KR101957827B1 - 착유실 세정수 처리장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

착유실 세정수 처리장치 및 방법을 개시한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명의 일 측면에 의하면, 음극 또는 양극 중 적어도 하나의 극성을 갖는 복수 개의 전극판을 가지며, 세정수를 분해 및 응집하는 전기분해 및 응집 반응조를 포함하고, 상기 세정수는 상기 전기분해 및 응집 반응조의 하부로 유입되는 것을 특징으로 하는 세정수 처리장치를 제공한다.

Description

착유실 세정수 처리장치 및 방법{Apparatus and Method for Wastewater from Milking Parlor}

본 발명은 착유실에서 착유를 하는 과정상에서 발생하는 세정수를 정화 처리하기 위한 착유실 세정수 처리장치 및 방법에 관한 발명이다.

이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.

일반적으로, 착유 시, 젖소의 유방을 세척하는 과정에서 약품이 사용되며, 이에 따라, 세정수에는 약품 성분이 포함된다. 그리고 착유 과정에서, 착유장비 세척에 사용된 산성 및 알칼리성의 약품, 병원성 세균이 포함된 폐기우유(단백질, 지방 등) 및 젖소의 피 등이 세정수로 혼입될 수 있다. 그 뿐만 아니라, 착유가 진행되는 착유실 내에는 구제역 등의 전염병 예방을 위한 살균제 등의 약품 성분, 젖소의 분뇨, 깔개축사(Loose Barn) 및 프리스톨(Freestall)의 축사 잔여물 등이 존재하며, 이러한 성분은 세정수로 유입될 수 있다.

세정수는 다음과 같은 오염원을 포함하고 있으며, 오염원에 따라 화학적 성질이 다르게 나타난다.

(단위: mg/L)

구분	pH	BOD5	CODMn	SS	TN	TP
착유기	8.2	831.9	376.3	514.4	39.9	20.6
원유냉각기	8.0	808.6	460.6	463.7	45.9	24.2
착유실 바닥	7.7	906.4	971.3	1934.4	236.7	18.0
유방 세정약품	7.3	212.4	260.3	330.8	29.8	3.3
기타	7.4	896.8	326.3	514.4	43.4	7.5

표 1에 도시된 바와 같이, 세정수는 고농도의 유기물질을 포함하고 있다. 일반적으로, 축산 폐수는 미생물을 이용한 생물학적 처리공정에 의해 정화된다. 정화처리 기능을 수행하는 미생물이 살아남을 수 있는 환경이 조성되는 것이 미생물을 이용한 생물학적 처리공정에 있어서 주요 관건이다. 그러나 세정수는 과량의 화학약품, 단백질 및 유지방 등과 같은 난분해성 유기물 성분을 함유하고 있기 때문에, 미생물이 처리기능을 상실할 우려가 있다. 특히, 전염병이 관리되는 시기 및 젖소의 소독 과정에서 다량의 살균 약품이 세정수로 혼입되어, 미생물이 처리기능을 상실하는 경우가 빈번하게 발생한다. 이를 정상화 하는데는 많은 시간이 소요되며, 철저한 유지 관리가 요구된다.

도 1은 종래의 착유실 세정수 처리장치를 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 종래의 착유실 세정수 처리장치(100)는 제1 거름망(110), pH조정조(120), 유량조정조(130), 제2 거름망(140), 생물반응조(150), 침전조(160) 및 고도처리조(170)를 포함한다.

제1 거름망(110)은 착유실로부터 유출된 세정수에 포함되어 있는 지푸라기, 입자가 큰 분뇨 및 털 등과 같은 협잡물을 여과한다. 제1 거름망(110)은 여과된 처리수를 pH조정조(120)로 유출시킨다.

pH조정조(120)는 후속 공정의 효율성을 증대시키기 위해 여과된 처리수의 pH를 조정한다. pH조정조(120)는 약품을 이용하여 처리수의 pH를 적정 범위로 조정하고, 이를 유량조정조(130)로 유출시킨다.

제2 거름망(140)은 유량조정조(130)로부터 유출된 처리수를 재여과함으로써, 제1 거름망(110)에서 제거되지 않은 잔여물을 제거한다.

생물반응조(150)는 생물담체 또는 생물막 등을 이용하여 처리수 내의 유기물 및 질소의 산화반응을 유도함으로써 질소와 인을 제거한다. 생물반응조(150)는 질소와 인이 제거된 처리수를 침전조(160)로 유출한다.

침전조(160)는 일정 시간동안 세정수를 침전시켜 잔존하는 불순물을 제거한다. 불순물이 제거된 세정수는 고도처리조(170)를 거쳐 외부로 배출된다.

종래의 착유실 세정수 처리장치(100)에 의해 처리된 세정수는 처리수 내의 유기물 및 병원성 세균의 제거가 제대로 이루어지지 않는다는 심각한 문제점이 있다. 특히, 화학약품 및 난분해성 유기물의 농도가 높은 세정수가 생물반응조(150)에서 처리될 때, 생물담체 또는 생물막에 부착된 미생물이 생존하기 힘든 조건이 형성된다. 이에 따라, 종래의 착유실 세정수 처리장치(100)는 세정수의 안정적인 정화처리가 이루어지지 않는다는 한계가 있다. 세정수가 정화되지 않은 채로 침전조(160) 및 고도처리조(170)로 유출될 경우, 오염원이 제거되지 않은 세정수가 장기간 외부로 배출됨으로써, 토양 및 지하수의 오염을 촉진할 수 있는 원인이 될 수 있다.

한편, 자동 착유시스템에서 착유두수 50두를 기준으로, 착유 과정에서 사용된 세정수의 하루 용량은 다음과 같다.

착유 작업별		세정수 소요량(리터/일)
착유 준비 자동착유스톨의 평균 세정수 사용량		75.0
기타 세척	착유기	366.3
	원유 냉각기	122.2
	착유실 바닥	184.1
	기타	123.9
	계	796.5
1일 세정수 사용량		871.5

표 2를 참조하면, 착유 과정에서 사용되는 세정수의 하루 용량은 약 871.5리터 수준으로, 일반 축산 폐수와 비교했을 때, 처리해야할 용량이 매우 적다. 따라서, 상대적으로 규모가 큰 일반 축산 폐수 정화처리 장치를 이용하여 세정수를 처리할 경우, 적정 용량 처리에 대한 대응이 부족하여, 비용이 과다하게 지출됨으로써 경제적 손실을 유발할 우려가 있다.

대한민국 특허 출원 10-2018-0016274(2018-02-09)

본 발명의 일 실시예는, 착유 과정에서 발생한 세정수의 수질 특성을 고려하여, 다양한 오염원을 분해 및 응집할 수 있는 착유실 세정수 처리장치 및 방법을 제공하는 데 일 목적이 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예는, 착유 과정에서 발생한 세정수의 발생량을 고려하여, 컴팩트한 구성으로도 세정수를 보다 효과적으로 정화할 수 있는 착유실 세정수 처리장치 및 방법을 제공하는 데 일 목적이 있다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 음극 또는 양극 중 적어도 하나의 극성을 갖는 복수 개의 전극판을 가지며, 세정수를 분해 및 응집하는 전기분해 및 응집 반응조를 포함하고, 상기 세정수는 상기 전기분해 및 응집 반응조의 하부로 유입되는 것을 특징으로 하는 세정수 처리장치를 제공한다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 세정수는, 고농도의 유기물질, 병원성 세균, 난분해성 유기물질 중 일부 또는 전부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 전기분해 및 응집 반응조는, 상기 음극 또는 양극 중 적어도 하나의 극성을 갖는 복수 개의 전극판은 금속 이온을 방출하는 금속의 재질을 사용하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 분리막을 이용하여 전기분해 및 응집 반응조로부터 유입된 세정수의 응집물을 여과하고, 침전된 슬러지를 탈수조로 배출하는 MF여과조를 포함하는 것을 특징으로 하는 세정수 처리장치를 제공한다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 MF여과조는, 세정수에 포함되어 있는 거품을 제거하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 MF여과조는, 수조로부터 유입되는 상기 세정수의 수위를 감지하는 수위 감지센서를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 음극 또는 양극 중 적어도 하나의 극성을 갖는 복수 개의 전극판을 가지며, 하부로 유입되는 세정수를 분해 및 응집하는 전기분해 및 응집 반응조, 분리막을 이용하여 상기 전기분해 및 응집 반응조로부터 유입된 세정수의 응집물을 여과하고, 침전된 슬러지를 탈수조로 배출하는 MF여과조를 포함하는 것을 특징으로 하는 세정수 처리장치를 제공한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 측면에 따르면, 착유 과정에서 발생한 세정수에 함유되어 있는 다양한 오염원을 분해 및 응집할 수 있는 물리 화학적 장치를 적용함으로써, 세정수를 효과적으로 정화할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 컴팩트한 장치 구성으로도 안정적인 처리 수질을 제공함으로써, 처리 시간 및 비용의 효율성을 향상시킬수 있는 장점이 있다.

도 1은 종래의 착유실 세정수 처리장치를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 착유실 세정수 처리장치를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기분해 및 응집 반응조의 구성을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극모듈의 내부 구성을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기분해 및 응집 반응조의 반응과정을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 착유실 세정수 처리장치가 착유실 세정수를 처리하는 과정을 도시한 순서도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.

제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에서, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해서 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 착유실 세정수 처리장치를 도시한 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 착유실 세정수 처리장치(200)는 집수조(210), 저장조(220), 전기분해 및 응집 반응조(230), MF여과조(240), 처리수조(250) 및 탈수조(260)를 포함한다.

착유 과정에 따라 발생하는 착유실 세정수는 집수조(210)의 선단에 배치된 세목 거름망(미도시)에 의해 협잡물이 걸러진 채로 집수조(210)로 유입된다. 집수조(210)는 약 5~10일 동안 발생한 세정수를 수용할 수 있는 크기로 구현될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며, 착유 과정에서 발생하는 세정수의 용량 또는 착유실의 규모에 따라 집수조(210)의 형태는 변경될 수 있다. 집수조(210)는 저장용량 대비 1~10% 정도의 젖소 분뇨 슬러지가 잔류하도록 세정수 내의 슬러지 농도를 조절한다. 집수조(210)의 슬러지 농도는 집수조(210) 내의 고형물의 수위를 측정하여, 고형물의 양이 일정 높이로 유지되도록 관리한다.

집수조(210)는 슬러지 농도를 조절하여 처리수의 혐기적 환경을 조성함으로써, 후속되는 전기분해 및 응집 반응조(230)의 공정 효율을 증대시킨다. 집수조(210) 내의 세정수는 전기분해 및 응집 반응조(230)의 처리 속도에 맞춰 일정량을 저장조(220)로 유출한다.

종래의 착유실 세정수 처리장치(100)와는 달리, 본 발명의 일 실시예에 따른 착유실 세정수 처리장치(200)는 세정수의 pH를 조정하거나 응집 효율을 향상시키기 위한 전처리 공정을 포함하지 않는다. 단, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 정화처리 방법에 따라 전처리 공정을 포함할 수도 있다.

저장조(220)는 일종의 버퍼 탱크(Buffer Tank)로서, 유입펌프(212)에 의해 집수조(210)로부터 유출된 세정수를 유입시켜 일정 시간동안 저장한다. 저장조(220)는 전기분해 및 응집 반응조(230)보다 높은 위치에 설치되어 있으며, 이에, 저장조(220) 내의 세정수는 중력에 의해 전기분해 및 응집 반응조(230)로 유출된다. 저장조(220)는 배관(222)에 의해 전기분해 및 응집 반응조(230)와 연결되어 있으며, 배관(222)에 구비된 밸브(224)의 개폐가 조절됨에 따라, 전기분해 및 응집 반응조(230)로 유입되는 세정수의 유입속도가 조절된다.

전기분해 및 응집 반응조(230)는 세정수에 포함된 난분해성 유기물을 분해하고, 입자성 물질 및 이온성 용존 물질을 응집함과 동시에, 병원성 세균을 살균한다. 전기분해 및 응집 반응조(230)는 상향류로 운전되어 저장조(220)로부터 유출된 세정수를 전기분해 및 응집 반응조(230)의 하부로부터 공급 받는다. 상술한 바와 같이, 전기분해 및 응집 반응조(230)는 저장조(220)보다 낮은 위치에 설치되어 있으며, 이에 따라, 세정수는 중력에 의해 낙하함으로써 위치에너지에 의해 펌프 등의 장치 없이 전기분해 및 응집 반응조(230)의 하부로부터 상부로 유입된다. 전기분해 및 응집 반응조(230)로 유입되는 세정수의 유량은 밸브(224)에 의해 조절된다.

여기서, 세정수가 상향류로 공급됨에 따라, 전기분해 및 응집 반응조(230)는 전기분해 및 응집 반응조(230) 내부에 생성되는 응집물 및 기포를 후속공정으로 원활하게 유출시켜 정화처리할 수 있다.

전기분해 및 응집 반응조(230)가 세정 폐수를 분해하고 응집하는 과정에 대해서는 도 3 내지 도 5를 참조하여 상세하게 설명하도록 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기분해 및 응집 반응조의 내부 구성을 도시한 도면이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극모듈의 구성을 도시한 도면이다. 그리고 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기분해 및 응집 반응조의 반응 과정을 도시한 도면이다.

도 3 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 전기분해 및 응집 반응조(230)는 프레임(310) 및 전극모듈(320)을 포함하며, 전극모듈(320)은 양극 전극판(410) 및 음극 전극판(420)을 포함한다.

도 3을 참조하면, 프레임(310)의 내부에는 복수 개의 전극모듈(320)이 기 설정된 각도로 기울어져 적층되어 있다. 이때, 전극모듈(320)이 기울어진 방향은 좌측 또는 우측방향일 수 있다. 다만, 각 층의 전극모듈(320)은 서로 반대되는 방향으로 기울어져 프레임(310) 내부에 적층된다. 이러한 구조에 의해 전기분해 및 응집 반응조(230)의 하부로부터 유입된 세정수는 유로(流路)를 확보함으로써, 각 층의 전극모듈(320) 사이를 통과하며 전기분해 및 응집된다. 전극모듈(320)이 기 설정된 각도로 기울어져 적층됨에 따라, 세정수의 유동(流動)이 개선될 수 있으며, 난류 조건에서도 세정수의 반응 효율을 향상시킬 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 전극모듈(320)은 양극 전극판(410) 및 음극 전극판(420)을 포함한다. 전극모듈(320)은 양극 전극판(410)과 음극 전극판(420)이 교차로 배치되어 있는 형태를 나타낸다. 양극 전극판(410)과 음극 전극판(420)이 교차로 배치되는 구조로 인해, 세정수는 더욱 효과적으로 전기분해 및 응집된다. 상향류에 의해 전기분해 및 반응조(230)의 하부로부터 유입된 세정수는 양극 전극판(410)과 음극 전극판(420) 사이를 통과하게 된다. 세정수가 양극 전극판(410)과 음극 전극판(420) 사이를 흘러감에 따라, 세정수 내의 용존 물질, 거대분자 물질 및 입자성 분산 오염물의 분해 및 응집 반응이 수행된다.

양극 전극판(410)은 복수 개로 구성될 수 있으며, 기 설정된 각도로 기울어져 환봉(412)에 결합된 형태로 구성된다. 복수 개의 양극 전극판(410) 사이에는 링(414)이 구비됨으로써 기 설정된 간격이 유지된다. 마찬가지로, 음극 전극판(420)은 복수 개로 구성될 수 있으며, 링(424)에 의해 기 설정된 간격을 유지한 채로, 기 설정된 각도로 기울어져 환봉(422)에 결합된다. 양극 전극판(410) 및 음극 전극판(420)이 기울어진 각도는 10~15°일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

종래에는 양극 전극판 및 음극 전극판이 수직으로 환봉에 결합되어 전극모듈을 형성하였다. 상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극모듈(320)은 양극 전극판(410) 및 음극 전극판(420)이 기 설정된 각도로 기울어져 각각 환봉(412, 422)에 결합된 상태로 구성된다. 즉, 양극 전극판(410) 및 음극 전극판(420)이 기 설정된 각도로 기울어져 전극모듈(320)이 구성됨에 따라, 양극 전극판(410) 및 음극 전극판(420)의 높이(h)는 증가될 수 있다. 높이(h)가 증가됨에 따라, 양극 전극판(410) 및 음극 전극판(420)의 면적은 증가하게 되며, 결과적으로, 전극모듈(320)을 구성하는 양극 전극판(410) 및 음극 전극판(420)의 수량은 감소될 수 있다. 또한, 양극 전극판(410) 및 음극 전극판(420)의 면적이 증가됨에 따라, 전기분해 및 응집 반응이 수행되는 양극 전극판(410) 및 음극 전극판(420)의 수명은 연장될 수 있다. 전기분해 및 응집 반응조(230)를 구성하는 전극모듈(320)의 수량은 전극판(410, 420)의 면적 대비 전기분해 및 응집 반응조(230)의 체적비에 따라 일정한 값으로 결정된다.

도 5를 참조하면, 전기분해 및 응집 반응조(230)에 기 설정된 전압이 인가되면, 알루미늄 소재의 양극 전극판(410)으로부터 Al³⁺가 용출된다. 양극 전극판(410)에서 발생하는 반응식은 아래와 같다.

(1) Al → Al³⁺ + 3e^-

(2) 4OH- → 2H₂O + O₂ + 4e^-

전압이 인가됨에 따라 양극 전극판(410)으로부터 Al³⁺가 용출되면서, Al³⁺는 유기물과 결합하여 응집물을 생성한다. Al³⁺는 전기장의 힘과 농도 구배에 의해 대류하거나 확산되며, 콜로이드와 같은 입자들과 전기적으로 결합함으로써 중성화되어 응집되거나 침전된다. Al³⁺가 응집물을 생성하는 반응식은 다음과 같다.

(1) Al ↔ Al³⁺ + 3e^-

(2) Al(OH)₄ ^4- + H⁺ ↔ Al(OH)₃ + H₂O

(3) Al(OH)₃ + H⁺ ↔ Al(OH)₂ ⁺ + H₂O

(4) Al(OH)₂ ⁺ + H⁺ ↔ Al(OH)₂ ⁺ + H₂O

(5) Al(OH)²⁺ + H⁺ ↔ Al³⁺ + H₂O

(6) Al³⁺ + 3OH^- ↔ Al(OH)₃ + H₂O

한편, 음극 전극판(420)에서는 물의 전해 반응, 알루미늄 수화물 및 수소 생성 반응이 일어나며, 음극 전극판(420)에서 발생하는 전기 분해 반응식은 아래와 같다.

(1) H₂O → H⁺ + OH^-

(2) Al³⁺ + 3OH^- → Al(OH)₃

(3) 2H⁺ + 2e^- → H₂

음극 전극판(420)에서 전기 분해 반응이 진행되는 것과는 달리, 양극 전극판(410)에서는 Al³⁺가 용출되면서 전기 응집 반응이 일어난다. 다만, 양극 전극판(410)의 전기 응집 반응으로 인해, 세정수 내의 응집물이 양극 전극판(410) 주변에 과다하게 형성되어, 양극 전극판(410)의 수명이 저하될 수 있다. 이를 방지하기 위해, 기 설정된 시간 간격으로 양극 전극판(410)의 극성을 음극으로 전환시키고, 음극 전극판(420)의 극성을 양극으로 전환시킴으로써, 전기분해 및 응집 반응이 교대로 진행될 수 있도록 한다.

전극판(410, 420)은 Al³⁺를 방출하는 알루미늄 소재로 구성될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며, 입자성 물질 및 이온성 용존 물질을 응집시킬 수 있는 소재라면 어떠한 소재로 구현되어도 무방하다.

다시 도 2를 참조하면, 전기분해 및 응집 반응조(230)의 최하부는 역삼각형 형태의 고깔모양으로 구성될 수 있다. 양극 전극판(410)에서 Al³⁺가 용출됨에 따라 세정수 내의 유기물 및 이온성 물질이 응집됨으로써 침전물이 발생한다. 상술한 바와 같이, 전기분해 및 응집 반응조(230)는 상향류가 형성되어 있기 때문에, 대부분의 응집물은 액체 및 거품성분과 함께 후속공정으로 유출되지만, 응집물의 일부는 하부로 가라앉게 된다. 즉, 전기분해 및 응집 반응조(230)의 하부를 역삼각형 형태의 고깔모양으로 구현함으로써, 전기분해 및 응집 반응조(230)는 침전물 배출배관(232)을 이용하여 침전된 응집물을 집수조(210)로 배출할 수 있도록 한다.

전기분해 및 응집 반응조(230)는 세정수 내에 포함된 병원성 세균을 살균하는 반응을 수행한다. 살균반응은 전기분해가 진행되는 과정에서 발생되는 OH^-의 반응의 전개에 따라 전기적 에너지를 받아 연속 발생하는 히드록실라디칼(Hydroxyl Radical)에 의해 이루어진다. 산화작용을 촉진하는 히드록실라디칼은 세정수에 함유되어 있는 유리 염소 및 결합 염소종을 전극판(410) 표면에서 산화시킨다. 즉, 히드록실라디칼은 병원성 세균의 세포막을 파괴함으로써, 병원성 세균을 사멸시킨다. 살균과정의 반응식은 아래와 같다.

(1) Cl^- + H₂O ↔ HClO + H⁺ + 2e^-

(2) HClO ↔ ClO^- + H⁺

(3) 3ClO^- ↔ ClO₃ ^- + 2Cl^-

(4) ClO₃ ^- + OH^- ↔ ClO₄ ^- + H⁺ + e^-

살균이 진행되는 반응은 전기분해 및 응집 반응과 동일한 운전조건 하에 진행될 수 있다. 보다 구체적으로 설명하면, 전기분해 및 응집 반응조(230) 내에 세정수가 체류하는 시간은 수질에 따라 10~60분 정도일 수 있으며, 세정수의 전기전도도는 2.0~5.0mS/cm의 범위로 조정될 수 있다. 전극에 인가되는 전압은 12~24V의 직류전원일 수 있으며, 한 쌍의 양극 전극판(410) 및 음극 전극판(420)에 흐르는 전류는 2A 이하가 되도록 구성될 수 있다. 그러나 전기분해 및 응집 반응조(230)의 운전 조건은 세정수의 오염 부하 및 용량, 정화조건 등에 따라 변경될 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.

전기분해 및 응집 반응조(230)는 응집에 필요한 응집보조제나 추가적인 응집 약품을 이용하지 않으며, 복수 개의 전극모듈(320)에 의해 수행되는 전기분해 및 응집 반응으로 오염물을 분해 및 응집시킨다. 전기분해 및 응집 반응조(230)는 세정수 내의 COD(화학적 산소요구량, Chemical Oxygen Demand)를 58% 이상, SS(부유물질, Suspended Solid)를 70%이상, TN(총 질소량, Total Nitrogen)을 34% 이상, TP(총 인량, Total Phosphorus)를 93% 이상 그리고 CFU(대장균군)를 100%의 처리효율로 제거할 수 있으며, 이렇게 정화처리된 세정수는 MF여과조(240)로 유출된다.

전기분해 및 응집 반응조(230)에서 전기분해 및 응집 반응을 거친 세정수는 응집물 및 거품을 포함하고 있는데, 특히, 거품은 공정의 원활한 흐름을 방해하여 운전시간을 지연시키고 여과공정의 안정적인 처리를 저해하는 요소로 작용한다. 이에, MF여과조(240)와 전기분해 및 응집 반응조(230) 사이에 형성된 거품 제거배관(234)은 스테인레스 소재의 거름망(미도시)을 구비하여, 거품을 1차적으로 제거한다. 스테인레스 소재의 거름망은 거품을 제거할 수 있을만한 크기로 구성되며, 예를 들어, 5.0~10.0㎜의 눈(目)을 가질 수 있다. 거름망은 거품 제거배관(234)을 타고 월류(越流)되는 세정수의 흐름방향과 수직으로 설치됨으로써, 거품을 효과적으로 저감한다.

MF여과조(240)는 초음파 발진자(미도시), 수조(241), 분리막 반응조(242), 분리막(243) 및 수위 감지센서(245)를 포함한다.

MF여과조(240)는 전기분해 및 응집 반응조(230)에서 처리되어 거품 제거배관(234)에 설치된 거름망에 의해 거품이 어느 정도 제거된 세정수를 공급받는다.

초음파 발진자(Ultrasonic Transducer, 미도시)는 MF여과조(240)의 유입부에 구비됨으로써, 거품 제거배관(234)에서 제거되지 않은 거품을 2차로 제거한다.

초음파 발진자(미도시)에 의해 거품이 제거된 세정수는 수조(241)로 유입된다. 수조(241)는 세정수가 분리막 반응조(242)로 바로 유입되지 않도록, 일정 시간 동안 세정수를 체류시킨다. 수조(241)는 압력차에 의해 세정수를 분리막 반응조(242)로 유출시킨다.

분리막 반응조(242)는 분리막(243)을 포함하며, 분리막 반응조(242) 내의 분리막(243)에 의해 세정수가 여과처리된다. 진공펌프(244)가 작동됨에 따라, 압력차에 의해 분리막 반응조(242)는 세정수를 수조(241)로부터 유입시킨다. 이에 따라, 분리막 반응조(242) 내에 배치된 분리막(243)으로 세정수가 유입됨으로써, 세정수에 포함된 응집물이 여과된다.

분리막(243)은 일종의 멤브레인 필터(Membrane Filter)이며, 보다 구체적으로 설명하면, 친수성 유기고분자 또는 세라믹 재질로 구성된 마이크로 수준의 필터(Micro-Level Filter)로 구현될 수 있다. 분리막(243)은 관형, 평막형 또는 Hollow-Fiber형 등의 형태로 구성될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 이와 같이, 분리막(243)은 필터를 이용하여 세정수 내의 응집물을 정밀여과하며, 여과된 세정수는 처리수조(250)로 유출된다.

분리막(243)이 응집물을 여과함으로써, 분리막(243) 표면에는 여과된 응집물이 부착된다. 분리막(243) 표면에 이물질이 과다하게 부착될 경우, 처리효율이 떨어지므로, 분리막(243) 표면에 부착된 이물질을 제거하기 위한 역세척이 수행될 수 있다. 분리막(243) 표면을 역세척하기 위해, 분리막 반응조(242)는 처리수조(250)로부터 세척수를 공급 받는다. 이때, 처리수조(250)와 연결된 가압펌프(252)가 작동함으로써, 분리막 반응조(242) 내에는 여과의 역방향으로 양압이 발생한다. 압력차에 의해, 세척수는 분리막(243)으로 유입됨과 동시에, 역세척을 수행하면서 분리막 반응조(242)로 유출된다. 이에 따라, 분리막(243) 표면에 부착된 이물질이 제거된다. 단, 분리막(243) 표면에 부착된 이물질은 에어(Air)를 여과면의 역방향(여과 운전의 역방향)으로 분사시키는 방법으로도 제거될 수 있으며, 이는, 공정의 구성에 따라 변경될 수 있다.

수위 감지센서(245)는 분리막 반응조(242) 내의 수위를 감지한다. 분리막 반응조(242)의 수위가 기 설정된 높이를 초과하거나 미달할 경우, 분리막(243)에 의한 여과공정이 제대로 이루어지지 않으므로, 제어부(미도시)는 수위 감지센서(245)로부터 데이터를 수신하여, 기 설정된 높이로 수위가 조절되도록 제어한다. 수위 감지센서(245)는 분리막 반응조(242)뿐만 아니라, 수위 감지가 필요한 공정에 설치될 수 있으며, 제어부(미도시)는 각각의 센서로부터 데이터를 제공받는다.

MF여과조(240)는 최하부에 침전된 슬러지를 탈수조(260)로 배출할 수 있는 구조를 더 포함한다. 침전된 슬러지는 슬러지 배출배관(246)에 의해 탈수조(260)로 배출된다.

처리수조(250)는 MF여과조(240)에서 여과된 세정수를 유입시킴과 동시에, 분리막(243) 표면에 부착된 이물질이 제거될 수 있도록 세척수를 공급한다. 처리수조(250)는 세척수 공급배관(254)을 이용하여 처리수조(250) 내의 처리수를 기 설정된 시간 간격으로 분리막 반응조(242) 내의 분리막(243)으로 흘려 보낸다. 이때, 진공펌프(244)의 작동은 중지되고, 가압펌프(252)가 작동하게 되며, 이에 의해, 분리막(243) 여과면의 역방향(여과 운전의 역방향)으로 양압이 형성된다. 압력에 의해 세척수가 분리막(243)으로 유입됨과 동시에, 분리막 반응조(242)로 빠져나감으로써, 분리막(243) 표면의 이물질이 제거된다.

탈수조(260)는 내부에 탈수망을 구비함으로써 MF여과조(240)에서 침전된 슬러지를 공급받아 이를 여과한다. 탈수망은 직물이나 방사 형식의 인조합성섬유로 구성될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며, 슬러지를 효과적으로 여과할 수 있는 소재 및 구성이라면 어떠한 것으로 구현되어도 무방하다. 탈수망에 의해 여과된 슬러지는 회수하여 별도로 처리하며, 탈리액은 집수조(210)로 유출시킨다. 슬러지를 효과적으로 처리하기 위해, 탈수조(260)는 원심분리기와 같은 탈수장치를 추가로 구비할 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 착유실 세정수 처리장치가 착유실 세정수를 처리하는 과정을 도시한 순서도이다.

착유실 세정수 처리장치(200)는 착유실 세정수를 집하한다. 착유실 세정수는 고농도의 유기물질, 병원성 세균 및 입자성 이물질 등을 포함한다. 집수조(210)는 거름망을 이용하여 축유실 또는 축사로부터 집하된 착유실 세정수의 협잡물을 제거하고, 이를 저장조(220)로 유출한다.

착유실 세정수 처리장치(200)는 착유실 세정수를 일정 기간 내에 처리하여, 이를 방류 기준에 맞춰 후속공정으로 공급한다(S610). 저장조(220)는 전기분해 및 응집반응조(230)와 연결된 배관(222)에 의해 전기분해 및 응집반응조(230)로 착유실 세정수를 공급하며, 전기분해 및 응집반응조(230)는 상향류를 이용하여 착유실 세정수를 유입시킨다.

착유실 세정수 처리장치(200)는 전기분해 및 응집반응을 이용하여 착유실 세정수를 분해 및 응집한다(S620). 전기분해 및 응집반응조(230)는 전극모듈(320)을 이용하여, 착유실 세정수 내의 이물질 및 유기물을 응집한다. 전극모듈(320)은 양극 전극판(410)과 음극 전극판(420)을 포함하며, 음극 전극판(420)은 전기 분해 반응을 수행하고, 양극 전극판(410)은 Al³⁺를 용출함으로써, 전기응집 반응을 수행한다. 또한, 전기분해 및 응집반응조(230)는 병원성 세균의 살균 작용 반응을 수행한다.

착유실 세정수 처리장치(200)는 분리막(243)을 이용하여 응집물을 여과한다(S630). 전기분해 및 응집반응조(230)에 의해 전기분해 및 응집된 세정수는 기포 및 응집물을 함유하고 있으며, MF여과조(240)는 거름망 및 초음파 발진기를 이용하여 기포를 제거하고, 분리막(243)을 이용하여 응집물을 정밀여과한다.

착유실 세정수 처리장치(200)는 침전 슬러지를 여과한다(S640). 탈수조(260)는 MF여과조(240)로부터 배출된 침전 슬러지를 여과한다. 탈수조(260)는 탈수망을 이용하여 침전 슬러지를 여과하고, 탈리액은 집수조(210)로 유출시킨다.

착유실 세정수 처리장치(200)는 기포, 응집물 및 병원성 세균이 제거된 처리수를 외부로 배출한다(S650). 처리수조(250)는 전기분해 및 응집 반응조(230) 및 MF여과조(240)에 의해 여과된 세정수를 일정 시간 동안 체류시켜 이를 외부로 배출한다.

처리수조(250)는 처리수를 분리막(243) 역세척에 사용되는 세척수로 공급한다(S660).

도 6에서는 각 과정을 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나, 이는 본 발명의 일 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것이다. 다시 말해, 본 발명의 일 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 일 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 도 6에 기재된 순서를 변경하여 실행하거나 각 과정 중 하나 이상의 과정을 병렬적으로 실행하는 것으로 다양하게 수정 및 변형하여 적용 가능할 것이므로, 도 6은 시계열적인 순서로 한정되는 것은 아니다.

한편, 도 6에 도시된 과정들은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 즉, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등) 및 캐리어 웨이브(예를 들면, 인터넷을 통한 전송)와 같은 저장매체를 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.

이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 종래의 착유실 세정수 처리장치
110: 제1 거름망
120: pH조정조
130: 유량조정조
140: 제2 거름망
150: 생물반응조
160: 침전조
170: 고도처리조
200: 본 발명의 일 실시예에 따른 착유실 세정수 처리장치
210: 집수조
212: 유입펌프
220: 저장조
222: 배관
224: 밸브
230: 전기분해 및 응집 반응조
232: 침전물 배출배관
234: 거품 제거배관
240: MF여과조
241: 수조
242: 분리막 반응조
243: 분리막
244: 진공펌프
245: 수위 감지센서
246: 슬러지 배출배관
250: 처리수조
252: 가압펌프
254: 세척수 공급배관
260: 탈수조
310: 프레임
320: 전극모듈
410: 양극 전극판
412: 환봉
414: 링
420: 음극 전극판
422: 환봉
424: 링

Claims (7)

1. 세정수가 공급되는 방향을 기준으로 기 설정된 각도만큼 기울어져 배치되며 복수 개의 층으로 적층된 전극모듈 및 프레임을 포함하는 전기분해 및 응집 반응조를 포함하고,
   상기 세정수는 상기 전기분해 및 응집 반응조의 하부로부터 상부로 유입되어,
   상기 전극모듈은 알루미늄 재질로 구현되며 기 설정된 각도만큼 기울어져 배치되는 복수의 전극판을 포함하고,
   각 층의 전극모듈은 서로 반대되는 방향으로 기울어져 프레임 내부에 적층되어 있으며,
   각 전극판으로 상이한 극성의 전원이 교차로 인가되어 양극 전극판에서는 Al³⁺ 이온에 의한 전기 응집반응이, 음극 전극판에서는 전기 분해반응에 의해서 수소기체 발생이 동시에 진행되며,
   각 전극판으로 인가되는 극성은 기 설정된 시간 간격마다 전환되는 것을 특징으로 하는 세정수 처리장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 세정수는,
   고농도의 유기물질, 병원성 세균, 난분해성 유기물질 중 일부 또는 전부를 포함하는 것을 특징으로 하는 세정수 처리장치.
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 세정수가 공급되는 방향을 기준으로 기 설정된 각도만큼 기울어져 배치되며 복수 개의 층으로 적층된 전극모듈 및 프레임을 가지며, 하부로 유입되는 세정수를 분해 및 응집하는 전기분해 및 응집 반응조;
   분리막을 이용하여 상기 전기분해 및 응집 반응조로부터 유입된 세정수의 응집물을 여과하고, 침전된 슬러지를 탈수조로 배출하는 MF여과조를 포함하고,
   상기 전극모듈은 금속 재질로 구현되며 기 설정된 각도만큼 기울어져 배치되는 복수의 전극판을 포함하고,
   각 층의 전극모듈은 서로 반대되는 방향으로 기울어져 프레임 내부에 적층되어 있으며,
   각 전극판으로 상이한 극성의 전원이 교차로 인가되어 양극 전극판에서는 Al³⁺ 이온에 의한 전기 응집반응이, 음극 전극판에서는 전기 분해반응에 의해서 수소기체 발생이 동시에 진행되며,
   각 전극판으로 인가되는 극성은 기 설정된 시간 간격마다 전환되는 것을 특징으로 하는 세정수 처리장치.

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