KR20030065837A

KR20030065837A - 촉매산화수를 이용한 오·폐수처리 방법

Info

Publication number: KR20030065837A
Application number: KR1020020005866A
Authority: KR
Inventors: 이세진; 이인복
Original assignee: 이세진; 이인복
Priority date: 2002-02-01
Filing date: 2002-02-01
Publication date: 2003-08-09

Abstract

본 발명은 촉매산화수를 이용해 각종 오·폐수를 정화처리하여 유기물 부하량을 감소시키고, 악취 및 슬러지를 효과적으로 감소시키는 폐수 처리방법에 관한 것이다.

즉, 메카세라(Mechanical Ceramic)로 불리는 세라믹촉매와 차아염소산나트륨 수용액을 촉매충진탑(10)에서 반응시켜 발생기산소 치환체로 형성된 촉매산화수를 생산한 후, 이를 폐수처리용 반응조(20)에 투입하여 각종 오수 및 폐수를 정화시킬수 있게 하므로서, 폐수처리에 필요한 시설의 구성을 단순화시킬 수 있게되어 초기시설비의 부담을 최소화할 수 있을 뿐 만 아니라, 기존의 폐수처리시설에도 간편하게 부가할 수 있어 매우 효율적이며, 정화처리 과정에서 화학약품의 사용을 줄이고, 각종 슬러지의 발생을 근원적으로 차단하여, 슬러치처리비를 크게 절감할 수 있기때문에 처리시설의 운영비를 크게 절감할 수 있게되어, 일반 생활폐수뿐 만 아니라, 식품폐수, 염색폐수, 유지함유폐수, 축산폐수, 피혁폐수, 화학폐수등 다양한 난분해성 폐수뿐 만 아니라, 하수 및 오수처리등에 다양하게 적용할수 있게 된다.

Description

촉매산화수를 이용한 오·폐수처리 방법 {TREATMENT OF POLLUTED WATER USING CATALYSIS OXIDATION NUMBER}

본 발명은 촉매산화수를 이용해 각종 오·폐수를 처리하는 방법에 관한 것으로 보다 구체적으로는, 메카세라(Mechanical Ceramic)로 불리는 기능성 세라믹촉매와 차아염소산나트륨 수용액을 이용해 발생기산소 치환체로 형성되는 촉매산화수를 생산하여 이를 폐수처리시설에 투입하므로서 촉매산화수의 강력한 산화력으로 각종오·폐수를 정화시킬 수 있게 한 것이다.

각종 공산품이나 가공품의 생산과정이나, 혹은 사람들의 일상생활, 농가의 가축사육과정등에서 필연적으로 발생하게되는 각종 폐수는 공업화, 도시화에 따라 그 발생량이 갈수록 증가하고 실정이며 그에따른 환경오염도 더욱 극심해고 있는 실정이다.

따라서, 폐수로 인한 환경오염을 방지하기 위해서 전세계 거의 대부분의 국가에서는, 폐수가 발생하는 사업장이나 시설등에 대하여 폐수처리시설의 설치를 의무화하고 있으며 이에 대한 규정은 국내에서도 각종 법규등을 통해 의무화하고 있는 실정이다.

그러나, 일반적인 폐수처리시설의 경우, 폐수처리에 필요한 각종 설비들이 고가이기때문에 초기 시설에 많은 비용이 소요될 뿐 만 아니라, 폐수처리시설의 유지 및 관리에도 시설운영비 뿐 만 아니라 폐수 처리에 필요한 각종 약품의 재구입및, 처리과정에서 부가적으로 발생하는 슬러지등의 처리등으로 인해 많은 비용이 소요되기때문에, 고가의 비용을 들여 폐수처리시설을 갖춘 후에도 이러한 시설들을 제대로 활용하지않고, 폐수를 무단으로 방류하거나 또는 제대로 정화처리도 하지않은체 법정 방류 기준치 이상의 폐수를 그대로 방류하는 사례가 매우 빈번히 발생하고 있는 실정이다.

본 발명은 위와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위하여 발명한 것으로서, 기능성세라믹의 일종인 세라믹촉매를 차아염소산나트륨 수용액과 반응시켜 촉매산화수를 생산한 후 이를 폐수처리시설에 투입하여, 악취제거 및 슬러지 감소뿐 만 아니라, 유기물의 분해를 통해 COD, BOD, T-N, T-P, SS, ABS, n-Hex등을 동시에 저감시키는등, 각종 각종 오·폐수를 처리효율을 극대화 시킴으로써 폐수처리시설의 시설비를 절감하고, 적은 비용으로 효율적인 각종 오·폐수를 효과적으로 처리할 수 있게 한 것으로 이를 첨부된 도면에 의하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 기본적인 구성을 나타낸 예시도

도 2, 도 3은 본 발명의 실시예를 나타낸 블럭도

도 4는 본 발명의 실시예를 나타낸 예시도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10 : 촉매충진탑20 : 반응조

매카세라 세라믹촉매와 차아염소산나트륨 수용액을 촉매충진탑(10)에서 반응시켜 발생기산소 치환체로 형성된 촉매산화수를 생산한 후, 이를 오·폐수처리용 반응조(20)에 투입하여 오·폐수 정화 및 악취와 슬러지를 감소시키는 구성이다.

이와 같이 된 본 발명은 메카세라로 불리는 세라믹촉매를 촉매충진탑 내부에 충진한 후 각종 오·폐수의 종류나 오염도에 따라서 적정농도(1~1000ppm 이하)의 차아염소산나트륨(NaOCl) 수용액을 촉매충진탑에 통과시키면, 세라믹촉매의 촉매작용에 의하여 차아염소산나트륨 수용액은 발생기산소 치환체로 형성된 촉매산화수로 변환하게된다.

이렇게 생산된 촉매산화수는 단순히 오·폐수처리시설의 각종 반응조 내부에 투입 함으로써, 촉매산화수에 포함된 강력하고 지속적인 산화력을 가진 발생기산소 치환체에 의해 오·폐수속의 각종 유기물질이 산화되어 오·폐수의 정화가 이루어지게 되는 것이다.

이러한 폐수의 정화 처리과정을 반응식 순서대로 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

NaOCl + H₂0 → NaOH +HOCl

반응식 1은 차아염소산나트륨 수용액이 만들어지는 반응식을 나타낸 것으로서, 첨부도면 도 1과 도시한 바와같이 촉매충진탑으로 물을 공급하는 과정에서 차아염소산나트륨을 공급하여 차아염소산나트륨을 물에 용해시키면 반응식 1과 같이 차아염소산나트륨은 수산화나트륨(NaOH)과, 차아염소산(HOCl)으로 분해된 차아염소산나트륨 수용액이 만들어지게된다.

HOCl←---→ H⁺+ OCl^-

한편, 반응식 1과 같이 만들어진 차아염소산나트륨 수용액은 수산화나트륨(NaOH)의 영향에 의해 pH는 약 9 ~ 9.5에 이르게되며, 차아염소산(HOCl)은 수중에서의 일반적인 분해반응에 의해 반응식 2와 같이 차아염소산(HOCl)과 차아염소산이온(OCl^-)의 형태로 존재하게되는데 pH가 9이며 수용액의온도가 약 20℃일때, 차아염소산(HOCl)은 약 5%, 차아염소산이온(OCl^-)은 약 95%의 비율로 존재하게된다.

이렇게 생성된 차아염소산이온(OCl^-)은 촉매충진탑을 통과하면서 발생기산소치환체로 전환되어 일반적인 염소계보다 최고 80배 정도의 강력한 산화력을 지니고있기때문에 폐수에 강한 산화작용을 수행하여 폐수의 수질정화 기능을 수행하게된다.

HOCl ---→ HCl + O*

(촉매 존재하)

반응식 3은 차아염소산(HOCl)의 또 다른 반응형태를 나타낸 것으로서 산화구리등의 금속산화물이 차아염소산나트륨 수용액에 존재할경우 차아염소산(HOCl)은 반응식 3과 같이 발생기산소 치환체(O*)를 생성하게 되는데 이 발생기산소 치환체는 강력하고 지속적인 산화작용을 통해 우수한 산화력을 지니고 있기때문에 표백, 분해, 산화를 통해 오·폐수의 수질정화 기능을 수행하게된다.

H₂O + O* ---→ H₂O₂* ---→ 2*0H

H₂O + *OH ---→ H₃O₂*

위 반응식 4는 메카세라로 불리우는 세라믹촉매에 의해 촉매충진탑 내부에 공급된 차아염소산나트륨 수용액을 발생기산소 치환체가 풍부한 촉매산화수로 변화시키는 것을 나타낸 것으로서, 차아염소산나트륨 수용액속의 물분자와, 전술한 반응식 3에서 얻어진 발생기산소 치환체는 촉매충진탑 내부에 충진된 세라믹촉매와 차아염소산나트륨 수용액과의 반응에 의해 하이드록실 치환체(H₃O₂*)가 생성되는데 이 하이드록실 치환체는 계면활성 작용을 나타내어 항균, 탈취, 수질정화등의 기능을 수행하게된다.

따라서 본 발명은 위에서 설명한 반응식 1 내지 4에 의해 발생기산소 치환체(O*), 하이드록실 치환체(H₃O₂*), 차아염소산이온(OCl^-), 차아염소산(HOCl), Cl^-등이 생성된 촉매산화수가 만들어지게 되는데 이렇게 만들어진 촉매산화수를 폐수 정화시설의 폐수가 유입된 탱크에 투입하게되면, 폐수속에 함유된 각종 유기물을 CO₃ ^2-, CO₂, H₂0 등으로 반응시켜 COD, BOD, SS, n-Hexane, Color, T-N, T-P, ABS등의 분야에 걸쳐서 동시에 정화작용을 수행하게 되는 것이다.

이와 같은 정화작용에 의해 폐수속에 함유된 유기물은 산화되어 C0₂로 공기중으로 방출되거나 또는 CO₃ ^2-의 형태로 처리수 속에 용해되는데, 이때 처리수의 pH는 용해된 CO₃ ^2-의 영향에 의해 약 8 ~ 8.5정도를 유지하게 된다.

이와 같이 된 본 발명은 일반 생활하수뿐 만 아니라 다양한 종류의 오·폐수를 정화처리할 수 있게 되는데, 각종 오·폐수의 처리예를 설명하면 다음과 같다.

[1] 염색종합폐수 처리예

일반적으로 염색종합폐수는 원폐수 발생 → 스크린 → 집수조 → 냉각탑 → 화학처리(응집 또는 가압부상) → 화학침전조 → 표준활성슬러지 처리조 → 최종침전조 → 방류의 공정으로 폐수는 처리되고, 화학침전조 및 최종침전조에서 인발된 슬러지는 농축조에서 탈수 후 처리되는데, 촉매산화수를 이용한 공정 적용시 집수조(반응조)에 촉매산화수를 단순히 투입함으로서 COD, BOD, SS, 악취등을 동시에 저감시켜 기존의 화학처리공정을 대체하여 화학약품 비용 및 슬러지 처리비용을 근원적으로 없앰과 동시에, 화학처리로는 제거가 불가능한 난분해성 COD 성분 및 BOD 부하량을 집수조(반응조)에서 감소시킴에 따라 후단 표준활성슬러지 처리조의 미생물활성을 증대시켜 운전효율 향상 및 운전비를 절감할 수 있게된다.

[2] 축산폐수 처리예

축산폐수처리에 있어서 기존공정의 가장 큰 어려움은 악취의 제거가 이루어지지 않으며, 고농도의 BOD, COD, SS, T-N 등으로 인해 처리기간이 길어지고, 이로인해 과다한 운전비가 소요되나, 그 처리효율은 만족스럽지 못한 데 있다.

촉매산화수를 이용한 공정 적용시 집수조(반응조)에 촉매산화수를 단순히 투입함으로서 COD, BOD, SS, 악취등을 동시에 저감시켜 처리시간을 단축시키고, 기존의 화학처리공정을 대체하여 화학약품 비용 및 슬러지 처리비용을 근원적으로 없앰과 동시에, BOD 부하량을 집수조(반응조)에서 감소시킴에 따라 후단 표준활성슬러지 처리조의 미생물활성을 증대시켜 운전효율 향상 및 운전비를 절감할 수 있게된다.

[3] 해산물 가공폐수 처리예

해산물 가공폐수 처리는 폐수의 발생원인 바닷물의 고농도 염분의 독특한 특징에 의해 화학처리 및 표준활성슬러지처리가 불가능하거나 또는 과다한 화학약품비 및 종균제 구입비가 요구되나 그 처리효율이 만족스럽지 못하였는데, 촉매산화수를 이용한 공정 적용시 집수조(반응조)에 촉매산화수를 단순히 투입함으로서 COD, BOD, SS 악취등을 동시에 저감시켜 처리시간을 단축시키고, 기존의 화학처리공정을 대체하여 화학약품 비용 및 슬러지 처리비용을 근원적으로 없앰과 동시에, BOD 부하량을 집수조(반응조)에서 감소시킴에 따라 후단 표준활성슬러지 처리조의 운전이 필요없게 된다.

[4] 피혁가공물 처리예

피혁가공물 처리시 발생되는 폐수는 고농도의 T-N 및 염분과 악취가 특징으로 일반 화학약품처리로는 T-N의 저감이 불가능하며, 고농도의 염분은 효율적인 생물처리를 불가능하게 하였으나, 촉매산화수를 이용한 공정 적용시 집수조(반응조)에 촉매산화수를 단순히 투입함으로서 COD, BOD, SS, 악취, T-N, Cl농도 등을 동시에 저감시켜 처리시간을 단축시키고, 기존의 화학처리공정을 대체하여 화학약품 비용 및 슬러지 처리비용을 근원적으로 없애며, 후단의 생물처리공정(A₂O 등)을 활성화시킬 수 있게된다.

[5] 오수처리예

일반적인 오수처리공정에서 야기되는 문제점은 악취, 슬러지의 발생 및 만족스럽지 못한 처리효율에 있는데, 촉매산화수를 이용한 공정 적용시 집수조(반응조) 및 슬러지 농축조에 촉매산화수를 단순히 투입함으로서 COD, BOD, SS, 악취, T-N, 슬러지 등을 동시에 저감시키고 처리시간을 단축시키며, 후단의 생물처리공정(A₂O 등)을 활성화시켜 처리효율을 향상시킬수 있게된다.

[6] n-Hex처리예

일반적으로 고농도의 부상분리된 n-Hex은 유수분리기에 의해 제거되지만, emulsion화된 n-Hex과 분리층 표면에 존재하는 n-Hex은 제거가 불가능하거나 표준활성슬러지 처리조의 bulking의 주원인으로 작용하여 처리효율을 저하시켰으나, 촉매산화수를 이용한 공정 적용시 집수조 및 다단반응조에 촉매산화수를 단순히 투입함으로서 n-Hex, COD, BOD, SS, 악취, T-N, 등을 동시에 저감시키고 처리시간을 단축시키며, 후단의 표준활성슬러지 공정을 활성화시켜 처리효율을 향상시킬수 있게된다.

첨부도면 도 1내지 도 4는 위의 [1] ~ [6] 에서 전술한 각종 오·폐수의 정화처리에 사용되는 여러 처리시설들의 구성을 나타낸 것으로서, 도 1과 같이 일반적인 반응조(집수조)를 이용해 폐수를 정화하는 소규모 처리시설의 경우 각각의 반응조마다 촉매산화수를 분사하여 폐수의 정화능력을 극대화 시킬수 있게되며, 첨부도면 도 2내지 도 4와 같이 여러 단계로 이루어진 비교적 큰 폐수 처리시설의 경우에도 유량조정조나 혐기성여상조와 같이 폐수가 저장되는 여러 반응조 또는 처리조에 촉매산화수를 분사 함으로써 폐수의 정화능력을 보다 향상시킬 수 있게된다.

아울러, 첨부도면 도 4와 같이 차아염소산나트륨 수용액을 만들기 위해서 사용되는 물은 정화처리가 끝난 방류수를 이용할 수 있으며, 필요에 따라서는 수돗물이나, 공업용수도 이용할 수 있음은 당연하다 할 것이며, 전술한 실시예들은 폐수처리시설의 가장 대표적인 예를 설명한 것이나 이에 한정하는 것은 아니며, 본 발명을 이용한 폐수처리는 생활하수, 염색폐수, 축산폐수등 다방면에 있어서, 적용할 수 있음을 미리 밝혀두는 바이다.

따라서 본 발명은 폐수처리 시설의 구성을 단순화할 수 있기 때문에 초기시설비의 부담이 적을 뿐 만 아니라, 기존의 폐수처리시설에도 간편하게 부가할 수 있어 매우 효율적이며, 시설운영이 편리하고, 별도의 화학약품이 필요 없기 때문에 화학슬러지의 발생이 근원적으로 차단되어 염색폐수, 축산폐수, 화학폐수, 피혁(가공)폐수, 식품(가공)폐수, 쓰레기 매립장 침출수, 음식물찌꺼기 폐수, 염분이 다량 함유된 폐수, 유지 함유폐수 등의 난분해성 폐수뿐 만 아니라, 하수 및 오수 처리에 탁월한 효과를 나타내었고, 동시에 악취제거, 슬러지 감량 및 유기물의 분해를 통해 COD, BOD, T-N, T-P, SS, ABS, n-Hex 등이 동시에 저감되어 처리시설의 운영비를 크게 절감할 수 있게 하는 이점이 있다.

Claims

세라믹촉매와 차아염소산나트륨 수용액을 촉매충진탑(10)에서 반응시켜 발생기산소 치환체가 형성된 촉매산화수를 생산한 후, 이를 폐수처리용 반응조(20)에 투입하여 폐수를 정화하는 것을 특징으로 하는 촉매산화수를 이용한 폐수처리 방법