KR200413348Y1 - 폐수내의 암모니아, 인과 고형물의 제거 장치 - Google Patents

폐수내의 암모니아, 인과 고형물의 제거 장치 Download PDF

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Abstract

본 고안은 폐수 처리 장치에 관한 것으로 특히, 축산폐수, 분뇨, 침출수를 처리하기 위한 것으로서, 축산폐수, 분뇨, 침출수와 같은 유기물, 질소, 인의 농도가 높은 폐수에서 암모니아성 질소, 인, 고형물의 제거를 도모하는 폐수 처리 장치를 제공하는데 특징이 있다.
폐수, 축산폐수, 분뇨, 침출수, 유기물.

Description

폐수내의 암모니아, 인과 고형물의 제거 장치{Removal reactor of Ammonia , phosphorous and solid in wastewater}
도 1은 본 고안의 장치가 적용되는 폐수 처리 참고 구성도.
도 2는 본 고안 장치의 구조도.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
1 : 원수저류조 2 : 반응조
3 : 유기산조 4 : 메탄발효조
5 : 질산화조 6 : 탈황탑
7 :가스홀더 8 : 침전조
9 : 탈질반응조 103 : 스테인레스망 체
본 고안은 폐수내의 암모니아, 인과 고형물의 제거 장치에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 축산폐수, 분뇨, 침출수와 같은 유기물, 질소, 인의 농도가 높은 폐수에서 암모니아성 질소, 인 및 고형물을 처리하기 위한 폐수 처리 장치에 관한 것이다.
일반적으로 축산폐수, 분뇨, 침출수는 고농도 유기물을 함유하고 있을 뿐만 아니라 유기질소와 암모니아성 질소, 인산염형태의 인, 마그네슘, 칼슘과 같은 성분을 고농도로 함유하고 있는 것으로 알려져 있다(Am. Soc. civ. Engrs. Trans., Vol. 18, p. 340-343, 1975).
그중에서도 축산폐수, 분뇨, 침출수는 제거 대상물질을 표 1에 나타낸 것과 같이 처리공정을 복합적으로 구성하여 처리하고는 있으나 복잡한 처리공정에 비해 만족할만한 처리효율을 얻지 못하고 있는 것이 현실이다.
제거 대상물질에 따른 처리공정
제거 대상물질 처리방법
1차 처리 (전 처리) 고형물(SS) 물리적 방법 (침전분리, 부상분리, 스크린 등)
2차 처리 (본 처리) 용존성 유기물 (BOD, COD) 생물학적 방법 (혐기성처리법, 호기성처리법 등)
3차 처리 (고도 처리) 질소(N) 생물학적 방법 (질산화탈질법)
인(P) 화학적 방법 (응집분리법 등)
난분해성물질 (색, COD) 물리적 방법 (활성탄흡착법, 역삼투막법 등)
슬러지 처리 (후 처리) 분리된 슬러지 물리적 방법 (침전, 농축, 탈수 등)
따라서 기존의 처리시스템의 장단점을 파악하고 각각의 제거 대상물질의 처리에 적합한 최적의 처리공정을 선정하여 처리시스템을 구성하는 것이 필요하다.
전체적으로 처리효율을 높이고 보다 원활하게 처리하기 위해서는 2차 처리 및 3차 처리의 생물학적 처리에서의 효율이 매우 중요하다.
2차 처리 및 3차 처리의 생물학적 처리효율을 높이기 위해서는 폐수내의 유기물, 질소, 인의 균형(C/N/P비)을 맞춰주어야 한다.
그러나 축산폐수, 분뇨 및 침출수 등은 유기물 농도도 높지만 질소 및 인의 농도가 비례적으로 높아, 결과적으로 C/N/P비는 낮은 특성을 지니고 있다.
이에 현재까지 1차 처리에서 화학적 응집침전법, 가압부상법, 원심분리법과 같은 고형물 제거법의 효율을 높여 질소 및 인도 제거하는 방법이 이용되어 왔다.
그러나 상기 방법들은 다양한 개량에도 불구하고 고형물제거효율에 비해 질소 및 인의 제거 효율은 높아지지 않았으며 약품비등의 추가적인 운전비용 증대가 큼에 의해 실용적이지 못하다는 문제점이 있다.
본 고안은 상술한 선행기술의 문제점을 해결하기 위하여 인출한 것으로 본 고안의 목적은 축산폐수, 분뇨, 침출수를 처리하기 위한 것으로서, 특히 축산폐수, 분뇨, 침출수와 같은 유기물, 질소, 인의 농도가 높은 폐수에서 암모니아성 질소, 인 및 고형물을 처리하기 위한 위함에 있다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 고안에서는 반응조의 내부에 고무 소재로 된 구획조를 설치하여 그 내부에 산소를 공급받는 산기관을 설치하되 그 상부에 다수의 스테인레스망을 설치한 구조로 구성하고, 상기한 반응조의 하부에는 밸브가 설치된 배출구를 설치하고, 또한 원수저류조에서 공급되는 폐수를 유입시키는 유입로를 상기 반응조의 상부를 통하여 일측의 스테인레스망 체으로 유입되게 하되 처리수는 반응조의 상부를 통하여 순환관을 통하여 이동시켜서 다시 마그네슘, 칼슘이 충진된 촉매조를 통과하여 상기한 유입로를 통과하는 폐수와 혼합되게 하여 배출되게 함으로서 가능하였다.
일반적으로 우리나라에서는 축산폐수 및 분뇨를 생물학적 처리법이나 화학ㆍ물리학적 처리법으로 처리한 후 하수처리장으로 보내고 있다.
국내의 하수처리장의 하수는 C/N비가 낮아 생물학적 처리가 곤란한 문제점을 지니고 있는 관계로, 유기물농도가 높은 축산폐수나 분뇨를 합병하여 처리하는 것이 장려되고 있는 것이다.
그러나 축산폐수 및 분뇨에는 고농도 유기물과 함께 암모늄(NH4), 인산염(PO4), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca)등도 다량 함유되어 있다.
이 성분들은 축산폐수처리장이나 분뇨처리장에서 처리된 후에도 고농도로 존재한다.
따라서 하수처리장에 유입된 축산폐수나 분뇨에 의해 하수에 부족한 유기물은 보충이 되나, 질소와 인의 부하량은 높아지면서 하수처리장의 질소 및 인의 처리능력을 초과하는 경우가 대부분이다.
이에 의해 현재는 하수처리장에서는 축산폐수나 분뇨의 상시 유입을 꺼리고 있는 실정이다.
위에 서술한 문제점을 해결하기 위해서는, 축산폐수처리장이나 분뇨처리장에서 질소와 인을 좀더 제거하는 것이 필요하다.
그러면 축산폐수와 분뇨 내에는 하수의 C/N비를 높여줄 수 있는 적당한 유기물과 낮은 농도의 질소와 인이 존재하게 되므로 생물학적 하수처리가 보다 원활하 게 수행될 것이다.
이러한 문제점의 해결을 위한 본 고안을 첨부한 도면 도 1을 참고하여 폐수 처리를 위한 과정을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
본 고안에서는 원수저류조(1)에서 공급된 폐수를 반응조(2)에서 암모니아성 질소와 인 및 고형물을 동시에 제거하기 위함에 있다.
이러한 본 고안의 반응조(2)에서는 암모늄, 인산염, 마그네슘이 존재하면 각각 1몰씩 반응하여 인산마그네슘암모늄(Phosphate Magnesium Ammonium)형태의 결정체를 형성하는 화학적 반응을 이용하여 물속에 존재하는 인산염과 암모늄을 제거하는 원리를 이용하여 질소와 인을 제거하고, 고형물은 침전시키는 방법을 행한다.
HPO4 2 - + NH4 + + Mg2 + + OH- + 6H2O → MgNH 4 PO 4 6H 2 O ↓ + H20
또한 상기의 MgNH4PO46H2O의 결정화 외에도 수산화인산칼슘(Hydroxyl Apatite)의 결정을 형성시켜 인을 제거한다.
6HPO4 2 - + 10Ca2 + → Ca 10 (OH) 2 (PO 4 ) 6 ↓ + 6H2O
상기한 MgNH4PO46H2O 및 Ca10(OH)2(PO4)6 로의 반응이 일어나기 위한 기본조건으로는, 물속에 ①암모늄, 인산염, 마그네슘, 칼슘이 다량 존재하여야 하며, ②pH가 8 이상으로 높아야 한다.
사료나 축사에서의 축산분뇨처리방법(Scrap type, Slurry type)에 따라 차이는 있으나, 일반적으로 축산폐수의 경우, 암모늄농도가 400~1,200 mg/L, 인산염농 도가 50~400 mg/L, 마그네슘농도가 50~300mg/L, 칼슘농도가 50~300 mg/L정도 존재한다.
분뇨 역시 축산분뇨와 유사하거나 암모늄 및 인산염이 더 높은 경향을 보인다. pH는 7 이상인 경우가 대부분이다.
즉, pH를 8 이상으로 조절해 준다면 상기한 MgNH4PO46H2O 및 Ca10(OH)2(PO4)6 로의 반응이 용이 해질 수 있으며, 이에 의해 물속의 질소 및 인을 제거할 수 있다.
이처럼 질소와 인을 어느 정도 제거한 후 축산폐수나 분뇨를 하수처리장으로 보낸다면, 하수처리장에서의 질소와 인의 부하는 작으면서 유기물농도는 보충되어 생물학적 처리에 적정한 C/N비를 유지할 수 있으므로 생물학적 처리가 보다 원활해 진다.
본 고안에서는 상술한 MgNH4PO46H2O 및 Ca10(OH)2(PO4)6로의 반응을 보다 용이하게 발생시킴에 의해 질소와 인의 제거효율을 높일 수 있게 된다.
따라서 본 고안에서는 반응조(2)에서 ① pH를 용이하게 8 이상으로 유지시키기 위해 산기관을 투여하여 폭기화하며, ② 부족할 가능성이 있는 마그네슘 및 칼슘을 보충해주기 위해 카트리지형태의 촉매반응기를 부착하되 상기 촉매반응기 내부에 충진되는 촉매는 마그네슘, 칼슘을 필요의 량 만큼을 각각 선택하여 혼합하고 용융하여 제조한 다음 파쇄, 분별하여서 펠렛(Pellet)형태로 제조하여 반응시 필요한 성분이 서서히 용출되도록 하여 적정량을 보충해 줄 수 있도록 하며, ③ 결 정화되어 침전되는 MgNH4PO46H2O 및 Ca10(OH)2(PO4)6물질을 고형물질(SS)와 분리하여 회수하기 위해 MgNH4PO46H2O 및 Ca10(OH)2(PO4)6 물질이 부착될 수 있도록 스테인레스망을 설치하고 폭기관의 내부는 반드시 MgNH4PO46H2O 및 Ca10(OH)2(PO4)6 물질이 부착하지 못하도록 고무소재를 사용한다.
상기한 반응조(2)는 상기한 바와 같이 일부의 인과 고형물질 및 암모니아성 질소를 제거하게 된다.
이러한 과정에 적용되는 본 고안의 반응조(2)에 대하여 첨부한 도면 도 2에 의하여 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
즉, 반응조(2)의 내부에 고무 소재로 된 구획조(101)를 설치하여 그 내부에 산소를 공급받는 산기관(102)을 설치하되 그 상부에 다수의 스테인레스망(103)을 설치한 구조로 구성한다.
이때 상기한 반응조(2)의 하부에는 밸브(104)가 설치된 배출구(105)를 설치하고, 또한 상기 원수저류조(1)에서 공급되는 폐수를 유입시키는 유입로(100)를 상기 반응조(2)의 상부를 통하여 일측의 스테인레스망 체(103)으로 유입되게 하되 처리수는 반응조(2)의 상부를 통하여 순환관(106)을 통하여 이동시켜서 다시 마그네슘, 칼슘이 충진된 촉매조(107)를 통과하여 상기한 유입로(100)을 통과하는 폐수와 혼합되게 함과 동시에 이를 방류하거나 그 다음의 처리과정으로 방류하는 구조로 이루어진다.
이러한 구조를 통하여 상기에서 설명한 바와 같은 반응에 의하여 발생한 상 기 MgNH4PO46H2O 및 Ca10(OH)2(PO4)6 을 스테인레스망(103)에서 결집을 행하고, 일부 결집되지 않은 상기한 MgNH4PO46H2O 및 Ca10(OH)2(PO4)6은 고형물과 함께 침전하게 되므로 이는 배출구(105)를 통하여 제거한다.
즉, 상기한 반응조(2)에서는 유입로(100)을 통하여 공급된 폐수를 구획조(101)의 내부에 설치된 스테인레스망 체(103)쪽으로 유입시켜서 상기한 바와 같은 폐수에 있는 암모니아성 질소, 인과의 반응을 통하여 폐수를 처리하게 되는데 이는 반응조(2)에 유입된 폐수가 순환관(106)을 통하여 촉매조(107)에 충진된 마그네슘과 칼슘을 동반하는 순환작용을 계속적으로 행하므로 결국 상기한 바와 같은 작용에 의하여 MgNH4PO46H2O 및 Ca10(OH)2(PO4)6을 생성하면서 암모니아성 질소, 인을 제거하게 된다.
이러한 MgNH4PO46H2O 및 Ca10(OH)2(PO4)6은 반응조(2)의 내부에서 생성되면서 스테인레스망 체(103)에 결착하게 된다.
그리고 산기관(102)은 공기의 공급을 통하여 원활한 반응을 도모함과 동시에 처리수에 용존 산소율을 높여주고자 함에 있다.
특히, 본 고안에서 상기한 고무소재의 구획조(101)은 언급한 바와 같이 상기한 고형물 및 MgNH4PO46H2O 및 Ca10(OH)2(PO4)6이 부착되지 않도록 하면서도 스테인레스망(103)에만 결집되도록 유도하여 그 수거율을 높이고자 하는 데 있다.
즉, MgNH4PO46H2O 및 Ca10(OH)2(PO4)6는 비료로 사용되는 성분이므로 이의 효 율적인 수거가 필요하기 때문이다.
이러한 본 고안의 반응조(3)에서 처리한 처리수는 다음단계의 생물학적 처리공정으로 이동시킨다.
상기에서 살핀 바와 본 고안은, 폐수 특히, 축산 폐수, 분뇨, 침출수와 같은 고농도의 유기물, 질소, 인 등이 함유된 폐수를 반응조를 통하여 암모니아성 질소, 인 및 고형물의 제거를 도모하여 후단의 생물학적 처리의 효율을 높이고 보다 원활하게 처리하도록 하는데 그 특징이 있는 고안임을 확인할 수 있다.
이상 상기에서 살핀 바와 같이, 본 고안은 축산폐수, 분뇨, 침출수와 같은 고농도의 유기물, 질소, 인 등이 함유된 폐수에서 암모니아성 질소, 인 및 고형물의 제거를 효과적으로 처리할 수 있도록 하여 생태계의 보호와 함께 자연을 효과적으로 보호할 수 있는 매우 유용한 고안임이 분명하다.

Claims (2)

  1. 축산폐수, 분뇨, 침출수와 같은 고농도의 유기물, 질소, 인 등이 함유된 폐수를 처리하는 폐수 처리장치에 있어서,
    반응조(2)의 내부에 고무 소재로 된 구획조(101)를 설치하여 그 내부에 산소를 공급받는 산기관(102)을 설치하되 그 상부에 다수의 스테인레스망체(103)를 설치하고,
    폐수를 유입시키는 유입로(100)를 상기 반응조(2)의 상부를 통하여 일측의 스테인레스망체(103)로 유입되게 하되 처리수는 반응조(2)의 상부를 통하여 순환관(106)을 통하여 이동시켜서 다시 마그네슘, 칼슘이 충진된 촉매조(107)를 통과하여 상기한 유입로(100)을 통과하는 폐수와 혼합되게 하여 배출시키는 것을 특징으로 하는 폐수내의 암모니아, 인과 고형물의 제거 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 폐수가 상기 촉매조(107)을 통과하면서 동반한 마그네슘과 칼슘과 상기 반응조(2)에서 반응하여 생성된 MgNH4PO46H2O 및 Ca10(OH)2(PO4)6가 스테인레스망체(103)에 결집되는 것을 특징으로 하는 폐수내의 암모니아, 인과 고형물의 제거 장치.
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