KR102563906B1 - 고농도 유기성 폐수처리를 위한 전기화학적 공정을 이용한 질소처리시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고농도 유기성 폐수처리를 위한 전기화학적 공정을 이용한 질소처리시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 순산소를 호기조에 용해시켜 질산화를 유도하기 위한 가압식 순산소 용해장치와, 전기화학적 암모니아 스트리핑 회수(RW-EDI 기술)의 RW-EDI 장치와, 난분해성 물질을 제거하는 오존나노 부상장치 공정의 조합으로 혐기성 소화액 내 난분해성 오염물질을 극한농도까지 처리하는 고농도 폐수를 처리하기 위한 질소회수 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 고농도 유기성 폐수처리를 위한 전기화학적 공정을 이용한 질소처리시스템은, 고농도의 유기성폐수(가축분뇨, 음식물탈리액, 고농도산업폐수, 소화액폐수)를 처리하여 탄수화물이 메탄으로 전환됨에 따라 낮은 C/N비를 안정적으로 처리하기 위해 생물학적 호기성 처리 방안으로, 소화처리수에 함유된 암모늄이온이 양이온 교환막을 통과하여 음극으로 이동하고, 전기분해로 양극에서는 수소이온과 전자가, 음극에서는 수산화이온이 발생하여, 음극으로 이동한 암모늄이온은 수산화이온에 의한 pH 증가로 암모니아 가스로 전환, 가스투과막을 이용 암모니아성 질소를 포집하는 RW-EDI 장치;
를 포함하여 구성된다.
본 발명의 실시예에 따른 고농도 유기성 폐수처리를 위한 전기화학적 공정을 이용한 질소처리시스템은, 고농도의 유기성폐수(가축분뇨, 음식물탈리액, 고농도산업폐수, 소화액폐수)를 처리하여 탄수화물이 메탄으로 전환됨에 따라 낮은 C/N비를 안정적으로 처리하기 위해 생물학적 호기성 처리 방안으로, 소화처리수에 함유된 암모늄이온이 양이온 교환막을 통과하여 음극으로 이동하고, 전기분해로 양극에서는 수소이온과 전자가, 음극에서는 수산화이온이 발생하여, 음극으로 이동한 암모늄이온은 수산화이온에 의한 pH 증가로 암모니아 가스로 전환, 가스투과막을 이용 암모니아성 질소를 포집하는 RW-EDI 장치;
를 포함하여 구성된다.
Description
본 발명은 고농도 유기성 폐수처리를 위한 전기화학적 공정을 이용한 질소처리시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 순산소를 호기조에 용해시켜 질산화를 유도하기 위한 가압식 순산소 용해장치와, 전기화학적 암모니아 스트리핑 회수(RW-EDI 기술)의 RW-EDI 장치와, 난분해성 물질을 제거하는 오존나노 부상장치 공정의 조합으로 혐기성 소화액 내 난분해성 오염물질을 극한농도까지 처리하는 고농도 폐수를 처리하기 위한 질소회수 시스템에 관한 것이다.
유기성 폐기물 처리시설 처리현황을 살펴보면 대부분 자원순환(액비, 퇴비) 및 하수종말처리장을 연계처리하고 있으며, 하수종말처리장은 총질소(TN), 총인(TP) 유입 오염부하의 10% 범위 내에서 연계를 계획하고 있다.
그러나 상기 하수종말처리장의 처리능력이 포화 상태로 연계처리에 어려움이 있을 뿐만 아니라 고농도 오염물질 함유하고 있어 적정처리가 어렵고, 기존 처리기술의 공학적 한계로 인하여 경제적인 처리가 어려운 실정으로 혐기성 소화액의 경우에는 가용한 유기물이 혐기성 소화과정을 거쳐 대부분 메탄으로 전환이 이루어졌기 때문에 C/N(탄소/질소)비가 매우 낮은 특성을 가진다.
따라서 탈질을 위한 유기탄소원이 부족하여 기존의 질소제거 공정을 적용하기에는 적정 유기물이 절대적으로 부족하기 때문에 대체탄소원인 메탄올 등을 공급할 필요가 있어 유지관리비가 많이 소요됨에 따라 C/N비가 낮은 혐기성 소화액의 경우에도 여러 공법이 적용되어 있지만, 기존 처리방식으로는 처리효율이 떨어져 방류수 수질을 맞추는데 어려움이 있는 형편이다.
따라서 최적의 경제적인 처리공정을 구성하여 경제성 있는 기술을 적용할 필요성이 대두되었다.
또한, 고농도 혐기성 소화액의 폐수처리기술 문제점은 혐기성 소화액은 매우 높은 농도의 암모니아성 질소 농도를 함유하고 있으며, 기존에 사용되고 있는 생물학적 처리방법은 유기물 처리효율에 비하여 제거효율이 매우 낮고 단독으로는 처리가 어렵다.
특히 기존 생물학적 처리공정의 문제점으로는, 첫째 부하량 변동 및 충격부하에 대한 탄력적인 공정운전의 어려움과, 둘째 낮은 C/N비로 탈질을 위한 유기탄소원이 부족하여 질소제거 효율의 떨어짐과, 셋째 표면폭기나 산기식 폭기방식은 산소전달능력에 한계가 있으며 폭기조의 적정 용존산소량(DO)과 고농도 미생물을 유지하기 어려움이 있었다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 순산소를 호기조에 용해시켜 질산화를 유도하기 위한 가압식 순산소 용해장치로 특수 설계된 다단 기액전단믹서 펌프와 미세기포 노즐을 이용하여 산소를 용해시키는 하이브리드형 기술을 사용하여, 종래 압축탱크 및 노즐방식 대비 기체 산소에 대한 용해율과 기포밀도를 높임으로써 혐기성 소화처리수가 혐기상태로 유출되므로 호기의 미생물 성장조건에 적합한 호기성 조건으로 신속한 전환이 가능하고, 폭기조의 높은 용존산소를 유지함으로 폭기조의 용량을 감소시킬 수 있는 고농도 유기성 폐수처리를 위한 전기화학적 공정을 이용한 질소처리시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명이 제공하고자 하는 목적은 전기화학적 탈이온화 공정으로 ED(전기투석)+탈염(Ion-exchange) 공정의 결합과 기술을 적용하여, 전기화학적으로 pH를 높여 NH3(g) 형태로 암모니아성 질소를 탈기시켜 별도의 약품을 사용하지 않고 산성상태에서 질소 회수가 가능하며, 기체상으로 방출된 암모니아는 산을 첨가하여 황산암모늄/인산암모늄 형태로 회수할 수 있는 고농도 유기성 폐수처리를 위한 전기화학적 공정을 이용한 질소처리시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
그리고 본 발명이 제공하고자 하는 목적은 최종처리 단계인 오존마이크로를 이용한 부상장치로, 유기성 고농도폐기물의 소화액 내에 난분해성 물질, TOC, 색도, BOD 등 제거를 위한 오존 나노버블을 이용한 영양물질 및 난분해성 미량물질 등 초고도 처리 핵심기술 개발사업을 적용하여, 생물반응조와 오존 고도산화공정을 이용하여 혐기성 소화액 내 난분해성 오염물질을 극한농도까지 처리할 수 있는 고농도 유기성 폐수처리를 위한 전기화학적 공정을 이용한 질소처리시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 고농도 유기성 폐수처리를 위한 전기화학적 공정을 이용한 질소처리시스템은, 고농도의 유기성폐수(가축분뇨, 음식물탈리액, 고농도산업폐수, 소화액폐수)를 처리하여 탄수화물이 메탄으로 전환됨에 따라 낮은 C/N비를 안정적으로 처리하기 위해 생물학적 호기성 처리 방안으로, 소화처리수에 함유된 암모늄이온이 양이온 교환막을 통과하여 음극으로 이동하고, 전기분해로 양극에서는 수소이온과 전자가, 음극에서는 수산화이온이 발생하여, 음극으로 이동한 암모늄이온은 수산화이온에 의한 pH 증가로 암모니아 가스로 전환, 가스투과막을 이용 암모니아성 질소를 포집하는 RW-EDI 장치;
를 포함하여 구성된다.
또한, 상기 RW-EDI 장치는 레진웨이퍼(이온교환수지) 이용 전기화학적 탈이온화 공정으로, ED(전기투석)+탈염(Ion-exchange) 기술을 결합하여 RW-EDI 및 가스투과막을 이용하여, 전기화학적으로 pH를 높여 NH3(g) 형태로 암모니아성 질소를 전환시키고, 가스투과막을 통과시켜 막 표면에서 탈기시켜, 산성 상태에서 질소를 포집하고 황산암모늄/인산암모늄의 고농도 질소함유 액비 형태로 이용가능하게 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 소화처리수는,
유기성 폐기물의 혐기성 소화공정을 거친 혐기성 소화액 처리수가 유입되며, 혐기성 소화액 처리수에 포함된 혐기성 미생물을 호기성 미생물로 전환하여 액비를 생산할 수 있도록 산소를 공급함에 따라 호기성 상태에서 혐기성 소화액 처리수를 진행하는 전처리 산화장치를 거쳐,
상기 전처리 산화장치를 거친 혐기성 소화액 처리수에 포함된 BOD 및 부유물질을 생물반응을 통해 고액분리하여 혐기성 소화액 처리수의 방류처리를 가능하게 하는 생물반응 여과장치와 RW-EDI로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 RW-EDI 장치를 거친 탈질된 혐기성 소화액은 생물반응 여과장치의 무산소조로 유입되어 탈질 미생물이 유기물과 함께 에너지원으로 질산성 질소를 사용하여 질소 가스로 제거한 후 가압식 순산소 용해장치가 설치된 폭기조로 유입되되,
상기 가압식 순산소 용해장치는 높은 용존산소량(DO)을 가지는 순산소를 폭기조에 주입하여 혐기성 조건의 소화처리수를 빠른 시간 내 호기성조건으로 전환시키는 것을 특징으로 한다.
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또한, 상기 호기성조건에서 질산화된 소화처리수들은 생물반응 여과장치의 후탈질조와 재폭기조를 거쳐 반응응집조로 유입되어 반응 응집하고, 오존나노 부상장치가 설치된 최종침전지에서 최종 방류되고,
상기 오존나노 부상장치는 오존나노 버블장치가 결합된 가압부상조로 이루어져, 오존나노 버블장치에서 발생한 OH 라디칼에 과산화수소를 첨가하여 강력한 OH 라디칼 증폭하고, 가압부상조에서 고액분리하는 것을 특징으로 한다.
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상술한 과제의 해결 수단에 의하면, 순산소를 호기조에 용해시켜 질산화를 유도하기 위한 가압식 순산소 용해장치로 특수 설계된 다단 기액전단믹서 펌프와 미세기포 노즐을 이용하여 산소를 용해시키는 하이브리드형 기술을 사용하여, 종래 압축탱크 및 노즐방식 대비 기체 산소에 대한 용해율과 기포밀도를 높임으로써 혐기성 소화처리수가 혐기상태로 유출되므로 호기의 미생물 성장조건에 적합한 호기성 조건으로 신속한 전환이 가능하고, 폭기조의 높은 용존산소를 유지함으로 폭기조의 용량을 감소시킬 수 있다.
또한, 전기화학적 탈이온화 공정으로 ED(전기투석)+탈염(Ion-exchange) 공정의 결합과 기술을 적용하여, 전기화학적으로 pH를 높여 NH3(g) 형태로 암모니아성 질소를 탈기시켜 별도의 약품을 사용하지 않고 산성상태에서 질소 회수가 가능하며, 기체상으로 방출된 암모니아는 산을 첨가하여 황산암모늄/인산암모늄 형태로 회수할 수 있다.
그리고 오존마이크로를 이용한 부상장치로, 유기성 고농도폐기물의 소화액 내에 난분해성 물질, TOC, 색도, BOD 등 제거를 위한 오존 나노버블을 이용한 영양물질 및 난분해성 미량물질 등 초고도 처리 핵심기술 개발사업을 적용하여, 생물반응조와 오존 고도산화공정을 이용하여 혐기성 소화액 내 난분해성 오염물질을 극한농도까지 처리할 수 있다.
이를 통해 유기성폐기물(음폐수, 가축분뇨) 혐기성 소화시설에서 발생하는 소화액 처리수를 가축분뇨의 관리 및 이용에 관한 법률 공공처리시설 방류수수질기준이하로 배출하는 시스템으로 적용할 수 있다.
또한, 실증 플랜트 규모의 최적의 운전인자를 도출하고 적용가능한 제품개발과 효율향상을 경제성분석과 유지관리 표준모델을 구축할 수 있다.
실증화 소화액 처리수 폐수처리를 위한 공정확립과 경제적 신제품 개발에 의한 지식재산권 등록으로 사업화할 수 있다.
또한, 고농도 유기성 혐기성 소화시설에서 발생하는 소화액 처리수를 공정 및 장치에 의한 개발로 처리함으로써 기업의 판로개척시장에의 영향으로 기업의 이윤 극대화와 국가정책 고용유지 및 고용창출 역할을 기대할 수 있다.
또한, 다양한 고농도 폐수처리시설 분야에 활용할 수 있으며 기존 폐수 처리장의 효율향상으로 문제점을 개선하여 환경보전의 목적을 달성할 수 있다.
국고 지원사업으로 신재생에너지 소화액 부산물처리방안 확립으로 고농도 폐수의 공공처리 시설 설치사업이 지속적으로 확대 추진되고 있는 바, 개발하고자 하는 공정 및 기계장치 개발로 고농도 폐수처리시설 분야에 기술적, 경제적 고충에서 해소될 수 있다.
그리고 국내환경시장 상품화 및 해외 환경시장을 개척하여 수출하는데 활용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고농도 유기성 폐수처리를 위한 전기화학적 공정을 이용한 질소처리시스템의 개념도이다.
도 2는 본 발명이 적용되는 혐기성 소화액 처리 시스템의 개략도이다.
도 3은 도 2에 나타낸 생물반응 여과장치의 예시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 고농도 유기성 폐수처리를 위한 전기화학적 공정을 이용한 질소처리시스템의 구성도이다.
도 5는 도 4에 나타낸 오존마이크로 부상장치의 예시도이다.
도 6은 도 5에 나타낸 오존나노 발생장치의 작용을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명이 적용되는 혐기성 소화액 처리 시스템의 개략도이다.
도 3은 도 2에 나타낸 생물반응 여과장치의 예시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 고농도 유기성 폐수처리를 위한 전기화학적 공정을 이용한 질소처리시스템의 구성도이다.
도 5는 도 4에 나타낸 오존마이크로 부상장치의 예시도이다.
도 6은 도 5에 나타낸 오존나노 발생장치의 작용을 설명하기 위한 도면이다.
이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참고로 그 구성 및 작용을 설명하기로 한다.
도면들 중 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호 및 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다.
하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고농도 유기성 폐수처리를 위한 전기화학적 공정을 이용한 질소처리시스템의 개념도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 유기성 폐기물을 혐기 소화시설에 투입 처리하여 바이오가스는 저장하고, 고액분리한 혐기소화폐액을 소화폐액처리시설에 투입하여 생화학적 산소요구량(BOD), 총 유기탄소량(TOC), 부유물(SS), 총인(TP), 총질소(TN), 대장균을 제거하여 방류하는 한편 RW-EDI 기반으로 질소를 회수하여 이후 비료 제조에 이용한다.
도 2는 본 발명이 적용되는 혐기성 소화액 처리 시스템의 개략도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 혐기성 소화액 처리 시스템은 유기성 폐기물의 혐기성 소화공정을 거친 혐기성 소화액 처리수가 유입되는 호기성 액비화공정에 대한 전처리 산화장치(100)를 통해 혐기성 미생물을 신속하게 호기성 미생물로 전환하고, 호기성 소화액 공정에 대한 생물반응 여과장치(200) 및 상기 혐기소화처리를 위한 전처리 산화장치(100)를 거친 혐기성 소화액 처리수에서 BOD 및 부유물질을 고액분리한 후 방류수기준을 충족시켜 방류처리한다.
도 3은 도 2에 나타낸 생물반응 여과장치의 예시도이다.
도 3에 도시된 바와 같이 생물반응 여과장치(200)는 슬러지탈질조(210), 무산소조(220), 막분리호기조(230), 호기조반송펌프(240), 잉여슬러지펌프(250), 공기압축기(260)를 포함하여 구성된다.
상기 슬러지탈질조(210)는 상기 전처리 산화장치(100)로부터 이송되는 혐기성 소화액 처리수가 저장되며, 저장된 혐기성 소화액 공정 처리수에 약품 투입을 통한 탈질작용이 이루어지도록 하는 것으로서, 탈질작용을 위한 약품은 메탄올로 구성될 수 있으며, 투입되는 메탄올을 탈질조 교반기(211)를 통해 혼합하여 혐기성 소화액 처리수에 포함된 질산성질소와 아질산성질소를 탈질하도록 구성된다.
이를 위하여, 본 발명의 생물반응 여과장치(200)는 메탄올과 같은 약품이 저장되는 약품저장조(280) 및 상기 약품저장조(280)에 저장된 약품을 상기 슬러지 탈질조(210)로 이동시키기 위한 약품공급펌프(290)가 더 구비된다.
한편, 본 발명의 생물반응 여과장치(200)에는 상기 슬러지탈질조(210)로 혐기성 소화액 처리수를 공급하는 것이 가능하도록 제2혐기성 소화액 처리수 공급펌프(270)가 더 구비된다.
상기 무산소조(220)는 상기 전처리 산화장치(100)로부터 이송되는 혐기성 소화액 처리수가 저장되며, 혐기성 소화액 처리수에 포함된 질산성질소를 탈질반응에 의하여 질소 가스로 제거하거나 BOD성분을 제거하는 것이 가능하도록 무산소조 교반기(221)를 통해 혼합액이 침전되지 않도록 혼합시키며 무산소 조건을 유지하도록 구성된다.
상기 막분리호기조(230)는 상기 전처리 산화장치(100)로부터 이송되는 혐기성 소화액 처리수가 저장되며, 유기물의 산화, 암모니아의 산화, 인의 과잉 섭취 등의 반응을 통해 혐기성 소화액 처리수에 포함된 BOD 및 부유물질을 분리막을 이용하여 제거하도록 구성된다.
상기 호기조반송펌프(240)는 혐기성 소화액 처리수를 순산소를 용존할 수 있는 저류탱크(160)로 반송시키는 것으로서, 이로 인하여 BOD와 부유물질의 제거효율을 향상시키는 것이 가능하다.
상기 잉여슬러지펌프(250)는 막분리호기조(230)에서 발생된 잉여슬러지를 슬러지탈질조(210)로 반송시키는 것으로서, 막분리호기조(230)에 잔류하는 잉여슬러지에 대한 재탈질을 통해 양질의 액비를 생산하도록 가이드하게 된다.
상기 공기압축기(260)는 막분리호기조(230)의 내부로 공기를 공급하는 것으로서, 공기 공급을 통해 분리막에 붙어있는 부유물질들이 효율적으로 탈리되는 것을 가능하게 한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 고농도 유기성 폐수처리를 위한 전기화학적 공정을 이용한 질소처리시스템의 구성도이다.
도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 고농도 유기성 폐수처리를 위한 전기화학적 공정을 이용한 질소처리시스템은 RW-EDI(Resin Wafer-Electrodeionization) 장치(310)와 가압식 순산소 용해장치(320)와 오존나노 부상장치(330)를 포함하여 구성된다.
소화조 내에서 탄수화물이 메탄으로 전환됨에 따라 낮은 C/N비를 안정적으로 처리하기 위해 생물학적 호기성 처리하기 위한 방안으로 고농도 질소 회수장치인 RW-EDI 장치(310)가 전처리공정으로 필요하다.
고농도의 유기성 폐기물의 혐기성 소화공정을 거쳐 유입되는 소화처리수가 전탈질조(210a)로 유입되어 RW-EDI기술을 활용한 전기화학적 암모니아 스트리핑이 설치된 RW-EDI 장치(310)로 이송한다.
상기 RW-EDI(310) 장치는, 유입된 고농도 유기성 폐기물 소화액에 함유된 암모늄이온이 양이온 교환막을 통과하여 음극으로 이동하고 또한 전기분해 때문에 양극에서는 수소이온과 전자가, 음극에서는 수산화이온이 발생하며, 음극으로 이동한 암모늄이온은 수산화이온에 의해 pH 증가로 암모니아 가스로 전환한다.
이로 인해 스트리핑 타워를 이용하지 않고 가스투과막을 이용하여 질소를 회수하고 암모니아를 포집하는 역할을 하여 자원을 회수함으로써 기존 기술에 비하여 pH를 올리기 위한 약품 사용이 없어 운영비 감소와 폐액이 발생되지 않아 친환경적이다.
상기 RW-EDI 기술은 레진웨이퍼(이온교환수지) 이용 전기화학적 탈이온화 공정으로 ED(전기투석)+탈염(Ion-exchange) 기술이 결합된 것으로, ED 공정의 다공성 이온교환수지(레진)을 웨이퍼 형태로 만들어 전기효율 제고 및 분리 효율을 증대할 수 있다.
또한, 레진웨이퍼의 높은 표면적으로 인해 가스-액체 교환이 잘 이루어지고, 물분해(water splitting)로 인해 이온교환수지의 재생이 이루어지며 전기화학적으로 pH 제어할 수 있다.
또한, 이온교환 수지와 멤브레인 분리가 결합이 높은 에너지 효율을 나타내고, 상압 및 상온에서 운전이 가능하며 레진의 재생 없이 연속적으로 이온교환이 가능하다.
결국, 상기 RW-EDI 기술을 적용하여 전기화학적으로 pH를 높여 NH3(g) 형태로 암모니아성 질소를 탈기시켜, 산성상태에서 질산암모늄형태로 암모니아성 질소를 90% 이상 회수할 수 있다.
이후 RW-EDI를 거친 탈질된 혐기성 소화액을 무산소조(220)로 유입한다.
상기 무산소조(220)에서 탈질 미생물이 유기물과 함께 에너지원으로 질산성 질소를 사용하여 질소 가스로 제거하며 가압식 순산소 용해장치(320)가 설치된 폭기조(272)로 유입된다.
상기 가압식 순산소 용해장치(320)는 20ppm 이상의 용존산소량(DO)을 가지는 순산소를 폭기조(272)에 주입하여 혐기성 조건의 소화처리수를 빠른 시간 내 호기성조건으로 전환시키는 역할을 하여 산소 전달 효율을 높이고 에너지를 절감하며 생물학적 처리공정을 최적화한다.
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상기 가압식 순산소 용해장치(320)는 산소를 미세기포 발생후 가압탱크에서 용해율을 높여 DO 20ppm 이상으로 혐기성 상태에서 호기성으로 전환시 생물 반응조에서 질산화를 유도하고 폭기시스템을 개선하며 산소전달 효율을 극대화시키는 DO 시스템으로 운전 인자들을 실시간/준실시간/기록분석 장치를 포함한다.
이와 같이 상기 가압식 순산소 용해장치(320)는 다단 기액전단믹서 펌프와 미세기포 노즐을 이용하여 산소를 용해시켜 종래 압축탱크 및 노즐방식 대비 기체 산소에 대한 용해율과 기포밀도가 매우 높다.
또한, 혐기성 소화처리수는 혐기상태로 유출되므로, 호기의 미생물 성장조건에 적합한 호기성 조건으로 신속한 전환이 가능하고, 폭기조의 높은 용존산소를 유지함으로, 폭기조의 용량을 감소시킬 수 있다.
이후 호기성조건에서 질산화된 소화처리수들은 후탈질조(210b)와 재폭기조(274)를 거쳐 반응응집조(332)로 유입되어 반응 응집하고, 오존나노 부상장치(330)가 설치된 최종침전지에서 최종 방류된다.
상기 오존나노 부상장치(330)는 도 5에 도시된 바와 같이 오존나노 버블장치(336)가 결합된 가압부상조(334)로 이루어진다.
즉, 오존나노 버블장치(336)에서 발생한 OH 라디칼에 과산화수소를 첨가하여 강력한 OH 라디칼 증폭하고 가압부상조(334)를 이용해 고액분리한다.
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이로 인해 강화된 TOC 배출규제에 따른 대응성을 확보할 수 있고 미세 기포로 인해 극대화된 부유물을 부상할 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 의하면, 가압식 순산소 용해장치(320)를 통해 혐기성 미생물을 단시간 내에 호기성 미생물로 전환하여 액비를 고속생산하는 것이 가능할 뿐만 아니라, RW-EDI 장치(310)를 이용하여 암모니아성 질소를 함유한 고농도 혐기성 소화처리수에서 전기화학적으로 pH를 높여 NH3형태로 암모니아성 질소를 전환시키고 가스 투과막을 통과시켜 막 표면에서 탈기해 산성 상태에서 질소를 포집함으로써 90% 이상의 암모니아성 질소를 회수하는 것이 가능해지며, 오존나노 부상장치(330)의 오존 마이크로 버블이 결합된 가압부상조를 이용하여 난분해성 물질 등 및 방류수 수질 기준 이하로 처리할 수 있다.
그리하여 고농도의 유기성폐기물 혐기성 소화시설에서 발생하는 소화액처리수를 종말처리장과 연계 및 가축분뇨의 관리 및 이용에 관한 법률 중 공공처리시설 방류수 수질기준(2023년 1월 1일, 적용)인, BOD 30㎎/L 이하, TOC 55㎎/L 이하, SS 30㎎/L 이하, TN 60㎎/L 이하, TP 8㎎/L 이하, 대장균군수 3,000개/㎖ 이하를 충족시킬 수 있다.
이상에서 본 발명에 대한 기술 사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
또한, 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
100: 전처리 산화장치 200: 생물반응 여과장치
210a,210b: 탈질조 220: 무산소조
272,274: 폭기조 300: 질소회수 시스템
310: RW-EDI 장치 320: 가압식 순산소 용해장치
330: 오존나노 부상장치 332: 반응응집조
334: 가압부상조 336: 오존나노 버블장치
210a,210b: 탈질조 220: 무산소조
272,274: 폭기조 300: 질소회수 시스템
310: RW-EDI 장치 320: 가압식 순산소 용해장치
330: 오존나노 부상장치 332: 반응응집조
334: 가압부상조 336: 오존나노 버블장치
Claims (7)
- 전처리 산화장치;
고농도의 유기성폐수를 처리하여 탄수화물이 메탄으로 전환됨에 따라 낮은 C/N비를 안정적으로 처리하기 위해 생물학적 호기성 처리 방안으로, 소화처리수에 함유된 암모늄이온이 양이온 교환막을 통과하여 음극으로 이동하고, 전기분해로 양극에서는 수소이온과 전자가, 음극에서는 수산화이온이 발생하여, 음극으로 이동한 암모늄이온은 수산화이온에 의한 pH 증가로 암모니아 가스로 전환, 가스투과막을 이용 암모니아성 질소를 포집하는 RW-EDI 장치; 및
슬러지탈질조, 무산소조, 막분리호기조로 구성되는 생물반응 여과장치; 를 포함하되,
상기 RW-EDI 장치는 레진웨이퍼(이온교환수지) 이용 전기화학적 탈이온화 공정으로, ED(전기투석)+탈염(Ion-exchange) 기술을 결합하여 RW-EDI 및 가스투과막을 이용하여, 전기화학적으로 pH를 높여 NH3(g) 형태로 암모니아성 질소를 전환시키고, 가스투과막을 통과시켜 막 표면에서 탈기시켜, 산성 상태에서 질소를 포집하고 황산암모늄/인산암모늄의 고농도 질소함유 액비 형태로 이용가능하게 하고,
상기 소화처리수는,
유기성 폐기물의 혐기성 소화공정을 거친 혐기성 소화액 처리수가 유입되며, 혐기성 소화액 처리수에 포함된 혐기성 미생물을 호기성 미생물로 전환하여 액비를 생산할 수 있도록 산소를 공급함에 따라 혐기소화처리를 진행하는 전처리 산화장치를 거쳐,
상기 전처리 산화장치를 거친 혐기성 소화액 처리수에 포함된 BOD 및 부유물질을 생물반응을 통해 고액분리하여 균질성을 확보한 액비를 생산하며, 혐기성 소화액 처리수의 방류처리를 가능하게 하는 생물반응 여과장치의 전탈질조로 유입되어 RW-EDI 장치로 이송되며, 상기 RW-EDI 장치를 거친 탈질된 혐기성 소화액은 생물반응 여과장치의 무산소조로 유입되어 혐기성 소화액 처리수에 포함된 질산성질소나 BOD 성분이 제거된 후, 생물반응 여과장치의 막분리호기조로 이송되는 것을 특징으로 하는 고농도 유기성 폐수처리를 위한 전기화학적 공정을 이용한 질소처리시스템. - 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 RW-EDI 장치를 거친 탈질된 혐기성 소화액은 생물반응 여과장치의 전탈질조 후단에 연결된 생물반응 여과장치의 무산소조로 유입되어 탈질 미생물이 유기물과 함께 에너지원으로 질산성 질소를 사용하여 질소 가스로 제거한 후 가압식 순산소 용해장치가 설치된 폭기조로 유입되되,
상기 가압식 순산소 용해장치는 높은 용존산소량(DO)을 가지는 순산소를 폭기조에 주입하여 혐기성 조건의 소화처리수를 빠른 시간 내 호기성조건으로 전환시키는 것을 특징으로 하는 고농도 유기성 폐수처리를 위한 전기화학적 공정을 이용한 질소처리시스템. - 삭제
- 제4항에 있어서,
상기 호기성조건에서 질산화된 소화처리수들은 생물반응 여과장치의 후탈질조와 재폭기조를 거쳐 반응응집조로 유입되어 반응 응집하고, 오존나노 부상장치가 설치된 최종침전지에서 최종 방류되되,
상기 오존나노 부상장치는 오존나노 버블장치가 결합된 가압부상조로 이루어져, 오존나노 버블장치에서 발생한 OH 라디칼에 과산화수소를 첨가하여 강력한 OH 라디칼 증폭하고, 가압부상조에서 고액분리하는 것을 특징으로 하는 고농도 유기성 폐수처리를 위한 전기화학적 공정을 이용한 질소처리시스템. - 삭제
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| KR1020220081099A KR102563906B1 (ko) | 2022-07-01 | 2022-07-01 | 고농도 유기성 폐수처리를 위한 전기화학적 공정을 이용한 질소처리시스템 |
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100948807B1 (ko) * | 2009-12-17 | 2010-03-24 | 플러스이앤씨(주) | 응집 부상장치를 이용한 하·폐수 고도처리장치 |
| KR101973394B1 (ko) | 2019-01-29 | 2019-04-29 | 새한환경기술(주) | 산화시설 및 여과시설을 포함하는 액비화 시스템 |
| KR102213607B1 (ko) * | 2020-05-26 | 2021-02-08 | 새한환경기술(주) | 산화를 이용한 생물반응 여과장치가 구비된 혐기성 소화액 처리 시스템 |
| KR102262066B1 (ko) * | 2019-08-29 | 2021-06-08 | (주)이앤이솔루션 | 미세기포 발생장치를 이용한 가압부상조 |
-
2022
- 2022-07-01 KR KR1020220081099A patent/KR102563906B1/ko active IP Right Grant
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