성된 유기광물로서, 탈수성 향상과 치환능력 보충제로 사용될 수 있다.

또한, 상기 염화제일철은 무기 응결제로서, 혼합촉매와 슬러지를 결합 및 응결시키는 작용제로 사용될 수 있으며, 탈수성 개질제 및 촉매제로 사용될 수 있다.

본 발명에서 상기 다공성 화합물 활성촉매는 황산알루미늄, 황산칼슘, 황산알루미늄나트륨, 이산화규소 중에서 선택되는 어느 하나일 수 있으며, 바람직하게는 황산칼슘과 황산알루미늄이 혼합되어 사용될 수 있다. 이때, 황산칼슘과 황산알루미늄은 2 :1 비율로 혼합되어 사용될 수 있으며, 바람직하게는 1 :1 비율로 혼합되어 사용될 수 있다.

본 발명에서 상기 유기광물 활성촉매 및 다공성 화합물 활성촉매는 폐수 중의 오염부하에 따라 적정량 사용될 수 있다. 이때, 폭기 또는 교반을 통해 폐수와 원활하게 섞이도록 함으로써, 폐수 중의 오염성분의 흡착, 제거, 치환 및 응집작용이 더욱 원활하게 이루어지도록 할 수 있다.

본 발명에서는 a) 난분해성 유기폐수 발생원으로부터 유입되는 폐수 중 고형물을 제거하는 1차 처리 단계; b) 전도체 촉매 반응기에서 직류전원 공급장치를 통해 상기 1차 처리된 유기 폐수를 전기분해하여 난분해성 유기폐수를 산화분해시키는 단계; c) 폭기장치를 통해 활성 이온화 공기 및 활성 라디칼을 공급하여 상기 유기물을 간접 산화시키는 단계; 및 d) 상기 산화분해된 난분해성 유기폐수를 촉매응집조를 통해 산화분해, 응집 및 탈수시키는 단계를 포함하는 난분해성 폐수 처리방법을 제공한다.

본 발명에서는 상기 b) 단계의 유기물을 전기분해하여 난분해성 유기폐수를 산화분해시키는 단계와 상기 c)단계의 유기물을 간접 산화시키는 단계가 필요에 따라 동시에 운용될 수 있다.

1차 처리단계를 거쳐 난분해성 유기폐수가 산화조에 유입되는 경우, 전도체 촉매반응기에 직류 전원이 인가되고, 상기 전도체 촉매반응기에 인가된 직류전원에 의하여 촉매 혼합물이 전기분해되게 된다. 상기의 과정을 통해, 유기물을 분해하여 제거함과 동시에 폐수 중의 많은 오염물질이 제거되고, 난분해성 물질이 분해성 물질로 분해될 수 있다. 또한, 전기분해와 동시에 활성이온화 공기 및 활성라디칼이 폭기되도록 함으로써, 오염물질의 처리 효율이 극대화될 수 있다.

이때, 유입되는 폐수의 종류와 농도에 따라 전극의 직류전압을 변화시킬 수 있으며, 1 V 내지 50 V 전압으로 공급될 수 있고, 바람직하게는 4 V 내지 30 V의 전압을 인가하여 유기물을 산화분해시킬 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시 예와 실질적으로 균등한 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리범위가 미치는 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능하다.

10 : 1차 처리반응기 20 : 산화조
21 : 전도체 촉매반응기 22a, 22b : 전극
23a, 23b : 폭기장치 24 : 폐수 회송용 유량조절관
25 : 수위조절기 30 : 활성이온화 공기 발생장치
31 : 고압방전판 32 : 방전핀
33 : 음극 34 : 양극
37 : 알칼리금속용액 회수라인 39 : 알칼리금속용액 투입라인
40: 컴프레서 50: 활성라디칼 발생장치
51 : 초음파발생장치 60 : 촉매응집조
61 : 촉매파우더용 폭기조 70 : 직류전원 공급장치
71 : 펌프

Claims

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a) 난분해성 유기폐수 발생원으로부터 유입되는 폐수 중, 50 ㎛ 내지 100 ㎛ 크기의 기공을 갖고 교체 가능한 필터를 사용한 1차 반응기에서 고형물을 제거하는 1차 처리 단계;
b) 내부와 외부를 관통하는 일정 간격의 관통공을 갖는 그물망 형태로 세라믹 또는 금속의 전도성 재료로 이루어진 전도체 촉매 반응기에서 직류전원 공급장치를 통해 상기 1차 처리된 유기 폐수를 전기분해하여 난분해성 유기폐수를 산화조에서 산화분해시키되, 상기 관통공에는 촉매 조성물이 층형태로 형성되도록 투입하는 단계;
c) 활성이온화 공기발생장치에서 생성된 활성이온화 공기와 활성라디칼 발생장치에서 생성된 활성 라디칼을 폭기장치를 통해 상기 산화조에 공급하여 유기물을 간접 산화시키는 단계; 및
d) 상기 산화분해된 난분해성 유기폐수에 다공성화합물 및 유기광물 활성촉매를 촉매응집조에 투입하여 산화분해, 응집 및 탈수시키는 단계;
를 포함하여 이루어지고,
상기 세라믹은 활성탄소, 산화철, 망간, 활성규조토, 토상흑연, 페라이트 또는 이들의 혼합물로 이루어지고, 상기 금속 전도성 재료는 금, 은, 구리, 알루미늄, 텅스텐, 철 또는 이들의 혼합물로 이루어지며,
상기 촉매 조성물은,
활성탄소 70 내지 90 중량%, 산화철 1 내지 10 중량%, 망간 1 내지 10 중량%, 페라이트 1 내지 10 중량%로 이루어지고,
상기 전도체 촉매반응기에 고주파 전자장 발생장치에 의해 발생되는 진동파형을 갖는 진동에너지를 공급하며,
상기 활성이온화 공기발생장치는,
흑연으로 제조된 고압 방전판;
상기 고압 방전판에 설치되어 코로나 방전하는 복수 개의 전극;
상기 복수 개의 전극과 접속된 직류전원 공급장치;
상기 고압 방전판에 흐르도록 알루미나, 마그네슘, 칼슘, 나트륨 및 칼륨 중에서 선택된 하나 이상의 알칼리 금속이온을 공급하는 투입라인; 및
상기 고압 방전판에 아르곤, 헬륨, 질소 및 공기를 공급하는 컴프레서;
로 구성되고,
상기 활성라디칼 발생장치는,
초음파 발생장치를 이용하여 과산화수소가 포함된 혼합 활성기체가 생성되도록 한 다음, 상기 혼합 활성기체가 자장을 형성하는 자화 파이프를 따라 이동된 후 상기 폭기장치를 통해 산화조로 유입되도록 구성되며,
상기 유기광물 활성촉매는,
토탄, 이탄, 피트모스, 안트라싸이트 분말, 부식산 분말, 연갈탄 분말 및 연화제일철 분말 중에서 선택되는 어느 하나로 이루어지고,
상기 다공성화합물은
황산알루미늄, 황산칼슘, 황산알루미늄나트륨, 이산화규소 중에서 선택되는 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 난분해성 폐수처리방법.