KR20050103852A

KR20050103852A - 물 분자의 소집단화에 의한 하ㆍ폐수의 생물학처리방법

Info

Publication number: KR20050103852A
Application number: KR1020040029286A
Authority: KR
Inventors: 서희동
Original assignee: 서희동
Priority date: 2004-04-27
Filing date: 2004-04-27
Publication date: 2005-11-01
Also published as: KR100541467B1

Abstract

본 발명은 하ㆍ폐수를 물 분자의 집단(集團)을 소집단(小集團)으로 처리를 하여 생물학처리가 용이하게 처리할 수 있는 방법을 제시하는 것이 목적이다.

이를 위하여 본 발명은, 하ㆍ폐수를 고형물질과 같은 이물질을 분리 제거한 다음에 정전압도전관(靜電壓導電管) 또는 자석(磁石)에 의한 자화처리(磁化處理), 정전유도처리(靜電誘導處理), 직류고전압(直流高電壓)에 의한 정전처리, 전기분해처리, 고압고주파방전불꽃처리, 마이너스 이온(Minus ion)처리, 원적외선처리, 초음파처리와 같은 물 분자의 집단(集團)을 소집단화(小集團化)하는 처리공정을 단독공정 또는 2가지이상의 공정을 조합한 처리공정에 의해서 소집단수(小集團水 ; Microclustered water)로 처리한 후에 생물학처리공정으로 보내어 고도처리를 할 수 있는 방법을 제시한다.

하ㆍ폐수를 소집단수로 전환하면 미생물의 대사활동이 활발하게 됨으로서 생물학처리의 효율이 향상되기 때문에 이들 분야에 널리 보급될 것으로 기대된다.

Description

물 분자의 소집단화에 의한 하ㆍ폐수의 생물학처리방법{Biological sewage and wastewater treatment method by the microclusterization of water molecules}

본 발명은 하ㆍ폐수를 고형물질과 같은 이물질을 분리 제거한 다음에 정전압도전관(靜電壓導電管) 또는 자석(磁石)에 의한 자화처리(磁化處理), 정전유도처리(靜電誘導處理), 직류고전압(直流高電壓)에 의한 정전처리, 전기분해처리, 고압고주파방전불꽃처리, 마이너스 이온(Minus ion)처리, 원적외선처리, 초음파처리와 같은 물 분자의 집단(集團)을 소집단화(小集團化)하는 처리공정을 단독공정 또는 2가지이상의 공정을 조합한 처리공정에 의해서 소집단수(小集團水 ; Microclustered water)로 처리한 후에 생물학처리공정으로 보내어 고도처리를 할 수 있는 방법에 관한 것이다.

발명의 목적은 하ㆍ폐수의 효율적으로 고도처리를 함은 물론이고, 분뇨나 축산폐수와 같은 고농도유기성폐수를 희석수를 사용하지 않고 법적 배출기준치 이하로 고도처리를 할 수 있는 방법을 제시하는 것이다.

물 분자의 집단을 소집단화한 소집단수는 하ㆍ폐수처리에서 다음과 같은 특성을 가지고 있다.

① 미생물의 세포막에 각종 영양성분의 침투성이 향상되어 대사활동을 향상하게 함으로서 생물학처리효율을 향상시키며, 또한 잉여오니발생량을 감소시킨다.

② 소집단수는 표면장력 및 점성이 떨어지면서 침전조에서 고형물질의 침강분리를 용이하게 한다.

③ 산소용해효율이 향상되면서 호기성미생물의 활동을 활발하게 한다.

④ 물 분자가 소집단화가 되면 수중에 용해된 유기오염물질도 소집단화 되면서 분해되어 가스화 되거나 일부는 물에 용해성이 떨어지면서 고형물질로 처리됨으로서 생물학처리공정에서 오염부하를 저감시킨다.

⑤ 산화환원전위(ORP ; Oxidation reduction potential) 값이 떨어진다.

물 분자의 집단을 소집단화 하는 방법으로는 저주파 저전압 저전류를 인가하는 정전압도전관(靜電壓導電管)에 의한 처리, 전자석이나 영구자석에 의한 자화처리, 정전유도처리(靜電誘導處理), 직류고전압에 의한 정전(靜電)처리, 전기분해처리, 고전압고주파방전 불꽃처리, 마이너스 이온(Minus ion)처리, 원적외선처리, 초음파처리, 미네랄성분의 용해(Mineralization)처리 ‥·등이 있으며, 이외에도 고속충격처리와 고압처리가 있으나 특별한 경우를 제외하고는 경제적인 문제가 있어 하ㆍ폐수에 적용은 어렵다.

전술한 물 분자의 소집단화 처리 중에서 정전압도전관에 의한 처리, 자석에 의한 자화처리, 정전유도처리, 직류고전압에 의한 정전처리, 원적외선처리, 초음파처리, 고속충격처리, 고압처리와 같은 물리적인 처리방법은 순간적인 처리효율은 높지만 시간이 경과하면서 대집단수(Bound water)인 원래의 물 상태로 되돌아가는 특성이 있으며, 그리고 이들의 2가지이상처리방법을 조합하여 처리하는 것이 더욱더 처리효율을 향상시키는 특성이 있으며, 미네랄성분의 용해에 의한 화학적인 처리방법은 처리효율은 낮지만 시간이 경과하여도 소집단수로 장기간 보존되는 특성이 있다.

일본 나가사키(長崎縣)의 다치바나만(橋灣)에 인접한 가라고(唐比) 함몰습지(陷沒濕地)에 해양성규조류와 해양성동ㆍ식물이 유문암(流紋巖)질 내지는 대사이드(Dacite)질의 화산회토가 혼합 퇴적되어 부식물질(腐植物質)과 각종 미네랄(Minerals)성분이 반응하여 부식물질미네랄착염형태로 존재하는 부식토(이탄)를 펠렛트(Pellet)형태로 가공한 것과 유문암내지는 대사이드질의 부석(Pumice)을 충전한 탑[생물반응기(bio-reactor)라 함]을 미생물배양조 내에 설치하고, 오ㆍ폐수의 활성오니처리공정에서 반송오니 일부를 공급받아 1일 이상 폭기를 하여 배양된 미생물을 폭기조로 보내어 처리를 하는 일본특허공보 평(平)5-66199호에서는 처리메커니즘(Mechanism)을 폴리페놀(Polyphenol)성물질의 대사산물을 배설하는 부식화미생물이 우점적(優點的)으로 시스템(System) 내에 생육하면서 수중의 유기오염물질이 부식화반응에 의해서 처리되는 것으로 설명을 하였으나, 이를 확인하기 위해서 폭기조의 미생물을 동정(同定)하였으나 유기물질을 부식물질로 부식화하는 미생물은 거의 없었으며, 또한 잉여오니의 폴리페놀성분을 분석한 결과 135mg/kg으로 일반 활성오니공정에서 배출되는 잉여오니 중의 폴리페놀성분 162mg/kg보다 오히려 적게 존재하는 것으로 보아 수중의 유기오염물질이 부식화반응에 의해서 처리되는 것으로 설명한 것은 잘못된 것으로 판단된다.

일본특허공보 평(平)5-66199호의 기술을 생활오수, 분뇨처리, 축산폐수, 식품공장배출폐수 ‥·등에 적용한 결과 일반 활성오니공정에 비해서는 처리효율이 월등히 향상되는 결과가 있었으나 경우에 따라서는 동종의 폐수처리에 적용하였으나 전혀 효과가 없는 문제점이 있어 이의 원인을 오늘날까지 규명되지 못하고 있는 실정에 있었다.

본 발명에서는 이의 원인을 규명하기 위해서 일본특허공보 평(平)5-66199호의 기술을 적용한 동종의 생활오수처리에서 처리가 잘되는 경우와 처리가 잘되지 않은 경우의 원수 및 처리수의 핵자기공명(核磁氣共嗚; Nuclear magnetic resonance) ¹⁷O-NMR값을 측정한 결과 처리가 잘되는 경우는 ¹⁷O-NMR값이 120Hz이하였으나 처리가 잘되지 않은 경우의 ¹⁷O-NMR값은 130Hz이상임을 확인하였다.

이와 같은 현상으로 보아 미네랄성분을 쉽게 물에 용출하는 부식물질미네랄착염형태의 부식토펠렛트와 유문암내지는 대사이드질의 부석이 수중에 미네랄 성분을 용출하면서 물 분자의 집단이 소집단화 되면서 미생물의 생육이 활발하게 됨으로서 처리효율이 향상되는 것으로 판단된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 하ㆍ폐수의 처리를 고형물질 분리 제거한 물 분자의 집단을 소집단화한 다음에 생물학처리에서 고도처리를 할 수 있는 방법을 제공하는 데 본 발명의 목적이 있는 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 고형물질을 분리 제거한 전 처리된 하ㆍ폐수를 물 분자의 소집단화 단계, 생물학처리 단계에서는 물 분자의 소집단수로 계속 유지될 수 있도록 반송오니의 일부를 각종 미네랄성분의 공급과 영구자석이나 전자석에 의한 자화처리와 폭기조에 정전기처리를 한 공기를 공급하여 생물학처리의 효율을 향상하도록 한 것에 특징이 있다.

이하 도면을 중심으로 본 발명의 내용을 상세히 설명하면 다음과 같다.

고형물질(SS : Suspended solid)을 분리 제거한 하ㆍ폐수를 정전압제어장치(靜電壓制御裝置; 20)로부터 정전압도전관(靜電壓導電管 ; 21)의 코일(Coil ; 22)에 저전압(低電壓)을 인가하는 처리, 전자석(31)이나 영구자석(41)이 설치된 배관내부의 자계(磁界)로 하ㆍ폐수를 통과시켜 자화처리, 정전압발생장치(靜電壓發生裝置 ; 50)로부터 교류고압전류를 정전압전극망(52)에 인가하여 정전유도처리, 직류고전압발생장치(60)로부터 직류고전압을 인가하는 정전처리, 교류고주파전류에 의한 전기분해처리, 고전압고주파방전 불꽃방사처리, 마이너스 이온(Minus ion)처리, 원적외선처리, 초음파처리와 같은 물 분자의 분자집단을 소집단으로 처리하는 공정을 단독처리공정 또는 2가지이상의 처리공정을 조합하여 소집단수(小集團水 ; Microclustered water)로 처리를 한 다음에 생물학처리공정의 집수조(1)로 보낸다.

집수조(1)에 유입된 하ㆍ폐수는 폐수이송펌프(2)에 의해서 폭기조(3) 전단으로 보내어 송풍기(11)로부터 공기를 주입하여 폭기를 한다.

폭기조(3)의 물 분자의 집단이 소집단으로 안전하게 유지될 수 있도록 하기 위해서 송풍기(11)의 토출(吐出) 측에 정전기유도전극(靜電氣誘導電極 ; 12)을 설치하고 정전기발생장치로부터 정전기를 인가하여 이온화된 공기를 폭기조(3)에 공급한다.

폭기조(3)에서 수용성유기오염물질이 미생물의 내성호흡에 의한 CO₂, H₂O와 같은 간단한 무기물질로 분해되면서 미생물의 증체로 고형화되면 침전조(4)로 보내어 침전조(4) 상부로 오버프로(Overflow)하는 상등액은 처리수조(13)로 보내어 방류하며, 침전된 오니는 종 오니용으로 폭기조(3)로 반송하면서 일부 오니는 부식토 펠렛트(Pellet)와 유문암(流紋巖)질이나 대사이드(Dacite)질의 부석(Pumice)을 1 : 1∼3의 비율로 혼합 충전물(8)을 충전한 미생물반응기(7)가 내장된 미생물활성화조(6)로 보내어 1일 이상 송풍기(11)로부터 미생물반응기(7)와 미생물활성화조(6)에 공기를 공급하여 폭기를 하면 부식토펠렛트와 유문암질이나 대사이드질의 부석으로부터 미네랄성분을 공급받으면서 미생물활성화조 순환펌프(9)에 의해서 토출 측에 설치된 전자석이나 영구자석의 자화장치(10)를 순환하도록 하여 물 분자의 집단을 소집단으로 유지하면서 미생물을 활성화하여 폭기조(3)로 보내고, 잉여오니는 농축조로 보내어 농축한 다음에 탈수처리공정으로 보내어 탈수처리를 한다.

정전압도전관처리, 전자석이나 영구자석에 의한 자화처리에 의해서 물 분자의 집단을 소집단화 하는 경우에는 수용액 중에 2가-3가철이온이 2×10^-11∼2×10^-13몰(Mole) 범위로 존재하는 경우에 소집단수의 처리효율이 향상되면서 장기간 보존이 되기 때문에 물 분자의 소집단화 처리공정과 미생물활성화조(6)에 2가-3가철착염용액을 2×10^-11∼2×10^-13몰(Mole) 범위로 소량 주입한다.

분뇨, 축산폐수, 도축장폐수, 농수산물 및 식품가공공장폐수, 음식물쓰레기 탈수여액, 매립장침출수, 소각장침출폐액, 일부 화학공장 및 산업공장에서 배출하는 고농도유기성폐수의 경우는 도1의 활성오니공정과/또는 물 분자 소집단화처리공정을 다단으로 하여 처리를 한다.

그리고 물 분자의 소집단화 처리공정(방법)의 각각의 처리방법을 설명하면 다음과 같다.

정전압도전관에 의한 물 분자를 소집단화 하는 경우는 정전압제어장치(30)로부터 주파수(淵波數)가 30∼250Hz인 0.5∼6V전압의 교류를 비자성체의 배관에 코일(22)을 감은 정전압도전관(21)에 0.8mA∼6mA범위로 전류를 인가한다.

전자석의 자화처리에 의한 물 분자를 소집단화 하는 경우에는 정류기에서 0.5∼6V전압의 직류를 비자성체의 배관에 코일(32)을 감은 전자석(31)에 2mA∼10mA범위로 전류를 인가한다.

영구자석에 의해서 물 분자의 소집단화 하는 경우는 비자성체인 배관(40) 외부에 보자력이 높은 네오디뮴(Neodymium ; Nd) 영구자석(41)을 설치한 자화기의 자계(磁界)사이로 유체를 통과시켜 자화처리를 한다.

정전압(靜電壓)에 의한 정전유도처리에서 정전압발생장치(50)는 철심(Iron core ; 50d)을 이용한 외철형원형권선변압기(外鐵形圓形券線變壓器)의 1차 측 회로의 1차권선(50c)을 교류전원에 접속하고, 변압기의 2차 측 회로의 2차권선(50c)의 일단(一端)은 절연처리를 하고, 나머지 단을 정전압처리조(51) 내에 설치된 참숯이나 활성탄과 같은 도전성물질이 충전된 정전압전극망(52)에 연결하고, 정전압처리조(51)의 하부는 플라스틱(Plastic), 베이클라이트(Bakelite), 아크릴수지(Acrylic resin), 테플론수지(Teflon resin)와 같은 절연체(53)를 설치하고, 절연체(53)와 기초콘크리트(55) 사이에는 스테인리스 강판(Stainless steel)과 같은 도체(54)를 설치여 지하에 접지(56)처리를 한 공정의 정전압처리조(51)에 하ㆍ폐수를 유입하면서 정전압전극망(52)에 정전압발생장치(50)로부터 3,000∼4,500V(전계강도 0.3∼12KV/m)의 전압을 인가하면 교류전계 내를 물이 흐르면 정전유도처리가 일러나면서 물 분자의 집단은 소집단의 물로 된다.

직류고전압정전수처리(直流高電壓靜電水處理)에 의한 물 분자를 소집단화하는 경우는 직류고전압제어장치(60)의 음극단자(62)는 접지처리를 하고, 양극단자(61)는 통수처리용기65) 내의 전극(64)에 2,000∼12,000V직류고전압을 인가하면서 하ㆍ폐수를 공급한다.

고주파교류에 의한 전기분해용 고주파교류발생장치(70)는 10∼50V의 직류전원(70g)을 가변저항(70f)을 통해서 고주파스위치(70d₁, 70d₂)의 트랜지스터(70e₁, 70e₂, 70h₁, 70h₂)에 가해서 직류전압을 고주파의 교류로 전환해서 인가전극(73a, 73b)에 교호적(交互的)으로 가하며, 인가전극(73a, 73b) 사이에는 콘덴서(70i)를 설치하며, 플립플릅회로(Flip-Flop circuit ; 70b)는 제1, 제2의 고주파스위치(70d₁, 70d₂)에 저항(70c₁, 70c₂)을 통해서 고주파의 절환지령(切換指令)을 가하고, 발진기(70a)는 고주파지령회로 풀립플릅회로(70b)에 30∼50KHz의 고주파신호를 가하는 고주파발진기이다.

고주파교류전원에 의한 하ㆍ폐수의 물 분자 집단을 소집단화 하는 경우는 하ㆍ폐수를 전기분해조(71)에 주입하면서 인가전극(73a, 73b)에 고주파교류발생장치(70)로부터 10∼50V의 30∼50KHz의 고주파교류를 인가하면 물은 전기분해가 일어나면서 소집단수로 전환되며, 접지전극(73c)은 그라운드(Ground)에 접지(74)처리를 한다.

전기분해조(71)에 사용하는 인가전극 및 접지전극(73a, 73b＆73c)의 재질은 내식성이 우수한 티타늄 판(Titanium Plate)에 TiO₂ 및 RuO₂를 코팅(Coating)한 DSE(Dimensionally stable electrode)를 사용한다.

초음파에 의한 물 분자집단의 소집단화는 하ㆍ폐수를 초음파처리수조(81)에 주입하면서 초음파발생장치(80)로부터 초음파발생단자(82)에 초음파를 인가하면 물은 소집단수로 처리된다.

원적외선에 의한 물 분자집단의 소집단화는 하ㆍ폐수를 원적외선처리수조(91)의 상부에서 분무노즐(92)을 통해서 분무하면서 원적외선 등(90)에서 원적외선을 방사하면 물은 소집단수로 처리된다.

고전압고주파방전 불꽃방사처리에 의한 물 분자집단의 소집단화는 고주파고전압을 고주파공진코일인 테슬라코일(Tesla coil)에 인가하여 방전전극에서 발생되는 불꽃을 하ㆍ폐수에 조사(照射)하면 물은 소집단수로 처리된다.

마이너스 이온(Minus ion) 발생방법으로는 방전극(放電極)과 대향전극(對向電極) 사이에 직류 또는 교류 고전압을 인가하는 방전방법(成電方法), 방사선물질을 이용하는 방법, 자외선을 조사하는 방법, 고전압 펄스(Pulse)로 전자를 발생하여 전자를 방사하는 방법, 분사수(噴射水)를 금속판에 충돌시키거나 고압수를 분무노즐(Nozzle)로 분무하여 미세수적(微細水滴)을 만들어 공기와 접촉하도록 하는 레나드 효과(Lenard effect)에 의한 물 입자를 파쇄(破碎)하는 방법, 코로나방전(Corona discharge)에 서 발생되는 전자를 물과 충돌ㆍ대전(帶電)하는 방법 ‥·등 다양한 방법이 있으나 본 발명에서는 어느 특정방법으로 제한하지는 않으며, 보다 효과적인 처리를 하기 위해서는 이들 방법 중에서 2가지이상 방법을 조합하여 처리하는 것이 바람직하다.

그리고 물 분자집단의 소집단화 효율을 보다 향상하기 위해서는 도10에서와 같이 원적외선처리, 초음파처리 및 전자석에 의한 자화처리와 같이 2가지 이상의 소집단수 처리공정을 상호 조합하여 처리하는 것이 좋다.

다시 말해서 전술한 정전압제어장치(20)로부터 정전압도전관(21)의 코일(22)에 저전압(底電壓)을 인가하는 처리, 전자석(31)이나 영구자석(41)에 의한 자화처리, 정전압발생장치(50)로부터 교류고압전류를 정전압전극망(52)에 인가하여 정전유도처리, 직류고전압발생장치(60)로부터 직류고전압을 인가하는 정전처리, 교류고주파전류에 의한 전기분해처리, 고전압고주파방전 불꽃방사처리, 마이너스이온처리, 원적외선처리, 초음파처리와 같은 물 분자의 분자집단을 소집단으로 처리하는 공정에서 2가지이상의 처리공정을 상호 조합하여 처리하는 것이 소집단수 생성효율이 향상될 수 있기 때문에 전술한 물 분자의 처리공정을 2가지이상의 공정을 조합하여 처리를 하는 것이 바람직하다.

[실시 예1]

S사의 사옥의 화장실에서 배출되는 생활오수 350톤/일과 식당에서 배출되는 주방폐수 약100톤/일을 1차 스크린(Screen)에서 고형물질을 제거한 후에 활성오니 처리공정에 의해서 처리하는 것을 전술한 일본특허공보 평(平)5-66199호의 개발사인 A사와 본 특허의 발명자가 일본특허공보 평(平)5-66199호의 처리공정(자연정화법이라고 함)으로 개조하여 처리한 결과 다음과 같이 일반 활성오니처리에 비해서 처리효율이 월등히 향상되었다.

1) 유입수의 조건

유량 : 400 ∼ 500톤/일

BOD₅ : 300 ∼ 350mg/ℓ

SS : 400 ∼ 500mg/ℓ

2) 시설조건

집수조 용량 : 232㎥

폭기조 : 155㎥ ×2개조

침전조 : 8,000mmW ×8,000mmL ×2,900mmH

배양조(본 발명에서는 미생물활성화조라 함) : 57㎥

배양조에 설치된 생물반응기에 충전된 충전물의 종류와 양 : 부식토 펠렛트(Pellet) 20kg, 유문암(流紋巖)질의 부석(Pumice) 40kg

3) 운전조건

폭기조의 MLSS농도 : 5,700mg/ℓ

침전조의 침전오니 반송유량 : 집수조로 30％, 폭기조로 50％, 배양조로 20％(유입유량기준)

폭기조의 용존산소(DO) 농도 : 1.5 ∼ 2.5mg/ℓ

4) 처리수의 수질

일반 활성오니처리공정을 일본특허공보 평(平)5-66199호의 처리공정으로 개조하여 처리한 결과 처리수의 수질은 다음 표1의 내용과 같다.

표1 활성오니 처리공정과 평(平)5-66199호의 처리공정의 처리수의 비교표

그리고 P아파트에서 배출되는 생활오수 300 ∼ 350톤/일을 일반 활성오니처리공정에 의해서 처리하는 곳에 일본특허공보 평(平)5-66199호의 처리공정으로 개조하여 S사의 사옥에서 배출되는 생활오수와 거의 동일한 운전조건으로 처리한 결과 처리효율이 크게 향상되지 못하는 문제점이 야기되었다.

본 발명에서는 이의 원인을 규명하기 위해서 일본특허공보 평(平)5-66199호의 처리공정에서 처리 메커니즘( Mechanisms)으로 설명하는 수중의 수용성유기 오염물질이 부식화반응에 의해서 물에 불용성유기물질인 부식전구물질(腐植前驅物質)로 전환되어 처리되는 것을 확인하기 위해서 폭기조에서 부식물질을 생성하는 폴리페놀(Polyphenol)성화합물을 대사산물로 배설하는 미생물의 종류와 폴리페놀성화합물의 존재 여부를 확인한 결과 거의 존재하지 않은 것을 확인하였으며, 따라서 일본특허공보 평(平)5-66199호의 처리공정의 처리메커니즘의 설명이 잘못 되었음을 확인하였다.

그러나 S사의 사옥에서 배출되는 생활오수처리에서와 같이 경우에 따라서는 일본특허공보 평(平)5-66199호의 처리공정이 일반 활성오니처리공정에 비해서 처리효율이 월등히 향상되기 때문에 이의 원인을 파악하기 위해서 S사의 사옥에서 배출되는 생활오수와 P아파트에서 배출되는 생활오수의 원수 및 각 공정에서 물의 핵자기공명(核磁氣共鳴 ; Nuclear magnetic resonance) ¹⁷O-NMR값을 측정한 결과는 다음 표2의 내용과 같으며, 원수 및 각 공정의 핵자기공명 ¹⁷O-NMR값이 적은 물 분자의 집단이 소집단수(小集團水)로 처리되는 경우에는 처리효율이 향상 되는 것을 확인하였다.

표2 물 분자의 핵자기공명 ¹⁷O-NMR값의 측정치(단위 : Hz)

그래서 본 발명에서는 P아파트에서 배출되는 생활오수를 스크린에서 고형물질을 제거한 후에 표준 활성오니처리방법에 부식토펠렛트 20kg과 부석 40kg의 충전물(8)을 충전한 생물반응기(7)가 내장된 미생물활성화조(6)를 설치하여 반송오니 20％를 공급하여 1일정도 송풍기(11)로부터 공기를 공급하여 폭기를 하면서 활성화된 미생물을 폭기조(3)로 보내어 운전하고 있는 처리공정에 도1에서 물 분자의 소집단화 처리공정에서 정전유도처리(靜電誘導處理)와 정전압도전관처리(靜電壓導電管處理)에 의해서 물 분자를 소집단수(Micro-clustered water)로 처리한 다음에 활성오니공정으로 보내어 처리한 운전조건 및 결과는 다음과 같다.

1) 유입수의 조건

유량 : 300 ∼ 350톤/일

BOD₅ : 200 ∼ 250mg/ℓ

SS : 300 ∼ 350mg/ℓ

2) 물 분자의 소집단화 처리공정의 조건

물 분자의 소집단화 처리방법 : 도5의 공정에 의한 정전유도처리를 한 후에 도2의 정전압도전관처리

정전유도처리의 조건 : 도5의 정전압처리조(51)의 용량 60㎥에 참숯을 충전한 정전압전극망(52)을 설치하고, 정전압발생장치(50)에서 4,000 ∼ 4,500V의 전압과 0.5 ∼ 1.2A의 교류전류를 인가

정전압도전관의 조건 : 도2의 정전압도전관(21)의 코일(22)에 정전압제어장치(20)로부터 전압 1V, 주파수 100Hz, 전류 3mA를 인가

2가-3가구연산철착염 공급량 : 철 함량이 16.5％함유된 구연산철착염 1％수용액 5CC/일을 원수에 공급

3) 활성오니처리 공정의 시설조건

집수조 용량 : 180㎥

폭기조 : 144㎥ ×2개조

침전조 : 6,000mmW ×6,000mmL ×4,000mmH

미생물활성화조 : 36㎥

미생물활성화조에 설치된 생물반응기에 충전된 충전물의 종류와 양 : 부식토 펠렛트(Pellet) 20kg와 유문암(流紋巖)질의 부석(Pumice) 40kg

미생물활성화조 순환펌프 용량 : 8㎥/시간

자화장치(10)의 자석의 자속밀도 및 종류 : 12T(Tesla)의 Nd-Fe-B자석

송풍기(11) 토출 측의 정전유도전극(12)에 정전발생기에서 인가전압 : 6KV

4) 운전조건

폭기조의 MLSS농도 : 3,000 ∼ 4,000mg/ℓ

반송유량 : 집수조로 30％, 폭기조로 50％, 배양조로 20％(유입유량기준)

폭기조의 용존산소(DO) 농도 : 1.5 ∼ 2.5mg/ℓ

5) 처리수의 수질

물 분자의 소집단화처리를 하지 않은 공정에서 처리수와 물 분자의 소집단화처리공정을 병행한 공청에서 처리수의 수질은 다음 표3의 내용과 같다.

표3 물 분자의 소집단화 처리를 하지 않은 공정과

처리를 한 공정의 처리수의 수질분석결과

[실시 예2]

양돈농가의 슬러리(Slurry)돈사에서 배출되는 축산폐수를 스크루필터(Screwfilter)로 탈수 처리한 탈수여액 15톤/일을 3단 활성오니처리에 의해서 처리하는 공정에 탈수여액을 도7의 고주파교류전원에 의한 전기분해처리 후에 도2의 정전압도전관에 의해서 물 분자의 집단을 소집단화처리를 한 다음에 1단의 활성오니처리공정에는 부식토펠렛트 30kg과 유문암질 부석 60kg을 충전한 미생물반응기(7)를 30㎥미생물활성화조(6)에 설치를 하고, 2단의 활성오니처리공정에는 부식토펠렛트 20kg과 유문암질 부석 40kg을 충전한 미생물반응기(7)를 15㎥미생물활성화조(6)에 설치하고, 송풍기(11) 토출 측에는 정전기 유도전극(12)에 전자발생기로부터 6KV의 전압을 인가하면서 처리한 결과는 표4의 내용과 같다.

1단과 2단의 미생물활성화조(6)에는 8㎥/시간의 순환펌프(9)의 토출 측에 자속밀도가 12T(Tesla)인 Nd-Fe-B자석을 설치하여 순환하였다.

3단계 활성오니처리공정의 폭기조 및 침전조의 크기와 운전조건은 다음과 같다.

1) 유입수의 조건

유량 : 15톤/일

BOD₅ : 평균 24,600mg/ℓ

COD_Mn : 평균 12,700mg/ℓ

SS : 80,200mg/ℓ

2) 물 분자의 소집단화 처리공정의 조건

물 분자의 소집단화 처리방법 : 도7의 고주파교류전원에 의한 전기분해처리후에 도2의 정전압도전관처리

정전유도처리의 조건 : 도7의 전기분해조(71)에 고주파교류발생장치(70)로부터 전압 15V, 주파수 40KHz, 전류 500mA를 인가.

정전압도전관의 조건 : 도2의 정전압도전관(21)의 코일(22)에 정전압제어장치(20)로부터 전압 1.2V, 주파수 100Hz, 전류 4mA를 인가.

2가-3가구연산철착염 공급량 : 철 함량이 16.5％함유된 구연산철착염 1％수용액 2.5CC/일을 원수에 공급

3) 활성오니처리 공정의 시설조건

집수조 용량 : 30㎥

폭기조 : 64㎥ ×4개조

침전조 : 4,000mmW ×4,000mmL ×4,000mmH

미생물활성화조 : 1차 활성오니공정30㎥, 1차 활성오니공정15㎥, 3차 활성오니공정에는 설치하지 않았음.

미생물활성화조에 설치된 생물반응기에 충전된 충전물의 종류와 양 : 1차 활성오니공정의 생물반응기에는 부식토펠렛트 30kg와 유문암질의 부석 60kg을 설치하고, 2차 활성오니공정의 생물반응기에는 부식토펠렛트 20kg와 유문암질의 부석 40kg을 설치함.

미생물활성화조 순환펌프의 용량 : 8㎥/시간

자화장치(10)의 자석의 자속밀도 및 종류 : 12T(Tesla)의 Nd-Fc-B자석 송풍기(11) 토출 측의 정전유도전극(12)에 정전발생기에서 인가전압 : 6KV

4) 운전조건

폭기조의 MLSS농도 : 3,000 ∼ 4,000mg/ℓ

반송유량 : 집수조로 50％, 폭기조로 100％, 배양조로 100％(유입유량기준)

폭기조의 용존산소(DO) 농도 : 1.2 ∼ 2.0mg/ℓ

5) 처리수의 수질

3단 활성오니처리공정에서 처리한 처리수와 물 분자의 소집단화처리를 병행한 공정에서 처리수의 수질은 다음 표4의 내용과 같다.

표4 축산폐수의 처리결과

이상에서 상술한 바와 같이 본 발명은, 하ㆍ폐수의 생물학처리공정에서 물 분자의 집단을 소집단화처리를 병행하여 처리를 하면 미생물의 대사활동이 활발하므로 처리효율이 월등히 향상될 수 있기 때문에 이들 분야에 널리 보급될 것으로 전망 된다

도 1은 물 분자의 소집단화에 의한 하ㆍ폐수의 생물학처리공정도

도 2는 정전압도전관(靜電壓導電管)에 의한 소집단수(小集團水) 처리공정도

도 3은 전자석의 자화에 의한 소집단수 처리공정도

도 4는 영구자석의 자화에 의한 소집단수 처리공정도

도 5는 정전유도(靜電誘導)에 의한 소집단수 처리공정도

도 6은 직류고전압 인가에 의한 소집단수 처리공정도

도 7은 고주파교류전원의 전기분해에 의한 소집단수 처리공정도

도 8은 초음파처리에 의한 소집단수 처리공정도

도 9는 원적외선처리에 의한 소집단수 처리공정도

도 10은 초음파처리, 원적외선처리 및 전자석의 자화처리에 의한 소집단수 처리공정도

도 11은 물 분자의 소집단화(小集團化)의 모형도

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

1 : 집수조 2 : 폐수이송펌프(Pump)

3 : 폭기조 4 : 침전조

5 : 오니반송펌프 6 : 미생물활성화조

7 : 미생물반응기(Bio-reactor) 8 : 충전물

9 : 미생물활성화조 순환펌프 10 : 자화장치

11 : 송풍기(Air bolwer) 12 : 정전기유도전극

13 : 처리수조

20 : 정전압제어장치(靜電壓制御裝置) 21 : 정전압도전관(靜電壓導電管)

22 : 코일(Coil)

30 : 정류기 31 : 전자석(電磁石)

32 : 코일

40 : 비자성체배관 41 : 영구자석

42 : 자석고정충전물 43 : 자석보호막

50 : 정전압발생장치(靜電壓發生裝置) 50a : 전압조정기

50b : 접지(接地) 50c : 1차권선(코일)

50d : 철심(Iron core) 50e : 2차권선

51 : 정전압처리조 52 : 정전압전극망

53 : 절연체(絶緣體) 54 : 도체

55 : 기초콘크리트 56 : 접지

60 : 직류고전압제어장치 61 : 양극(+)단자

62 : 음극(-)단자 63 : 접지

64 : 전극(양극) 65 : 통수처리용기

70 : 고주파교류발생장치(高周波交流發生裝置)

70a : 발진기(發振器; Oscillator)

70b : 플립플릅회로(Flip-Flop Circuit)

70c₁ ＆ 70c₂ : 저항 70d₁ ＆ 70d₂ : 고주파스위치(Switch)

70e₁ ＆ 70e₂ : 트랜지스터 (Transistor) 70f : 가변저항

70g : 직류전원 70h₁ ＆ 70h₂ : 트랜지스터

70i : 콘덴서(Condenser) 71 : 전기분해조

72 : 수용액(하ㆍ폐수) 73a ＆ 73b : 인가전극

73c : 접지전극 74 : 접지

80 : 초음파발생장치 81 : 초음파처리수조

82 : 초음파발생단자

90 : 원적외선 등 91 : 원적외선처리수조

92 : 분무노즐(Spray nozzle) 93 : 이송펌프

Claims

고형물질(SS : Suspended solid)을 분리 제거한 하ㆍ폐수를 정전압제어장치(靜電壓制御裝置 ; 20)로부터 정전압도전관(靜電壓導電管; 21)의 코일(Coil ; 22)에 저전압(低電壓)을 인가하는 처리, 전자석(31)이나 영구자석(41)이 설치된 배관내부의 자계(磁界)로 하ㆍ폐수를 통과시켜 자화처리, 정전압발생장치(靜電壓發生裝置 ; 50)로부터 교류고압전류를 정전압전극망(52)에 인가하여 정전유도처리, 직류고전압발생장치(60)로부터 직류고전압을 인가하는 정전처리, 교류고주파전류에 의한 전기분해처리, 고전압고주파방전 불꽃방사처리, 마이너스 이온(Minus ion)처리, 원적외선처리, 초음파처리와 같은 물 분자의 분자집단을 소집단으로 처리하는 공정을 단독공정 또는 2가지이상의 공정을 조합하여 소집단수(小集團水 ; Microclustered water)로 처리를 한 다음에 생물학처리공정의 집수조(1)로 보내어 폐수이송펌프(2)에 의해서 폭기조(3)로 보내어 송풍기(11)의 토출(吐出) 측에 정전기유도전극(靜電氣誘導電極; 12)을 설치하고 정전기발생장치로부터 정전기를 인가하여 이온화된 공기를 폭기조(3)에 공급하여 폭기를 하면서 수용성유기오염물질이 미생물의 내성호흡에 의한 CO₂, H₂O와 같은 간단한 무기물질로 분해되면서 미생물의 증체로 고형화되면 침전조(4)로 보내어 침전조(4) 상부로 오버프로(Overflow)하는 상등액은 처리수조(13)로 보내어 방류하며, 침전된 오니는 종 오니용으로 폭기조(3)로 반송하면서 일부오니는 부식토펠렛트(Pellet)와 유문암(流紋巖)질이나 대사이드(Dacite)질의 부석(Pumice)을 1 : 1 ∼ 3의 비율로 혼합한 충전물(8)을 충전한 미생물반응기(7)가 내장된 미생물활성화조(6)로 보내어 1일 이상 송풍기(11)로부터 미생물반응기(7)와 미생물활성화조(6)에 공기를 공급하여 폭기를 하면 부식토펠렛트와 유문암질이나 대사이드질의 부석으로부터 미네랄성분을 공급받으면서 미생물활성화조 순환펌프(9)에 의해서 토출 측에 설치된 전자석이나 영구자석의 자화장치(10)를 순환하도록 하여 물분자의 집단을 소집단으로 유지하면서 미생물을 활성화하여 폭기조(3)로 보내고, 물 분자의 소집단화 처리공정과 미생물활성화조(6)에 2가-3가철착염용액을 2×10^-11∼2×10^-13몰(Mole) 범위로 주입하며, 잉여오니는 농축조로 보내어 농축한 다음에 탈수처리공정으로 보내어 탈수처리를 하는 공정에 의해서 처리하는 방법.
제 1항에 있어서, 분뇨, 축산폐수, 도축장폐수, 농수산물 및 식품가공공장폐수, 음식물쓰레기탈수여액, 매립장침출수, 소각장침출폐액, 일부 화학공장 및 산업공장의 고농도 폐수와 같은 고농도유기성폐수의 경우는 활성오니공정과/또는 물 분자 소집단화 처리공정을 다단으로 하여 처리하는 방법.