KR20080091699A - 폐수 중에 포함된 유기물의 처리 방법, 유기물의 처리장치, 유기물의 처리 시스템 및 역청 회수 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐수 중에 포함된 유기물을 분리할 때, 흡착제에 흡착된 유기물을 효율적으로 이탈ㆍ분해시켜, 흡착제의 재생 및 유기물의 분해를 간단하게 행할 수 있는, 폐수 중에 포함된 유기물의 처리 장치를 제공한다.

본 발명의 폐수 중에 포함된 유기물의 처리 장치는, 흡착제 (3)이 충전된 흡착조 (2), 및 양극 (9)와 음극 (8)을 포함하고 상기 양극과 음극 사이에 통전시킴으로써 전해질을 포함하는 물을 전기 분해하는 전해조 (6)을 구비하고, 상기 흡착조 (2)에 유기물을 포함한 폐수를 공급하여 상기 유기물을 상기 흡착조 (2)에 충전된 흡착제 (3)에 흡착시키고, 상기 전해조 (6)의 전해액을 상기 흡착조 (2)에 순환 공급하는 배관 (5) 및 (11)을 배치시켜, 상기 흡착제 (3)에 흡착된 상기 유기물을 이탈 또는 분해시키는 것을 특징으로 한다.

폐수, 유기물, 흡착제, 역청 회수

Description

폐수 중에 포함된 유기물의 처리 방법, 유기물의 처리 장치, 유기물의 처리 시스템 및 역청 회수 시스템 {Treatment Method of Organic Materials included in waste water, Treatment Device of Organic Meterials, Treatment System of Organic Materials and Recovery System of bitumen}

본 발명은 폐수 중에 포함되는 유기산과 같은 수용성 유기물을 산화ㆍ분해하기 위한 유기물의 처리 방법, 유기물의 처리 장치, 유기물의 처리 시스템 및 역청(bitumen) 회수 시스템에 관한 것이다.

폐수 중의 유기물을 처리하는 예로서, 폐수 중에 활성탄을 투입하여 유기물을 흡착 제거하거나, 흡착제를 충전한 흡착조에 폐수를 통과시켜 유기물을 제거하는 방법이 있다.

이들 방법의 경우, 흡착제가 포화 흡착에 도달하면, 그 이상의 흡착은 불가능하여 흡착제를 추가하거나, 또는 교환, 나아가 흡착제를 취출하여 가열 재생한다. 교환의 경우에는 흡착제로 사용을 끝낸 활성탄이 폐기물 처리된다. 또한, 가열 재생시에는 흡착되어 있던 유기물이 이탈되기 때문에 그의 처리가 필요하게 된다. 또한, 재생시에 활성탄의 일부가 산화되어 소모된다.

또한, 폐수 중의 유기물을 전기 분해에 의해 생성된 활성 산소로 산화 분해하는 방법이 알려져 있다. 그의 일례로서 폐액이 저류하는 폐액 저류조 중의 폐액을 전해조와의 사이에서 순환시키고, 순환하는 폐액 중에 활성 산소가 생성되도록 전해조 내에서 전기 분해를 행하고, 생성된 활성 산소의 산화 분해 작용에 의해 유기물을 산화 분해시키는 것이 개시되어 있다(특허 문헌 1 참조). 그러나, 이 특허 문헌 1에는 흡착제의 사용에 대해서는 언급되어 있지 않다.

또한, 유기물을 활성탄에 흡착시켜 전기 분해하는 방법으로서, 배설물 이차 처리수를 오존 산화한 후, 음양 두 극 사이에 입상 활성탄을 충전한 복극 활성탄 충전 전해 장치에 통수, 통전시켜 유기물을 흡장ㆍ흡착하여 전해 산화시키는 것이 있다(특허 문헌 2 참조).

이 특허 문헌 2의 방법에서는 흡착제 입자를 복극식의 전극으로서도 사용하기 때문에, 전기 도전성이 불가결하다. 따라서, 흡착제로서는 활성탄으로 한정된다. 또한, 활성탄이 전극이 되기 때문에, 양극측에서는 활성탄의 산화가 발생하여 서서히 활성탄이 소모된다.

[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 (평)8-192162호 공보

[특허 문헌 2] 일본 특허 공개 (소)59-127691호 공보

유전에서 채유시에 수반되어 오는 유전 산출물 또는 오일 샌드로부터 중질유를 취출할 때 사용한 폐수 등에는 다량의 유분이 혼입된다. 따라서, 폐수를 해양 이나 하천에 배출하는 경우에는 배출 기준 이하까지 유분을 제거해야만 한다.

최근의 환경 규제 강화에 의해, 유분의 함유량을 한층 더 저하시켜야만 하는 상황에 있다. 또한, 폐수를 리사이클 이용할 때에도 기름 성분이 배관 등에 부착되는 등의 악영향을 미치기 때문에, 기름 성분의 제거가 필요하다.

폐수 중의 유분을 처리하는 방법으로서 생물 처리가 있지만, 처리에 시간이 걸리기 때문에 설비가 대형화된다는 결점이 있다. 폐수 중의 기름에는 물에 용해되지 않고 기름 방울로서 존재하는 것(유분)과, 유기산과 같이 물에 용해되어 있는 것이 있다. 유분에 대해서는 상 분리 또는 응집제를 첨가하여 플록(flock)으로서 분리하는 것이 가능하다.

물에 용해되는 것에 대해서는, 활성탄과 같은 흡착제에 흡착시켜 분리하는 방법이 있지만, 흡착이 포화에 도달하면 신흡착제와의 교환, 또는 흡착제의 가열에 의한 이탈 재생이 필요하게 된다. 이탈된 유기물에 대해서는, 연료와 함께 연소시키는 등의 후처리도 필요하다. 또한, 활성탄을 가열하여 재생할 때에는 활성탄의 일부가 산화ㆍ소모된다는 결점이 있었다.

본 발명의 목적은 폐수 중에 포함된 유기물을 분리할 때, 흡착제에 흡착된 유기물을 효율적으로 이탈ㆍ분해시켜 흡착제의 재생과 유기물의 분해를 간단하게 행할 수 있는, 폐수 중에 포함된 유기물의 처리 방법, 유기물의 처리 장치, 유기물의 처리 시스템 및 역청 회수 시스템을 제공하는 데 있다.

(1) 상기 목적을 달성하는 본 발명에 관한 폐수 중에 포함된 유기물의 처리 방법은, 흡착제를 충전한 흡착조에 폐수를 공급하여 폐수 중에 포함된 유기물을 흡착조의 흡착제에 흡착시킨 후, 전해조에서 전해질을 포함하는 물을 양극과 음극에 통전시켜 전기 분해한 전해액을 상기 흡착조의 흡착제에 공급하여 유기물과 흡착제를 접촉시킴으로써, 상기 흡착제에 흡착되어 있던 유기물을 이탈 또는 분해시키는 것을 특징으로 한다.

(2) 상기 목적을 달성하는 본 발명에 관한 폐수 중에 포함된 유기물의 처리 장치는, 흡착제가 충전된 흡착조, 및 양극과 음극을 포함하고 상기 양극과 음극 사이에 통전시킴으로써 전해질을 포함하는 물을 전기 분해하는 전해조를 구비하고, 상기 흡착조에 유기물을 포함한 폐수를 공급하여 상기 유기물을 상기 흡착조에 충전된 흡착제에 흡착시키고, 상기 전해조의 전해액을 상기 흡착조에 순환 공급하는 배관을 배치시켜, 상기 흡착제에 흡착된 상기 유기물을 이탈 또는 분해시키는 것을 특징으로 한다.

(3) 상기 목적을 달성하는 본 발명에 관한 폐수 중에 포함된 유기물의 처리 장치는, 흡착제가 충전된 복수의 흡착조, 및 양극과 음극을 포함하고 상기 양극과 음극 사이에 통전시킴으로써 전해질을 포함하는 물을 전기 분해하는 복수개의 전해조를 구비하고, 상기 흡착조 중의 한쪽에 유기물을 포함한 폐수를 공급하여 상기 유기물을 상기 한쪽의 흡착조에 충전된 흡착제에 흡착시키고, 상기 한쪽의 흡착조의 출구에서의 유기물 농도를 검출하여 흡착 성능이 저하되었을 때, 상기 폐수를 다른쪽 흡착조로 전환 공급하는 전환 공급 수단 및 상기 흡착 성능이 저하된 한쪽 흡착조에 상기 전해조의 전해액을 순환 공급하는 배관을 배치시켜 한쪽 흡착조에 충전된 흡착제에 흡착된 유기물을 이탈 또는 분해시키는 것을 특징으로 한다.

(4) 상기 (2) 또는 (3)에 기재된 페수 중에 포함된 유기물의 처리 장치에 있어서, 상기 유기물이 유기산을 주성분으로 하는 것을 특징으로 한다.

(5) 상기 (2) 또는 (3)에 기재된 페수 중에 포함된 유기물의 처리 장치에 있어서, 상기 흡착제가 활성탄 또는 제올라이트인 것을 특징으로 한다.

(6) 상기 (2) 또는 (3)에 기재된 페수 중에 포함된 유기물의 처리 장치에 있어서, 상기 양극이 티탄 기판 상에 형성된 백금, 루테늄, 이리듐, 팔라듐, 로듐 중 하나 이상을 포함하는 층을 포함하는 것을 특징으로 한다.

(7) 상기 (2) 또는 (3)에 기재된 페수 중에 포함된 유기물의 처리 장치에 있어서, 상기 전해질이 염화나트륨 또는 염화칼륨인 것을 특징으로 한다.

(8) 상기 목적을 달성하는 본 발명에 관한 폐수 중에 포함된 유기물의 처리 시스템은, 폐수 중에 응집제 및 자성분을 첨가하여 상기 자성분을 포함하는 플록을 형성하는 응집조; 폐수 중에 형성된 상기 플록을 자기에 의해 분리하는 자기 분리 장치 및 상기 플록을 포함한 폐수로부터 폐수를 여과하는 회전 여과막을 갖는 분리부를 구비하고, 상기 회전 여과막으로 여과된 폐수가 유하하는 하류측에, 폐수 중에서 유기물을 흡착 분리하는 흡착제를 내부에 충전한 흡착조; 및 양극과 음극 사이에 통전시켜 전해질을 포함하는 물을 전기 분해하여 전해액을 생성하는 전해조가 배치되고, 상기 흡착조에 충전되어 폐수 중의 유기물을 흡착한 상기 흡착제에 상기 전해조로부터 전해액을 공급하여 접촉시켜, 상기 흡착제에 흡착된 상기 유기물을 이탈 또는 분해시키는 것을 특징으로 한다.

(9) 상기 목적을 달성하는 본 발명에 관한 역청 회수 시스템은, 채굴한 오일 샌드를 분쇄하는 분쇄기, 이 분쇄한 오일 샌드에 온수를 공급하여 역청을 추출하는 역청 추출 장치, 이 역청 추출 장치로부터 배출되는 폐수를 정화하는 정화 장치, 이 정화 장치로 정화된 폐수 중의 유기물을 분해하는 유기물의 처리 장치, 및 이 유기물의 처리 장치로 처리된 물을 상기 역청 추출 장치에 공급하는 배관 계통을 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 폐수 중에 포함된 유기물을 흡착제를 사용하여 단시간만에 분리할 수 있고, 흡착제의 재생을 위해 전해조의 전해액을 순환시키기 때문에 흡착제를 이동시킬 필요가 없다. 또한, 재생시에만 염을 물에 첨가하기 때문에 염의 사용량이 적고, 처리수에는 염이 거의 포함되지 않기 때문에 그대로 방출 또는 리사이클 이용이 가능해진다.

우선, 본 발명을 실시하기 위한 최선의 형태를 설명하기에 앞서, 본 발명의 처리 원리를 설명한다.

본 발명에 있어서, 유기물을 포함한 폐수가 흡착제층(입상, 구상, 원주상 등의 입자를 충전한 층 또는 벌집형 구조 등이 있으며, 특별히 형상을 규정하는 것은 아님)을 통과하는 사이에 유기물이 흡착제 표면에 흡착된다. 흡착제층을 통과한 물의 유기물 농도가 배출 기준 이하이면 그대로 배출 가능하다. 또한, 물이 리사이클의 기준을 충족하면 리사이클이 가능해진다.

흡착제에는 유기물을 흡착할 수 있는 최대량(최대 흡착량)이 있기 때문에, 포화에 도달하면 그 이상은 흡착할 수 없게 된다. 따라서, 흡착제의 신품으로 교환이나 재생 공정이 필요하게 된다.

또한, 최대 흡착량은 흡착 물질이나 흡착 조건에 의존하며, 흡착제에 따라 다른 값이 된다.

본 발명에서는 흡착제의 재생을 전기 분해에 의해 생성된 전해액에 의해 행하는 것이다. 전해질, 예를 들면 염화나트륨이 용해된 물을 전기 분해하면, 전해액이 산성에서부터 중성인 경우, 다음과 같은 반응이 일어난다고 여겨진다. 양극으로부터는 염소 가스, 차아염소산 또는 산소가, 음극으로부터는 수소가 발생한다고 여겨진다(간자끼, 전기 화학, 73(No.11), 969(2005)에 기재).

양극: 2Cl^-+2e→Cl₂(pH<3):::

:Cl^-+H₂O+2e→HClO+H⁺(pH>3):

H₂O→2H⁺+1/2O₂+2e:::

음극: 2H⁺+2e→H₂:::

이들 반응의 발생 용이성은 전극 재료에 의존하며, 예를 들면 백금은 산소 과전압이 높기 때문에, 양극에 백금을 사용하면 산소의 발생보다 염소 또는 차아염소산의 생성 쪽이 우선 진행된다. 생성된 차아염소산은 산화력이 강하고, 유기물을 이산화탄소로까지 산화시킬 수 있다.

전기 분해로 생성된 차아염소산을, 유기물을 흡착한 흡착제에 접촉시킴으로써 유기물을 산화시킬 수 있고, 흡착제의 재생이 가능하다고 여겨졌다. 반응식 1에서 생성된 염소도 일부는 물에 용해되어 차아염소산을 생성한다. 또한, 차아염소산 이외에도 산화제로서 오존이나 과산화수소, 활성 산소의 생성도 고려할 수 있다.

따라서, 흡착제에 입상의 활성탄을 사용하여, 우선 유기산의 일종인 아세트산을 흡착제에 흡착시켰다. 한편, 양극 및 음극에 백금을 이용한 전해조를 제조하고, 염화나트륨 수용액을 전해액으로서 전해하였다. 전해하면서 전해액을 아세트산이 흡착된 흡착제에 순환 공급하고, 전해액 중의 아세트산 농도의 경시 변화를 구한 결과, 순환 개시 직후에 일단 아세트산 농도가 높아지고, 그 후 저하되는 현상이 나타났다. 전해액과 접촉했을 때, 아세트산이 흡착제로부터 이탈하는 속도 쪽이 산화 분해 속도보다 크기 때문에, 우선 전해액 중의 아세트산 농도가 상승하고, 이탈하는 아세트산이 감소하면, 이번에는 아세트산의 산화 분해가 지배적이 되어 아세트산 농도가 저하된다고 여겨졌다.

전해액이 흡착제와 접촉했을 때 유기물이 이탈하는 이유에 대하여 고찰한다.

전기 분해 반응을 살펴 보면, 반응식 1에서는 수소 이온의 생성이 없고, 반응식 2에서는 전자 2개로 수소 이온이 1개 생성되어 있다. 한편, 음극의 반응식 4에서는 전자 2개로 수소 이온이 2개 소멸되어 있다. 즉, 양극에서 반응식 1 및 반응식 2의 반응이, 음극에서 반응식 4의 반응이 진행되면, 전체적으로는 수소 이온이 소비되고, pH가 알칼리측으로 이동한다. 즉, 염화나트륨을 용해시킨 만큼의 중성에 가까운 물을 전기 분해함으로써, 알칼리성 전해액이 얻어지게 된다.

알칼리성 전해액을, 유기물을 흡착한 흡착제에 접촉시켰기 때문에 유기물이 이탈되었다고 여겨졌다. 따라서, 양극실과 음극실을 격막이나 이온 교환막으로 분할하여 음극실의 전해액만을 사용하면, 알칼리가 강해져 보다 효과적으로 이탈할 수 있게 되는 것도 고려할 수 있다. 또한, 전해액을 전해하면서 공급하기 때문에, 전해액의 전기 저항에 의해 온도가 상승한다. 이 온도 상승에 의해서도 이탈이 촉진된다.

본 발명에서는 상술한 바와 같이 흡착제에 흡착된 유기물을 이탈 또는 분해시키 위해, 전기 분해로 생성된 알칼리성 전해액과 차아염소산과 같은 산화제를 사용하는 것이다. 전기 분해에서는 산화제의 원료가 되며 도전성을 향상시키기 위해 염화물을 첨가한 전해액에 양극 및 음극을 침지시키고, 양자 간에 직류 전류를 흐르게 한다. 전기 분해 중의 전해액을 흡착제에 접촉시킴으로써, 이탈 또는 분해에 의해 흡착제로부터 유기물이 제거되기 때문에, 이 흡착제를 이용하여 다시 폐수 중의 유기물을 흡착 분리하는 것이 가능해진다. 또한, 전해액 중에 이탈한 유기물은 전기 분해로 생성된 산화제에 의해 분해되기 때문에, 유기물에 대한 후처리도 불필요하게 된다.

본 발명에 따르면, 흡착제를 알칼리 재생하는 경우, 전기 분해로 생성된 알칼리를 사용하기 때문에 알칼리의 구입이 불필요하고, 전기 분해로 생성된 산화제로 유기물을 산화 분해시키기 때문에 분해 처리 후의 전해액을 알칼리수로서 재이용하는 것도 가능해진다. 당연하겠지만, 산의 중화제로서의 사용도 가능하다.

<실시예 1>

이어서, 상술한 본 발명의 제1 실시예인 폐수 중에 포함된 유기물의 처리 장치를 설명한다. 도 1에 나타낸 제1 실시예의 유기물의 처리 장치에 있어서, (1)은 유기물을 포함한 폐수의 공급 배관, (2)는 흡착조이다. 이 흡착조 (2) 내에는 활성탄 등의 흡착제 (3)이 충전되어 있다. (4)는 폐수 배출 배관, (6)은 전해액이 투입된 전해조이며, 이 전해조 (6) 내의 전해액 중에 음극 (8) 및 양극 (9)가 배치되어 있다. 음극 (8) 및 양극 (9)에는 직류 전원 (7)이 접속되어 있다.

(5)는 전해조 (6) 내의 전해액을 흡착조 (2)에 공급하는 전해액 공급 배관, (10)은 전해액 공급 배관 (5)에 설치한 펌프, (11)은 흡착조 (2)내의 전해액을 전해조 (6)으로 되돌리기 위한 전해액 복귀 배관, (12)는 전해조 (6) 내의 알칼리액을 활용하기 위해 설치한 취출 배관이다. 또한, 도면 중에는 흡착제 (3)을 세정하는 배관계는 기재되어 있지 않다.

상술한 제1 실시예인 유기물의 처리 장치에 있어서는, 흡착제 (3)에 유기물을 흡착시킨 후, 흡착제 (3)에 흡착된 유기물을 이탈 또는 분해시키기 위해, 전기 분해로 생성된 알칼리성 전해액 및 차아염소산과 같은 산화제를 사용하는 것이다.

전기 분해에서는 산화제의 원료가 되고 도전성을 향상시키기 위해 염화물을 첨가한 전해조 (6) 내의 전해액에 양극 (9) 및 음극 (8)을 침지시키고, 두 극 (9), (8) 사이에 직류 전원 (7)로부터 직류 전류가 흐르게 한다.

전기 분해 중의 전해액을 흡착제 (3)에 접촉시킴으로써, 이탈 또는 분해에 의해 흡착제 (3)으로부터 유기물이 제거되기 때문에, 이 흡착제 (3)을 이용하여 다시 폐수 중의 유기물을 흡착 분리하는 것이 가능해진다.

또한, 전해액 중에 이탈한 유기물은, 전기 분해로 생성된 산화제에 의해 분해되기 때문에, 유기물에 대한 후처리도 불필요하게 된다. 흡착제 (3)을 알칼리 재생하는 경우, 전기 분해로 생성된 알칼리를 사용하기 때문에 알칼리의 구입은 불필요하고, 전기 분해로 생성된 산화제로 유기물을 산화 분해시키기 때문에 분해 처리 후의 전해액을 알칼리수로서 재이용하는 것도 가능해진다. 당연하겠지만, 산의 중화제로서의 사용도 가능하다.

이어서, 상술한 제1 실시예인 유기물의 처리 장치에서 실시한 시험에 대하여 설명한다.

도 1에 나타낸 제1 실시예에 있어서, 흡착조 (2)(내경 40 mm, 길이 200 mm, 유리제)의 내부에는 흡착제 (3)으로서 활성탄(구라레 제조, 구라레콜 kw10/32, 입경 150 내지 250 ㎛) 50 mL(약 28 g)를 충전하였다.

아세트산 10 g/L를 함유하는 모의 폐수를 SV(공간 속도) 19 h^-1로 공급 배관 (1)을 통해 흡착조 (2)의 하부에서부터 상부를 향하여 공급하고, 폐수 중에 포함된 아세트산을 실온에서 흡착제 (3)에 흡착시켰다.

흡착조 (2)의 출구에서 아세트산 농도를 분석한 결과, 공급 초기에는 아세트산이 거의 검출되지 않았고, 흡착제 (3)에 아세트산이 흡착되어 있었다. 모의 폐수를 잠시 공급했더니 아세트산 농도가 상승하기 시작하였고, 모의 폐수를 약 400 mL 공급했더니 아세트산 농도가 입구 농도와 거의 동일해졌다. 즉, 흡착이 포화에 도달하였다.

또한, 농도와 공급량의 적분값을 구하고, 아세트산의 흡착량을 구한 결과, 70 mg/g의 흡착량이었다. 상기한 상황에서의 흡착조 (2)의 출구에서의 폐수 중의 유기물 농도의 변화를 모식적으로 나타낸 도면을 도 2에 나타내었다. 이 상태에서 흡착조 (2)로부터 배출 배관 (4)를 통해 폐수를 배출하였다.

이어서, 전해조 (6)(200 mL, 유리제)에 양극 (9)와 음극 (8)을 설치하였다. 한편, 정제수에 염화나트륨(NaCl)을 용해시키고, NaCl 농도 1.6 중량％의 전해액을 제조하여 전해조 (6)에 넣었다. 양극 (9)와 음극 (8) 모두 티탄 기판 상에 백금을 코팅한 전극(40 mm×40 mm, 두께 1 mm)을 사용하고, 전극간 거리를 5 mm로 하여 전류 밀도 125 mA/cm²로 전기 분해하였다. 전기 분해하면서 전해액을 흡착조 (2)에 16 ㎖/분으로 공급하였다. 이 때의 전해액 온도는 약 30 ℃였다.

흡착조 (2)를 나온 전해액은, 다시 전해조 (6)으로 되돌아가도록 흡착조 (2)와 전해조 (6) 사이에 배치된 전해액 공급 배관 (5) 및 전해액 복귀 배관 (11)을 통해 전해액을 순환시켰다. 전해액의 초기 pH는 6.1이었지만, 전해함에 따라 알칼리측으로 이동하고, 아세트산 농도의 상승이 보였다.

즉, 흡착제 (3)으로부터 아세트산이 이탈하였다. 그러나, 그 후 아세트산 농도가 저하하기 시작하여 120 분 후에는 100 mg/L 이하가 되었다. 또한, 이 때의 pH는 13이었다. 상기 상황에서의 전해액 중의 유기물 농도의 순환시의 변화를 모식적으로 나타낸 도면을 도 3에 나타내었다.

이들로부터 아세트산을 흡착한 흡착제 (3)에 전해액을 순환시키면, 흡착제 (3)으로부터 아세트산이 이탈하고, 이탈한 아세트산이 전기 분해에 의해 생성된 차아염소산, 활성 산소 등에 의해 산화 분해된다고 여겨졌다. 이를 확인하기 위해 희석 염산(농도 약 1 ％)으로 흡착제 (3)을 세정한 후, 물로 세정하고, 흡착조 (2)에 다시 10 g/L의 아세트산을 함유하는 모의 폐수를 유통시켜 아세트산의 흡착을 조사하였다. 그 결과, 다시 아세트산이 흡착되는 것을 알았다.

상술한 도 1에 나타낸 본 발명의 제1 실시예인 유기물의 처리 장치와 동일한 구성의 유기물 처리 장치에, 흡착제 (3)으로서 활성탄 대신에 제올라이트(H-ZSM-5, 입경 f 1.5 mm, 길이 10 내지 20 mm, SiO₂/Al₂O₃비=40, 90 및 190의 3종)를 사용하여 제1 실시예의 경우와 동일한 시험을 실시하였다. 흡착제 용적을 50 mL로 하며, 그 때의 중량은 30 g이었다.

시험 결과, SiO₂/Al₂O₃비=40, 90 및 190의 제올라이트의 아세트산 흡착량은 각각 42, 78 및 95 mg/g이었다. 실시예 1과 동일하게 흡착되어 있던 아세트산의 이탈 및 산화 분해가 발생하는 것을 확인하고, 이탈, 산화 분해 후에 다시 아세트산이 흡착되는 것을 확인하였다.

상술한 도 1에 나타낸 본 발명의 제1 실시예의 유기물의 처리 장치에서의 전해조 (6)에 설치된 양극 (9)로서, 티탄 기판 상에 산화루테늄, 산화이리듐을 코팅한 전극을 이용한 경우에 대하여 조사하였다. 또한, 음극 (8)은, 도 1에 나타낸 본 발명의 제1 실시예의 유기물의 처리 장치에서의 것과 동일하다.

이 경우에 있어서도 흡착되어 있던 아세트산의 이탈 및 산화 분해가 발생하는 것을 확인하였다.

<실시예 2>

도 4는 본 발명의 제2 실시예인 폐수 중에 포함된 유기물의 처리 장치를 나타낸 것이며, 도 4에 나타낸 제2 실시예에 있어서 도 1에 나타낸 제1 실시예의 유기물의 처리 장치의 구성과 부호가 동일한 부호의 것은 동일한 부분이기 때문에, 그 상세한 설명을 생략한다.

제2의 실시예는 도 1에 나타낸 제1 실시예의 유기물의 처리 장치에 있어서, 전해조 (6)에서 소비되는 약제를 추가ㆍ공급할 수 있도록 하기 위해, 예를 들면 용량 50 mL의 약액 탱크 (13)을 설치한 것이다. 약액 탱크 (13) 내의 약액은 배관 (14)에 의해 전해조 (6)에 공급되도록 한 것이다.

<실시예 3>

도 5는 본 발명의 제3 실시예인 폐수 중에 포함된 유기물의 처리 장치에서 실시한 시험을 나타내는 것이며, 상술한 제2 실시예에서의 약액 탱크 (13) 내의 약 제로서 염화나트륨 대신에 염화칼륨(KCl)을 사용하였다. 20 중량％ KCl 수용액을 약액 탱크 (13) 내에 충전하였다.

전해조 (6) 내에는 물만을 넣어 두고, 전해 전에 약액 탱크 (10)으로부터 염화칼륨을 전해조 (6)에 농도가 1.0 중량％가 되도록 주입하고, 교반(교반기는 기재하지 않음)하여 균일하게 한 후, 양극 (9)와 음극 (8)에 통전시켰다. 그 결과, 흡착되어 있던 아세트산의 이탈 및 산화 분해가 발생하는 것을 확인하였다.

도 5에 나타낸 제3 실시예인 유기물의 처리 장치는, 도 4에 나타낸 제2 실시예의 유기물의 처리 장치의 구성과 부호가 동일한 부호의 것은 동일한 부분이기 때문에, 그 상세한 설명을 생략한다.

제3 실시예는 도 4에 나타낸 제2 실시예에 있어서 전해조 (6)으로부터 흡착조 (2)로의 순환 라인, 즉 전해액 공급 배관 (5)에 열교환기 (15)를 설치하여 전해조 (6)과 흡착조 (2)의 전해액 순환계를 구성한 것이다. 또한, 폐수를 유지하는 폐수조 (16)을 설치하였다. 이 폐수조 (16) 내의 폐수는 펌프 (17)에 의해 배관 (1)을 통해 흡착조 (2)에 공급된다.

제3 실시예에 따르면, 전해조 (6) 내의 전해액의 온도가 낮은 경우에는, 열교환기 (15)로 가열함으로써 전해액의 온도를 상승시켜 유기물의 이탈을 촉진시키고, 또한 전해액의 온도가 지나치게 높아지는 경우에는, 열교환기 (15)로 냉각함으로써 전해액을 냉각시키는 것이 가능해져 장치를 효율적으로 운전할 수 있다.

<실시예 4>

도 6은 본 발명의 제4 실시예인 폐수 중에 포함된 유기물의 처리 장치를 나 타낸 것이다. 도 6에 나타낸 제4 실시예에서는 전해액의 온도를 60 ℃까지 승온시켰다. 그 이외의 것에 대해서는 도 4에 나타낸 제2 실시예와 동일하게 실험한 결과, 흡착되어 있던 아세트산의 이탈 및 산화 분해가 발생하는 것을 확인하였다. 전해액의 온도를 높임으로써 아세트산의 흡착제로부터의 이탈이 촉진되었다.

도 6에 나타낸 제4 실시예는, 도 4에 나타낸 제2 실시예의 구성과 부호가 동일한 부호의 것은 동일한 부분 또는 상당하는 부분이기 때문에, 그 상세한 설명을 생략한다.

제4 실시예에서는 폐수 중의 유기물을 처리하는 별도의 방책으로서, 전해조 (6)을 흡착조 (2)의 내부에 설치한 것이며, 구체적으로는 흡착조 (2)의 하부측(폐수의 공급측)에 양극 (9)와 음극 (8)을 폐수 유입 방향에 대하여 직교하도록 배치하고, 또한 흡착조 (2)에 전해액이 충전된 후, 순환 펌프 (18)을 기동하여 전해액이 흡착조 (2) 내의 밑에서부터 위로 순환하도록 한 것이다.

제4 실시예에 있어서도, 상술한 실시예와 마찬가지로 폐수 중에 포함된 유기물을 배출 기준 이하로 감소시킬 수 있다.

상술한 도 6에 나타낸 제4 실시예인 폐수 중에 포함된 유기물의 처리 장치에서 실시한 시험에 대하여 설명하면, 흡착조 (2)(내경 40 mm, 길이 200 mm, 유리제)의 하측 내부에 양극 (9)와 음극 (8)을 설치하였다.

양극 (9)와 음극 (8)은 모두 티탄 기판 상에 백금을 코팅한 메쉬상의 원형 전극(직경 30 mm, 두께 1 mm)을 사용하고, 전극간 거리를 5 mm로 하였다. 그 상부에 흡착제 (3)으로서 활성탄(구라레 제조, 구라레콜 kw10/32, 입경 150 내지 250 ㎛) 50 mL(약 28 g)를 충전하였다.

흡착제 (3)에 아세트산 10 g/L를 함유하는 모의 폐수를 SV(공간 속도) 19 h^-1로 흡착조 (2)의 하부에서부터 상부를 향하여 공급하고, 폐수 중에 포함된 아세트산을 흡착시켰다. 흡착조 (2)의 출구에서 아세트산 농도를 분석한 결과, 공급 초기에는 아세트산이 거의 검출되지 않았고, 흡착제 (3)에 아세트산이 흡착되어 있었다.

모의 폐수를 잠시 공급했더니 서서히 아세트산 농도가 상승하였고, 모의 폐수를 약 400 mL 공급했더니 아세트산 농도가 입구 농도와 거의 동일해졌다. 즉, 흡착이 포화에 도달하였다.

또한, 농도와 공급량의 적분값을 구하고, 아세트산의 흡착량을 구한 결과, 70 mg/g-흡착제였다. 이 상태에서 모의 폐수의 공급을 정지하여 흡착조 (2)의 폐수를 제거하였다(폐수를 취출하기 위한 배관은 기재하지 않음).

이어서, 약액 탱크 (13)에 넣어 둔 NaCl 농도 1.6 중량％ 전해액을 흡착조에 공급하였다. 흡착조 (2)에 전해액이 충전된 후, 순환 펌프 (18)을 기동하여 전해액이 16 ㎖/분의 유량으로 순환하도록 하였다.

그 후, 양극 (9)와 음극 (8) 사이에 통전시켜 전기 분해하였다. 그 때의 전류 밀도는 250 mA/cm²(겉보기 면적)로 하였다. 전해액은 알칼리측으로 이동해 가고, 아세트산 농도의 상승이 보였지만, 그 후 아세트산 농도가 저하하기 시작하여 120 분 후에는 100 mg/L 이하가 되었다. 또한, 이 때의 pH는 13이었다.

그 후, 전해액을 취출하여 흡착조 (2)에 다시 10 g/L의 아세트산을 함유하는 모의 폐수를 유통시켜 아세트산의 흡착을 조사하였다. 그 결과, 다시 아세트산이 흡착되는 것을 알았다.

<실시예 5>

도 7은 본 발명의 제5 실시예인 폐수 중에 포함된 유기물의 처리 장치를 나타내는 것이며, 도 7의 제5 실시예에 있어서 도 6에 나타낸 제4 실시예의 구성과 부호가 동일한 부호의 것은 동일한 부분 또는 상당하는 부분이기 때문에, 그 상세한 설명을 생략한다.

제5 실시예에서는 도 6에 나타낸 제4 실시예에서의 유기물의 처리 장치를 2계열(A계와 B계)로서 병설하여 구성하고, 한쪽 계통의 흡착조에 충전된 충전제에 의한 흡착에 의해 폐수 중의 유기물을 제거하는 사이, 다른쪽 계통의 흡착조에 충전된 흡착제는 흡착한 유기물을 전해액으로 이탈ㆍ산화 분해시킴으로써 연속적으로 폐수를 처리할 수 있도록 한 것이다.

도 7에 나타낸 제5 실시예에 있어서는, 상술한 도 6에 나타낸 제4 실시예의 유기물의 처리 장치의 조건과 동일하게 하여, 우선 폐수의 공급 전환을 행하는 밸브 (19)를 조작하여 B계의 흡착조 (2)에 폐수를 흘려 아세트산을 충전한 흡착제 (3)에 흡착시킨 후, 밸브 (19)를 반대로 조작하여 폐수를 A계의 흡착조 (2)에 공급하도록 전환하였다.

B계에서 아세트산이 흡착조 (2)에 충전된 흡착제 (3)에 흡착되어 있는 사이, A계의 흡착조 (2)로부터 폐수를 취출하고, 밸브 (20) 및 (21)을 전환하여 약액 탱 크 (13)에 들어가 있는 1.6 중량％의 NaCl 수용액을 A계의 흡착조 (2)에 충전된 흡착제 (3)에 공급한 후, 순환 펌프 (18)을 기동하여 전해액을 순환시켰다. 그 후, 양극 (9)와 음극 (8)에 통전을 개시하였다. 일정 기간 통전시킨 후, 전해액을 B계의 흡착조 (2)로부터 취출하고, 폐수의 공급을 A계의 흡착조 (2)로 전환한다.

본 실시 형태는 폐수의 처리를 연속적으로 행하는 경우에 대한 것인데, 한쪽 흡착조 (2)에 충전된 흡착제 (3)을 재생하는 사이에는 별도의 흡착조 (2)에 폐수를 공급하여 처리한다.

흡착조 (2)가 2개 설치된 경우에 대하여 설명하면, 우선 밸브 (19)를 조작하여 한쪽 흡착조 (2)에 폐수를 흘려 유기물을 흡착조 (2)에 충전된 흡착제 (3)에 접촉시켜 흡착시킨다.

이 한쪽 흡착조 (2)의 출구의 유기물 농도를 도시하지 않은 유기물 농도계로 측정하면, 처음에는 농도가 제로에 가까운 값을 나타내지만, 흡착량이 많아짐에 따라 출구 유기물 농도가 상승을 시작한다.

이 한쪽 흡착조 (2)의 출구의 유기물 농도가 소정 농도(배수 기준치나 리사이클 기준치를 기초로 하여 결정된 농도)에 도달하면, 밸브 (19)를 반대로 전환 조작함으로써 폐수는 다른쪽 흡착조 (2)로 공급처가 전환되고, 이 다른쪽 흡착조 (2)에 충전된 흡착제 (3)에 의해 폐수에 포함된 유기물의 흡착이 계속된다. 한편, 먼저 폐수 중의 유기물을 흡착한 흡착제 (3)을 충전한 한쪽 흡착조 (2)는 재생 처리된다.

흡착조 (2)에 충전된 흡착제 (3)의 재생 처리는, 도 1에 나타낸 것과 동일한 전해조 (6)의 전해액을 이 흡착조 (2)에 충전된 흡착제 (3)에 순환시켜 공급함으로써 행해진다. 재생 처리 상황에 대해서도 전해액 중의 유기물 농도를 측정함으로써 알 수 있다.

이미 설명한 바와 같이, 유기물이 흡착제 (3)으로부터 이탈함으로써, 전해액 중의 유기물 농도가 일단 증대하고, 그 후 산화되어 저하되어 간다. 유기물 농도가 충분히 저하된 시점에 흡착조 (2)의 흡착제 (3)의 재생이 종료되며, 전해액의 순환을 정지한다.

이 때, 흡착조 (2)에는 알칼리성 전해액이 충전되어 있기 때문에, 필요에 따라서는 이 알칼리수를 배출하고, 충전된 흡착제 (3)을 세정한다.

흡착제 (3)의 세정은 산에 의한 세정 또는 물에 의한 세정이 있다. 알칼리로 이탈시켰기 때문에, 우선 산 세정하고, 그 후에 물 세정하는 방법이 바람직하다. 이에 따라, 재생 후의 흡착제 (3)의 유기물 흡착량의 증대를 도모할 수 있다.

또한, 유기물 농도의 측정 방법으로는 전체 유기 탄소(TOC), 화학적 산소 요구량(COD) 또는 흡광도 등 외에, 간접적으로 도전율, pH 등의 물리량으로 대체하는 것도 가능하다. 또한, 폐수 중의 유기물 농도의 변동이 적은 경우에는, 흡착제 (3)을 통과하는 폐수의 통과량에 의해 조작하는 것도 가능하다.

<실시예 6>

도 8은 본 발명의 제6 실시예인 폐수 중에 포함된 유기물의 처리 장치를 나타낸 것이며, 도 8에 나타낸 제6 실시예는 도 6에 나타낸 제4 실시예의 구성과 부호가 동일한 부호의 것은 동일한 부분 또는 상당하는 부분이기 때문에, 그 상세한 설명을 생략한다.

제6 실시예는 흡착조 (2)의 하측 내부에 설치되는 양극 (9)와 음극 (8)의 배치를 폐수의 유입 방향과 평행하게 배치하여 구성한 것이다.

제6 실시예에 있어서, 도 6에 나타낸 제4 실시예와 동일한 조건으로 실험한 결과, 제4 실시예와 동일한 결과가 얻어졌다.

<실시예 7>

도 9는 본 발명의 제7 실시예인 폐수 중에 포함된 유기물의 처리 시스템을 나타낸 것이다. 도 9에 나타낸 제7 실시예의 유기물의 처리 시스템에 있어서, 도 1에 나타낸 유기물의 처리 장치의 제1 실시예의 구성과 부호가 동일한 부호의 것은 동일한 부분 또는 상당하는 부분이기 때문에, 그 상세한 설명을 생략한다.

제7 실시예는 유수 분리 장치의 후류측에 유기물 흡착조 (2) 및 전해조 (6)을 설치한 유기물의 처리 시스템이다.

도 9에 나타낸 제7 실시예에 있어서, 유수 분리 장치에는 피처리수 (51) 중에 약제 주입 설비 (53)으로부터 응집제 (55) 및 자성분 (54)를 첨가하여 유분과 플록을 형성시키는 응집조 (56), 및 형성된 자성분 (54)를 포함한 플록을 자기에 의해 분리하는 자기 발생 수단 (64)를 갖는 회전 원통체 (63) 및 회전 여과막 (60)을 갖는 분리부 (59)를 구비하고 있고, 이 회전 여과막 (60)을 통과하여 배출되는 폐수에는 유기산과 같이 물에 대한 용해도가 큰 유기물이 잔류하고 있다.

이 폐수 중의 유기물을 유수 분리 장치의 후류측에 배치한 유기물 흡착조 (2)의 흡착제 (3)으로 흡착 분리하고, 유기물을 흡착한 흡착제 (3)을 전해조 (6)의 전해액으로 재생하는 처리 시스템을 구축한 것이다.

제7 실시예에 있어서는, 기름을 포함한 피처리수(유전 산출수이며, 원수라고 함) (51)은 응집조 (56)으로 공급하는 배관 (52) 중을 흐르는 과정에서 약제 주입 설비 (53)으로부터 자성 입자 (54)와 응집제 (55)가 첨가된다.

여기서, 응집제 (55)는 철이나 알루미늄의 염, 예를 들면 황산제2철 또는 염화제1철, 폴리염화알루미늄 등을 사용하는 것이 바람직하다. 자성 입자로는 강자성체, 예를 들면 마그네타이트(Fe₃O₄) 또는 γ-헤마타이트(Fe₂O₃)가 적합하다.

응집조 (56) 내에서 기름 에멀젼 입자, 수중의 고형 부유 물질, 첨가한 자성 입자 등이 응집제 (55)에 의해 응집되어 다수의 플록을 형성한다. 이 때, 수산화나트륨 등의 pH 조정제 (57)에 의해 pH를 최적치로 조정함으로써, 응집 능력을 높이는 것이 가능하다.

이 pH 조정제 (57)의 공급 조정은, 예를 들면 응집조 (56) 내에 설치한 pH 검출기 (67) 및 이 pH 검출기 (67)의 검출 신호에 기초하여 pH 조정제 (57)의 공급량을 제어하는 밸브 (68)의 구성에 의해 조정 가능하다.

또한, 응집조 (56) 내에 음이온계 고분자 중합체 등의 응집 보조제 (58)을 주입함으로써 플록을 크고 견고하게 하는 것이 가능하다.

이 플록을 다수 포함하는 물을 분리부 (59)에 통수시킨다. 분리부 (59)에는 회전 여과막 (60)이 설치되어 있고, 플록을 다수 포함하는 물은 회전 여과막 (60)의 여과막에 의해 여과되어 회전 여과막 (60)의 내부에 여과수 (61)(이하, 중간수 라고 함)로서 유입될 수 있다. 회전 여과막 (60)의 메쉬는 플록의 제거율을 고려하면 10 내지 50 ㎛ 정도가 바람직하다.

회전 여과막 (60)의 표면에 퇴적된 자성분 (54)를 포함한 플록은 회전 여과막 (60)의 내측에 설치된 세정 장치 (62)로부터 분출하는 세정수에 의해 박리되고, 회전 원통체 (63) 근방에 떨어진다. 회전 원통체 (63)의 내측에는 영구 자석, 초전도 벌크 자석 또는 전자석의 자장 발생 수단 (64)가 부착되어 있고, 이 자장 발생 수단 (64)의 자기력에 의해 자성분 (54)를 포함한 플록이 흡인되고, 회전 원통체 (63)의 표면을 따라 오니 회수판 (65)에 의해 스크래치되어 오니 탱크 (66)으로 회수되어 저장된다.

오니 회수판 (65)에 의한 스크래치는 수중이 아니라 대기 중에서 행해지기 때문에, 어느 정도의 수분은 밑으로 낙하하고, 함수율이 낮은 기름 오니를 얻을 수 있다.

이에 따라, 오니를 처분할 때의 비용을 감소시킬 수 있고, 경우에 따라서는 연료를 새롭게 거의 첨가하지 않아도 연소시킬 수 있다. 기름을 중심으로 하는 플록은 비중이 가볍기 때문에 물에 뜨는 것이 많다. 그러나, 수중의 고형물의 영향 또는 응집제의 양에 따라서는 비중이 무거워져 물에 가라앉는 플록도 존재하여, 비중차에 의한 수분으로부터의 높은 제거율 분리는 곤란하다. 이러한 점에서 자기력에 의한 분리는 쉽게 고제거율을 얻는 것이 가능하다.

본 실시 형태에서는 회전막과 자기 분리의 조합에 의한 분리를 예시했지만, 응집 침전 방식 또는 응집 가압 부상 방식 등의 다른 분리 방식을 이용한 경우에도 본 발명의 효과는 동등하다.

상기 분리부 (59)에서 얻어지는 중간수 (61)은, 함유 유분과 함께 부유 물질은 극적으로 감소하지만, 원래 원수 (51)에 포함되어 있던 매우 미세한 미소 입자인 유기물 또는 이온화한 물질, 이른바 수용성의 COD 성분이 CODMn치로 약 350 mg/L 포함되어 있었다.

이 중간수 (61)을 흡착조 (2)로 송수하고, 이하는 상술한 실시예 1과 동일한 방법으로 처리하였다. 단, 유기물의 농도는 화학적 산소 요구량(CODMn)으로 평가하였다. 그 결과, 실시예 1과 동일한 결과가 얻어졌다. 본 실시 형태에서의 응집ㆍ분리 장치에서는 미리 유분 또는 부유 물질이 거의 제거되어 있기 때문에, 흡착제 (3)의 표면 열화를 야기할 우려가 없다.

또한, 상술한 본 발명의 실시 형태에 있어서, 폐수 중의 대상이 되는 유기물로서 포름산, 아세트산, 프로피온산, 부티르산, 발레르산과 같은 유기산을 주성분으로 하고, 이들 이외에 락트산, 글리콜류, 숙신산, 메탄올과 같은 유기물을 함유하는 폐수를 처리하는 것이 가능하다.

또한, 흡착제 (3)으로는 소수성 흡착제인 활성탄(원료에 따라 석탄계 활성탄, 야자각 활성탄과 같이 불리워짐)을 사용할 수 있다. 세공 분포 또는 소수성이 다른 많은 종류의 활성탄이 있으며, 대상이 되는 유기물의 종류에 따라 구별된다. 형상에 대해서도 입상, 구상 등의 형태가 상이한 것, 크기가 상이한 것이 있으며, 공정에 적합한 것을 선택하여 사용한다.

한편, 활성탄 이외의 흡착제로서 제올라이트를 들 수 있다. 제올라이트에는 제조 방법이나 원료에 따라 천연 제올라이트, 합성 제올라이트 및 인공 제올라이트로 분류된다. 또한, 구조 또는 SiO₂/Al₂O₃비가 상이한 많은 종류의 것이 알려져 있으며, 골격 중의 이온종에 따라 Na형, H형과 같이 분류할 수도 있다.

구조에 따라 ZSM-5, 몰데나이트, L형, 페리에라이트, Y형 등으로 분류된다. 세공 직경은 0.4 내지 1.0 nm이고, 제올라이트종에 따라 상이하기 때문에, 대상으로 하는 분자의 크기에 따라 최적의 재료를 선택하게 된다. 또한, SiO₂/Al₂O₃비에 의해 소수성이 변화하고, SiO₂/Al₂O₃비가 클수록 소수성이 강해진다고 여겨지고 있다. 따라서, 유기산과 같은 수용성 유기물을 흡착할 때에는 SiO₂/Al₂O₃비가 큰 제올라이트의 사용이 바람직하다.

흡착제 (3)의 사용 형태로는 입상, 구상, 원주상의 것을 흡착조에 충전하여 이용하는 방법 및 벌집상으로 성형하거나 벌집상의 기재에 흡착제를 코팅하여 사용하는 것도 가능하다.

또한, 전기 분해하기 위한 전극에 대하여, 이미 설명한 바와 같이 양극 (9)에서는 상술한 반응식 1 또는 반응식 2 및 반응식 3의 반응이 진행된다. 여기서는 pH가 3 이상인 경우에 대하여 설명하면, 반응식 2의 반응과 반응식 3의 반응 중 어느쪽 반응이 주로 진행되는지의 여부에 따라 산화제인 차아염소산의 생성량이 달라지게 된다.

주로 진행되는 반응이 반응식 2인 경우, 주로 차아염소산이 생성되고, 전해액 pH가 알칼리측으로 이동하게 되어, 본 공정에 있어서 바람직하다.

따라서, 본 발명에서는 양극 (9)로서 백금, 루테늄, 이리듐, 팔라듐, 로듐의 단독 또는 복합체 또는 합금의 적용이 가능하다. 또한, 기판(예를 들면 티탄) 상에 백금, 루테늄, 이리듐, 팔라듐, 로듐의 단독 또는 복합체 또는 합금의 층을 설치하여 사용할 수도 있다. 또한, 산소 발생의 과전압이 큰 다이아몬드 전극을 이용하면 차아염소산이 효율적으로 생성되고, 유기산을 직접 산화 분해하는 것도 가능하다.

음극 (8)은 수소를 효율적으로 발생시키고 안정한 재료이면 되며, 양극과 동일한 백금, 이리듐 외에 중성에서부터 알칼리 범위에서는 철이나 니켈도 사용 가능하다. 기판 상에 코팅한 전극을 사용할 수도 있다.

양극 (9) 및 음극 (8) 중 어느 것에 있어서나 플레이트 형태, 메쉬 형태 모두를 사용할 수 있다. 또한, 양극 (9)와 음극 (8) 사이에 격막이나 이온 교환막을 끼울 수도 있는데, 그 경우에는 음극실의 전해액을 이탈에 사용하고, 양극실의 전해액을 산화 분해에 사용하여 흡착제를 재생하게 된다. 전극을 적층하여 사용하는 경우, 단극식, 복극식 중 어느 쪽이나 적용 가능하다.

또한, 전해액에 첨가하는 전해질에 대해서는, 전해에 의해 생성된 차아염소산을 주요 산화제로 하기 때문에 염화물의 존재가 필요하다. 또한, 전기 도전율을 높여 액 저항을 작게 하는 역할도 갖는다. 따라서, 염화나트륨 또는 염화칼륨을 첨가한다. 첨가량은 0.5 내지 3 중량％, 더욱 바람직하게는 1 내지 2 중량％이다. 또한, 이미 염화물이 포함되어 있는 물을 사용하는 경우에는 첨가량을 소량으로 하거나, 또는 첨가할 필요가 없는 경우도 있다.

이어서, 도 10 내지 도 17을 이용하여, 상술한 제1 실시예에서 설명한 폐수 중에 포함된 유기물의 처리 장치를, 오일 샌드에서의 역청 생산에 적용한 각 실시예에 대하여 설명한다.

캐나다에서는 오일 샌드를 채굴하여 역청을 생산하고 있다. 오일 샌드는 점도질의 검은 아스팔트 형태의 탄화수소인 역청과 모래ㆍ점토의 혼합물이다. 현재, 역청의 생산은 노천 채굴에 의한 것이 주류이다.

따라서, 비교예인 노천 채굴에 의한 역청 회수 시스템을 도 10을 이용하여 우선 설명한다.

도 10의 비교예에 있어서, 채굴한 오일 샌드 (101)은 파쇄기 (102)로 분쇄한 후, 온수 (103)에 의해 역청 추출 공정 (104)로 수송된다. 역청 추출 공정 (104)에서의 역청 (105)의 추출에도 온수를 사용한다.

역청 (105)의 추출에 사용된 온수 (103)은 폐수 (106)이 된다. 이 폐수 (106)에는 수중에 부유 또는 현탁되어 있는 부유 물질인 SS(현탁된 고형분; suspended solids), 잔유, COD 성분이 포함된다.

일부의 SS 및 잔유는 정화 처리 공정 (108)에서 정화 처리되지만, 완전히 처리할 수 없는 SS 및 잔유 (107)을 포함하는 폐수 (109)는 저수지 (110)으로 이송된다. 이 저수지 (110)에서 시간을 들여 SS, 잔유 (107)을 침강시킨다.

역청의 회수에는 다량의 물이 사용된다. 저수지 (110)에 축적된 물 중 상청액 (111)은 퍼내져 보일러 (120)으로 이송되고 가열되어 온수 (103)으로서 사용된다. 그러나, COD 성분은 침강하지 않고 상청액 (111) 중에 함유되어 있기 때문에, 하천수 (112)를 도입하여 보일러 (120)으로 공급하는 물의 COD 함유 농도를 저하시키고 있다.

이와 같이 역청의 회수에는 다량의 물이 사용되기 때문에, 비교예의 방법에서는 인공 저수지의 확대에 의한 환경 파괴 또는 취수 하천의 고갈이 큰 문제가 된다.

<실시예 8>

도 11을 이용하여 본 발명의 제8 실시예인 역청 회수 시스템에 대하여 설명한다.

도 11은 노천 채굴에 의해 역청을 회수하는 제8 실시예의 역청 회수 시스템을 나타내며, 제8 실시예의 역청 회수 시스템에서는 도 10에 나타낸 비교예의 역청 회수 시스템의 구성과 부호가 동일한 부호의 것은 동일한 부분 또는 상당하는 부분이기 때문에, 그 상세한 설명을 생략한다.

도 11에 나타낸 제8 실시예의 역청 회수 시스템에서는 저수지 (110)의 상청액 (111)을, 도 1에 나타낸 유기물의 처리 장치 (130)에 공급하고, 이 유기물의 처리 장치 (130)에서 생성된 물을 보일러 (120)에 공급하도록 구성하고 있다.

저수지 (110)의 하류에 유기물의 처리 장치 (130)을 도입함으로써, 저수지 (110)의 상청액 (111) 중의 COD 성분의 분해 제거가 가능해진다. 따라서, 하천수 (112)의 공급을 정지 또는 감소시키는 것이 가능해져 환경 부하를 감소시킬 수 있다.

<실시예 9>

이어서, 도 12를 이용하여 본 발명의 제9 실시예인 역청 회수 시스템에 대하여 설명한다.

도 12에 나타낸 제9 실시예의 역청 회수 시스템은 도 11에 나타낸 제8 실시예의 역청 회수 시스템의 구성 중, 저수지 (110)을 사용하지 않은 구성의 역청 회수 시스템이다.

도 12에 나타낸 제9 실시예의 역청 회수 시스템에서는 폐수 (106) 중의 SS 및 잔유를 고수준으로 처리할 수 있는 정화 처리 공정 (108)과 조합함으로써, 저수지 (110)을 설치하지 않고 정화 처리 공정 (108)로부터 직접 유기물의 처리 장치 (130)으로 폐수 (109)를 공급할 수 있게 된다.

또한, 상기 유기물의 처리 장치 (130)에서 생성된 물을 보일러 (120)으로 공급하도록 구성되어 있다. 이와 같이 하면 인공 저수지 (110)의 삭감에 의해 환경 파괴를 억제할 수 있게 된다.

<실시예 10>

이어서, 도 13을 이용하여 본 발명의 제10 실시예인 역청 회수 시스템에 대하여 설명한다.

도 13에 나타낸 제10 실시예의 역청 회수 시스템은, 도 11에 나타낸 제8 실시예의 역청 회수 시스템 중 보일러 (120)을 사용하지 않은 구성의 역청 회수 시스템이다.

대량의 온수를 사용하는 오일 샌드 처리에서는 보일러 (120)에서 물을 온수로 하여 역청 생산에 사용하고 있기 때문에, 다량의 에너지를 소비하고 있다.

도 1에 나타낸 유기물의 처리 장치에는 흡착제 (3)이 충전된 흡착조 (2)를 구비하고 있는데, 이 흡착조 (2)를 통과시키지 않고 전해조 (6)에 통과시키는 것만으로도 COD 성분을 포함하는 폐수를 분해할 수 있다.

도 13에 나타낸 제10 실시예의 역청 회수 시스템에서는 저수지 (110)의 하류에 상청액 (111)이 전기 분해 시스템 (140)의 전해조 (6)을 통과하도록 하여 보일러 (120)을 사용하지 않고 구성한 역청 회수 시스템이다.

저수지 (110)의 상청액 (111)을 흡착조 (2)에 통과시키지 않고 전기 분해 시스템 (140)에 공급하여 직접 전기 분해 처리하고, COD 성분을 분해한다.

이 때, 전기 분해 시스템 (140)에서 따뜻해진 처리수를 온수 (103)으로서 공급한다. 이와 같이 하면 보일러 (120)에서의 온수 제조에 걸리는 비용을 감소시킬 수 있다. 본 실시예의 역청 회수 시스템은, 폐수의 처리 및 생산을 위한 에너지 비용 감소를 동시에 실현할 수 있는 처리 시스템이다.

<실시예 11>

이어서, 도 14를 이용하여 본 발명의 제11 실시예인 역청 회수 시스템에 대하여 설명한다.

도 14에 나타낸 제11 실시예는, 도 11에 나타낸 역청 회수 시스템 중 보일러 (120)을 사용하지 않은 구성의 역청 회수 시스템이다.

도 14에 나타낸 역청 회수 시스템은, 도 12에 나타낸 역청 회수 시스템과 마찬가지로 폐수 (106) 중의 SS 및 잔유를 고수준으로 처리할 수 있는 정화 처리 공정 (108)과 조합함으로써, 저수지 (110)을 사용하지 않은 역청 회수 시스템이다.

SS 및 잔유를 처리하는 정화 처리 공정 (108)로부터의 폐수 (109)를 흡착조 (2)에 통과시키지 않고 전해조 (6)에 통과시키는 것만으로도 COD 성분을 포함하는 폐수를 분해할 수 있기 때문에, 전기 분해 시스템 (140)의 전해조 (6)에 공급하여 직접 전기 분해 처리하여 COD 성분을 분해한다. 이 때, 전기 분해 시스템 (140)으로 따뜻하게 된 처리수를 온수로서 공급한다

이 역청 회수 시스템에서는 보일러 (120)에서의 온수 제조에 드는 비용을 감소시킬 수 있다. 폐수 처리 및 생산을 위한 에너지 비용 감소를 동시에 실현할 수 있는 처리 시스템이다.

또한, 도 13에 나타낸 역청 회수 시스템과 마찬가지로, 저수지 (110)을 설치하지 않고 직접 폐수를 공급할 수 있게 되므로, 인공 저수지 (110)의 감소에 의해 환경 파괴를 억제할 수 있다.

또한, 폐수 처리 방법으로서 그 밖에 생물 처리 방법이 있지만, 캐나다의 오일 샌드 지대는 극한랭지(동계에는 -40 도)라서 생물의 활동 효과가 감소하여 효율적인 처리를 기대할 수 없다. 이에 대하여, 상술한 각 시스템은 기후 조건에 좌우되지 않고 성능을 유지할 수 있다.

역청의 생산 방법으로서 노천 채굴 외에 SAGD법(Steam Assisted Gravity Drainage)이 있다.

SAGD법에 의한 역청 회수 방법의 비교예에 대하여 설명한다. SAGD법에서는 수증기를 이용하여 역청의 점도를 낮춰 회수한다. 비교예 2의 SAGD법에 의한 역청 회수 시스템도를 도 15에 나타내었다.

도 15의 비교예에 나타낸 바와 같이, 오일 샌드층 (155) 중에 2개의 수평 갱정(winze) (151) 및 (152)를 상하로 이격시켜 파고, 위의 수평 갱정 (151)로부터는 수증기 (153)을 압입하여 역청 (161)을 용해시키고, 아래의 수평 갱정 (152)를 통하여 용해된 역청 (161)을 모아 회수한다.

회수되는 역청 (161)은 폐수 (163) 및 가스 (162)를 포함하고 있고, 분리기 (160)으로 분리된다. 폐수 (163)은 정화 장치 (170)으로 정화 처리되어 리사이클 이용된다.

100 ％ 리사이클되지 않는 경우에는 하천수 (112)를 넣어 이용한다.

1 배럴의 역청 (161)을 생산하기 위해서는, 그 3배의 물이 필요하다. 대량의 물의 사용은 환경 파괴나 취수 하천의 고갈과 같은 환경 부하로 이어진다. 환경 부하를 감소시키기 위해서는 폐수 (163)을 리사이클하여 사용하는 것이 바람직하다. 그러나, 리사이클률이 올라갈수록 폐수 중의 COD 성분은 농축된다. 특히 SAGD법에서는 수증기를 사용하기 때문에, 폐수 중의 COD 성분이 고농도가 되면 설비 기기에 미치는 손상도 커진다.

<실시예 12>

SAGD법에 의한 본 발명의 제12 실시예의 역청 회수 시스템에 대하여 설명한다. 도 16은 제12 실시예의 SAGD법에 의한 역청 회수 시스템을 나타내고, 제12 실시예의 역청 회수 시스템에서는 도 15에 나타낸 비교예의 역청 회수 시스템의 구성과 부호가 동일한 부호의 것은 동일한 부분 또는 상당하는 부분이기 때문에, 그 상세한 설명을 생략한다.

도 16에 나타낸 제12 실시예의 역청 회수 시스템은, 도 15에 나타낸 비교예의 역청 회수 시스템에서의 정화 장치 (170)으로 정화 처리된 후의 처리수를 도 1에 나타낸 유기물의 처리 장치 (130)으로 처리하고, 이 유기물의 처리 장치 (130)으로 처리한 물을 증기 발생기 (150)으로 공급하도록 구성되어 있다.

도 16에 나타낸 제12 실시예의 역청 회수 시스템을 이용하여 폐수 중의 COD 성분을 제거ㆍ분해하면, 설비 기기에 미치는 손상을 감소시킬 수 있다.

그렇게 하면 설비 기기의 점검 정비를 감소시키는 것이 가능해지고, 장치의 운전 가동 시간도 늘릴 수 있다.

<실시예 13>

도 17을 이용하여 본 발명의 제13 실시예인 역청 회수 시스템에 대하여 설명한다.

도 17에 나타낸 제13 실시예의 역청 회수 시스템에서는, 도 16에 나타낸 유기물의 처리 장치 (130) 중, 흡착조 (2)를 사용하지 않고 유기물을 분해시키기 위한 전해조 (6)만을 구비한 전기 분해 시스템 (140)에 정화 처리 장치 (170)에서 처리한 처리수를 통과시키도록 구성한 것이며, 이와 같이 구성하면 전기 분해 시스템 (140)에서의 전기 분해 처리시에 처리수가 따뜻해져 증기 발생기 (150)에 공급할 수 있다.

그렇게 하면 수증기 발생기 (150)에서의 증기 제조에 드는 에너지 비용을 감소시킬 수 있기 때문에, 폐수의 처리 및 리사이클 이용과 생산 비용 감소를 동시에 달성할 수 있다.

또한, 상기한 실시예 12 및 실시예 13에서는 도 1에 나타낸 유기물의 처리 장치를 이용한 역청 회수 시스템에 대하여 설명했지만, 다른 실시예에서 나타낸 처리 장치를 이용할 수도 있다.

폐수 또는 배수 중의 유기물을 분리하고, 산화 분해시켜 COD 또는 TOC를 배수 기준치 이하로 하는 수처리에 적용 가능하다. 또한, 폐수를 리사이클 이용하는 것이 가능해진다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예인 폐수 중에 포함된 유기물의 처리 장치를 나타낸 개략적인 구성도이다.

도 2는 본 발명의 처리 장치에서의 흡착조 출구의 유기물 농도 변화를 모식적으로 나타낸 특성도이다.

도 3은 본 발명의 처리 장치에서의 재생시에 전해액을 순환시켰을 때의 유기물 농도를 모식적으로 나타낸 특성도이다.

도 4는 본 발명의 제2 실시예인 폐수 중에 포함된 유기물의 처리 장치를 나타낸 개략적인 구성도이다.

도 5는 본 발명의 제3 실시예인 폐수 중에 포함된 유기물의 처리 장치를 나타낸 개략적인 구성도이다.

도 6은 본 발명의 제4 실시예인 폐수 중에 포함된 유기물의 처리 장치를 나타낸 개략적인 구성도이다.

도 7은 본 발명의 제5 실시예인 폐수 중에 포함된 유기물의 처리 장치를 나타낸 개략적인 구성도이다.

도 8은 본 발명의 제6 실시예인 폐수 중에 포함된 유기물의 처리 장치를 나타낸 개략적인 구성도이다.

도 9는 본 발명의 제7 실시예인 폐수 중에 포함된 유기물의 처리 장치 시스템을 나타낸 개략적인 구성도이다.

도 10은 노천 채굴에 의한 역청 회수 시스템의 비교예를 나타낸 개략적인 구 성도이다.

도 11은 본 발명의 제8 실시예인 역청 회수 시스템을 나타낸 개략적인 구성도이다.

도 12는 본 발명의 제9 실시예인 역청 회수 시스템을 나타낸 개략적인 구성도이다.

도 13은 본 발명의 제10 실시예인 역청 회수 시스템을 나타낸 개략적인 구성도이다.

도 14는 본 발명의 제11 실시예인 역청 회수 시스템을 나타낸 개략적인 구성도이다.

도 15는 SAGD법에 의한 역청 회수 방법의 비교예를 나타낸 개략적인 구성도이다.

도 16은 본 발명의 제12 실시예인 역청 회수 시스템을 나타낸 개략적인 구성도이다.

도 17은 본 발명의 제13 실시예인 역청 회수 시스템을 나타낸 개략적인 구성도이다.

<부호의 설명>

1: 폐수의 공급 배관 2: 흡착조

3: 흡착제 4: 폐수 배출 배관

6: 전해조 7: 직류 전원

8: 음극 9: 양극

13: 약액 탱크 15: 열교환기

16: 폐수조 51: 피처리수

53: 약제 주입 설비 54: 자성 입자

55: 응집제 56: 응집조

57: pH 조정제 58: 응집 보조제

59: 분리부 60: 회전 여과막

61: 여과수 62: 세정 장치

63: 회전 원통체 64: 자장 발생 수단

65: 오니 회수판 66: 오니 탱크

101: 오일 샌드 104: 역청 추출 공정

108: 정화 처리 공정 110: 저수지

130: 유기물의 처리 장치 140: 전기 분해 시스템

150: 증기 발생기 160: 분리기

170: 정화 장치

Claims (12)

1. 흡착제를 충전한 흡착조에 폐수를 공급하여 폐수 중에 포함된 유기물을 흡착조의 흡착제에 흡착시킨 후, 전해조에서 전해질을 포함하는 물을 양극과 음극에 통전시켜 전기 분해한 전해액을 상기 흡착조의 흡착제에 공급하여 유기물과 흡착제를 접촉시킴으로써, 상기 흡착제에 흡착되어 있던 유기물을 이탈 또는 분해시키는 것을 특징으로 하는 폐수 중에 포함된 유기물의 처리 방법.
2. 제1항에 있어서, 전해조에서 전기 분해시킨 전해액을 상기 흡착조의 흡착제에 공급할 때, 상기 전해액을 전해조와 흡착조 사이를 순환시켜 상기 흡착제에 공급시키는 것을 특징으로 하는 폐수 중에 포함된 유기물의 처리 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 폐수가 공급되는 흡착조가 복수개이고, 복수개 설치된 흡착조의 한쪽 흡착조에 폐수를 공급하여 폐수 중에 포함된 유기물을 이 한쪽 흡착조에 충전된 흡착제에 흡착시키고, 상기 한쪽의 흡착조의 출구에서의 유기물 농도를 검출하여 흡착 성능이 저하되었을 때 폐수의 공급처를 다른쪽 흡착조로 전환 공급하여 폐수 중에 포함된 유기물을 이 다른쪽 흡착조에 충전된 흡착제에 흡착시키도록 하고, 전해조에서 전기 분해시킨 전해액을 폐수의 공급이 끊어진 한쪽 흡착조의 흡착제에 공급하여 흡착 성능이 저하된 흡착제에 흡착된 유기물을 이탈 또는 분해시키는 것을 특징으로 하는 폐수 중에 포함된 유기물의 처리 방법.
4. 흡착제가 충전된 흡착조, 및 양극과 음극을 포함하고 상기 양극과 음극 사이에 통전시킴으로써 전해질을 포함하는 물을 전기 분해하는 전해조를 구비하고, 상기 흡착조에 유기물을 포함한 폐수를 공급하여 상기 유기물을 상기 흡착조에 충전된 흡착제에 흡착시키고, 상기 전해조의 전해액을 상기 흡착조에 순환 공급하는 배관을 배치시켜, 상기 흡착제에 흡착된 상기 유기물을 이탈 또는 분해시키는 것을 특징으로 하는 폐수 중에 포함된 유기물의 처리 장치.
5. 흡착제가 충전된 복수의 흡착조, 및 양극과 음극을 포함하고 상기 양극과 음극 사이에 통전시킴으로써 전해질을 포함하는 물을 전기 분해하는 복수개의 전해조를 구비하고, 상기 흡착조 중의 한쪽에 유기물을 포함한 폐수를 공급하여 상기 유기물을 상기 한쪽의 흡착조에 충전된 흡착제에 흡착시키고, 상기 한쪽의 흡착조의 출구에서의 유기물 농도를 검출하여 흡착 성능이 저하되었을 때, 상기 폐수를 다른쪽 흡착조로 전환 공급하는 전환 공급 수단 및 상기 흡착 성능이 저하된 한쪽 흡착조에 상기 전해조의 전해액을 순환 공급하는 배관을 배치시켜 한쪽 흡착조에 충전된 흡착제에 흡착된 유기물을 이탈 또는 분해시키는 것을 특징으로 하는 폐수 중에 포함된 유기물의 처리 장치.
6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 유기물이 유기산을 주성분으로 하는 것을 특징으로 하는 폐수 중에 포함된 유기물의 처리 장치.
7. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 흡착제가 활성탄 또는 제올라이트인 것을 특징으로 하는 폐수 중에 포함된 유기물의 처리 장치.
8. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 양극이 티탄 기판 상에 형성된 백금, 루테늄, 이리듐, 팔라듐, 로듐 중 하나 이상을 포함하는 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 폐수 중에 포함된 유기물의 처리 장치.
9. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 전해질이 염화나트륨 또는 염화칼륨인 것을 특징으로 하는 폐수 중에 포함된 유기물의 처리 장치.
10. 폐수 중에 응집제 및 자성분을 첨가하여 상기 자성분을 포함하는 플록(flock)을 형성하는 응집조; 폐수 중에 형성된 상기 플록을 자기에 의해 분리하는 자기 분리 장치 및 상기 플록을 포함한 폐수로부터 폐수를 여과하는 회전 여과막을 갖는 분리부를 구비하고, 상기 회전 여과막으로 여과된 폐수가 유하하는 하류측에, 폐수 중에서 유기물을 흡착 분리하는 흡착제를 내부에 충전한 흡착조; 및 양극과 음극 사이에 통전시켜 전해질을 포함하는 물을 전기 분해하여 전해액을 생성하는 전해조가 배치되고, 상기 흡착조에 충전되어 폐수 중의 유기물을 흡착한 상기 흡착제에 상기 전해조로부터 전해액을 공급하여 접촉시켜, 상기 흡착제에 흡착된 상기 유기물을 이탈 또는 분해시키는 것을 특징으로 하는 폐수 중에 포함된 유기물 의 처리 시스템.
11. 채굴한 오일 샌드를 분쇄하는 분쇄기, 이 분쇄한 오일 샌드에 온수를 공급하여 역청을 추출하는 역청 추출 장치, 이 역청 추출 장치로부터 배출되는 폐수를 정화하는 정화 장치, 이 정화 장치로 정화된 폐수 중의 유기물을 분해하는 유기물의 처리 장치, 및 이 유기물의 처리 장치로 처리된 물을 상기 역청 추출 장치에 공급하는 배관 계통을 갖는 것을 특징으로 하는 역청 회수 시스템.
12. 제11항에 있어서, 상기 유기물의 처리 장치로 처리된 물을 가열하여 온수로 하는 가열 장치를 구비하고, 상기 유기물의 처리 장치는 흡착제가 충전된 흡착조, 및 양극과 음극을 갖고 상기 양극과 음극 사이에 통전시킴으로써 전해질을 포함하는 물을 전기 분해하는 전해조를 구비하고, 상기 흡착조에 유기물을 포함한 폐수를 공급하여 상기 유기물을 상기 흡착조에 충전된 흡착제에 흡착시키고, 상기 전해조의 전해액을 상기 흡착조에 순환 공급하는 배관을 배치시켜, 상기 흡착제에 흡착된 상기 유기물을 이탈 또는 분해시키는 것을 특징으로 하는 역청 회수 시스템.

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