KR102047772B1

KR102047772B1 - 펜톤 유동상 처리 장치 및 이것의 폐수 처리 방법

Info

Publication number: KR102047772B1
Application number: KR1020167024638A
Authority: KR
Inventors: 아이민 리; 커 선; 비춘 장; 천둥 솽; 푸창 류
Original assignee: 난징 유니버시티; 난징 유니버시티 옌청 인바이런멘털 프로텍션 테크놀로지 앤드 엔지니어링 리서치 인스티튜트
Priority date: 2014-02-19
Filing date: 2014-10-16
Publication date: 2019-11-22
Also published as: KR20160122764A; JP6340421B2; US20170044036A1; JP2017506149A; AU2014383705B2; CN103755007B; AU2014383705A1; CN103755007A; WO2015123996A1; US10183878B2

Abstract

본 발명은 펜톤 유동상 처리 장치 및 이것의 폐수 처리 방법을 개시했으며, 폐수 처리 분야에 속한다. 상기 장치는 조절조, 리프트 펌프 및 주 반응탑을 포함하고, 조절조는 리프트 펌프를 통해 주 반응탑 상부의 배수조와 연결되고, 주 반응탑 내에 충전재가 충전되어 있고, 주 반응탑 내의 충전재 저부는 역원추형 호퍼이고, 역원추형 호퍼에는 입수구가 설치되어 있고, 역원추형 호퍼의 저부는 슬러지 배출관에 연결되고; 주 반응탑 내의 충전재 상측에는 경사판이 설치되어 있고; 경사판의 상측 및 주 반응탑의 포트에 위치한 곳에 분리조 및 출수조가 설치되어 있고; 분리조는 수직 격판에 의해 2개의 단일조로 균등하게 나눠지고, 2개의 단일조의 상단은 모두 상기 배수조와 연통되고, 분리조의 저부에는 개구가 설치되어 있고, 상기 2개의 단일조는 각각 제1 순환 펌프 및 제2 순환 펌프를 통해 상기 역원추형 호퍼의 입수구에 연결되고; 분리조의 바로 맞은편에 출수조가 설치되어 있다. 본 발명의 장치를 사용하면 약품 이용률을 높일 수 있고, 매우 효율적이고 안정적인 철 제거 효율을 유지할 수 있다.

Description

펜톤 유동상 처리 장치 및 이것의 폐수 처리 방법{FENTON FLUIDIZED BED TREATMENT APPARATUS AND WASTEWATER TREATMENT METHOD THEREOF}

본 발명은 폐수 처리 분야에 속하며, 보다 구체적으로, 펜톤 유동상 처리 장치 및 이것의 폐수 처리 방법에 관한 것이다.

생물기술로 처리된 폐수에는, 일반적으로 여전히 난분해성 유기물이 많이 존재하므로, 유출수 수질의 기준 미달을 초래하며, 날염, 제지, 질화 등 화학 공업 폐수가 특히 심하다. 중국에서 물 처리에 대한 요구는 갈수록 엄격해지고 있으며, 재생수의 사용은 갈수록 중시되고 있다. 따라서, 생물기술로 처리된 폐수에 대한 고도 처리가 매우 필요하다. 펜톤 시약은 생성된 하이드록시 라디칼이 강한 산화 능력을 갖고 있으므로, 난분해성 오염 물질에 대해 양호한 처리 효과가 있으며, 동시에 펜톤 기술은 조작이 간단하고, 투자 비용이 낮고, 처리 효과가 양호하여 광범하게 응용되고 있다. 그러나, 종래의 펜톤 산화 폐수 처리 공정은 약품 이용률이 낮고, 철 함유 슬러지의 발생량이 큰 결함이 존재한다.

서로 다른 업종, 서로 다른 공장 구역 내의 공업 폐수는 수질 변화가 크며, 유기물의 함량, 종류도 모두 큰 차이가 있으며, 유동상 펜톤 기술은 투약량과 투약 비율을 조절하는 것을 통해, 수질이 다른 폐수의 처리에 적용될 수 있다. 예를 들면, 난분해성 유기물을 함유하거나 또는 유기물 함량이 높은 폐수에 대해, 투약량을 일반 폐수보다 높이고, 섬유소 또는 반섬유소 함량이 높은 폐수(예를 들어 제지 폐수)에 대해, 제1철의 투입량을 높이면 해당 종류 폐수의 처리에 유리하다(투약 비율이 기타 폐수와 다름).

유동상 펜톤 기술은 충전재 결정화 기술을 통하여, 철 슬러지를 형성하기 쉬운 3가 철을 산화철 촉매 결정체를 형성하는 형태로 충전재 입자의 표면에 피복시킴으로써, 촉매가 물과 함께 유실되는 문제를 효과적으로 해결했을 뿐만 아니라, 동시에 결정체의 불균일 촉매 작용 및 환원 용해 작용에 의해 촉매 산화 효율이 강화되었다. 이러한 기술을 구현하려면, 펜톤 유동상 장치의 설계가 매우 중요하다. 중국 공개실용신안공보 CN202898099U에 공개된 펜톤 유동상 장치는 내부 고정 촉매를 통해 철 슬러지의 발생량을 줄였지만, 불균일 촉매 작용의 효율이 낮아지고, 또한 특별한 혼합 조치가 없어 예비 혼합 구역의 수질 불균일을 초래하기 쉽다. 중국 공개실용신안공보 CN202688073U는 유도관을 통해 오수 처리 과정을 연장한 다지점 투약 펜톤 유동상 장치를 공개했으며, 약품 이용률 및 처리 효율을 향상시켰으나, 해당 장치는 고체 충전재의 분리, 장치 내에서의 순환, 균일 분포 등 문제를 고려하지 않았고, 조작이 번거롭다. 중국 공개실용신안공보 CN202139138U에 공개된 철상(鐵床) 미세 전해 반응탑 후방에 연결되는 펜톤 유동상 장치는 충전재 분리 조치가 없어, 규모가 클 경우 균일한 배수(配水)를 실현하기 어렵고, 또한 앞 탑의 높은 출수 위치를 충분히 이용하지 않고 이젝터를 사용하므로, 더욱 많은 동력을 소모한다. 중국 공개특허공보 CN102774953A 및 중국 공개실용신안공보 CN202643404U에 공개된 펜톤 유동상 장치의 입수조(進水池)는 입수 충격 부하에 견디지 못하고, 양정 여유가 있으면 물 튕김 현상이 쉽게 발생하고, 펌핑 후의 투약은 특별한 혼합 조치가 없어 수질의 불균일을 초래하고, 배수관(配水管)의 배수는 충전재에 의해 막히기 쉬우므로, 규모가 클 경우 배수 불균일 현상이 쉽게 발생하고, 또한 찌꺼기 배출을 제어하기 어렵다. 중국 공개실용신안공보 CN202785780U에 공개된 에어 리프트형 펜톤 유동상 장치도 마찬가지로 입수조는 입수 충격 부하에 견디지 못하고, 양정 여유로 인해 물이 튕기며, 두 갈래의 환류수(回流水)는 충분히 혼합되지 않아 반응 효과에 영향을 주며, 에어 리프트 파이프 내의 급류가 격렬하여 결정화 효과에 영향을 주며, 환류가 있는 상항에서 에어 리프트에 의해 유동상을 형성하므로, 운행 비용 및 투자 비용이 상승하고, 또한 해당 장치는 충전재 입자 결정 성장 후 제거하는 문제를 고려하지 않았다.

이미 공개된 특허 및 실용신안에 따르면, 유동상 펜톤 산화 장치의 입수/회류, 배수, 분리, 찌꺼기 배출 및 유동화 등 중요한 설계에 관하여 다양한 설명 및 방식이 있으나, 각 장치의 공정화 응용은 다소 문제가 존재한다. 종래의 유동상 펜톤 산화 장치에 보편적으로 존재하는 체류 시간이 길고, 배수 불균일로 인해 채널링 현상이 쉽게 발생하고, 약품 이용률이 낮고, 철 제거 효과를 최적화할 필요가 있는(유출수의 철은 응집침전에 필요한 량보다 높음) 등의 결함에 대하여, 다년간의 유동상 펜톤 산화 공정 설계 및 운행 경험을 결합하여, 본 발명은 개량된 유동상 펜톤 산화 처리 장치를 제공한다.

종래기술에 존재하는 유동상 펜톤 산화 장치의 폐수의 체류 시간이 길고, 배수 불균일로 인해 채널링이 쉽게 발생하고, 약품 이용률이 낮고, 철 제거 효과가 좋지 않은(유출수의 철은 응집침전에 필요한 량보다 높음) 등의 문제에 대하여, 본 발명은 약품 이용률을 높이고, 매우 효율적이고 안정적인 철 제거 효율을 유지하는 펜톤 유동상 처리 장치 및 이것의 폐수 처리 방법을 제공한다.

본 발명의 목적은 아래의 기술방안을 통해 실현된다.

펜톤 유동상 처리 장치에 있어서, 조절조, 리프트 펌프 및 주 반응탑을 포함하고, 조절조는 리프트 펌프를 통해 주 반응탑 상부의 배수조와 연결되고, 상기 주 반응탑 내에 충전재가 충전되어 있고, 상기 주 반응탑 내의 충전재 저부는 역원추형 호퍼이고, 역원추형 호퍼에는 입수구가 설치되어 있고, 역원추형 호퍼의 저부(底部)는 슬러지 배출관에 연결되고;

상기 주 반응탑 내의 충전재 상측에는 경사판이 설치되어 있고; 경사판의 상측 및 상기 주 반응탑의 포트에 위치한 곳에 분리조 및 출수조가 설치되어 있고; 상기 분리조는 수직 격판에 의해 2개의 단일조로 균등하게 나눠지고, 2개의 단일조의 상단은 모두 상기 배수조와 연통되고, 분리조의 저부에는 개구가 설치되어 있고, 상기 2개의 단일조는 각각 제1 순환 펌프 및 제2 순환 펌프를 통해 상기 역원추형 호퍼의 입수구에 연결되고; 분리조의 바로 맞은편에 출수조가 설치되어 있다.

바람직하게는, 역원추형 호퍼의 저부로부터 역원추형 호퍼의 1/3 및 2/3 부분에 2조의 입수구, 총 4개가 대칭되게 설치되어, 혼합액이 2개의 단일조로부터 유출되어 제1 순환 펌프 및 제2 순환 펌프를 거친 후 균일하게 두 갈래로 나뉘어 흐르게 한다.

바람직하게는, 상기 배수조 상부에 조절관이 설치되어 유입수 부하를 조절하고, 조절관의 타단은 상기 조절조에 연결된다.

바람직하게는, 상기 역원추형 호퍼의 테이퍼 각도(conical angle)는 5°~ 60°이다.

바람직하게는, 상기 충전재는 수지(resin), 활성탄 입자(activated carbon), 건축용 모래(building sand), 석영사(quartz sand), 제올라이트(zeolite), 세람사이트(ceramsite), 사포나이트(saponite), 벽돌 부스러기(brick chips) 중의 1종, 또는 1종 이상이며, 충전재 입자의 평균 입경은 0.1mm ~ 3.0mm이다.

바람직하게는, 주 반응탑의 충전재 내에 주 반응탑을 따라 세로방향으로 여러 개의 유도판이 설치되어 있고, 유도판은 주 반응탑을 여러 개의 상승 공간으로 나누며, 유도판의 저변이 역원추형 호퍼 상단으로부터 떨어져 있는 높이는 1m ~ 4m이다.

상술한 펜톤 유동상 처리 장치의 폐수 처리 방법은,

(a) 주 반응탑 내에 주 반응탑 부피의 10% ~ 40%인 충전재 입자를 투입하는 단계;

(b) 조절조 내에서 유입수의 pH를 조절하여, 주 반응탑 내의 pH를 3.0 ~ 4.0으로 조절하고, 물의 량을 조절하여 주 반응탑 내의 폐수 체류 시간을 10min ~ 30min로 유지시키는 단계;

(c) 조절조의 물은 리프트 펌프를 거쳐 배수조로 유입되고, 배수조의 유출수는 분리조로 유입되고, 각각 제1 순환 펌프 및 제2 순환 펌프에 의해 역원추형 호퍼로 환류하며, 역원추형 호퍼 상의 입수구를 통해 주 반응탑 내로 균일하게 유입되고, 환류비를 조절하여 주 반응탑 내의 상승 유속을 30m/h ~ 150m/h로 조절함으로써 유도판의 상부가 충전재 현탁층의 상부보다 낮도록 보장하는 단계;

(d) 분리조의 2개의 단일조 내에 각각 과산화수소 및 황산제1철 용액을 투입하고(투약량은 수질에 따라 정해짐), 두 가지 약품은 각각 물의 흐름을 따라 제1 순환 펌프 및 제2 순환 펌프를 거쳐 역원추형 호퍼로 유입되는 단계;

(e) 역원추형 호퍼 내에 와류가 발생되어 물과 충전재를 균일하게 혼합하여 반응시키고, 유도판을 거쳐 압출 및 분리된 후, 상등액의 일부는 분리조의 저부로부터 분리조의 단일조 내로 유입되고, 일부는 출수조로 유입되어 배출되는 단계;

(f) 일주일 운전 후, 황산제1철을 50% 감량하여 계속 운전시키고, 6개월 ~ 12개월 운전 후 슬러지를 배출하는 단계로 이루어진다.

바람직하게는, 상기 단계(a)에서, 충전재 입자는 두 번으로 나누어 투입되고, 처음으로 충전재 총량의 75% ~ 85%를 투입하고, 50h ~ 500h 운전 후, 나머지 15% ~ 25%를 추가 투입한다.

종래의 기술과 비교하면, 본 발명의 장점은 아래와 같다.

(1) 본 발명은 주 반응탑 상부에 배수조가 설치되어 있고, 리프트 펌프의 양정 여유를 완화하는 것을 통해 분리조의 물 튕김 및 유입수가 분리조 저부의 개구로부터 유입되어 유출되는 문제를 해소하고, 배수조 상부에 조절관을 설치하여 부하가 너무 커서 생긴 여분의 물을 조절조로 환류시킨다. 주 반응탑 상부에는 저부 내측이 개구된 분리조가 설치되어 있고, 상기 분리조는 2개의 단일조로 구성되고, 2개의 단일조 내에 각각 황산제1철과 과산화수소를 투입하면 약품은 물의 흐름을 따라 환류하고, 유출수를 이용하여 유입수의 부하를 희석시킴과 동시에 황산제1철과 과산화수소가 조기 반응하는 것을 방지하여, 약품 이용률을 향상시켰다.

(2) 역원추형 호퍼의 저부로부터 역원추형 호퍼의 1/3 및 2/3인 부분에 추면의 동일한 접선방향을 따라 입수구 총 4개가 대칭되게 설치되어 있고, 분리조의 2개의 단일조는 제1 순환 펌프 및 제2 순환 펌프를 통해 역원추형 호퍼 상의 입수구에 연결되고, 네 갈래의 유입수는 두 높이에서 접선방향으로 역원추형 호퍼 내로 유입되어 와류를 형성하여, 약품, 물 및 충전재를 충분히 균일하게 혼합하고, 와류에 의한 배수는 배수 불균일로 인하여 단락류 현상이 발생하는 것을 해소할 뿐만 아니라, 반응탑 저부에서 결정을 형성한 충전재에 대해서도 선별 작용이 있으며, 너무 큰 입자는 역원추형 호퍼 내에 가라앉아 배출되고, 동시에 고속 와류는 큰 입자의 충전재들을 서로 마찰시켜 파쇄하여, 새로운 종자결정을 생성하여, 반응탑 내의 충전재의 활성 및 유동화 상태를 유지한다.

(3) 역원추형 호퍼의 테이퍼 각도는 5°~ 60°로 설정되며, 각도가 너무 작으면 충분한 경사도를 갖지 못하여 큰 입자의 충전재를 수집하기 어렵고, 각도가 너무 크면 반응탑의 높이를 낭비하게 되고, 동시에 와류가 너무 강해 유도판에 대한 부하가 커지므로 요구되는 높이도 커진다.

(4) 충전재의 입경은 0.1mm ~ 3.0mm로 선택되며, 입경이 너무 크면 비표면적이 작아 고속 결정화에 불리하고, 입경이 너무 작으면 물의 흐름에 휩쓸려 가기 쉬워 유실되므로 유동화 상태가 불안정하다.

(5) 주 반응탑 내에는 아래로부터 위로 각각 유도판과 경사판을 설치했다. 유도판은 반응탑을 여러 개의 상승 공간으로 나누어, 내경이 너무 크고 유입수의 파동으로 인해 난류 현상이 나타나는 것을 방지하고, 동시에 저부의 격렬한 와류를 안정한 상향 압출류로 변환시켜, 충전재층의 유동화 높이와 품질을 향상시키며, 유도판 저부의 거리를 조절하여, 와류와 유도판의 충격 작용을 통해 결정 피복이 두꺼운 충전재 입자의 파쇄를 촉진하여, 새로운 종자결정을 형성한다. 경사판은 입경이 작고 마찰 파쇄된 충전재를 억류시켜, 입자가 환류 펌프로 유입되는 것을 방지(충분한 높이를 이용하여 분리할 필요가 없음)함과 동시에 반응탑 내의 종자결정의 밀집도를 향상시켜, 결정화 철 제거 효율을 유지한다. 마지막으로, 일부 유출수는 경사판 상측의 분리조와 마주하는 출수조를 통해 배출되고, 일부는 분리조로부터 환류하며, 출수조와 분리조가 마주하는 설치는 미관도 유지하고 유출수 부하도 안정시킨다.

(6) 유도판과 역원추형 호퍼의 거리를 1m ~ 4m로 유지하며, 구체적인 거리는 반응탑의 높이에 따라 결정되고, 거리가 너무 가까우면 와류에 영향을 미치며 심지어 와류가 소실될 수 있으므로, 와류를 통해 혼합계를 충분히 반응시키지 못하고, 거리가 너무 멀면 충격 강도가 충분하지 못하여 입자 파쇄 작용을 일으키지 못하며, 동시에 상단이 충전재 현탁층의 상부를 초과하여, 분할된 구역 사이에 균형적인 공간이 부족하므로, 구역 사이의 압출류의 불균일을 초래하기 쉽다.

(7) 본 발명의 방법 단계에서는, 반응탑 부피의 10% ~ 40%인 충전재 입자를 투입하며, 충전재의 투입량이 적당하면, 결정 효과를 보장하는 동시에 비용을 절약하고, 유동화 부하를 줄이며, pH를 3.0 ~ 4.0로 조절하면, 최적의 결정 효과를 얻으며, 철 슬러지의 감축에 유리하고, 상승 유속을 30m/h ~ 150m/h로 조절하여, 유도판 상부가 현탁층 상부보다 낮게 하여, 각 단일 구역의 상호 균형을 실현하고, 분리조 내에 각각 과산화수소 및 황산제1철을 투입하여, 한편으로는 양자가 조기 반응하는 것을 방지하고, 동시에 희석 작용을 일으켜, 약품의 이용률을 향상시키고, 일주일 운전 후 황산제1철의 투입량을 전반으로 감량하여, γ-FeOOH(γ형 수산화철) 결정의 불균일 촉매 작용 효과를 충분히 이용하여, 비용을 저감하는 동시에 철 슬러지의 발생량을 감축한다.

(8) 충전재는 두 번으로 나누어 투입하고, 먼저 총량의 75% ~ 85%인 충전재 입자를 투입하고, 신규 충전재의 활성이 높은 우세를 충분히 이용하여 비교적 좋은 철 제거 효과를 달성하고, 일주일 운전 후, 결정의 발생과 축적에 따라, 충전재 입자의 현탁 상태가 영향을 받게 되며, 동시에 표면의 γ-FeOOH(γ형 수산화철)는 어느 정도로 Fe³ ⁺의 추가적인 결정화를 억제하게 되며, 이때 나머지 15% ~ 25%의 충전재 입자를 추가 투입하면, 충전재 입자의 표면 활성도를 유지할 수 있으며, 동시에 새로운 충전재의 입경이 이미 결정 성장된 입자보다 작으므로, 반응탑 내에서 크고 작은 입자가 층을 나누는 현상이 발생하여, 충전재층의 현탁 높이를 향상시켜, 철 제거 효과가 강화된다.

도 1은 펜톤 유동상의 오수 처리 장치의 정면도이다.
도 2는 유도판의 평면도이다.
도 3은 도 1의 주 반응탑의 평면도이다.
도 4는 도 1의 주 반응탑의 좌측멱도이다.

이하, 도면과 구체적 실시예를 결합하여, 본 발명을 상세하게 설명한다.

실시예 1

도 1 ~ 도 4를 결합하면, 본 실시예의 펜톤 유동상(Fenton fluidized-bed) 오수 처리 장치는, 조절조(1), 리프트 펌프(2) 및 주 반응탑(8)을 포함하고, 조절조(1)는 리프트 펌프(2)를 통해 주 반응탑(8) 상부의 배수조(3)와 연결되고, 배수조(3) 상부에 조절관(12)이 설치되어 유입수 부하를 조절하고, 조절관(12)의 타단은 상기 조절조(1)와 연결된다. 배수조(3)는 2개의 분리조(4)와 각각 연결되고, 분리조(4)의 유출수는 제1 순환 펌프(5) 및 제2 순환 펌프(6)를 거친 후 각각 두 갈래로 나뉘어, 역원추형 호퍼(7) 저부로부터 역원추형 호퍼(7)의 1/3 및 2/3인 두 높이에서 접선방향으로 주 반응탑(8) 저부의 입수장치-역원추형 호퍼(7)로 유입되어 와류를 형성하고, 역원추형 호퍼(7) 추면의 경사각도는 60°이고, 주 반응탑(8) 내에는 입경이 0.1mm인 수지가 충전재로서 충전되어 있고, 주 반응탑(8) 내의 역원추형 호퍼(7)로부터 위로 1m인 위치에 유도판(9)이 설치되어 압출류를 발생시키고 결정 입자를 파쇄하여 새로운 종자결정을 생성하고, 유도판(9) 상측에 경사판(10)이 설치되어 고체 입자와 유출수를 분리하고, 최종적으로 경사판(10)를 통과한 상등액의 일부는 저부로부터 분리조(4)로 유입되어 환류하고, 나머지 일부는 분리조(4)와 마주하는 출수조(11)로부터 유출된다.

본 실시예의 펜톤 유동상 오수 처리 장치를 결합한 폐수 처리 방법은,

(a) 처음으로 주 반응탑(8) 내에 입경이 0.1mm인 수지를 총량의 75%[총량은 주 반응탑(8) 부피의 10%] 투입하는 단계;

(b) 조절조(1) 내에서 유입수의 pH를 조절하여, 주 반응탑(8) 내의 pH를 3.0으로 조절하고, 물의 량을 조절하여 주 반응탑(8) 내의 체류 시간을 10min로 유지시키는 단계;

(c) 조절조(1)의 물은 리프트 펌프(2)를 거쳐 배수조(3)로 유입되고, 배수조(3)의 유출수와 일부 유출수는 분리조(4) 내에서 혼합되고, 각각 제1 순환 펌프(5) 및 제2 순환 펌프(6)에 의해 역원추형 호퍼(7)로 환류하여 유입되고, 환류비를 조절하여 주 반응탑(8) 내의 상승 유속을 30m/h로 조절함으로써 유도판(9)의 상부가 충전재 현탁층의 상부보다 낮도록 보장하는 단계;

(d) 분리조(4)의 2개의 조 내에 각각 과산화수소 및 황산제1철 용액을 투입하고, 두 가지 약품은 각각 물의 흐름을 따라 제1 순환 펌프(5) 및 제2 순환 펌프(6)를 거쳐 역원추형 호퍼(7)로 유입되는 단계;

(e) 역원추형 호퍼(7) 내에서 와류가 발생되어 물과 충전재를 균일하게 혼합하여 반응시키고, 유동상의 유도판(9)의 압출 및 분리장치의 분리를 거친 후의 상등액의 일부는 분리조(4)의 저부로부터 조 내로 유입되고, 일부는 출수조(11)로 유입되는 단계;

(f) 50h 운전 후 나머지 25%의 평균 입경이 0.1mm인 수지를 추가 투입하는 단계;

(g) 일주일 운전 후, 황산제1철을 50% 감량하여 계속 운전시키고, 12개월 운전 후 슬러지를 배출하는 단계;로 이루어진다.

특정 화학공업단지의 생물기술로 처리된 폐수의 COD는 114mg/L이고, 색도를 가지며, 본 실시예의 펜톤 유동상 오수 처리 장치 및 이것의 폐수 처리 방법을 사용하여 해당 폐수를 처리하되, 과산화수소의 투입량은 0.1%이고, 제1철의 투입량은 200mg/L이다. 결과, 완전히 탈색했고, COD 제거율은 76.56%에 달했고, 철 제거 효율은 74.34%에 달했고, 제1철을 절반으로 감량한 후 COD 제거 효율은 73.96%에 달했다.

실시예 2

도 1 ~ 도 4를 결합하여 본 실시예의 펜톤 유동상 오수 처리 장치를 설명하면, 상기 장치는, 조절조(1), 리프트 펌프(2) 및 주 반응탑(8)을 포함하고, 조절조(1)는 리프트 펌프(2)를 통해 주 반응탑(8) 상부의 배수조(3)와 연결되고, 배수조(3)는 2개의 분리조(4)와 각각 연결되고, 분리조(4)의 유출수는 제1 순환 펌프(5) 및 제2 순환 펌프(6)를 거친 후 각각 두 갈래로 나뉘어, 두 높이에서 접선방향으로 주 반응탑(8) 저부의 입수장치-역원추형 호퍼(7)로 유입되어 와류를 형성하고, 역원추형 호퍼(7) 추면의 경사각도는 50°이고, 주 반응탑(8) 내에는 입경이 0.3mm인 석영사가 충전재로서 충전되어 있고, 주 반응탑(8) 내의 역원추형 호퍼(7)로부터 위로 2m인 곳에 유도판(9)이 설치되어 압출류를 발생시키고 결정 입자를 파쇄하여 새로운 종자결정을 생성하고, 유도판(9) 상측에 경사판(10)이 설치되어 고체 입자와 유출수를 분리하고, 최종적으로 경사판(10)를 통과한 상등액의 일부는 저부로부터 분리조(4)로 유입되어 환류하고, 나머지 일부는 분리조(4)와 마주하는 출수조(11)로부터 유출된다.

본 실시예에 의한 펜톤 유동상 오수 처리 장치의 폐수 처리 방법은,

(a) 처음으로 주 반응탑(8) 내에 입경이 0.3mm인 석영사를 총량의 80%[총량은 주 반응탑(8) 부피의 20%] 투입하는 단계;

(b) 조절조(1) 내에서 유입수의 pH를 조절하여, 주 반응탑(8) 내의 pH를 3.5로 조절하고, 물의 량을 조절하여 주 반응탑(8) 내의 체류 시간을 20min로 유지시키는 단계;

(c) 조절조(1)의 물은 리프트 펌프(2)를 거쳐 배수조(3)로 유입되고, 배수조(3)의 유출수와 일부 유출수는 분리조(4) 내에서 혼합되고, 각각 제1 순환 펌프(5) 및 제2 순환 펌프(6)에 의해 역원추형 호퍼(7)로 환류하여 유입되고, 환류비를 조절하여 주 반응탑(8) 내의 상승 유속을 40m/h로 조절함으로써 유도판(9)의 상부가 충전재 현탁층의 상부보다 낮도록 보장하는 단계;

(f) 100h 운전 후 나머지 20%의 0.3mm의 석영사를 추가 투입하는 단계;

(g) 일주일 운전 후, 황산제1철을 50% 감량하여 계속 운전시키고, 11개월 운전 후 슬러지를 배출하는 단계;로 이루어진다.

특정 화학공업단지의 생물기술로 처리된 폐수의 COD는 114mg/L이고, 색도를 가지며, 본 실시예의 펜톤 유동상 오수 처리 장치 및 이것의 폐수 처리 방법을 사용하여 해당 폐수를 처리하되, 과산화수소의 투입량은 0.1%이고, 제1철의 투입량은 200mg/L이다. 결과, 완전히 탈색했고, COD 제거율은 81.25%에 달했고, 철 제거 효율은 87.10%에 달했고, 제1철을 절반으로 감량한 후 COD 제거 효율은 여전히 80.21%에 달했다.

실시예 3

실시예 1과 비교하면, 본 실시예의 펜톤 유동상 오수 처리 장치는 구조가 기본적으로 동일하고, 다른 점은, 역원추형 호퍼 추면의 경사각도가 40°이고, 주 반응탑 내에 입경이 0.5mm인 건축용 모래가 충전재로서 충전되어 있고, 주 반응탑 내의 역원추형 호퍼로부터 위로 3m인 곳에 유도판이 설치되어 압출류를 발생시키고 결정 입자를 파쇄하여 새로운 종자결정을 생성하는 것이다.

상술한 장치에 의한 폐수 처리 방법은,

(a) 처음으로 주 반응탑(8) 내에 입경이 0.5mm인 건축용 모래를 총량의 85%[총량은 주 반응탑(8) 부피의 30%] 투입하는 단계;

(b) 조절조(1) 내에서 유입수의 pH를 조절하여, 주 반응탑(8) 내의 pH를 4.0으로 조절하고, 물의 양을 조절하여 주 반응탑(8) 내의 체류 시간을 30min로 유지시키는 단계;

(c) 조절조(1)의 물은 리프트 펌프(2)를 거쳐 배수조(3)로 유입되고, 배수조(3)의 유출수와 일부 유출수는 분리조(4) 내에서 혼합되고, 각각 제1 순환 펌프(5) 및 제2 순환 펌프(6)에 의해 역원추형 호퍼(7)로 환류하여 유입되고, 환류비를 조절하여 주 반응탑(8) 내의 상승 유속을 50m/h로 조절함으로써 유도판(9)의 상부가 충전재 현탁층의 상부보다 낮도록 보장하는 단계;

(f) 200h 운전 후 나머지 15%의 0.5mm의 건축용 모래를 추가 투입하는 단계;

(g) 일주일 운전 후, 황산제1철을 50% 감량하여 계속 운전시키고, 10개월 운전 후 슬러지를 배출하는 단계;로 이루어진다.

특정 화학공업단지의 생물기술로 처리된 폐수의 COD는 114mg/L이고, 색도를 가지며, 본 실시예의 펜톤 유동상 오수 처리 장치 및 이것의 폐수 처리 방법을 사용하여 해당 폐수를 처리하되, 과산화수소의 투입량은 0.1%이고, 제1철의 투입량은 200mg/L이다. 결과, 완전히 탈색했고, COD 제거율은 88.02%에 달했고, 철 제거 효율은 93.04%에 달했고, 제1철을 절반으로 감량한 후 COD 제거 효율은 여전히 85.94%에 달했다.

실시예 4

실시예 1과 비교하면, 본 실시예의 펜톤 유동상 오수 처리 장치는 구조가 기본적으로 동일하고, 다른 점은, 역원추형 호퍼 추면의 경사각도가 30°이고, 주 반응탑 내에는 입경이 0.8mm인 제올라이트이 충전재로서 충전되어 있고, 주 반응탑 내의 역원추형 호퍼로부터 위로 4m인 곳에 유도판이 설치되어 압출류를 발생시키고 결정 입자를 파쇄하여 새로운 종자결정을 생성하는 것이다.

(a) 처음으로 주 반응탑(8) 내에 입경이 0.8mm인 제올라이트을 총량의 80%[총량은 주 반응탑(8) 부피의 40%] 투입하는 단계;

(b) 조절조(1) 내에서 유입수의 pH를 조절하여, 주 반응탑(8) 내의 pH를 3.5로 조절하고, 물의 량을 조절하여 주 반응탑(8) 내의 체류 시간을 30min로 유지시키는 단계;

(c) 조절조(1)의 물은 리프트 펌프(2)를 거쳐 배수조(3)로 유입되고, 배수조(3)의 유출수와 일부 유출수는 분리조(4) 내에서 혼합되고, 각각 제1 순환 펌프(5) 및 제2 순환 펌프(6)에 의해 역원추형 호퍼(7)로 환류하여 유입되고, 환류비를 조절하여 주 반응탑(8) 내의 상승 유속을 80m/h로 조절함으로써 유도판(9)의 상부가 충전재 현탁층의 상부보다 낮도록 보장하는 단계;

(f) 300h 운전 후 나머지 20%의 0.8mm의 제올라이트을 추가 투입하는 단계;

(g) 일주일 운전 후, 황산제1철을 50% 감량하여 계속 운전시키고, 9개월 운전 후 슬러지를 배출하는 단계;로 이루어진다.

특정 화학공업단지의 생물기술로 처리된 폐수의 COD는 114mg/L이고, 색도를 가지며, 본 실시예의 펜톤 유동상 오수 처리 장치 및 이것의 폐수 처리 방법을 사용하여 해당 폐수를 처리하되, 과산화수소의 투입량은 0.1%이고, 제1철의 투입량은 200mg/L이다. 결과, 완전히 탈색했고, COD 제거율은 87.53%에 달했고, 철 제거 효율은 92.15%에 달했고, 제1철을 절반으로 감량한 후 COD 제거 효율은 여전히 87.48%에 달했다.

실시예 5

실시예 1과 비교하면, 본 실시예의 펜톤 유동상 오수 처리 장치는 구조가 기본적으로 동일하고, 다른 점은, 역원추형 호퍼(7) 추면의 경사각도가 20°이고, 주 반응탑(8) 내에는 입경이 1mm인 세람사이트가 충전재로서 충전되어 있고, 주 반응탑(8) 내의 역원추형 호퍼(7)로부터 위로 2m인 곳에 유도판(9)이 설치되어 압출류를 발생시키고 결정 입자를 파쇄하여 새로운 종자결정을 생성하는 것이다.

(a) 처음으로 주 반응탑(8) 내에 입경이 1mm인 세람사이트를 총량의 80%[총량은 주 반응탑(8) 부피의 30%] 투입하는 단계;

(c) 조절조(1)의 물은 리프트 펌프(2)를 거쳐 배수조(3)로 유입되고, 배수조(3)의 유출수와 일부 유출수는 분리조(4) 내에서 혼합되고, 각각 제1 순환 펌프(5) 및 제2 순환 펌프(6)에 의해 역원추형 호퍼(7)로 환류하여 유입되고, 환류비를 조절하여 주 반응탑(8) 내의 상승 유속을 100m/h로 조절함으로써 유도판(9)의 상부가 충전재 현탁층의 상부보다 낮도록 보장하는 단계;

(f) 400h 운전 후 나머지 20%의 1mm의 세람사이트를 추가 투입하는 단계;

(g) 일주일 운전 후, 황산제1철을 50% 감량하여 계속 운전시키고, 8개월 운전 후 슬러지를 배출하는 단계;로 이루어진다.

특정 화학공장의 폐수 질화 생물기술로 처리된 폐수의 COD는 167mg/L이고, 색도를 가지며, 본 실시예의 펜톤 유동상 오수 처리 장치 및 이것의 폐수 처리 방법을 사용하여 해당 폐수를 처리하되, 과산화수소의 투입량은 0.15%이고, 제1철의 투입량은 300mg/L이다. 결과, 완전히 탈색했고, COD 제거율은 71.67%이고, 철 제거 효율은 78.39%이고, 제1철을 절반으로 감량한 후 COD 제거 효율은 70.11%이다.

실시예 6

실시예 1과 비교하면, 본 실시예의 펜톤 유동상 오수 처리 장치는 구조가 기본적으로 동일하고, 다른 점은, 역원추형 호퍼 추면의 경사각도가 10°이고, 주 반응탑 내에는 입경이 2mm인 사포나이트가 충전재로서 충전되어 있고, 주 반응탑 내의 역원추형 호퍼로부터 위로 2m인 곳에 유도판이 설치되어 압출류를 발생시키고 결정 입자를 파쇄하여 새로운 종자결정을 생성하는 것이다.

(a) 처음으로 주 반응탑(8) 내에 입경이 2mm인 사포나이트를 총량의 80%[총량은 주 반응탑(8) 부피의 40%] 투입하는 단계;

(c) 조절조(1)의 물은 리프트 펌프(2)를 거쳐 배수조(3)로 유입되고, 배수조(3)의 유출수와 일부 유출수는 분리조(4) 내에서 혼합되고, 각각 제1 순환 펌프(5) 및 제2 순환 펌프(6)에 의해 역원추형 호퍼(7)로 환류하여 유입되고, 환류비를 조절하여 주 반응탑(8) 내의 상승 유속을 150m/h로 조절함으로써 유도판(9)의 상부가 충전재 현탁층의 상부보다 낮도록 보장하는 단계;

(f) 500h 운전 후 나머지 20%의 2mm의 사포나이트를 추가 투입하는 단계;

(g) 일주일 운전 후, 황산제1철을 50% 감량하여 계속 운전시키고, 7개월 운전 후 슬러지를 배출하는 단계;로 이루어진다.

특정 화학공장의 폐수 질화 생물기술로 처리된 폐수의 COD는 167mg/L이고, 색도를 가지며, 본 실시예의 펜톤 유동상 오수 처리 장치 및 이것의 폐수 처리 방법을 사용하여 해당 폐수를 처리하되, 과산화수소의 투입량은 0.15%이고, 제1철의 투입량은 300mg/L이다. 결과, 완전히 탈색했고, COD 제거율은 72.22%이고, 철 제거 효율은 78.41%이고, 제1철을 절반으로 감량한 후 COD 제거 효율은 72.00%이다.

실시예 7

실시예 1과 비교하면, 본 실시예의 펜톤 유동상 오수 처리 장치는 구조가 기본적으로 동일하고, 다른 점은, 역원추형 호퍼 추면의 경사각도가 5°이고, 주 반응탑 내에는 입경이 0.5mm인 벽돌 입자가 충전재로서 충전되어 있고, 주 반응탑 내의 역원추형 호퍼로부터 위로 2m인 곳에 유도판이 설치되어 압출류를 발생시키고 결정 입자를 파쇄하여 새로운 종자결정을 생성하는 것이다.

(a) 처음으로 주 반응탑(8) 내에 입경이 0.5mm인 벽돌 입자를 총량의 80%[총량은 주 반응탑(8) 부피의 20%] 투입하는 단계;

(f) 200h 운전 후 나머지 20%의 0.5mm의 벽돌 입자를 추가 투입하는 단계;

(g) 일주일 운전 후, 황산제1철을 50% 감량하여 계속 운전시키고, 6개월 운전 후 슬러지를 배출하는 단계;로 이루어진다.

특정 화학공장의 폐수 질화 생물기술로 처리된 폐수의 COD는 167mg/L이고, 색도를 가지며, 본 실시예의 펜톤 유동상 오수 처리 장치 및 이것의 폐수 처리 방법을 사용하여 해당 폐수를 처리하되, 과산화수소의 투입량은 0.1%이고, 제1철의 투입량은 200mg/L이다. 결과, 완전히 탈색했고, COD 제거율은 72.28%이고, 철 제거 효율은 88.71%이고, 제1철을 절반으로 감량한 후 COD 제거 효율은 72.22%이다.

실시예 8

실시예 1과 비교하면, 본 실시예의 펜톤 유동상 오수 처리 장치는 구조가 기본적으로 동일하고, 다른 점은, 역원추형 호퍼 추면의 경사각도가 20°이고, 주 반응탑 내에는 입경이 3mm인 활성탄이 충전재로서 충전되어 있고, 주 반응탑 내의 역원추형 호퍼로부터 위로 2m인 곳에 유도판이 설치되어 압출류를 발생시키고 결정 입자를 파쇄하여 새로운 종자결정을 생성하는 것이다.

(a) 처음으로 주 반응탑(8) 내에 입경이 3mm인 활성탄을 총량의 80%[총량은 주 반응탑(8) 부피의 20%] 투입하는 단계;

(f) 200h 운전 후 나머지 20%의 3mm의 활성탄을 추가 투입하는 단계;

특정 화학공장의 폐수 질화 생물기술로 처리된 폐수의 COD는 167mg/L이고, 본 실시예의 펜톤 유동상 오수 처리 장치 및 이것의 폐수 처리 방법을 사용하여 해당 폐수를 처리하되, 과산화수소의 투입량은 0.1%이고, 제1철의 투입량은 200mg/L이다. 결과, COD 제거율은 74.20%이고, 철 제거 효율은 85.07%에 달했고, 제1철을 절반으로 감량한 후 COD 제거 효율은 72.86%이다.

실시예 9

실시예 1과 비교하면, 본 실시예의 펜톤 유동상 오수 처리 장치는 구조가 기본적으로 동일하고, 다른 점은, 역원추형 호퍼(7) 추면의 경사각도가 10°이고, 주 반응탑(8) 내에는 입경이 0.5mm인 석영사와 건축용 모래가 충전재로서 충전되어 있고, 주 반응탑(8) 내의 역원추형 호퍼(7)로부터 위로 3m인 곳에 유도판(9)이 설치되어 압출류를 발생시키고 결정 입자를 파쇄하여 새로운 종자결정을 생성하는 것이다.

본 실시예의 펜톤 유동상 오수 처리 장치에 의한 폐수 처리 방법은,

(a) 처음으로 주 반응탑(8) 내에 입경이 0.5mm인 석영사와 건축용 모래를 총량의 80%[총량은 주 반응탑(8) 부피의 20%이고, 석영사와 건축용 모래는 각각 50%를 차지함] 투입하는 단계;

(e) 역원추형 호퍼(7) 내에서 와류가 발생되어 물과 충전재를 균일하게 혼합하여 반응시키고, 유동상이 유도판(9)의 압출 및 분리장치의 분리를 거친 후의 상등액의 일부는 분리조(4)의 저부로부터 조 내로 유입되고, 일부는 출수조(11)로 유입되는 단계;

(f) 200h 운전 후 나머지 20%의 0.5mm의 석영사와 건축용 모래를 추가 투입하는 단계;

(g) 일주일 운전 후, 황산제1철(ferrous sulfate)을 50% 감량하여 계속 운전시키고, 9개월 운전 후 슬러지를 배출하는 단계;로 이루어진다.

특정 화학공장의 폐수 질화 생물기술로 처리된 폐수의 COD는 167mg/L이고, 색도를 가지며, 본 실시예의 펜톤 유동상 오수 처리 장치 및 이것의 폐수 처리 방법을 사용하여 해당 폐수를 처리하되, 과산화수소의 투입량은 0.15%이고, 제1철의 투입량은 300mg/L이다. 결과, 완전히 탈색했고, COD 제거율은 73.41%이고, 철 제거 효율은 89.67%에 달했고, 제1철(ferrous iron)을 절반으로 감량한 후 COD 제거 효율은 72.66%이다.

1: 조절조(adjusting tank)
2: 리프트 펌프(lift pump)
3: 배수조(water distributing trough)
4: 분리조(partitioned trough)
5: 제1 순환 펌프(first circulation pump)
6: 제2 순환 펌프(second circulation pump)
7: 역원추형 호퍼(obcone)
8: 주 반응탑(main reaction column)
9: 유도판(guide plate)
10: 경사판(inclined plate)
11: 출수조(outflow trough)
12: 조절관(adjusting pipe)

Claims

조절조(1), 리프트 펌프(2) 및 주 반응탑(8)을 포함하고, 상기 조절조(1)는 상기 리프트 펌프(2)를 통해 상기 주 반응탑(8)의 상부의 배수조(3)와 연결되고, 상기 주 반응탑(8) 내에 충전재가 충전되어 있는 펜톤 유동상(fenton fluidized-bed) 처리 장치에 있어서,
상기 주 반응탑(8) 내의 충전재의 저부(底部)는 역원추형 호퍼(7)이고, 상기 역원추형 호퍼(7)에는 입수구가 설치되어 있고, 상기 역원추형 호퍼(7)의 저부는 슬러지 배출관에 연결되고;
상기 주 반응탑(8) 내의 충전재 상측에는 경사판(10)이 설치되어 있고, 상기 경사판(10)의 상측 및 상기 주 반응탑(8)의 포트에 위치한 곳에 분리조(4) 및 출수조(11)가 설치되어 있고, 상기 분리조(4)는 수직 격판에 의해 2개의 단일조로 균등하게 나눠지고, 상기 2개의 단일조의 상단은 모두 상기 배수조(3)와 연통되고, 상기 분리조(4)의 저부에는 개구가 설치되어 있고, 상기 2개의 단일조는 각각 제1 순환 펌프(5) 및 제2 순환 펌프(6)를 통해 상기 역원추형 호퍼(7)의 입수구에 연결되고, 상기 분리조(4)의 바로 맞은편에 상기 출수조(11)가 설치되어 있고,
상기 주 반응탑(8)의 충전재 내에서 상기 주 반응탑(8)을 따라 세로방향으로 여러 개의 유도판(9)이 설치되어 있고, 상기 유도판(9)은 상기 주 반응탑(8)을 여러 개의 상승 공간으로 나누는,
펜톤 유동상 처리 장치.
제1항에 있어서,
상기 역원추형 호퍼(7)의 저부로부터 상기 역원추형 호퍼(7)의 1/3 및 2/3인 부분에 2조의 입수구, 총 4개가 대칭되게 설치되어, 혼합액이 상기 2개의 단일조로부터 유출되어 상기 제1 순환 펌프(5) 및 제2 순환 펌프(6)를 거친 후 균일하게 두 갈래로 나뉘어 흐르게 하는, 펜톤 유동상 처리 장치.
제1항에 있어서,
상기 배수조(3)의 상부에 조절관(12)이 설치되어 유입수 부하를 조절하고, 상기 조절관(12)의 타단은 상기 조절조(1)에 연결되는, 펜톤 유동상 처리 장치.
제1항에 있어서,
상기 역원추형 호퍼(7)의 테이퍼 각도(conical angle)는 5°~ 60°인, 펜톤 유동상 처리 장치.
제1항에 있어서,
상기 충전재는 수지(resin), 활성탄 입자(activated carbon), 건축용 모래(building sand), 석영사(quartz sand), 제올라이트(zeolite), 세람사이트(ceramsite), 사포나이트(saponite), 벽돌 부스러기(brick chips) 중의 1종, 또는 1종 이상이며, 상기 충전재 입자의 평균 입경은 0.1mm ~ 3.0mm인, 펜톤 유동상 처리 장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유도판(9)의 저변이 상기 역원추형 호퍼(7)의 상단으로부터 떨어져 있는 높이는 1m ~ 4m인, 펜톤 유동상 처리 장치.
제1항에 기재된 펜톤 유동상 처리 장치의 폐수 처리 방법으로서,
(a) 주 반응탑(8) 내에 상기 주 반응탑(8) 부피의 10% ~ 40%인 충전재 입자를 투입하는 단계;
(b) 조절조(1) 내에서 유입수의 pH를 조절하여, 상기 주 반응탑(8) 내의 pH를 3.0 ~ 4.0으로 조절하고, 물의 양을 조절하여 상기 주 반응탑(8) 내의 폐수 체류 시간을 10min ~ 30min로 유지시키는 단계;
(c) 상기 조절조(1)의 물은 리프트 펌프(2)를 거쳐 배수조(3)로 유입되고, 상기 배수조(3)의 유출수는 분리조(4)로 유입되고, 각각 제1 순환 펌프(5) 및 제2 순환 펌프(6)에 의해 역원추형 호퍼(7)로 환류하며, 상기 역원추형 호퍼(7) 상의 입수구를 통해 상기 주 반응탑(8) 내로 균일하게 유입되고, 환류비를 조절하여 상기 주 반응탑(8) 내의 상승 유속을 30m/h ~ 150m/h로 조절함으로써 유도판(9)의 상부가 충전재 현탁층의 상부보다 낮도록 보장하는 단계;
(d) 상기 분리조(4)의 2개의 단일조 내에 각각 과산화수소 및 황산제1철 용액을 투입하고, 두 가지 약품은 각각 물의 흐름을 따라 상기 제1 순환 펌프(5) 및 제2 순환 펌프(6)를 거쳐 상기 역원추형 호퍼(7)로 유입되는 단계;
(e) 상기 역원추형 호퍼(7) 내에서 와류가 발생되어 물과 충전재를 균일하게 혼합하여 반응시키고, 유도판(9)을 거쳐 압출 및 분리된 후, 상등액의 일부는 상기 분리조(4)의 저부로부터 상기 분리조(4)의 단일조 내로 유입되고, 일부는 상기 출수조(11)로 유입되어 배출되는 단계; 및
(f) 일주일 운전 후, 황산제1철을 50% 감량하여 계속 운전시키고, 6개월 ~ 12개월 운전 후 슬러지를 배출하는 단계;
로 이루어지는 펜톤 유동상 처리 장치의 폐수 처리 방법.
제7항에 있어서,
상기 단계(a)에서, 충전재 입자는 두 번으로 나누어 투입되고, 처음으로 충전재 총량의 75% ~ 85%를 투입하고, 50h ~ 500h 운전 후, 나머지 15% ~ 25%를 추가 투입하는, 펜톤 유동상 처리 장치의 폐수 처리 방법.