KR20080037761A - 전기응집을 이용한 축산폐수처리장치 및 그 처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 축산폐수를 다수의 전극판이 설치된 전기응집반응조로 폐수를 유입시켜,

제1차전기응집반응조(이하 제1반응조)에서 전기응집/산화 반응중 응집반응을 주로 하여 폐수를 처리하고, 슬러지 및 혼합 SS를 분리처리할 수 있으며, 제1반응조 유출수는 제2차전기응집반응조(이하 제2반응조)로 유입시키는 구조로,

제2반응조에서는 전기응집/산화반응중 산화반응을 주로하며, 제1반응조 유출수를 유입수로하고, 제1반응조에서 처리되지 못한 특정 성상의 폐수 처리를, 역시 전기응집의 원리를 이용하여 처리한다. 그리고 유출수는 침전조에서 슬러지와 처리수를 분리한다.

이때, 제1반응조, 제2반응조 및 침전조에서 분리된 슬러지는 슬러지 수집조로 모여지고, 침전조에서 유출된 처리수는 유량조정조에서 유량을 조정한 후, 미세 슬러지를 제거하고, 3차 오존처리 챔브에서 오존으로 난분해성 물질, 색도 및 살균 처리후, 필터 처리로 미세 슬러지를 제거하고 방류하는 것이다.

본 특허는 상기와 같이 고농도 축산폐수 처리를 위한 모델이지만, 생물학적 화학적 처리가 어려운 폐수처리에 응용이 가능하며, 공업화와 불가분의 요소인 화학폐수, 섬유염색폐수, 중금속 및 도금 폐수를 경제적이고 효율적으로 처리하여 사회 환경 발전에 이바지하고자 함에 발명의 목적이 있다.

제1전기응집반응조, 제2전기응집반응조, 슬러지 농축조, 유량조정조, 오존챔브,

Description

전기응집을 이용한 축산폐수처리장치 및 그 처리방법 {LIVESTOCK WASTEWATER TREATMENT SYSTEM}

도1은 전기응집을 이용한 축산폐수처리 공정도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100:폐수저장조

150:pH조정시설, 160:중화조

200:제1반응조, 210:정류기, 220:스크레이프, 230전극판, 240:슬러지배출구

300:제2반응조

400:침전조

500:슬러지농축조

600:유량조정조

700:필터

800:오존챔프, 810:오존발생기

900:여과, 흡착기

본 발명은 전기응집을 이용한 폐수정화 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폐수 속에 존재하는 고농도 난분해성 오염물질을 정화하기 위하여, 전기응집과 산화를 동시에 발생시켜, 침전.여과를 통하여 슬러지를 분리하고, 오존으로 고도처리 함으로서 폐수를 완전 정화하는 축산폐수정화장치에 관한 것이다.

일반적으로, 축산폐수 및 각종 산업폐수, 생활오수 처리방법으로는 침전, 여과 등을 이용한 물리적 처리방법, 화학약품을 투입하여 화학반응에 의한 처리를 하는 화학적 처리방법, 미생물을 이용하여 유기물을 분해 처리하는 생물학적 처리방법이 주종을 이루고 있다.

이와 같은 종래의 폐수처리장치는 설치규모가 크고, 설치구조가 복잡하여 설치비용이 고가일 뿐만 아니라 설치규모의 크기로 인하여 대규모의 설치면적이 필요 하며, 설치한 경우에도 설치구조가 복잡하여 고도의 처리기술이 필요하고, 이로 인한 운전 미숙 및 전문성의 결여로 인하여 처리장치를 정상적으로 가동할 수 없는 문제점이 있었다.

이러한 점들을 감안하여 보다 용이하게 폐수처리장치를 운전할 수 있도록 한 전기분해를 이용한 전기응집처리 방법이 사용되고 있다.

공지의 기술을 살펴보면, 다음과 같다.

전기분해 응집부상방식 수처리 장치 [등록번호 10-0630279, 등록일자 2006.09.25]는 전기분해용 전극판이 설치되고, 추가적으로 슬러지 부상용 경사판이 별도로 설치된 이중 구조의 반응조로 본 발명과는 분명한 차이가 있고, 반응에 따른 부상 슬러지는 경사판 상부의 플럭 제거 스크레이프로 제거할 수 있지만, 전기분해시 발생하는 침전 슬러지는 처리할 방법이 없고, 전극판과 플럭 부상용 경사판으로 이루어진 2중 구조 때문에 반응조의 크기가 커지는 등의 단점이 있다.

전극판과 경사판이 동일 공간에 위치 함에 따라, 장기적으로 사용하면 전기분해용 전극판 뿐만아니라 전기적 반응으로 플럭 부상용 경사판도 교체해야 하는 등 운전 비용도 많이 소요된다. 그리고 경사판에 직접 전기를 공급하지 않기 때문에 플럭 부상이 상당히 제한적이므로, 슬러지가 많은 축산 폐수시설에 적용하기에는 한계가 있다.

전기응집반응기[공개번호 10-2005-0094375, 공개일자 2005.09.27]은 원통형 전극을 회전시키고, 세척포를 이용하여 원통형 전극을 세척함으로서, 전극의 오염 을 방지하여 원활한 반응을 유도하고, 원통 전극의 소모로 직경이 감소할 경우 탄성이 있는 동력 연결 벨트로 당겨, 원통 전극의 이동이 가능한 구조로, 소용량의 폐수처리 시설에는 적합할 수 있으나, 대용량의 시설에는 적용에 미비한 점이 많을 것으로 사료되고, 전기응집반응조 내부의 전기적인 반응과 폐수의 성질상, 동력연결벨트 등의 장치가 장기 사용에 따른 내구성을 갖기 어렵기 때문에 실용화에는 많은 문제점이 있다.

전기응집을 통한 페수처리장치 [등록번호 10-0579254, 등록일자 2006.05.04]는 오존을 처리해야할 폐수와 함께 반응조로 유입시켜, 색도를 제거하고 반응 효율을 높이고자 하였으나, 슬러지가 포함되어 있는 폐수의 경우, 오존시설의 과부하로 운영에는 한계가 있고, 전극판에 스케일이 끼는 것을 방지하기 위해 초음파 발진기를 반응조 하부에 부착한 것으로 전극판의 오염방지에는 좋을 수 있으나, 제작비용 과다 등으로, 대용량의 실용화에는 한계가 있다.

전기분해 및 프라즈마를 이용한 페수처리 시스템 [등록번호 20-0293994, 등록일자 2002.10.21]은 전극봉을 사용함으로서 단면적이 적어, 반응 효율저하 등을 예상해 볼 수 있다.

전기응집 및 자성유체분리를 조합한 산업폐수의 처리장치 및 그 처리방법[등록번호 10-0479646, 등록일자 2005.03.21]는 폐수의 처리를 위하여, 자성미분체를 투입하여, 오염물질을 전기응집시켜 자성을 갖는 자성플럭을 형성시키고, 혼합슬러지에서 자성플럭을 포집하여, 자성플럭과 처리수를 분리하는 방법이다.

그러므로, 적정량의 자성 미분체를 투입하기 위한 시설 및 슬러지에서 자성 미분체를 회수하기 위한 시설이 추가적으로 설치되어야 하는 문제점이 있다.

액체의 전기응집 방법 및 장치[등록번호 10-0395731, 등록일자 2003.08.12]는 챔브 및 하우징으로 구성된 2중 구조로, 폐수를 챔브로 유입시키기 위해서는 폐수에 압력을 가하기 위한 펌프 등의 장치를 설치하여야 하고, 전기적인 반응시 기포의 생성 등으로 인하여 내부압력이 상승함에 따른 문제 등으로 대용량의 폐수처리에는 문제가 있을 수 있다.

전도성 메니아를 이용한 전기응집처리 장치[공개번호 10-2004-0092663, 공개일자 2004.11.04]는 응집제 용출 금속을 고정시키지 않고 저장통에 넣어서 반응시키고, 반응을 활성화 시키고자 전도성 메디아(탄소소재 또는 전도성 고분자로 성형된 메디아로, 크기가 1mm 이상 10mm 이하인 메디아)를 이용하는 것이다. 전극 교체를 하지 않는 장점이 있으나, 전도성 메니아의 사용 등 부수적인 작업 및 비용이 발생한다,

고효율 전기응집 폐수처리장치[등록번호 20-0314427, 등록일자 2003.05.14]는 하우징의 내부 양측면에 수직으로 다수의 전극판을 설치함에 따라, 소규모의 저농도의 폐수처리에는 이용가능할 수 있으나, 전기응집에 따른 기포의 발생이 많거나 반응에 따른 슬러지가 많이 발생하는 폐수의 경우, 장치의 파손 및 처리 불능의 상태가 되기 쉽고, 내부 파이프의 외측벽에 절연판 부착 등으로 제작의 어려움 있 고, 전극판을 구성하는 부분과 외부 하우징의 2중구조로, 소용량의 폐수처리에 이용 가능하다 할 수 있다.

상기에 언급한 종래의 기술들은, 전기응집 반응을 위해 유입수에 압력을 가하는 장치가 필요하고, 전도성 메디아를 투입하거나, 자성미분체 등 전기응집 반응 및 반응의 활성화를 위하여, 여러가지 부수적인 장치가 필요하다. 그러므로, 상기 기술을 이용한 시스템 이용시, 부수시스템의 고장으로 시스템 전체에 영향을 미칠 수 있는 요소가 증가 함으로, 전체적인 시스템의 신뢰도는 저하될 수 밖에 없다. 또 하우징 및 챔브의 2중 구조로, 처리용량이 작은 소용량의 폐수 처리에는 적용이 가능할지라도, 공업용 대용량의 시스템에 적용하기에는 한계가 있을 것으로 판단된다. 그리고 전기분해용 전극판과 플럭 부상용 경사판의 2중 구조로 효율 저하 등의 문제점이 있다.

본 발명의 발명자들이, 종전에 개발 특허 출원한 기술인, 폐수처리용 전기반응조[공개번호 10-2005-0096873, 공개일자 2005.10.06] 및 전기응집을 이용한 폐수정화장치[공개번호 10-2006-0042419, 공개일자 2006.05.12]는 원폐수에 슬러지가 많이 포함되어 있을 때, 적용하면 효과적인 전기응집반응조와 그 부대시설에 관한 것이다. 그리고 전기응집/산화반응과 함께 전극판을 통하여 부상슬러지를 자동으로 부상시킬 수 있고, 침전슬러지는 반응조 하부를 통하여 배출시키는 매우 효율적인 구이다.

본 발명은 종전 개발된 전기응집반응조를 활용하여, 축산폐수를 처리하는 전체적인 공정에 대한 것으로, 상기 언급된 종전 발명의 문제점을 해결하여, 운용 효 율 및 신뢰성이 높고, 제작 및 유지보수의 용이성을 고려한 시스템을 제공하고자 한다. 그리고 축산폐수 뿐만아니라 산업현장 등 타 설비에도 현장 조건에 따라 일부 변형하여 설치 및 가동이 쉽고, 경제적 시설 운용이 가능토록, 팩키지 형식의 폐수정화 시스템을 제작코자 하며, 관련분야 통상의 지식을 사람이 인지 가능토록, 다음과 같이 상세히 설명코자 한다.

본 발명의 특징에 따르면,

처리해야 할 원수를 저장하는 집수조의 폐수를 pH조정을 거친후, 제1반응조의 유입구로 투입한다.

pH조정된 축산폐수 원수를 유입하는 유입구와 처리수를 배출하는 배출구 및 전기적인 반응에 따른 침전 슬러지를 배출하는 하부 슬러지 배출구, 부상슬러지를 제거하는 스크레이프, 상부슬러지를 배출하는 측면 슬러지 배출구와 전극판(ELECTRODE)과 전극판에 전기를 공급하는 장치를 포함하는 제1반응조로 유입된다. 제1반응조로 유입된 폐수는 전기적인 반응과 함께 자연적으로 혼합되며, 전기적인 반응에 따라 반응조 침전 슬러지는 하부로 가라 앉고 반응조 하부 슬러지 배출구를 통하여 슬러지 농축조로 이송되고, 부상슬러지는 스크레이프를 통하여 일정 방향으로 제거하여, 측면 슬러지 배출구를 통하여 슬러지 농축조로 이송된다.

폐수는 반응시간의 경과에 따라, 유입구보다 낮게 위치한 배출구를 통하여 다음 처리 공정으로 이동하는 구조이다. 즉, 액체의 흐름은 전극판과 반응조의 측 면을 따라 자연적인 대류의 흐름을 이루고, 반응의 진행에 따라 수평으로 이동한다.

제어유닛은 입력되는 AC 선전압을 DC 전압으로 정류하고, 반응시간에 따라 반응조에 유입되는 유량을 조절하고, 전기 리드선은 제어 유닛에 의해 형성된 DC전압을 상기 전극판(ELECTRODE)에 인가한다. 또 제어 유닛은 입력상태를 감시할 뿐만 아니라 상기 응집과정을 제어할 있는 출력을 산출할 수 있도록 프로그램 가능한 논리 콘트롤러(PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER)의 형태로 구성한다. 그리고 제어유닛에 연결된 극성은 상기 콘트롤러에 의해 제어되는 타이밍스퀀스(TIMING SEQUENCE)에 따라 반전될 수 있다. 보다 간단한 극성 변환은 정류기와 시간제어회로를 연동시키는 방법도 사용할 수 있다.

제1반응조에서 처리하고자 하는 오염물질은 전극판(ELECTRODE) 금속의 종류, 폐수가 반응조 내에 위치해 있는 시간과 적정 전류의 공급에 의하여 일정 성분의 오염물질을 슬러지 형태로 배출시키고, 처리된 폐수는, 제1반응조 하류에 설치된 제2반응조에서 추가적인 오염물질의 처리가 가능하다. 상기에 응급한 바와 같이 전기극판 금속의 종류를 변경시키거나, 전극판에 인가되는 전류량의 변경 및 반응시간의 조절에 의하여 추가적인 오염물질을 제거한다. 일반적으로 축산폐수는 축산농가별로 폐수의 성상, 농도 및 부유물 등 오염정도가 모두 상이하기에 반응조건을 변경한 반응조를 다수 설치하여 처리함으로서, 폐수처리의 진정한 목적을 달성할 수 있다. 즉, 반응조를 직렬 연결한 형태로, 제1반응조의 유출구를 통한 유출수가 제2반응조 유입수로 유입되어 처리되고, 제2반응조의 유출수는 제3반응조 유입수로 유입시켜 처리하는 구조이다. 이때 제1반응조, 제2반응조 및 제3반응조는 전극판의 소재를 달리하여 폐수를 반응시킨다. 즉 제1반응조는 알루미늄 소재의 전극판을 사용하고, 제2반응조는 철 소재의 전극판을 사용하며, 제3반응조는 텅스텐 류의 소재를 사용한다.

상기 열거한 다단계 반응조에 의한 폐수처리는, 각각의 반응조를 파이프 형태로 연결하여, 밸브로서 각 반응조를 차단할 수 있는 구조로 한다. 동일한 폐수발생 현장에서도 작업공정 즉, 슬러지 제거 형태에 따라 폐수의 성상이 변화할 수 있기에, 폐수의 성상에 맞는 적정처리를 위하여, 반응공정 단계의 증감 변경이 가능하다. 제1반응조에서 처리된 유출수가 오염물질 제거목표에 도달하였다면, 제2반응조 등 하단의 추가적인 반응조에서 반응없이 침전조, 오존챔프 및 여과기/흡착기 등의 다음 처리공정으로 진행시켜 나간다.

이것은 제어유닛과 각 반응조 유출구의 처리수 성상 감지 센스를 통해 자동적으로 조절이 가능하거나, 인위적인 밸브조절에 의하여, 본 시스템의 경제적 운영도 가능하다.

본 발명이 제공하는 또 하나의 특징은, 전기적 반응, 슬러지 부상기능을 하는 전극판을 포함하는 여러 단계의 전기응집/산화반응조를 거치면서 반응조 내에서 산화, 응집을 통해 오염물질을 분리하고, 침전조에서 침전을 통하여 슬러지와 처리수를 분리하며, 오존발생기가 부착된 오존챔프에서 오존을 처리수에 분사하여 전기응집/반응조에서 분리되지 않은 난분해성 물질을 분리하고, 오존챔프에서 발생한 미세슬러지를 여과기와 흡착기에서 제거하고 최종적으로 방류하는 공정이다.

본 발명의 전기응집을 이용한 축산폐수처리장치는 집수조(100)의 원수에 pH조정시설(150)로 pH조정제를 투입하여 적정 pH로 조정한 후;

폐수유입구, 처리수유출구, 침전 슬러지를 배출하는 하부슬러지 배출구, 전기적 반응과 슬러지를 부상시키는 전극판(230)과 전극판에 전기를 공급하는 장치(210) 및 전극판(230)에서 부상하는 부상 슬러지를 제거하는 스크레이프(220) 및 스크레이프로 제거된 슬러지를 배출하는 부상슬러지 배출구(240)를 포함하는 제1반응조(200)로 유입시켜 반응을 통하여 처리수와 슬러지를 분리하고;

제1반응조와 동일한 역할을 하는 유입구, 유출구, 배출구 및 전기적 반응과 슬러지 부상을 동시에 시키는 전극판과 전극판에 전기를 공급하는 장치, 스크레이프를 포함하는 제2반응조(300)에서 처리수와 슬러지를 분리하여 처리수를 침전조(400)로 유출시켜;

제2반응조(300) 처리수에 포함된 미세슬러지를 침전조(400)에서 침전시키고, 상등수는 유량조정조(600)에 보내고, 하등수는 슬러지농축조(500)로 보내며;

유량조정조(600)에 저장된 처리수는 미세 플럭을 제거하는 필터(700)를 거친후, 오존발생기로부터 오존을 공급받아, 오존챔프(800)의 처리수에 오존을 통과시켜 제1반응조 및 제2반응조에서 처리되지 않은 난분해성 물질을 분해처리하고;

오존챔프에서 발생한 소량의 슬러지를 여과기와 흡착기(900)를 통과한 후 방류하며;

제1반응조(200), 제2반응조(300) 및 침전조(400)의 침전슬러지는 슬러지농축조(500)에서 농축시켜 상등수는 폐수저장조(100)로 보내고, 농축슬러지는 별도처리하는 것을 포함하는 축산폐수처리시스템에 관한 것이다.

슬러지 발생량이 많은 축산폐수를 처리하기 위한, 상기 축산폐수처리시스템을 경제적으로 운영하기 위해서는, 반응조 내에 설치되어 전기적 반응과 슬러지를 부상시키는 전극판(230)의 극성 배열 형태를 "음극-양극-양극-음극-양극-양극" 또는 "양극-음극-양극-양극-음극-양극"의 전극 배열이 전기적 반응을 극대화 하는 효과를 얻었다. 즉, 양극과 음극의 숫적 구성 비율은 2:1이다. 그리고 유량조정조(600)와 오존챔프(800) 사이에 미세플럭을 제거하는 필터(700)를 설치함으로서, 오존챔프(800)의 기능을 극대화 하였다.

상기와 같은 단계로 처리되는 축산폐수처리장치는, 전기응집을 이용한 축산폐수시설의 일반적인 처리 공정으로, 여타의 공법으로 기존 축산폐수처리시설을 운영중인 농가 및 슬러지 제거형태 등을 고려하여 축산폐수 발생 현장의 상황에 적합하게 변경 설치하면 훨씬 효율적이고 경제적인 축산폐수시설을 운영할 수 있다.

이상에서 본 발명의 축산폐수장치는 산업폐수의 처리장치 및 그 처리방법에 대한 기술사항을 첨부 도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 이 기술 분야의 통상 의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능하다.

종래의 축산폐수처리 기술과 비교하면, 고농도 폐수를 처리함에 있어, 기존의 화학적 생물학적 처리시설에 비하여, 저렴한 설치비, 작은 설치면적, 저렴한 가동경비 및 손쉬운 가동 기술 등 많은 부분이 경쟁우위에 있고, 폭기조와 같은 기반 시설이 필요없고, 응집을 위한 화학약품의 투입이 없기 때문에 2차적 환경오염도 최소화 할 수 있기에, 직접 설치 가동하는 축산농가의 경제적 이익을 가져다 줄뿐아니라, 관련 산업 발전에 획기적인 전기가 마련될 것이다.

Claims (1)

1. 축산 폐수중에 존재하는 고형유기물, 용존유기물, 독성 및 난분해성 물질과 같은 오염물질을 제거하는 장치에 있어서,

   pH조정제를 공급하는 공급시설과(150);

   pH조정제의 공급량을 조절하여 반응에 적합한 적정 pH로 중화하는 중화조(160);

   중화처리된 폐수를 유입하는 원수 유입구와 침전슬러지 및 부상슬러지를 유출하는 슬러지 유출구(240), 처리수를 유출하는 처리수 유출구, 전기공급장치(210)와 슬러지 부상, 산화,응집반응용 전극판(230) 및 슬러지 제거장치(220)를 포함하 며, 응집반응을 주로하는 제1반응조(200);

   유입구, 슬러지 배출구, 유출구, 전기공급장치와 산화응집반응, 슬러지 부상기능을 하는 전극판 및 슬러지 제거장치를 포함하며, 제1반응조의 처리수 유출구로 배출되는 처리수를 공급받아 슬러지와 처리수를 분리하며, 산화반응을 주로하는 제2반응조(300);

   유입구,유출구 및 슬러지 배출구를 포함하며, 제2반응조의 처리수를 공급받아 처리수와 슬러지를 분리하는 침전조(400);

   유입구와 유출구를 포함하며, 침전조에서 배출되는 처리수를 적정유량으로 조정하는 유량조정조(600);

   오존발생기로 부터 오존을 공급받아 처리수 내부로 오존을 통과시키는 오존챔프와(800);

   처리수에 대해 여과 및 흡착을 하는 필터부(900)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기응집을 이용한 축산폐수처리장치 및 그 처리방법

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