KR100472628B1 - 고효율 수처리장치 및 고효율 수처리방법 - Google Patents

Abstract

단순히 오존이나 과산화수소수를 처리대상 오수에 혼입시켜서 다이옥신류, PCB 등의 유해물질을 산화 분해하더라도 의도하는 분해효과를 얻는 것은 사실상 어렵다. 본 발명은, 보다 확실한 처리효과를 실현할 수 있는 오존처리를 기본으로 한 고효율 수처리방법 및 고효율 수처리장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 다이옥신류, PCB 등의 유해물질을 포함하는 처리대상 오수에 평균 입경을 0.5∼3미크론으로 미세 기포화한 오존을 접촉시키는 오존 처리를 행한다. 그리고, 이 오존 처리를 기본으로 하여, 과산화수소수 처리, 자외선 조사처리, 전기분해 처리, 탄화여재 처리를 적합하게 조합함으로써 높은 처리효과를 발휘발 수 있도록 구성되어 있다.

Description

고효율 수처리장치 및 고효율 수처리방법{Advanced water treatment system and advanced water treatment method}

본 발명은, 오존의 강산화력에 의해 다이옥신류, PCB 등의 환경호르몬으로 대표되는 유해물질을 산화 분해하는 고효율 수처리기술에 관한 것이다.

현재, 지구상에서 환경호르몬을 비롯한 유해물질의 처리대책이 문제시되고 있다. 그 전형적인 예로서 다이옥신류를 들자면, 일본에서의 다이옥신류의 발생량은, 전국 시읍면의 소각시설에서만, 2800g으로 발표되고 있다(1998년도). 그 때문에, 다이옥신류의 발생원인 소각시설의 규제강화를 도모하여 다이옥신류의 발생량을 억제하려고 하고 있다.

그러나, 다이옥신류의 발생량을 억제하는 것만으로는 환경에 존재하는 다이옥신류의 양을 감소시키기에는 충분하지 않다. 그 이유는, 일단 발생한 다이옥신류가 소멸하지 않고 환경중에 순환하고 있기 때문이다. 따라서, 다이옥신류의 발생량을 억제함과 동시에, 이 환경중에서 순환하고 있는 다이옥신류를 소멸시켜서 없애버리지 않으면, 자연계에 존재하는 다이옥신류의 전체량을 감소시킬 수 없다.

환경중에서 순환하고 있는 다이옥신류로서는, 예를 들어 소각시설에서 일단 배출된 다이옥신류가 농축산물이나 어패류 등의 음식물을 오염시키고, 이 음식물을 통하여 인체에 들어오며, 인간의 배설물에 의해 다이옥신류가 환경으로 방출되는 순환경로가 있다. 그리고, 다이옥신류 등의 유해물질을 포함하는 배설물은 분뇨처리장이나 공공 하수도에 집약되거나, 혹은 전국의 단독 정화조 및 합병 정화조에서 하천으로, 나아가 바다로 유입된다.

이와 같이 인간의 배설물을 통하여, 분뇨처리장이나 공공 하수도에 집약되는 다이옥신류는 분해 처리되지 않고, 그대로 환경에 방출되고 있다. 그리고, 환경에 방출된 유해물질은 어패류 등을 통하여 다시 인체로 되돌아오는 악순환을 되풀이하여, 머지않아 농도가 서서히 높아지게 된다. 이와 같은 다이옥신류의 악순환을 어딘가에서 끊지 않으면, 상술한 바와 같이 다이옥신류의 발생량을 억제하더라도 환경중에 현존하는 다이옥신류의 인체로의 영향을 감소시킬 수는 없다.

이러한 배경하에, 처리대상 오수 중의 유해물질을 분해 처리하는 기술로서 오존처리나 과산화수소수처리가 알려져 있다. 이들 처리에 의하면, 확실하게 유해물질이 산화 분해되어 당장의 성과를 올릴 수는 있지만, 이들 처리기술의 대부분은 단순히 오존이나 과산화수소를 처리대상 오수(汚水)에 혼입시키거나, 혼입후에 교반할 뿐으로, 반드시 충분한 유해물질의 분해효과를 발휘할 수 있다고는 단언할 수 없는 것이었다. 그리고, 현시점에서도 상술한 바와 같이 다이옥신류를 포함하는 유해물질은 환경중의 수계(水系)에 점점 증가해가고 있어, 보다 높은 처리효과를 기대할 수 있는 새로운 고효율 수처리기술의 도래가 요망되고 있다.

도 1은, 본 발명의 일실시 형태에 의한 고정형의 고효율 수처리장치(설비)를 나타낸 설명도이다.

도 2는, 본 발명의 다른 실시형태에 의한 차 탑재형의 고효율 수처리장치(설비)를 나타낸 설명도이다.

도 3은, 도 2에서 나타낸 차 탑재형의 고효율 수처리장치를 평면화한 설명도이다.

부호의 설명

1 폭기조

2 과산화수소수 처리조

3 격벽(네트)

4 저류층

5, 6 오존 처리조

7a 무성 오존 발생장치

7b 오존 기포 미세화장치

8 배 오존처리장치(무해화장치)

9 자외선 조사조

10 pH 조정조

11 체류층

12, 13 전극

14 탄화여재

15 대형 트럭

16 저류조

17 진공 발생장치

18 발전유닛

19 스크린

20, 21 오존 처리조

22a 오존 발생장치

22b 오존 기포 미세화장치

23 배오존 처리장치

24 자외선 조사조

25 탄화여재 처리조

26 체류조

27 탄화여재

W 배수

본 발명은, 이상과 같은 요청에 부응하기 위하여 발명된 것이다. 즉, 본 발명은 종래의 수처리기술과 같이 단순히 오존을 이용하는 것뿐만이 아니라, 보다 높은 처리효과를 발휘하여 인체로부터의 배설물을 통한 다이옥신류 등의 유해물질의 악순환을 막을 수 있는 오존처리를 기본으로 하는 고효율 수처리기술을 제공함을 목적으로 한다.

이 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 오수의 고효율 수처리방법은, 다이옥신류, PCB 등의 유해물질을 포함하는 처리대상 오수에, 예를 들면 평균입경(기포지름)이 0.5∼3미크론의 미세 기포화된 오존을 접촉시켜서 처리대상 오수에 포함되는 상기 유해물질을 산화 분해하는 오존처리를 실행하는 것을, 기본적인 처리방법으로 한다. 그리고, 구체적인 고효율 수처리장치로서 본 발명은, 예를 들면 평균 입경이 0.5∼3미크론의 미세 기포화된 오존을 체류적으로 처리대상 오수에 접촉시켜서 상기 유해물질의 산화 분해를 행하는 오존 처리장치를 구비하는 것을 특징으로 한다.

이 고효율 수처리방법 및 그것에 이용되는 오존 처리장치에서는, 처리대상 오수에 대하여 단순히 오존을 공급하는 것이 아니라, 오존을 미세 기포화하여 처리대상 오수에 공급하게 한다. 결국, 미세 기포화된 오존은 하나 하나의 기포의 부력이 극히 작기 때문에 수중에서의 체류시간을 대폭 길게, 동시에 처리대상 오수에 대한 접촉면적을 현격히 크게 할 수 있게 된다. 그 결과, 단순히 오존을 폭기(aeration)시키는 종래의 수처리방법과 달리, 수중에 용존하는 유해물질의 산화효율을 비약적으로 향상할 수 있게 된다.

상기와 같은 본 발명의 고효율 수처리방법 및 장치에서 대상으로 하고 있는 「처리 대상 오수」로서는, 오니나 토양을 포함하는 배수, 분뇨, 가축 분뇨를 포함하는 하수, 가정의 잡배수, 의료 배수, 제지 배수, 공장 배수 등의 오염도가 높은 것부터 하천이나 호수의 물이나, 목욕탕, 풀장 등에 이용되는 오염도가 낮은 물까지 포함된다. 즉, 유해물질을 분해하는 처리이므로, 유해물질을 포함하는 처리 대상수인 한, 그 오염원이 무엇인지 그 종류는 문제되지 않는다.

또, 분해 처리 가능한 유해물질은 다이옥신류나 PCB 이외의 환경호르몬이다. 아울러, 대장균, 살모넬라균, 광우병 등의 전염성 병원균의 살균이 가능한 것은 말할 필요도 없다.

그리고, 이 고효율 수처리장치는 고정형이든, 차 탑재 이동형이든 상관없지만, 연속처리할 수 있는 것을 특징으로 하고 있다.

상술한 바와 같이, 미세 기포화된 오존은 부력이 극히 작으며, 수중에서의 체류시간이 매우 길다. 그 때문에 미세 기포화된 오존을 간단히 오존처리조에 공급하는 것만으로는 조내의 처리대상 오수에 오존이 구석구석까지 골고루 미치는데 장시간을 필요로 하며, 그만큼 오존을 미세 기포화하는 것에 의해 비로소 얻어지는 높은 산화 분해능력을 충분히 다 살릴 수 없는 난점이 있다. 그래서 본 발명의 처리방법에서는, 미세 기포화된 오존을 처리대상 오수에 구석구석까지 확산시키는 하나의 방법으로서, 처리계 내에 설치되는 처리조끼리를 연결하는 송수관으로 미세 기포화된 오존을 공급하게 한다. 송수관의 내부에서는 힘차게 처리대상 오수가 유통하고 있기 때문에, 이 송수관내를 흐르는 처리대상 오수에, 오존 발생장치, 오존 기포 미세화장치(라인 믹서방식, 과류 터빈펌프방식)를 구비하는 "오존 공급수단"에 의해 미세 기포화된 오존을 공급하면, 오존은 그 유세를 타고 오존 처리조내로 힘차게 방류되어 조내에 구석구석 확산된다.

또, 본 발명에서는 미세기포화된 오존을 확산시키는 다른 방법으로서, 처리대상 오수에 미세 기포화된 오존을 체류적으로 접촉시키는 오존 처리조를 처리계내에 설치하고, 조내의 처리대상 오수에 강제 대류상태를 발생시키도록 상기 오존 처리조의 저부로부터 오존을 분출하게 한다. 바꿔 말하면, 처리대상 오수에 미세 기포화된 오존을 체류적으로 접촉시키는 오존 처리조를 처리계 내에 설치하고, 조내의 처리대상 오수와 오존 발생장치로부터 공급되는 오존을 강력하게 회전시켜서 강제 대류상태를 발생시키는 오존 처리조의 저부에 설치된 오존 기포 미세화장치(선회방식)를 이용한 오존 처리장치로 오존처리를 행한다. 이 경우는, 처리대상 오수와 오존을 강력하게 회전시켜서 예를 들어 평균 입경이 10∼20미크론 또는 50∼60미크론의 오존을 분출하게 한다.

또한, 상기 고효율 수처리방법 또는 장치에 대해서는 오존처리조가 1개이더라도 되지만, 전후에 연속해서 복수개 구비해 두면 보다 높은 산화 분해효과를 발휘할 수 있다. 그리고, 오존 처리조를 복수개 구비할 경우에는, 단순히 전후에 연속해서 설치하는 것이 아니라, 후측 오존 처리조의 처리대상 오수 중에서 부상한 잉여 오존을 전측 오존 처리조에 환류시키게 하면, 오존을 유효하게 활용할 수 있어 바람직하다.

본 발명의 고효율 수처리방법 및 장치는, 이상과 같이 미세 기포화된 오존에 의한 강산화력을 이용하여 처리대상 오수 중의 유해물질을 거의 산화 분해할 수 있는데, 더욱이 본 발명에서는 처리 대상으로 하는 오수에 따라서 과산화수소수 처리, 전기 분해처리, 자외선 조사처리, 탄화여재 접촉처리(탄화여재 처리)를 적절히 조합하여 행하는 것으로, 더 한층 효과적인 유해물질의 분해 처리를 행하게 한다.

그 하나의 처리형태는, 상수도, 풀장, 목욕탕, 하천 등과 같이 비교적 오염 부하가 낮은 오수의 고효율 처리에 최적인 예로, 이 예에서는 오존처리, 자외선 조사처리, 탄화여재 접촉처리를 이 일련의 순서로 행하는 고효율 수처리방법 및 장치로서 구성하고 있다. 게다가 자외선 조사처리란, 자외선 조사에 의한 탈 염소화 반응으로 유해 염화물을 분해 처리하는 것이다. 탄화여재 처리란, 특수여재에 의해 처리대상 오수 중에 잔존하는 유해물질을 흡착 제거하는 것이다.

여기서 처리하는 오수는 비교적 오염 부하가 낮기 때문에, 오존 처리로 유해물질을 거의 분해 처리할 수 있지만, 오존 처리를 하더라도 더 잔류하는 유해물질을 자외선 조사처리에 의해 분해하게 한다. 그리고, 자외선 조사 처리되는 처리대상 오수에는, 상기의 오존 처리에서 혼입한 미세 기포화된 오존이 포함되어 있기 때문에, 산화력이 높은 하이드록시로지컬(hydroxylogical: OH-)를 보다 많이 생성할 수 있으며, 높은 분해 처리효과를 발휘할 수 있다. 그리고, 이 후에 탄화여재 접촉처리를 행함으로써, 처리대상 오수 중에 포함되는 알루미늄, 비소, 카드뮴 등의 중금속류를 흡착 제거한다. 이것에 사용하는 탄화여재로서는, 삼나무, 소나무 노송나무 등의 복수의 침엽수를 원료로 하여 800℃∼900℃의 고온대에서 탄화하는 것에 의해 얻어진 침엽수 탄화여재를 사용하면, 매우 흡착효과가 높아진다. 이러한 일련의 처리를 거치면, 음료수 레벨까지 정화된 물을 얻을 수 있다. 또, 이 처리방법 및 장치에 의하면, 비교적 간략한 처리로 충분한 처리효과를 발휘할 수 있고, 경비도 저렴하게 억제할 수 있다.

또 다른 처리형태는, 분뇨, 하수도, 농업취락 배수 등과 같이 비교적 오수 부하가 높은 오수의 고효율 처리에 최적인 예로, 이 예에서는 과산화수소수처리, 오존 처리, 자외선 조사처리, 탄화여재 접촉처리를, 이 일련의 순서로 행하도록 한 고효율 수처리방법 및 고효율 수처리장치로서 구성하고 있다. 또한, 과산화수소수 처리란, 액체인 관산화수소수를 처리대상 오수 중에 혼입하는 처리로, 과산화수소수에 의해 산화력으로 미생물 등의 살균을 행하고, 유해물질을 산화하는 것이다.

여기서 처리하는 오수는 비교적 오염부하가 높고, 분뇨를 처리할 필요성이 있기 때문에, 악취나 분뇨잔사를 처리하기 위한 과산화수소수 처리를 오존 처리에 앞서 행하도록 한다. 그리고, 이 경우에는 처리계 내에서 처리대상 오수로부터 발생하는 악취에어를 평균 입경이 0.01∼0.02mm정도가 되는 기포로서 상기 과산화수소수에 혼입하고 산화 분해하면 된다. 악취에어를 미세기포화하는 것으로 과산화수소수에 의한 산화분해를 고효율로 행할 수 있기 때문이다. 고효율 처리라는 점에서는 처리대상 오수의 PH값을 8∼10으로 미리 조정해 두면 더 좋으며, 나아가 처리대상 오수 중에 적어도 금, 산화동 또는 산화철 중 어느 하나를 투입하여 과산화수소수에 의한 산화처리를 촉진시키게 하여도 더 좋다. 그리고, 이러한 과산화수소수 처리에 이어서, 상술한 바와 같은 오존처리, 자외선 조사처리, 탄화여재 접촉처리를 행함으로써 처리대상 오수를 음료수 레벨까지 정화할 수 있다.

또, 다른 처리형태는 특정공장의 배수, 폐기물 최종 처분장의 배수 등과 같이 유해한 중금속류를 포함하는 오수의 고효율처리에 적합한 예로, 이 예에서는 과산화수소수 처리, 전기분해 처리, 오존처리를, 이 일련의 순서로 행하는 고효율 수처리방법 및 고효율 수처리장치로서 구성하고 있다. 아울러, 전기분해처리란, 산화반응이나 탈염소화반응으로는 분해할 수 없는 알루미늄, 비소, 카드뮴 그 밖의 중금속류를 전기분해에 의해 처리하는 것이다.

여기서, 처리하는 오수는 중금속류를 포함하기 때문에, 상술한 과산화수소수 처리를 하고 나서 전기분해 처리를 하도록 한다. 이렇게 함으로써, 과산화수처리를 거친 처리대상 오수 중에 잔류하고 있는 과산화수소수에 의해 전기 분해를 보다 고효율적으로 행할 수 있다. 이렇게 하여 중금속류를 제거한 후, 상술한 오존처리를 행하여 처리대상 오수를 음료수 레벨까지 정화할 수 있다.

이상과 같은 각 처리형태에 있어서의 자외선 조사처리를 행하는 처리조로서는, 자외선 광원과 이산화 티타늄을 도공한 내벽을 구비하는 자외선 조사처리조를 설치하고, 상기 내벽에 대하여 자외선을 조사하여 조내의 악취를 소화시키는 광촉매 처리도 아울러 행하게 하면 더 좋다. 이것에 의하면, 하이드록시로지컬에 의한 유해물질의 분해효율을 보다 고효율로 촉진시킬 수 있기 때문이다. 이 자외선 조사처리조는 이산화 티타늄이 도공된 복수의 격벽을 구비하고, 인접하는 격벽간의 간격이 30cm를 초과하지 않도록 배치한 것으로서 구성할 수 있다. 보다 구체적으로는, 상하방향으로 신장하는 저면이 있는 통형상의 본체부를 구비해 두고, 이 본체부에는 그 지름방향에서의 중앙에 자외선램프가 설치되고, 이 자외선램프를 중심으로 방사방향을 따라서 판면이 신장시킨 복수의 격벽이 설치되어 있는 것으로 구성한다. 이에 의하면, 광촉매효과를 발휘하는 전자를 처리조 내에 구석구석 비산시킬 수 있으므로, 광촉매효과를 충분히 발휘할 수 있다.

게다가, 이상과 같은 각 처리형태는 일련의 것으로 구성하고 있지만, 물론 각 처리계에 침전처리를 행하는 침전처리조를 설치하게 하고, 처리대상 오수에 포함되는 불순물을 침전 제거하게 하여도 된다.

또, 폭기(aeration)처리를 행하여 처리대상 오수에 포함되는 유기오염의 생물적 처리를 하게 하여도 된다.

단, 어떠한 경우든 본 발명의 고효율 수처리장치 또는 고효율 수처리방법에 의해 얻어지는 처리수는 식품 위생법 26항목의 음료수 적격 수질 기준 이상의 수질을 확보한 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시형태를 도 1에 의거하여 설명한다. 도 1은, 이 발명의 고효율 수처리장치를 구비한 고정형의 설비를 나타낸 도이다. 폭기조 1은 진공차(vacuum car) 등에 의해 최초로 분뇨를 포함하는 배수 W가 투입되는 곳이다. 이 폭기조 1에서는 하측으로부터 0.01∼0.02mm 정도의 미세 기포가 흡입되고, 이물(고화물)이 침전 분리된다. 이와 같이 폭기조 1에 미세 기포를 흡입하는 것에 의해, 수중에서의 미세 기포의 체류시간을 길게 할 수 있고, 또한 처리대상 오수에 대한 접촉면적도 크게 할 수 있기 때문에, 수중의 용존 유기물에 대한 산화효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 이 폭기조 1에는 배수 W 중에 석탄이 투입되고, 배수 W를 알칼리화한다.

폭기조 1에 인접하여 과산화수소수 처리조 2가 설치되어 있다. 과산화수소수 처리는 이 과산화수소수 처리조 2에서 행해진다. 과산화수소수 처리조 2와 상기 폭기조 1 사이는, 네트형의 격벽 3에 의해 막아져 있고, 이물이 과산화수소수 처리조 2로 가지 않게 되어 있다. 그리고, 이 과산화수소수 처리조 2 속으로 ph 8∼ph 10 정도로 조정된 배수 W가 이동되고, 액체인 과산화수소수가 투입된다. 여기서, 배수 W를 사전에 알칼리화하는 것은, 과산화수소수에 의한 산화 분해력을 높일 수 있기 때문이다. pH조정제로서 석탄 등이 바람직하다. 이 과산화수소수 처리조 2에서도 폭기조 1과 마찬가지로 하측으로부터 미세 기포가 분출되고 있으므로, 투입된 과산화수소수는 이 미세기포의 교반효과에 의해 배수 W와 혼합된다. 배수 W와 과산화수소수의 혼합은 에어교반에 의한 것이 바람직하기 때문이다. 과산화수소수는 배수 W와 혼합됨으로써 산소(O)를 방출하고, 이 산소에 의해 배수 W 중에 포함되는 다이옥신류 등의 유해물질을 산화 분해할 수 있다. 과산화수소수 처리조 2에 있어서의 악취제거 효과를 높이기 위하여, 과산화수소수 처리조 2의 상부에서 이 처리조 2의 내표면에 이산화 티타늄이 도공되고, 또 이 처리조 2의 전청부분에 형광등을 구비하고 있다. 이것은 이산화티타늄에 의한 광촉매기능이 발휘됨으로써 과산화수소수 처리조 2에 있어서의 악취제거효과를 높이기 위해서이다. 또, 과산화수소수 처리조 2 내의 상부에는 선풍기가 설치되어 조내의 공기를 교반하고 있으므로, 광촉매의 기능이 높아지고 있다.

과산화수소수 처리된 배수 W는 일단 저류조 4에 모여진다. 저류조 4를 거친 후 배수 W는 오존 기포 미세화장치 7b, 오존 발생장치 7a, 및 오존 처리조 5, 6으로 이루어진 오존 처리장치로 보내진다. 오존처리는 이 오존처리장치에서 행해진다. 오존 처리조 5, 6의 내부에서는 오존 가스에서 발생한 산소(O)의 산화력에 의해 처리대상 오수 중의 다이옥신류 등의 유해물질이 산화 분해된다. 오존 처리조는 1개뿐이어도 되지만, 통상적으로는 2개가 연결되어 이루어지는 오존 처리조에서 오존처리가 행해진다. 후측의 오존처리조 6의 입구 부근의 배수용 배관(처리대상 오수용 배관)에는 무성 방전 오존 발생장치 7a에 접속된 오존 기포 미세화장치 7b가 접속되며, 그로부터 오존 가스가 0.5∼3미크론 정도의 미세기포로서 공급된다. 후측의 오존 처리조 6의 하부로부터 분출된 오존 가스는 일단 조의 상부에 모인 후, 전측의 오존 처리조 5의 입구 부근의 배수용 배관에 설치된 오존 기포 미세화장치 7b로 보내진다. 그리고, 다시 오존가스가 미세화되어 전측의 오존 처리조 5로 배출된다. 전측의 오존 처리조 5로 보내진 오존 가스 중 처리조 상부에 모인 오존은 배(배출) 오존처리장치 8에 의해 무해화되어 대기로 방출된다. 그렇게 하면 오존의 유효한 이용을 도모할 수 있기 때문이다. 아울러, 후측의 오존처리조 6의 상부에 체류하는 오존은 주입량의 1/10 정도이며, 전측의 오존처리조 5의 입구부근에 설치되는 오존 기포 미세화장치 7b는 후측의 오존처리조 6의 입구부근에 설치되는 오존 기포 미세화장치 7b의 1/10 정도의 능력을 가지는 것이면 된다. 또, 후측의 오존 처리조 6으로부터 전측의 오존 처리조 5로 오존을 이송할 때에, 오존의 농도를 감지하게 해 두고, 일정 농도를 감지하였을 때 이송하게 한다. 배 오존처리는 처리조 5의 상부에 모인 에어에 잔존하는 미세오존을 원심분리, 역침투막 또는 여재 등을 이용하여 분리한 후, 플라즈마 소각처리나, 800℃∼900℃에서 일정시간 이상 고온처리한 침엽수 특수 탄화재에 의한 흡착처리를 할 수 있는데, 여기서는 플라즈마 소각처리를 하고 있다. 또한, 여기서 이용하고 있는 오존 발생장치 7a는 공지의 무성 방전 오존 발생장치로, 오존 기포 미세화장치 7b는 라인믹서 방식의 오존 기포 미세화장치이다. 라인믹서 방식은, 통상의 오존 발생장치 7a로부터 공급된 오존과 배수 W를 혼합하고, 오존과 배수 W를 동시에 오존 기포 미세화장치 7b에 통과시키는 것에 의해, 라인믹서의 교반력으로 오존을 미세하게 하여 처리대상 오수 중에 존재시키는 것이다. 이 방식에 의하면, 오존의 기포는 입경(기포 지름)을 0.5∼3미크론으로 하는 것이 바람직하다. 0.5∼3미크론으로 한 것은, 3미크론 보다 크면 오존처리의 효율이 나빠지기 때문이다. 또, 0.5미크론보다 작으면 처리대상 오수 중에 오존 기포를 분산시키는 것이 곤란해져서 초음파 처리장치 등의 여분의 오존 분산장치가 필요하게 되어 실용적이지 못하기 때문이다. 또, 오존의 주입량(처리대상 오수와 접촉시키는 오존량)은 처리대상 오수의 유기물 용존 상황 등으로부터 결정하는데, 처 대상 오수 1리터당 0.004∼0.0015mg(4∼15ppm), 바람직하게는 0.004∼0.008mg으로 한다. 0.004mg/ℓ보다 적으면 오존 투입에 의한 효과가 적고, 0.015mg/ℓ을 초과하면 처리액 중의 오존 농도가 포화되므로, 투입한 양만큼 쓸모없게 되기 때문이다. 이렇게 함으로써, 종래에 불가능하였던 다이옥신 등의 유해물질을 포함하는 처리대상 오수의 연속 처리가 실용레벨로 가능하게 된다. 즉, 종래는 주입 오존의 크기가 0.2∼0.3mm정도이었기 때문에 오존 처리조 속을 오존이 수초에 부상해 버리고, 처리대상 오수 중에서의 접촉시간이 극히 짧아진다. 그 때문에, 유해물질을 약 80% 분해시키기 위해서는, 처리대상 오수 1리터당 70∼100mg의 대량의 오존을 30∼300분간 계속 주입하고, 배치(batch)식으로 처리하지 않으면 안되었다. 그에 대하여 본 예에서는, 0.5∼3미크론의 입경을 가지는 오존을 처리대상 오수 1리터당 0.004∼0.0015mg 주입하는 것으로, 오존의 산화반응·용해성이 매우 높아지기 때문에, 고효율로 처리가 가능하게 되며, 연속식 오존 처리조에서 2분간 처리하면, 약 80%의 유해물질을 분해하는 것이 가능하게 된다. 본 예에서는, 오존을 0.5∼3미크론으로 미세하게 하여 처리 대상 오수에 접촉시키기 때문에, 종래형의 100배 이상의 고효율의 산화분해 처리가 가능하게 되며, 처리기기의 소형화 등, 이니셜 코스트(initial cost), 라이닝 코스트(lining cost)의 절감 등에 도움이 되는 경제효과를 가진다.

오존 처리조 5, 6을 거친 배수 W는 자외선 조사조 9로 이루어지는 자외선 조사 처리장치로 보내지고, 여기서 파장 180nm∼310nm정도의 자외선이 조사된다. 자외선 조사처리는 이 자외선 조사조 9에서 행해지고, 자외선 조사에 의한 탈 염소화 반응에 의해 다이옥신류 등을 분해 처리할 수 있다. 또 이 경우, 자외선 조사조 9 중의 배수 W 중에 잔존하고 있는 미세오존의 존재에 의해 자외선 조사에 의해 오존보다 훨씬 산화력이 강력한 하이드록시로지컬(OH-)의 생성을 기대할 수 있기 때문에, 전단(全段)의 오존처리만으로는 분해할 수 없었던 다이옥신류 등의 분해를 확실하게 하는 것을 기대할 수 있다.

자외선에 의한 다이옥신 등 유해물질의 분해효율을 높이기 위하여, 자외선 조사조 9의 내부 표면에 이산화 티타늄을 도공하여 광촉매를 이용한 분해를 병용하고 있다. 이 경우에, 광촉매에 관여하는 이산화 티타늄으로부터 발생하는 전자의 비거리는 15cm정도이기 때문에, 자외선 조사조 9를 대형화할 경우는, 자외선 조사조 9의 내부를 격벽으로 분리하고, 격벽 상호간의 거리를 30cm 이내로 할 필요가 있다. 그래서, 본 실시형태에서는, 원주형의 자외선 처리조의 중심축 부분에 자외선 램프를 설치하는 한편, 자외선 처리조 9의 측벽을 기단으로 하여 자외선 램프방향으로 연장하고 자외선 램프의 앞에서 종단이 되는, 이산화 티타늄이 표면에 도공된 복수의 격벽(도시하지 않음)을 구비한 자외선 조사조 9로 하고, 인접하는 격벽 상호간의 거리는 30cm를 초과하지 않게 한다.

자외선 조사조 9를 거친 배수 W는 pH조정조 10에 일단 저장된다. pH조정조 10에서는 석탄이 투입되고, 배수 W를 다시 알칼리화한다.

pH 조정조 10을 거친 배수 W는 다음에 전기분해 처리를 행하는 전기분해 처리조와 탄화여재 처리를 하는 탄화여재 처리조로 이루어지는 체류조 11로 보내진다. 체류조 11에는, 한쌍의 전기 분해용 전극 12, 13과, 복수개의 탄화여재 14가 설치된다. 전기분해처리는 주로 원래 산화 처리되지 않는 비소, 시안, 알루미늄, 카드뮴 등의 유해 중금속류를 제거하기 위하여 행해진다. 전기분해 처리장치는, 처리대상 오수 중에 포함되어 있는 제거가 필요한 유해중금속류의 종류에 따라 달라진다. 즉, 독성이 강한 카드뮴, 비소, 유기주석 등을 포함하는 처리대상 오수에 비하여, 알루미늄, 망간 또는 Nacl만을 포함하는 처리대상 오수인 경우에는 금액적으로도 저렴하고, 간단한 전기 분해장치로 충분하기 때문이다. 여기서는 독성이 강한 카드뮴 등을 분해할 수 있는 전기 분해장치가 이용되고 있다.

탄화여재 처리는 이제까지 행해진 처리로는 완전히 분해되지 않았던 다이옥신류나, 원래 산화 처리되지 않는 비소, 시안, 알루미늄, 카드뮴 등의 유해 중금속류를 제거하기 위하여 행해진다. 탄화여재 14와 처리대상 오수의 접촉은 처리대상 오수를 1분간 1㎘ 처리할 경우에 있어서 탄화여재 14를 800kg∼12,000kg을 이용한 체류조 11에서 처리한다. 처리대상 오수는 장시간 체류 처리하면 다이옥신류나 중금속류의 흡착 제거가 확실해진다. 그러나, 본 발명의 특징인 연속 처리를 효율적으로 행하기 위해서는, 체류시간은 30분 이하로 하는 것이 바람직하며, 여기서는 2분으로 한다. 탄화여재 14로서는, 활성탄보다도 흡착력이 우수한 삼나무, 소나무, 노송나무 등의 침엽수 탄화여재를 이용하고 있다. 그것은, 활성탄에 의한 경우는 최저 1시간 정도의 체류시간을 요하며, 1년간으로 교환할 필요가 있는데 반해, 침엽수 특수 탄화여재를 이용하면 30분의 체류시간으로 충분하며, 교환시기는 5년으로 되기 때문이다. 게다가, 여기서 이용하는 침엽수 탄화여재 14는 세공(細孔)의 크기가 30∼70Å인 삼나무, 20∼50Å인 소나무, 10∼30Å인 노송나무의 화합물로 이루어지므로, 세공의 크기가 특정범위로 균일한 활성탄을 이용하는 것보다도 훨씬 많은 유해물질을 흡착할 수 있기 때문이다. 또한, 여기서 이용하는 침엽수 탄화여재 14는 삼나무, 소나무, 노송나무 등의 복수의 침엽수를 원료로 하여 800℃∼900℃의 고온대에서 탄화함으로써 구해진다.

이상의 처리에서 배수 W는 식품위생법에서 규정하는 26항목의 음료수 적격수질 기준을 초과하는 수질이 되어 음료수레벨 이상의 물로서 환경으로 방출할 수 있다. 환경에 방출하더라도 다이옥신류 등을 포함하지 않기 때문에, 그와 같은 유해물질의 악순환을 차단할 수 있다. 또, 상기와 같은 처리에 의하면, 대장균을 비롯한 모든 세균이나 병원균을 사멸시킬 수 있으며, 동시에 탈취나 탈색의 효과도 발휘할 수 있다.

본 예에 의한 다이옥신류의 처리는 광촉매를 행하지 않은 경우에도 오존 처리만으로 약 70%가 제거 가능하며, 오존처리와 자외선 조사처리를 겸하면 약 95%를 제거할 수 있다. 광촉매를 행할 경우는, 오존 처리 및 자외선 조사처리를 병행하여 약 99%의 제거가 가능하다. 그리고, 이것에 전기분해 처리 및 탄화여재 처리를 거치면 100%의 제거가 가능하다. 또한, PCB, 노닐(nonyl) 페놀, 비이온계 계면활성제 그 이외의 환경호르몬류의 처리는 오존처리만으로 정량 하한치 이하로 분해 제거하는 것이 가능하다.

아울러, 본 실시형태에 의한 고효율 수처리방법에 의하면, 배수 W의 처리량은 매분 0.025∼14㎘이다.

다음으로 상술한 실시형태의 변형예에 대하여 설명한다.

폭기조에 있어서는, 투입되는 분뇨 등으로부터의 발산악취가 문제시 된다. 그래서, 폭기조의 상부에 모인 악취를 흡입하고, 오수 등과는 다른 경로로 과산화수소수 처리조의 하부에서 배출시키는 것에 의해 악취를 제거하는 탈취라인을 별도로 설치할 수 있다.

과산화수소수 처리조에서는, 과산화수소수에 의한 산화를 촉진하기 위하여 산화촉진제로서의 금, 산화동 및 산화철 중의 어느 하나 또는 둘이상을 이용하여도 된다. 이들 산화촉진제를 과산화수소수 처리조 중에 투입함으로써, 산화효과를 촉진시킬 수 있다. 산화촉진제를 이용하지 않을 경우는, 과산화수소수조의 상부에 끌어올려 두면 된다.

저류조에서는, 과산화수소수 처리조와 마찬가지로, 저류조 상부에 이산화티타늄을 도공하여 형광등의 빛을 받게 함으로써 광촉매 효과에 의해 남아 있는 악취를 제거하여도 된다.

오존처리에 이용되는 미세 오존을 발생시키는 방식에는, 라인믹서방식 외에 선회방식, 과류 터빈 펌프방식 등이 있다. 선회방식은, 오존과 처리대상 오수의 혼합물을 날개(blade)나 돌기물을 회전시켜서 처리대상 오수 중에 오존의 미세기포를 발생시키는 것으로, 오존을 입경이 10∼60미크론으로 할 수 있다. 또, 과류 터빈 펌프방식은 터빈 펌프의 교반력에 의해 오존을 미세화하는 것으로, 오존을 입경이 20∼80미크론으로 할 수 있다. 오존의 입경을 라인믹서 방식인 경우는, 0.5∼3미크론, 선회방식인 경우는 10∼20미크론 또는 50∼60미크론, 과류 터빈 펌프방식인 경우는 20∼80미크론으로 미세하게 한다. 선회방식, 과류 터빈펌프방식인 경우에 상기 입경으로 한 것은, 각각의 최대 입경보다 크면 처리효율이 나빠져서 바람직하지 않기 때문이다. 또, 각각의 최소 입경보다 작으면 오존 미세화의 처리상 장치가 고가가 되기 때문에 처리효율과의 관계에서 바람직하지 못하기 때문이다.

또, 오존의 주입량(처리대상 오수와 접촉시키는 오존량)은 처리대상 오수의 유기물 용존상황 등으로부터 결정하는데, 처리대상 오수 1리터당 0.004∼0.0015mg(4∼15ppm)으로 한다. 0.004mg/ℓ보다 작으면 오존 투입에 의한 효과가 적고, 0.015mg/ℓ을 초과하면 투입된 오존량당의 처리효율이 나빠지기 때문이다.

오존처리조로의 미세오존의 공급방법은, 오존 기포 미세화장치의 종류에 의해 다르다. 과류 터빈 펌프방식의 경우는, 상술한 예의 라인 믹서방식과 마찬가지로, 미세오존 발생장치가 처리 대상 오수용 배관 중에 설치되어, 미세오존이 분산된 처리대상 오수가 오존 처리조에 공급된다. 한편, 선회방식에서는 처리대상 오수용 배관중에 오존 기포 미세화장치가 배치되지 않고, 오존처리조의 저부에 배치되어 그곳으로부터 미세오존이 공급된다.

아울러, 어떠한 방식을 채용하든 미세 오존은 거의 순간에 오존처리조 전체에 널리 퍼진다. 따라서, 오존처리조의 형상도 세로로 길거나 가로로 긴 것을 비롯한 어떠한 형상이어도 된다.

배오존 처리는, 2개를 연결한 것 중 전측 오존처리조의 상부에 배오존 처리조를 설치하여 행하는데, 자외선 조사조의 후측에 별도로 설치된 배오존 처리조에서도 행하는 것이 바람직하다. 또한, 분뇨등의 수납저수조에 오존처리조 상부의 에어를 송부하여 탈취를 위하여 폐기해야 하는 오존을 유효하게 이용하는 것도 가능하다. 이 경우는 분뇨 등의 수납저수조 상에 배오존 처리조를 설치한다.

본 발명의 다른 실시형태에서는, 도 1에 나타낸 고정형의 장치에서 체류조 11 중의 전기분해 처리를 저류조 4와 오존 처리조 6 사이에 행한다. 이렇게 함으로써, 잔존하는 과산화수소수에 의해 전기분해가 효율적으로 행해진다.

도 2 및 도 3은, 이 발명의 다른 실시형태를 나타내는 도이다. 또한, 이하의 설명에 있어서 도 1에서 나타낸 실시형태와 중복되는 설명은 생략한다. 이 실시형태에서는, 차 탑재식의 장치를 나타내고 있다. 대형 트럭 15의 짐받이에는 배수 W를 진공 흡입하는 저류조 16이 설치되어 있다. 17은 진공 발생장치로, 배수 W를 진공 흡입하기 위한 것이다. 또, 18은 발전유닛이다.

이 저류조 16 내의 배수 W는 스크린 19를 통하여 2개의 오존 처리조 20, 21에 순차로 보내진다. 이 차 탑재식의 경우는, 스페이스가 좁기 때문에 「과산화수소수 처리조」는 생략되는 대신, 오존 처리조 20, 21에서의 오존 처리능력은 높아져 있다. 오존처리조 20, 21에는 각각 오존발생장치 22a, 오존기포 미세화장치 22b, 그리고 배오존 처리장치 23이 부설되어 있다. 2개의 오존 처리조 20, 21을 거친 배수 W는 자외선 조사조 24로 보내지고, 그곳에서 자외선에 의해 유해물질이 다시 분해된다.

자외선 조사조 24를 거친 배수 W는 다음으로 탄화여재 처리조 25로 보내진다. 탄화여재 처리조 25에는 모래가 퇴적되어 있어 배수 W를 여과하여 고형성분을 제거한다. 그리고, 배수 W는 마지막으로 체류조 26으로 보내진다. 체류조 26에는 복수개의 탄화여재 27이 설치되어 있다. 이 체류조 26에서 일정시간 배수 W를 모아두고 유해중금속류를 흡착 제거하기 때문에, 배수 W는 음료수레벨 이상의 물이 되어 환경으로 방출할 수 있다. 이 실시형태에서는 차 탑재식이기 때문에 어디라도 이동하여 배수 W를 처리할 수 있다.

본 발명에 의하면, 다이옥신류 등의 유해물질을 확실하게 산화 분해할 수 있기 때문에, 인체로부터의 배설물이나 공업폐수 등을 통한 유해물질의 악순환을 방지하는데 효과가 있다.

Claims (31)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 다이옥신류 및 PCB와 같은 유해물질을 포함하는 처리대상 오수에 오존을 접촉시켜, 처리대상 오수에 포함된 유해물질의 산화 분해를 수행하는 고효율 수처리방법에 있어서,

   오존을 포함하는 처리대상 오수를 얻기 위하여 오존 발생장치로부터 생성된 오존과 처리대상 오수를 함께 혼합하는 과정;

   미세 기포화된 오존을 포함하는 처리대상 오수를 얻기 위하여 오존을 포함하는 처리대상 오수를 송수관내에 배치된 오존 기포 미세화 장치를 통과시켜, 미세 기포화된 오존을 처리대상 오수와 접촉시키는 과정;

   미세 기포화된 오존을 포함하는 처리대상 오수를 적어도 하나의 오존 처리조에 공급하는 과정; 및

   처리대상 오수내의 유해물질의 산화 분해를 수행하는 과정을 포함하여 구성되며,

   상기 미세 기포화된 오존의 평균 입자 직경은 0.5 내지 3 미크론임을 특징으로 하는 방법.
7. 제6항에 있어서, 미세 기포화된 오존을 포함하는 처리대상 오수를 얻기 위하여 오존 처리조내에서 오존을 포함하는 처리대상 오수에 강제 대류 상태를 발생시켜, 미세 기포화된 오존을 처리대상 오수와 접촉시키는 과정을 추가로 포함하는 고효율 수처리방법.
8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 적어도 하나의 오존 처리조는 전후로 연결하여 설치된 다수의 오존 처리조를 포함하여, 후측 오존 처리조내의 폐오존은 전측 오존 처리조로 환류되는 고효율 수처리방법.
9. 제6항 또는 제7항에 있어서, 오존처리에 앞서, 또는 오존처리후에, 처리대상 오수에 대하여 과산화수소 용액을 사용하여 과산화수소 처리를 수행하는 고효율 수처리방법.
10. 제9항에 있어서, 처리계 내에서 처리대상 오수로부터 발생하는 악취 공기를 미세 기포화하여, 미세 기포화된 악취 공기를 산화 분해를 위해 과산화수소 용액과 혼합하는 고효율 수처리방법.
11. 제10항에 있어서, 미세 기포화된 악취 공기의 평균 입경이 0.01 내지 0.02mm인 고효율 수처리방법.
12. 제9항에 있어서, 과산화수소 용액 처리에 앞서, 처리대상 오수를 PH 8 내지 10으로 조정하는 고효율 수처리방법.
13. 제9항에 있어서, 과산화수소 용액 처리를 행하는 처리대상 오수 중에, 금, 산화동 또는 산화철 중 적어도 어느 하나를 투입하여, 과산화수소 용액에 의한 산화처리를 촉진하는 고효율 수처리방법.
14. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 오존처리에 앞서, 처리대상 오수에 대하여 전기 분해처리를 수행하는 고효율 수처리방법.
15. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 오존 처리 후, 유해물질의 산화 분해시 작용하지 않은 잔류 오존을 포함하는 처리대상 오수에 대하여 자외선 조사처리를 수행하는 고효율 수처리방법.
16. 제15항에 있어서, 자외선 조사처리 후에, 처리대상 오수에 대하여 전기 분해처리와 탄화여재(carbonized filter medium) 접촉처리를 수행하는 고효율 수처리방법.
17. 제6항 또는 제7항에 있어서, 처리계 내에 자외선 광원과 이산화 티타늄으로 도포된 내벽을 구비하는 자외선 조사 처리조를 설치하고, 상기 내벽에 대하여 자외선을 조사하여 자외선 조사 처리조내의 악취를 없애기 위한 광촉매처리를 일으키는 고효율 수처리방법.
18. 다이옥신류 및 PCB를 갖는 유해물질을 포함하는 처리대상 오수를 정화하기 위한 고효율 수처리장치에 있어서,

    오존 발생기에 의해 생성된 오존을 처리대상 오수가 통과하는 송수관내로 유입하고, 상기 송수관내에 제공된 오존 기포 미세화 장치에 의해 얻어진 미세 기포화된 오존을 공급하는 오존 공급 수단; 및

    처리대상 오수와 접촉하는 미세 기포화된 오존의 사용에 의해 유해물질의 산화가 일어나게 되는 적어도 하나의 오존 처리조를 포함하여 구성되며,

    상기 미세 기포화된 오존의 평균 입자 직경은 0.5 내지 3 미크론임을 특징으로 하는 고효율 수처리장치.
19. 제18항에 있어서, 저부에 제공된 오존 기포 미세화 장치를 가지며, 여기서 오존을 포함하는 처리대상 오수는 미세 기포화된 오존을 생성하기 위해 강제 대류 상태가 되고, 처리대상 오수내에 포함된 유해물질의 산화가 일어나게 되는 오존 처리조를 추가로 포함하는 고효율 수처리장치.
20. 삭제
21. 삭제
22. 삭제
23. 삭제
24. 제18항 또는 제19항에 있어서, 적어도 하나의 오존 처리조는 전후로 연결하여 설치된 다수의 오존 처리조를 포함하여, 후측 오존 처리조의 처리대상 오수 중에서 부상한 잉여 오존이 전측 오존 처리조로 환류되는 고효율 수처리장치.
25. 제18항 또는 제19항에 있어서, 상기 오존 처리조의 물유입측 또는 물유출측에 과산화수소 용액 처리조를 구비하는 고효율 수처리장치.
26. 제25항에 있어서, 처리장치 내에서 처리대상 오수로부터 발생한 악취 공기를 미세 기포화하여, 미세 기포화된 악취 공기를 과산화수소 용액과 혼합되도록 하는 악취 공급수단을 구비하는 고효율 수처리장치.
27. 제18항 또는 제19항에 있어서, 악취 공급수단은, 미세 기포화된 악취 공기의 평균 입경이 0.01 내지 0.02mm가 되도록 하는 고효율 수처리장치.
28. 제18항 또는 제19항에 있어서, 상기 오존 처리조의 유출측에 자외선 광원과 이산화 티타늄이 도포된 내벽을 가지는 자외선 조사 처리조를 구비하는 고효율 수처리장치.
29. 제28항에 있어서, 자외선 조사 처리조는, 이산화 티타늄이 도포된 복수의 격벽을 구비하고, 인접하는 격벽 간의 간격이 30cm를 초과하지 않도록 배치되어 있는 고효율 수처리장치.
30. 제29항에 있어서, 자외선 조사 처리조는, 상하방향으로 신장하는 저면이 있는 통형상의 본체부(bottomed hollow cylinder)를 구비하며, 이 본체부에는 그 지름방향에서의 중앙에 자외선 램프가 설치되고, 이 자외선램프를 중심으로 방사방향을 따라서 판 표면을 신장시킨 복수의 격벽이 설치되어 있는 고효율 수처리장치.
31. 제30항에 있어서, 자외선 조사 처리조의 물유출측에, 삼나무, 소나무 및 노송나무를 포함하는 복수의 침엽수 원료를 800℃ 내지 900℃의 고온대에서 탄화시켜 수득한 침엽수 탄화여재를 가지는 탄화여재 처리조를 구비하는 고효율 수처리장치.