KR20040080043A - 분말 활성탄을 이용한 흡착 반응장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 폐수, 생활 오수, 축산 폐수, 분뇨의 고차처리 공정 및 정수처리에 적용하는 섬유 여재 여과 공정의 전처리 공정에 응용하기 위한 것으로서, 생물학적 처리(활성 슬럿지 공법, SBR 공법, A₂O 공법 등) 및 물리 화학적 처리공법(단순 침전, 중화 응집 침전, 중화 응집 가압부상)후에 잔존하는 용해성 유기물, 특히 생물학적 분해 불가능한 용해성 유기물(NBD COD), 인 및 기타 오염 물질을 처리하는데 있어 여과공정으로는 처리가 불가능한 현실적 한계성을 극복하기 위하여 분말 활성탄을 이용한 전처리공법에 있어서,
분말 활성탄의 흡착성을 이용하여 상기의 수중 오염 물질을 제거하고 흡착이 완료된 상태의 활성탄을 섬유 여과기를 통해 걸러내어 제거토록 함으로써 수중의 용해성 유기물을 용이하게 제거토록 하는 것을 특징으로 하는 분말 활성탄을 이용한 흡착 반응장치에 관한 것으로,
생물학적 처리 및 물리화학적 처리가 완료된 폐수를 인입하여 활성탄과 교반에 의해 반응시키는 활성탄 반응조와; 상기 활성탄 반응조를 통과한 폐수를 교반에 의해 응집시키기 위한 응집조와; 상기 응집조를 통과한 폐수를 펌핑하기 위한 펌핑조와; 상기 펌핑조를 통과한 원수(폐수)로부터 활성탄을 분리하기 위한 섬유 여과기와; 상기 섬유 여과기를 통과한 물을 저장후 방류하는 최종 처리조를 포함하는 것이 특징이며,
비중이 물의 절반 정도이고, 물과의 용해가 어려운 소수성 활성탄을 효율적으로 물에 용해시킬 수 있는 용해장치, 흡착 반응장치, 응집조, COD 측정장비로 구성되는 본 발명은 시설이 간단하여 시설비가 저렴한 장점이 있고 그 적용 범위가 넓다는 이점이 있다.

Description

분말 활성탄을 이용한 흡착 반응장치 및 방법{Adsorption Reaction Unit Using Power Active Corbon and Method Thereof}
본 발명은 분말 활성탄을 이용한 흡착 반응장치에 관한 것으로, 특히 분말 활성탄의 흡착력을 이용하여 용해성 유기물, 인 및 기타 오염물질을 흡착하고, 흡착이 완료된 상태의 활성탄을 섬유 여과기를 통해 걸러내어 제거토록 함으로써 수중의 상기 오염물질을 용이하게 제거토록 하는 것을 특징으로 하는 분말 활성탄을 이용한 흡착 반응장치에 관한 것이다.
먼저 본 발명은 수처리의 일반적 여과 공정인 모래 여과, 섬유 여과는 용해성 성분에 대해서는 처리가 불가능한 현실이었으나, 분말 활성탄을 용해하여 그 용해액을 주입하면 활성탄의 흡착 성능에 의하여 용해성 유기물, 특히 생물학적 분해 불가능한 용해성 유기물(NBD SCOD), 인 및 기타 오염물질을 효과적으로 제거할 수 있다는 점과 상기의 오염물질을 흡착한 분말활성탄은 섬유여과기로 충분히 제거할 수 있다는 점에 착안하였다는 것을 미리 밝혀둔다.
일반적으로 생활 하수 및 산업 폐수를 처리하는 주요 공정은 물리 화학적 처리(단순 증력식 침전, 중화응집침전 혹은 부상분리 등 기타 공법)와 생물학적 처리(활성 슬럿지 공법, Media공법, SBR공법, A2/O, UCT, MUCT, VIP, 바덴포(Bardenpho)공법 등 기타 공법)이 주 처리공정으로 이루어져 있으나 용해성 유기물 특히 생물학적 분해 불가능한 용해성 유기물(NBD SCOD)에 대해서는 뚜렷한 대처방안이 없었던 것이 현안이었다.
오존산화공법, 전기분해공법, 역삼투공법 등이 있었으나, 시설비가 과다한 뿐만 아니라 운전 및 유지 관리가 까다로운 등 문제점이 많았다.
또한, 전처리 공정에서 미제거된 점을 해결하기 위해 빠른 시간내에 오염물질에 포함된 이물질을 제거하기 위하여 요즘에는 섬유 여과제를 이용하는 공법이 소개되고 있는 바, 이러한 섬유 여과제는 공기나 가스 등의 기체나, 물 및 용제 등의 액체에 함유되는 미립자를 여과하기 위한 여과재로서, 섬유를 사용한 직편물이나 부직포로 된 여과직물이 널리 사용되어 있다. 그런데, 섬유를 사용한 직편물로 된 종래의 여과직물은, 섬유의 격자구조의 간극으로부터 원수를 통과시켜서 그곳에 함유되는 입자를 포착하고, 작은 입경의 입자를 포착하기 위하여 직밀도를 높게 하여 격자의 사이즈를 작게 할 수도 있다. 그러나, 여과직물에 있어서의 간극의 비율이 적어져서 여과할 수 있는 처리량이 극단으로 저하되고, 또한, 즉시 하적되어 여과할 수 없게 되어버린다. 또, 직물을 구성하는 실이나 섬유를 잘게 하여, 작은 입자의 포착성 향상을 겨냥한 것도 있지만, 섬유와 섬유의 간극에 일단 침해한 입자는 역세정 등을 실시하여도 씻어내기가 쉽지 않으며, 조기에 하적을 야기시키는 문제가 있었다.
결국, 생활 하수 및 산업 폐수를 처리하는 주요 공정은 물리 화학적 처리(단순 증력식 침전, 중화응집침전 혹은 부산분리 등 기타 공법)와 생물학적 처리(활성 슬러지공법, Media공법, SBR공법, A2O공법 등 기타 공법)이 주 처리공정으로 이루어져 있으나, 용해성 유기물 특히 생물학적 분해 불가능한 용해성 유기물(NBD SCOD)에 대해서는 뚜렷한 대처방안이 없었던 것이 현안이었다.
또한, 상술한 바와 같이 섬유 여과기는 응집제를 투입하여 수중의 비용해성 유기물(ICOD)의 응집처리후 여과 처리하는 것이 통상이었으나, 이 처리 공정으로는 용해성 유기물(SCOD)의 제거가 현실적으로도 또한 이론적으로도 불가능하다.
본 발명은 이를 해결코자 하는 것으로, 섬유여과기와 활성탄을 이용하여 용해성 유기물, 인, 및 기타 제거 가능한 오염 물질을 효과적으로 제거하고자 하는데 그 목적이 있다.
즉, 섬유 여과기는 모래 여과기에 비해 여과 가능 입자경이 훨씬 작으므로, 용해성 유기물이 흡착된 활성탄을 여과 처리하는 것이 모래 여과기보다 훨씬 유리하므로 활성탄 흡착 반응시설과 섬유여과기를 이용하여 용해성 유기물을 제거토록 한 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 수단으로,
본 발명은 생물학적 처리 및 물리화학적 처리가 완료된 폐수를 인입하여 활성탄과 교반에 의해 반응시키는 활성탄 반응조와; 상기 활성탄 반응조를 통과한 폐수를 교반에 의해 응집시키기 위한 응집조와; 상기 응집조를 통과한 폐수를 펌핑하기 위한 펌핑조와; 상기 펌핑조를 통과한 페수로부터 활성탄을 분리하기 위한 섬유 여과기와; 상기 섬유 여과기를 통과한 물은 저장후 방류하는 최종 처리조를 포함하는 것이 특징이다.
또한, 상기 활성탄 반응조에 활성탄 용액을 투입하는 활성탄 용해조와, 응집조에 응집제를 용액을 제공하는 응집제 용해조를 더 구비한 것이 특징이다.
또한, 1차 처리수의 수로에 COD 측정 지시계를 구비하여 COD 측정이 연속적으로 이루어지며 COD 농도가 일정 한계 이상일 경우에만 활성탄 용해 시설과 활성탄 반응조를 자동 연동시킬 수 있는 점이 특징이다.
또한, 상기 섬유 여과기에는 역세펌프를 더 구비하여 섬유 여과기에 부착된활성탄을 제거하는 것이 특징이다.
또한, 상기 활성탄 용해조에는 활성탄을 대량 공급할 수 있는 활성탄 사이로가 더 연결된 것이 특징이다.
또한, 상기 활성탄의 입경은 40㎛인 것이 특징이다.
또한, 생물학적 처리에 의해 폐수를 1차 처리하는 유기물, 질소 및 인 제거단계와; 1차 처리된 원수(폐수 등 )에 활성탄을 투입하여 폐수와 반응시키는 활성탄 반응 단계와; 반응이 진행된 활성탄이 포함된 폐수를 응집시키는 활성탄 응집 단계와; 응집이 완료된 폐수에서 활성탄을 추출하는 여과단계를 포함하는 것이 특징이다.
또한, 상기 여과단계후 역세공정에 의해서 섬유 여과기에 추출된 활성탄을 생물학적 처리단계로 이송시키는 역세 단계를 더 포함하는 것이 특징이다.
도 1은 본 발명의 흡착 반응장치 구성도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10: 활성탄 반응조 20: 활성탄 응집조
30: 펌핑조 40: 섬유 여과기
50: 처리수조 60: 활성탄 용해조
70: 응집제 용해조 80: 활성탄 사이로
90: COD 측정기
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
상기 목적을 달성하기 위해 창안된 본 발명에 따른 분말 활성탄에 의한 오폐수 고도처리의 주역은 분말 활성탄이다. 따라서 발명의 구성과 그 작용원리에 앞서, 활성탄의 일반적인 특성에 대하여 기술한다. 활성탄은 석탄, 사탕수수 찌꺼기, 해초, 갈탄, 토탄, 벼집, 톱밥, 야자열매 껍질 등의 원료를 고온(1000℃)으로 탄화하고, 수증기 등으로 그 일부를 활성화 한 것으로서, 다수의 미세공이 서로 연락된 내부구조를 갖는 탄소물질이다.
활성탄에 의한 흡착현상은 18세기 후반부터 알려져 왔지만, 활성탄이 공업적으로 생산되게 된 것은 제 1차 세계대전 전후부터이다. 활성탄의 흡착은 물리적인 것과 화학적인 것이 있는데 물리적 흡착이 주 흡착이다. 활성탄이 유기물 흡착에 탁월한 것은 잘 알려져 있는 것이지만, 계면활성제, 색도, 중금속, 잔류염소 제거에도 매우 유효하다.
활성탄의 가장 큰 특색은 흡착(Adsorption)이다. 흡착이란 주위의 기체 또는 액체를 다공질인 활성탄의 내부로 빨아드려 그 구명 내부의 농도가 표면(계면)의 농도보다 짙은 상태에서 안정화(흡착평형)하는 성질을 지니고 있다. 다시 말하여 이와 같은 형상을 기체 또는 액체상에서 일어나는 일종의 질량이동(mass transfer)이라 말할 수 있다. 주어진 특정물질에 대한 흡착제의 흡착능력은 흡착제가 가지고 있는 표면적의 크기에 의하여 결정된다. 점토나 제올라이트(clays, zeolite)와 같은 자연 흡착제의 표면적은 50 내지 200㎡/g 정도로 적기 때문에 흡착력도 적다.
공업용 흡착제는 적어도 300㎡/g의 표면적을 가지고 있다. 반면 양질의 활성탄은 1000 내지 1500㎡/g 정도의 표면적을 가지고 있으므로 자연 흡착력도 크다.
이하에서 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.
본 발명은 도 1에 도시한 바와 같이, 생물학적 처리 혹은 물리 화학적 처리 방법에 의해 1차 처리가 완료된 처리수를 인입하여 활성탄과 교반에 의해 반응시키는 활성탄 반응조(10)와; 상기 활성탄 반응조(10)를 통과한 반응수를 교반에 의해 응집시키기 위한 응집조(20)와; 상기 응집조(20)를 통과한 폐수를 펌핑하기 위한 펌핑조(30)와; 상기 펌핑조(30)를 통과한 반응수로부터 활성탄을 분리하기 위한 섬유 여과기(40)와; 상기 섬유 여과기(40)를 통과한 물은 저장후 방류하는 최종 처리조(50)로 이루어진다.
또한, 상기 활성탄 반응조(10)에 활성탄 용액을 제공하는 활성탄 용해조(60)와, 응집조(20)에 응집제를 용액을 제공하는 응집제 용해조(70)를 더 구비하여 이루어진다.
또한, 상기 활성탄 용해조(60)에는 활성탄을 대량 공급할 수 있는 활성탄 사이로(80)가 더 연결되어 이루어진다.
이하에서 본 발명의 동작을 보다 상세히 설명하기로 한다.
물리 화학적, 혹은 생물학적 처리공정에 의해 처리된 1차 처리수는 활성탄 방응조(10)로 유입되고, 상기 활성탄 반응조(10)에서는 수중의 유기물외 기타 오염물질을 흡착하게 된다.
상기 활성탄 반응조(10)에서 오염물질 흡착 반응이 끝나면 이를 응집조(20)로 이동시키고, 상기 응집조(20)에서는 활성탄을 적당한 크기로 응집하여 나중에 적출이 용이하도록 한다.
상기 응집조(20)는 모터에 의한 교반에 의해서 활성탄간의 응집이 이루어지도록 하며, 응집공정이 마무리되면 펌핑조(30)로 이동하여 여과펌프에 의해서 섬유 여과기(40)로 진입하게 된다.
상기 섬유 여과기(40)에서는 활성탄이 통과하는 것을 막아 용해성 유기물이 포함된 활성탄이 걸러진 물만을 최종 처리수조(50)로 이송시킨다.
상기 최종 처리수조(50)의 하단에는 역세펌프(1)가 연결되어 있어 상기 역세펌프(1)를 이용하여 최종 처리수를 섬유 여과기(40)로 보내 섬유 여과기(40)에 붙어 있는 활성탄을 섬유 여과기(40)로부터 분리시킨다.
또한, 자동화 운전 설비로서 COD 측정기(90)를 설치하여 유입수의 COD 농도를 연속적으로 측정하여 한계 기중치 이하로 COD 농도가 낮을 경우, 활성탄 흡착 장치의 운전을 중단하게 할 수도 있으며 한계 기준치 이상의 COD 농도의 유입수가 유입될 시에만, 능동적으로 가동되어지게 할 수도 있다.
이는 효과적인 유지관리로 약품비를 포함한 유지관리비를 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 최종 방류수의 엄격한 관리가 가능하여, 주변 환경 보전에 크기 기여할 수 있다.
상기 분말 활성탄(입경 약 40㎛)은 섬유 여과기에서 쉽게 제거되어지며, 역세공정에 의하여 분리된 활성탄은 생물학적 처리공정으로 보내지며, 생물학적 반응조로 보내진 활성탄은 미생물 Media로 이용되어져서 생물학적 처리 효율 개선에 기여하게 되며, 여과기내에서 역세전 섬유여재에 의해 차단된 활성탄은 여과 공정시, 활성탄 흡착은 처리공정을 한번 더 거치게 된다.
즉, 활성탄 흡착 반응은 활성탄 흡착 반응조에서 1단계, 여과기내에서 2단계공정을 거치게 됨으로서, 유기성 유기물의 제거효율은 상승하게 되는 잇점이 있다.
상기 활성탄 용해조(60)는 소수성인 활성탄의 용해를 쉽게 하기 위하여 적정약품과 희석하여 용해하여 그 문제점을 개선하였으며, 활성탄 용액은 정량 펌프로 주입되어진다.
상기 활성탄 흡착 반응조(10)는 활성탄의 흡착 반응 효율을 높이기 위해 반응조는 교반기로 급속 교반하여야 하며, 완전한 흡착 반응을 위하여 Baffle이 설치되어져야 한다.
응집조는 용해성 유기물의 흡착이 이루어진 활성탄과 수중의 비용해성 유기물의 효과적 제거를 위하여 응집제가 투입되어지며, 응집 효율 증대를 위해 응집기가 설치되어진다.
또한, 완전한 응집 반응을 위하여 Baffle이 설치되어져야 한다.
응집 완료된 반응수는 펌핑조에서 펌프에 의해 여과기로 투입되어짐으로서 섬유 여과기의 전처리 공정인 활성탄 흡착반응 시설의 흡착 반응 처리 공정이 이루어진다.
본 발명의 동작을 플로우챠트를 이용하여 설명하면, 생물학적 처리에 의해 폐수를 1차 처리하는 질소 및 인 제거단계와; 1차 처리된 폐수에 활성탄을 투입하여 폐수와 반응시키는 활성탄 반응 단계와; 반응이 진행된 활성탄이 포함된 폐수를 응집시키는 활성탄 응집단계와; 응집이 완료된 폐수에서 활성탄을 제거하는 여과단계를 포함하여 이루어진다.
결국, 본 발명의 분말 활성탄(입경 약40㎛)은 섬유 여과기에서 쉽게 제거되어지며, 역세공정에 의하여 분리된 활성탄은 전처리 시설인 생물학적 처리 공정으로 보내지며, 생물학적 반응조로 보내진 활성탄은 미생물 Media로 이용되어져서 생물학적 처리효율 개선에 기여하게 되며, 여과기 내에서 역세전 섬유 여재에 의해 차단된 활성탄은 여과 공정시, 활성탄 흡착 처리 공정을 한번더 거치게 된다.
즉, 활성탄 흡착 반응은 활성탄 흡착 반응조에서 1단계, 여과기내에서 2단계 공정을 거치게 됨으로서, 유기성 유기물의 제거 효율은 상승하게 되는 이점이 있는 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 비중이 물의 절반 정도이고, 물과의 용해가 어려운 소수성 활성탄을 효율적으로 물에 용해시킬 수 있는 용해 장치, 흡착 반응장치, 응집조, COD측정 장치로 구성되는 있는 본 발명은 시설이 간단하여 시설비가 저렴한 장점이 있다.
또한 활성탄은 그 반응 시간이 짧은 특성을 지니고 있으며 이 특성을 이용하여 자동화 설비로서 COD 측정기를 설치하여 유입수의 COD 농도를 연속적으로 측정하여 한계 기준치 이하로 COD 농도가 낮을 경우, 활성탄 흡착장치의 운전을 중단하게 할 수도 있으며 한계 기준치 이상의 COD 농도의 유입수가 유입될 시에만, 능동적으로 자동 가동되어지게 할 수도 있다.
이는 효과적인 유지관리로 약품비를 포함한 유지관리비를 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 최종 방류수의 엄격한 관리가 가능하여, 주변 환경 보전에 크게 기여할수 있다.
결국, 본 발명은 점차적으로 배출 기준 및 방류 기준이 강화되어 현시점에서 점차 문제가 되고 있는 COD(화학적 산소 요구량)중 상기에 기술한 바와 같이 여과 공정으로는 제거가 용해성 유기물(SCOD), 특히 생물학적 분해 불가능한 용해성 유기물(NBD SCOD)의 처리에 확실한 대처방안이 될 수 있고, 또한, 상술한 바와 같이 섬유 여과기는 응집제를 투입하여 수중의 비용해성 유기물(ICOD)의 응집 처리후 여과 처리하나 그 수요가 급격히 늘어가고 있는 현실이나 앞으로 보다 더 강화되는 배출기준과 방류기준을 준수할 수 없는 현실에 비추어 본 발명은 그 전처리 시설로서 대단히 적용 범위가 넓고 효용 가치가 높을 것으로 예상된다.
비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 설명과 관련하여 설명되어졌지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 첨부된 청구의 범위는 본 발명의 진정한 범위 내에 속하는 그러한 수정 및 변형은 포함한 것으로 판단할 수 있다.

Claims (8)

  1. 생물학적 처리 및 물리화학적 처리가 완료된 폐수를 인입하여 활성탄과 교반에 의해 반응시키는 활성탄 반응조와;
    상기 활성탄 반응조를 통과한 원수(폐수 등)를 교반에 의해 응집시키기 위한 응집조와;
    상기 응집조를 통과한 원수(폐수 등)를 펌핑하기 위한 펌핑조와;
    상기 펌핑조를 통과한 원수(폐수 등)로부터 활성탄을 분리하기 위한 섬유 여과기와;
    상기 섬유 여과기를 통과한 물을 섬유 여과기로 재순환하여 여과기에 부착된 활성탄을 처리시설로 운반하고, 나머지 물을 저장후 출력하는 최종 처리조를 포함하는 것을 특징으로 하는 분말 활성탄을 이용한 흡착 반응장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 활성탄 반응조에 활성탄 용액을 제공하는 활성탄 용해조와, 응집조에 응집제를 용액을 제공하는 응집제 용해조를 더 구비한 것을 특징으로 하는 분말 활성탄을 이용한 흡착 반응장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    COD 측정치가 일정한계 이상일 경우에만 활성탄 용해조를 활성탄 반응조와 연결시키도록, 상기 활성탄 반응조로 연결되는 연결관에 COD 측정 지시계를 더 연결한 것을 특징으로 하는 분말 활성탄을 이용한 흡착 반응장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 섬유 여과기의 일단에는 섬유 여과기에 부착된 활성탄을 제거하기 위해 여과기에 물을 분사시키는 역세펌프를 더 구비하여 것을 특징으로 하는 분말 활성탄을 이용한 흡착 반응장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 활성탄 용해조에는 활성탄을 대량 공급할 수 있는 활성탄 시로가 더 연결된 것을 특징으로 하는 분말 활성탄을 이용한 흡착 반응장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 활성탄의 입경은 40㎛인 것을 특징으로 하는 분말 활성탄을 이용한 흡착 반응장치.
  7. 생물학적 처리에 의해 폐수를 1차 처리하는 유기물, 질소 및 인 제거단계와;
    1차 처리된 원수(폐수 등)에 활성탄을 투입하여 폐수와 반응시키는 활성탄 반응 단계와;
    반응이 진행된 활성탄이 포함된 폐수를 응집시키는 활성탄 응집 단계와;
    응집이 완료된 폐수에서 활성탄을 추출하는 여과단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 분말 활성탄을 이용한 흡착 반응방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 여과단계후 역세공정에 의해서 섬유 여과기에 추출된 활성탄을 생물학적 처리단계로 이송시키는 역세 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분말 활성탄을 이용한 흡착 반응방법.
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