KR20030030261A - 이온화가스를 이용한 고농도 유기성 폐수 처리 시스템 및그 방법 - Google Patents

이온화가스를 이용한 고농도 유기성 폐수 처리 시스템 및그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이온화가스를 이용한 고농도 유기성 폐수 처리 시스템 및 그 방법을 개시한다. 본 발명은 고농도 유기성 폐수에 포함되어 있는 부유물질을 제1 침전조에서 제거하여 상등수를 제1 분해조로 방류하고, 상등수에 포함되어 있는 유기물을 제거할 수 있는 이온화가스를 제1 이온화가스 발생수단에 의하여 발생하여 제1 분해조로 주입한다. 제1 분해조를 거친 반응수에 포함되어 있는 부유물질을 제1 응집수단에 의하여 응집한 후, 제1 응집수단을 거친 유출수에 포함되어 있는 부유물질을 제2 침전조에서 제거하여 상등수를 제2 분해조로 방류하고, 상등수에 포함되어 있는 유기물을 제거시킬 수 있는 이온화가스를 제2 이온화가스 발생수단에 의하여 발생하여 제2 분해조로 주입한다. 제2 분해조를 거친 반응수에 포함되어 있는 부유물질을 제2 응집수단에 의하여 응집하며, 제2 응집수단을 거친 유출수에 포함되어 있는 부유물질을 제3 침전조에서 제거하여 상등수를 방류하고, 제3 침전조를 거친 상등수는 여과수단에 의하여 여과한다.

Description

이온화가스를 이용한 고농도 유기성 폐수 처리 시스템 및 그 방법{IONIZED GAS AIDED SYSTEM AND METHOD FOR TREATING HIGH CONCENTRATION ORGANIC WASTEWATER}
본 발명은 이온화가스(Ionized Gas)를 이용하여 고농도 유기성 폐수를 처리하기 위한 이온화가스를 이용한 고농도 유기성 폐수 처리 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
주지하고 있는 바와 같이 축산폐수, 분뇨폐수, 산업폐수 및 쓰레기침출수 등 수질오염의 원인이 되는 고농도 유기성 폐수는 1,500㎎/ℓ이상의 생물화학적 산소요구량(BOD, Biochemical Oxygen Demand), 500㎎/ℓ이상의 질소(N)와 10㎎/ℓ이상의 인(P)을 포함하고 있는 폐수를 말한다. 이러한 고농도 유기성 폐수는 유기물의 농도, 질소 및 인 등의 영양염류, 고분자 물질, 냄새 및 색도 등 여러 가지 요소로 인하여 처리가 대단히 곤란한 폐수로 알려져 있다.
한편, 고농도 유기성 폐수는 물리적, 화학적, 생물학적 처리방법을 복합시킨 복합처리방법에 의하여 처리하고 있다. 고농도 유기성 폐수의 물리적 처리방법은 스크린, 침사지, 침전조 등에 의하여 폐수 중에 부유하는 부유물질을 처리한다. 고농도 유기성 폐수의 화학적 처리방법은 오존(O3), 과산화수소수, 자외선 등을 이용하여 OH라디칼(Radical)을 생성시킴으로써, OH라디칼의 강력한 산화력으로 폐수가 가지고 있는 이중결합, 삼중결합, 고리결합 등의 결합을 분해하여 유기물과 색도를 제거한다. 그러나 화학적 처리방법은 유기물과 색도의 제거에 한계가 있을 뿐만 아니라, 다량으로 발생되는 슬러지(Sludge)에 의하여 운전이 상당히 곤란하고, 화학약품의 사용이 많은 단점을 수반하고 있다. 화학약품의 과다한 사용은 비용을 증가시키며, 화학약품에 의한 2차적인 오염을 유발시킬 우려가 매우 높은 문제가 있다. 특히, 슬러지에 잔류되는 중금속 등의 독성물질로 인하여 슬러지의 재활용이 곤란할 뿐만 아니라, 슬러지의 처리 비용을 가중시키는 문제가 있다.
또한, 고농도 유기성 폐수의 생물학적 처리방법은 화학적 처리공정의 상류 또는 하류에서 미생물이 유기물을 영양원으로 섭취하여 소화시키는 원리를 이용하여 유기물을 제거한다. 미생물은 산소의 섭취 방식에 따라 유기물의 자체 산소로 호흡하는 혐기성 미생물(嫌氣性 微生物)과 수중의 용존산소로 호흡하는 호기성 미생물(好氣性 微生物)로 분류된다. 혐기성 미생물을 이용하는 혐기성 소화법은 밀봉되어 있는 소화조에서 혐기성 미생물의 소화에 의하여 유기물을 분해시키며, 호기성 미생물을 이용하는 호기성 소화법은 소화조에 산소를 공급하면서 호기성 미생물의 소화에 의하여 유기물을 분해시킨다. 그러나 혐기성 및 호기성 소화법은 난분해성 물질(Non-Bio Degradable)의 처리효율이 매우 낮고, 영양염류와 색도를 제거하기 어려울 뿐만 아니라, 상당한 처리시간이 소요되는 단점을 수반하고 있다. 특히,미생물의 성장에 탄소 및 질소비(C-N), 독성물질, 온도 등 여러 가지 운전인자의 제어와 유지관리가 매우 곤란한 문제가 있으며, 운전인자의 변화로 인한 미생물의 사멸과 성장저해 등 많은 문제를 내포하고 있다. 그리고 물리적, 화학적, 생물학적 처리방법을 복합시킨 복합처리시스템은 설비가 복잡하고 유지관리 및 운전이 곤란하여 설비비용, 관리비용, 운전비용을 가중시키는 문제가 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 여러 가지 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 고농도 유기성 폐수를 효율적으로 처리할 수 있는 이온화가스를 이용한 고농도 유기성 폐수 처리 시스템 및 그 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 설비가 간단하고, 운전과 유지관리가 매우 간편하며, 자동화가 용이하게 가능하여 고농도 유기성 폐수를 경제적으로 처리할 수 있는 이온화가스를 이용한 고농도 유기성 폐수 처리 시스템 및 그 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 고농도 유기성 폐수를 재활용수로 처리할 수 있는 이온화가스를 이용한 고농도 유기성 폐수 처리 시스템 및 그 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 고농도 유기성 폐수의 처리시간을 크게 단축시킬 수 있는 이온화가스를 이용한 고농도 유기성 폐수 처리 시스템 및 그 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 폐수의 처리 후 발생하는 슬러지를 효율적으로 감량시킬 수 있으며, 탈수 후 슬러지의 함수율을 크게 저하시킬 수 있는 이온화가스를 이용한 고농도 유기성 폐수 처리 시스템 및 그 방법을 제공하는데 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 고농도 유기성 폐수에 포함되어 있는 부유물질을 제거하여 상등수를 제1 분해조로 방류하는 제1 침전조와; 상등수에 포함되어 있는 유기물을 제거할 수 있는 이온화가스를 발생하여 제1 분해조로 주입하는 제1 이온화가스 발생수단과; 제1 분해조를 거친 반응수에 포함되어 있는 부유물질을 응집하는 제1 응집수단과; 제1 응집수단을 거친 유출수에 포함되어 있는 부유물질을 제거하여 상등수를 제2 분해조로 방류하는 제2 침전조와; 상등수에 포함되어 있는 유기물을 제거할 수 있는 이온화가스를 발생하여 제2 분해조로 주입하는 제2 이온화가스 발생수단과; 제2 분해조를 거친 반응수에 포함되어 있는 부유물질을 응집하는 제2 응집수단과; 제2 응집수단을 거친 유출수에 포함되어 있는 슬러지를 제거하여 상등수를 방류하는 제3 침전조로 이루어지는 이온화가스를 이용한 고농도 유기성 폐수 처리 시스템에 있다.
본 발명의 다른 특징은, 고농도 유기성 폐수에 포함되어 있는 부유물질을 제1 침전조에서 제거하여 상등수를 제1 분해조로 방류하는 단계와; 상등수에 포함되어 있는 유기물을 제거할 수 있는 이온화가스를 제1 이온화가스 발생수단에 의하여 발생하여 제1 분해조로 주입하는 단계와; 제1 분해조를 거친 반응수에 포함되어 있는 부유물질을 제1 응집수단에 의하여 응집하는 단계와; 제1 응집수단을 거친 유출수에 포함되어 있는 부유물질을 제2 침전조에서 제거하여 상등수를 제2 분해조로방류하는 단계와; 상등수에 포함되어 있는 유기물을 제거할 수 있는 이온화가스를 제2 이온화가스 발생수단에 의하여 발생하여 제2 분해조로 주입하는 단계와; 제2 분해조를 거친 반응수에 포함되어 있는 부유물질을 제2 응집수단에 의하여 응집하는 단계와; 제2 응집수단을 거친 유출수에 포함되어 있는 부유물질을 제3 침전조에서 제거하여 상등수를 방류하는 단계로 이루어지는 이온화가스를 이용한 고농도 유기성 폐수 처리 방법에 있다.
도 1은 본 발명에 따른 고농도 유기성 폐수 처리 시스템을 나타낸 계통도,
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 고농도 유기성 폐수 처리 방법을 설명하기 위하여 나타낸 흐름도,
도 3은 본 발명에 따른 고농도 유기성 폐수 처리 시스템과 그 방법에 의하여 축산폐수를 처리한 결과를 보여주는 그래프,
도 4는 본 발명에 따른 고농도 유기성 폐수 처리 시스템과 그 방법에 의하여 분뇨폐수를 처리한 결과를 보여주는 그래프이다.
♣도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ♣
10: 집수조20: 침사조
30: 협잡물처리기40: 제1 침전조
50: 제1 분해조60: 제1 이온화가스 발생장치
70: 제2 공기주입장치74: 폭기장치
80: 제1 응집조90: 제1 반응조
100: 제2 침전조110: 제2 분해조
120: 제2 이온화가스 발생장치130: 제2 공기주입장치
134: 폭기장치140: 제2 응집조
150: 제2 반응조160: 제3 침전조
170: 제1 여과조180: 제2 여과조
190: 농축조210: 탈수기
이하, 본 발명에 따른 이온화가스를 이용한 고농도 유기성 폐수 처리 시스템 및 그 방법에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 도면들에 의거하여 상세하게 설명한다.
먼저, 도 1을 참조하면, 본 발명의 시스템은 축산폐수, 분뇨폐수, 산업폐수 및 쓰레기침출수 등의 고농도 유기성 폐수를 집수하는 집수조(10)와, 이 집수조 (10)와 제1 펌프(12)에 의하여 연결되어 폐수 속의 모래 등 비중이 높은 사석을 제거하는 침사조(20)와, 침사조(20)의 하류에 배치되어 폐수 속의 협잡물(挾雜物)을 원심분리에 의하여 제거하는 협잡물처리기(30)를 구비한다. 집수조(10)와 침사조 (20)는 원통 또는 사각 형상의 직립구조로 구성되어 있다. 집수조(10)는 후속하는 공정에서 요구되는 소요량의 폐수를 일정하게 공급하여 효율을 증대시킬 수 있도록 일시적으로 집수하여 저장하며, 침사조(20)의 사석의 제거로 후속하는 공정에 갖추어지는 펌프와 같은 장치의 고장을 방지시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 시스템은 협잡물처리기(30)의 하류에 배치되어 생슬러지(Raw Sludge)라 부르고 있는 직경 0.1㎛ 이상의 침전이 가능한 폐수 속의 부유물질을 제거하는 제1 침전조(40)를 구비하며, 제1 침전조(40)는 중앙유입식 원형 구조로 구성되어 있다. 제1 침전조(40)의 상부 중앙에 설치되어 있는 유입정(Inlet Well: 42)은 협잡물처리기(30)와 연결되어 있고, 제1 침전조(40)의 바닥에는 회전구동에 의하여 침전되어 있는 슬러지를 제거하는 슬러지제거기(44)가 설치되어 있다. 제1 침전조(40)의 상부 벽면에 부유물질이 제거된 상등수를 배출하는 오리피스 (46)가 형성되어 있고 바닥 중앙에는 슬러지제거기(44)에 의하여 제거되는 슬러지를 배출시키기 위한 슬러지배출구(48)가 형성되어 있다.
제1 침전조(40)의 오리피스(46)를 통하여 배출되는 상등수는 그 하류에 배치되어 있는 제1 분해조(50)에 공급되며, 제1 분해조(50)는 제1 침전조(40)를 거친 상등수의 처리를 위하여 단위공정의 상등수를 저수한다. 제1 분해조(50)와 근접하도록 이온화가스를 발생하는 제1 이온화가스 발생장치(60)가 배치되어 있다. 제1 이온화가스 발생장치(60)는 액체, 기체 등의 절연체 속에 넣은 두 전극에 고전압을 인가시켜 절연파괴(Break Down)에 의한 방전, 예를 들어 아크방전(Arc Discharge)을 발생시킨다. 이 아크방전에 의하여 방전공간(Discharge Volume)에서 기체 중의 전자가 에너지의 증가로 가속되면서 분자와 충돌을 일으켜 전자, 이온, 중성입자로 구성되는 이온화(Ionization)에 의하여 이온화가스를 발생시킨다. 이온화가스는 에너지의 증가에 의한 전자의 가속으로 또 다시 이온화를 일으켜 주변 기체의 분자와 충돌함으로써 다량의 기체를 이온화시키고, 이에 따라 이온화가스의 양은 급격하게 증대되며, 이를 전자사태(Electron Avalanche)라 한다. 이와 같은 이온화가스는 공기와 반응하여 다량의 라디칼을 생성시키고 폐수에 투입되어 유기물 및 색도 등을 분해·분리하여 제거한다.
한편, 제1 이온화가스 발생장치(60)와 연결되어 있는 제1 공기주입장치(70)는 제1 이온화가스 발생장치(60)로부터 이온화가스를 공기와 함께 제1 분해조(50)로 주입시킨다. 제1 공기주입장치(70)는 에어블로워(Air Blower: 72)나 컴프레서 (Compressor)로 구성할 수 있다. 제1 분해조(50)의 바닥에는 제1 공기주입장치(70)로부터 주입되는 이온화가스를 제1 분해조(50)에 폭기(曝氣, Aeration)시키는 폭기장치(74)가 설치되어 있고, 폭기장치(74)는 제1 분해조(50) 전체에 이온화가스를 균일하게 폭기시킬 수 있도록 다수의 노즐(76)을 가지고 있다.
제1 분해조(50)의 하류에는 제2 펌프(52)에 의하여 제1 분해조(50)로부터 공급되는 반응수에 부유하는 부유물질, 예를 들어 콜로이드를 응집(Coagulation)하기 위한 제1 응집조(80)가 배치되어 있다. 제1 응집조(80)의 상류에 무기응집제를 제1 응집조(80)에 공급하기 위한 무기응집제 저장조(82)가 배치되어 있으며, 무기응집제 저장조(82)는 제3 펌프(84)에 의하여 제1 응집조(80)와 연결되어 있다. 제1 응집조(80)에는 반응수와 무기응집제를 교반시키는 교반기(86)가 설치되어 있고, 벽면 상부에는 오리피스(Orifice: 88)가 형성되어 있다. 무기응집제는 액상 황산알루미늄과 철염 등을 사용할 수 있다.
제1 응집조(80)의 하류에는 제1 응집조(80)로부터 유출되는 1차 유출수를 다시 응집하기 위한 제1 반응조(90)가 병렬로 배치되어 있고, 제1 응집조(80)와 제1 반응조(90)는 벽면의 상부에 형성되어 있는 오리피스(88)를 통하여 연통되어 동일한 수위를 유지한다. 제1 반응조(90)의 상류에 고분자응집제, 예를 들어 수용성 폴리머(Polymer)를 제1 반응조(90)에 공급하기 위한 고분자응집제 저장조(92)가 배치되어 있으며, 고분자응집제 저장조(92)는 제4 펌프(94)에 의하여 제1 반응조(90)와 연결되어 있다. 제1 반응조(90)에는 유출수와 고분자응집제를 교반시키는 교반기 (96)가 설치되어 있고 벽면 상부에는 오리피스(98)가 형성되어 있다.
또한, 제1 반응조(90)의 하류에는 제1 반응조(90)의 오리피스(98)를 통하여 유출되는 유출수에 포함되어 있는 부유물질을 침전시키는 제2 침전조(100)가 배치되어 있고, 제2 침전조(100)는 제1 침전조(40)와 동일하게 구성되어 있다. 따라서, 제2 침전조(100)의 유입정(102), 슬러지제거기(104), 오리피스(106), 슬러지배출구 (108)는 제1 침전조(40)의 유입정(42), 슬러지제거기(44), 오리피스(46), 슬러지배출구(48)와 그 구성과 작용이 동일하므로, 이하에서 제2 침전조(100)에 대한 자세한 설명은 생략한다.
제2 침전조(100)의 하류에는 제1 분해조(50), 제1 이온화가스 발생장치(60), 제1 공기주입장치(70), 제1 응집조(80), 제1 반응조(90), 제2 침전조(100)와 동일한 구성으로 제2 분해조(110), 제2 이온화가스 발생장치(130), 제2 공기주입장치 (130), 제2 응집조(140), 제2 반응조(150), 제3 침전조(160)가 배치되어 있다. 제2 공기주입장치(130)의 에어블로워(132), 폭기장치(134), 노즐(136)은 제1 공기주입장치(70)의 에어블로워(72), 폭기장치(74), 노즐(76)과 그 구성과 작용이 동일하다. 제2 응집조(140)의 무기응집제 저장조(142), 제6 펌프(144), 교반기(146), 오리피스(148)는 제1 응집조(80)의 무기응집제 저장조(82), 제3 펌프(84), 교반기(86), 오리피스(88)와 그 구성과 작용이 동일하다. 제2 반응조(150)의 고분자응집제 저장조(152), 제7 펌프(154), 교반기(156), 오리피스(158)는 제1 반응조(90)의 고분자응집제 저장조(92), 제4 펌프(94), 교반기(96), 오리피스(98)와 그 구성과 작용이 동일하다. 제3 침전조(160)의 유입정(162), 슬러지제거기(164), 오리피스 (166), 슬러지배출구(168)는 제2 침전조(100)의 유입정(102), 슬러지제거기(104), 오리피스(106), 슬러지배출구(108)와 그 구성 및 작용이 동일하다. 따라서, 이하에서는 제2 분해조(110), 제2 이온화가스 발생장치(130), 제2 공기주입장치(130), 제2 응집조(140), 제2 반응조(120), 제3 침전조(160)의 구성과 작용은 제1 분해조 (50), 제1 이온화가스 발생장치(60), 제1 공기주입장치(70), 제1 응집조(80), 제1 반응조(90), 제2 침전조(100)의 구성과 작용을 참조하고 자세한 설명은 생략한다. 제2 분해조(110)와 제2 응집조(140)는 제5 펌프(112)에 의하여 연결되어 있으며, 제3 침전조(160)의 유입정(162)은 제2 반응조(150)의 오리피스(158)와 연결되어 있다.
한편, 제3 침전조(160)의 하류에 제1 여과조(170)가 배치되어 있고, 제3 침전조(160)의 오리피스(166)는 제8 펌프(172)에 의하여 제1 여과조(170)와 연결되어 있다. 제1 여과조(170)는 여과요소로 제올라이트(Zeolite)에 의하여 제3 침전조 (160)로부터 공급되는 상등수에 포함되어 있는 암모니아성 질소 등의 영양염류, 2가의 양이온, 예를 들어 칼슘이온, 마그네슘이온 등과 잔류하고 있는 부유물질 등을 흡착하여 제거한다. 제1 여과조(170)의 하류에 제2 여과조(180)가 배치되어 있으며, 제2 여과조(180)는 제9 펌프(182)에 의하여 제1 여과조(170)와 연결되어 있다. 제2 여과조(180)는 여과요소로 활성탄에 의하여 제1 여과조(170)를 거친 정화수 속에 잔류하는 유기물, 색도 등을 최종적으로 흡착하여 제거한다. 제2 여과조 (180)를 거친 정화수는 배수시설로 방류시킨다.
본 발명의 시스템은 고농도 유기성 폐수의 처리 과정에서 발생되는 협잡물과 슬러지의 부피를 감소시키기 위하여 농축시키는 농축조(190)를 구비한다. 농축조 (190)는 제1 내지 제3 침전조(40, 100, 160)의 하류에 배치되어 있으며, 농축조 (190)는 중앙유입식 원형 구조로 구성되어 있다. 농축조(90)의 상부 중앙에 설치되어 있는 유입정(192)은 협잡물처리기(30), 제1 내지 제3 침전조(40, 100, 160)의 슬러지배출구(48, 108, 168)와 제10 내지 제13 펌프(200, 202, 204, 206)에 의하여 각각 연결되어 있다. 농축조(190)의 바닥에는 회전구동에 의하여 침전되어 있는 슬러지를 제거하는 슬러지제거기(194)가 설치되어 있다. 농축조(190)의 상부 벽면에 협잡물과 슬러지가 제거된 상등수를 배출시키는 오리피스(196)가 형성되어 있고 바닥 중앙에는 슬러지제거기(194)에 의하여 제거되는 농축 슬러지를 배출시키기 위한 슬러지배출구(198)가 형성되어 있다. 그리고 농축조(190)의 오리피스(196)는 제14 펌프(208)에 의하여 집수조(10)와 연결되어 있다. 농축조(190)의 하류에는 농축조 (190)로부터 공급되는 농축 슬러지를 탈수시키는 탈수기(210)가 배치되어 있으며, 탈수기(210)는 슬러지를 이송시키면서 수분을 탈수시키는 사판형 벨트(112)를 구비하고 있다. 탈수기(210)의 근접 위치에는 탈수기(210)로부터 수분이 제거된 탈수 슬러지(Dewatered Sludge)를 제거시켜 운반시키기 위한 컨베이어(214)가 배치되어 있다.
도 2a 및 도 2b에는 본 발명에 따른 고농도 유기성 폐수의 처리 방법을 설명하기 위한 흐름도가 도시되어 있다. 도 1과 도 2a 및 도 2b를 함께 참조하여 본 발명에 따른 고농도 유기성 폐수의 처리 방법을 살펴보면, 먼저 축산폐수, 분뇨폐수, 산업폐수 및 쓰레기침출수 등의 고농도 유기성 폐수는 집수조(10)에 집수시킨다 (S300). 이때, 집수조(10)에는 후속하는 공정에서 요구되는 소요량의 폐수를 일정하게 공급할 수 있는 충분한 양의 폐수를 저장시켜 시스템의 운전을 효율적으로 실시할 수 있도록 한다. 집수조(10)에 집수되는 폐수가 일정한 수위에 도달하면, 집수조(10)의 폐수는 제1 펌프(12)의 작동에 의하여 침사조(20)로 공급하여 사석을 제거하고(S302), 사석을 제거시킨 폐수는 협잡물처리기(30)로 공급하여 협잡물을 제거한다(S304). 협잡물처리기(30)에 의하여 제거시킨 협잡물은 협잡물처리기(30)로부터 배출시킨다(S306).
다음으로, 협잡물처리기(30)에 의하여 협잡물을 제거시킨 폐수는 제1 침전조 (40)로 공급하며, 폐수 속의 부유물질은 제1 침전조(40)의 바닥에 침전되어 제거된다(S308). 제1 침전조(40)의 바닥에 침전된 슬러지는 슬러지제거기(46)의 회전구동에 의하여 슬러지배출구(48)를 통하여 배출된다(S310). 제1 침전조(40)의 오리피스 (46)를 통하여 배출되는 상등수는 제1 분해조(50)에 공급되어 저수된다(S312). 제1 분해조(50)에 단위공정의 상등수가 저수되면, 제1 이온화가스 발생장치(60)의 작동에 의하여 이온화가스를 발생시킨다(S314). 이온화가스는 제1 공기주입장치(70)의 작동에 의하여 공기와 함께 제1 분해조(50)에 주입되며, 제1 공기주입장치(70)의 폭기장치(74)는 공기와 이온화가스를 제1 분해조(50)의 폐수에 폭기시킨다(S316).이때, 이온화가스는 폭기장치(74)의 노즐(76)을 통하여 제1 분해조(50) 전체에 균일하게 폭기된다.
이온화가스는 제1 공기주입장치(50)에 의하여 주입되는 공기와 반응하여 다량의 라디칼을 생성시킴과 동시에 고농도 유기성 폐수와 반응하면서 유기물을 분해·분리하여 제거시킨다. 즉, 이온화가스는 폐수 속의 간단한 결합구조를 갖는 유기물과 집접 반응하여 분해·분리시킨다. 라디칼은 물분자와 반응하여 강력한 산화력을 갖는 OH라디칼, 오존, 과산화수소 등 다량의 산화물질을 생성시키며, 이 산화물질은 유기물을 분해·분리하여 제거시킨다. 이때, 폐수에 포함되어 있는 고분자화합물 등 고분자의 고리결합 물질은 그 결합고리를 분해·분리시켜 간단한 분자구조의 화합물로 변화시킨다. 특히, OH라디칼은 모든 유기물과 대단히 빠른 속도로 반응하여 유기물을 효과적으로 분해·분리시킨다. 이와 같이 폐수에 포함되어 있는 유기물, 색도 등 난분해성 물질이 이온화가스, 라디칼, 오존 등의 강력한 산화력과 에너지에 의하여 분해·분리시킬 수 있으므로, 폐수의 처리 효율을 크게 향상시킬 수 있다. 유기물은 폐수의 성상에 따라 차이가 있으나 최종적으로는 CO2+H2O로 변환되며, 과잉 라디칼은 자연적으로 분해되어 소멸된다. 그리고 이온화가스에 의하여 처리한 폐수에는 슬러지의 발생량이 크게 감소되며, 후속하는 슬러지처리공정에서 독성물질이 없는 슬러지로 처리할 수 있을 뿐만 아니라, 탈수 후 슬러지의 함수율을 크게 저하시킬 수 있다. 이와 같이 이온화 가스를 이용한 고농도 유기성 폐수의 처리에 있어서는 운전인자에 의한 제한이 크게 감소되어 전체 공정을 용이하게 자동화시킬 수 있다.
계속해서, 제1 분해조(50)를 거친 반응수는 제2 펌프(52)의 작동에 의하여 제1 응집조(80)로 공급하고, 제1 응집조(80)에는 제3 펌프(84)의 작동에 의하여 무기응집제 저장조(82)로부터 무기응집제를 공급하여 반응수에 포함되어 있는 부유물질을 응집시킨다(S318). 제1 응집조(80)에서 응집을 거친 유출수는 오리피스(88)를 통하여 제1 반응조(90)에 공급되며, 제1 반응조(90)에는 제4 펌프(94)의 작동에 의하여 고분자응집제 저장조(92)로부터 고분자응집제를 공급하여 유출수에 포함되어 있는 부유물질을 다시 응집시킨다(S320). 이와 같은 무기응집제와 고분자응집제의 병용에 의해서는 무기응집제에 의하여 응집시키지 못한 부유물질을 고분자응집제에 의하여 효율적으로 응집시킬 수 있다. 따라서, 무기응집제의 사용량을 절반 이하로 크게 감소시킬 수 있다. 또한, 고분자응집제는 무기응집제에 비하여 슬러지의 발생량을 감소시킬 수 있으며, 슬러지의 탈수효율을 증대시켜 환경 보존 및 처리 비용을 감소시킬 수 있는 효과가 있다. 특히, 색도를 구성하는 물질이 분해·분리되어 원천적으로 제거된 반응수로부터 무기응집제와 고분자응집제에 의하여 슬러지를 응집하기 때문에 독성물질에 의한 슬러지의 오염을 효과적으로 방지시킬 수 있다.
제1 반응조(90)의 오리피스(98)를 통하여 유출되는 유출수는 제2 침전조 (100)의 유입정(102)에 공급된다. 유출수에 포함되어 있는 부유물질은 제2 침전조 (100)의 바닥에 침전된다(S322). 제2 침전조(100)의 바닥에 침전된 슬러지는 슬러지제거기(104)의 회전구동에 의하여 슬러지배출구(108)를 통하여 배출시킨다 (S324). 제2 침전조(100)의 오리피스(106)를 통하여 슬러지가 제거된 상등수는 제2분해조(110)로 공급되어 저수된다(S326).
제2 분해조(110)에 단위공정의 상등수가 저수되면, 제2 이온화가스 발생장치 (120)의 작동에 의하여 이온화가스를 발생시킨다(S328). 이온화가스는 제2 공기주입장치(130)의 작동에 의하여 공기와 함께 제2 분해조(110)에 주입되며, 제2 공기주입장치(130)의 폭기장치(134)는 공기와 이온화가스를 제2 분해조(110)의 폐수에 폭기시킨다(S330). 제2 분해조(110)를 거친 반응수는 제5 펌프(112)의 작동에 의하여 제2 응집조(140)로 공급하고, 제2 응집조(140)에는 제6 펌프(144)의 작동에 의하여 무기응집제 저장조(142)로부터 무기응집제를 공급하여 반응수에 포함되어 있는 부유물질을 응집시킨다(S332). 제2 응집조(140)에서 응집을 거친 유출수는 오리피스(148)를 통하여 제2 반응조(150)에 공급되며, 제2 반응조(150)에는 제7 펌프 (154)의 작동에 의하여 고분자응집제 저장조(152)로부터 고분자응집제를 공급하여 유출수에 포함되어 있는 부유물질을 다시 응집시킨다(S334).
제2 반응조(150)의 오리피스(158)를 통하여 유출되는 유출수는 제3 침전조 (160)의 유입정(162)에 공급된다. 유출수에 포함되어 있는 부유물질은 제3 침전조 (160)의 바닥에 침전된다(S336). 제3 침전조(160)의 바닥에 침전된 슬러지는 슬러지제거기(164)의 회전구동에 의하여 슬러지배출구(168)를 통하여 배출시킨다 (S338). 위의 단계 S326 내지 단계 S338은 단계 S312 내지 단계 S324의 처리과정을 다시 한번 반복하여 실시한 것이다. 이와 같이 고농도 유기성 폐수를 제1 분해조 (50)와 제2 분해조(100)에서 이온화가스에 의하여 2회에 걸쳐 처리함으로써, 고농도 유기성 폐수에 포함되어 있는 유기물, 색도 등 난분해성 물질을 완벽하게 제거할 수 있다. 즉, 제1 분해조(50)의 처리과정을 통한 고분자의 고리결합 물질이 분해·분리로 생성되는 간단한 분자구조의 화합물이 잔류될 경우, 이 화합물은 제2 분해조(100)의 처리과정을 통하여 최종적으로 제거할 수 있다. 제2 응집조(140)와 제2 반응조(150)에서는 제2 침전조(100)에서 제거시키지 못하여 잔류되는 부유물질과 제2 분해조(100)에서 생성되는 부유물질을 응집시킴으로써, 제3 침전조(160)에서 부유물질을 완벽하게 제거할 수 있게 한다.
다음으로, 제3 침전조(160)의 오리피스(166)를 통하여 유출되는 상등수는 제8 펌프(172)의 작동에 의하여 제1 여과조(170)로 공급시키며, 제1 여과조(170)에서는 제올라이트에 의하여 암모니아성 질소 등의 영양염류, 2가의 양이온, 잔류하는 부유물질그네슘이온 등을 흡착하여 제거시킨다(S340). 제1 여과조(170)의 정화수는 제9 펌프(182)의 작동에 의하여 제2 여과조(180)로 공급시키고, 제2 여과조 (180)에서는 활성탄에 의하여 제1 여과조(170)를 거친 정화수 속에 잔류하는 유기물, 색도 등을 최종적으로 흡착하여 제거시킨다(S342). 마지막으로, 제2 여과조 (180)를 거친 정화수는 배수시설로 방류시킨다(S344).
한편, 협잡물처리기(30)로부터 배출되는 협잡물은 제10 펌프(100)의 작동에 의하여 농축조(190)의 유입정(192)으로 공급하며, 제1 내지 제3 침전조(40, 100, 160)로부터 배출되는 슬러지는 제11 내지 제13 펌프(202, 204, 206)의 작동에 의하여 농축조(190)의 유입정(192)으로 공급한 후, 공급되는 협잡물과 슬러지는 농축조 (190)에서 농축시킨다(S346). 이때, 농축조(190)의 오리피스(196)를 통하여 배출되는 상등수는 집수조(10)로 회수시켜 다시 처리한다.
농축조(190)에서 농축시킨 슬러지는 슬러지제거기(194)의 회전구동에 의하여 슬러지배출구(198)로 배출시키며, 배출되는 농축 슬러지는 탈수기(210)의 사판형 벨트(212)로 공급하여 탈수시킨다(S348). 탈수가 완료된 탈수 슬러지는 농축조 (210)의 벨트(212)로부터 수거하여 컨베이어(214)에 의하여 운반시킨 후, 재활용하거나 매립장에 매립하여 안전하게 처리한다(S350). 이온화가스에 의하여 처리한 폐수에는 슬러지의 발생량이 크게 감소되며, 탈수 후 슬러지의 함수율을 크게 저하되므로, 슬러지의 처리 비용을 크게 감소시킬 수 있다.
지금부터는 본 발명의 고농도 유기성 폐수 처리 시스템 및 그 방법에 의한 고농도 유기성 폐수의 처리효율을 살펴본다.
(실시예 1)
실시예 1은 고농도 유기성 폐수로 축산폐수를 처리하였다. 표 1에는 축산폐수의 과망간칼륨(KMnO4)에 의한 화학적 산소요구량(CODMn, Chemical Oxygen demand) (㎎/ℓ), 생물화학적 산소요구량(BOD5)(㎎/ℓ), 부유물질(SS, Suspended Solids) (㎎/ℓ), 총질소(T-N, Total Nitrogen)(㎎/ℓ), 총인(T-P, Total Phosphorus)(㎎/ℓ)을 측정하여 나타냈다.
CODMn BOD5 SS T-N T-P
8,000 24,000 22,000 6,800 2,700
표 2에는 표 1의 축산폐수에 대하여 1일 10톤의 처리용량을 갖는 본 발명의 고농도 유기성 폐수 처리 시스템을 구성하는 제1 분해조와 제2 분해조의 운전조건이 나타나 있다.
구분 유입량(㎥/day) 조용량(㎥) 체류시간
제1 분해조 5 13 20
제2 분해조 5 13 20
표 3에는 표 1의 축산폐수를 본 발명의 제2 침전조, 제3 침전조와 제2 여과조 각각에서 처리한 후, 제2 침전조의 상등수, 제3 침전조의 상등수와 제2 여과조의 정화수 각각에 대하여 과망간칼륨에 의한 화학적 산소요구량, 생물화학적 산소요구량, 부유물질, 총질소, 총인을 측정하여 나타냈다.
구분 CODMn BOD5 SS T-N T-P
축산폐수 8,000 24,000 22,000 6,800 2,700
제2 침전조 650 780 700 150 10
제3 침전조 45 35 30 22 2
제2 여과조 5 8 12 13 0.5
표 3과 도 3의 그래프에서 알 수 있는 바와 같이, 축산폐수의 유기물은 제1 분해조, 제1 응집조, 제1 반응조와 제2 침전조의 처리과정을 거쳐 97% 정도가 제거되었다. 또한, 제2 분해조, 제2 응집조, 제2 반응조와 제3 침전조의 처리과정을 거쳐 재활용수로 이용할 수 있을 정도로 수질이 개선되었다. 그리고 제1 여과조와 제2 여과조의 여과과정을 거쳐 거의 100%로 처리되었다. 특히, 일반적인 생물학적 처리방법에 의하여 처리하기 곤란하였던 총질소와 총인을 효율적으로 처리할 수 있었다. 제1 분해조와 제2 분해조의 체류시간을 포함하여 전체 시스템에서 총 48시간 동안 축산폐수를 처리할 수 있으므로, 폐수의 처리효율을 크게 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 전체 시스템을 간단하게 구성할 수 있어 설비비용, 관리비용 및 운전비용 등을 절감시킬 수 있는 등 경제적이고 효율적인 운영이 가능하다.
(실시예 2)
실시예 2는 고농도 유기성 폐수로 분뇨폐수를 처리하였다. 표 4에는 분뇨폐수의 과망간칼륨에 의한 화학적 산소요구량, 생물화학적 산소요구량, 부유물질, 총질소, 총인을 측정하여 나타냈다.
CODMn BOD5 SS T-N T-P
6,000 23,000 21,000 6,500 1,000
표 5에는 표 4의 분뇨폐수에 대하여 1일 8톤의 처리용량을 갖는 본 발명의 고농도 유기성 폐수 처리 시스템을 구성하는 제1 분해조와 제2 분해조의 운전조건이 나타나 있다.
구분 유입량(㎥/day) 조용량(㎥) 체류시간
제1 분해조 4 11 20
제2 분해조 5 11 20
표 6에는 표 1의 축산폐수를 본 발명의 제2 침전조, 제3 침전조와 제2 여과조 각각에서 처리한 후, 제2 침전조의 상등수, 제3 침전조의 상등수와 제2 여과조의 정화수 각각에 대하여 과망간칼륨에 의한 화학적 산소요구량, 생물화학적 산소요구량, 부유물질, 총질소, 총인을 측정하여 나타냈다.
구분 CODMn BOD5 SS T-N T-P
축산폐수 6,000 23,000 21,000 6,500 1,000
제2 침전조 593 675 650 135 9
제3 침전조 41 28 19 16 1
제2 여과조 13 10 11 6 0.3
표 6과 도 4의 그래프에서 알 수 있는 바와 같이, 분뇨폐수의 유기물은 제1 분해조, 제1 응집조, 제1 반응조와 제2 침전조의 처리과정을 거쳐 95% 이상이 제거되었다. 또한, 제2 분해조, 제2 응집조, 제2 반응조와 제3 침전조의 처리과정을 거쳐 재활용수로 이용할 수 있을 정도로 수질이 개선되었다. 그리고 제1 여과조와 제2 여과조의 여과과정을 거쳐 거의 100%로 처리되었다.
이상에서 설명된 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고, 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상과 특허청구범위내에서 이 분야의 당업자에 의하여 다양한 변경, 변형 또는 치환이 가능할 것이며, 그와 같은 실시예들은 본 발명의 범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 이온화가스를 이용한 고농도 유기성 폐수 처리 시스템 및 그 방법에 의하면, 이온화가스의 반응에 의하여 고농도 유기성 폐수를 효율적으로 처리할 수 있다. 특히, 고농도 유기성 폐수를 재활용수로 완벽하게 처리할 수 있으며, 처리시간을 크게 단축시켜 처리효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 설비가 간단하고, 운전과 유지관리가 매우 간편하며, 자동화가 용이하게 가능하여 고농도 유기성 폐수를 저렴한 비용으로 처리할 수 있다. 그리고 폐수의 처리 후 발생하는 슬러지를 효율적으로 감량시킬 수 있으며, 탈수 후 슬러지의 함수율을 크게 저하시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 고농도 유기성 폐수에 포함되어 있는 부유물질을 제거하여 상등수를 제1 분해조로 방류하는 제1 침전조와;
    상기 상등수에 포함되어 있는 유기물을 제거할 수 있는 이온화가스를 발생하여 상기 제1 분해조로 주입하는 제1 이온화가스 발생수단과;
    상기 제1 분해조를 거친 반응수에 포함되어 있는 부유물질을 응집하는 제1 응집수단과;
    상기 제1 응집수단을 거친 유출수에 포함되어 있는 부유물질을 제거하여 상등수를 제2 분해조로 방류하는 제2 침전조와;
    상기 상등수에 포함되어 있는 유기물을 제거할 수 있는 이온화가스를 발생하여 상기 제2 분해조로 주입하는 제2 이온화가스 발생수단과;
    상기 제2 분해조를 거친 반응수에 포함되어 있는 부유물질을 응집하는 제2 응집수단과;
    상기 제2 응집수단을 거친 유출수에 포함되어 있는 슬러지를 제거하여 상등수를 방류하는 제3 침전조로 이루어지는 이온화가스를 이용한 고농도 유기성 폐수 처리 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 침전조의 상류에 고농도 유기성 폐수를 집수하는 집수조와, 상기 집수조를 거친 폐수에 포함되어 있는 사석을 제거하는 침사지와, 상기 침사지를 거친 폐수에 포함되어 있는 협잡물을 제거하는 협잡물제거기가 더 배치되어 있으며, 상기 제3 침전조의 하류에 상기 제3 침전조를 거친 상등수를 여과하는 여과수단이 더 배치되어 있는 이온화가스를 이용한 고농도 유기성 폐수 처리 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 여과수단은 제올라이트에 의하여 상기 제3 침전조의 상등수를 여과하는 제1 여과조와, 상기 제1 여과조를 거친 정류수를 활성탄에 의하여 여과하는 제2 여과조로 구성되어 있는 이온화가스를 이용한 고농도 유기성 폐수 처리 시스템.
  4. 고농도 유기성 폐수에 포함되어 있는 부유물질을 제1 침전조에서 제거하여 상등수를 제1 분해조로 방류하는 단계와;
    상기 상등수에 포함되어 있는 유기물을 제거할 수 있는 이온화가스를 제1 이온화가스 발생수단에 의하여 발생하여 상기 제1 분해조로 주입하는 단계와;
    상기 제1 분해조를 거친 반응수에 포함되어 있는 부유물질을 제1 응집수단에 의하여 응집하는 단계와;
    상기 제1 응집수단을 거친 유출수에 포함되어 있는 부유물질을 제2 침전조에서 제거하여 상등수를 제2 분해조로 방류하는 단계와;
    상기 상등수에 포함되어 있는 유기물을 제거할 수 있는 이온화가스를 제2 이온화가스 발생수단에 의하여 발생하여 상기 제2 분해조로 주입하는 단계와;
    상기 제2 분해조를 거친 반응수에 포함되어 있는 부유물질을 제2 응집수단에 의하여 응집하는 단계와;
    상기 제2 응집수단을 거친 유출수에 포함되어 있는 부유물질을 제3 침전조에서 제거하여 상등수를 방류하는 단계로 이루어지는 이온화가스를 이용한 고농도 유기성 폐수 처리 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 제1 침전조의 상류에서 고농도 유기성 폐수를 집수하는 단계와, 고농도 유기성 폐수에 포함되어 있는 사석과 협잡물을 제거하는 단계를 더 포함하고, 상기 제3 침전조를 거친 상등수를 제올라이트와 활성탄에 의하여 여과하는 단계를 더 포함하는 이온화가스를 이용한 고농도 유기성 폐수 처리 방법.
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