KR102139679B1 - 복합 방식을 이용한 폐수의 암모니아 제거장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 남은 음식물 폐수나 가축분뇨, 폐기물 침출수 등에서 발생하는 고농도 암모니아 포함된 폐수의 암모니아 제거장치에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 고농도의 암모니아가 포함된 폐수를 pH 조정하고 미세 기포를 발생시킨 후 탈기탑에서 교반하면서 미세 기포에 의한 탈기 방식에 의해 암모니아 가스를 분리하는 1단계 과정과, 상기 폐수를 다시 pH 조정하고 차염소산나트륨을 주입시킨 후 파과탑에서 교반하면서 염소 파과 방식에 의해 암모니아를 제거하는 2단계 과정을 반복 및 연속 수행하므로 탈기 방식과 염소 파과 방식의 복합 방식, pH 조절과 암모니아 접촉 증대에 의한 혼합 반응 효율을 높여 암모니아 제거 효율을 항상 우수하게 제공하면서 종래보다 방류 수질을 개선하도록 하는데 그 특징이 있다.

Description

복합 방식을 이용한 폐수의 암모니아 제거장치{Equipment for removal of ammonia from waste water}

본 발명은 남은 음식물 폐수나 가축분뇨, 폐기물 침출수 등에서 발생하는 고농도의 암모니아가 포함된 폐수의 암모니아 제거장치에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 폐수를 탈기탑에서 미세 기포를 이용한 탈기 방식에 의한 1단계 과정과, 파과탑에서 염소 파과 방식에 의한 2단계 과정을 반복 및 연속 수행하므로 탈기 방식과 염소 파과 방식의 복합 방식에 의해 암모니아 제거 효율을 항상 우수하게 제공하는 복합 방식을 이용한 폐수의 암모니아 제거장치에 관한 것이다.

일반적으로 남은 음식물 폐수나 가축분뇨, 폐기물 침출수 등에서 발생하는 폐수에는 다량의 암모니아가 함유되어 방출되고 있다.

이와 같이 폐수의 암모니아는 그 자체가 오염물질로써 수중 생태계 파괴 및 수자원 가치를 상실시킬 뿐만 아니라, 부영양화 현상을 유발함으로써 수질을 더욱 악화시키는 원인이 되고 있다.

따라서 상기한 폐수의 처리과정에서 암모니아를 제거하기 위한 다양한 방법이 제시되고 있는데, 크게 생물학적 처리방법과 물리화학적 처리방법이 이용되고 있다.

상기 물리화학적 처리방법은 암모니아 탈기(Ammonia Stripping), 역삼투법, 파괴점 염소주입법, 선택적 이온교환수지법 등이 있으며, 생물학적 처리방법의 경우에는 미생물을 이용하는 방식 등이 있다.

그러나 상기 생물학적 처리방법의 경우 고농도 암모니아성 질소를 함유한 폐수 처리시 폐수가 미생물의 활동을 저해하는 독성물질로 작용하므로 오히려 처리효율을 저하시키는 문제점이 있었다.

또한 상기 물리화학적 처리방법에서 선택적 이온교환수지법은 주로 저농도 암모니아 제거에 사용되고, 재생설비의 추가 공정이 필요하며, 2차 폐수발생의 문제점 및 전처리 비용이 높은 문제점이 있으며, 역삼투법은 처리 효율은 비교적 높은 편이나 설치 및 운전비용이 높고, 전처리 및 스케일에 대한 제한이 많은 문제점을 지니고 있으며, 파괴점 염소주입법은 약품비의 과다 및 오염물질인 THM(트리할로메탄) 생성 등의 문제점이 있어 소량 처리 및 저농도인 경우에 사용되고 있으며, 암모니아 탈기(Ammonia Stripping)법의 경우에는 온도 저하에 따른 효율 저하가 많고 폐수처리량 대비 공기주입량이 2,000~2,500배로 많아 대기오염 및 대기 시설 과대화의 문제점이 있었다.

즉, 종래 폐수의 암모니아 제거 방법은 각각 장,단점을 갖고 있어 어느 하나의 방식만으로 고농도의암모니아가 포함된 폐수에서 암모니아 제거 효율을 항상 우수하게 유지할 수 없는 문제점이 있었다.

뿐만 아니라 종래 폐수의 암모니아 제거 방법은 폐수의 암모니아 제거를 위한 과정을 반복 순환하는 구조, 암모니아 제거 효율을 높이기 위한 pH 조절, 교반익에 의한 교반 작동, 접촉 반응시간 증대 등의 기술적 문제들을 효과적으로 개선하지 못하면서 암모니아 제거 효율을 극대화하지 못하고 이로 인해 방류 수질을 우수하게 개선하지 못하는 한계를 갖고 있었다.

공개특허 제10-2009-0083141호(2009년08월03일) 등록특허 제10-0508857호(2005년08월09일)

본 발명은 상기한 종래 기술이 갖는 제반 문제점을 해결하고자 발명된 것으로서, 고농도의 암모니아가 포함된 폐수를 탈기탑에서 미세 기포를 이용한 탈기 방식에 의한 1단계 과정과, 파과탑에서 염소 파과 방식에 의한 2단계 과정을 반복 및 연속 수행하므로 탈기 방식과 염소 파과 방식의 복합 방식에 의해 암모니아 제거 효율을 항상 우수하게 제공하도록 하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 2단계 과정에서 염소 파과 방식에 의해 암모니아를 제거한 후 방류되는 폐수에 잔존하는 잔류 염소를 환원제에 의해 처리한 후 방류시키므로 방류 수질을 더욱 개선하도록 하는데 그 목적이 있다.

이러한 본 발명은 고농도의 암모니아가 포함된 폐수를 가성소다(NaOH)와 함께 교반시켜 pH를 조정하는 1차 pH 조정조와, 상기 pH 조정된 폐수에 에어를 주입하는 에어 주입기와, 상기 폐수에 미세 기포를 발생시키는 미세 기포 발생기와, 상기 폐수를 교반기에 의해 교반하면서 상승 배출시키되, 미세 기포에 의한 탈기 방식에 의해 암모니아 가스를 분리하는 탈기탑과, 상기 탈기탑의 폐수를 회수하여 거품 및 부유물을 제거한 후 다시 1차 pH 조정조로 순환 공급하는 1차 순환 수조와, 상기 탈기탑의 암모니아 가스를 진공 펌프에 의해 흡입하여 배출하는 가스 배출부와, 상기 탈기탑에서 배출되는 폐수를 황산(H₂SO₄)과 함께 교반시켜 pH를 다시 조정하는 2차 pH 조정조와, 상기 pH 조정된 폐수에 차염소산나트륨(NaOCl)을 주입하는 2차 순환 수조와, 상기 폐수를 교반기에 의해 교반하면서 상승 배출시키되, 염소 파과 방식에 의해 암모니아를 제거하여 2차 순환수조로 회수하면서 순환 공급하거나 외부로 방류하는 파과탑으로 구성함에 그 특징이 있다.

본 발명에 따르면, 상기 파과탑에는 배출되는 폐수를 이산화황(환원제)과 함께 교반시켜 잔류 염소를 제거한 후 방류하도록 탈염 탱크를 더 연결 구성함에 그 특징이 있다.

본 발명에 따르면, 상기 탈기탑과 파과탑의 교반기는 교반축에 상하로 복수의 교반익을 결합 구성하되, 가장 하부에 위치하는 교반익은 나머지 교반익과 반대로 폐수를 하부로 밀어내도록 형성하여 폐수가 탈기탑과 파과탑의 하부에서 바닥면을 치고 상승하도록 구성함에 그 특징이 있다.

이러한 본 발명은 고농도의 암모니아가 포함된 폐수를 pH 조정하고 미세 기포를 발생시킨 후 탈기탑에서 교반하면서 미세 기포에 의한 탈기 방식에 의해 암모니아 가스를 분리하는 1단계 과정과, 상기 폐수를 다시 pH 조정하고 차염소산나트륨을 주입시킨 후 파과탑에서 교반하면서 염소 파과 방식에 의해 암모니아를 제거하는 2단계 과정을 반복 및 연속 수행하므로 탈기 방식과 염소 파과 방식의 복합 방식, pH 조절과 암모니아 접촉 증대에 의한 혼합 반응 효율을 높여 암모니아 제거 효율을 항상 우수하게 제공하게 되는 것이다.

뿐만 아니라 상기 파과탑에 의한 2단계 암모니아 제거 과정에서 염소 파과 방식에 의해 암모니아를 제거한 후 방류되는 폐수에 잔존하는 잔류 염소를 환원제에 의해 처리한 후 방류시키므로 방류 수질을 더욱 개선하게 되는 것이다.

도 1의 본 발명의 전체 공정도.
도 2는 본 발명의 구성 개념도.
도 3은 본 발명의 1단계 과정을 보여주는 작동도.
도 4는 본 발명의 2단계 과정을 보여주는 작동도.

이하, 상기한 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부도면을 참조하여 구체적으로 살펴 보기로 한다.

본 발명 복합 방식을 이용한 폐수의 암모니아 제거장치는 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이 남은 음식물 폐수나 가축분뇨, 폐기물 침출수 등에서 발생하는 고농도의 암모니아가 포함된 폐수를 미세 기포에 의한 탈기 방식의 1단계 과정과 염소 파과 방식의 2단계 과정을 반복 및 연속 수행하면서 폐수의 암모니아를 제거하도록 구성하는 것이다.

즉, 본 발명은 고농도의 암모니아가 포함된 폐수를 가성소다(NaOH)와 함께 교반시켜 pH를 조정하는 1차 pH 조정조(11)와, 상기 pH 조정된 폐수에 에어를 주입하는 에어 주입기(12)와, 상기 폐수에 미세 기포를 발생시키는 미세 기포 발생기(13)와, 상기 폐수를 교반기에 의해 교반하면서 상승 배출시키되, 미세 기포에 의한 탈기 방식에 의해 암모니아 가스를 분리하는 탈기탑(14)과, 상기 탈기탑의 폐수를 회수하여 거품 및 부유물을 제거한 후 다시 1차 pH 조정조(11)로 순환 공급하는 1차 순환 수조(15)와, 상기 탈기탑의 암모니아 가스를 진공 펌프(P)에 의해 흡입하여 배출하는 가스 배출부(16)와, 상기 탈기탑에서 배출되는 폐수를 황산(H₂SO₄)과 함께 교반시켜 pH를 다시 조정하는 2차 pH 조정조(17)와, 상기 pH 조정된 폐수에 차염소산나트륨(NaOCl)을 주입하는 2차 순환 수조(18)와, 상기 폐수를 교반기에 의해 교반하면서 상승 배출시키되, 염소 파과 방식에 의해 암모니아를 제거하여 2차 순환수조로 회수하면서 순환 공급하거나 외부로 방류하는 파과탑(19)으로 구성하여 미세 기포에 의한 탈기 방식과 염소 파과 방식을 복합 적용하는 것이다.

이때, 상기 1차 pH 조정조(11)에서는 폐수를 가성소다(NaOH)와 함께 교반시켜 pH 10~11로 조정하므로 탈기탑(14)의 반응 효율을 높이고, 상기 2차 pH 조정조(17)에서는 폐수를 황산(H₂SO₄)과 함께 교반시켜 pH 7~8로 조정한 후 2차 순환수조(18)에서 차염소산나트륨(NaOCl)과 함께 교반시켜 pH 10~11로 조정하므로 파과탑(19)의 반응 효율을 높이도록 하는 것이다.

상기 에어 주입기(12)는 미세 기포 발생기(13) 또는 펌프(41) 전단 위치에서 주입하거나 두 곳 모두의 위치에서 주입 가능하다. 또한 상기 파과탑(19)에 공급되는 폐수에는 약간의 에어를 주입함에 의해 혼합 반응 효율을 좀더 높일 수 있고, 상기 2차 순환수조(18)에 투입되는 차염소산나트륨(NaOCl)의 주입량은 2차 pH 조정조(17)에 설치되는 NH₃-N 측정기 농도에 의해 결정하여 혼합 반응 효율을 좀더 높일 수 있도록 함이 바람직하다.

또한, 상기 탈기탑(14)과 파과탑(19)의 교반기(30)는 수직 설치되는 교반축(31)에 상하로 복수의 교반익(32), 도면에서와 같이 상하로 3개 이상의 교반익(32)을 설치 구성하되, 가장 하부에 위치하는 교반익(32)은 나머지 교반익과 반대로 폐수를 하부로 밀어내도록 형성하여 폐수가 탈기탑(14)과 파과탑(19)의 하부에서 바닥면을 치고 상승하도록 구성하므로 폐수의 반응 시간을 더 길게 확보하여 반응 효율을 높이도록 하는 것이다.

상기 가스 배출부(16)는 배출되는 암모니아 배출 가스(NH₃)를 개질기(16a)를 거쳐 수소 발생이나 소각장 연소 공기 등으로 재활용하도록 하면서 크린 에어로 방출하도록 구성하는 것이다.

또한, 상기 1차 순환 수조(15)의 상부에는 탈기탑의 반응 과정에서 발생되는 거품과 함께 부유되는 부유물을 스컴 스키머나 그 밖에 다양한 장치에 의해 파쇄하거나 분리하여 제거하도록 구성하는 것이다.

또한, 상기 탈기탑(14)은 내부 상하로 적어도 하나 이상의 폴링(40)에 의해 상하 공간을 구획하는 층을 형성하도록 설치하여 폐수 속의 암모니아 가스와 미세 기포의 혼합 반응 시간을 더 길게 확보하면서 암모니아 가스의 탈기 성능을 향상시키도록 구성하는 것이다.

그 밖에 본 발명은 상기 파과탑(19)에서 방류되는 폐수를 이산화황(환원제)과 함께 교반시켜 잔류 염소를 제거한 후 방류하도록 탈염 탱크(20)를 더 연결 구성함이 바람직하다.

미 설명 부호로서, 41, 42는 폐수를 순환 공급하는 순환 펌프, 50은 거품 및 부유물 제거기를 나타내는 것이다.

다음은 상기와 같이 구성되는 본 발명의 작동 및 작용에 대해 살펴보기로 한다.

먼저, 각종 남은 음식물 폐수나 가축분뇨, 폐기물 침출수 등에서 발생하는 고농도의 암모니아를 포함하는 폐수를 1차 pH 조정조(11)에 공급한다.

이 상태에서 상기 1차 pH 조정조(11)에 가성소다(NaOH)를 투입하여 폐수와 함께 교반기에 의해 교반시켜 pH 10~11로 조정하는 과정을 수행한다.

이와 같이 pH 조정 후 폐수를 펌프(31)에 의해 탈기탑(14)으로 공급하되, 상기 폐수의 공급과정에서 에어 주입기(12)에 의해 공기 주입과 함께 미세 기포 발생기(13)에서 폐수에 미세 기포를 발생시켜 공급하는 것이다.

이와 같이 상기 탈기탑(14)에 미세 기포와 함께 공급되는 폐수는 교반기(30)의 교반익(32)이 회전하면서 혼합 반응시키게 되는 것이다.

특히, 상기 교반기의 가장 하부에 위치하는 교반익(32)이 탈기탑 하부에서 폐수를 하부로 밀어내면서 폐수가 탈기탑(14)의 바닥을 치고 상승하도록 함과, 상승 과정에서 상하 공간을 구획하는 층을 형성하는 적어도 하나 이상의 폴링(40)에 의해 폐수 속의 암모니아 가스와 미세 기포의 혼합 반응 시간을 더 길게 확보하면서 암모니아 배출 가스(NH₃)를 효과적으로 분리시키게 되는 것이다.

이와 같이 상기 탈기탑(14)에서 분리되는 암모니아 배출 가스는 탈기탑 상부의 가스 배출부(16)에서 진공 펌프(P)에 의해 흡입 배출되면서 개질기(16a)를 거쳐 크린 에어로 방출하게 되는 것이다.

그리고 상기 탈기탑(14)에서 탈기 과정을 거친 폐수와 폐수의 탈기 과정에서 발생되는 거품을 1차 순환 수조(15)로 다시 순환시켜 폐수의 거품이나 부유 물질을 제거한 후 다시 1차 pH 조정조(11)로 공급하면서 전술한 미세 기포에 의한 탈기 과정을 반복하여 암모니아를 효과적으로 분리 배출하게 되는 것이다.

또한, 상기 탈기탑(14)에서 암모니아의 분리 배출을 마친 폐수는 다음 단계를 위해 2차 pH 조정조(17)로 공급된다.

상기 2차 pH 조정조(17)에서는 폐수에 다시 황산(H₂SO₄)을 주입하여 pH 7~8로 조정한다.

이와 같이 2차 pH 조정 후 2차 순환수조(18)로 공급하여 차염소산나트륨(NaOCl)을 주입하여 pH 10~11로 조정하는 것이다.

이때, 상기 차염소산나트륨(NaOCl)의 주입 량은 pH 조정조에 설치되는 NH₃-N 측정기 농도에 의해 결정하여 적절하게 주입하도록 한다.

이와 같이 2차 순환 수조에서 차염소산나트륨(NaOCl)이 주입으로 pH를 적절하게 조정한 폐수는 파과탑(19)으로 공급하되, 상기 폐수의 공급과정에서 에어를 약간 주입하여 공급할 수 있는 것이다.

이와 같이하여 상기 파과탑(19)에 공급된 폐수는 교반기(30)의 교반익(32)이 회전하여 혼합 반응시키면서 염소 파과 방식에 의해 암모니아를 제거하게 되는 것이다.

특히, 상기 파과탑(19)에서 교반기의 가장 하부에 위치하는 교반익(32)이 폐수를 파과탑의 하부로 밀어내면서 폐수가 파과탑(19) 하부의 바닥을 치고 상승하면서 혼합 접촉 시간을 증대시켜 암모니아를 더 효과적으로 제거하게 되는 것이다.

그리고 상기 파과탑(19)에서 암모니아 제거 과정을 거친 폐수는 다시 2차 순환 수조(18)로 순환되어 차염소산나트륨(NaOCl) 주입 후 파괴탑(19)으로 순환 공급하면서 암모니아를 제거하는 과정을 반복하여 폐수에서 암모니아를 효과적으로 제거하는 것이다.

이와 같이 상기 파과탑(19)에서 암모니아 제거 과정을 완료한 폐수는 탈염 탱크(20)로 배출한 후 이산화황(환원제)의 투입과 함께 교반시켜 폐수의 잔류 염소를 제거한 후 안전하게 외부로 방류하게 되는 것이다.

따라서, 본 발명은 고농도의 암모니아가 포함된 폐수를 pH 조정하고 미세 기포를 발생시킨 후 탈기탑(14)에서 교반하면서 미세 기포에 의한 탈기 방식에 의해 암모니아 가스를 분리하는 1단계 과정과, 상기 폐수를 다시 pH 조정하고 황산을 주입시킨 후 파과탑(19)에서 교반하면서 염소 파과 방식에 의해 암모니아를 제거하는 2단계 과정을 반복 및 연속 수행하므로 탈기 방식과 염소 파과 방식의 복합 방식에 의해 암모니아 제거 효율을 항상 우수하게 제공하여 종래보다 방류 수질을 개선하게 되는 것이다.

11: 1차 pH 조정조 12: 에어 주입기
13: 미세 기포 발생기 14: 탈기탑
15: 1차 순환 수조 16: 가스 배출부
17: 2차 pH 조정조 18: 2차 순환 수조
19: 파과탑 20: 탈염 탱크
30: 교반기 31: 교반축
32: 교반익

Claims (3)

1. 고농도의 암모니아가 포함된 폐수에서 암모니아를 제거하는 암모니아 제거장치에 있어서,
   고농도의 암모니아가 포함된 폐수를 가성소다(NaOH)와 함께 교반시켜 pH를 조정하는 1차 pH 조정조(11)와; 상기 pH 조정된 폐수에 에어를 주입하는 에어 주입기(12)와; 상기 폐수에 미세 기포를 발생시키는 미세 기포 발생기(13)와; 상기 폐수를 교반기에 의해 교반하면서 상승 배출시키되, 미세 기포에 의한 탈기 방식에 의해 암모니아 가스를 분리하는 탈기탑(14)과; 상기 탈기탑의 폐수를 회수하여 거품 및 부유물을 제거한 후 다시 1차 pH 조정조(11)로 순환 공급하는 1차 순환 수조(15)와; 상기 탈기탑의 암모니아 가스를 진공 펌프(P)에 의해 흡입하여 배출하는 가스 배출부(16)와; 상기 탈기탑에서 배출되는 폐수를 황산(H₂SO₄)과 함께 교반시켜 pH를 다시 조정하는 2차 pH 조정조(17)와; 상기 pH 조정된 폐수에 차염소산나트륨(NaOCl)을 주입하는 2차 순환 수조(18)와; 상기 폐수를 교반기에 의해 교반하면서 상승 배출시키되, 염소 파과 방식에 의해 암모니아를 제거하여 2차 순환수조로 회수하면서 순환 공급하거나 외부로 방류하는 파과탑(19)으로 구성하되;
   상기 탈기탑(14)과 파과탑(19)의 교반기(30)는 교반축(31)에 상하로 복수의 교반익(32)을 결합 구성하는데 가장 하부에 위치하는 교반익(32)은 나머지 교반익과 반대로 폐수를 하부로 밀어내도록 형성하여 폐수가 탈기탑(14)과 파과탑(19)의 하부에서 바닥면을 치고 상승하도록 구성하고,
   상기 탈기탑(14)은 내부 상하로 설치되는 폴링(40)들에 의해 상하 공간을 구획하는 층을 형성하여 폐수 속의 암모니아 가스와 미세 기포의 혼합 반응 시간을 더 길게 확보하면서 암모니아 가스의 탈기 성능을 향상시키도록 구성한 것을 특징으로 하는 복합 방식을 이용한 폐수의 암모니아 제거장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 파과탑(19)에는 배출되는 폐수를 이산화황과 함께 교반시켜 잔류 염소를 제거한 후 방류하도록 탈염 탱크(20)를 더 연결 구성한 것을 특징으로 하는 복합 방식을 이용한 폐수의 암모니아 제거장치.
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