KR20030023467A

KR20030023467A - 전해부상 및 침전에 의한 폐수중 부유고형물질의 제거방법

Info

Publication number: KR20030023467A
Application number: KR1020020039100A
Authority: KR
Inventors: 서희동
Original assignee: 서희동
Priority date: 2002-07-05
Filing date: 2002-07-05
Publication date: 2003-03-19
Also published as: KR100466280B1

Abstract

본 발명은 폐수중 부유고형물질(Suspended solid)을 전해부상 및 침전방법에 의해서 경제적이면서 효율적으로 제거하는 방법을 제시하는 것을 목적으로 한다.

이를 위하여 폐수를 중화ㆍ응집처리후 전해부상 및 침전조(1)의 부상부(3)으로 보내어 비중이 가벼운 부유물질은 전해조(11)에서 발생되는 기포에 의해서 부상되면 스크렙퍼(Scrapper ; 6)에 의해서 스컴호퍼(Scum hopper ; 10)에 이송시켜 제거하며, 비중이 무거운 것은 침전부(2)로 보내어져 침전되면 슬러지핏트(Sludge pit ;9)를 통해서 배출하고, 고형물이 제거된 익류수(1차처리수)는 웨어(Weir ; 4)로 익류되어 익류수디취(Ditch ; 15)를 통해 다음(2차) 처리공정으로 보낸다.

특이한 사항은, 종래에 주로 적용하던 단일 침전공정이나 부상공정에 비해서 부유물질 제거효율이 월등히 높으면서 처리공정이 간단하여 시설비 및 운전비용이 저렴하면서 운전이 용이하기 때문에 폐수처리 분야에 널리 이용될것으로 기대된다.

Description

전해부상 및 침전에 의한 폐수중 부유고형물질의 제거방법{Suspended solid removing method of wastewater by electrofloatation and sedimentation}

본 발명은 폐수중 부유고형물질(Suspended solid)을 전해부상 및 침전 방법에 의해서 비중이 가벼운 것은 부상하여 분리제거하며, 비중이 무거운 것은 침전하여 분리 제거하므로서 고형물제거효율을 향상하면서, 시설비 및 운전비를 종래기술보다 저렴한 방법을 제시하는 것이다.

폐수중 고형물질은 비중이 물의 비중보다 가벼운것과 무거운것이 혼합되어있기 때문에 단일 침전공정만 적용한 경우나 단일 부상공정만 적용한 경우에는 효율적으로 부유고형물질을 분리제거 할 수 없는 문제점이 있다.

이와같은 문제점을 해결하기 위해서 대한민국 특허 등록번호 0173968호에서 폐수중 부유고형물질을 부상-침전-농축공정에 의해서 처리한 결과 단일 침전공정이나 부상공정을 적용한 경우에 비해서 처리효율이 월등히 향상되었으나, 처리수의 일부를 가압펌프(Pressure pump), 가압탱크(Pressure tank), 공기압축기(Air compressor)에 의해서 공기를 물속에 가압용해한후 감압하면서 미세기포를 발생하여 비중이 가벼운 부유고형물질은 부상분리하고, 비중이 무거운 고형물질은 침전후 농축부에서 슬러지(Sludge)를 농축후 슬러지를 배출하였으나 침전된 슬러지의 체류시간이 길어 침전슬러지중 유기성 고형물질이 혐기성분위기가 되면서 부패되어 기포가 발생하면서 침전된 슬러지가 부상되어 처리효율을 저하시키는 결과를 초래하였으며, 또한, 처리공정이 복잡하면서 고압운전으로 운전이 어렵기 때문에 숙련된 운전요원이 필요로 하면서 시설비 및 운전비용이 높은 등의 문제점이 있다.

대한민국 특허 공개번호 1994-0003858호와 등록번호 10-0319022호의 경우는 전극을 폐수와 접촉하게 설치하므로서 전해질 농도가 낮은 폐수의 경우에는 NaCl, Na₂SO₄와 같은 중성의 전해질을 공급해야 하므로서 전해질 비용이 문제되며, 상대적으로 전해질 농도가 낮은 경우에는 인가전압을 높게 해 야하므로서 전력비가 문제되므로서 전체 운전비용이 가압부상에 비해서 월등히 높을수있다.

또한, 전극을 폐수와 직접 접촉하게 하는 경우 수중에 존재하는 Ca⁺⁺, Al⁺⁺⁺, Fe⁺⁺, Fe⁺⁺⁺와 같은 금속이온이 음극에 석출하여 스케일(Scale)이 형성되면서 수소분극 현상까지 야기되어 저항이 증가 되어 운전이 불가능하게 될수있기 때문에 일정시간마다 극전환을 해야하며, 극전환을 자주하게 되면 양극의 산화부식 문제를 해결할수 없기 때문에 전극의 수명이 단축되는 문제점 등이 있다.

대한민국 특허 공개번호 2002-0031121호의 경우에는 Cl^-이온과 같은 옥소화합물(Oxo-compound)의 염(NaCl)을 전해질로 공급하여 전기분해에 의해서 ClO^-과 같은 염소산이온을 생성하여 폐수중 유기물질, NH₄ ⁺이온 등을 산화 분해를 하면서 발생기포에 의해서 부상을하는 경우에는 전력비 및 전해질비용이 높아 전혀 경제성이 없기 때문에 실현성이 없는 문제점이 있다.

다시말해서 전기분해에 의해서 폐수처리를 하는 경우에는 이론적으로 1 kg당량의 물질을 전기분해하는데 1 패러데이(Faraday)인 26,800A-h의 전류를 인가해야하기 때문에 전력소모량이 높으면서, 전해질농도가 약 0.5%이하인 경우에는 별도로 전해질을 공급해야 하므로서 운전비용이 기타 다른방법에 비교해서 월등히 높기 때문에 현실화 되지못하고 있는 실정에 있다.

그리고, 일본특허 공개번호 평(平) 05-212385호, 평(平) 09-029260호, 평(平) 10-305282호, 평(平) 10-305283호, 2000-117260호의 경우도 전극을 폐수와 접촉하게 하므로서 전해질소모량과 전력비 및 음극 스케일과 수소분극 현상과 같은 문제를 야기할수 있으며, 폐수중 비중이 무거운 고형물질의 제거는 어렵기 때문에 처리효율이 떨어지는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해서, 폐수중 부유고형물질을 분리함에 있어시 시설비 및 운전비용이 저렴하면서 운전이 용이한 전해부상 및 침전에 의해서 부유고형물질을 경제적이면서 효율적으로 분리제거하는데 본발명의 목적이 있는 것이다.

이와같은 목적을 달성하기 위한 본발명은, 침전조 내부에 부상부(조)를 설치하여 폐수중 비중이 가벼운 부유고형물질을 1차 부상에 의해서 분리제거한 다음 비중이 무거운 부유고형물질은 침전부에 침전시켜 부유고형물질의 제거효율을 향상하면서, 종래의 공기를 가압수에 용해한후 감압하여 발생되는 기포에 의해서 비중이 가벼운 부유고형물질을 부상분리제거하는 DAF(Dissolved air floatation)방법에 비해서 공정이 간단한 전해부상분리방법을 적용함에 있어, 전해질소모량과 전력비를 줄이면서 음극의 스케일 및 수소분극현상을 해결하기 위해서 전해조(실)내에 전극을 설치하여 오ㆍ폐수와 격리하였으며, 전해질은 약산성의 망초(Na₂SO₄)수용액을 사용하여 전술한 문제점을 개선하면서 시설비 및 운전비용이 저렴하고 부유고형물질을 효율적으로 제거할수있는 방법을 제시하는것이다.

도 1은 전해부상 및 침전에의한 폐수처리 공정도

도 2는 전해부상 및 침전조 평면도

도 3은 전해부상 및 침전조 정면도

도 4는 전해조 평면도

도 5는 전해조 정면도

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

1 : 전해부상 및 침전조 2 : 침전부

3 : 부상부 4 : 웨어(Weir)

5 : 스키머(Skimmer) 6 : 스크렙퍼(Scrapper)

7 : 센터 웰(Center well) 8 : 구동감속기

9 : 슬러지 핏트(Sludge pit) 10 : 스컴 호퍼(Scum hopper)

11 : 전해조 12 : 양극판

13 : 음극판 14 : 정류기

15 : 디취(Ditch) 16 : 핸드 레일(Hand rail)

17 : 워크 외이(Walk way) 18 : 회전축

19 : 다공질막

폐수중의 부유고형물질은 물의 비중보다 가벼운 부유고형물질과 무거운 고형물질이 혼합되어있는 경우가 많기 때문에 침전조 만 적용하였을때는 비중이 가벼운 부유고형물질이 침전조 상부에 부상되면서 익류수와 함께 배출되며, 부상조 만을 적용하였을 때도 비중이 무거운 고형물질이 침전되었다가 익류수와 함께 배출되어 부유고형물질의 분리제거 효율이 떨어지며, 또한 공기를 가압수에 용해후 감압하면서 발생되는 기포에 의해 부유고형물질을 부상분리하는 DAF 방법은 처리공정이 복잡하며, 운전이 어려우면서 시설비 및 운전비용이 높은 결점이 있어 본 발명에서는 전해부상 및 침전방법에 의해서 폐수중 부유고형물질을 경제적이면서 효율적으로 처리하는 방법을 제시하는 것이다.

이하 첨부된 도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.

폐수가 집수조에 유입되면 중화조로 이송하여 황산반토(Alum), PAC(Poly aluminium chloride), 황산철(FeSO₄), 염화제2철(FeCl₃)과같은 다가양이온금속염의 응집제를 주입하여 교반하면서 가성소다(NaOH), 소석회(Ca(OH)₂)와 같은 중화제를 주입하여 pH를 7전후로 중화를 하면서 음전하를 뛰고있는 부유고형물질을 전기적인 인력에 의해서 응집을 한다음 응집조로 보내어 전해부상 및 침전조(1)에서 부상 및 침전이 용이하도록 유기고분자응집제를 주입하면서 완속교반을 하여 플록(Floc)을 형성시킨후 전해부상 및 침전조(1)로 보낸다.

전해부상 및 침전조(1)의 센터웰(Center well ; 7)에 주입된 폐수는 하부에 설치된 전해조(11)에서 발생되는 기포에 의해서 비중이 가벼운 부유고형물질은 부상부(3)의 상부로 부상되면 회전스키머(Skimmer ; 5)에 의해서 스컴호퍼(Scum hopper ; 10)로 보내어진 다음 슬러지 및 스컴저장조로 보내어 제거하며, 비중이 무거운 고형물질은 침전부(2)로 침전되면 스크랩퍼(Scrapper ; 6)에 의해서 슬럿지핏트(Sludge pit ; 9)로 보내어 스컴 및 슬러지저장조로 배출하여 제거하며, 이때 고형물 제거효율을 향상하기 위해서 침전부(3)에 침전된 슬러지는 센터웰(7) 외부의 중간 정도에 블랭깃(blankit)층을 형성시켜 익류수가 이층을 통과하면서 고형물질이 여과되면서 통과하여 익류수에는 고형물이 최대한 제거된 상태에서 웨어(Weir ; 4)로 익류된 익류수는 디취(Ditch ;15)를 통해서 1차(중간)처리조로 보낸다.

전해조(11)는 도 4 및 5에서와 같이 4각의 통으로 하며, 몸체(Body)는 절연성물질(絶緣性物質)인 PVC(Poly vinyl chloride), PE(Poly ethylene), 엔지니어링 플라스틱(Engineering plastic), 베이클라이트(bakelite) 등을 사용하여 제작하며, 내부에 양극(12)과 음극(13)을 교호적(交互的 )으로 일정한 간격을 두고 설치하고, 상부에는 전해조(11) 내부의 전해질을 폐수와 격리하기 위해서 전해질에 대해서 내식성 재질인 석면이나 합성수지와 같은 다공질막(19)을 설치한다.

양극판(12)은 전해반응시 부식(腐蝕)이 심하기 때문에 우선 내식성 재질이면서 산소발생과전압(酸素發生過電壓)이 낮은 재질인 티탄늄(Titanium)판에 TiO₂-RuO₂을 소부코팅(Coating)한 DSA(Dimensionally stable anode)전극을 사용하며, 음극판(13)의 재질은 수소발생과전압(水素發生過電壓)이 낮으면서 휴전(休電)시 전해질에 대한 내식성이 우수한 백금도금판이나 티탄늄판을 사용한다.

전해질용액은 황산(H₂SO₄), 염산(HCl)과 같은 광산(鑛酸)이나 망초(NaSO₄), 소금(NaCl)과 같은 전해질을 사용할수있으나 Cl^-이온(ion)이 있는 염산이나 소금은 전해반응시 차아염소이온(ClO^-)과 같은 옥소화합물(OXO-compounds)이 생성되면서 양극부식이 심하기 때문에 가능한 삼가고, 음극의 수소분극현상 및 스케일(Scale)발생 등을 고려하여 망초수용액에 황산을 가해서 pH가 5 정도로 조정한 약산성의 망초수용액을 사용한다.

전해조(11)에 약산성의 망초수용액을 공급하면서 정류기(14)에서 직류전류를 인가하면 전해조(11)에서는 다음과 같은 전기화학반응이 일러나면서 양극(12)에서는 산소(O₂)가, 음극(13)에서는 수소(H₂) 기포가 발생한다.

산성 수용액에서 양극반응

2H₂O → O₂(g) + 4H⁺+ e^-, E⁰= 1.227V

산성 수용액에서 음극반응

4H⁺+ e^-→ 2H₂(g), E⁰= O V

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총괄 반응 2H₂O → O₂(g) + 2H₂(g), E⁰= 1.227V

전술한 전해반응에서 기포발생량은 인가한 전류량에 비례하며, 발생기포의 입자의 크기는 인가전압에 좌우된다.

인가전압이 낮은 경우에는 발생기포의 입자의 크기는 적으며, 반면에 높은 인가전압에서는 발생하는 기포입자의 크기가 크다.

일정한 전압에서 인가되는 전류는 전해조(11)의 전해질의 농도에 따라서 변하는데, 전해질의 농도가 높아지면 인가전류가 높이지면서 기포 발생량이 증가하고, 반대로 전해질의 농도가 낮아지면 인가전류도 떨어지면서 기포발생랑이 감소한다.

인가전압이 낮아 발생하는 기포의 입자가 작은 경우에는 부상속도가 느려 부유고형물질의 부상이 제되로 일어나지않으며, 반면에 인가전압이 너무 높은 경우에는 큰입자의 기포가 발생되면서 기포의 부상속도가 지나치게 빨라지면서 교반현상이 일어나기 때문에 부상효율이 떨어 지게된다.

따라서, 인가전압지시조절기(VOC ; Voltage indicating controller)를 설치하여 최적의 전압을 인가 시켜야하며, 기포발생량은 최적의 인가전압을 인가하면서 인가전류지시조절기(AIC ; Ampere indicating controller)을 설치하여 전해질의 주입량을 조절하여 최적의 전류가 인가되도록 한다.

그리고, 부상부(3)의 스컴호퍼(10)에서 발생되는 스컴과 침전부(2)의 슬러지핏트(9)에서 배출되는 슬러지는 슬러지 및 스컴저장조로 보내었다가 탈수공정으로 보내어 탈수처리하고, 침전부(2)의 상부로 익류되는 익류수는 1차(중간)처리수조로 보내었다가 2차생물학처리공정이나 기타 후처리공정으로 보내어 처리한다.

전술한 기술내용으로부터 자명하듯이, 본 발병은 폐수중 부유고형물질을 단일 침전조나 부상조에서 분리제거하는 경우에 비해서는 처리효율이 월등히 높으면서 시설비 및 운전비가 종래의 가압부상조에 비해서 상당히 저렴하면서 공정이 간단하므로 운전 및 유지관리가 용이 하기 때문에 폐수처리의 부유고형물질 제거에 널리 보급될것으로 기대된다.

Claims

폐수중에 함유되어 있는 부유고형물질(Suspended solid)를 중화ㆍ응집 처리후 전해부상 및 침전조(1)의 센터웰(Center well ; 7)에 공급하고, 하부에 설치된 전해조(11)에서 발생되는 기포에 의해서 비중이 가벼운 부유고형물질은 부상부(3)의 상부로 부상한 다음 스키머(Skimmer ; 5)에 의해서 스컴호퍼(Scum hopper ; 10)로 이송시켜 제거하고, 비중이 무거운 고형물질은 침전부(2)로 침전되면 스크렙퍼(Scrapper ; 6)에 의해서 슬러지핏트(Sludge pit)로 보내어 배출하여 제거하며, 부유고형물질이 제거된 폐수는 침전부(2) 상부의 웨어(Weir ; 4)로 익류되면서 폐수중 부유고형물질을 제거하는 방법.
제1항에 있어서, 전해조(11) 내부에 양극판(12)과 음극판(13)을 설치하고 상부에는 다공질막(19)을 설치하여 전해조(11)의 전극판과 전해액을 폐수와 격리시켜 전해질 사용량을 최소로 하면서 전력소모를 절감하며, 음극스케일 및 수소분극현상을 억제하여 운전을 용이하게 하는 방법.
제2항에 있어서, 망초(NaSO₄)수용액에 황산(H₂SO₄)을 가해서 pH를 4∼5의 약산성 수용액을 전해질로 사용하면서, 양극의 재질은 산소발생과전압(酸素發生過電壓)이 낮으면서 양극부식에 대한 내식성이 우수한 티탄늄(Titanium)판에 TiO₂-RuO₂를 소부코팅한 DSA (Dimenssionally stable anode)전극을 사용하고, 음극은수소발생과전압(水素發生過電壓)이 낮으면서 휴전(休電)시 전해질에 내식성이 우수한 백금도금판이나 티탄늄판을 사용하여 전력소모량이 적으면서 부식에 대한 문제점을 개선하는 방법.