KR20000016879A - 기능세라믹을사용한탈취정화및수촉매처리장치,수촉매처리장치이용배액처리시스템및촉매수사용방법 - Google Patents

기능세라믹을사용한탈취정화및수촉매처리장치,수촉매처리장치이용배액처리시스템및촉매수사용방법 Download PDF

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Abstract

간단한 구성의 수촉매처리에 의해 배수처리에서의 수질개선, 업무용수의 수질개선을 도모하고 또한 효율 좋은 가스의 탈취, 정화를 행하도록 한다.
바닥부근에 급기부(4)와 배수부(7)를 갖고 천정부근에 배기부(5)와 수용액을 도입하여 샤워링하는 살수노즐(14)을 포함하는 급수부(6)를 갖는 처리탱크(1)와, 패라이트계에 적어도 자성체나 철, 코발트, 티탄 등 복수종류의 금속산화물을 조합한 것을 소결하여 이루어지는 다수의 기능세라믹 입체(2)를 혼합하여 수용하고 처리탱크(1) 내에 배치되는 다수의 용기(3)를 구비하고, 급수부에서 차아염소산소다 또는 염소를 첨가한 수용액을 도입하여 다수의 기능세라믹 입체의 위쪽에서 샤워링함과 동시에 급수부로부터 기체를 도입하여 기능세라믹의 촉매작용을 이용하여 탈취정화와 촉매수 생성을 하여 촉매수를 바닥부로부터 소정 레벨까지 저장하여 바닥부근의 배수부에서 배출한다.

Description

기능세라믹을 사용한 탈취정화 및 수촉매처리장치, 수촉매처리장치이용 배액처리시스템 및 촉매수 사용방법{Water-Catalyst Treating Apparatus Using Function Ceramic, Liquid Discharging System Using Water-Catalyst Treating Apparatus, and Water-Catalyst Using Method}
본 발명은 기능세라믹의 촉매작용을 이용하여 기체의 탈취정화를 함과 더불어 촉매수를 생성하여 배액처리를 하는 기능세라믹을 사용한 탈취정화 및 수촉매처리장치에 관한 것이다.
최근에는 배기나 배수에 의한 대기, 하천·호수와 늪·바다의 오염이 환경파괴로서 큰 문제가 되고 있다. 그 중에서 배수에 의한 하천·호수와 늪·바다의 오염을 생각해 보면, 배수에는 여러 종류가 있으며 여러가지 규제가 만들어져 있다. 예를 들면, 농업촌락배수에서는 농업촌락배수사업 실시요강(소화58년 4월 4일 농림수산사무차관)이 책정되어 있고, 그 취지는 다음과 같은 것이다.
최근 농촌사회에서의 혼주화(混住化)의 진전, 생활양식의 고도화, 농업생산양식의 변모 등, 농업 및 농촌을 둘러싼 상황의 변화에 의해 농업용배수의 혼탁이 진행되고, 이는 농작물의 생육장해, 토지개량시설의 유지관리비증대, 악취의 발생 등, 농업생산환경 및 농촌생활환경의 양면에 큰 문제를 발생시키고 있다. 이 때문에 농업용 용배수의 수질보전, 농업용 용배수시설의 기능유지 또는 농촌생활환경의 개선을 도모하고, 그와 함께 공동수역의 수질보전에 기여하기 위해 농업촌락에서의 배설물, 생활배수 등의 오수, 오니(汚泥) 또는 빗물을 처리하는 시설을 정비한다는 것이다.
배수에는 이러한 농업촌락배수 이외에도 양돈 등 축산업의 배수, 일반가정의 생활배수, 식품공장이나 반도체 제조공장, 그 외의 공장배수, 골프장 등의 레저용배수 등, 일정기준 이상의 수질로 개선할 필요가 있는 배수는 우리 주위에 많이 존재하고 있다. 게다가 이러한 배수는 각각 배설물이나 화학비료, 세제, 가정용기름 등, 처리대상이 되는 성분이 달라서 탈취, 기름분해, 멸균 등 수질개선의 목적과 효과도 여러가지이다.
그러나, 이렇게 다양한 배수에 대하여 효과적으로 수질을 개선하기 위해서는 각각의 목적에 따라 규모가 크고 복잡한 배수처리시설이 필요하게 되고, 배수처리에 드는 비용이 높아진다는 문제가 있다.
또, 배수처리나 오수처리, 오니(汚泥)처리를 하는 시설, 축산사육장, 식육가공장 등의 시설에서는 유화수소가스, 암모니아가스와 그 외 악취성분을 함유한 가스가 대량으로 발생하기 때문에 탈취를 하여 공기정화를 하는 장치가 사용된다. 탈취를 위해 종래부터 사용되고 있는 장치로서, 예컨대 악취성분의 주체인 유화수소를 함유한 가스를 알칼리수용액과 접촉시킴으로써 유황화합물을 흡수제거하는 것이 있다.
그러나, 이러한 알칼리세정에 의해 탈취하려는 것에서는, 알칼리세정액으로서 가성(苛性)소다를 사용하면 세정액에 흡수된 이산화탄소가 가성소다와 반응하여 탄산소다나 중탄산소다로 변화하여 효율(제거율)이 저하한다. 그 때문에 소기의 효율을 유지하는 데에는 가성소다의 보충이 필요해지므로 충분한 유화수소의 제거효율을 유지하기가 어렵다. 또, 알칼리세정으로 제거되지 않는 미량의 유황화합물을 제거하는 방법으로서 활성탄흡착법이나 오존탈취촉매법 등을 조합하여 채용하고 있다.
여기에서 유화수소 등의 유황화합물을 주체로 하는 주기(周期,cycle)성분함유가스에서 유황화합물을 효율적으로 제거하기 위해 알칼리세정액으로서 아연염을 포함하는 탄산소다수용액중에 접촉시켜 유황화합물중의 유황원자를 유화아연으로서 분리제거하는 방법이 제안되어 있다(예를 들면, 일본국 특허제2731124호). 이 방법에 의하면 탄소소다수용액중 아연염의 함유량을 수용액중에 현탁물 및 침전으로서 축적된 유화아연에 대해 해당 중량비로 3배 이상으로 유지해야 할 필요가 있기 때문에 아연염 함유량의 조정, 유지에 특별한 배려가 필요하게 된다.
본 발명은 상기의 과제를 해결하기 위한 것으로서 간단한 구성의 수촉매처리에 의해 배수처리에서의 수질개선, 업무용수의 수질개선을 도모하면서도 효율적인 가스의 탈취, 정화를 할 수 있도록 한 것이다.
도 1은 본 발명에 관한 기능세라믹을 사용한 탈취정화 및 수촉매처리장치의 실시형태를 나타낸 도,
도 2는 본 발명에 관한 기능세라믹을 사용한 탈취정화 및 수촉매처리장치를 이용한 수처리시스템의 실시형태를 나타낸 도,
도 3은 본 발명에 관한 촉매수 사용방법의 실시형태를 나타낸 도,
도 4는 배수처리시설의 구성예를 나타낸 도,
도 5는 처리시설에서의 본 발명에 관한 탈취정화 및 수촉매처리장치의 촉매수 사용전과 사용후의 유화(硫化)수소농도의 비교예를 나타낸 도,
도 6은 처리시설에서의 본 발명에 관한 탈취정화 및 수촉매처리장치의 촉매수 사용전과 사용후의 메탄가스농도의 비교예를 나타낸 도.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
1 : 처리탱크 2 : 기능세라믹 입체(粒體)
3 : 용기 4 : 급기부(給氣部)
5 : 배기부 6 : 급수부(給水部)
7 : 배수부 8∼11 : 밸브
12 : 배기팬 13 : 촉매수
14 : 살수(撒水)노즐
본 발명은 기능세라믹의 촉매작용을 이용하여 기체의 탈취정화를 함과 더불어 수(水)처리를 해서 촉매수를 생성하는 기능세라믹을 사용한 탈취정화 및 수촉매처리장치에 있어서, 바닥부근에 기체를 도입하는 급기부(給氣部)와 촉매수를 배출하는 배수부를 구비하고 천정부근에 기체를 배기하는 배기부와 수용액을 도입하여 샤워링하는 살수(撒水)노즐을 포함하는 급수부를 갖는 처리탱크와, 바인더(binder)로서 수지나 유리를 사용하고 패라이트(ferrite)계에 적어도 자성체나 철, 코발트, 티탄 등 복수종류의 금속산화물을 조합한 것을 소결(燒結,sintering)하여 이루어진 다수의 기능세라믹 입체(粒體)를 혼합해서 수용하고 상기 처리탱크 내의 급기부와 배기부 사이에 배치되는 다수의 용기를 구비하며, 상기 급수부에서 차아염소산소다 또는 염소를 첨가한 수용액을 도입하여 상기 다수의 기능세라믹 입체의 위쪽에서 샤워링함과 동시에 상기 급기부에서 기체를 도입하여 각각 상기 다수의 기능세라믹 입체에 통과접촉시킴으로써 기능세라믹의 촉매작용을 이용하여 기체의 탈취정화와 촉매수를 생성하고, 상기 생성한 촉매수를 바닥부분으로부터 소정레벨까지 저장하여 상기 바닥부근의 상기 배수부에서 배출하도록 구성한 것을 특징으로 하는 것이다.
혐기성(嫌氣性)여과조, 호기성(好氣性)여과조, 침전조, 오니조(汚泥槽)를 구비한 배수처리시설에 의해 각종 배수에 대한 수질개선정화처리나 그리스(grease), 그 외의 배유(排油)를 포함하는 배액의 정화처리를 하는 배액처리시스템에 있어서, 다수의 기능세라믹 입체(粒體)를 혼합하여 처리탱크에 수용하고 원수(原水)에 차아염소산소다를 첨가한 수용액을 상기 처리탱크에 도입하여 그 수용액을 상기 기능세라믹 입체에 통과접촉시킴으로써 촉매작용을 이용한 수처리를 하여 촉매수를 생성하는 수촉매처리장치와, 그 수촉매처리장치에 의해 생성된 촉매수를 상기 각종 미처리배수나 배액에 혼합하는 혼합수단과, 또한 상기 수촉매처리장치의 상기 원수(原水)로서 상기 배수처리시설에서 방출되는 처리후의 배수에서 일부 추출하는 추출수단을 구비하고, 상기 배수처리시설에서 방출되는 처리후 배수의 일부를 상기 수촉매처리장치에 원수로서 순환시켜 생성된 촉매수를 각종 배수나 배액에 혼합하여 배액처리를 하도록 구성된 것을 특징으로 하는 것이다.
또, 촉매수 사용방법으로서는 사용후의 배수에 수질개선정화처리를 하여 방류하는 배수처리시설을 구비한 수사용시설에 있어서, 다수의 기능세라믹 입체를 혼합하여 처리탱크에 수용한 수촉매처리장치에 원수를 도입하고, 그 원수에 차아염소산소다를 첨가한 수용액을 상기 기능세라믹 입체에 통과접촉시킴으로써 촉매작용을 이용한 수처리를 하여 생성된 촉매수를 상기 수사용시설에서 사용하는 물로서 공급하는 것을 특징으로 하고, 촉매수를 그리스나 그 외의 폐유에 혼합하여 폐유처리하는 것을 특징으로 하는 것이다.
이하 본 발명의 실시형태를 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명에 관한 기능세라믹을 사용한 탈취정화 및 수촉매처리장치의 실시형태를 나타낸 도면으로서, 도면중 부호 1은 처리탱크, 2는 기능세라믹 입체, 3은 용기, 4는 급기부, 5는 배기부, 6은 급수부, 7은 배수부, 8∼11은 밸브, 12는 배기팬, 13은 촉매수, 14는 살수노즐을 나타낸다.
도 1에서 처리탱크(1)는 천정부근에 배기부(5), 배기팬(12), 그 하부에 급수부(6), 살수노즐(14)을, 바닥부근에 급기부(4), 배수부(7)를 각각 갖고, 내부에 다수의 기능세라믹 입체(2)를 혼합하여 수용한 용기(3)를 다단으로 배치한 것이다. 급수부(6)는 밸브(10)를 통해 원수에 점적제(点滴劑)로서 차아염소산소다(NaCIO)를 점적하고, 농도가 1∼3ppm정도인 차아염소산소다수용액을 살수노즐(14)에 공급하여 위쪽부터 처리탱크(1) 안으로 도입하는 것이다. 배수부(7)는 살수노즐(14)에 의해 샤워링되어 다수의 기능세라믹 입체(2)와 통과접촉할 때에 촉매작용에 의해 생성된 촉매수(13)를 배출하는 것으로서, 밸브(11)를 통해 도시한 바와 같이 처리탱크(1)의 바닥으로부터 소정의 높이레벨에서 배출되도록 함으로써 그 소정의 높이레벨까지 촉매수를 처리탱크(1)에 저장한다. 그 높이레벨은 예를 들면, 용기(3)의 단수 1/2까지 해도 좋고, 촉매수(13)중의 용기(3)의 단수, 촉매수(13)의 수면보다 위에 있는 용기(3)의 단수를 각각 적절하게 바꾸어도, 용기(3)에 따라 높이레벨을 조정해도 좋다. 급기부(4)는 밸브(8)를 통하여 예컨대 악취성분 함유가스 이외의 가스, 공기 등의 기체를 공급하여 바닥부근에서 처리탱크(1)안에 저장된 촉매수중에 도입하는 것이다. 배기구(5)는 급기부(4)에서 도입된 기체가 다수의 기능세라믹 입체(2) 및 촉매수와 통과 접촉할 때에 탈취, 정화된 기체를 밸브(9)를 통하여 배기하는 것이며, 그 기체를 배기부(5)로 보내는 것이 배기팬(12)이다.
기능세라믹 입체(2)는 바인더로서 수지나 유리를 사용하여 패라이트계에 적어도 자성체나 철, 코발트, 티탄 등 복수종류의 금속산화물을 조합한 것을 소결한 것으로, 제1입체, 제2입체, 제3입체로 되는 성분농도가 다른 다수종류의 입체를 용기(3)에 혼합하여 수용하고 이것을 여러단(도시한 예에서는 4단)에 겹쳐서 착탈교환이 가능하도록 배치한다. 제1입체는 패라이트계에 적어도 자성체(磁性體), 철, 몰리브덴, 코발트, 티탄, 마그네슘, 알루미늄, 칼륨, 지르코늄, 규소의 금속산화물을 조합한 것을 소결하여 되며, 제2입체는 패라이트계에 적어도 자성체와 철과 망간, 코발트, 티탄, 마그네슘, 알루미늄, 칼륨, 지르코늄, 규소의 금속산화물을 조합한 것을 소결하여 되고, 제3입체는 적어도 산화알루미늄, 지르코니아, 규조토(珪藻土,diatomaceous earth), 티탄산배리움의 금속산화물을 조합한 것을 소결하여 된다.
이들 입체는 성분농도를 제어하고 원자의 퍼센트를 바꿈으로써 이온반응효율을 높일 수 있고, 제1입체는 특히 살균, 탈취작용에 현저한 효과를 갖고, 제2입체는 기름분해, 살균작용에 현저한 효과를, 제3입체는 기름분해작용에 현저한 효과를 갖는 것이 확인되었다. 또, 제1입체와 제2입체를 혼합시키면 제1입체와 제2입체는 성분농도가 다르기 때문에 서로 반응하여 이온발생효율이 좋아지고, 또한 제3입체를 소량 추가함으로써 기름분해가 잘 된다는 것도 실제로 증명되고 있다. 게다가 제3입체는 응결작용이 강해서 분자를 집괴(集塊,floc)상(狀)으로 형성하고 유분을 친수(親水), 친유성으로 하는 작용이 있다. 그 때문에 오니의 침전속도가 빨라지는 효과도 배수처리장에서 다수 확인되고 있다. 즉, 유기분해하는 움직임이 좋아지므로 수질개선에 기여하고 기름의 산화취를 제거하여 탈취효과를 더욱 좋게 하는 것에 직결된다. 이것은 긴 기간동안 기능세라믹의 연구에 대한 경험과 반복시험에 의한 것이며, 이 경험치에 의해 탈취, 수질개선 등에 응용하여 각 입체의 비율기준이 결정된다.
따라서, 성분농도를 제어하고 또한 제1∼제3 입체의 혼합비율을 변화시킴으로써 처리목적에 따른 효과를 높일 수 있다. 예를 들면 양돈 등의 축산업배수나 농업촌락배수, 일반가정의 생활배수에 대해서는 암모니아나 유화수소, 질소, 인 등이 많아 탈취효과가 특히 요구된다. 또, 식품공장의 배수나 식당, 레스토랑의 배수를 포함한 공장배수에 대해서는 기름, 질소, 인 등이 많아 기름분해효과가 특히 요구된다. 이러한 각각의 요구에 따라 제1∼제3 입체의 혼합비율이 설정된다.
본 발명에 관한 기능세라믹을 사용한 탈취정화 및 수촉매처리장치에서는 차아염소산소다수용액을 살수노즐(14)에 의해 샤워링 해서 상단의 기능세라믹 입체(2)부터 순차적으로 통과접촉시키고, 또한 아래쪽에 저장하여 배수부(7)까지의 사이에서 하단의 기능세라믹 입체(2)에 통과접촉시켜서 촉매작용을 이용한 수처리를 하여 촉매수를 생성하고, 그 촉매수(13)를 바닥부근의 배수부(7)에서 밸브(11)를 거쳐 배출하여 오수나 배수, 오니에 첨가함으로써 처리효과를 개선하거나 업무용수 등의 수질을 개선하기도 하는 촉매수로서 이용한다. 한편, 차아염소산소다수용액을 상기한 바와 같이 기능세라믹 입체(2)에 통과접촉시켜서 생성된 촉매수에 의해 가스중의 암모니아, 다이옥신, 탄산가스(CO2), 유화수소가 제거되어 탈취, 정화를 할 수 있게 된다.
또, 상기한 구성장치에서는 차아염소산소다수용액이 처리탱크(1) 안에서 위쪽에서 아래쪽을 향하여 흐르면서 다단으로 배치한 기능세라믹 입체(2)를 통과접촉하여 촉매수가 생성되어 배출됨과 동시에 이와 반대방향인 아래쪽에서 위쪽을 향하여 가스가 흐르기 때문에 저장된 촉매수(13) 안에는 가스가 기포로 되어 기능세라믹 입체(2) 사이로 올라가서 요동하거나 상호접촉함으로써 기능세라믹 입체(2)에 부착된 더러움을 제거하여 세정할 수가 있다. 따라서 기능세라믹 입체(2)를 위쪽단과 아래쪽단에서 가끔씩 교환함으로써 촉매수(13) 안의 것과 그 위쪽에 있는 것을 같은 상태로 유지할 수 있다.
배수부(7)에서 배출되는 촉매수는 농업촌락 배수처리장이나 축산업계의 처리장, 사육장, 식육센타, 콤포스트(compost), 공장 등의 물로서 또는 첨가혼합하여 사용하고, 또 배수에 첨가혼합하여 사용함으로써 촉매효과에 의한 반응으로 후술하는 바와 같은 탈취, 살균, 탈(脫)질소, 탈(脫)인, 수질개선, 오니경감, 폭기(曝氣)에너지 절약 등의 각종 효과를 높일 수 있다.
도 2는 본 발명에 관한 기능세라믹을 사용한 탈취정화 및 수촉매처리장치를 이용한 수처리시스템의 실시형태를 나타낸 도면으로서, 도면중 부호 21은 처리탱크, 22는 배수처리시설, 23은 차아염소산소다 첨가부, 24는 촉매수 혼합부, 25는 처리후의 배수추출부를 나타낸다.
도 2에서, 처리탱크(21)는 도 1에서 이미 설명한 것으로, 바인더로서 수지나 유리를 사용하고 패라이트계에 적어도 자성체나 철, 코발트, 티탄 등의 복수종류의 금속산화물을 조합한 것을 소결하여 되는 다수의 기능세라믹 입체를 혼합해서 수용하고, 처리탱크에 원수(原水)를 도입하여 그 원수를 기능세라믹 입체에 통과접촉시킴으로써 촉매수를 생성하는 것이다. 배수처리시설(22)은 양돈 등 축산업의 배수, 농업촌락배수, 일반가정의 생활배수, 골프장 등의 레져용배수와 그 이외의 미처리배수를 도입하고 소정의 기준을 만족시키는 수질이 되도록 수질개선정화처리를 하는 시설이며, 예를 들면 혐기성여과조나 호기성여과조, 침전조, 오니농축 저장조, 소독조 등을 갖는다. 또한, 혐기성여과조나 오니농축 저장조에는 처리탱크(21) 또는 별도의 처리탱크에서 생성된 촉매수를 가해도 좋다. 이렇게 함으로써 또한 배수처리시설에 의한 처리효과를 높일 수 있기 때문이다. 차아염소산 소다 첨가부(23)는 처리탱크(21)로 도입되는 원수에 차아염소산소다를 첨가혼합하는 것이고, 촉매수 혼합부(24)는 미처리배수에다 처리탱크(21)에 의해 생성된 촉매수를 첨가혼합하는 것이다. 처리후배수 추출부(25)는 배수처리시설(22)에서 소정의 기준을 만족시키는 수질이 되도록 처리된 처리후의 배수에서 처리탱크(21)에 도입하는 원수로서 예를 들면 20% 정도를 추출하는 것이며, 이것에 차아염소산소다 첨가부(23)에서 차아염소산소다를 첨가혼합하여 처리탱크(21)에 도입하고 있다. 이렇게 처리후의 배수를 일부 추출하여 환류시켜서 촉매수를 생성함으로써 헛된 물의 사용을 막고 배수를 유효하게 활용할 수 있다. 또한, 통상 배수처리시설(32)에는 후술하는 바와 같이 소독조를 가지므로 이 소독조에서 차아염소산소다가 첨가혼합되는 경우에는 차아염소산소다 첨가부(23)가 생략된다.
도 3은 본 발명에 관한 촉매수 사용방법의 실시형태를 나타낸 도면으로서, 도면중 부호 31은 처리탱크, 32는 물(水)사용시설, 33은 배수처리시설을 나타낸다.
도 3에서 처리탱크(31)는 도 1에서 이미 설명한 것으로, 바인더로서 수지나 유리를 사용하고 패라이트계에 적어도 자성체나 철, 코발트, 티탄 등의 복수종류의 금속산화물을 조합한 것을 소결하여 되는 다수의 기능세라믹 입체를 혼합해서 수용하고 처리탱크에 원수(原水)를 도입하여 그 원수를 기능세라믹 입체에 통과접촉시킴으로써 촉매수를 생성하는 것이다. 수사용시설(32)은 처리탱크(31)에서 생성된 촉매수를 이용하는 예컨대 식품공장 등이다. 배수처리시설(33)은 수사용시설(32)에서 방출되는 배수가 소정의 기준을 만족시키는 수질이 되도록 처리하는 시설이며, 예를 들면 혐기성여과조나 호기성여과조, 침전조, 오니농축 저장조, 소독조 등을 갖는다. 또한, 혐기성여과조나 오니농축 저장조에는 처리탱크(31) 또는 별도의 처리탱크에서 생성된 촉매수를 가해도 좋다. 이렇게 함으로써 더욱더 배수처리시설에 의한 처리효과를 높일 수 있기 때문이다.
도 4는 배수처리시설의 구성예를 나타낸 도면으로서, 도면중 부호 41은 유량조정조, 42는 원수조(原水槽), 43은 혐기성여과조, 44는 호기성여과조, 45는 침전조, 46은 오니농축 저장조, 47은 소독조·방류조를 나타낸다.
도 4에서 유량조정조(41)는 예를 들면 촉매수를 포함하는 도 2에 나타낸 수사용시설(22)로부터의 방류수나, 촉매수를 혼합한 도 3에 나타낸 각종 방류수를 미처리배수의 원수로 하여 그 유량을 조정하는 것이고, 원수조(42)는 유량조정조(41)를 거친 원수를 저장하는 것이다. 혐기성여과조(43)는 혐기성 미생물에 의한 혐기성처리를 하고, 호기성여과조·폭기조(44)는 호기성 미생물에 의한 호기성처리 및 폭기처리를 하여 유기물을 산화시켜 탄화고형물로 하거나 또는 분말로 하는 것이다. 침전조(45)는 혐기성여과조(43) 및 호기성여과조·폭기조(44)에 의해 처리후의 물에 잔류하고 있는 오니를 침전시키고, 오니농축 저장조(46)는 혐기성여과조(43), 호기성여과조·폭기조(44), 침전조(45)로부터의 오니를 농축하여 저장하고 또한 필요에 따라서 오니저장조로 옮겨서 반출한다. 여기서 촉매수를 원수뿐만이 아닌 혐기성여과조(43), 오니농축저장조(46)에도 필요에 따라서 적절하게 가해도 좋다. 이렇게 함으로써 암모니아의 분해를 촉진하여 유기물의 산화, 탈취, 살균 등의 효과를 높일 수 있다. 또, 오니농축저장조(46)에서 배출되는 잉여수는 수질이 충분히 개선되어 있지 않으므로 혐기성여과조(43)로 되보내진다. 소독조·방류조(47)는 침류조(45)에서 오니를 침전시킨 윗부분의 맑은 물에 차아염소산소다를 가하여 소독하여 저장하고 처리후의 배수로서 방류하는 것이다.
배수처리시설은 예컨대 상기한 바와 같이 구성된 것이며, 종래부터 채용되고 있는 각종 처리시설, 예를 들면 앞에서 설명한 농업촌락배수 사업요강에 대응하여 사단법인 일본농업촌락배수협회(JARUS)에서 JARUS형 처리시설을 개발하고 있는데, 이들 처리시설도 채용할 수 있다. 덧붙여서 JARUS형 처리시설을 보면 처리대상인구 등에 따라 침전분리와 접촉폭기를 조합한 방식의 S형, 1형, 질소제거를 고려하여 혐기성여과와 접촉폭기를 조합한 방식의 2형, 유량조정조를 전치(前置)하고 혐기성여과와 접촉폭기를 조합한 방식의 3형, 질소제거를 고려하여 혐기성여과와 접촉폭기를 조합한 방식의 4형, 혐기성여과와 접촉폭기를 조합한 방식의 5형, 회분식(回分式) 활성오니방식의 6형, 질소제거를 고려한 회분식 활성오니방식의 7형, 7·G형, 연속유입간 헐폭기방식의 8형, 9형과 같이 각종 형식의 것이 있다.
배수처리시설에 따라서는 혐기성여과조(43)가 없는 경우나 호기성여과조·폭기조(44)가 없는 경우, 침전조(45)가 없는 경우가 있으나, 각각의 구성에 따라서 혐기성여과조(43)가 있는 경우에는 앞에서 서술한 바와 같이 혐기성여과조(43)에도 촉매수를 가함으로써 보다 수질 개선효과를 높일 수 있다. 즉, 본 발명은 배수처리시설의 구성이 특별히 한정되어 있는 것이 아닌 여러가지 구성과 방식의 배수처리시설에 적용할 수 있는, 다시 말해 그 때에 촉매수를 가함으로써 보다 그 처리효율을 높일 수 있다는 것이다.
이들 원수에 도 2나 도 3에 나타낸 바와 같이 본 발명에 관한 기능세라믹을 사용한 탈취정화 및 수촉매처리장치에 의해 생성된 촉매수를 사용함으로써 차아염소산소다(NaClO)가 물(H2O)과 접촉했을 때 가성소다(NaOH)로 화학변화하여 pH를 알칼리성으로 하므로 그 영향으로 미호기성 미생물이 발생하여 에어레이션(aeration,曝氣)이 거의 필요없게 된다. 따라서, 통상 1/4의 폭기로 미생물의 활동이 활발해지고 오니가 경감되므로 큰 에너지절약 효과를 얻을 수 있다. 게다가, 호기성여과조·폭기조(44)에 의한 처리에서는 효소(용산(溶酸)효소=DO)가 존재하는 곳에 호기생식하는 미생물을 이용함으로써 유기물이 산화하여 탄화물로 되기 때문에 유기물이 탄화고형물로 되고 또한 분말화하여 오니농축 저장조에서 반출되는 오니의 양을 적게 할 수 있다. 또한, 탈취, 살균, 기름분해 등 수질개선정화의 효과도 높일 수 있고, 그리스나 그 외의 공장폐유 등에 본 발명의 촉매수를 혼합함으로써 기름 특유의 걸쭉한 것이 없어져서 기름분해가 현저하게 촉진되는 것이 확인되고 있다.
다음으로, 원수(H2O)에 차아염소산소다(NaClO) 또는 염소(Cl2)를 1∼3ppm정도 첨가한 수용액이 기능세라믹 입체를 통과접촉할 때의 촉매작용에 의한 반응에 대해 설명한다.
NaClO + H2O → HClO + NaOH
Cl2+ H2O → HCl + HClO
HClO → HCl + O
Cl2+ H2O → HClO + H++ Cl-
HClO ←→ H++ ClO-
의 반응에 의해 차아염소산소다(NaClO)가 물(H2O)과 접촉했을 때 차아염소산(HClO)과 가성소다(NaOH)로 화학반응이 일어나 알칼리성이 된다. 이 반응은 매우 늦고 통상의 상태에서는 쉽게 오른쪽 방향으로는 진행하지 않으나, 기능세라믹은 오른쪽 방향으로의 작용을 현저하게 촉진하는 촉매로서 작용한다. 염소(Cl2)의 경우에 대해서도 이하 마찬가지이다. 그리고 차아염소산(HClO)은 거듭 분해하여 발생기의 산소를 발생하고 이 산소가 강력한 산화작용을 나타낸다. 그 때문에 생물의 부패냄새나 배설물냄새, 예를 들어 공중화장실의 불쾌한 냄새는 스카톨(3메틸인돌)이 주요한 성분인데, -NH-작용기(functional gruop)를 갖기 때문에 약한 염기성을 나타내고
2C9H9N + HCl → 2C9H9N · HCl
와 같이 염산과 반응하여 스카톨염산염을 생성한다. 아민(amine)의 염은 무취이고 가용성(可溶性)이 된다. 또, 배설물냄새의 성분인 암모니아는 차아염소산과
2NH4 ++ 3HClO → N2+ 3H2O + 5H++ 3Cl-
와 같이 반응하여 암모니아는 분해되어 무취화된다. 이들은 처리탱크에서 차아염소산소다가 가해진 물을 기능세라믹에 통과접촉시키기 때문에 촉매작용에 의해 쉽게 가수분해되어 앞의 화학식 1에 나타낸 바와 같이 차아염소산과 가성소다를 생성하기 때문이다.
또, 수중에 암모니아 또는 아민이 존재하면 염소와 결합하여 크로렐라민(NH2Cl)이 생성된다. 암모니아 함유수에 염소를 주입하면 잔류염소(Cl이 되지 않은 유리성염소)는 점차 증가하나, 어떤 지점에서 갑자기 감소하기 시작하여 극소점에 달해서는 다시 갑자기 증가하기 시작한다. 이 점을 불연속점이라 하는데 암모니아 등의 환원수질이 없어진 점이며, 여기까지 첨가된 염소량을 염소요구량이라고 한다. 결합잔류 염소수중에 질소화합물로서 암모니아, 아민 등과 결합하고 있는 염소가 존재한다. 차아염소산은 4HClO → 4HCl + 4O의 반응에 의해 살균·탈취·시안산(cyanic acid)화를 행한다.
또한, 유화수소는 가성소다와 같이
H2S + NaOH → NaHS + H2O
NaHS + NaOH → Na2S + H2O
Na2S + 4NaClO → Na2SO4+ 4NaCl
Na2S + NaClO + H2O → NaCl + NaOH + S
와 같이 반응하여 분해되어 무취화된다.
예를 들면 오래 사용한 수도관 내부에 침착(沈着)된 적혹이나 적녹이라고 불리는 화합물의 성분은 주로 수산화철(Fe(OH)3)이고, 그 외에 탄산칼륨(CaCO3), 탄산마그네슘(MgCO3), 탄화철(Fe2O3, Fe3O4) 등으로 구성되어 있다. 본 발명에 관한 기능세라믹을 사용한 탈취정화 및 수촉매처리장치에서는 촉매수중에 앞에서 서술한 바와 같이 차아염소산(HClO)이나 염산(HCl)이 생성되므로,
Fe(OH)3+ 3HCl → FeCl3+ 3H2O
CaCO3+ 2HCl → CaCl2+ H2CO3
와 같이 반응하고, Fe(OH)3은 가용성인 FeCl3로, 그리고 CaCO3은 가용성인 CaCl2로 변화하여 적혹을 용해한다.
미생물에 의한 배수처리에서는 효소(용산효소 = DO)가 존재하는 곳에 호기생식하는 호기성미생물을 이용함으로써,
(호기성산화)
유기물(CXHYOZ) + O2+ 호기성미생물 → CO2+ H2O + 미생물 활동에너지
(미생물체의 증식)
유기물(CXHYOZ) + N화합물 + O2+ 호기성미생물
→ CO2+ H2O + 에너지(흡열반응)
와 같이 반응하고 유기물이 산화분해하여 미생물의 활동에너지와 생물체의 증식에 사용된다. 그 때문에 유기물이 산화하여 탄화물로 되기 때문에 유기물이 탄화고형물이 되고 거듭 분말화하여 오니농축 저장조에서 반출되는 오니의 양을 적게 할 수 있다.
다음으로, 구체적인 실시예를 설명한다. 도 5는 처리시설에서의 본 발명에 관한 탈취정화 및 수촉매처리장치의 촉매수 사용전과 사용후의 유화수소농도의 비교예를 나타낸 도, 도 6은 처리시설에서의 본 발명에 관한 탈취정화 및 촉매처리장치의 촉매수 사용전과 사용후의 메탄가스농도의 비교예를 나타낸 도이다.
기능세라믹 입체로서 제1입체는 25ψ의 구(球)로서 패라이트계에 자성체, 철, 몰리브덴, 코발트, 티탄, 마그네슘, 알루미늄, 칼륨, 지르코늄, 규소를 포함하는 18종류의 금속산화물을 조합하고, 제2입체는 15ψ의 구로서 패라이트계에 자성체와 철, 망간, 코발트, 티탄, 마그네슘, 알루미늄, 칼륨, 지르코늄, 규소를 포함하는 18종류의 금속산화물을 조합하고, 제3입체는 15ψ의 구로서 산화 알루미늄, 지르코니아, 규조토, 티탄산배리움을 포함하는 금속산화물을 조합하여 소결하고 25kg중량의 내역으로서 제1 및 제2입체와 제3입체와의 비율을 95:5, 제1입체와 제 2입체와의 비율을 7:3으로 하였다. 즉, 제1입체를 약 16.525kg, 제2입체를 7.125kg, 제3입체를 1.250kg으로 하였다.
이 기능세라믹 입체에 1ppm의 차아염소산소다를 첨가혼합한 원수를 통과접촉시킴으로써 촉매작용을 이용한 수처리를 하여 촉매수를 생성하고, 이 촉매수를 농업촌락배수, 일반가정 생활배수의 배수처리장에 사용했을 때의 유화수소농도를 나타낸 것이 도 5 ①∼⑦의 ▲, 식품가공수처리장에 사용했을 때의 유화수소농도를 나타낸 것이 도 5 ⑧이후의 ▲이다. 이에 대하여 촉매수를 사용하기 전의 유화수소농도가 도 5의 각각의 ●이다. 농업촌락배수, 일반가정 생활배수의 배수처리장에 촉매수를 사용했을 때의 메탄가스농도, 촉매수를 사용하기 전의 메탄가스농도를 나타낸 것이 도 6이다. 기능세라믹 입체가 1kg에 대한 1시간당 촉매수의 양은 0.041∼0.043㎥/h였다.
이들 시험결과를 통하여 유화수소, 메탄가스가 거의 발생하지 않게 되고, 농업촌락배수, 일반가정 생활배수의 배수처리에서는 1주일∼10일 사이에 냄새가 거의 느껴지지 않을 정도로 경감하였으며, 또 폭기후의 활성오니의 침전속도가 단축되어 종래의 오니발생량보다 1/3 이상 경감되는 등의 효과가 인정되었다. 또, 공업용수 분야에서는 식품공장에서 사용하는 물을 촉매수로 교환함으로써 이제까지의 배수처리시설에서의 기능이 향상되고 방출되는 수질이 현격히 개선되었으며, 또한 오니잔류나 슬러지가 극히 경감되었다.
또, 레져용수 분야에서는 골프장의 저수지(분수지)에 대하여 촉매수를 사용함으로써 청조(靑藻)가 없어지고 물이 투명해졌다. 살수에 사용함으로써 잔디, 나무가 시드는 병이나 해충이 적어져서 무농약화를 꾀할 수 있게 되었다,
지금까지의 검사데이터에서는 pH가 6.2 → 7.5, BOD농도가 160 → 8.3mg/l, 현탁물질이 150 → 17mg/l, 전질소가 19 → 3.2mg/l의 결과이거나, 또는 pH가 7.1 →7.6, BOD농도가 36 → 7.0mg/l, 현탁물질이 140 → 27mg/l, 전질소가 17 → 11mg/l의 결과 등이 얻어지고 있다.
또, 본 발명에 관한 기능세라믹을 사용한 탈취정화 및 수촉매처리장치에 의해 생성된 촉매수를 사용하면 수시간 후에 단끝의 수도꼭지에서 나오는 물의 염소냄새가 없어져 파이프내의 적혹은 4개월 후에는 거의 제거된다. 따라서, 하수도에 방류하면 배수처리시설이나 하수관의 이상한 냄새가 없어진다. 이것은 에멀션(emulsion)작용의 향상과 유리잔류염소가 적혹에 소비되는 현상이 없어져서 그만큼 하수도에 많은 유리잔류염소가 흐르므로 살균효과가 상승하기 때문이라고 생각된다.
앞에서 말한 화학식 1의 반응에 의해 생성된 ClO-는 가스로서 존재하는 이분자염소(Cl2)나 차아염소산(HClO)에 비하여 활성이기 때문에 살균능력은 높다. 실제로 사우나에 설치된 순환욕조(1일 2000명 이용)에서 1dl 4,000,000개의 일반세균과 16개의 대장균이 검출되어 있었으나, 본 발명에 관한 기능세라믹을 사용한 탈취정화 및 수촉매처리장치에 의해 생성된 촉매수를 사용한 후 10일째의 수질검사에서는 일반세균이 3,500개로, 대장균이 0으로 감소하고, 또한 1개월 후에는 일반세균과 대장균 모두 0이되는 현저한 효과를 나타냈다.
또한, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것이 아니고 여러가지 변형이 가능하다. 예를 들면 상기 실시형태에서는 기능세라믹의 촉매수를 이용한 탈취정화 및 수촉매처리장치나 수처리시스템 및 방법을 설명했으나, 배기통이나 배연통, 공기청정기의 공기도입부를 촉매수 안에 도입하여 배기나 배연, 급기를 기포로 하여 통하게 하거나 촉매수를 배기통이나 배연통, 공기청정기의 공기도입부에 안개화하여 공급함으로써 배기나 배연, 급기의 정화에 이용하도록 구성해도 좋고, 탈취정화 및 수촉매처리장치에 악취성분을 함유하는 가스가 아닌 통상의 공기를 송급하도록 하여 단순히 촉매수를 생성하는 장치로서 사용해도 좋다. 본 발명에서는 탱크 내에 저장되는 촉매수의 레벨을 중간레벨로 설정하였으나 노즐이 있는 상부의 레벨까지 높여도 좋다. 또, 촉매수의 일부 또는 전부를 순환시켜서 원수와 차아염소산소다 또는 염소를 그 소모에 따라 적절하게 보충하여 가스의 탈취정화장치로서 사용해도 좋으며, 그 일부를 촉매수로서 배출하여 사용하도록 해도 좋다.
그 외에, 예를 들면 축산입하시의 몸체세정, 트럭세정, 탈취, 장내소독, 오물의 세정배출크린룸화 등에 촉매수를 사용함으로써 이들 배수의 수질개선정화의 효과를 높일 수 있다. 또, 본 발명에 관한 촉매수는 그리스트랩(grease trap,유수분리조)의 n헥산(hexane)개선, 수도간(水道間) 붉은녹과 붉은물의 방지, 쿨링타워(cooling tower)의 실리카(silica)해소, 수질개선, 콘덴서냉각효과의 상승, 에너지 절약, 보일러의 청관제(淸管劑), 탈산제의 저감(低減), 크린룸화(마루의 끈적거림, 도마, 반송기, 세정살균) 등을 목적으로 하여 이용할 수 있고 알칼리수, 용해하기 어렵고 딱딱하며 염소냄새가 없는 제빙수(製氷水), 생선회를 뜰 때 흩어지지 않고 드립(drip)현상이 없는 해동수(解凍水)로서 이용할 수가 있다.
이상의 설명으로부터 분명한 바와 같이 본 발명에 의하면 바인더로서 수지나 가스를 사용하고 패라이트계에 적어도 자성체나 철, 코발트, 티탄 등의 복수종류의 금속산화물을 조합한 것을 소결하여 된 다수의 기능세라믹 입체에다 원수에 차아염소산소다 또는 염소를 첨가한 수용액을 통과접촉시켜서 촉매작용에 의해 차아염소산을 생성하고, 높은 탈취, 살균, 유분분해 등의 효과를 향상시킬 수 있으며, 간단한 구성과 시스템으로 가스의 탈취정화, 수정화처리의 효율을 향상시킬 수 있다. 또한 촉매수는 그대로 물로서 업무용으로서 사용한 후에 배수처리시설에 방류함으로써 통상의 수돗물 등을 사용한 경우에 비해 처리효과를 높일 수 있고, 또 배수처리시설에서 처리하는 각종 배수, 폐유 등에 가함으로써 촉매수를 가하지 않은 경우에 비하여 폐기할 때의 처리효과를 높일 수 있다. 따라서, 배수처리시설을 생력화(省力化)할 수도 있고 통상 사용하는 수돗물 등에서 처리탱크를 통하여 촉매수를 생성하여 수질개선된 사용수로서 광범위한 여러가지 용도에 이용할 수 있는 등, 이들 이용에 의한 수질향상, 배수처리에서의 수질향상 효과는 현저하다.
본 발명에 관한 촉매수의 사용에 의하면 수처리분야에서는 적혹, 적수(赤水)의 제거, 염소냄새의 탈취(수영장), 살균작용의 향상(대중목욕탕, 수영장, 골프장의 잔디), 방식(防蝕)에 현저한 효과가 있고, 공기를 매체로 한 분야에서는 상쾌한 공기조성(휘트니스클럽, 사우나, 호텔룸, 컴퓨터룸), 크린룸의 먼지제거효과의 향상, 무균실(수술실, 치료실, 식품가공실)냉동고의 서리제거와 냉동효율의 향상 등에 현저한 효과가 있으며 폐유처리에서의 유수분리에 현저한 효과가 있다는 것이 확인되고 있다.

Claims (9)

  1. 기능세라믹의 촉매작용을 이용하여 기체의 탈취정화를 함과 더불어 수처리를 해서 촉매수를 생성하는 기능세라믹을 사용한 탈취정화 및 수촉매처리장치에 있어서, 바닥부근에 기체를 도입하는 급기부(給氣部)와 촉매수를 배출하는 배수부를 구비하고 천정부근에 기체를 배기하는 배기부와 수용액을 도입하여 샤워링하는 살수(撒水)노즐을 포함하는 급수부를 갖는 처리탱크와, 바인더(binder)로서 수지나 유리를 사용하고 패라이트(ferrite)계에 적어도 자성체나 철, 코발트, 티탄 등 복수종류의 금속산화물을 조합한 것을 소결(燒結,sintering)하여 이루어진 다수의 기능세라믹 입체(粒體)를 혼합해서 수용하고 상기 처리탱크 내의 급기부와 배기부 사이에 배치되는 다수의 용기를 구비하며, 상기 급수부에서 차아염소산소다 또는 염소를 첨가한 수용액을 도입하여 상기 다수의 기능세라믹 입체의 위쪽에서 샤워링함과 동시에 상기 급기부에서 기체를 도입하여 각각 상기 다수의 기능세라믹 입체에 통과접촉시킴으로써 기능세라믹의 촉매작용을 이용하여 기체의 탈취정화와 촉매수의 생성을 하고, 상기 생성한 촉매수를 바닥부분으로부터 소정레벨까지 저장하여 상기 바닥부근의 상기 배수부에서 배출하도록 구성한 것을 특징으로 하는 기능세라믹을 사용한 탈취정화 및 수촉매처리장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 저장하는 상기 촉매수의 소정레벨은 상기 다수의 용기단수의 1/2의 단수까지의 레벨인 것을 특징으로 하는 기능세라믹을 사용한 탈취정화 및 수촉매처리장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 용기는 상기 기능세라믹 성분농도가 다른 복수종류의 입체를 혼합하여 수용한 것임을 특징으로 하는 기능세라믹을 사용한 탈취정화 및 수촉매처리장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 배수부와 급수부 사이에 촉매수를 순환시키는 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 기능세라믹을 사용한 탈취정화 및 수촉매처리장치.
  5. 혐기성여과조, 호기성여과조, 침전조, 오니조를 구비한 배수처리시설에 의해 각종 배수에 대한 수질개선정화처리를 하는 배액처리시스템에 있어서, 바인더로서 수지나 유리를 사용하고 패라이트계에 적어도 자성체나 철, 코발트, 티탄 등 복수종류의 금속산화물을 조합한 것을 소결하여 이루어진 다수의 기능세라믹 입체를 혼합해서 수용하고 원수(原水)에 차아염소산소다를 첨가한 수용액을 상기 처리탱크에 도입하여 상기 수용액을 상기 기능세라믹 입체에 통과접촉시킴으로써 촉매작용을 이용한 수처리를 하여 촉매수를 생성하는 수촉매처리장치와, 상기 수촉매처리장치에 의해 생성된 촉매수를 상기 각종 미처리배수에 혼합하는 혼합수단을 구비하고, 상기 촉매수를 상기 각종 미처리배수에 혼합하여 배수처리를 하도록 구성된 것을 특징으로 하는 기능세라믹을 이용한 수촉매처리장치이용 배액처리시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 수촉매처리장치는 상기 원수로서 상기 배수처리시설에서 방출되는 처리후의 배수에서 일부 추출하는 추출수단을 구비하고, 상기 처리후 배수의 일부를 원수로서 순환시켜 생성된 촉매수를 각종 배수에 혼합하여 배수처리를 하도록 구성된 것을 특징으로 하는 기능세라믹을 사용한 수촉매처리장치이용 배액시스템.
  7. 그리스(grease), 그 외의 배유(排油)를 포함하는 배액의 정화처리를 하는 배액처리시스템에 있어서, 바인더로서 수지나 유리를 사용하고 패라이트계에 적어도 자성체나 철, 코발트, 티탄 등 복수종류의 금속산화물을 조합한 것을 소결하여 이루어진 다수의 기능세라믹 입체를 혼합해서 수용하고, 원수에 차아염소산소다를 첨가한 수용액을 상기 처리탱크에 도입하여 상기 수용액을 상기 기능세라믹 입체에 통과접촉시킴으로써 촉매작용을 이용한 수처리를 하여 촉매수를 생성하는 수촉매처리장치와, 상기 수촉매처리장치에 의해 생성된 촉매수를 상기 배액에 혼합하는 혼합수단을 구비하고, 상기 촉매수를 상기 배액에 혼합하여 배액처리를 하도록 구성된 것을 특징으로 하는 기능세라믹을 사용한 수촉매처리장치이용 배액처리시스템.
  8. 사용후의 배수가 배수처리시설에 의해 수질개선정화처리되어 방류되는 수사용시설에 있어서, 바인더로서 수지나 유리를 사용하고 패라이트계에 적어도 자성체나 철, 코발트, 티탄 등 복수종류의 금속산화물을 조합한 것을 소결하여 이루어진 다수의 기능세라믹 입체를 혼합해서 처리탱크에 수용한 수촉매처리장치에 원수를 도입하여 상기 원수에 차아염소산소다를 첨가한 수용액을 상기 기능세라믹 입체에 통과접촉시킴으로써 촉매작용을 이용한 수처리를 하여 생성되는 촉매수를 상기 수사용시설에서 사용하는 물로서 공급하는 것을 특징으로 하는 촉매수 사용방법.
  9. 바인더로서 수지나 유리를 사용하고 패라이트계에 적어도 자성체나 철, 코발트, 티탄 등 복수종류의 금속산화물을 조합한 것을 소결하여 이루어진 다수의 기능세라믹 입체를 혼합해서 처리탱크에 수용한 수촉매처리장치에 원수를 도입하고, 상기 원수에 차아염소산소다 또는 염소를 첨가한 수용액을 상기 기능세라믹 입체에 통과접촉시킴으로써 촉매작용을 이용한 수처리를 하여 생성되는 촉매수를 그리스나 그 외의 배유에 혼합하여 배액처리를 하는 것을 특징으로 하는 촉매수 사용방법.
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