KR20040031964A - 진공펌프를 이용한 고농도 폐수처리장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐수 등에 물리력과 화학력을 이용하여 정화처리를 함에 있어서, 반응조 내에 진공상태를 효과적으로 운용한 강한 운동에너지를 이용하여 난분해성의 암모니아성 질소, 질산성 질소 등의 각종 휘발성 오염물질의 분해반응을 일으켜 폐수 등을 정화시키도록 하는 것이다.

본 발명에 의한 반응조는 거름체를 통해 고액분리된 폐수가 유입되도록 밸브를 형성한 원수유입관; 반응조 상부면 소정의 위치에 형성하여 반응조 내부의 공기 및 가수분해반응으로 인해 발생하는 가스를 대기 중에 방출하는 배기구를 형성한 진공펌프; 반응조 내의 폐수를 순환관을 통해 순환시킨 후, 상기 반응조 내로 재유입될 수 있도록 하는 순환펌프; 반응조 내의 폐수에 공기를 주입할 수 있도록 공기배출구 및 밸브를 형성한 공기주입관; 반응조 내부의 폐수에 적정량의 산화제, 염기제, 응집제가 투입되도록 밸브를 형성한 약품투입수단; 기설정된 시간마다 해당 장치의 밸브를 개폐할 수 있도록 제어하는 컨트롤장치; 가수분해반응 및 고액분리된 정화수를 배출되도록 밸브를 형성한 원수배출관;으로 이루어지는 진공펌프를 이용한 고농도 폐수처리장치 및 이를 이용한 폐수처리방법에 관한 것이다.

Description

진공펌프를 이용한 고농도 폐수처리장치 및 방법{The method and wastewater disposal plant of high concentration using a vacuum pump}

본 발명은 진공펌프를 이용한 고농도 폐수처리장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 생활하수, 축산폐수, 유기성 공업폐수 등의 각종 고농도 난분해성 오·폐수(이하 '폐수 등'이라 한다)를 물리력과 화학력을 이용하여 정화시키는데, 고·저속의 교반 및 폭기 등의 강한 운동에너지와 각 정화 단계별로 투입되는 산화제, 염기제, 응집제에 의해 반응되는 화학에너지를 통해 폐수 등에 콜로이드화 상태로 존재하는 각종 오염물질에 가수 분해반응을 통한 강제적인 조직 재편성을 일으켜 고액분리나 탈기가 일어나기 용이한 상태로 변화시키되, 반응조에서 진공상태를 효과적으로 운용한 강한 운동에너지를 이용하여 폐수 등에 존재하는 암모니아성 질소, 질산성 질소 등 각종 휘발성 오염물질에 대한 탈기가 급속하게 진행될 수 있도록 하는 진공펌프를 이용한 고농도 폐수처리장치 및 방법에 관한 것이다.

인류의 고도문명을 실현하려는 욕구는 시대를 거듭하면서 많은 시행착오와 발전을 거쳐 현재에까지 이르게 되어 과거에 비해 각 분야에서 급속도로 발전하여 시간과 공간의 제약을 극복할 수 있게 되고, 생활수준도 많이 윤택해져 지금과 같은 고도문명을 이루어내어 인류의 발전에 많은 공헌을 한 장점은 있지만, 환경과의조화를 외면한 채 극대화된 이익을 위해 무분별하게 자연을 개발한 결과, 지금은 심각하게 자연환경이 오염되고 있어 인류의 생존을 위협하고 있는 실정이다.

이러한 환경오염은 어느 특정 지역이나 국가에 의해 해결해야 할 문제가 아니기 때문에 전 세계적으로 이에 대한 공동대응이 시급하여 뒤늦게나마 지금은 거의 모든 지역과 국가가 상호 연대하여 환경보존을 위한 노력을 하고 있는데, 특히 수질오염의 경우 동·식물의 생존에 있어 막대한 피해를 주어 생태계를 위협할 뿐만 아니라 인류의 건강을 위협하고 있다.

상기와 같은 수질오염을 방지하기 위한 직접적인 방법으로는 각 산업체에서 배출되는 유해 폐수의 효과적인 처리 후 배출을 하도록 하고, 각 일반 가정에서 배출되는 오수 및 하수를 처리한 후 배출을 하여야 하는데, 건설부지의 선정 재정문제, 운영비 조달 및 전문인력의 부족 등의 이유로 인해 폐수 및 하수처리장이 제대로 구비되지 않은 채, 배출되어 하천 및 지하수를 오염시키고 있는데, 이러한 오수 및 폐수 등은 종류와 오염농도가 다양하고 심각하게 증가하는 추세이며, 최근에는 환경 호르몬 등과 같이 인체 유해물질의 함유로 인해 국민들의 건강을 심각하게 위협하고 있다.

각 산업체나 일반 가정 등지에서 배출되는 폐수나 하수를 처리하는 방법으로 종래에는 활성오니공정과 접촉산화공정이 있는데, 상기 활성오니공정은 폐수에 혼합된 흙, 모래, 각종 찌꺼기 등과 같은 잔존물을 침사지에서 분리한 후, 하나의 반응기에서 잔존물을 분리한 폐수에 공기를 불어넣어 미생물을 성장시켜 유기물을 덩어리로 만들고, 유기물 덩어리를 가라앉혀 상부의 소정의 위치에 물을 방류할 수있도록 하고, 상기 접촉산화공정은 접촉조에 접촉재를 충진시켜 여상을 형성하고, 포기조의 교반에 의해 충분히 용존산소를 공급하여 접촉재에 부착된 생물막과 폐수를 반복 접촉하여 정화하도록 한다.

상기의 공정들은 2차 처리시설로서 주로 유기물만 제거하는 공정인데다 상기 활성오니공정은 전문적이면서도 집중적인 관리가 요구되며, 대규모 시설에서의 경제적인 운용이 가능하고, 유입수의 부하변동이 불안정하며, 슬러지가 다량 발생하는 등 유지관리비가 높아 경제적인 부담이 크다는 문제점이 있으며, 상기 접촉산화공정은 특성상 미생물이 호기 및 혐기간으로 자유롭게 이동이 어렵기 때문에 인의 제거율이 떨어진다는 문제점이 있다.

상기와 같은 종래의 공정들로 인한 문제점을 해결하기 위해 다양한 방식의 폐수 처리공정이 연구 및 개발되어 지고 있는데, 폐수 등이 반응조를 통해 정화 처리되는 경우 폐수의 BOD(Biochemical Oxygen Demand), COD(Chemical Oxygen Demand), 총인 등의 오염물질에 대한 농도저하의 효과는 볼 수 있지만 암모니아성 질소, 질산성 질소 등의 총질소에 대한 농도저하의 효과는 미비하다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기의 종래 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 고농도 난분해성 오·폐수를 폭기 및 교반작용 등의 운동에너지와 산화제, 염기제, 응집제 등의 화학에너지를 이용하여 정화 처리시키되, 반응조에서 진공펌프를 작동해 진공상태의 강한 운동에너지를 이용하여 폐수 등에 존재하는 난분해성 오염물질의 탈기현상이 급속하게 진행될 수 있도록 함으로써, 진공상태에 의해 분자의 해리 및 이완된 오염물질에 물리력과 화학력을 가할 수 있어 약품량의 최소화는 물론 정화 처리시 소요되는 반응시간을 현저하게 단축시키도록 하는데 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 폐수를 집수하는 원수집수조; 응집작용을 통해 고액분리하는 거름체; 폭기 및 교반에 의한 물리적 처리와 산화제, 염기제 및 응집제에 의한 화학적 처리를 통한 가수분해반응과 탈기작용에 의해 정화 처리하는 반응조로 이루어지는 폐수처리장치에 있어서, 상기 반응조는 거름체를 통해 고액분리된 폐수가 유입되도록 밸브를 형성한 원수유입관; 반응조 상부면 소정의 위치에 형성하여 반응조 내부의 공기 및 가수분해반응으로 인해 발생하는 가스를 대기 중에 방출하는 배기구를 형성한 진공펌프; 반응조 내의 폐수를 순환관을 통해 순환시킨 후, 상기 반응조 내로 재유입될 수 있도록 하는 순환펌프; 반응조 내의 폐수에 공기를 주입할 수 있도록 공기배출구 및 밸브를 형성한 공기주입관; 반응조 내부의 폐수에 적정량의 산화제, 염기제, 응집제가 투입되도록 밸브를 형성한 약품투입수단; 기설정된 시간마다 해당 장치의 밸브를 개폐할 수 있도록 제어하는 컨트롤장치; 가수분해반응 및 고액분리된 정화수를 배출되도록 밸브를 형성한 원수배출관;으로 이루어지는 진공펌프를 이용한 고농도 폐수처리장치를 구현하고자 한 것이다.

폐수를 펌핑하여 원수유입관을 통해 반응조 내에 집수한 후, 진공펌프를 작동해 반응조 내부를 진공상태로 일정 시간동안 유지하는 제1단계; 상기 제1단계에 의한 일정 시간이 경과되면, 컨트롤장치의 제어를 받아 공기주입관의 밸브를 개방하여 공기배출구를 통해 반응조 내부의 폐수에 폭기작용을 발생시키는 제2단계; 컨트롤장치의 제어를 받아 약품투입수단을 통해 염기제를 총량의 2중량%를 투입하는 제3단계; 순환펌프를 작동해 반응조 내의 폐수를 순환관을 통해 순환시킨 후, 반응조 내로 재유입되도록 하여 폐수를 희석시키는 제4단계; 일정 시간이 경과되면, 컨트롤장치의 제어를 받아 공기주입관의 밸브를 폐쇄한 후, 진공펌프를 작동해 반응조 내부를 진공상태로 유지하는 제5단계; 상기 제1단계에서 제5단계의 과정을 일정 시간동안 반복하여 PH8∼9 정도로 농도가 저하되면, 약품투입수단을 통해 산화제를 총량의 0.5중량%를 투입하여 중화상태를 유지하면서 2∼3시간 동안 산화반응을 일으키는 제6단계; 약품투입수단을 통해 고분자 응집제를 총량의 1∼2중량%를 투입하여 화학흡착에 의한 응집작용을 통해 거름체를 이용한 고액분리되게 하는 제7단계;로 이루어지는 진공펌프를 이용한 고농도 폐수처리방법을 구현하고자 한 것이다.

도1은 본 발명에 적용되는 폐수처리장치의 전체 구성도

도2는 본 발명에 적용되는 1차 반응조의 개략 단면도

도3은 본 발명에 적용되는 2차 반응조의 개략 단면도

도4는 본 발명에 적용되는 폐수처리장치에 의해 축산폐수가 정화 처리되는 과정을 도시한 흐름도

*도면의 주요부분에 대한 부호설명*

10. 원수 집수조11. 1차 거름체

12. 2차 거름체20. 1차 반응조

21. 3차 거름체30. 2차 반응조

31. 원수유입관31a. 밸브

32. 진공펌프32a. 배기구

33. 공기주입관33a. 밸브

33b. 공기배출구34. 순환펌프

34a. 순환관35. 약품투입수단

35a. 밸브36. 온도측정수단

37. 압력측정수단38. PH측정수단

39. 원수배출관39a. 밸브

40. 4차 거름체41. 5차 거름체

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 적용되는 진공펌프를 이용한 고농도 폐수처리장치 및 이의 방법에 대하여 상세히 설명한다.

도1은 본 발명에 적용되는 폐수처리장치의 전체 구성도이고, 도2는 본 발명에 적용되는 1차 반응조의 개략 단면도이고, 도3은 본 발명에 적용되는 2차 반응조의 개략 단면도이고, 도4는 본 발명에 적용되는 폐수처리장치에 의해 축산폐수가 정화 처리되는 과정을 도시한 흐름도이고, 미도시부호 22는 원수유입관, 23은 임펠러, 24는 모터, 25는 공기유입관, 26은 분사노즐, 27은 약품공급수단, 28은 원수배출관이다.

도시된 바와 같이 본 발명은 폐수를 집수하는 원수 집수조(10)와 응집작용을통해 고액분리하는 1·2·3·4·5차 거름체(11,12,21,40,41)와 폭기 및 교반에 의한 운동에너지인 물리적 처리와 산화제, 염기제 및 응집제에 의한 화학적 처리를 통한 가수분해반응을 일으키는 1차 반응조(20)와 진공펌프(32)를 이용해 강력한 진공상태에서 오염물질 분자의 해리 또는 이완된 상태에서 물리적 처리와 화학적 처리를 가해 각종 휘발성 오염물질의 탈기를 촉진시키도록 하는 2차 반응조(30)로 이루어진다.

상기 원수 집수조(10)는 폐수의 정화 처리를 위해 폐수를 한 곳으로 집수되게 한 것으로, 물리적·화학적 처리공정에 있어 물과 산화제 및 물과 염기제에 의한 화학흡착, 분해, 탈기, 응집석출이 중요한데, 특히 물입자의 구조상 안정화가 이루어져 있지 않아 물과 거품의 중간상태의 입자형태로 이루어진 경우에 산화제를 투입하게 되면, 폐수는 모두 거품으로 변하게 되어 화학적 효과가 저하되기 때문에 폐수의 물분자 성상의 안정성을 확보해야 하며, 이를 위해 상기 원수 집수조(10) 내에 임펠러(23)나 블로워(미도시됨) 등을 설치하여 공기를 주입 또는 접촉시켜 폐수와 산소의 접촉을 통한 물분자 성상의 안정성을 확보할 수 있도록 한다.

상기 1·2·3·4·5차 거름체(11,12,21,40,41)는 폐수 내에 존재하는 비교적 입자가 큰 각종 부유물질과 불순물을 걸러주며, 물리적 처리 및 화학적 처리를 통한 응집작용으로 고체화된 슬러지를 걸러주도록 하는 장치로서, 1·2차 거름체(11,12)는 경사형 스크린을 이용하여 원수 집수조(10)와 1차 반응조(20) 사이에 배치하되, 상기 1차 거름체(11)는 경사도 45°의 간극 0.5㎜짜리이며, 상기 2차 거름체(12)는 경사도 20∼25°의 간극 0.25㎜짜리를 사용하는 것이 바람직한데,만일 상기 1차 거름체(11)를 간격 0.25㎜ 스크린을 이용할 경우 폐수 내의 입자가 큰 고체입자가 흘러내릴 때 액체로 분리되어야 할 수분이 그 입자에 묻어 같이 흘러내리게 되므로 효과적인 고액분리를 기대할 수 없기 때문이다.

상기 3·4차 거름체(21,40)는 필터프레스를 이용하여 1차 반응조(20)와 2차 반응조(30) 사이 및 2차 반응조(30) 후면에 배치되어 응집작용을 통해 고체화된 슬러지를 걸러주어 유기질 비료로 사용할 수 있도록 하며, 상기 5차 거름체(41)는 필터프레스를 통해 고액분리된 폐수를 방류기준 수치 이하로 외부에 방류하되, 마이크로 필터 또는 울트라 필터를 사용하여 방류할 수 있도록 한다.

상기 1차 반응조(20)는 원수 집수조(10)로부터 유입되는 폐수 내에 산화제, 염기제 및 응집제를 투입하고, 임펠러(23) 및 공기 유입관(25)을 통한 교반 및 폭기작용과 같은 물리적 처리를 통해 난분해성 오염물질에 화학흡착을 통한 가수분해반응을 일으켜 콜로이드화 상태로 있는 상기 오염물질의 강제적인 조직 재편성을 일으키게 함으로써, 고액분리나 탈기가 용이하도록 해 주는 장치이다.

상기 1차 반응조(20)가 이와 같은 기능을 담당할 수 있도록 하기 위한 구성을 보면, 도2에 도시된 바와 같이 원수 집수조(10)에서 이송된 폐수가 유입되는 원수 유입관(22)을 형성하고, 반응조(20) 내부에 모터(24)의 동력에 의해 저속 회전하는 임펠러(23)를 다수개 설치하고, 상기 반응조(20) 상부에 블로워(미도시됨)를 설치하여 공기 유입관(25)을 통해 외부의 공기를 반응조(20) 내부의 폐수에 공급하기 위해 반응조(20) 저면상에 분사노즐(26)을 형성하여 교반 및 폭기작용에 의해 산화제, 염기제 및 응집제 등이 폐수 내에 투입되는 경우 가수분해반응을 촉진할수 있도록 하며, 상기 산화제, 염기제 및 응집제는 1차 반응조(20)에 약품투입수단(27)을 형성하여 정화처리 단계별로 투입될 수 있게 하며, 상기 1차 반응조를 통해 정화 처리된 폐수는 원수 배출관(28)을 통해 2차 반응조로 이송할 수 있도록 하는데, 이러한 1차 반응조의 구성은 공지된 기술로 본 발명에서는 더 이상의 언급은 생략하도록 한다.

상기 2차 반응조(30)는 1차 반응조(20)를 통해 제거가 잘 되지 않는 암모니아성 질소, 질산성 질소 등과 같은 휘발성 오염물질의 제거를 위해 진공펌프(32)를 작동해 진공상태의 강한 운동에너지를 이용하여 오염물질 분자의 해리 및 이완현상이 발생되게 하며, 이러한 상태에서 폭기작용 등의 물리적 처리와 산화제, 염기제 및 응집제 등의 화학적 처리를 가하여 고액분리와 탈기현상으로 인해 발생하는 가스형태의 기체는 대기 중으로 배기되게 하며, 정화된 원수는 원수 배출관(39)을 통해 방류할 수 있도록 한다.

상기 2차 반응조(30)의 구성을 살펴보면, 도3에 도시된 바와 같이 2차 반응조(30)의 상부면에 진공펌프(32)를 형성하여 반응조(30) 내의 공기를 외부로 배출해서 진공상태를 유지할 수 있도록 하되, 상기 진공펌프(32)에는 배기구(32a)를 형성하여 가수분해반응으로 인해 발생하는 가스를 배출할 수 있도록 하며, 반응조(30) 외부 소정의 위치에 순환관(34a)이 연결되어 있는 순환펌프(34)를 형성하되, 반응조(30) 내의 폐수를 순환관(34a)을 통해 순환시킨 후, 상기 반응조(30) 내에 재유입될 수 있도록 한다.

상기 2차 반응조(30) 내부의 하부에는 공기주입관(33)을 형성하되, 상기 공기주입관(33)에는 공기가 폐수에 공급되어 폭기작용이 이루어질 수 있도록 공기배출구(33b)를 일정 간격으로 형성하며, 상기 공기주입관(33)에는 밸브(33a)를 형성하여 컨트롤장치(미도시됨)에 의해 개폐될 수 있도록 하며, 또한 상부면에 약품투입수단(35)을 형성하여 컨트롤장치에 의해 적정량의 산화제, 염기제 및 응집제가 반응조(30) 내부로 투입될 수 있도록 한다.

상기 2차 반응조(30)의 상부 소정의 위치에 원수유입관(31)을 형성하며, 하부 소정의 위치에 원수배출관(39)을 형성하되, 상기 원수유입관(31)과 원수배출관(39)에는 밸브(31a,39a)를 형성하여 컨트롤장치에 의해 개폐될 수 있도록 하며, 또한 외부 소정의 위치에 온도측정수단(36), 압력측정수단(37), ph측정수단(38)을 형성한다.

이상과 같이 본 발명의 일실시례에 의해 구현되는 진공펌프를 이용한 고농도 폐수처리장치의 작용에 대하여 상세히 설명한다.

[실시예 1(축산폐수)]

도4에 도시된 바와 같이 정화 처리하기 원하는 각종 오염물질이 포함된 폐수를 원수 집수조(10)에 집수한 후(S100), 1·2차 거름체(11,12)를 통해 폐수 내에 함유되어 있는 부유물질과 불순물을 고액분리한 후(S105), 1차 반응조(20)로 보내도록 하고, 이 때 고액분리된 부유물질과 불순물은 비료를 만드는데 사용하는데, 1차 반응조(20)로 폐수를 보내기 전에 이처럼 고액분리를 하는 이유는 최초의 폐수에 화학약품을 투입하여 기대치의 PH상태를 유지하려면 많은 양의 약품을 투입해야 하므로 최초 폐수의 BOD, COD, 총인, 총질소 등의 각종 오염수치(PPM)을 줄여 반응조의 부담을 덜어줌은 물론 약품의 과다투입를 방지하고, 고액분리된 액체의 성상의 안정화를 꾀하는데 있다.

1차 반응조(20)로 이송된 폐수는 약품투입수단(27)을 통해 산화제를 투입하여 중성화한 후, 폐수 내의 각종 지방질과 단백질을 산화 및 응집시키도록 하는데, 특히 축산폐수의 경우 PH8∼9 정도의 약알칼리성을 띠게 되므로, 산화제를 총량의 1∼3중량% 정도를 투입하여 상기 폐수를 PH5.5∼6 정도로 중화시키고, 화학반응을 용이하게 하기 위해서 약2∼3시간 정도로 PH가 6이하로 떨어진 화학적 상태의 반응조에 운동에너지를 가하는데, 다수개의 임펠러(23)를 통한 저속 교반(50∼100RPM) 및 하부에 설치된 블로워의 공기 유입을 통한 폭기작용이 이루어지도록 함으로써, 단백질과 지방질 및 당질 등이 산화되고, 강제적인 응집이 일어나 고액분리가 용이하게 할 뿐만 아니라 상기 1·2차 거름체(11,12)에서 미쳐 고액분리되지 않은 콜로이드상 또는 액상의 오염물질들이 가수분해되어 2차 반응조(30)에서 발생할 탈기현상을 용이하도록 하는 것이다(S110).

상기 산화제로는 황산제1철염 또는 황산제2철염을 사용하는 것이 바람직한데, 이는 SO₃의 산화작용은 물론 Fe₂의 응집작용을 통해 고액분리가 용이하도록 할 뿐만 아니라 이 때 분리된 고체는 고체 비료화되는데 그 응집 내에는 지방 및 단백질, 미네랄 등이 풍부한 영양소를 가진 비료를 제조할 수 있다는 장점이 있으며, 또한 가격이 저렴하여 처리 비용면에서도 우수하며, 분리된 액체 역시 중화상태이기 때문에 미생물 제재나 질산, 인산, 가리 등 첨가물을 희석하여 우수한 4종 복합비료로 제조할 수 있게 된다.

상기와 같이 저속 교반과 폭기작용에 의해 산화제의 반응이 끝나게 되면, 약품투입수단(27)을 통해 염기제를 투입하게 되는데, 반응조(20) 내에 계속적으로 저속 교반과 폭기를 가해 폐수 내에 있는 콜로이드화 상태로 존재하고 있는 오염물질들을 강제로 조직 재편성되도록 하여 고액분리가 더욱 용이한 상태로 변환시키면서 PH6∼7 정도로 중성화되도록 하며, 이 때 사용되는 염기제의 양은 총량의 1∼1.5중량% 정도를 투입하여 반응시간이 2∼3시간 정도 유지되게 한다.

상기 염기제로는 가성소다, 즉 수산화나트륨을 사용하는데, 이것은 수산화기의 레디컬 상승효과나 cl성분의 살균 표백작용의 효과를 기대할 수 있을 뿐만 아니라 나트륨의 응집작용을 통해 고액분리가 용이하도록 한다.

상기 1차 반응조(20)에서 저속교반 및 폭기작용과 산화제 및 염기제의 반응으로 가수분해 및 화학흡착에 의한 응집이 이루어진 경우 약품투입수단(27)을 통해 고분자 응집제를 투입하여 그 입정을 더욱 크게 하여 3차 거름체(21)에 의한 고액분리가 용이하도록 하는데(S115), 이 때 투입되는 응집제의 양은 총량의 1∼2중량%을 투입되게 하며, 3차 거름체(21)에 의해 걸러진 고체는 역시 비료화공정시 사용할 수 있도록 하는데, 상기 3차 거름체(21)는 확실한 고액분리를 위해 필터 프레스를 사용하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 1차 반응조(20)에서 정화 처리된 폐수는 3차 거름체(21)를 거쳐 2차 반응조(30)로 이송되는데(S120), 상기 1차 반응조(20)를 통해서 BOD, COD, 총인 등의 오염물질에 대한 농도저하의 효과는 볼 수 있지만, 암모니아성 질소, 질산성 질소 등의 총질소에 대한 농도저하의 효과는 미비하기 때문에 상기 2차 반응조(30)에서는 염기제를 투입하여 PH11의 강한 알칼리성 상태에서 총질소의 농도저하의 효과를 상승시키도록 한다.

상기 1차 반응조(20)에서 1차적으로 정화 처리된 원수가 이송되면, 컨트롤장치에서 원수유입관(31)의 밸브(31a)를 개방하여 2차 반응조(30) 내로 집수되게 하되, 일정량의 원수가 집수되면 반응조(30) 상부에 설치되어 있는 진공펌프(32)를 작동해 반응조(30) 내부에 있는 공기를 제거하여 완전 진공상태로 30분 정도의 일정시간동안 유지시키도록 함으로써(S125), 1차 반응조(20)에서 분해되지 않은 암모니아성 질소, 질산성 질소 등 각종 휘발성 오염물질들이 강력한 진공상태 하에서 오염물질 분자의 해리 또는 이완현상을 나타내는데, 특히 각종 유기물질에 의해 생성된 질소성 오염물질들은 그 분자의 구조가 안정화되어 있지 않은 상태이므로 그 해리나 이완현상은 더욱 두드러지게 된다.

상기와 같이 2차 반응조(30)에서 30분 정도의 일정 시간동안 강력한 진공상태에 의한 운동에너지에 의해 오염물질 분자의 해리나 이완현상이 이루어지게 되면(S130), 컨트롤장치에 의해 약품투입수단(35)을 통해 염기제가 투입하게 되는데(S135), 상기 염기제로는 1차 반응조(20)에서 투입되는 염기제와 동일한 약품을 사용하는데, 수산화나트륨 또는 차아염소산나트륨을 사용하는 것이 바람직하며, 2차 반응조(30)에 투입되는 양은 총량의 2% 정도를 투입하는데, 이는 수산화기의 활성화로 인해 질소성 오염물질의 농도저하, 염소성분(cl)의 탁월한 살균 및 세정작용이 이루어지며, 금속염의 원활한 이온교환을 통해 응집석출이 용이하도록 해준다.

또한, 상기 컨트롤장치의 제어를 받아 공기주입관(33)의 밸브(33a)가 개방되어 반응조(30) 내부로 공기가 주입되면, 상기 공기주입관(33)에 일정 간격으로 형성되어 있는 공기배출구(33b)를 통해 원수 내로 공기가 주입되어 강한 폭기작용이 일어나게 되고(S140), 동시에 순환펌프(34)가 작동되어 염기제에 의해 강한 알칼리성을 띠고 있고, 폭기작용에 의해 가수분해반응이 일어나고 있는 원수를 순환관(34a)을 통해 계속적으로 순환한 후, 반응조(30) 내로 재유입될 수 있도록 하여 탈기현상이 가속화될 수 있도록 하고(S145), 이 때 반응조(30)에서 발생하는 가스는 진공펌프(32)의 배기구(32a)를 통해 공기중으로 배출될 수 있도록 한다.

상기와 같이 2차 반응조(30) 내부의 진공상태로 인한 강한 운동에너지와 일정 시간 경과 후에 이루어지는 폭기작용과 순환펌프(34)에 의한 희석 및 가수분해반응과 염기제에 의한 화학적 처리를 통한 폐수 처리과정을 거치되, 30분 정도의 일정 시간이 경과하게 되면, 컨트롤장치의 제어를 받아 공기주입관(33)의 밸브(33a)를 폐쇄한 후, 진공펌프(32)를 작동하여 2차 반응조(30) 내부의 공기를 제거하여 진공상태를 유지하도록 함으로써, 상기와 같은 과정을 3∼5 시간 정도로 계속하여 반복적인 폐수 처리과정을 거치게 되면, PH11의 강한 알칼리성의 원수 내에 함유되어 있는 질소성 오염물질의 탈기 등의 오염물질의 정화가 이루어지면서 점차로 농도가 PH8∼9 정도의 상태로 떨어지게 된다.

이 때, 컨트롤장치의 제어를 받아 진공펌프(32)는 작동을 중지하게 되고, 순환펌프(34)만 작동되는 상태에서 약품투입수단(35)을 통해 산화제를 투입하여 PH6∼7의 중화상태를 유지하면서 동시에 산화작용을 통한 가수분해반응으로 인해 잔여 오염물질을 완전히 분해할 수 있도록 하는데(S150), 상기 산화제로는 1차 반응조(20)에 투입한 산화제와 동일한 약품을 사용하며, 산화제의 양은 총량의 0.5중량% 정도를 투입하고, 그 반응시간은 2∼3 시간 정도를 유지하게 한다.

마지막으로 약품투입수단(35)을 통해 고분자 응집제를 총량의 1∼2중량% 정도를 투입하여(S155) 4차 거름체(40)를 통해 고액분리한 다음 5차 거름체(41)를 통해 방류기준 수치이하로 방류하되(S160), 상기 5차 거름체(41)는 마이크로 필터 또는 울트라 필터를 선택적으로 사용할 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 의해 축산폐수를 정화 처리하는 경우 1·2·3·4·5차 거름체(11,12,21,40,41)에 의해 고액분리되어진 고체는 비료제조에 사용되며, 이 때 석출되는 고체의 양은 통상적으로 총량의 10%가 되는데, 첨가물을 이용한 4종 복합비료 등 유기질 비료를 제조하면서 첨가물에 따라 비료의 생산량을 조절할 수 있게 되며, 액체 역시 미생물 제재 또는 4종 복합비료에 따른 첨가물을 희석하여 처리되는 총량에 한하여 고급액상비료를 제조할 수 있게 된다.

상기 축산폐수를 본 발명에 의해 구현된 진공펌프를 이용한 고농도 폐수처리장치 및 이의 방법에 의해 처리된 결과를 살펴보면 표1과 같다.

시험항목	단위	시료구분	결과치	시험방법
BOD	㎎/ℓ	1	8.2	수질오염 공정 시험법
COD	㎎/ℓ	1	2.9	"
총인(T/N)	㎎/ℓ	1	11.8	"
총질소(T/P)	㎎/ℓ	1	0.20	"
슬러지	㎎/ℓ	1	8.0	"

상기 표1은 돈분이 함유된 축산폐수 10톤을 본 발명에 의한 진공펌프(32)를 이용한 폐수처리장치에 의해 정화 처리한 경우의 수질을 한국화학시험연구소를 통해 측정한 것으로, 진공펌프(32)를 이용한 폐수처리방법에 의한 경우 BOD,COD, 총인, 총질소 등의 오염물질 농도가 현저하게 저하되는 것을 알 수 있다.

[실시례 2(산업폐수)]

고농도 난분해성의 산업폐수는 상기 실시례 1의 축산폐수의 처리공정과 유사하지만, 대부분의 산업폐수 중 쓰레기 매립장 침출수는 약산성이며, 유기성 공업폐수는 강산성이기 때문에 PH의 농도 조정, 즉 화학약품의 투입순서가 축산폐수의 경우와는 반대인 경우가 있다.

PH2 이하의 강산성을 띠는 공업용 폐수를 정화 처리하는 경우 원수 집수조(10)에 집수된 상기 폐수는 1·2차 거름체에 의해 부유물질과 불순물을 제거한 후, 1차 반응조(20)로 이송하면, 약품투입수단(27)을 통해 염기제를 투입해 PH9∼10 정도로 상승시키도록 하여 상기 폐수 내의 오염물질의 분자구조에 대한 해리 및 이완작용을 일으키도록 하며, 이러한 가수분해반응을 촉진시키기 위해 모터(24)의 동력에 의해 작동하는 임펠러(23)의 저속 교반 및 블로워의 공기유입으로 인한 폭기작용을 가할 수 있도록 하며, 반응시간은 2∼3시간 정도를 유지한다.

상기 폐수의 PH농도를 중성화시키기 위해 약품투입수단(27)을 통해 산화제를 총량의 1중량%를 투입하여 PH6∼7 정도로 유지하면서 계속적으로 저속 교반 및 폭기작용을 가해 가수분해반응을 촉진시키되, 반응시간을 2∼3시간 정도를 유지한 후, 약품투입수단(27)을 통해 고분자 응집제를 투입하여 고액분리 및 응집석출이용이하도록 하는데, 3차 거름체(21)를 통해 고액분리되는 고체는 원자재의 재료 등으로 사용할 수 있도록 하며, 상기 3차 거름체(21)를 통해 고액분리된 액체는 2차 반응조(30)의 원수유입관(31)을 통해 반응조(30) 내에 집수된다.

상기 2차 반응조(30)에 폐수가 일정량 집수되면, 반응조(30) 상부에 설치되어 있는 진공펌프(32)를 작동해 반응조(30) 내부에 있는 공기를 제거하여 완전 진공상태로 30분 정도의 일정 시간동안 유지시키도록 하여 오염물질의 분자구조에 해리나 이완현상이 나타날 수 있도록 하고, 30분 정도의 일정 시간이 경과되면, 컨트롤장치의 제어를 받아 폐수를 알칼리화하기 위해 약품투입수단(35)을 통해 염기제를 투입하는데, 이 때 PH11 정도를 유지하여 수산화기의 왕성한 활동으로 휘발성 오염물질의 탈기를 유도하기에 용이한 상태를 만들도록 한다.

또한, 컨트롤장치의 제어를 받아 공기주입관(33)의 밸브(33a)가 개방되어 반응조 내부로 공기가 주입되도록 하여 폭기작용이 일어나도록 하며, 순환펌프(34)를 작동하여 원수를 계속적으로 순환한 후, 반응조(30) 내로 재유입될 수 있도록 하여 탈기현상이 가속화될 수 있도록 하며, 이 때 반응조 내에서 발생하는 가스는 진공펌프(32)의 배기구(32a)를 통해 공기 중으로 배출될 수 있도록 한다.

상기 과정을 30분 정도의 일정 시간동안 유지한 후, 30분이 경과되면 다시 공기주입관(33)의 밸브(33a)를 폐쇄하고, 진공펌프(32)를 작동하여 반응조(30) 내부를 진공상태로 유지하되, 3∼5 시간 정도를 반복하여 PH농도가 8∼9 정도로 떨어지게 되면, 약품투입수단(35)을 통해 산화제를 투입하여 중화시키면서 잔여 오염물질에 산화작용을 일으키게 하여 정화 처리되도록 하며, 마지막으로 고분자 응집제를 투입하여 4·5차 거름체(40,41)를 통해 고액분리될 수 있도록 하여 각종 오염물질의 농도를 현저히 저하시킨 후, 원수배출관(39)을 통해 방류할 수 있도록 한다.

이상과 같이 본 발명은 축산폐수 및 산업폐수 등과 같은 고농도 난분해성 폐수 등에 물리적 처리 및 화학적 처리를 동시에 실시하여 정화 처리하되, 진공펌프(32)를 이용하여 반응조(30) 내부에 진공상태의 강한 운동에너지를 제공함으로써, 입자간 결합의 이완 및 해리현상을 촉진해 고액분리 및 탈기에 용이하도록 하여 고농도 난분해성 폐수 등을 정화 처리할 수 있도록 한 것이다.

이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시례 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니다.

본 발명은 축산폐수 및 산업폐수 등과 같은 고농도 난분해성 폐수 등에 교반 및 폭기작용 등의 운동에너지와 산화제, 염기제 및 응집제 등의 화학에너지를 제공하여 정화 처리함에 있어, 암모니아성 질소, 질산성 질소 등의 총질소에 대한 농도저하를 위해 반응조 내부에 진공방식을 이용한 강한 운동에너지를 일정시간 간격으로 지속적으로 제공하여 정화처리할 수 있도록 함으로써, 정화 처리하기 위한 반응시간을 현저하게 단축시킬 수 있고, 화학반응을 위한 약품의 소모량을 최소화할 수 있으며, 부대비용을 절감할 수 있어 경제적인 효과가 있다.

또한, 각 거름체에서 고액분리되는 고체 및 액체는 고품질의 비료로 재활용할 수 있다는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 폐수를 집수하는 원수집수조; 응집작용을 통해 고액분리하는 거름체; 폭기 및 교반에 의한 물리적 처리와 산화제, 염기제 및 응집제에 의한 화학적 처리를 통한 가수분해반응과 탈기작용에 의해 정화 처리하는 반응조로 이루어지는 폐수처리장치에 있어서,

   상기 반응조는 거름체를 통해 고액분리된 폐수가 유입되도록 밸브를 형성한 원수유입관; 반응조 상부면 소정의 위치에 형성하여 반응조 내부의 공기 및 가수분해반응으로 인해 발생하는 가스를 대기 중에 방출하는 배기구를 형성한 진공펌프; 반응조 내의 폐수를 순환관을 통해 순환시킨 후, 상기 반응조 내로 재유입될 수 있도록 하는 순환펌프; 반응조 내의 폐수에 공기를 주입할 수 있도록 공기배출구 및 밸브를 형성한 공기주입관; 반응조 내부의 폐수에 적정량의 산화제, 염기제, 응집제가 투입되도록 밸브를 형성한 약품투입수단; 기설정된 시간마다 해당 장치의 밸브를 개폐할 수 있도록 제어하는 컨트롤장치; 가수분해반응 및 고액분리된 정화수를 배출되도록 밸브를 형성한 원수배출관;으로 이루어짐을 특징으로 하는 진공펌프를 이용한 고농도 폐수처리장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 2차 반응조 외부 소정의 위치에 온도측정수단, 압력측정수단, PH측정수단을 더 포함함을 특징으로 하는 진공펌프를 이용한 고농도 폐수처리장치.
3. 거름체에 의해 고액분리된 폐수를 반응조에 집수하여 산화제 및 염기제를 투입한 후, 저속교반(80∼100rpm) 및 폭기작용을 하고, 산화제 및 염기제의 반응이 완료되면 염기제 및 산화제를 투입하여 가수분해반응 및 화학흡착에 의한 응집이 이루어지도록 하고, 응집제를 투입하여 거름체에 의해 폐수 내의 고체를 고액분리할 수 있도록 하여 정화 처리하는 폐수처리방법에 있어서,

   폐수를 펌핑하여 원수유입관을 통해 반응조 내에 집수한 후, 진공펌프를 작동해 반응조 내부를 진공상태로 일정 시간동안 유지하는 제1단계; 상기 제1단계에 의한 일정 시간이 경과되면, 컨트롤장치의 제어를 받아 공기주입관의 밸브를 개방하여 공기배출구를 통해 반응조 내부의 폐수에 폭기작용을 발생시키는 제2단계; 컨트롤장치의 제어를 받아 약품투입수단을 통해 염기제를 총량의 2중량%를 투입하는 제3단계; 순환펌프를 작동해 반응조 내의 폐수를 순환관을 통해 순환시킨 후, 반응조 내로 재유입되도록 하여 폐수를 희석시키는 제4단계; 일정 시간이 경과되면, 컨트롤장치의 제어를 받아 공기주입관의 밸브를 폐쇄한 후, 진공펌프를 작동해 반응조 내부를 진공상태로 유지하는 제5단계; 상기 제1단계에서 제5단계의 과정을 일정 시간동안 반복하여 PH8∼9 정도로 농도가 저하되면, 약품투입수단을 통해 산화제를 총량의 0.5중량%를 투입하여 중화상태를 유지하면서 2∼3시간 동안 산화반응을 일으키는 제6단계; 약품투입수단을 통해 고분자 응집제를 총량의 1∼2중량%를 투입하여 화학흡착에 의한 응집작용을 통해 거름체를 이용한 고액분리되게 하는 제7단계;로 이루어짐을 특징으로 하는 진공펌프를 이용한 고농도 폐수처리방법.