KR20240056890A - 유기성 폐기물의 처리장치 및 처리방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 유기성 폐기물의 처리장치에 관한 것으로서, 유기성 폐기물을 탈리액과 고형분으로 분리하는 고액분리기; 상기 탈리액을 증발농축하여 응축액을 회수하는 증발농축기; 상기 고형분을 건조하여 응축액을 회수하는 건조기; 상기 응축액을 해리하여 상기 응축액의 산도를 조절하는 화학처리기; 산도가 조절된 상기 응축액 내의 유기산을 전기분해하여 중수를 배출하는 전기분해기; 상기 중수를 청수로 분리하는 활성탄 또는 역삼투 분리막;을 포함하고, 상기 화학처리기는 상기 응축액을 해리하여 pH 5.5 이상 pH 8.5 미만이 되도록 조절하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 유기성 폐기물의 처리장치 및 처리방법에 관한 것으로서, 유기성 폐기물에서 고형물과 고농도의 탈리액을 분리한 후 상기 탈리액을 증발 농축하여 응축액을 회수하고 상기 고형물의 건조공정으로부터 응축액을 회수하여 각각의 상기 응축액을 고효율의 전기분해를 통하여 재이용수로 활용 가능하도록 하는 것이다.
유기성 폐기물은 유기물의 함량이 40% 이상인 동식물성 폐기물로서 음식물류 폐기물, 하수슬러지, 폐수처리 슬러지, 분뇨처리 슬러지, 축산분뇨, 동식물성 잔재물 등이 있는데, 가정, 식당, 축산농가, 음식물 제조공장 등에서 다량 폐기되는 유기성 폐기물이 매립장에 투입되어 부패에 의한 악취를 발생시키거나 침출수의 발생에 의한 환경오염을 유발하여 사회적 및 환경적 문제를 야기하고 있다.
종래에 유기성 폐기물이 소각장 또는 바이오 가스화 시설에서 처리되고 있으나, 처리 비용이 지속적으로 상승함에 따라 낮은 비용으로 유기성 폐기물을 처리하고 활용하기 위한 대안이 요구되고 있다.
이러한 요구에 따라 유기성 폐기물을 가축의 사료 또는 비료로 사용할 수 있도록 처리하는 방법이 개발되어 있으나 공정이 복잡하고 실효성도 떨어지는 문제점이 있다.
최근에는 유기성 폐기물에서 선별되는 고형물을 건조하는 공정이 확대되고 있는데, 유기성 폐기물 중에서 특히, 음식물류 폐기물의 경우 약 60%는 환경오염을 심각하게 유발하는 고농도의 폐수로 발생되고 건조공정에서 약 30%는 응축수로 발생되며 약 10%가 고형물로 발생되어 그 처리 비용이 높다는 문제점이 있다.
공개특허공보 제10-2006-0111126호는 물리화학적 폐수처리 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 침출수에 용존된 슬러지를 물리화학적으로 응집시키기 위하여 전기화학적인 반응인 전해에 의한 수산화물의 생성으로 용해된 금속과 응집되도록 하고 있으나, 전극의 소모 등으로 경제성이 결여되고 유기성 폐기물로부터 응축액을 분리하여 재이용수로 활용하는데 저효율이라는 문제점이 있다.
공개특허공보 제10-2009-0047641호는 전기분해에 의한 폐수처리장치에 관한 것으로서, 전해효율을 높이기 위하여 PH조정조에서 PH와 전기전도도를 일정하게 유지하고 있으나, 유기성 폐기물로부터 응축액을 분리하여 재이용수로 활용하는데 저효율이라는 문제점이 있다.
등록특허공보 제10-0556291호는 전기화학적 폐수 처리 장치에 관한 것으로서, 폐수 내의 질소 성분을 전기분해하여 신속하게 분리하기 위하여 폐수의 전기 전도도를 조정하고 폐수 방류 기준에 맞게 PH를 조정하고 있으나, 유기성 폐기물로부터 응축액을 분리하여 재이용수로 활용하는데 저효율이라는 문제점이 있다.
등록특허공보 제10-1168691호는 폐음식물 탈리액 처리방법 및 처리시스템에 관한 것으로서, 폐음식물 원액에 존재하는 다양한 크기와 종류의 부유물질을 원활하게 제거하기 위하여 두단계 과정을 거쳐 원심분리하도록 하는데, 중속원심분리단계를 먼저 수행하여 비교적 크기가 큰 부유물질이 1차 분리되어 제거되도록 한 후에 고속원심분리과정을 2차로 수행하여 작은 크기의 부유물질이 원활하게 제거되도록 하고, 그 이후에는 목편흡착과정, 이온화과정, 회전울트라필터와 역삼투압 방식을 수행하고 있으나, 0.001mm 이하의 입자가 통과되도록 하고 있어 재이용수로 사용하는 것이 어렵고 이러한 처리 과정은 높은 설비 비용과 높은 유지 비용이 필요하다는 문제점이 있다.
등록특허공보 제10-1967179호는 역삼투막 농축수 처리시설을 구비한 막분리 수처리 시스템에 관한 것으로서, 하수처리효율을 높이고 역삼투 농축수의 난분해성 유기물질 등을 제거하여 공업수로 재이용하기 위하여 생물학적 처리와 분리막을 결합한 MBR(Membrane Bioreactor) 공정과 역삼투(RO: Reverse Osmosis) 공정을 적용하고, 역삼투막 모듈의 전단에 수산화나트륨 도징 시스템을 포함하여 상기 역삼투막 모듈에 유입되는 처리수의 pH 조정하고 있으나, 구체적인 pH 조정에 대하여 나타나 있지 아니하여 재이용수로 사용하는 것이 어렵고 이러한 처리 과정은 높은 설비 비용과 높은 유지 비용이 필요하다는 문제점이 있다.
등록특허공보 제10-0481801호는 고효율 역삼투 처리 방법 및 장치에 관한 것으로서, 역삼투(RO: Reverse Osmosis)막에 의한 실리카의 제거율을 높이기 위하여 공급수의 pH를 조작하여 pH 8.5 이상 또는 pH 10을 초과하도록 하고, 더 바람직하게는 pH 11을 초과하도록 조작한 후 상기 공급수를 RO형 막분리유닛으로 주입하고 있으나, 이러한 무기물을 정제하기 위한 구성을 유기성 폐기물에 적용하는 것은 기술분야가 상이하여 어렵다고 보이고 pH 8.5 이상 또는 pH 10을 초과하는 공급수를 주입하게 되면 역삼투막이 쉽게 손상된다는 점에서 역삼투막의 효율성이 떨어지고 높은 처리비용이 필요하다는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 유기성 폐기물로부터 응축액을 분리하여 고효율의 전기분해를 통하여 재이용수로 활용 가능하도록 하는 것이다.
또한 본 발명의 다른 목적은, 유기성 폐기물을 고효율의 전기분해를 통하여 재이용수를 저비용으로 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 다른 목적은, 유기성 폐기물을 처리하여 재이용수를 제공하는 처리공정을 단순화하는 것이다.
또한 본 발명의 다른 목적은, 유기성 폐기물을 처리하여 재이용수를 제공하는 처리공정을 고효율화하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기 목적으로만 제한하지 아니하고, 위에서 명시적으로 나타내지 아니한 다른 기술적 과제는 이하 본 발명의 구성 및 작용을 통하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 쉽게 이해할 수 있을 것이다.
본 발명에서는, 상기 과제를 해결하기 위하여 이하의 구성을 포함한다.
본 발명은 유기성 폐기물의 처리장치에 관한 것으로서, 유기성 폐기물을 탈리액과 고형분으로 분리하는 고액분리기; 상기 탈리액을 증발농축하여 응축액을 회수하는 증발농축기; 상기 고형분을 건조하여 응축액을 회수하는 건조기; 상기 응축액을 해리하여 상기 응축액의 산도를 조절하는 화학처리기; 산도가 조절된 상기 응축액 내의 유기산을 전기분해하여 중수를 배출하는 전기분해기; 상기 중수를 청수로 분리하는 활성탄 또는 역삼투 분리막;을 포함하고, 상기 화학처리기는 상기 응축액을 해리하여 pH 5.5 이상 pH 8.5 미만이 되도록 조절하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 화학처리기는 탄산나트륨, 가성소다, 알루민산소다, 탄산칼슘, 수산화칼륨, 수산화칼슘 중 적어도 하나 이상을 사용하여 상기 응축액을 해리하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 전기분해기는, 전해조; 상기 전해조 내에 설치되는 티타늄 재질의 음극; 상기 전해조 내에 설치되는 티타늄 전극에 이리듐, 팔라듐, 루테늄 중의 적어도 어느 하나로 코팅된 양극;을 더 포함하고, 상기 음극과 상기 양극의 전극간격은 3 ~ 10 mm 이고, 상기 음극과 상기 양극 간의 전류밀도는 10 ~ 80 mA/cm2 인 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기 전기분해기의 온도 상승을 방지하기 위하여 냉각기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 역삼투 분리막은 1가 이온 배제율이 95 내지 99.7 %인 폴리아마이드 재질인 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 유기성 폐기물의 처리방법에 관한 것으로서, 고액분리기에서 유기성 폐기물을 탈리액과 고형분으로 분리하는 단계; 증발농축기에서 상기 탈리액을 증발농축하여 응축액을 회수하는 단계; 건조기에서 상기 고형분을 건조하여 응축액을 회수하는 단계; 화학처리기에서 상기 응축액을 해리하여 상기 응축액의 산도를 조절하는 단계; 전기분해기에서 산도가 조절된 상기 응축액 내의 유기산을 전기분해하여 중수를 배출하는 단계; 활성탄 또는 역삼투 분리막을 사용하여 상기 중수를 청수로 분리하는 단계;를 포함하고, 상기 화학처리기는 상기 응축액을 해리하여 pH 5.5 이상 pH 8.5 미만이 되도록 조절하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 효과는 유기성 폐기물로부터 응축액을 분리하여 고효율의 전기분해를 통하여 재이용수로 활용 가능하게 하는 것이다.
또한 본 발명의 다른 효과는, 유기성 폐기물을 고효율의 전기분해를 통하여 재이용수를 저비용으로 제공하는 것을 가능하게 하는 것이다.
또한 본 발명의 다른 효과는, 유기성 폐기물을 처리하여 재이용수를 제공하는 처리공정을 단순화하는 것을 가능하게 하는 것이다.
또한 본 발명의 다른 효과는, 유기성 폐기물을 처리하여 재이용수를 제공하는 처리공정을 고효율화하는 것을 가능하게 하는 것이다.
본 발명에 의한 효과는 상기 효과로만 제한하지 아니하고, 위에서 명시적으로 나타내지 아니한 다른 효과는 이하 본 발명의 구성 및 작용을 통하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 쉽게 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명인 유기성 폐기물의 처리장치에서 유기성 폐기물로부터 응축액을 회수하는 공정을 도시한다.
도 2는 본 발명인 유기성 폐기물의 처리장치에서 응축액으로부터 중수, 청수를 회수하는 공정을 도시한다.
도 3은 본 발명인 유기성 폐기물의 처리방법에서 유기성 폐기물로부터 응축액을 회수하고 상기 응축액으로부터 중수, 청수를 회수하는 흐름도를 도시한다.
도 2는 본 발명인 유기성 폐기물의 처리장치에서 응축액으로부터 중수, 청수를 회수하는 공정을 도시한다.
도 3은 본 발명인 유기성 폐기물의 처리방법에서 유기성 폐기물로부터 응축액을 회수하고 상기 응축액으로부터 중수, 청수를 회수하는 흐름도를 도시한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전체적인 구성 및 작용에 대해 설명하기로 한다. 이러한 실시예는 예시적인 것으로서 본 발명의 구성 및 작용을 제한하지는 아니하고, 실시예에서 명시적으로 나타내지 아니한 다른 구성 및 작용도 이하 본 발명의 실시예를 통하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 쉽게 이해할 수 있는 경우는 본 발명의 기술적 사상으로 볼 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명인 유기성 폐기물의 처리장치에서 유기성 폐기물로부터 응축액을 회수하는 공정을 도시한다.
도 1을 참조하면, 본 발명인 유기성 폐기물의 처리장치는 고액분리기(10), 유수분리기(20), 생물학적 처리기(30), 증발농축기(100), 건조기(200)를 포함하고 있다.
상기 고액분리기(10)는 하수처리장, 사업장폐수처리장, 공공처리장 등에 적용되는 통상의 일반적인 고액분리기로서 탈수 공정으로 고형물(고형분)과 폐수(탈리액)로 분리하고, 반복적으로 분리된 폐수(탈리액)에서 고형물(고형분)과 폐수(탈리액)로 더 분리할 수 있다.
상기 유수분리기(20)도 하수처리장, 사업장폐수처리장, 공공처리장 등에 적용되는 통상의 일반적인 유수분리기로서 고형물(고형분), 유분, 폐수로 분리하는 공정을 수행한다.
상기 생물학적 처리기(30)도 하수처리장, 사업장폐수처리장, 공공처리장 등에 적용되는 통상의 일반적인 생물학적 처리기로서 미생물을 이용하여 오염물을 분해하는 공정을 수행하며 이로부터 액비, 바이오가스 등을 생성할 수 있다.
상기 증발농축기(100)는 상기 고액분리기(10), 상기 유수분리기(20), 상기 생물학적 처리기(30) 등에서 분리된 탈리액을 증발농축하여 응축액을 회수하는 공정을 수행한다.
상기 건조기(200)는 고형분을 건조하고 증발액을 응축하여 응축액을 회수하는 공정을 수행하며, 이로부터 퇴비, 비료 등을 생성할 수도 있다.
상기 증발농축기(100)와 상기 건조기(200)에서 회수하는 응축액은 크롬법에 의한 화학적 산소요구량(CODcr)을 32,000 ppm 정도 포함하고 있는 것이 확인되었다.
도 2는 본 발명인 유기성 폐기물의 처리장치에서 응축액으로부터 중수, 청수를 회수하는 공정을 도시한다.
도 2를 참조하면, 본 발명인 유기성 폐기물의 처리장치는 상기 증발농축기(100)와 상기 건조기(200)에서 회수하는 응축액으로부터 중수를 회수하기 위하여 화학처리기(110), 전기분해기(120), 활성탄 또는 역삼투 분리막(130)을 포함하고 있다.
상기 화학처리기(110)는 상기 응축액을 해리하기 위하여 탄산나트륨, 가성소다, 알루민산소다, 탄산칼슘, 수산화칼륨 중 적어도 하나를 사용하고 또한 적어도 둘 이상을 혼합하여 사용할 수 있으며, 상기 응축액 내의 유기산이 해리되는 산도인 pH 5.5 이상 pH 8.5 미만으로 조절될 수 있다.
상기 전기분해기(120)는 산도가 조절된 상기 응축액 내의 유기산을 전기분해하여 중수를 배출하는데, 전해조 내에 설치되는 음극과 양극에 전압을 인가하여 전기분해를 수행하게 된다.
전기분해시 유기산은 양극에서 산화되지만 물의 전기분해에 의한 수산화 이온이 전극 표면에 흡착되어 유기물을 산화하는 직접산화와 염소의 전기분해에 의해 생성되는 하이포아염소산 등의 중간산물에 의한 간접산화로 구분할 수 있다.
즉, 직접산화에 의하여 유기물질(R)은 산화성 양극에 흡착된 수산화 이온과 반응하여 이산화탄소, 물 또는 수소로 분해되고, 간접산화에 의하여 유기물질(R)이 제거되면서 염소의 양극 산화가 동시에 발생하며 하이포아염소산이 전극 표면에 형성되고 음극에서 발생하는 수소에 의하여 물 속의 유기물질(R)이 환원되기도 하며 산화형 물질이 쉽게 환원된다.
유기산의 전기분해 반응은 다음과 같다.
양극 반응: 2RCOO- + 2e- ----> 2RCOO. ----> 2CO2 + 2R. ----> R-R
음극 반응: 2H2O + 2e- ----> 2OH- + 2H. ----> H2
전체 반응: 2RCOOH + NaOH -> 2RCOO-Na+ + 2H2O -> R-R + 2CO2↑+H2↑+2NaOH
R: C1 ~ C3의 알킬
폐수 속의 유기산을 제거하는 메커니즘을 좀 더 구체적으로 살펴보면, 전기분해시 전해질로 염화나트륨을 주로 사용하는데 폐수 내의 염소(Cl-) 이온에 의하여 음극(환원전극)과 양극(산화전극)에서 아래와 같은 반응이 일어난다.
음극 반응: 2H2O + 2e- → H2 + 2OH-
양극 반응: 2Cl- → Cl2 + 2e-
또한 연속하여 전극 상호 반응으로서 다음과 같은 전기분해 반응이 일어난다.
Cl2 + H2O → HOCl + H+ + Cl-
HOCl → OCl- + H+
또한 아래와 같은 반응으로 차아염소산나트륨이 생성된다.
NaCl + H2O + 2e- → NaOCl + H2
NaOCl → Na+ + OCl-
OCl- + H2O → HOCl + OH-
폐수 속의 유기산은 전기분해시 양극에서 생성되는 강력한 산화제에 의하여 산화되어 이산화탄소, 알칸(에탄 등), 수소 등으로 분해되어 제거되고, 또한 음극 반응에 의해 생성되는 차아염소산나트륨 등의 산화제에 의해 분해된다.
전해조 내에 설치되는 음극과 양극을 이루는 재질의 경우, 일반적으로는 철(Fe), 알루미늄(Al), 스테인레스강(SUS) 등이 사용되고 있는데, 본 발명에서는 음극으로는 티타늄을 사용하고, 양극은 티타늄 전극에 이리듐, 팔라듐, 루테늄 중의 적어도 어느 하나로 코팅된 전극을 사용하여 높은 제거율을 달성하고 내구성을 향상하여 전극의 소실 없이 반영구적으로 사용할 수 있도록 하였으며, 전기분해의 용량에 따라 상기 음극과 상기 양극을 여러 개 교차하여 구성하게 된다.
특히, 티타늄 전극은, 유기산의 해리상수(pKa)와 유사하거나 이보다 더 큰 산도(pH)를 갖는 전해질에서 현저한 효과를 보이며 산소(O2)의 형성을 억제한다.
또한 전기분해는 유기산의 해리상수(pKa)와 유사하거나 이보다 더 큰 산도(pH)를 갖는 전해질에서 효율이 높아질 수 있으나, 알칼리성 전해질에서는 효율이 저하되므로, 상기 화학처리기(110)는 상기 응축액 내의 유기산이 해리되는 산도인 pH 5.5 이상 pH 8.5 미만으로 조절하여 전기분해를 고효율로 수행할 수 있도록 한다.
또한 산성 전해질에서 이산화탄소는 탄산과 평형을 이루어 용해도가 낮지만, 알칼리성 전해질에서는 이산화탄소가 중탄산염 및 탄산염 이온으로 전환되어 광범위하게 용해된다.
전기분해시 가장 적절한 전류밀도는 10 ~ 80 mA/cm2 인 것이 바람직하고, 20 ~ 40 mA/cm2 인 경우에 더 좋은 결과를 얻을 수 있었는데, 전류밀도가 너무 낮으면 전기분해 시간이 오래 걸리고 폐수의 농도가 높은 경우에는 전기분해의 효율이 더 낮아지는 결과를 보였고, 전류밀도가 너무 높으면 전기분해의 효율은 높아질 수 있으나 온도가 상승하고 과도한 에너지가 소모되며 전극 극판의 부식과 소모를 빠르게 유발하게 된다.
또한 전기분해 시간과 전류밀도는 서로 반비례의 관계에 있는 것으로서, 전기분해 시간은 총 20분으로 하는 것이 적정한데 이러한 전기분해 시간은 휘발성 유기산의 농도가 9,000 ppm 인 경우에 20분 정도로도 충분하지만, 그 이상인 경우에는 20분 이상이 필요할 수도 있다. 물론, 전기분해의 용량에 따라 상기 음극과 상기 양극을 여러 개 교차하여 구성하여 전기분해 시간을 단축시킬 수도 있다.
상기 음극과 상기 양극의 전극간격은 전류밀도에 영향을 주는데, 3 ~ 10 mm 일 수 있고, 5 mm 정도로 설정하는 것이 바람직하다.
전극간격이 3 mm 보다 작은 경우에는 스파크에 의한 누전의 위험이 커지고 상기 음극과 상기 양극을 여러 개 교차하여 구성하는데 어려움이 발생하며 전류의 전도가 고르지 못하게 된다.
전극간격이 10 mm 보다 큰 경우에는 전극간 저항이 커짐에 따라 전력 소모도 커지는 문제가 발생하고, 폐수 속의 유기산을 제거하는 제거율에도 저감 시켜서 동일한 용량의 폐수 처리시에 설비 규모가 커지는 문제도 발생한다.
폐수에 투입되는 전해질은 전기분해시 전류의 흐름을 원활하게 하여 전압을 낮아지게 하지만, 전해질을 과도하게 투입하면 전극 극판의 부식을 초래하고, 일정 농도 이상에서는 전류의 세기가 증가하지 않고 운전비용만 상승한다.
본 발명에서는 폐수에 첨가되는 전해질의 양은 폐수의 농도와 종류에 따라 달라질 수 있는데 0.5% 정도가 바람직한 것으로 나타났다.
또한 최적의 전류밀도를 유지하여 유기성 폐기물 내의 유기산을 분해하기 위하여 냉각수를 사용하여 높아지는 온도와 열을 감소하여야 하므로 전기분해 시에 온도 상승을 방지하기 위하여 냉각기를 더 포함하는 것이 바람직하다.
유기성 폐기물에 포함되어 있는 유기산의 예에는 아세트산, 프로피온산, 부티르산 등이 있는데, 이들의 해리상수(pKa)는 4.75에서 4.9 사이의 범위에 있으므로, 모두 유사한 특성을 보여주고 있다.
상기 유기산을 전기분해하는 경우 알킬 라디칼 중간체를 통하여 알칸(에탄 등)과 이산화탄소(CO2)의 형성을 유도하게 되는데, 유기산의 해리상수(pKa)와 유사하거나 더 큰 산도(pH)를 갖는 전해질에서 상기 유기산을 전기분해 하는 효율이 높다.
한편, 산도(pH)가 너무 높은 알칼리성 용액에서는 오히려 전기분해하는 효율이 저하되는데, 산성 전해질에서 이산화탄소(CO2)는 탄산과 평형을 이루어 용해도가 낮지만, 알칼리성 용액에서는 이산화탄소(CO2)가 중탄산염 및 탄산염 이온으로 전환되어 광범위하게 용해되기 때문이다.
상기 활성탄 또는 역삼투 분리막(130)에서는 상기 중수로부터 유기산을 더욱 더 제거하여 청수를 회수하는 공정을 수행한다.
특히, 상기 역삼투 분리막(130)은 1가 이온 배제율이 95 내지 99.7 %인 것이 바람직하고, 폴리아마이드 재질인 것이 바람직하며, 1가 이온 배제율이 높을수록 시간당 처리량이 낮아지므로, 시간당 처리량을 높이기 위해서는 복수개의 역삼투 분리막을 사용하게 된다.
또한, 상기 화학처리기(110)는 상기 응축액의 산도가 pH 5.5 이상 pH 8.5 미만이 되도록 상기 응축액의 유기산을 해리하여 상기 역삼투 분리막(130)에서 유기산의 제거율을 더 높일 수 있다.
결국 상기 응축액의 해리도가 유기산의 제거율에 영향을 미치게 되는 것은 역삼투 분리막(130)의 표면 전하 및 유기산의 해리에 영향을 미치게 되는 것이고, 상기 응축액의 해리가 부족한 경우 유기산의 제거율을 더 높이기 위해서는 더 배제율이 높은 역삼투 분리막을 사용할 수도 있다.
유기산의 예에는 아세트산, 프로피온산, 부티르산 등이 있는데, 이들의 해리상수(pKa)는 4.75에서 4.9 사이의 범위에 있으므로, 모두 유사한 특성을 보여주고 있다.
본 발명의 실시예에서 전기분해를 수행하기 위한 조건으로서, 전해질은 NaCl 0.5 중량%를 첨가하고 응축액의 산도(pH)를 조절하기 위하여 수산화나트륨(NaOH)을 첨가한 후 전기분해를 20분 동안 수행하였다.
음극으로는 티타늄 전극을 사용하고 양극은 티타늄에 루테늄으로 코팅된 전극을 사용하며, 전극 간의 전압은 0 ~ 6 V의 범위에서 인가하여 전류밀도는 50 ~ 100 mA/cm2 이었으며, 전극 간격은 5 mm 로 하였다.
또한 역삼투 분리막(130)은 1가 이온 배제율이 95 내지 99.7 %인 폴리아마이드 재질로 하였다.
증발기로 응축한 휘발성 유기산 폐수를 산성(pH 3)에서 전기분해할 경우 탈탄산화 및 알칸의 생성이 이루어지지 않았고, pH 6에서는 유기산을 산화하여 알칸(에탄 등)과 이산화탄소로 산화되어 CODcr 농도가 32,000 ppm 에서 11,000 ppm 으로 65.6 % 제거되었다.
pH 8에서 유기산을 산화하여 에탄과 이산화탄소로 산화되어 CODcr 농도가 32,000 ppm 에서 8,000 ppm 으로 75 % 제거되었다.
상기 pH 8에서 전기분해한 정제수를 활성탄으로 처리하여 CODcr 농도 8,000 ppm 을 1,100 ppm 으로 86 % 제거되었다.
상기 pH 8에서 전기분해한 정제수를 역삼투 분리막(폴리아마이드재질, 1가 이온 배제율 99.7%)을 사용하여 압력 10바로 운전하여 CODcr 농도 8,000 ppm 을 97 % 제거된 210ppm으로 제조하였다.
도 3은 본 발명인 유기성 폐기물의 처리방법에서 유기성 폐기물로부터 응축액을 회수하고 상기 응축액으로부터 중수, 청수를 회수하는 흐름도를 도시한다.
도 3을 참조하면, 본 발명인 유기성 폐기물의 처리방법은 고액분리기(10), 증발농축기(100), 건조기(200), 화학처리기(110), 전기분해기(120), 역삼투 분리막(130)에 의하여 공정이 진행될 수 있다.
본 발명인 유기성 폐기물의 처리방법은 고액분리기(10)에서 유기성 폐기물을 탈리액과 고형분으로 분리하는 단계(S100); 증발농축기(100)에서 상기 탈리액을 증발농축하여 응축액을 회수하는 단계(S200); 건조기(200)에서 상기 고형분을 건조하여 증발액을 응축한 응축액을 회수하는 단계(S300); 화학처리기(110)에서 상기 응축액을 해리하여 상기 응축액의 산도를 조절하는 단계(S400); 전기분해기(12)에서 산도가 조절된 상기 응축액 내의 유기산을 전기분해하여 중수를 배출하는 단계(S500); 활성탄 또는 역삼투 분리막(130)에서 상기 중수를 청수로 분리하는 단계(S600);를 포함하고 있다.
특히, 상기 화학처리기(110)는 pH 5.5 이상 pH 8.5 미만이 되도록 상기 응축액의 유기산을 해리하여 상기 전기분해기(120) 및 상기 역삼투 분리막(130)에서 유기산의 제거율을 더 높일 수 있다.
상기 화학처리기(110)는 상기 응축액을 해리하기 위하여 탄산나트륨, 가성소다, 알루민산소다, 탄산칼슘, 수산화칼륨 중 적어도 하나를 사용하고 또한 적어도 둘 이상을 혼합하여 사용할 수 있으며, 상기 응축액 내의 유기산이 해리되는 산도인 pH 5.5 이상 pH 8.5 미만으로 조절될 수 있다.
상기 전기분해기(120)는 산도가 조절된 상기 응축액 내의 유기산을 전기분해하여 중수를 배출하는데, 전해조 내에 설치되는 음극과 양극에 전압을 인가하여 전기분해를 수행하게 된다.
전기분해는 유기산의 해리상수(pKa)와 유사하거나 이보다 더 큰 산도(pH)를 갖는 전해질에서 효율이 높아질 수 있으나, 알칼리성 전해질에서는 효율이 저하되므로, 상기 화학처리기(110)는 상기 응축액 내의 유기산이 해리되는 산도인 pH 5.5 이상 pH 8.5 미만으로 조절하여 전기분해를 고효율로 수행할 수 있도록 한다.
상기 활성탄 또는 역삼투 분리막(130)에서는 상기 중수로부터 유기산을 더욱 더 제거하여 청수를 회수하는 공정을 수행한다.
특히, 상기 역삼투 분리막(130)은 1가 이온 배제율이 95 내지 99.7 %인 것이 바람직하고, 폴리아마이드 재질인 것이 바람직하며, 1가 이온 배제율이 높을수록 시간당 처리량이 낮아지므로, 시간당 처리량을 높이기 위해서는 복수개의 역삼투 분리막을 사용하게 된다.
또한, 상기 화학처리기(110)는 상기 응축액의 산도가 pH 5.5 이상 pH 8.5 미만이 되도록 상기 응축액의 유기산을 해리하여 상기 역삼투 분리막(130)에서 유기산의 제거율을 더욱 더 높일 수 있다.
10: 고액분리기
20: 유수분리기
30: 생물학적 처리기
100: 증발농축기
110: 화학처리기
120: 전기분해기
130: 활성탄 또는 역삼투 분리막
200: 건조기
20: 유수분리기
30: 생물학적 처리기
100: 증발농축기
110: 화학처리기
120: 전기분해기
130: 활성탄 또는 역삼투 분리막
200: 건조기
Claims (6)
- 유기성 폐기물의 처리장치에 있어서,
유기성 폐기물을 탈리액과 고형분으로 분리하는 고액분리기;
상기 탈리액을 증발농축하여 응축액을 회수하는 증발농축기;
상기 고형분을 건조하여 응축액을 회수하는 건조기;
상기 응축액을 해리하여 상기 응축액의 산도를 조절하는 화학처리기;
산도가 조절된 상기 응축액 내의 유기산을 전기분해하여 중수를 배출하는 전기분해기;
상기 중수를 청수로 분리하는 활성탄 또는 역삼투 분리막;을 포함하고,
상기 화학처리기는 상기 응축액을 해리하여 pH 5.5 이상 pH 8.5 미만이 되도록 조절하는 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물의 처리장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 화학처리기는 탄산나트륨, 가성소다, 알루민산소다, 탄산칼슘, 수산화칼륨 중 적어도 하나 이상을 사용하여 상기 응축액을 해리하는 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물의 처리장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 전기분해기는,
전해조;
상기 전해조 내에 설치되는 티타늄 재질의 음극;
상기 전해조 내에 설치되는 티타늄 전극에 이리듐, 팔라듐, 루테늄 중의 적어도 어느 하나로 코팅된 양극;을 더 포함하고,
상기 음극과 상기 양극의 전극간격은 3 ~ 10 mm 이고,
상기 음극과 상기 양극 간의 전류밀도는 10 ~ 80 mA/cm2 인 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물의 처리장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 전기분해기의 온도 상승을 방지하기 위하여 냉각기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물의 처리장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 역삼투 분리막은 1가 이온 배제율이 95 내지 99.7 %인 폴리아마이드 재질인 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물의 처리장치.
- 유기성 폐기물의 처리방법에 있어서,
고액분리기에서 유기성 폐기물을 탈리액과 고형분으로 분리하는 단계;
증발농축기에서 상기 탈리액을 증발농축하여 응축액을 회수하는 단계;
건조기에서 상기 고형분을 건조하여 응축액을 회수하는 단계;
화학처리기에서 상기 응축액을 해리하여 상기 응축액의 산도를 조절하는 단계;
전기분해기에서 산도가 조절된 상기 응축액 내의 유기산을 전기분해하여 중수를 배출하는 단계;
활성탄 또는 역삼투 분리막을 사용하여 상기 중수를 청수로 분리하는 단계;를 포함하고,
상기 화학처리기는 상기 응축액을 해리하여 pH 5.5 이상 pH 8.5 미만이 되도록 조절하는 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물의 처리방법.
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| KR1020220136708A KR20240056890A (ko) | 2022-10-21 | 2022-10-21 | 유기성 폐기물의 처리장치 및 처리방법 |
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2022
- 2022-10-21 KR KR1020220136708A patent/KR20240056890A/ko unknown
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