KR960002259B1

KR960002259B1 - 전기침투에 의한 난분해성 폐수 처리 장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR960002259B1
Application number: KR1019930013857A
Authority: KR
Inventors: 정상현
Original assignee: 정수환경기연주식회사; 정상현
Priority date: 1993-07-21
Filing date: 1993-07-21
Publication date: 1996-02-14
Also published as: KR950003175A

Abstract

내용 없음.

Description

전기침투에 의한 난분해성 폐수 처리 장치 및 그 방법

제1도는 본 발명에 따른 폐수 처리 장치의 구조 사시도.

제2도는 제1도의 일부확대 단면도.

제3도는 본 발명에 따른 폐수 처리 장치의 부분적 사시도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 폐수/미생물 혼탁액 12 : 폐수

14 : 미생물층 20 : 체류수단

30 : 통전수단 40 : 조절수단

50 : 상대적극 60 : 순환수단

70 : 기포

본 발명은 난분해성 폐수(폐액)의 처리 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 특히 난분해성 COD 성분을 고농도로 함유하고 있는 폐수에 전기를 침투시켜 폐수/미생물층 혼탁액내 미생물층의 강한 활성을 유도하여 처리하는 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

종래에도 미생물을 이용한 폐수 처리 장치와 그 방법이 다수 있었으나 난분해성 COD 성분을 함유한 폐수의 처리에는 그 한계가 있었다. 실제로 자연주를 이용한 폐수 처리 방법은 미생물의 활용도와 그 분해능에 자연적 제한이 있어 약품 처리 및/또는 물리화학적 처리 등의 전처리가 필요할 뿐 아니라 기본적인 미생물의 처리 능력이 낮기 때문에 난분해성 COD 성분의 최종처리를 위한 활성탄 처리 등이 요구되었다. 또한, 변이주를 이용한 폐수 처리 방법도 난분해성 COD 성분을 완전히 분해 처리하지 못하기 때문에 오늘날 산업이 급속히 발전함에 따라 공장 등에서 다량 발생되고 있는 고농도의 다양한 폐수의 처리에 있어서 2차 잉여물의 발생 등 많은 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하여, 난분해성 COD 성분을 고농도로 함유한 폐수를 보다 완벽히 처리할 수 있는 폐수 처리 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 폐수중 미생물층에 특이한 통전수단을 사용하여 전기를 침투시키므로써 미생물층의 응집, 생식농도, 활성력 환경 등을 고도로 높이고, 그리고 전기분해 가스를 발생시켜 응집 미생물층을 분리 및 부상농축하여 고농도의 미생물 농축층을 형성시키므로써 이 농축된 미생물층으로 난분해성 폐수를 분해처리 하는데 있다.

실제로 이와같은 폐수에 대한 전기적 처리의 기본이론은 전해질의 용액에 전극을 설치하고 외부에서 전기를 통하여 주는 동안에 일어나는 전극에서의 화학반응을 응용한 것이며, 본 발명에 따른 폐수 처리 방법에서는 양극에서의 금속의 용해와 산소의 발생 등 산화반응(2OH^--2e^-→H₂O+1/2O2↑)을 주반응으로 이용하며, 이 때의 전기분해 반응은 용액간의 계면상에서 폐수중의 유기물을 분해시키며 양극에서 용해된 금속 이온은 전해시 생성된 부유물질과 함께 침강, 흡착 및 응집 등의 물리, 화학적 작용을 복합적으로 발생시키므로써 폐수의 처리를 촉진시키는 것이다.

이하, 상기와 같은 특징이 있는 본 발명에 따른 폐수 처리 장치를 첨부한 예시도면에 의거 상세히 설명한다.

제1도는 본 발명에 따른 폐수 처리 장치의 구조 단면도로서, 본 발명에 따른 폐수 처리 장치는 여러단으로 구성된 폐수/미생물 혼탁액(10)의 처리 탱크(20)(이하, "체류수단"이라 함), 체류수단(20)의 중앙부에서 회전접촉 또는 교반접촉하는 통전수단(전극)(30), 통전수단(30)의 중앙과 주변에서 폐수/미생물 혼탁액(10)의 이류, 유출, 순환이 원활하게 유량과 유속을 조절하는 조절수단(40)이, 조절수단(40)에 위치한 통전수단(30)에 대면하는 상대전극(50), 그리고 각 체류수단(20)의 폐수/미생물 혼탁액(10)내 미생물층 농도균형을 조절하기 위한 순환수단(60)을 포함하며, 이 때에 상기 조절수단(40)은 폐수/미생물 혼탁액(10)의 이류부분에 설치, 구성되며, 폐수/미생물 혼탁액(10)이 통과하는 곳에 위치하도록 구성되는 것이 바람직하다.

제2도는 폐수/미생물 혼탁액(10)에 전기를 침투시켰을 때 조절수단(40)을 통해 하강하는 폐수/미생물 혼탁액(10)내의 응집된 미생물층(14)에 전기분해가스의 기포(70)에 부착하여 상승하는 상태를 확대 도시한 것이다.

제3도는 본 발명에 따른 폐수 처리 장치의 부분적 사시도로서, 통전수단(30), 상대전극(50) 및 조절수단(40)를 확대 도시한 것이다.

상기와 같은 폐수처리 장치를 이용한 이 발명에 따른 폐수 처리 방법은 상대전극(50)이 설치된 하나 또는 다수의 조절수단(40)으로 연결되고, 그 내부 중앙에 전기를 통하는 면을 갖는 통전수단(30)이 위치한 체류수단(20)에 폐수/미생물 혼탁액(10)을 유입시키면서 상기 통전수단(30)과 상대전극(50)에 전기를 통하여 폐수/미생물 혼탁액(10)내에 전기를 침투시키므로써 상기 폐수/미생물 혼탁액(10)내 미생물층(14)의 응집을 촉진시키고, 전기분해가스(기포)(60)를 발생시키므로써 응집 미생물층을 농축 부상시켜, 고밀도의 통전 미생물 농축층을 형성시켜 난분해성 폐수(12)의 미생물 처리를 가능하게 하는 것이다.

이를 보다 상세히 설명하면, 1. 처리폐수(12)를 첫번째 체류수단(20)에 유입하고 미생물층(14)와 혼합하여 폐수/미생물 혼탁액(10)을 형성시킨 후 통전수단(20)을 통하여 전기를 통하게 함으로서 미생물층(14)을 활성화 시킨다. 이때에 미생물층(14)의 표층은 통전작용을 받아서 표면전위의 균형이 깨짐으로서 응집이 촉진되어 침전물이 형성되며, 이 미생물층(14)은 통성혐, 호기성 미생물층을 사용하는 것이 바람직하고 이는 처리폐수내 용존산소요구량이 적기 때문이다.

2. 첫번째 체류수단(20)에서 활성화된 미생물층(14)과 전기분해에 의해 난분해성 성분이 점차적으로 분해 처리되면서 폐수/미생물층 혼탁액(10)은 조절수단(40)을 통하여 두번째 체류수단(20)으로 하강한다.

이때에 폐수/미생물층 혼탁액(10)이 조절수단으로 통과하면서 전기가 통하는 회전면을 가진 통전수단에 의해 발생하는 전기분해 발생기포(70)가 미생물층(14)에 부착되어 미생물층은 조절수단(40)에서 대부분 첫번째 체류수단(20)으로 상승하여 생식계내에 농축되는데 반하여 폐수(12)는 하강한다. 여기서 하강하는 폐수(12)의 처리 정도에 따라 조절수단(40)을 조절하여 폐수/미생물 혼탁액(10)의 하강속도를 늦출 수 있다.

따라서, 첫번째 체류수단(20)내의 미생물층(14) 농도는 일정하게 유지된다.

이 동안에 폐수(12)에 함유된 염기류, 염류 및 용해성 고형물 등은 전기분해작용을 받아서 분해처리되어 미생물층(14)의 생식 선택압을 낮게 하므로 미생물층(14)의 활성화를 돕는다. 따라서, 체류수단(20)내 폐수/미생물층(10)의 고농도 미생물층 생식환경으로부터 고농도의 활성기능이 발휘되어 결국 난분해성 폐수(12)가 처리된다. 이 때에 이생물층(14)의 생식환경에 전기를 통하여 생식환경의 염류와 용해성 고형물 등을 전기분해처리 함으로써 미생물층의 삼투압을 낮춰 미생물층의 활성기능을 유지한다.

또한, 전기가 통하는 면을 갖는 통전수단(30)의 표면으로부터 발생한 전기분해 가스의 기포(70)는 통전수단(30)의 적절한 회전각반 및 분산에 따라 미생물층(14)의 침전물과 접촉하여 상승하는 폐수/미생물 혼탁액(10)의 생식계내에 부상농축되어 항상 고농도의 미생물층이 유지된다.

이와 같은 난분해성 폐수 처리 방법은 종래의 기술과 비교할 때 약품처리 등의 전처리가 불필요하며, 슬럿지 등 2차 잉여물이 발생되지 않기 때문에 폐수 처리 경비를 대폭 절감할 수 있고, 폐수 처리 시설을 종형구조로 설치되므로 폐수 처리장의 설치면적을 축소시킬 수 있을 뿐 아니라 미생물층의 농도를 고농도(30000ppm 이상)로 높일 수 있어 무희석 폐수의 대량 처리가 가능한 장점이 있다.

이하, 본 발명을 일실시예를 통해 상세히 설명한다.

본 발명에서 사용한 연속식 전기분해 실험장치는 지름 400㎜, 높이 600㎜의 아크릴 수지판을 설치, 사용하였으며 그 용량은 73.56리터 이었다. 전극으로 직경15㎜의 카본, 직경 6㎜의 SUS 304 철봉을 전극별로 연결하여 사용하였고 전극별 유효면적은 258㎠이었다, 전극에 사용한 정류기는 35A 다이오드를 사용해서 입력전원 AC220V±10%, 60Hz이며 출력전류는 0∼7A, 전압은 0∼220V이고 극간거리는 30㎜로 고정하고 PH, 전류밀도, 체류시간변화에 따른 각각의 처리효과를 비교하였다. 하나의 체류수단내 폐수/미생물층 혼탁액의 체류시간은 5∼30분, 전류밀도는 0.06∼0.37A/d㎡으로 하였다. 시료수는 종합 폐수 처리장의 원수를 채수 즉시 황산으로 PH를 조정하여 사용하였으며 조절된 시료수의 PH, COD, 흡광도, 온도를 측정하였다. 그리고 전극재질에 따른 전해처리 효과를 비교하기 위하여 연속식 전기분해 실험장치를 사용하였으며 여기서 사용이 전극으로는 Al, Fe, Cu, Pb, Ti 및 스테인레스강이 있으나 이중 Al, 스테인레스강(SS-304), Fe(SS-41)봉의 전극을 사용하여 실험을 하였다.

그 결과로 철염을 사용하여 응집을 하는 것과 같이 Fe 양극에서 용해된 콜로이드상의 Fe(OH)₃가 중성범위에서 전해시 유기물이 부유물질과, 침강, 흡착 및 응집 등의 작용이 잘 일어남을 알 수가 있었다. PH7에서 COD 제거율은 체류시간과 전류밀도가 증가할수록 일정하게 증가 하였으며, 특히 체류시간 25∼30분, 전류밀도 0.3A/d㎡에서 마지막 전해분해 처리하면 난분해성 성분의 처리율이 72∼77%까지 상승하였다. 동일조건의 체류시간과 전류밀도에서 색도 제거율은 COD 제거율보다 높게 나타났으며, 체류시간과 전류밀도가 증가할수록 색도의 제거율 또한 높게 나타났다. 그리고 체류시간이 20분 이상인 경우에는 완만한 증가를 보여 마지막까지 전해분해 처리를 하였을 경우 89%까지 높은 제거율을 보였으나 체류시간 15분 이하에서는 낮게 나타났다.

전류밀도 변화에 따른 체류시간별 COD 제거율은 전류밀도와 체류시간이 증가할수록 완만한 증가를 보여 76%까지 나타났다. 전해밀도 변화에 따른 색도 제거율은 전류밀도 0.31∼0.37A/d㎡에서 90%까지 제거되어 아주 높은 색도의 제거율을 보였으며 육안으로 색소를 확인하기 어려울 정도였다. 한편 전류밀도가 0.25A/d㎡ 이상 증가할수록 아주 완만한 제거율의 증가를 보였다. 특히 전류밀도 0.19A/d㎡, 체류시간 25분에서는 52% 정도 더 급격하게 제거되었다.

이와 같은 이 발명에 따른 폐수 처리법은 다른 처리 방법과 병행하여 처리수를 공업용수로 재회수하여 사용하는 방법도 고려할 수 있을 것이다.

Claims

한단 내지 여러단으로 구성된 폐수/미생물 혼탁액(10)의 체류수단(20)과, 체류수단(20)의 중앙부에 위치하여 폐수/미생물 혼탁액(10)과 회전접촉 또는 교반접촉을 하는 통전수단(전극)(30), 통전수단(30)의 중앙과 주변에서 폐수/미생물 혼탁액(10)의 이류, 유출, 순환이 원활하게 유량과 유속을 조절하는 조절수단(40), 통전수단(30)에 대면하는 조절수단(40)에 위치한 상대전극(50), 그리고 각 체류수단(20)의 폐수/미생물 혼탁액(10)내 미생물 농도 균형을 조절하기 위한 순환수단(50)을 포함하는 폐수 처리 장치.
제1항에 있어서, 상기 조절수단(40)이 폐수/미생물 혼탁액(10)의 이류부분에 설치된 것을 특징으로 하는 폐수 처리 장치.
한단 내지 여러단의 체류수단(20)을 통과하는 폐수/미생물 혼탁액(10)을 단수 또는 복수의 전기가 통하는 면이 있는 통전수단을 이용하여 회전접촉 또는 교반접촉반응으로 전기분해 처리하는 폐수 처리 방법.
제3항에 있어서, 상기 통전수단(30)이 한단 내지 여러단의 체류수단(20)을 통과하는 폐수/미생물 혼탁액(10)을 이류, 유출 또는 순환시키는 위치에 설치된 것을 특징으로 하는 폐수 처리 방법.
제3항에 있어서, 상기 통전수단(30)의 중앙 및 주변에서 이류, 유출 또는 순환시키는 폐수/미생물 혼탁액(40)의 유속, 유량을 조절하는 조절수단(40)이 설치되고, 통과되는 폐수/미생물 혼탁액(10)과 통전수단(30)에 연하여 완만하게 이동하는 전기분해가스(기포)(70)를 밀접하게 접촉시키는 것을 특징으로 하는 폐수 처리 방법.
제3항에 있어서, 상기 한단 내지 여러단의 체류수단(20)을 통과하는 폐수/미생물 혼탁액(10)에 순환수단(60)을 설치하고, 폐수/미생물 혼탁액(10)내의 미생물층(14)의 농도를 조절하여 상기 순환수단(60)을 통해 필요한 조건을 공급하는 것을 특징으로 하는 폐수 처리 방법.