KR950000214B1 - 폐수 정화 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

폐수의 정화 방법 및 장치

제 1 도는 본 발명의 페수정화 장치를 예시하는 개략도.

제 2 도는 본 발명에 따른 폐수정화 장치를 통과한 폐수의 단위 시간당 용존 산소량을 측정한 그래프.

제 3 도는 본 발명에 따른 폐수정화 장치의 일부분인 혼합기의 부분단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 워터파이프 20 : 혼합기

21 : 벌집형 격실 30 : 워터펌프

31 : 첵크밸브 40 : 공압파이프

50 : 에어컴퓨레샤 52 : 레귤레이터

본 발명은 폐수정화 방법 및 장치에 관한 것으로 특히, 폐수 및 오수의 화학적 산소요구량(COD), 생화학적 산소요구량(BOD) 및 부유물질(SS)량을 개선시켜 수질을 향상시키는방법 및 장치에 관한 것이다.

오늘날 물질문명의 눈부신 발달과 더불어 물질의 풍요와 삶의 질이 더 향상되고 있다. 이러한, 물질문명의 발달은 인류의 생활에 매우 유익하고 긍정적이라 할 수 있으나, 한편으로는 산업의 발달과 문명의 이기로 파생된 각종 산업 폐기물, 예를들어, 폐수, 분진, 유독성 가스, 화학 약품 기타 잔여 폐기물등은 산업 발달 과정에 부수적으로 생성되는 부산물로서 우리의 삶에 결코 도움이 되지 않는다.

상술한 폐기물들은 대부분 장기간의 세월이 지난다해도 분해되거나 소멸되지 않고 영구적으로 환경조건에 잔류하게 되므로, 토양, 수질 및 대기 환경을 오염시켜 인간은 물론 기타 동식물에게 갖가지 형태로 악영향을 미쳐 왔다. 따라서, 산업 폐기물과 같은 오염물질원은 별도로 회수하거나 정화 또는 여과해야 할 필요가 있어 왔다. 만일 정화 및 여과되지 않은 상태로 방치 또는 방류 되었을 경우에는 토질오염, 대기오염, 수질오염 등과 같은 자연 환경을 파괴하여 결국 생태계의 균형을 파괴하게 될 것이다.종국적으로, 생태계의 파괴는 기상이변, 동식물의 돌연변이, 신종질병 등과 같은 형태로 우리의 생활에 간접적으로 악영향을 초래하게 될 것이며, 결국 자연계의 파괴는 인류의 생존권을 위협하게 되므로 자연보호의 중요성을 인식하여 사회적 또는 국제적인 제도적장치를 마련하여 강력히 규제하고 있다. 그러나, 이와 같은 제도적 규제에도 불구하고 막대한 투자설비와 시설비 등 경제적인 부담으로 인하여 그 실효성이 극히 미미한 실정이다.

본 발명은 자연계의 파괴에 있어서, 수질오염을 최소화할 수 있는 폐수정화 장치 및 방법에 관한 것으로, 이하에서는 특히 수질오염의 정화에 대하여 중점적으로 설명하게 될 것이다.

물속에는 각종 동식물에게 필요한 필수 미네랄을 포함하고 있어 동식물의 주된 에너지를 공급하게 된다.

그러나, 오염된 수질로부터 공급되는 에너지원은 그 오염정도에 따라 동식물의 성장에 영향을 주게 되는데 그중에서도 미생물의 생존에 직접적인 영향을 주게 된다. 특히, 물속에 용존되어 있는 산소량은 호기성 미생물의 생육에 영향을 주게 되어 물속에 용해된 산소를 호흡하는 용존 산소량(DO)에 따라 직접적인 영향을 받게 됨은 물론 간접적으로 각종 물질의 분해 능력이 감소하게 된다.

통상적으로 수질환경 중의 허용될 수 있는 COD와 BOD 및 SS의 값을 규정하여 규정된 수치를 기준으로 수질의 오염실태를 판단하게 된다. 따라서, 산업폐수 및 오수를 방류하기 전에 규정된 수치 범위내로 정화시켜 방출해야 할 것인바, 물속에 용해된 COD, BOD 및 SS의 값을 규정된 범위내로 정화시키기 위한 수질 정화장치가 요망되게 되었다.

이러한 요구에 따른 종래의 수질 정화장치의 일예로서는 다수개의 대형수조를 설치하여 수조내의 폐수 및 오수속에 에어 송풍기를 통해 대기중의 공기를 장기간 폭기시키므로써 폐수의 용존 산소량(DO)를 향상시킴과 아울러 폐수의 활성화 및 산소의 부화 반응을 통해 COD, BOD 및 SS를 개선시키는 방법이 사용된다.

그러나, 이러한 정화장치는 다수개의 대형수조를 설치해야 하기 때문에 방대한 설치공간과 설치비 및 막대한 운전비용을 투자해야 하며, 작업시간에 비해 산소 흡수율이 약 0.17%의 정도로 매우 미미하기 때문에 장기간 반복 운행해야 하는 문제점이 있어, 이 문제점을 극복하고자 폐수에 희석수를 사용함으로써 운행시간을 감소시키는 경우도 있어 왔었다. 또한, 운행기간 중 소음과 진동이 매우 극심하여 2차적으로 소음 공해가 발생하기 때문에 바람직한 폐수정화 방법의 개발 필요성이 요망되어 왔다. 이와 같은 종래의 폐수정화장치에 따른 문제점을 해소하기 위해 본 발명의 폐수정화 장치를 발명하게 된 것이다.

따라서, 본 발명의 주된 목적은 순간적으로 폐수의 COD, BOD 및 SS의 수치를 효율적으로 개선시킬수 있는 폐수정화 장치 및 방법을 제공하고자 하는 것이다.

이하, 본 발명에 따른 폐수정화 장치 및 방법은 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하겠다. 폐수 및 오수내에 COD, BOD 및 SS의 값을 개선시키기 위해 폐수속에 공기를 폭기(aeration)시키므로써 달성할 수 있다는 것을 당업계 뿐만 아니라 학계에서도 널리 알려져 있는 바, 방대한 량의 폐수를 최단시간에 정화시켜야만 그 효과를 극대화시킬수 있기 때문에 본 발명에서는 효과를 극대화시키기 위해 워터 펌프를 통과시켜 송출되는 폐수의 압력을 상승시킴과 동시에 공기 압축기를 통해 폐수의 압력보다 큰 압력으로 공기를 불어넣어 송출되는 폐수와 공기를 혼합기를 통해 혼합시켜 순간적으로 폐수속의 용존 산소량을 향상시킬 수 있다. 더욱 상세하게는, 액체와 기체를 혼합시킬 때 기체 흡수 속도는 볼츠만 방정식(Boltzmann)

로 산출된다.

상기 방정식에서, N : 기체 흡수 속도, dw : 시간 dt사이에 이동하는 기체의 량, KL : 유체 물질의 이동계수, A : 액체와 기체의 접촉 표면적, C1 : 액체와 기체 접촉면의 농도, C : 유체의 농도를 나타낸다.

상기 방정식에서 알수 있는 바와 같이 유체인 폐수는 압력을 높이거나 낮추어도 밀도와 농도는 변화하지 않는다. 그러나, 기체인 공기를 압축시키면 기체농도(C)는 압력(P)에 의해 C=P(kg/cm²)+1.034(kg/cm²) 대기압의 공식이 성립된다. 따라서 압축압력(P)이 증가함에 따라 농도로 증가하여 다른 용매에 쉽게 용해되게 된다. 결국 기체농도(C)는 압축압력(P)의 증가에 따라 가용성이 향상되게 되는 것이다.

또한 액체인 용매에 기체의 용질을 용해시킬 때 포화 용해량(CM)은

공식으로 산출한다. 상기 공식중 P는 압력(kg/cm²), T는 온도를 나타낸다.

따라서, 상기 볼츠만 방정식에 따라 기체의 용해속도와 포화용해량(CM)을 설정된 압력과 온도 범위내에서는 기체 농도의 제곱에 비례하게 된다. 그러므로 폐수속에 대기중의 공기를 폭시시켜서 용존 산소량을 향상시키기 위하여 폐수와 공기에 소정압력을 가하여 산소의 농도를 증가시키는 것이 이상적인 방법임이 입증되게 된다.

전술한 바와 같이 농축된 공기를 상술한 이론에 따라 일률적이고 효과적으로 달성하기 위하여 첨부된 도면 제 1 도에 개략적으로 도시된 작업공정 개략도를 통해 달성할 수 있다.

제 1 도를 참조하면, 제 1 도는 전술한 공식에 따라 적절히 구성된 본 발명에 따른 폐수정화 장치의 개략도로서 폐수를 유입하여 약 1 내지 5kg/cm²의 압력으로 워터 파이프(10)를 통해 혼합기(20)쪽으로 송출하는 워터펌프(30) 및 상기 컴퓨레샤(50)와, 상기워터펌프(30) 및 상기 컴퓨레샤(50)의 양 파이프(10)(40)와 연통되고 벌집형 2중격실(21)를 구비하는 혼합기(20)로 구성된다.

상기 워터 파이프(10)의 일부분에는 워터펌프(30)에 의해 송출되는 폐수의 역류를 방지하는 첵크 밸브(31)를 포함하고 있다. 또한, 공압파이프(40)의 일부분에는 컴퓨레샤(50)에 의해 배출되는 공기의 역류를 방지하는 첵크밸브(51)와, 공압을 단속하는 레귤레이터(52) 및 니이들밸브(53)를 포함한다. 상기 혼합기(20)는 워터 및 공압파이프(10)(40)와 연통되게 결합되어 있으며, 상기 양 파이프(10)(40)를 통해 공급되는 폐수와 공압을 연결파이프(32)에서 혼합하게 된다. 혼합기의 내부에는 제 3 도에 도시된 바와 같이 벌집모양의 2중격벽(21)을 구비하고 있는데, 상기 격벽(21)은 직경이 19mm정도이며 약 540개의 격벽으로 이루어져있어 송출된 폐수와 공기를 혼합할 때 유체저항에 의해 폐수의 처리압력이 약 1내지 5kg/cm²의 부하를 발생하게 된다. 그러나, 상기 격벽의 직경과 개수는 공급되는 공압과 폐수압에 따라 변할 수 있기 때문에 본 발명에서는 특정 크기 및 갯수로 한정하는 것은 아니다. 이와같이 상기 혼합기에서 혼합된 기체는 약 50μ 정도의 미세한 기포를 발생하게 되어 용액에 공기가 용해하게 된다.

따라서, 본 발명의 폐수정화 장치 및 방법은 워터펌프에 의해 폐수를 유입하여 폐수 파이프를 통해 소정 압력으로 혼합기를 송출시키는 단계와 에어 컴퓨레샤로부터 발생된 공압을 공압 파이프를 통해 혼합기로 공급하는 단계와, 상기 폐수와 공급된 공기를 혼합하는 단계로 구성된 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 폐수장치 및 방법에 의거 다음의 실시예와 같은 실험을 실시하였다.

[실시예]

먼저, 용존 산소량(DO)이 0%인 폐수 또는 오수를 제조하기 위해 용량이 1000l 인 대형수조에 용매를 넣고 아황산수소나트륨(NaHSO₃)의 이온 농도가 4000PPM을 투하하여 용존 산소량이 0%인 폐수를 실험수로 제조하였다.

이와 같은 용존 산소량이 0%인 폐수를 폐수 토출량이 200l/min이고 토출압력이 2.5㎏/㎠으로 워터펌프를 통해 송출함과 동시에 에어 컴프레샤로부터 공압이 약 4㎏/㎠이고 공기량이 50l/min인 공압파이프를 통해 공급하여 환합기에서 폐수와 공기를 혼합시켜 배출시킨 결과 1회 통과시 순간적으로 폭기시켜 용존 산소량이 98%의 값을 얻을 수 있었으며, 연속 순환운전에 따른 DO의 변화량은 도면 제 2 도에 도시된 바와 같은 실험결과치를 얻을 수 있다. 또한, 본 발명이 폐수정화 장치 및 방법을 상술한 작업과 동일한 방법으로 도축장에서 발생한 폐수와 염색공장에서 발생한 폐수를 1회 통과시켜 COD, BOD 및 SS의 값을 측정해 본 결과 다음과 같은 결과치를 얻을 수 있었다.

Ⅰ. 도축장 폐수 단위 : PPM

Ⅱ. 염색공장 폐수 단위 : PPM

이상의 실험을 통해서 알 수 있는 바와 같이, 1회의 작업으로 COD, BOD 및 SS의 값에 탁월한 향상을 달성할 수 있었으며 희석수와 같은 별도의 중화제를 사용하지 않고 활성오니 중의 잉여오니를 감소할 수 있으므로 종래의 산소 흡수율의 0.17%보다도 월등한 처리능력을 발휘할 수 있다. 또한, BOD의 부하에 관계없이 용해성 BOD 및 COD가 산화제거되므로 BOD와 COD가 5000PPM정도까지 높은 것까지도 용존산소율을 거의 100%로 할 수 있다. 따라서, 현재 기존시설물의 배출구 등과 같은 협소한 공간에도 설치할 수 있으며, 미세한 기포 발생에 따른 가압부상 처리 및 광석 등의 부유선광 등에도 사용할 수 있다.

본 발명에 따른 폐수정화 장치 및 방법은 오직 예시적인 목적으로 설명한 것이나 당해 분야의 통상의 지식을 가진자라면 다수의 변형예와 실시예를 변형 실시할 수도 있으나 이들 모두는 본 발명의 진정한 기술적 사상과 범주에 속한다는 것을 밝혀두는 바이다.

Claims (1)

1. 폐수 및 오수내의 COD, BOD 및 SS값을 폭기를 통해 개선하는 폐수 정화장치에 있어서, 폐수를 흡입하여 체크밸브(31)가 구비된 워터파이프(10)를 통해 혼합기(20)로 송출되는 폐수의 압력을 상승시키기 위한 워터펌프(30)와 레귤레이터(52), 첵크밸브(51) 및 니이들밸브(53)가 구비된 공압파이프(40)를 통해 전기 혼합기(20)로 폐수의 압력보다 큰 압력으로 공기를 불어넣기 위한 에어 컴퓨레샤(50)와, 전기 워터파이프(10) 및 공압파이프(40)와 연통되고 벌집형 이중격실(21)을 구비하여 워터파이프(10) 및 공압파이프(40)로 부터 송출되는 폐수와 공기를 혼합시키기 위한 혼합기(20)로 이루어진 것을 특징으로 하는 폐수 정화장치.