KR200256959Y1 - ANT(Advanced New Technology) Process of Waste-water Treatment - Google Patents
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Abstract
오늘날 산업발달과 더불어 많은 종류의 유기 및 화학물질들이 함유된 폐수의 방류로 수질오염이 심각한 사회문제로 인식되어지고 있다. 현재까지 일반적으로 사용되고 있는 수처리 기술로는 미생물을 이용한 생물학적 처리 기술과 여과, 응집, 침전 또는 흡착 등의 물리·화학적 처리기술이 있다. 그러나, 생물학적 처리기술은 건설비가 비싸며 난분해성 오염물질을 제거하기가 어렵다는 단점이 있으며, 물리·화학적 처리기술은 공정의 운영비가 고가일 뿐만 아니라, 오염물질의 단순한 분리 처리로 다량의 슬러지와 같은 2차 오염을 유발한다는 문제점이 있다.Today, due to industrial development, the discharge of wastewater containing many kinds of organic and chemical substances, water pollution is recognized as a serious social problem. Commonly used water treatment technologies to date include biological treatment techniques using microorganisms and physical and chemical treatment techniques such as filtration, flocculation, precipitation or adsorption. However, biological treatment technology has a disadvantage in that construction cost is high and it is difficult to remove hardly degradable contaminants. Physical and chemical treatment technology not only has high operating costs but also separates contaminants with a large amount of sludge. There is a problem of causing secondary pollution.
본 고안은 근본적으로 문제점을 지니고 있는 타 수처리 공법과는 달리 수중속의 오염물질을 직접 분해 처리하여 2차 오염물질인 슬러지를 발생시키지 않는 유동화 광촉매 산화반응기와 바이오칩 필터조를 도입한 고급수처리 시스템(ANT)에 관한 것이다. 특히, 기존의 분말형태의 TiO2광촉매를 사용하는 산화반응에서 문제시 되었던 고가의 광촉매 분리 및 회수 공정을 해결하기 위하여 밀도가 1.0-2.0 g/㎤ 사이의 담체에 TiO2광촉매를 무기물 바인더와 함께 코팅·고정화시키고 코팅된 담체(33)를 최대한의 반응효율을 얻기 위하여 기포(35)와 액상의 유체역학적인 흐름으로 유동화시키고자 고안된 광화학반응 수처리 장치(3)이다. 또한, 필터조에 사용되는 필터로는 비중이 물보다 낮은 바이오칩을 사용하여 역세를 용이하게 함으로써 영구적으로 사용되게 할 수 있는 바이오칩 여과장치(4)가 제공된다.Unlike other water treatment methods, which are fundamentally problematic, the advanced water treatment system adopts a fluidized photocatalytic oxidation reactor and a biochip filter tank that do not generate sludge, a secondary pollutant, by directly decomposing pollutants in water. ). In particular, in order to solve the expensive photocatalyst separation and recovery process, which has been a problem in the oxidation reaction using the conventional powder type TiO 2 photocatalyst, the TiO 2 photocatalyst is combined with an inorganic binder in a carrier having a density of 1.0-2.0 g / cm 3. It is a photochemical reaction water treatment apparatus (3) designed to fluidize the coated carrier (33) and the coated carrier (33) into a fluid (35) and a fluid hydrodynamic flow in order to obtain the maximum reaction efficiency. In addition, the filter used in the filter tank is provided with a biochip filtration device 4 that can be used permanently by facilitating backwashing using a biochip having a specific gravity lower than water.
Description
본 고안은 유동화(fluidization) 공정에 용이한 담체에 TiO2광촉매를 무기물 바인더와 함께 코팅·고정화시키고 코팅된 담체(33)를 최대한의 반응효율을 얻기 위하여 기포와 액상의 유체역학적인 힘으로 유동화시키는 자외선(UV)/이산화티타늄(TiO2) 광화학반응 수질처리 시스템(3)으로서 고급산화법(AOP)의 일부이다. 또한, 후단에 미세 부유입자까지 여과하여 SS를 제거하기 위하여 비중이 물보다 낮은 고분자 메디아(media)를 충진시킨 바이오칩 필터조가 제공되는 진보된 오폐수처리 공법(Advanced New Technology)에 관한 것이다.The present invention is to coat and fix the TiO 2 photocatalyst with an inorganic binder on a carrier which is easy for fluidization process and to fluidize the coated carrier 33 by the hydrodynamic force of bubbles and liquid to obtain the maximum reaction efficiency. Ultraviolet (UV) / Titanium Dioxide (TiO 2 ) Photochemical Reaction Water Treatment System (3) as part of Advanced Oxidation (AOP). In addition, the present invention relates to an advanced wastewater treatment method (Advanced New Technology) in which a biochip filter tank filled with a polymer media having a specific gravity lower than that of water to remove SS by filtration to fine suspended particles in the rear stage is provided.
산업의 발달에 따라 환경오염문제는 갈수록 심각해지고 있다. 따라서, 오염물질에 대한 규제도 더욱 강화되고 있는 실정이며, 이러한 추세에 따라 오염물질을 제거하기 위한 여러 가지 방법들이 강구되어지고 있다. 그러나 수질오염에 있어서는 오염원이 다양해지고 계속적으로 새로운 오염물질이 발생됨으로 인하여 기존의 생물학적 처리방법으로는 한계에 부딪히고 있다. 이에 따라 AOP(Advanced Oxidation Process)라는 여러 종류의 고급 산화법이 개발되고 장치들이 고안되어지고 있다. OH 라디칼(·OH)의 높은 산화력을 이용하는 고급산화법은 수중의 유기오염물질을 CO2와 H2O로 분해하기 때문에 2차 오염을 유발하지 않으며 생분해성 및 난분해성 오염물질들을 처리할 수 있다는 장점이 있다. 따라서 기존의 수처리 공정을 대체할 수 있는 기술로써 현재 고급산화법에 대한 많은 연구와 장치들이 고안되어지고 있다.As the industry develops, environmental pollution becomes more and more serious. Therefore, regulations on pollutants are also being tightened, and according to this trend, various methods for removing pollutants have been devised. However, due to the diversification of pollutants and the continuous generation of new pollutants in water pollution, existing biological treatment methods are facing limitations. Accordingly, various kinds of advanced oxidation methods called AOP (Advanced Oxidation Process) have been developed and devices have been devised. Advanced oxidation method using high oxidation power of OH radical (· OH) does not cause secondary pollution because it decomposes organic pollutants in water into CO 2 and H 2 O, and can deal with biodegradable and hardly degradable pollutants. There is this. Therefore, as a technology that can replace the existing water treatment process, many researches and devices for the advanced oxidation method have been devised.
고급산화법에서 발생되는 OH 라디칼은 유기물과의 반응속도 상수가 109∼1010M-1S-1으로 매우 빠르며 거의 모든 유기물과 골고루 반응하기 때문에 난분해성 유기 오염물질의 산화에서 유용한 결과를 얻을 수 있다. 고급산화법은 OH 라디칼을 생성시키는 방법에 따라 오존(O3)이나 과산화수소에 자외선을 조사하는 방법, pH를 조절하는 방법 그리고 TiO2와 같이 광활성이 있는 반도체 금속화합물과 자외선을 이용하는 방법 등으로 나눌 수 있다. 이중에서도 TiO2와 같은 반도체 금속화합물을 광촉매로 이용한 산화시스템은 표준 활성 슬러지법으로는 처리가 곤란한 폐수를 처리할 수 있기 때문에 수중이나 대기에 함유된 난분해성 유기화합물의 효율적인 제거방법으로 최근 주목받고 있다. 광촉매를 이용한 수처리 방법은 공정의 운전 및 조작이 편리하고, 현재 사용되고 있는 자외선에 의한 수처리 공정에 쉽게 응용할 수 있는 등의 장점을 가지고 있다. 따라서 이러한 장점을 가진 광촉매 공정의 응용 분야는 대단히 광범위하다고 할 수 있다.The OH radical generated by the advanced oxidation method is very fast with the reaction rate constant of 10 9 ~ 10 10 M -1 S -1 and evenly reacts with almost all organic materials, so it can be useful in the oxidation of hardly decomposable organic pollutants. have. Advanced oxidation methods can be classified into UV irradiation of ozone (O 3 ) or hydrogen peroxide, pH adjustment, and the use of photoactive semiconductor metal compounds such as TiO 2 and UV irradiation depending on the method of generating OH radicals. have. Of these, oxidation systems using semiconductor metal compounds such as TiO 2 as photocatalysts have recently been spotlighted as efficient removal methods of hardly decomposable organic compounds in water or air because they can treat wastewater that is difficult to treat with standard activated sludge. have. The water treatment method using the photocatalyst has advantages such as easy operation and operation of the process and easy application to the water treatment process by ultraviolet rays currently used. Therefore, the application field of the photocatalyst process having such an advantage can be said to be very broad.
수용액상에서 TiO2와 UV에 의한 광촉매 산화반응 메카니즘에 대해 살펴보면, UV 램프에서 방출된 자외선이 촉매인 TiO2에 band gap 에너지(=3.2eV) 보다 높은 에너지를 공급하면 전자가 채워져 있던 TiO2의 valence band에서 전자가 방출되어conduction band로 이동하게 되며, 동시에 TiO2의 valence band에는 정공이 생성된다. 여기된 전자는 촉매의 표면에 흡착되어 있는 전자수용체인 산소와 반응하여 superoxide radical(O2 -·)을 생성하며 superoxide radical은 물분자와 반응하여 높은 산화력은 가진 hydroxyl radical(OH·)을 생성한다. 이와 동시에 TiO2의 표면에서 생성된 정공은 촉매에 흡착되어 있는 물분자나 hydroxyl 이온과 반응하여 hydroxyl radical을 생성하거나 유기화합물과 직접 반응하여 유기화합물을 분해하기도 한다. 광촉매에서 생성된 전자와 정공은 모두 산화 및 환원 반응에 의하여 OH radical을 생성하게 되는데, 이 때 생성된 OH radical이 여러 가지 형태로 수중의 유기물과 반응하여 분해가 진행된다.The mechanism of photocatalytic oxidation by TiO 2 and UV in aqueous solution shows that the valence of TiO 2 filled with electrons when the UV emitted from the UV lamp supplies more energy than the band gap energy (= 3.2 eV) to the catalyst TiO 2 . Electrons are emitted from the band and move to the conduction band, and at the same time, holes are generated in the valence band of TiO 2 . The excited electrons are superoxide radical (O 2 - ·) to react with the electron acceptor oxygen is adsorbed onto the surface of the catalyst to produce a and superoxide radical produces a hydroxyl radical (OH ·) with the high oxidizing power reacts with a water molecule . At the same time, holes generated on the surface of TiO 2 react with water molecules or hydroxyl ions adsorbed on the catalyst to produce hydroxyl radicals, or directly react with organic compounds to decompose organic compounds. Both electrons and holes generated in the photocatalyst generate OH radicals by oxidation and reduction reactions. At this time, the generated OH radicals react with organic substances in water in various forms to undergo decomposition.
위와 같은 과정을 통하여 광촉매에서 생성된 OH 라디칼은 수중의 유기 화합물을 CO2와 H2O로 분해하여 제거하게 된다.Through the above process, OH radicals generated in the photocatalyst are removed by decomposing organic compounds in water into CO 2 and H 2 O.
하지만, 고가의 TiO2광촉매를 광촉매 산화반응에 기존의 장치처럼 직접 분말형태로 사용하게 되면, 입도가 수㎛ ∼ 수nm의 TiO2미세입자들이 졸 상태로 현탁되어 있는 경우이므로 TiO2를 다시 분리·회수하는 공정상에서 문제점이 있다 하겠다. 광촉매를 분말 형태로 직접 사용하는 기존의 장치들을 살펴보면 광촉매 산화반응이 발생하는 주공정보다는 광촉매 입자를 분리하고 회수하는 부대공정이 더 크고복잡하다는 것을 알 수 있다.However, if the expensive TiO 2 photocatalyst is used in the form of powder directly in the photocatalytic oxidation reaction as in the conventional apparatus, TiO 2 is separated again because the TiO 2 microparticles of several micrometers to several nm are suspended in the sol state. · There is a problem in the recovery process. Looking at the existing apparatuses that directly use the photocatalyst in powder form, the secondary process of separating and recovering the photocatalyst particles is larger and more complex than the main process where the photocatalytic oxidation occurs.
위와 같은 광촉매의 분리·회수 공정을 극복하고 광촉매를 분말로 사용하는 반응과 같거나 높은 반응효율을 나타낼 수 있는 광촉매 산화반응 장치의 고안은 현재 긴요하다 하겠다.It is important to devise a photocatalytic oxidation reaction device that can overcome the above-described separation and recovery process of the photocatalyst and exhibit the same or higher reaction efficiency as the reaction using the photocatalyst as a powder.
또한, SS를 제거하기 위하여 여과장치(filter)가 이용되고 있는데, 현재로서는 모래여과장치(sand filter)가 가장 널리 사용되고 있으나, 충진물의 수명이 수개월밖에 않되고 비중이 높아서 부대비가 많이 들며 정상운전과 역세과정에서의 어려운 점이 많다 하겠다.In addition, a filter (filter) is used to remove the SS, the sand filter is the most widely used at present, but the life of the filling is only a few months and the specific gravity is high, it costs a lot of costs and normal operation and backwash There are many difficulties in the process.
본 고안은 상기와 같은 종래의 문제점을 지니고 있는 생물학적 처리방법 및 타 고급산화법과는 달리 수중속의 오염물질을 직접 분해 처리하여 2차 오염물질인 슬러지를 발생시키지 않는 광촉매 화학반응기(3)와, SS를 제거하는 여과장치에 있어서 기존의 여과장치보다 정상운전과 역세운전이 보다 수월하고 sand filter보다 수명을 훨씬 높인 개선된 메디아(41)를 충진시킨 바이오칩 여과장치(4)에 관한 것이다. 특히, 기존의 분말형태의 TiO2광촉매를 사용하는 산화반응에서 문제시 되었던 고가이고 복잡한 광촉매 분리 및 회수 공정을 해결하기 위하여 유동화 공정에 용이한(밀도:1.0-2.0g/㎤) 담체에 TiO2광촉매를 무기물 바인더와 함께 코팅·고정화시키고 코팅된 담체(33)를 최대한의 반응효율을 얻기 위하여 기포(35)와 액상의 유체역학적인 힘으로 유동화시키고자 고안된 광화학반응 장치(3)이다. TiO2광촉매가 코팅 되어지는 담체로는 기포의 유체역학적인 흐름만으로도 용이하게 유동화(fluidization)되어질 수 있는 밀도가 1.0-2.0 g/㎤ 사이의 고분자 물질이 유력하였으며, 이러한 담체에 졸상태의 광촉매 액상과 무기계 바인더를 적당히 혼합하여 코팅하고 상온에서 건조시킨 후 120℃에서 30분간의 경화로 유동화 광촉매 담체(33)를 제조할 수 있었다. 분말형태의 광촉매 산화반응장치와 유사한 반응효율을 얻기 위하여 타 반응기에 비하여 혼합 및 전달현상이 현저히 우수한 유동층 반응기를 응용하고자 하였다. 오폐수 속에서 고정층으로 존재하는 광촉매 담체(33)를 유동화시키고 오폐수의 혼합 및 용존산소의 증가로 인한 광반응의 극대화를 위하여 공기주입장치(10)와 산기장치(12)를 이용하여 오폐수 속에 공기를 산기시켰다. 스케일업(scale-up)에 있어서, 특정 오폐수의 전체 처리능력에 부합되도록 일정 능력을 지니고 있는 단위 광반응기(3)를 병렬·직렬 다단으로 조합하고자 하며, 반응기에서 오폐수와 광촉매 담체가 최대한 접촉하도록 액상의 흐름을 하부에서 상부로의 상향식으로 유도하고자 한다. 경우에 따라서 축산폐수·침출수와 같은 난분해성 폐수에도 활용하기 위해서는 광촉매 반응의 최적 반응조건을 맞추어 주어야 하는데, 본 고안에서는 이를 위하여 산화제인 과산화수소(H2O2)를 주입할 수 있는 설비(31)까지 제공하고자 한다.The present invention, unlike the biological treatment method and other advanced oxidation method having the conventional problems as described above, the photocatalytic chemical reactor (3) and SS does not generate sludge as a secondary pollutant by directly decomposing the contaminants in the water, and SS The present invention relates to a biochip filtration device (4) filled with an improved media (41), which is easier in normal operation and backwash operation than a conventional filtration device and much longer in life than a sand filter. In particular, the ease in the fluidized process (density: 1.0-2.0g / ㎤) to the oxidation reaction using a TiO 2 photocatalyst according to the conventional powder form, to solve the expensive and complex photocatalyst separation and recovery process of the support which was a problem when TiO 2 The photocatalyst is a photochemical reaction device (3) designed to coat and fix a photocatalyst with an inorganic binder and to fluidize the coated carrier (33) with fluid (35) and liquid hydrodynamic forces in order to obtain the maximum reaction efficiency. The carrier coated with TiO 2 photocatalyst was a polymer material having a density of 1.0-2.0 g / cm3 which can be easily fluidized by only the hydrodynamic flow of bubbles. And an inorganic binder were suitably mixed, coated and dried at room temperature, and then the fluidized photocatalyst carrier 33 was prepared by curing at 120 ° C. for 30 minutes. In order to obtain a reaction efficiency similar to that of a powder type photocatalytic oxidation reaction device, a fluidized bed reactor having superior mixing and transfer phenomena compared to other reactors was attempted. In order to fluidize the photocatalyst carrier 33 existing as a fixed bed in the wastewater and to maximize the photoreaction due to the mixing of the wastewater and the increase of dissolved oxygen, air is injected into the wastewater using the air injection device 10 and the acid generator 12. Airy. In scale-up, a unit photoreactor (3) having a certain capacity is designed to be combined in parallel and in series in multiple stages to meet the overall treatment capacity of a particular wastewater, so that the wastewater and the photocatalyst carrier can be contacted in the reactor as much as possible. It is intended to direct the flow of liquid phase from bottom to top. In some cases, in order to take advantage of even recalcitrant wastewater such as livestock wastewater, leachate to give aligning the optimal reaction conditions of the photocatalytic reaction, the equipment in the present design the number of injecting an oxidizing agent hydrogen peroxide (H 2 O 2) To this end, 31 To provide.
여과장치에 있어서는 종래의 모래여과장치에서 문제시 되었던 시간에 따른 처리효율의 저하, 정상운전과 역세운전에서의 어려움, 높은 압력 손실로 인한 부대설비의 필요 등을 극복하기 위하여 물보다 비중이 낮은 비중 0.8-1.0인 고분자 담체를 filter로 사용하고자 하며, 고분자 담체에 친수화 처리를 하여 보다 많은 SS부유물질들이 충진물에 부착되도록 하고자 한다. 역세과정 또한 기존의 액상흐름식 역세를 대체하여 충진물(bio-chip)을 기포의 흐름으로 유동화시켜 보다 효율적으로 세척하고자 한다.The specific gravity of the filtration system is lower than that of water to overcome the deterioration of treatment efficiency over time, difficulty in normal operation and backwash operation, and the need for auxiliary equipment due to high pressure loss. A polymer carrier of 0.8-1.0 is intended to be used as a filter, and more SS-rich substances are attached to the filler by hydrophilizing the polymer carrier. The backwashing process also replaces the conventional liquid-flow backwashing and attempts to clean more efficiently by fluidizing the filling (bio-chip) into the flow of bubbles.
도 1은 ANT 수처리 공법의 공정 흐름도1 is a process flow chart of the ANT water treatment method
도 2는 ANT 수처리 공법의 설계 도면2 is a design drawing of the ANT water treatment method
도 3a는 본 고안에 따른 광산화 반응기의 정면도Figure 3a is a front view of the photooxidation reactor according to the present invention
도 3b는 본 고안에 따른 광산화 반응기의 측면도Figure 3b is a side view of the photooxidation reactor according to the present invention
도 4는 본 고안에 따른 바이오칩 필터조의 정면도4 is a front view of the biochip filter tank according to the present invention
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉<Explanation of symbols for main parts of drawing>
1. 유량조정조 2. 산소공급조1. Flow Adjustment Tank 2. Oxygen Supply Tank
3. 유동화 광산화반응기 4. 바이오칩 필터조3. Fluidized Photooxidation Reactor 4. Biochip Filter Tank
5. 방류조 6. 농축조5. Discharge tank 6. Thickener
7. 침전조 8. 탈수기7. Sedimentation tank 8. Dehydrator
9. 액상펌프 10. 송풍기9. Liquid pump 10. Blower
11. 스크린 12. 산기관11. Screen 12. Diffuser
31. 과산화수소(H2O2) 산화제 32. 자외선(UV) 램프31. Hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) oxidizer 32. UV lamp
33. TiO2유동화 광촉매 34. 산기관33. TiO 2 fluidized photocatalyst 34. Diffuser
35. 기포 41. 바이오칩(chip)35. Bubbles 41. Biochips
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안은 유량조정조(1), 산소공급조(2), 광산화반응기(3), 바이오칩필터(4), 방류조(5), 농축조(6), 침전조(7), 탈수기(8) 등으로 구성되어지는데, 타공법과는 달리 광산화반응기(3)와 바이오칩필터(4)가 제공되어지는 특징이 있으며 이 두가지 공정이 본 고안에서 핵심기술이라 할 수 있다.The present invention for achieving the above object is the flow rate adjusting tank (1), oxygen supply tank (2), photooxidation reactor (3), biochip filter (4), discharge tank (5), concentration tank (6), precipitation tank (7) ), A dehydrator (8), etc., unlike the punching method is characterized in that the photooxidation reactor (3) and the biochip filter (4) is provided and these two processes can be said to be the core technology in the present invention.
본 고안에서의 유동화 광산화반응기(3)는 TiO2광촉매가 표면에 코팅·고정화된 광촉매 담체(33)와 광촉매 담체를 반응효율이 좋게 유동화시키고 수중속의 용존산소를 높이기 위한 공기 공급부(10,12)와, TiO2광촉매를 활성화시키기 위한 자외선 조사장치(32), 그리고 광산화반응효율을 높이기 위한 산화제인 과산화수소(H2O2)를 주입할 수 있는 설비(31) 등으로 구성된다. 또한, 본 고안에서의 바이오칩 여과장치(4)는 오폐수의 유입부분으로서 하향흐름이 유도되는 첫 번째 필터조(1stfilter tank)와 상향흐름의 유출조인 두 번째 필터조(2ndfilter tank)로 구성되며, 전체 필터조는 비중 0.7-1.0 사이의 친수화 과정을 거친 바이오칩 메디아(bio-chip media)로 70% 정도 충진 되어진다. 어느정도 운전시간이 지나 필터로서의 기능이 저하될 때 기포를 이용하여 역세운전을 하기 위하여 기포공급부로서송풍기(10)와 산기관(34)이 제공된다.The fluidization photooxidation reactor 3 according to the present invention is an air supply unit 10 and 12 for fluidizing a photocatalyst carrier 33 and a photocatalyst carrier having TiO 2 photocatalyst coated and fixed on a surface thereof with high reaction efficiency and increasing dissolved oxygen in water. And an ultraviolet irradiation device 32 for activating the TiO 2 photocatalyst, and a facility 31 for injecting hydrogen peroxide (H 2 O 2 ), which is an oxidizing agent for enhancing the photooxidation reaction efficiency. In addition, the biochip filtration device 4 according to the present invention is a first filter tank (1 st filter tank) in which downward flow is induced as an inflow portion of waste water and a second filter tank (2 nd filter tank), which is an outflow tank of upflow. The entire filter tank is filled with 70% of the bio-chip media, which has undergone hydrophilization with a specific gravity of 0.7-1.0. The blower 10 and the diffuser 34 are provided as a bubble supply unit for backwash operation using bubbles when the function of the filter is deteriorated after a certain operating time.
이하, 첨부 도면에 의거하여 본 고안의 구성 및 작용효과를 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the configuration and operation effects of the present invention based on the accompanying drawings.
도 1과 도 2는 각각 본 고안인 ANT(Advanced New Technology) 수처리 공법의 공정 흐름도(process flow chart)와 하루 처리량 200㎥ 이상에서의 설계도면으로서, 오폐수는 50mm 정도의 bar screen(11)을 통하여 오폐수내의 조대한 협작물들이 걸러지고, 유입수량 및 농도와 산소공급조(2)로의 이송량을 균등하게 하기 위한 시설인 유량조정조(1)로 유입된다. 유량조정조(1)로 유입된 오폐수는 일정량으로 액상펌프에 의해 산소공급조(2)로 유입되는데, 산소공급조(2)에서는 미생물에 의한 생물학적 처리효율과 광산화 반응효율을 높이기 위하여 공기공급설비인 송풍기(10)와 산기관(12)으로 오폐수내로 공기를 균일하게 주입시켜 용존산소를 높여주는 기능을 한다. 용존산소를 더욱 높이기 위하여 산소공급조(2) 전단계인 유량조정조(1)에서도 공기를 같은 방법으로 주입시켜 줄 수 있다. 산소공급조(2)의 오폐수는 용존산소가 충분이 높여진후 침전조(7)로 이송되어 현탁되어져 있는 SS 부유물질들이 중력에 의한 자유침강으로 침전되어지는데, 침전조(7)에서 침적된 슬러지는 농축조(6)로 이송되어 슬러지내의 고형물의 밀도가 커져 생성되는 슬러지의 부피가 줄어들게 된다. 농축된 슬러지는 최종적으로 탈수기(8)에서 액체-고체 분리가 이루어지고 여액은 다시 전 단계로 반송된다. 침전조(7)에서 침강된 슬러지는 상기와 같이 처리되고, 침전조에서의 상등액은 본 고안에서 핵심기술인 광산화반응기(3)와 바이오칩필터(4)에서 환경오염물질인 BOD, COD, SS 등이 제거된 후 최종 방류조(5)로 이송된 후 방류되어진다.1 and 2 are respectively a process flow chart of the ANT (Advanced New Technology) water treatment method of the present invention and a design drawing in a daily throughput of 200 m 3 or more, and waste water is provided through a bar screen 11 of about 50 mm. The coarse crops in the waste water are filtered out and flowed into the flow regulating tank 1, which is a facility for equalizing the amount of inflow and concentration and the amount of transport to the oxygen supply tank 2. Waste water introduced into the flow regulating tank (1) is introduced into the oxygen supply tank (2) by a liquid pump in a predetermined amount, in the oxygen supply tank (2) to increase the biological treatment efficiency and photooxidation reaction efficiency by microorganisms, The blower 10 and the diffuser 12 to uniformly inject air into the waste water to increase the dissolved oxygen. In order to further increase the dissolved oxygen, air can be injected in the same manner in the flow adjusting tank 1, which is a step prior to the oxygen supply tank 2. The waste water of the oxygen supply tank (2) is transferred to the settling tank (7) after the dissolved oxygen is sufficiently high, suspended SS suspended in the sedimentation by free sedimentation by gravity, the sludge deposited in the settling tank (7) is concentrated tank It is transferred to (6) to increase the density of the solids in the sludge to reduce the volume of sludge produced. The concentrated sludge is finally subjected to liquid-solid separation in the dehydrator 8 and the filtrate is returned to the previous stage. The sludge settled in the settling tank (7) is treated as described above, the supernatant in the settling tank is removed from the environmental pollutants BOD, COD, SS, etc. in the photooxidation reactor (3) and biochip filter (4), the core technology in the present invention After being transferred to the final discharge tank (5) it is discharged.
도 3a와 3b는 각각 본 고안에서 핵심기술인 광산화반응기(3)의 정면도와 측면도를 도시한 도면으로서, TiO2광촉매가 표면에 코팅된 광촉매 담체(33)와 광촉매 담체를 유체역학적으로 유동화시키기 위한 공기 공급부(10,34)와, 그리고 TiO2광촉매에 band gap 에너지(3.2eV) 보다 높은 에너지를 공급하기 위한 자외선 조사장치(32) 등으로 구성되어진다. 유동회 광촉매(33)는 기포(35)의 유체역학적인 흐름만으로도 용이하게 유동화(fluidization)되어질 수 있는 ABS, 폴리카보네이트, 아세탈 수지 등, 즉 밀도가 1.0-2.0 g/㎤ 이고 크기가 1.0-4.0 mm의 열가소성 고분자 물질에 졸상태의 광촉매 액상과 액상 무기계 바인더를 적당히 혼합하여 코팅하고 상온에서 건조시킨 후 120℃에서 약 30분간의 경화로 광촉매 담체(33)를 제조할 수 있었다. 분말형태의 광촉매 산화반응장치와 유사한 반응효율을 얻기 위하여 타 반응기에 비하여 혼합 및 전달현상이 현저히 우수한 유동층 반응기를 응용하고자 하였다. 오폐수 속에서 고정층으로 존재하는 광촉매 담체(33)를 유동화시키고 오폐수의 혼합 및 용존산소의 증가로 인한 광반응의 극대화를 위하여 공기주입장치(10)와 산기장치(34)를 이용하여 오폐수 속에 공기를 산기시켰다.3A and 3B illustrate front and side views, respectively, of the photooxidation reactor 3, which is the core technology of the present invention, wherein the air for fluidizing the photocatalyst carrier 33 and the photocatalyst carrier coated with the TiO 2 photocatalyst is hydrodynamically fluidized. And an ultraviolet irradiation device 32 for supplying energy higher than the band gap energy (3.2 eV) to the supply portions 10 and 34 and the TiO 2 photocatalyst. Flow ash photocatalyst 33 is ABS, polycarbonate, acetal resin, etc., which can be easily fluidized by the hydrodynamic flow of bubbles 35, i.e., density is 1.0-2.0 g / cm3 and size is 1.0-4.0 The photocatalyst carrier 33 could be prepared by curing a photosolvent liquid phase and a liquid inorganic binder in a sol state with a mm thermoplastic polymer, and drying at room temperature, followed by curing at 120 ° C. for about 30 minutes. In order to obtain a reaction efficiency similar to that of a powder type photocatalytic oxidation reaction device, a fluidized bed reactor having superior mixing and transfer phenomena compared to other reactors was attempted. In order to fluidize the photocatalyst carrier 33 present as a fixed bed in the wastewater and to maximize the photoreaction due to the mixing of the wastewater and the increase of dissolved oxygen, air is injected into the wastewater using the air injection device 10 and the acid generator 34. Airy.
장시간 오폐수 속에 UV 램프(32)가 담치되면 UV 램프에 스케일이 증착하여 방출 자외선의 세기(UV intensity)를 감소시킬 수 있는데, 본 고안에 따르면 기포 흐름 및 유동화 되어지는 담체(33)와 램프 표면과의 접촉에 의하여 UV 램프의 스케일 현상을 방지할 수 있다. 오폐수의 유입량과 체류량을 제어하기 위하여 단위 광반응셀(3) 유입부에 벨브가 제공되며, 단위 광반응셀에서 유동화 되어지는 담체가 외부로 유출되지 않도록 유출부에 체(seive)가 제공되어진다. 일정 처리 능력을 갖추고 있는 단위 광반응셀(3)들은 요구되어지는 전체 오폐수의 처리능력에 맞게 최적화 방법에 의해 병렬·직렬방식의 다단으로 조합되어 설치되어진다.When the UV lamp 32 is immersed in the waste water for a long time, the scale may be deposited on the UV lamp to reduce the UV intensity of the emitted UV light. According to the present invention, the carrier 33 and the surface of the lamp 33 and the bubble flow and fluidization may be reduced. The contact phenomenon of the UV lamp can prevent the scale phenomenon. A valve is provided at the inlet of the unit photoreaction cell (3) to control the inflow and retention amount of waste water, and a sieve is provided at the outlet so that the carrier fluidized in the unit photoreaction cell does not flow out. . Unit photoreaction cells (3) having a constant treatment capacity are installed in a combination of parallel and series multi-stages by an optimization method in accordance with the required treatment capacity of the whole wastewater.
경우에 따라서 어느 특정 오폐수,특히 생분해성 오염물질 보다 난분해성 오염원이 많은 침출수 및 축산폐수와 같은 오폐수를 짧은 시간내에 광화학 반응으로 처리하기 위해서는 광촉매 최적 반응조건을 맞추어야 할 경우가 있는데, 이런 경우에 산화제로서 과산화수소(H2O2)를 과산화수소 탱크(31)로부터 정량펌프를 통하여 첫 번째 광반응셀(3)에 주입함으로써 광화학 반응을 촉진시킬 수 있다.In some cases, it may be necessary to meet the photocatalytic optimal reaction conditions in order to treat wastewater, such as leachate and livestock wastewater, which are more difficult to decompose than any biodegradable pollutant, in a short time. By injecting hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) from the hydrogen peroxide tank 31 through the metering pump to the first photoreaction cell (3) it can promote the photochemical reaction.
상기와 같은 본 고안에 따르면, TiO2광촉매 분말의 회수 및 재생문제를 해결하고 TiO2광촉매를 분말로 사용하는 반응공정과 유사한 반응효율을 나타낼 수 있는 광산화 반응 수처리 시스템을 제공할 수 있다.According to the present invention as described above, it is possible to solve the problem of recovering and reproducing a photocatalyst TiO 2 powder and provides a photo-oxidation reaction water treatment system that can indicate the reaction efficiency is similar to the reaction process using a TiO 2 photocatalyst in powder.
그리고, 본 고안에서 또 하나의 핵심기술인 바이오칩 여과장치(4)는 오폐수의 유입부분으로써 하향흐름이 유도되는 첫 번째 필터조(1stfilter tank)와 상향흐름의 유출조인 두 번째 필터조(2ndfilter tank)로 구성되어지고, 침전조에서 걸러지지 않은 미세 SS 부유입자들은 바이오칩 여과장치(4)에서 여과되어진다. 광산화반응기내(3)의 오폐수는 액상펌프(9)에 의해 바이오칩 여과장치(4)로 이송되어지고 주입관의 분배기로 첫 번째 필터조로 유입되어진다. 오폐수의 SS 미세부유입자들은바이오칩 여과장치(4)의 첫 번째조에서 중력에 의한 하향흐름으로 유도되어 1차적으로 여과되어지고 여과장치 하부에서 침전될 것은 침전되어진다. 첫 번째 필터조에서 잡히지 않은 미세입자들은 상향흐름으로 유도되는 두 번째 필터조에서 다시한번 여과되어진다.In addition, the biochip filtration device 4, which is another core technology of the present invention, has a first filter tank (1 st filter tank) in which downward flow is induced as an inflow portion of waste water and a second filter tank (2 nd ) which is an outflow tank of upflow. It consists of a filter tank, fine SS suspended particles that are not filtered in the settling tank is filtered in the biochip filter (4). Waste water in the photooxidation reactor (3) is transferred to the biochip filtration device (4) by the liquid pump (9) and introduced into the first filter tank to the distributor of the injection pipe. In the first tank of the biochip filtration device 4, the SS micro-floating particles of the waste water are first filtered by gravity and precipitated at the bottom of the filtration device. Fine particles not caught in the first filter tank are filtered once again in the second filter tank leading to the upflow.
전체 필터조는 비중 0.8-1.0, 크기 3-5mm 사이의 일반적인 고분자의 친수화 과정을 거친 바이오칩 메디아(bio-chip media)로 70% 정도 충진되어지는데, 사용되어지는 필터메디아가 물보다 비중이 낮아 오폐수의 상부로부터 충진되어진다. 종래의 모래여과장치에서의 모래는 비중이 2.5정도이고 입자가 작기 때문에 압력부하가 많이 걸려 소용동력비가 부담이 되었고, 역세 또한 힘들기 때문에 수명이 3-6개월 정도 밖에 되지 않았다. 하지만, 본 고안에 따르면 모래여과장치에서 발생되는 문제점을 극복할 수 있다 하겠다.The entire filter tank is filled with 70% of bio-chip media, which has undergone hydrophilization of general polymers with specific gravity of 0.8-1.0 and size of 3-5mm, and the filter media used is less specific than water. It is filled from the top of. The sand in the conventional sand filtration device has a specific gravity of about 2.5 and a small particle, so the pressure load is large, and the utility power ratio is burdened, and backwashing is also difficult, so the service life is only about 3-6 months. However, according to the present invention will be able to overcome the problems caused in the sand filtration device.
어느정도 운전시간이 지나 필터로서의 기능이 저하될 때 기포를 이용한 바이오칩 메디아의 유동화 공정(fluidization process)을 통하여 역세척이 가능한데, 역세운전을 하기 위하여 기포공급부로서 송풍기(10)와 산기관(34)이 제공되어지고, 역세과정에서 발생한 역세 슬러리는 다시 침전조로 반송된다. 비중이 물보다 낮은 필터 메디아들이 여과장치로부터의 유출을 방지하기 위하여 여과장치 상부, 유입부, 그리고 유출부에 각각 체(42)가 제공되어진다.When the function as a filter decreases after a certain operating time, backwashing is possible through a fluidization process of biochip media using bubbles. In order to perform the backwashing operation, the blower 10 and the diffuser 34 are provided as a bubble supply unit. Backwashing slurry generated during backwashing is returned to the settling tank. In order to prevent the filter media having a specific gravity lower than water from flowing out of the filter, a sieve 42 is provided at the top of the filter, the inlet and the outlet, respectively.
이상에서와 같이 본 고안에 의하면, 저렴한 비용과 간단한 설계·시공으로 2차 오염원인 슬러지를 발생시키는 기존 수처리 장치들을 대체할 수 있으며, 광촉매화학반응에서 문제시 되었던 광촉매 분리·회수 재생 문제를 극복할 수 있을 뿐만 아니라 빠른 반응시간으로 체류시간을 단축할 수 있기에 넓은 부지가 필요하였던 종래의 수처리 장치를 본 고안으로 대체한다면 부지 축소의 효과도 가져 올 수 있다. 또한, 날로 규제가 강화되는 수질 조건에 부합되게 하기 위하여 기존의 수처리 장치에 간편하게 부착하여 난분해성 오염물질까지 분해 처리할 수 있는 후단처리 장치와 물부족 현상을 극복할 수 있는 중수도 처리장치로도 제공될 수 있다 하겠다. 또한 바이오칩 여과장치(4)는 기존 모래여과장치에서 부담이 되었던 유지관리비를 감소시킬 수 있으며, 역세운전 또한 손쉽게 할 수 있기에 필터 메디아의 수명을 증가시킬 수 있다는 특징이 있다.As described above, according to the present invention, it is possible to replace existing water treatment apparatuses that generate sludge as a secondary pollutant with low cost and simple design and construction, and overcome the problem of photocatalyst separation and recovery and regeneration, which was a problem in the photocatalytic chemical reaction. Not only can the water shorten the residence time with a fast reaction time, but if the conventional water treatment apparatus, which required a large site, was replaced with the present invention, it could also bring about the effect of site reduction. In addition, it is also provided as a post-treatment device that can be easily attached to an existing water treatment device in order to meet water quality conditions that are increasingly regulated, and a heavy water treatment device that can overcome water shortages. I can be. In addition, the biochip filtration device 4 can reduce the maintenance costs burdened by the existing sand filtration device, it is also possible to easily backwash operation is characterized by increasing the life of the filter media.
본 고안의 광산화반응기(3)와 바이오칩 여과장치(4)를 모 아파트 오수처리장의 방류수를 직접 채취하여 성능테스트하여 모 시험기관에 의뢰한 결과 다음과 같은 결과를 얻을 수 있었다.The photocatalytic reactor (3) and the biochip filtration device (4) of the present invention were directly collected from the effluent from the sewage treatment plant of the mother apartment.
표 1. 광산화반응기(3)와 바이오칩 여과장치(4)의 성능테스트 결과Table 1. Performance test results of photooxidation reactor (3) and biochip filtration device (4)
Claims (3)
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