KR19990026365A

KR19990026365A - 펜톤산화와 전기전해에 의한 폐수처리방법 및 장치

Info

Publication number: KR19990026365A
Application number: KR1019970048452A
Authority: KR
Inventors: 정동현
Original assignee: 정동현
Priority date: 1997-09-24
Filing date: 1997-09-24
Publication date: 1999-04-15

Abstract

본 발명은 생활오수 또는 공장폐수등에서 배출되는 오폐수를 처리하는 장치에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 펜톤산화(화학적처리)와 전기전해방식을 병용하여 처리되게 함으로써 특히 고농도, 난분해성 유기물의 분해가 용이하게 되어 보다 효율적인 폐수처리가 이루어지도록 한 펜톤산화와 전기전해에 의한 폐수처리방법 및 장치에 관한 것이다.

본 발명의 펜톤산화와 전기전해에 의한 폐수처리방법 및 장치는, 폐수를 집수시키는 집수조(1), 집수조(1)와 연결되고 모터로 구동되는 교반기(10a)가 설치되어서 철염 및 과산화수소 등의 약품이 투입되는 약품반응조(10), 약품반응조(10)와 연결되어 전해반응 및 펜톤산화반응을 일으키는 전기전해 및 펜톤산화조(11), 상기 전기전해 및 펜톤산화조(11)와 연결되고 모터로 구동되는 교반기(12a)가 설치되어 NaOH 등의 중화제투입에 의해 중화시키는 중화조(12), 중화조(12)와 연결되고 모터로 구동되는 교반기(13a)가 설치된 것으로서, 전처리된 폐수에 응집제를 투입시키면서 교반시키는 급속교반조(13), 급속교반조(13)와 연결되어 부유물질을 침전시키는 침전조(2), 침전조(2)와 연결되어 필터처리하는 활성탄조(3), 및 활성탄조(3)와 연결되어 최종처리수를 방류시키는 방류조(4)로 이루어진 구성에 의해, 일반폐수인 경우 유입된 원수가 산화처리조에서 과산화수소와 철염이 첨가되어 강산화제인 OH라디칼이 오염물질을 산화시켜 난분해성 물질을 분해가 쉽도록 변환시키며, 동시에 전기전해조에서 산화환원반응을 일으켜 수중의 용존성 유기물, 무기성 오염물질 및 콜로이드물질이 응집되거나 첨가된 촉매제인 철염과 반응하여 오염물질이 FLOC화 되어 처리되게 하고, 화학폐수, 염색페수, 침출수 등과 같은 난분해성 폐수인 경우 상기 과정을 생물학처리조를 거쳐 다시 한 번 재수행되도록 한 것을 특징으로 한다

Description

펜톤산화와 전기전해에 의한 폐수처리방법 및 장치

일반적으로 부양화되어가는 토양과 하천 및 상수원의 수질오염은 일상생활에서 배출하는 생활폐수에서 뿐만이 아니라 각종 산업체로 부터 배출되는 난분해성 폐수로 부터 비롯되고 있다.

이러한 각종 폐수는 최종 종말처리장에서 일괄처리하는 것이 아니라 원인발생지에서 차단 정화시켜 파괴되어 가는 자연생태계와 하천, 호수의 수질오염을 근본적으로 해결하려는 추세이다.

가장 일반적이고 처리수질이 대체로 양호하며 온도에 대한 적응력이 뛰어나는 등의 장점이 있는 표준활성 슬러지법, 폭기시간을 24시간 이상유지하도록 하는 처리방법으로 유입수 부하변동에 적응력이 뛰어나고 장기폭기에 의한 미생물의 자산화로 슬러지 생산량이 적고 비교적 운전이 간편하게 되는 등의 장점이 있는 장기폭기법, 폭기조내에 접촉재를 충진하여 접촉표면에 부착된 다량의 미생물을 이용하여 유기물질을 처리하는 방법인 접촉폭기법, 토양내에 묻혀있는 트렌치의 모관으로 오,폐수를 이동시켜 토양미생물을 이용하여 유기물질을 처리하는 방법인 모관트렌치공법 등이 그것이다.

또한 최근에는 생활잡배수와 분뇨오수를 함께 모아서 혐기성 및 호기성 박테리아에 의해 분해시킨 후 염소살균처리한 다음 방류하는 합병정화처리공법이 제안되고 있다.

그런데 상기 종래의 여러 방법들은 대체로 다음과 같은 여러 폐단을 안고 있었다.

즉 유입수 부하변동에 적응력이 떨어지고 산소공급으로 인한 전력소비량이 많고 상태가 악화된 후 안정화되는 시간이 오래 걸리며 운전이 복잡하여 유지관리가 어렵고 전문기술이 필요하게 되는 등의 단점이 있었으며, 또한 폭기조내에서는 폭기작용에 따른 다량의 기포가 발생되어져 이러한 기포발생은 오수의 정화작용에 악영향을 미치게 되는 까닭에 별도의 소포장치가 요구되고, 또한 충진된 접촉재는 고정되지 못하고 항시 유동적인 상태에 있기 때문에 고농도 폐수유입시 미생물의 과다증식에 의한 탈리현상이 일어나 오히려 처리수의 수질악화가 우려되고, 접촉재의 공극폐쇄로 인하여 처리효율이 감소될 수 있으며, 접촉재의 공극페쇄방지를 위한 역세정장치가 필요하게 되며, 또한 중소규모의 처리시스템으로는 적합하지 않게 되는 등의 문제점을 안고 있었다.

특히 각종 산업체로 부터 발생하는 난분해성 폐수는 상기 일반적으로 사용되는 화학적처리 및 생물학적처리 방법으로는 적정처리하기가 어렵게 된다.

난분해성 폐수는 화학폐수, 염색폐수, 침출수 등으로 대표되며 이들 폐수는 현행처리방법으로는 환경규제치를 만족시키기에 한계가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 펜톤산화(화학적처리)와 전기전해방식을 병용하여 처리되게 함으로써 일반폐수는 물론 특히 고농도, 난분해성 유기물의 처리가 용이하며, 처리시간의 단축, 처리수의 재사용, 운전유지비의 감소, 폐수처리장의 설치면적감소 및 슬러지발생량의 감소 등의 효율적인 처리가 이루어지도록 한 펜톤산화와 전기전해에 의한 폐수처리방법 및 장치를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 펜톤산화와 전기전해에 의한 폐수처리방법은, 일반폐수인 경우 유입된 원수가 산화처리조에서 과산화수소와 철염이 첨가되어 강산화제인 OH라디칼이 오염물질을 산화시켜 난분해성 물질을 분해가 쉽도록 변환시키며, 동시에 전기전해조에서 산화환원반응을 일으켜 수중의 용존성 유기물, 무기성 오염물질 및 콜로이드물질이 응집되거나 첨가된 촉매제인 철염과 반응하여 오염물질이 FLOC화 되어 처리되게 하고, 화학폐수, 염색폐수, 침출수 등과 같은 난분해성 폐수인 경우 상기 과정을 생물학처리조를 거쳐 다시 한 번 재수행되도록 한 것을 특징으로 한다.

또한 상기 방법을 달성하기 위한 본 발명의 펜톤산화와 전기전해에 의한 폐수처리장치는, 일반폐수인 경우 집수조, 집수조와 연결되어 과산화수소와 철염을 투입시켜 교반시키는 약품반응조, 약품반응조에서 유입된 원수를 전기전해 및 펜톤산화시키는 전기전해 및 펜톤산화조, 상기 전기전해 및 펜톤산화조로 부터 유입된 원수에 수산화나트륨을 투입시켜 교반시키는 중화조, 중화조로 부터 유입된 원수에 응집제를 투입시켜 급속교반시키는 급속교반조, 급속교반조와 연결된 침전조, 침전조와 연결된 활성탄조, 및 최종처리수를 방류시키는 방류조를 포함하며, 화학폐수, 염색폐수, 침출수 등과 같은 난분해성 폐수인 경우 상기 급속교반조와 침전조 사이에 별도의 생물학처리조 및 상기 약품반응조 내지 급속교반조를 더 포함한 것을 특징으로 한다.

또한 상기 침전조에는 침전된 슬러지를 농축시키는 농축조 및 농축된 슬러지를 탈리 케이크화하는 필터프레스를 더 포함한 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 처리 공정도,

도 2는 도 1의 처리공정을 달성하기 위한 장치의 구성도,

도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 처리 공정도,

도 4는 도 3의 처리공정을 달성하기 위한 장치의 구성도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1: 집수조 2: 침전조

3: 활성탄조 4: 방류조

5: 농축조 6: 필터프레스

10: 약품반응조 10a,12a,13a: 교반기

11: 전기전해 및 펜톤산화조 12: 중화조

13: 급속교반조 20: 생물학처리조

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 오폐수처리장치를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 처리 공정도이고, 도 2는 도 1의 처리공정을 달성하기 위한 장치의 구성도이며, 도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 처리 공정도이고, 도 4는 도 3의 처리공정을 달성하기 위한 장치의 구성도이다.

도시된 바와 같이 본 발명의 펜톤산화와 전기전해에 의한 폐수처리방법 및 장치는 일반폐수인 경우와 각종 산업체로 부터 배출되는 난분해성폐수로 구분될 수 있다.

상기 일반폐수 및 난분해성폐수의 처리장치는 공히 약품반응조(10), 전기전해 및 펜톤산화조(11), 중화조(12), 및 급속교반조(13)를 포함한다.

약품반응조(10)에는 모터로 구동되는 교반기(10a)가 설치되어서 유입된 폐수를 교반시켜 플록(FLOC)과 물이 분리되는 것을 촉진한다.

또한 약품의 정확한 투입량을 산출하기 위해서 유입파이프의 전단에 유량측정장치를 부착하는 것이 가능하다.

즉 단위시간당 유입량을 측정하고 이에 상응하는 약품투입량을 산출하여 약품을 투입함으로서 효율적으로 오폐수를 처리하는 것이 가능하다.

이 때 투입되는 약품은 예를 들면 PACS(폴리알미늄클로라이드설파이트), H₂O₂, FeSO₄PASS(폴리알미늄실리카게이트설파이트) 등을 주성분으로 한다.

전기전해 및 펜톤산화조(11)는 분리되지 않은 일체형으로 구성되고, 전기전해를 위해 다수의 양극 및 음극유니트가 구성되어 있으며, 상기 전극 유니트는스테인레스스틸 또는 스틸로 구성하는 것이 바람직하다.

중화조(12)에는 모터로 구동되는 교반기(12a)가 설치된 것으로서, 초기운전시에 작업자는 유입되는 오폐수의 수소이온농도를 측정하여 이것을 중화시키는데 필요한 약품량을 산출하여 필요한 약품량을 투입하는 것이다.

이 때 사용되는 중화제는 NaOH가 쓰인다.

급속교반조(13)는 모터로 구동되는 교반기(13a)가 설치된 것으로서, 전처리된 폐수를 응집제를 투입시키면서 교반시키게 된다.

이러한 구성의 본 발명은 일반폐수인 경우에 도 2에서와 같이 약품반응조(10)가 집수조(1)에 연결되고, 급속교반조(13)가 침전조(2)에 연결되는 설치구성을 이루게 된다.

또한 상기 침전조(2)에는 활성탄조(3), 및 최종처리수를 방류시키는 방류조(4)가 순차적으로 연결되고, 상기 침전조(2)에는 침전된 슬러지를 농축시키는 농축조(5) 및 농축된 슬러지를 탈리 케이크화하는 필터프레스(6)를 EJ 포함한다.

한편 화학폐수, 염색폐수, 침출수 등과 같은 난분해성 폐수인 경우에는 처리의 난해성을 감안하여 상기 약품반응조(10), 전기전해 및 펜톤산화조(11), 중화조(12) 및 급속교반조(13)로 구성된 본 발명의 폐수처리시스템을 별도의 생물학처리조(20)를 사이에 두고 상기 생물학처리조(20)와 침전조(2) 사이에 2중적으로 구성되게 하였다.

이하 2차적인 폐수처리시스템의 각 구성 부호는 약품반응조(10'), 전기전해 및 펜톤산화조(11'), 중화조(12') 및 급속교반조(13')로 한다.

이러한 구성으로 이루어진 본 발명의 펜톤산화와 전기전해에 의한 폐수처리방법을 설명한다.

먼저 일반폐수인 경우 집수조(1)에 집수된 폐수가 펌프에 의해 약품반응조(10)에 유입된다.

약품반응조(10)에서는 과산화수소수(H₂O₂) 및 철염(FeSO₄) 등의 약품이 투입되어 교반기(10a)에 의해 폐수에 혼합된다.

이 때 과산화수소수(H₂O₂)는 약 35%이고, 철염(FeSO₄)은 약 50%인 것이 바람직하다.

약품이 혼합된 약품반응조(10)의 폐수는 다음 처리조인 전기분해 및 펜톤산화조(11)에 유입되면서 화학적처리와 전기전해처리가 병행되어진다.

즉, 과산화수소수와 철염이 폐수에 첨가되어 다음과 같은 여러 화학적반응이 일어나게 된다.

(1) Fe²⁺+ H₂O₂→ Fe³⁺+ OH^-+ OH^-

(2) Fe³⁺+ H₂O₂→ Fe²⁺+ HO₂+ H⁺

(3) Fe²⁺+ OH → Fe³⁺+ OH^-

(4) Fe³⁺+ HO₂→ Fe²⁺+ O₂+ H⁺

(5) OH + H₂O₂→ H₂O + HO₂

위의 5가지 반응이 주로 일어나는 반응인데 이 반응들은 동시다발적으로 일어나게 되며, 강산화제인 OH라디칼을 효과적으로 폐수에 오염되어 오염물질을 산화시키게 된다.

즉, 위의 화학적 반응들은 유기물을 완전산화시키거나 고농도, 난분해성 유기물을 분해가 쉽도록 변환시키는 작용을 하게 된다.

한편 상기 펜톤산화 반응과 더불어 전기전해 및 펜톤산화조(11)의 전해실에서는 다수의 전극유니트에 전류가 인가되어 다음과 같은 전해반응이 양극과 음극에서 각각 일어나게 된다.

양극: 2OH → H₂O + 1/2O_2↑+ 2e-

음극: 2H⁺+ 2e^-→ H_2↑

위의 전해반응으로 양극과 음극에서 산화환원반응이 일어나 수중의 용존성 유기물, 무기성 오염물질 및 콜로이드물질이 응집되거나 첨가된 촉매제인 철염과 반응하여 오염물질이 FLOC화 되어 처리된다.

즉, 전기분해에 의하여 생성된 H⁺와 OH^-에 의하여 중금속이 각각 Cu(OH)₂, Zn(OH)₂, Pb(OH)₂, Fe(OH)₂, Cd(OH)₂, Ni(OH)₂, Mg(OH)₂, Al(OH)₂, Mn(OH)₂, Cr(OH)₂, Sn(OH)₂, Co(OH)₂로 결합되어 제거됨으로 중금속을 거의 제거할 수 있다.

이 때 전해반응으로 인한 발생기 산소의 역할로 살균과 탈취작용이 일어나 별도의 살균공정이 없어져 그 만큼의 처리공정이 단축된다.

또한 위의 펜톤산화 및 전기전해처리방법을 실험한 결과 PH 3~5의 범위에서 고농도, 난분해성 폐수의 분해가 효과적으로 나타나 PH조절과 약품의 투입량조절이 중함을 알 수 있었다.

한편 펜톤산화 및 전기전해처리가 행해진 폐수는 다음 단계인 중화조(12) 및 급속교반조(13)로 유입되어져, 상기 중화조(12)에서는 NaOH등과 같은 중화제가 전처리된 폐수를 중하시키게 되며, 급속교반조(13)에서는 응집제가 투입되어져 부상한 부유물질의 플럭화를 가속시키게 된다.

그러면 분리된 플럭은 고형화 및 압축되어 수분이 포함된 상태의 1/15∼20의 부피를 가지게 되므로 슬러지발생량이 현저히 감소되는 효과가 있게 된다.

다음으로 급속교반조(13)내의 처리폐수는 침전조(2)에 유입되어 부유물질의 침전을 이루게 되고, 활성탄조(3)에서 필터처리되어 방류조(4)를 통해 최종방류단계를 이루게 된다.

이 때 상기 침전조(2)에 침전된 침전물은 농축조(5) 및 필터프레스(6)를 통해 농축 및 케이크화되어져 폐기 또는 퇴비이용을 가능하게 한다.

한편 화학폐수, 염색페수, 침출수 등과 같은 난분해성 폐수인 경우에는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 상기 약품반응조(10), 전기전해 및 펜톤산화조(11), 중화조(12) 및 급속교반조(13)로 구성된 본 발명의 폐수처리시스템을 별도의 생물학처리조(20)를 사이에 두고 약품반응조(10'), 전기전해 및 펜톤산화조(11'), 중화조(12') 및 급속교반조(13')를 2중적으로 구성되게 하였는바, 이러한 구성의 폐수처리방법을 설명하면, 전처리단계에서 펜톤산화 및 전기전해처리된 폐수가 다음 단계인 생물학처리조(20)에 유입되어 처리되고, 이어서 전처리단계의 펜톤산화 및 전기전해처리가 다시 한 번 수행되어지는 것이다.

즉, 상기 생물학처리조(20)는 미생물이 성장할 수 있는 접촉여재가 폭기조안에 충진되어 있고 하부에 설치된 산기장치로 하수를 폭기하여 용존산소를 제공해주는 방식으로, 이러한 조건은 미생물이 접촉여재에 부착하여 성장할 수 있는 좋은 환경을 최대한 만족시킬 수 있는 조건으로써 접촉폭기조안에 충진된 접촉여재는 미생물이 쉽게 부착할 수 있는 표면형태를 지니고 있어 특정 미생물을 넣어주지 않아도 하수속에 존재하는 미생물이 부착번식하여 유기물을 산화시키게 된다.

생물학적으로 처리된 전처리수는 이제 전단계을 답습하게 된다.

먼저 집수조(1)에 집수된 폐수가 펌프에 의해 약품반응조(10')에 유입되고, 상기 약품반응조(10')에서는 과산화수소수(H₂O₂) 및 철염(FeSO₄) 등의 약품이 투입되어 교반기(10a)에 의해 폐수에 혼합되어지며, 다음 처리조인 전기분해 및 펜톤산화조(11')에 유입되어 화학적처리와 전기전해처리가 병행되어진다.

즉, 과산화수소수와 철염이 폐수에 첨가되어 화학적 반응들은 다시 한 번 유기물을 완전산화시키거나 고농도, 난분해성 유기물을 분해가 쉽도록 변환시키는 작용을 하게 된다.

또한 상기 펜톤산화 반응과 더불어 전기전해 및 펜톤산화조(11')의 전해실에서는 다수의 전극유니트에 전류가 인가되어 양극과 음극에서 산화환원반응이 일어나 수중의 용존성 유기물, 무기성 오염물질 및 콜로이드물질이 응집되거나 첨가된 촉매제인 철염과 반응하여 오염물질이 FLOC화 되어 처리된다.

펜톤산화 및 전기전해처리가 행해진 폐수는 다음 단계인 중화조(12') 및 급속교반조(13')로 유입되어져, 상기 중화조(12')에서는 NaOH등과 같은 중화제가 전처리된 폐수를 중하시키게 되며, 급속교반조(13')에서는 응집제가 투입되어져 부상한 부유물질의 플럭화를 가속시키게 되며, 침전조(2)에 유입되어 부유물질의 침전을 이루게 되고, 활성탄조(3)에서 필터처리되어 방류조(4)를 통해 최종방류단계를 이루게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이 상기와 같이 본 발명의 펜톤산화와 전기전해에 의한 폐수처리방법 및 장치는, 일반폐수인 경우 유입된 원수가 산화처리조에서 과산화수소와 철염이 첨가되어 강산화제인 OH라디칼이 오염물질을 산화시켜 난분해성 물질을 분해가 쉽도록 변환시키며, 동시에 전기전해조에서 산화환원반응을 일으켜 수중의 용존성 유기물, 무기성 오염물질 및 콜로이드물질이 응집되거나 첨가된 촉매제인 철염과 반응하여 오염물질이 FLOC화 되어 처리되게 하고, 화학폐수, 염색폐수, 침출수 등과 같은 난분해성 폐수인 경우 상기 과정을 생물학처리조를 거쳐 다시 한 번 재수행되도록 하는 구성에 의해, 펜톤산화(화학적처리)와 전기전해방식으로 병용하여 처리되어져 일반폐수는 물론 특히 고농도, 난분해성 유기물의 처리가 용이하며, 처리시간의 단축, 처리수의 재사용, 운전유지비의 감소, 폐수처리장의 설치면적감소 및 슬러지발생량의 감소 등의 효율적인 처리가 이루어지게 되는 효과를 발휘한다.

본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 사상과 범위내에서 변형이나 변경할 수 있음은 본 발명이 속하는 분야의 당업자에게는 명백한 것이며, 그러한 변형이나 변경은 첨부한 특허청구범위에 속한다 할 것이다.

Claims

집수조(1)에 집수된 폐수가 약품반응조(10)에 유입되어 과산화수소수 및 철염 등의 약품과 혼합되는 단계;

전기분해 및 펜톤산화조(11)에 유입되어 화학적처리와 전기전해처리가 병행되어 화학적 반응으로 유기물을 완전산화시키거나 고농도, 난분해성 유기물을 분해가 쉽도록 변환시키며, 전해반응으로 양극과 음극에서 산화환원반응이 일어나 수중의 용존성 유기물, 무기성 오염물질 및 콜로이드물질이 응집되거나 첨가된 촉매제인 철염과 반응하여 오염물질이 FLOC화 되어 처리되는 단계;

중화조(12) 및 급속교반조(13)로 유입되어져, 상기 중화조(12)에서는 NaOH등과 같은 중화제가 전처리된 폐수를 중화시키게 되며, 급속교반조(13)에서는 응집제가 투입되어져 부상한 부유물질의 플럭화를 가속시키게 하는 단계;

침전조(2)에 유입되어 부유물질의 침전을 이루게 되고, 활성탄조(3)에서 필터처리되어 방류조(4)를 통해 최종방류단계; 로 이루어진 것을 특징으로 하는 펜톤산화와 전기전해에 의한 폐수처리방법.
제1항에 있어서, 상기 약품반응조(10)에 투입되는 약품은 PACS(폴리알미늄클로라이드설파이트), H₂O₂, FeSO₄, PASS(폴리알미늄실리카게이트설파이트) 등을 주성분으로 하는 것을 특징으로 하는 펜톤산화와 전기전해에 의한 폐수처리방법.
폐수를 집수시키는 집수조(1), 집수조(1)와 연결되고 모터로 구동되는 교반기(10a)가 설치되어서 철염 및 과산화수소 등의 약품이 투입되는 약품반응조(10), 약품반응조(10)와 연결되어 전해반응 및 펜톤산화반응을 일으키는 전기전해 및 펜톤산화조(11), 상기 전기전해 및 펜톤산화조(11)와 연결되고 모터로 구동되는 교반기(12a)가 설치되어 NaOH 등의 중화제투입에 의해 중화시키는 중화조(12), 중화조(12)와 연결되고 모터로 구동되는 교반기(13a)가 설치된 것으로서, 전처리된 폐수에 응집제를 투입시키면서 교반시키는 급속교반조(13), 급속교반조(13)와 연결되어 부유물질을 침전시키는 침전조(2), 침전조(2)와 연결되어 필터처리하는 활성탄조(3), 및 활성탄조(3)와 연결되어 최종처리수를 방류시키는 방류조(4)로 이루어진 것을 특징으로 하는 펜톤산화와 전기전해에 의한 폐수처리장치.
제 3항에 있어서, 상기 약품반응조(10), 전기전해 및 펜톤산화조(11), 중화조(12) 및 급속교반조(13)로 구성된 시스템을 별도의 생물학처리조(20)를 사이에 두고 상기 생물학처리조(20)와 침전조(2) 사이에 2중적으로 구성되게 한 것을 특징으로 하는 펜톤산화와 전기전해에 의한 폐수처리장치.