KR20050090663A - 광펜톤산화메카니즘을 이용한 난분해성 폐수처리방법 및장치 - Google Patents

광펜톤산화메카니즘을 이용한 난분해성 폐수처리방법 및장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기존의 폐수처리방법으로 처리하기 매우 어려운 엔진 절삭유, 도장폐수 등을 포함하는 난분해성 폐수를 효과적으로 분해 처리하는 방법과 장치에 관한 것이다.
본 발명은 펜톤시약이 투입된 폐수를 석영유리관 내부로 순환시키면서 자외선을 조사하는 시스템을 이용하여 1차적으로 유기성 오염원을 분해가 용이한 형태로 변환시켜줌으로써, 절삭유와 같은 난분해성 오염원을 1차적으로 분해시켜 생물학적처리가 용이하도록 하며, 2차 처리 후 발생되는 슬러지의 양을 줄여 폐기물 처리에 들어가는 비용을 줄일 수 있는 광펜톤산화메카니즘을 이용한 난분해성 폐수처리방법 및 장치를 제공한다.

Description

광펜톤산화메카니즘을 이용한 난분해성 폐수처리방법 및 장치{Waste water treatment apparatus and method using optical fenton oxidation mechanism}
본 발명은 기존의 폐수처리방법으로 처리하기 매우 어려운 엔진 절삭유, 도장폐수 등을 포함하는 난분해성 폐수를 효과적으로 분해 처리하는 방법과 장치에 관한 것이다.
특히, 펜톤시약이 투입된 폐수를 석영유리관 내부로 순환시키면서 자외선을 조사하는 시스템을 이용하여 1차적으로 유기성 오염원을 분해가 용이한 형태로 변환시킴으로써, 폐수처리시간을 단축할 수 있고, 2차 생물학적 처리의 반응효율을 높일 수 있으며, 2차 처리 후 발생하는 슬러지의 양도 줄일 수 있는 광펜톤산화메카니즘을 이용한 난분해성 폐수처리방법 및 장치에 관한 것이다.
지금까지 알려진 난분해성 폐수의 처리방법은 활성오니법이라 불리는 생물학적 방법과 화학적 방법이 있다.
생물학적 방법은 유기화합물을 분해시키는데 긴 시간이 걸리며, 폐수를 조류 및 박테리아의 성장에 적합한 농도로 희석시켜야 한다.
따라서, 이 방법은 처리시설을 갖추는데 넓은 공간이 요구되며, 난분해성 물질인 방향족 유기물이 함유된 폐수의 경우 활성오니가 쇼크를 받거나 잘 처리되지 않아서 분해되지 않은 상태 그대로 방류되는 단점을 가지고 있다.
현재 가장 일반적으로 사용되는 화학적 처리법은 철산화법, 오존산화법, 펜톤산화법 등이 있다.
철산화법은 제1철과 제2철을 이용하여 단순한 산화와 응집을 이용하는 방법으로 가격이 저렴하고 처리방식이 용이하며 응집이 우수하나 처리효율이 저조하다.
오존산화법은 최근에 음용수 처리에 널리 사용되고 있는데, 처리비용이 높고 오존에 대한 2차 오염이 우려되며 오존 처리 후 발생되는 가스를 활성탄으로 흡착 처리해야 하고 오존발생기의 장치가 복잡하다.
이러한 오존산화법은 음용수 처리에는 용이하지만 여러가지 유기물질이 함유된 폐수의 처리효율에는 적합하지 못하다.
펜톤산화법은 과산화수소와 2가 철이온이 반응하여 발생한 수산화(-OH)라디칼의 강한 산화력을 이용하여 폐수 내에 존재하는 난분해성의 물질을 분해하는 방법으로서, 대부분의 난분해성 폐수처리에 적용되고 있다.
예를 들면, 펜톤산화법은 과산화수소수에 FeSO4, Fe2(SO4)3 , FeCl2, FeCl3 등과 같은 철염을 촉매로 하여 강력한 산화력을 갖고 있는 유리기(OH)를 반응시켜 이 유리기가 폐수 중에 잔존해 있는 유기물을 분해시키는 방법이다.
이 방법은 1894년 H. J. H Fenton에 의하여 발표된 반응으로서, 2가 철이온과 과산화수소수를 이용한 유기물의 산화반응을 이용한 방법이다.
한편, 현재 적용되는 자동차 생산공장에서 생성되는 난분해성 오염원에는 엔진 절삭유, 도장공정 중에 생성되는 도장폐수 등이 있다.
이들 오염원은 주로 유류성분물질인 TCE나 기타 수용성 VOCs 물질과 환경호르몬성 물질 등 분해가 어려운 난분해성 유기오염원들이다.
이들의 처리는 주로 1차 처리로서 물리ㆍ화학적인 응집침전 및 부상공정을 통해 알루미늄계나 철염계 응집제를 투여하여 침전이나 부상된 슬러지를 제거한 후 2차 처리로서 호기성 미생물을 이용한 활성슬러지법을 이용한 생물학적으로 처리하고 있다.
활성슬러지법의 효율을 높이기 위해서는 폐수 내에 영양분(유기물(BOD), 질소, 인 등)의 공급정도와 공기공급을 최상의 상태로 유지시켜 미생물의 활성을 최적화하여야 한다.
그러나, 활성슬러지법의 경우 폐수의 특성상 미생물의 활동에 방해를 주는 물질이 많이 존재하게 되면 분해효율이 떨어지는 단점을 가지고 있다.
공장폐수 중의 절삭유와 같은 폐수의 경우에는 처리효율이 보통 30∼40% 정도이며, 폐수의 독성을 저감시키지 못해 이후 미생물처리과정에 있어서도 독성의 영향으로 인해 2차 활성슬러지법의 처리효율을 저하시키는 단점이 있다.
따라서, 본 발명은 이와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 펜톤시약이 투입된 폐수를 석영유리관 내부로 순환시키면서 자외선을 조사하는 시스템을 이용하여 1차적으로 유기성 오염원을 분해가 용이한 형태로 변환시켜주는 폐수처리방법 및 장치를 제공함으로써, 절삭유와 같은 난분해성 오염원을 1차적으로 분해시켜 생물학적처리가 용이하도록 하며, 2차 처리 후 발생되는 슬러지의 양을 줄여 폐기물 처리에 들어가는 비용을 줄일 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 폐수처리방법은 광펜톤산화메카니즘을 이용한 난분해성 폐수처리방법에 있어서, 일정량의 폐수를 집수하여 펜톤시약을 투입한 후 혼합하는 단계와, 펜톤시약을 포함하는 폐수를 강제 순환시키면서 자외선 조사영역을 거치게 하여 광펜톤반응이 일어나게 하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 자외선 조사영역을 통과하는 폐수는 코일형의 석영유리관을 통해 통과하도록 한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 폐수에 대한 자외선 조사는 폐수가 통과하는 코일형의 석영유리관의 중심축선을 따라 나란한 선상에서 수행하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 폐수에 대해 자외선을 조사하는 영역을 포함하는 그 주변은 박스형태의 밀폐구조를 조성하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 폐수처리장치는 광펜톤산화메카니즘을 이용한 난분해성 폐수처리장치에 있어서, 펜톤시약 주입라인 및 폐수 유입라인이 갖추어져 있고 강제혼합수단으로 폐수 및 펜톤시약의 급속 혼합이 가능하며 일정량의 폐수를 집수할 수 있는 폐수 집수조와, 상기 폐수 집수조측과 순환라인으로 연결되어 있으며 폐수에 대한 자외선 조사처리를 수행하는 광펜톤반응장치와, 폐수의 강제 순환 및 펜톤시약 주입을 위한 펌프를 포함하여 구성되어서, 펜톤시약이 혼합되어 있는 폐수를 반복 순환시키면서 폐수에 대한 자외선 조사처리를 수행할 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 광펜톤반응장치는 자외선 조사를 위한 자외선램프 및 이것의 전원과, 폐수의 순환라인측과 연결되며 폐수의 나선형 흐름진행을 위한 코일형의 석영유리관과, 자외선차단을 위해 밀폐된 공간을 조성하는 박스를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 자외선램프는 코일형의 석영유리관의 중심축선을 따라 나란하게 배치되는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 폐수처리방법의 공정흐름을 보여주는 블럭도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 폐수 집수조에는 오염원과 펜톤시약(Fe3++ H2O2 )이 공급되며, 시약과 폐수는 순간적으로 교반기에 의해 급속 혼합된다.
펜톤시약은 자동 펌프수단에 의해 주기적으로 공급되며, 혼합된 폐수는 펜톤반응에 의해 1차적으로 분해되어 펌프에 의해 코일형태의 석영유리관 내로 보내지고, 폐수는 이곳을 이동하면서 자외선을 받아 광펜톤반응을 통해 추가적인 OH 라디칼을 발생시키게 되며, 이에 따라 오염원을 저감시킬 수 있게 되는 것이다.
폐수 집수조 속의 폐수는 일정시간을 순환한 후 수계로 배출되거나, 2차적인 처리를 위해 이송된다.
따라서, 난분해성물질의 경우 생물학적처리가 힘들지만 1차적으로 광펜톤반응을 거치고 난 후에는 생분해가 용이한 물질로 변하게 된다.
예를 들면, 광펜톤반응에서 유기물을 산화시키는 메카니즘은 다음과 같다.
Fe3+ + H2O2 →Fe2+ + HO2 -----(1)
Fe2+ + H2O2 →Fe3+ + OH- + HO -----(2)
Fe3+ + HO2 →Fe2+ + H+ + O2 -----(3)
Fe3+ + hv →Fe2+ + HO -----(4)
위의 반응에서와 같이 (1) 반응을 통해 Fe2+와 HO2 라디칼이 생성되며, (2) 반응을 통해 OH 라디칼이 생성된다.
그리고, (4) 반응에서와 같이 철염이 자외선을 조사받을 때 또한 OH 라디칼이 생성된다.
위의 반응에서 생성된 라디칼들(OH 라디칼, HO2 라디칼)이 수중의 난분해성 오염원을 저감시키는데 이용된다.
도 2는 본 발명에 따른 폐수처리장치의 개략도이고, 도 3은 본 발명에 따른 폐수처리장치에서 광펜톤반응장치의 구조를 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 일정량의 폐수를 집수할 수 있는 폐수 집수조(12)에는 펜톤시약 주입라인(10) 및 폐수 유입라인(11)이 갖추어져 있고, 내부에는 교반기(20)가 구비되어 있어서 폐수와 펜톤시약을 급속 혼합시킬 수 있다.
광펜톤반응을 위한 장치, 즉 광펜톤반응장치(14)는 폐수 집수조(12)측과 순환라인(13)으로 연결되어 있어서, 순환되는 폐수에 대한 자외선 조사처리를 수행할 수 있고, 상기 순환라인(13)과 펜톤시약 주입라인(10) 및 폐수 유입라인(11)에는 각각의 펌프(15)가 설치되어 있어서 폐수의 강제 순환 및 펜톤시약 주입이 가능하게 된다.
또한, 상기 광펜톤반응장치(14)는 전원(17)측과 연결되어 자외선 조사가 가능한 자외선램프(16)와, 이곳의 둘레에 배치되어 폐수의 나선형 흐름을 유도하는 코일형의 석영유리관(18)으로 구성되며, 자외선이 외부로 새어 나가는 것을 차단하기 위해 석영유리관(18) 및 자외선램프(16)의 주변 공간은 박스(19)에 의해 밀폐된 공간으로 조성된다.
폐수와 펜톤시약이 1차적으로 석영유리관 속으로 유입되고, 이렇게 유입된 폐수는 자외선과 반응하는 광펜톤반응을 거쳐 고도의 산화율을 가진 OH 라디칼을 생성하며, 이는 곧 오염원의 저감에 이용될 수 있다.
상기 석영유리관은 자외선 영역의 빛을 80% 정도 투과하므로 충분한 광펜톤반응의 수행이 가능하며, 자외선은 인체에 유해하므로 철재로 된 박스로 차단하는 한편, 자외선램프의 작동여부를 확인할 수 있도록 박스의 윗쪽에 홀을 만드는 것이 바람직하다.
위와 같은 폐수처리장치 내에서의 폐수는 일정시간 동안 순환을 반복하면서 처리되며, 어느 정도의 반응을 거친 후 일정 폐수는 2차 처리나 그 밖에 이송을 목적으로 방류되고, 새로운 폐수가 다시 집수조로 유입되어 위와 같은 처리를 거치게 된다.
광펜톤반응에서 최적의 반응조건이 되기 위해서 용액의 pH는 3.0∼3.5, 〔Fe3+〕:〔H2O2〕= 1:10 정도이고, 철염이 과산화수소의 분해를 도와 최적의 OH 라디칼 생성에 도움이 되는 촉매제로서의 역할을 하기 위한 자외선 조사시 철염의 가장 최적의 활성파장영역은 320∼400nm 범위이므로 이 영역의 파장의 자외선을 조사하는 것이 바람직하다.
보통 자동차 공장에서 발생되는 절삭유나 도장폐수의 경우 반응조에서 한꺼번에 처리할 경우 자외선광과 펜톤시약, 그리고 오염원 간의 반응을 위한 접촉길이가 커서 효율도 낮을 뿐 아니라 처리시간도 그만큼 길어지게 되는데, 본 발명에서는 자외선 투과율이 높은 코일형의 석영유리관 속으로 폐수를 유동시키고 그 속에 자외선램프를 설치하는 시스템을 제공함으로써, 전체적인 반응구간을 단축할 수 있으며, 이에 따라 처리시간도 줄일 수 있고 반응효율도 높일 수 있다.
즉, 석영유리관의 코일 속을 흐르는 오염원과 자외선과의 반응 접촉거리가 매우 가까워 반응시간이 빨라지며, 그 만큼 효율도 상승된다.
이상에서와 같이 본 발명에서 제공하는 광펜톤산화메카니즘을 이용한 난분해성 폐수처리방법 및 장치는 다음과 같은 장점이 있다.
1) 자동차 생산공장에서 발생되는 절삭유나 도장공정에서 발생되는 난분해성 물질의 저감을 고효율적으로 할 수 있으며, 특히 오염원과 반응시스템의 반응접촉거리가 매우 가까워 그 만큼 처리시간을 단축할 수 있고 효율도 높일 수 있다.
2) 현재 자동차 업계에서 발생되는 폐수 중의 문제점으로 알려진 절삭유와 같은 폐수의 경우에는 생물학적인 처리공정이나 기타의 공정에 있어 처리효율면에서 어려움이 많은데, 본 발명에서와 같은 광펜톤반응을 통한 처리공법을 이용함으로써, 1차적으로 분해시키고 폐수의 독성을 저감하며, 오염원의 구조적인 고리를 끊어 줌으로써 2차 미생물을 이용한 생물학적 처리에 있어 반응효율을 높일 수 잇다.
3) 폐수 집수조에서 광펜톤반응장치로 연결되는 라인의 단면을 넓게 하고 또 펌프의 사양을 고용량으로 조정한다면 일반적인 반응조 형식의 처리용량과도 비슷한 수준으로 처리할 수 있다.
4) 1차적으로 폐수를 분해가 용이한 물질로 변화시키므로 2차 처리(대부분 생물학적 활성슬러지공법) 후에 발생하는 슬러지량을 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 폐수처리방법의 공정흐름을 보여주는 블럭도
도 2는 본 발명에 따른 폐수처리장치의 개략도
도 3은 본 발명에 따른 폐수처리장치에서 광펜톤반응장치의 구조를 보여주는 개략적인 사시도
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
10 : 펜톤시약 주입라인 11 : 폐수 유입라인
12 : 폐수 집수조 13 : 순환라인
14 : 광펜톤반응장치 15 : 펌프
16 : 자외선램프 17 : 전원
18 : 석영유리관 19 : 박스
20 : 교반기

Claims (7)

  1. 광펜톤산화메카니즘을 이용한 난분해성 폐수처리방법에 있어서,
    일정량의 폐수를 집수하여 펜톤시약을 투입한 후 혼합하는 단계와, 펜톤시약을 포함하는 폐수를 강제 순환시키면서 자외선 조사영역을 거치게 하여 광펜톤반응이 일어나게 하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 광펜톤산화메카니즘을 이용한 난분해성 폐수처리방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 자외선 조사영역을 통과하는 폐수는 코일형의 석영유리관을 통해 통과하도록 한 것을 특징으로 하는 광펜톤산화메카니즘을 이용한 난분해성 폐수처리방법.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 폐수에 대한 자외선 조사는 폐수가 통과하는 코일형의 석영유리관의 중심축선을 따라 나란한 선상에서 수행하는 것을 특징으로 하는 광펜톤산화메카니즘을 이용한 난분해성 폐수처리방법.
  4. 청구항 2 또는 3에 있어서, 상기 폐수에 대해 자외선을 조사하는 영역을 포함하는 그 주변은 박스형태의 밀폐구조를 조성하는 것을 특징으로 하는 광펜톤산화메카니즘을 이용한 난분해성 폐수처리방법.
  5. 광펜톤산화메카니즘을 이용한 난분해성 폐수처리장치에 있어서,
    펜톤시약 주입라인(10) 및 폐수 유입라인(11)이 갖추어져 있고 강제혼합수단으로 폐수 및 펜톤시약의 급속 혼합이 가능하며 일정량의 폐수를 집수할 수 있는 폐수 집수조(12)와, 상기 폐수 집수조(12)측과 순환라인(13)으로 연결되어 있으며 폐수에 대한 자외선 조사처리를 수행하는 광펜톤반응장치(14)와, 폐수의 강제 순환 및 펜톤시약 주입을 위한 펌프(15)를 포함하여 구성되어서, 펜톤시약이 혼합되어 있는 폐수를 반복 순환시키면서 폐수에 대한 자외선 조사처리를 수행할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 광펜톤산화메카니즘을 이용한 난분해성 폐수처리장치.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 광펜톤반응장치(14)는 자외선 조사를 위한 자외선램프(16) 및 이것의 전원(17)과, 폐수의 순환라인(13)측과 연결되며 폐수의 나선형 흐름진행을 위한 코일형의 석영유리관(18)과, 자외선차단을 위해 밀폐된 공간을 조성하는 박스(19)를 포함하는 것을 특징으로 하는 광펜톤산화메카니즘을 이용한 난분해성 폐수처리장치.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 자외선램프(16)는 코일형의 석영유리관(18)의 중심축선을 따라 나란하게 배치되는 것을 특징으로 하는 광펜톤산화메카니즘을 이용한 난분해성 폐수처리장치.
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