KR20030055513A

KR20030055513A - 생물막법, 활성탄, 활성탄 필터 및 모래여과법과고급산화공법을 연계한 산업폐수 중수처리시스템

Info

Publication number: KR20030055513A
Application number: KR1020010085077A
Authority: KR
Inventors: 차진명; 장정균
Original assignee: 주식회사환경과생명
Priority date: 2001-12-26
Filing date: 2001-12-26
Publication date: 2003-07-04
Also published as: KR100446041B1

Abstract

본 발명은 산업장에서 발생하는 산업용 공업폐수를 께끗하게 중수(中水)로 처리하여 생활용수로 재활용하는 중수처리시스템에 관한 것으로서, 더욱 자세히는 회전형 생물막법과 활성탄 및 활성탄 흡착여과법, 모래여과법 및 고급산화공법 (Advanced Oxidation Process)을 결합 연계하여 정유공장, 섬유화학공장, 제철공장, 약품공장 등의 각종 산업장이나 중화학공장 등 산업장에서 사용후 버려져서 낭비되는 물을 효율적으로 중수처리하여 수자원의 오염을 근본적으로 방지하고 재활용에 의한 용수의 절감으로 가용 수자원의 경제적인 활용과 안정적인 확보가 가능한 생물막법과 활성탄 및 활성탄 흡착여과법, 모래여과법을 연계 활용한 중수처리시스템에 관한 것이다.

본 발명은 각종 산업장이나 중화학공장 등 산업장에서 발생되는 난분해성 유기화합물이 많아서 오염도가 심한 산업폐수를 효율적이고 경제적으로 중수처리 할 수 있는 것으로서, 좁은 공간에 설치가 가능하고 폐수의 성상에 관계없이 완벽한 살균처리로 안정적으로 수처리가 되며 처리공정이 단순화되어 전문인력이 불필요하고 유지보수가 편리하며 공장폐수를 빠르고 효율적으로 재처리할 수 있다.

Description

생물막법, 활성탄, 활성탄 필터 및 모래여과법과 고급산화공법을 연계한 산업폐수 중수처리시스템{Industrial wastewater reusing system using combination biofilter process, AC/ACF/Sand filter process and advanced oxidation process}

최근 경제발전에 따른 급속한 산업화와 도시화로 물의 수요는 급증하고 있으니 무절제한 물의 사용으로 인한 수자원 고갈과 수질오염으로 용수부족현상이 심화되고 있으며 이러한 수자원이 부족한 현실에서도 쓰고 버린 물이 하천과 바다에 무절제하게 그대로 방류되고 있어 수자원의 재활용 및 오염방지 대책이 중요한 사회 및 경제문제로 대두되고 있으며, 이렇게 오수, 폐수, 공정수 등 사용하고 버려지는 물을 께끗하게 처리하여 반복적으로 재사용하는 물을 중수라 하고 이에 관한 제반 시설을 중수도라 하는 것으로서, 이러한 수질오염 방지와 수자원의 안정적이고 경제적인 확보를 위하여 여러 용도의 용수중에서 중금속 및 유해성분이 많이 함유된 오염도가 높은 산업장의 공정수를 경제적으로 재처리하여 음용수와 같이 높은 청정도를 필요로 하지 않는 청소나 조경, 화장실 등의 용수로 정화하여 재활용하는 중수처리 시스템이 절실히 요구되고 있다.

일반적으로 오폐수를 처리하는 수처리 기술로는 응집, 침전, 분리, 흡착, 이온교환, 산화 등의 단위 공정을 가지는 물리화학적 처리와 호기적 처리, 혐기적 처리, 동식물이나 미생물에 의한 생물학적 처리와 상기 물리화학적 처리와 생물학적 처리공정을 단위공정으로 하여 조합하고 연계하여 처리하는 다단계처리가 개발되고 있는 실태로서, 통상의 스크린 여과, 약품 투입에 의한 응집, 침전처리 활성탄 여과 등의 방법만으로는 운전비용이 많이 소요되고 효율적이고 안정적인 정수처리가 되지 못하여 처리수질이 양호하지 못하며 활성 슬러지를 이용한 생물학적 처리는 넓은 처리공간이 필요하고 처리에 장시간이 소요됨은 물론 전문적인 관리가 필요하며 처리비용이 과다한 문제점이 있어서 특히 산업폐수는 유독성 폐수로서 성분이 다양하고 유해물질의 방출로 인한 환경파괴가 심각하며 상기한 단위공정의 수처리 기술로는 쉽게 분해 제거가 되지 않아 폐수처리 및 재활용에 문제점이 있어서 물리화학적 처리 방법 및 생물학적 처리방법과 첨단의 고도처리 방법의 단점을 상호 보완하고 선택적으로 연계하여 수처리에 효율적으로 사용하는 다단계 처리가 보편화 되고 있다.

또한 가정이나 공장 등에서 한번 사용하고 버려지는 용수를 처리하는 중수도 처리분야에서는 활성슬러지법과 한외여과막법 등을 사용하여 정수처리하는 것이 일반적으로서 간단한 정수 단계를 거쳐서 재사용 가능한 허드렛물을 일반 용수와 같이 처리함으로써 불필요한 고가의 장치를 설치해야하고 처리비용이 증가되며 대장균 등 유해미생물이 살균되지 않거나 난분해성 유기물질이 잔존하는 등 수처리효율에 문제점이 있었다.

한편 바이오 필터(bio filter)의 핵심기술은 균주확보와 담체개발에 있으나 기존의 바이오 필터를 이용한 수처리방법은 우수한 균주를 확보하지 못하고 외국에서 수입 사용하여 활성슬러지법을 단순히 보완하는 공정으로만 응용되고 있으며 우수 균주를 분리하고 높은 다공성을 가진 섬유형 담체에 고정화시키는 생물막 필터를 이용한 공정을 수처리분야에 도입한 사례로서 본 출원인은 실용신안등록출원 제 20-2001-0011986호(2001.4.25) "축산폐수처리시스템"에서 섬유형태의 필터를 적용하여 폐수에 잘 적용하는 우수균주를 분리하여 고정화시키는 회전형 생물막 필터를 이용한 축산폐수처리시스템을 제안한바 있는데 이는 생물막 공법으로서 폐수에 잘 적용하는 미생물을 담체(media)에 부착시켜 생물막을 형성하여 각종 난분해성 유기화합물을 최종산물로서 이산화 탄소와 물로 분해시켜 2차 오염물질이 발생되지 않는 환경친화적인 방법으로서 설치비가 저렴하여 경제적이고 전문적인 운전이 요구되지 않는 장점이 있다.

또한 각종 산업장 및 화학공장에서 발생하는 폐수는 중금속이 다량 함유되고 황화수소와 암모니아 등의 악취가 많이 발생하기 때문에 흡착제로 다공성 세공을 가지고 있는 활성탄(Activated Carbon)을 이용하여 수중의 미분해 유기물, 색도, 냄새 등을 물리적으로 흡착시켜 제거하고 있으나 이는 흡착제 충전량이 많아 시설용량이 커지고 재생이 어려워 처리효율이나 경제성에서 만족스럽지 않으므로 카트리지 형태의 활성탄이나 활성탄 섬유 필터(Activated Carbon Filter)를 사용하면 별도의 재생공정이 필요치 아니하고 설치비가 적게 들고 전문적 운전이 필요치 아니 하여 악취 제거효율 및 경제성이 좋아서 선호하고 있다.

또한 모래필터(Sand Filter)는 콜로이드성 물질이나 부유물질, 계면활성제 등을 여과 및 흡착 제거하며 화학적 산소 요구량(COD)를 충족시키는 기능을 한다.

또한 종래의 물의 안정성을 확보하기 위한 살균처리로는 수중에 염소나 항생제 등을 투여하는 방법이 있으나 이는 살균작용은 하지만 수중에 소독제가 잔존하고 도 다른 화합물과 반응하여 2차 오염을 유발하게 되어 살균후의 안정성이 문제가 되고 이러한 염소나 항생제에 의한 살균방법의 문제점을 개선한 것으로서, 고급산화기술(AOP, Advanced Oxidation Technology)은 벤젠, 페놀, TCE 등 과 같은 독성 및 난분해성 유기화합물을 산화 분해시키는 기술로써 산화공정에서 사용되는 일반 산화제보다 훨씬 강력한 산화력을 가진 OH 래디칼(Hydroxyl Radical)을 수중에 생성시켜 수중에 오염되어 있는 각종 독성, 난분해성 유기물질을 최종적으로 물과이산화탄소(CO2+H2O)로 산화, 분해시키는 기술로서, 즉 이러한 AOT기술을 이용한 고급산화공법(Advanced Oxidation Process)은 여러가지 강력한 산화제(오존, 과산화 수소, 각종 촉매, 금속이온, 자외선, 초음파, 전자 입자파)에서 생성되는 OH 라디칼을 중간생성물로 이용하여 수중에 잔류하는 유기물을 제거하는 것이며 공정에 따라 생물학 처리 전후단계의 단위 오폐수 처리공정으로 폭넓게 활용되므로서 좁은 장소에서도 설치가 가능하고 공정이 단순화되며 완벽한 살균효과와 안정적인 정화처리수질로 처리시설 규모의 소형화와 고효율의 수처리가 가능하여 경제적으로 유해물질을 제거하는 효과가 있다.

본 발명은 전술한 제반 문제점을 상호 보완하고 선택적으로 연계하여 수처리에 효율적으로 사용하는 다단계 처리로 산업용 공업폐수를 께끗하게 중수(中水)로 처리하여 생활용수로 재활용하는 중수처리시스템을 제공하기 위하여 안출한 것으로서, 본 발명은 수질오염 방지와 수자원의 안정적이고 경제적인 확보를 위하여 회전형 생물막법과 활성탄 및 활성탄 흡착여과법, 모래여과법 및 고급산화공법 (Advanced Oxidation Process)을 결합 연계하여 정유공장, 섬유화학공장, 제철공장, 약품공장 등의 각종 산업장이나 중화학공장 등 산업장에서 사용후 버려져서 낭비되는 물을 효율적이고 경제적으로 중수처리하는 생물막법, 활성탄, 활성탄 필터 및 모래여과법과 고급산화공법을 연계한 산업폐수 중수처리시스템을 제공하는데 목적이 있다.

도 1은 본 발명의 중수처리시스템의 개략적인 구성을 나타낸 블럭구성도

도 2은 본 발명의 중수처리시스템의 실시예에 따른 공정도

도 3은 본 발명의 중수처리시스템의 본처리 장치 구성을 도시한 평면도

도 4는 본 발명의 회전생물막 필터조의 사시도

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

10:집수조 20:여과조

30:유량조절조 40:회전생물막 필터조

41:pH조절조 42:온도조절기

50:활성탄/모래필터조

60:자외선 살균조 61:자외선 램프

62:오존발생기 70:처리수 저장조

80:드레인 탱크 90:필터 프레스

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명을 첨부 도면에 의하여 상세하게 기술하면 다음과 같으며 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지의 구성 요소에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

본 발명은 전처리 장치로 산업장 등에서 발생하는 생활하수 및 공정수를 수집하는 집수조(10), 상기 집수조(10)로 유입되는 원수중의 협잡물과 부유물질을 통상적인 스크린(screen) 처리 등의 방법으로 여과처리하는 여과조(20), 여과조(20)를 통과한 오수가 피크부하시에도 유량을 일정하게 유지시키고 생물학적 처리를 위한 오염물의 부하변동을 조정하는 유량조절조(30)와 본처리 장치로서 미생물의 온도조건을 맞추기 위한 온도조절기(42)와 회전형 생물막 필터조(40)에 공기를 공급하는 콤프레셔(45)를 구비하여 미생물을 다공질 담체(MEDIA)에 부착시켜 형성된 생물막으로 각종 난분해성 유기화합물을 분해시켜 제거하는 회전형 생물막 필터조(40), 상기 회전형 생물막 필터조(40)내의 폐수의 pH를 조절하는 pH조절조(41), 수중의 부유물질 및 콜로이드성 물질을 흡착, 여과 제거하는 활성탄 필터 혹은 활성탄 섬유 필터와 모래 필터가 1단 또는 다단으로 2개 또는 다수개 연결된 카트리지 형태의 활성탄/모래필터조(50), 고급산화공법(AOP)를 이용하여 최종적으로 난분해성 및 미처리 유기물질을 살균 및 분해처리하여 정화하는 자외선(UV) 살균조(60), 상기 자외선(UV) 살균조(50)에서 살균 및 정화처리된 폐수를 저장하는처리수 저장조(70)와 후처리 장치로서 상기 각조에서 처리되어 오버플로우(overflow)되어 반송되는 수분과 슬러지가 함유된 오폐수를 재처리하기 위하여 저장하는 드레인 탱크(80), 협잡물이 포함된 오폐수를 물리적으로 압착 여과하고 고액분리하는 탈수장치인 필터 프레스(FILTER PRESS)(90)로 구성된다.

미설명 부호 100, 1011, 102는 상기한 각조에서 처리한 피처리수를 다음 공정으로 공급하기 위한 처리수 이송펌프, 103은 제어판 , 45는 정역회전하는 구동 모터, 46은 팬이다

또한 상기한 전처리 장치 중 집수조(10)는 가정이나 산업장에서 발생되는 생활오수 및 폐수를 집수하며 통상적인 여과장치로 구성된 여과조(20)에서는 유입된 폐수중의 협잡물과 부유물질을 걸러주고, 유량조절조(30)는 생물학적 처리를위한 회전형 생물막 필터조(40)로 유입되는 폐수의 양을 적절히 조절하므로서 일정 농도의 미생물을 유지하여 제거효율을 향상시키고 수처리수량을 일정하게 유지하기 위한 장치이다.

주처리 장치의 하나로서 상기한 회전형 생물막 필터조(40)는 각종 악취 및 가스 등을 제거하는 미생물이 충전된 미생물 담체로 형성된 것으로서, 내부 공간이 외부와 수류 및 기포가 유동될 수 있게 다공성으로 케이스를 형성하여 공기의 흐름을 원활히 하므로서 유입 폐수를 영양분으로하여 처리 폐수에 잘 적응하고 활성화능이 뛰어난 고정화 미생물이 최적으로 접촉 성장되게끔 작은 공간에서 표면적이 넓게 형성된 섬유형 담체를 지지하는 외주벽에 통공이 형성된 다수개의 원통형 지지대(43)와 상기 원통형 지지대의 담체에 고정화된 미생물의 탈리현상이 일어나지 않도록 적당한 속도로 회전시켜 미생물과 폐수와의 접촉 면적을 높여주는 원판형 회전체(44)로 구성되어 생활하수로부터 영양분을 공급받고 콤프레셔(45)로 부터 공기를 유입받아 미생물이 생장하며 이때 pH조절조(41)를 통하여 미생물 성장에 적절하게 폐수의 pH와 온도조절기(42)로 온도를 조절하여 최적의 미생물 성장조건을 제공하므로서, 전처리공정에서 1차로 여과 처리되고 유입된 생활하수의 악취나 가스 등의 화학물질을 효율적으로 제거하게 된다.

또한 상기한 회전형 생물막 필터조(40)의 미생물은 폐수처리에 잘 적응하는 활성화능이 뛰어난 균주를 선택하며 미생물 균주를 담체에 고정화시키는 방법은 부착법, 가교법, 포획법,포괄화법 중에서 비표면적을 넓혀주고 분리된 미생물을 담체에 잘 고정화시키는 방법을 선택적으로 적용하며 담체는 섬유형 담체를 선택한다.

활성탄/모래필터조(50)은 안정적인 수질 확보를 위해 활성탄 필터층과 모래필터층을 순차적으로 경유케하여 물리적인 스크린 여과와 생물학적 처리과정에서 여과 제거하지 못한 수중의 부유물질과 콜로이드성 물질을 물과 분리하여 수중의 미분해 유기물, 색도, 냄새 등을 물리적으로 흡착시켜 제거하는 것으로서, 본 발명에서는 활성탄 필터 혹은 활성탄 섬유 필터와 모래 필터를 1단 또는 다단으로 2개또는 다수개 연결된 카트리지 형태로 형성하여 별도의 재생공정이 필요치 아니하고 설치비가 적게 들고 전문적 운전이 필요치 않게 구성하며 활성탄 섬유 필터와 모래 필터의 여과시 여층이 막히면 물흐름을 원활히 하기 위하여 역세를 실시하여 재생할 수 있으며 주기적으로 교체한다.

자외선(UV) 살균조(60)는 전술한 공정에서 순차적으로 고급산화공법(AOP)를 이용하여 협잡물이나 부유물질이 물리적으로 여과처리되고 악취, 가스 등의 화학물질이 생물학적으로 제거된 피처리 폐수중에서 잔존하는 난분해성 및 미처리 유기물질을 강력한 살균작용을 하는 자외선(Ultraviolet Radiation)을 유해미생물에 조사(照射)하여 자외선과 오존(O₃)에 의하여 최종적으로 유해미생물을 살균 및 분해처리하여 정화하는 장치로서, 본 발명에서는 일실시예로서 동일한 반응조내에서 오존발생기(52)의 오존발생수단과 자외선 램프(61)로 된 자외선(UV)발생수단을 병행설치하는 간단한 구조로 구성하여 소형화, 콤팩트화가 가능하며 이는 오존발생기(62)에 의하여 발생되는 오존에 의하여 피처리수가 반응하여 유기물이 분해되며 처리수에 용존된 오존이 자외선 램프(61)에서 조사되는 자외선 에너지에 의하여 광분해되어 과산화수소가 중간물질로 생성되며 과산화수소는 수산기(OH RADICAL)을 생성하게 되므로서 유기물을 분해, 제거하게 한다.

그러나 본 발명에 적용하는 AOP 산화처리장치는 생물막공법과 연계한 다단계순환여괴시스템에 특징이 있는 것으로서, 상기한 실시예에 한정하지 않고 물질과 유해화학반응을 일으켜서 OH 라디컬을 생성하고 난분해성 유기물과의 반응하여 빠르게 산화 분해처리할 수 있는 오존과 자외선, 과산화수소, 전자입자파, 초음파, 광촉매 등의 발생수단으로 된 장치를 선택적으로 결합하여 수중에 오염되어 있는 독성 및 난분해성 유기화합물을 산화분해시키는 장치이면 무방하다.

최종단계로 연결된 처리수 저장조(70)는 전단의 전처리 및 본처리장치에서 처리된 상수와 하수의 중간정도의 수질인 처리수로서 최종 처리수는 가압 이송펌프(102)에 의하여 중수로 재활용되거나 방류된다.

또한 상기한 수처리과정에서 발생한 잔류슬러지가 발생하고 오염된 폐수는 배출관로를 통하여 드레인탱크((Drain tank)(80)로 배출되고 탈수장치인 필터 프레스(Filter press)(80)로 보내져서 수분이 함유된 각종 슬러지를 탈수시켜 고형 슬러지와 탈리액(脫離液)으로 분리시키며 고형 슬러지는 폐기되고 탈리액은 관로를 따라 다시 재처리된다.

이와 같이 형성된 본 발명의 중수처리시스템의 처리과정을 살펴보면 다음과 같다.

먼저 전처리 과정으로서 화학공장 등 각종 산업장 등에서 발생하는 공업폐수를 집수조(10)에서 집수한 다음 공업폐수에 포함된 이물질이나 협잡물을 여과조(20)에서 스크리닝하여 제거하고, 본처리인 생물학적 처리를 위하여 유량을 일정하게 유지시키고 오염물의 부하변동을 유량조절조(30)에서 조정하며, 회전생물막조(40)에서 활성화능이 뛰어난 미생물이 충전된 미생물 담체를 이용하여 pH조절조(41)로 적절한 pH와 온도조절기(42)로 온도를 조절하여 최적의 미생물 성장조건을 제공하여 생활하수로부터 영양분을 공급받고 콤프레셔(45)로 부터 공기를 유입받아 미생물이 생장하게 하여 유입된 생활하수의 악취나 가스 등의 화학물질을 효과적으로 제거한 다음 활성탄/모래필터조(50)에서 전술한 공정인 스크린 여과와 생물학적 처리과정에서 여과 제거하지 못한 수중의 부유물질과 콜로이드성 물질을 물과 분리하여 수중의 미분해 유기물, 색도, 냄새 등을 물리적으로 흡착시켜 제거하고, 최종적으로 폐수중에서 잔존하는 난분해성 및 미처리 유기물질을 강력한 살균작용을 하는 자외선(Ultraviolet Radiation)을 유해미생물에 조사(照射)하여 자외선과 오존(O₃)에 의하여 최종적으로 유해미생물을 살균 및 분해처리하여 정화하여 최종 처리수는 가압 이송펌프(102)에 의하여 중수로 재활용되거나 방류되는 것으로서 이때 상기한 각 반응조에서 미처리되고 오버플로우(overflow)되어 반송되는 수분과 슬러지가 함유된 오폐수는 드레인 탱크(80)에 저장되고 필터 프레스(FILTER PRESS)(90)가 물리적으로 압착 여과하여 고액분리한 다음 슬러지는 폐기하고 탈리액은 재처리하기 위하여 각 반응조로 반송된다.

이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변경이 가능하므로 전술한 실시예에 한정되는 것은 아니다.

이와 같이 된 본 발명은 회전형 생물막법과 활성탄 및 활성탄 흡착여과법, 모래여과법 및 고급산화공법 (Advanced Oxidation Process)을 결합 연계하여 정유공장, 섬유화학공장, 제철공장, 약품공장 등의 각종 산업장이나 중화학공장 등 산업장에서 사용후 버려져서 낭비되고 난분해성 유기화합물이 많아서 오염도가 심한 산업폐수를 효율적으로 중수처리 할 수 있는 것으로서, 좁은 공간에 설치가 가능하고 폐수의 성상에 관계없이 완벽한 살균처리로 안정적으로 수처리가 되며 처리공정이 단순화되어 전문인력이 불필요하고 유지보수가 편리하며 생활하수를 빠르고 효율적으로 재처리하므로서 공장폐수의 방류수량이 현저히 감소되어 수자원의 낭비가 방지되고 수자원의 오염이 줄어들어 수자원의 안정적 확보가 가능하다.

Claims

산업폐수 중수처리 시스템에 있어서, 산업장 등에서 발생하는 생활하수 및 공정수를 수집하는 집수조(10), 상기 집수조(10)로 유입되는 원수중의 협잡물과 부유물질을 통상적인 스크린(screen) 처리 등의 방법으로 여과처리하는 여과조(20), 여과조(20)를 통과한 오수가 피크부하시에도 유량을 일정하게 유지시키고 생물학적 처리를 위한 오염물의 부하변동을 조정하는 유량조절조(30)와 본처리 장치로서 미생물의 온도조건을 맞추기 위한 온도조절기(42)와 회전형 생물막 필터조(40)에 공기를 공급하는 콤프레셔(45)를 구비하여 미생물을 다공질 담체(MEDIA)에 부착시켜 형성된 생물막으로 각종 난분해성 유기화합물을 분해시켜 제거하는 회전형 생물막 필터조(40), 상기 회전형 생물막 필터조(40)내의 폐수의 pH를 조절하는 pH조절조(41), 수중의 부유물질 및 콜로이드성 물질을 흡착, 여과 제거하는 활성탄 필터 혹은 활성탄 섬유 필터와 모래 필터가 1단 또는 다단으로 2개 또는 다수개 연결된 카트리지 형태의 활성탄/모래필터조(50), 고급산화공법(AOP)를 이용하여 최종적으로 난분해성 및 미처리 유기물질을 살균 및 분해처리하여 정화하는 자외선(UV) 살균조(60), 상기 자외선(UV) 살균조(50)에서 살균 및 정화처리된 폐수를 저장하는 처리수 저장조(70)와 후처리 장치로서 상기 각조에서 처리되어 오버플로우(overflow)되어 반송되는 수분과 슬러지가 함유된 오폐수를 재처리하기 위하여 저장하는 드레인 탱크(80), 협잡물이 포함된 오폐수를 물리적으로 압착 여과하고 고액분리하는 탈수장치인 필터 프레스(FILTER PRESS)(90)로 구성됨을 특징으로 하는 생물막법, 활성탄, 활성탄 필터 및 모래여과법과 고급산화공법을 연계한 산업폐수 중수처리시스템