KR100885540B1 - 고농도 유기성 폐수의 무슬러지화 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고농도 유기성 폐수 처리 장치에 관한 것으로, 특히 고온호기성 미생물을 이용한 고효율 유기물 분해와 함께 고액 분리 및 농축, 난분해성 유기물을 분해하여 고농도 유기성 폐수를 무슬러지화 처리할 수 있도록 한 고농도 유기성 폐수의 무슬러지화 장치 및 방법에 관한 것이다. 이를 위하여 본 발명은, 고농도 유기성 폐수를 분해시켜 감량화하는 고농도 유기성 폐수 처리 장치에 있어서, 유입되는 고농도 폐수 중 고농도 유기성 폐수 내 고형물 함유량을 기준 고형물 함유량이 되도록 농축하는 농축 설비와 상기 농축 설비로부터 유입되는 기준 고형물 함유량의 고농도 유기성 폐수를 미생물 제재의 먹이로 사용하여 분해하는 고온호기성 소화조와 상기 고온호기성 소화조에 의해 분해된 고농도 유기성 폐수를 필터링하여 고액 분리 및 농축시키는 여과기와 상기 여과기로부터 유입되는 농축된 고농도 유기성 폐수의 일부를 펜톤 반응시킴과 동시에 광(빛)을 조사하여 난분해성 고농도 유기성 폐수를 분해한 후, 상기 고온호기성 소화조로 재반송하는 광펜톤 반응조와 상기 고농도 유기성 폐수를 분해하여 감량화시키는 전반적인 동작을 제어하는 마이크로 컴퓨터를 포함하여 구성된다.

고농도 유기성 폐수, ATAD조, 세라믹 막, 광펜톤 산화

Description

고농도 유기성 폐수의 무슬러지화 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR ZERO SLUDGE OF ORGANIC WASTEWATER TREATMENT OF HIGH CONCENTRATION}

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 고농도 유기성 폐수의 무슬러지화 장치의 구성을 개략적으로 도시한 예시도.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 고농도 유기성 폐수의 무슬러지화 방법을 보인 흐름도.

<도면의 주요 참조부호에 대한 설명>

11: 농축 설비 13: ATAD조

15: 여과기 17: 광펜톤 반응조

19: 마이크로 컴퓨터

본 발명은 고농도 유기성 폐수 처리 장치에 관한 것으로, 특히 고온호기성 미생물을 이용한 고효율 유기물 분해와 함께 고액 분리 및 농축, 난분해성 유기물을 분해하여 고농도 유기성 폐수를 무슬러지화 처리할 수 있도록 한 고농도 유기성 폐수의 무슬러지화 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 고농도 유기성 폐수 처리 방법은 고온호기성 소화(ATAD)조 단독으로 사용하는 방법, 오존 산화법을 이용하는 방법, 오존과 가성소다를 이용하여 고농도 유기성 폐수를 분해시키고 호기성 MBR(Membrane Bio Reactor)을 결합하는 방법 등이 있다.

상기 고농도 유기성 폐수 처리 방법 중 ATAD조를 단독으로 사용하는 방법은 생물학적 처리법으로서, 외부 가온이 필요없고 물리적 가온에 비해 경제적이며 유기물 감량 효과가 있는 장점이 있다. 그러나, 상기 고농도 유기성 폐수 처리 방법은 미생물만을 단독으로 이용한 방법이기 때문에 난분해성 유기물을 분해하기 어렵고 다량의 슬러지가 발생하는 단점이 있다.

또한 오존을 이용하는 방법은 고농도 유기성 폐수를 분해ㆍ가용화시킨 고농도 유기성 폐수를 생물 반응조(무산소/혐기)에 투입함으로써 외부 탄소원으로 활용함과 동시에 고농도 유기성 폐수를 제거하는 하수 및 고농도 유기성 폐수를 동시에 처리하는 기술이다. 이러한 상기 오존을 이용하는 방법의 장치는 하이드로사이클 론(Hydrocyclone), 오존 발생 장치 및 접촉조, 분해 고농도 유기성 폐수 이송 펌프로 구성되어 있다. 여기서 상기 하이드로사이클론은 고농도 유기성 폐수를 고속 주입 회전 운동을 통하여 상대적으로 높은 비중을 가진 무기물을 분리함으로써 무기물의 축적을 제어한다. 상기 오존 접촉조는 오존의 강력한 산화력으로 고농도 유기성 폐수 내 미생물을 사멸 분해시키고 난분해성 유기물을 분해한다. 그러나, 상기 오존을 이용하는 방법에 따른 장치는 오존 장치 설치비와 운전비가 막대하기 때문에 경제적인 문제점이 있다.

또한 오존과 가성소다를 이용하여 고농도 유기성 폐수를 분해시키고 호기성 MBR을 결합한 방법은 호기성 MBR의 고농도 유기성 폐수를 일정 비율로 인발하여 알카리 처리와 오존처리 후, 가용화된 분해성 유기물을 다시 호기성 MBR로 재 반송하여 분해한다. 그러나, 상기 오존과 가성소다를 이용하는 방법은 막의 파울링으로 인해 막의 수명을 단축시키는 문제점이 있다. 또한 상기 막의 수명 단축으로 인한 교체 빈도 증가, 막대한 비용의 오존 장치 설치 및 운전 비용 등의 경제적인 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 고온호기성 미생물을 이용한 고효율 유기물 분해와 함께 고액 분리 및 농축, 난분해성 유기물을 분해하여 고농도 유기성 폐수를 무슬러지화 처리할 수 있도록 한 고농도 유기성 폐수의 무슬러지화 장치 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

또한 본 발명의 목적은 고농도 유기성 폐수의 처리 비용을 줄임과 동시에 고농도 유기성 폐수를 무슬러지화 처리할 수 있도록 한 고농도 유기성 폐수의 무슬러지화 장치 및 방법을 제공함에 있다.

또한 본 발명의 다른 목적은 ATAD조에서 분해되지 않은 일부 난분해성 고농도 유기성 폐수를 펜톤 반응시킴과 동시에 광(빛)을 조사하여 난분해성 고농도 유기성 폐수를 분해할 수 있도록 한 고농도 유기성 폐수의 무슬러지화 장치 및 방법을 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 고농도 유기성 폐수를 분해시켜 감량화하는 고농도 유기성 폐수 처리 장치에 있어서, 유입되는 고농도 폐수 중 고농도 유기성 폐수 내 고형물 함유량을 기준 고형물 함유량이 되도록 농축하는 농축 설비와 상기 농축 설비로부터 유입되는 기준 고형물 함유량의 고농도 유기성 폐수를 미생물 제재의 먹이로 사용하여 분해하는 고온호기성 소화조와 상기 고온호기성 소화조에 의해 분해된 고농도 유기성 폐수를 필터링하여 고액 분리 및 농축시키는 여과기와 상기 여과기로부터 유입되는 농축된 고농도 유기성 폐수의 일부를 펜톤 반응시킴과 동시에 광(빛)을 조사하여 난분해성 고농도 유기성 폐수를 분해한 후, 상기 고온호기성 소화조로 재반송하는 광펜톤 반응조와 상기 고농도 유기성 폐수를 분해하여 감량화시키는 전반적인 동작을 제어하는 마이크로 컴퓨터를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 미생물 제재는 고온 호기성 미생물로 Bacillus stearothermophilus 인 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 고온호기성 소화조는 온도, pH(수소 이온 농도를 나타내는 지수), 산화환원전위(ORP: Oxidation-Reduction Potential), 용존산소(DO: Dissolved Oxygen), 총부유물질(TSS: Total Suspended Solids)를 측정하는 센서를 더 포함하여 구비되어, 상기 센서에 의해 측정된 결과값에 따라 마이크로 컴퓨터로부터 미생물 성장의 최적조건으로 제어되게 구성된 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 여과기는 막의 교환빈도가 낮아 경제적이고, 과부하에도 안정된 처리 능력을 유지하며, 미생물 및 세균에 의한 막 오염 및 막의 분해를 방지하는 세라믹 막 혹은 관형 한외여과막인 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 광펜톤 반응조는 마이크로 컴퓨터의 제어 하에 고온호기성 소화조로 반송되지 않고, 포기조로 이송되지 않는 일부의 농축된 고농도 유기성 폐수를 상기 여과기로부터 입력받아 2가철의 촉매를 사용하는 펜톤 산화법을 이용함과 동시에 광(빛)을 조사하여 난분해성 유기물을 분해해서 상기 고온호기성 소화조로 재반송하게 구성된 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 마이크로 컴퓨터는 상기 여과기에 의해 농축된 고농도 유기성 폐수를 고온호기성 소화조 내의 고형물 함유량이 기 설정된 기준 함유량 이상인지를 판단하여 기준 함유량 이상이면, 여과기에 의해 농축된 고농도 유기성 폐수를 광펜톤 반응조로 이송시키도록 제어하고, 상기 측정된 고온호기성 소화조내의 고형물 함유량이 기준 함유량 이상이 아니면, 상기 농축된 고농도 유기성 폐수를 고온호기성 소화조로 반송하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 마이크로 컴퓨터는 고온호기성 소화조 내의 고형물 함유량이 기 설정된 기준 함유량 이상이라도 광펜톤 반응조에 의해 광펜톤 산화공정이 수행되고 있을 시에는 농축된 고농도 유기성 폐수를 고온호기성 소화조로 반송시키게 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 고농도 폐수의 고농도 유기성 폐수를 분해시켜 감량화하는 고농도 유기성 폐수 처리 방법에 있어서, 유입되는 고농도 폐수 중 고농도 유기성 폐수 내 고형물 함유량을 기준 고형물 함유량이 되도록 농축한 후, 고온 호기성 소화방식(ATAD)을 이용하여 미생물 제재의 먹이로 사용하여 고농도 유기성 폐수를 분해하는 과정과 상기 분해된 고농도 유기성 폐수를 필터링하여 얻은 농축된 난분해성 고농도 유기성 폐수를 펜톤 반응시킴과 동시에 광(빛)을 조사하는 광펜톤 반응에 의해 난분해성 고농도 유기성 폐수를 분해한 후, 상기 고온호기성 방식으로 고농도 유기성 폐수를 분해하는 과정으로 복귀하여 상기 과정을 반복 수행하는 과정을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 미생물 먹이로 사용하여 고농도 유기성 폐수를 분해하는 과정은 농축된 고농도 유기성 폐수 내 고형물 함유량의 농도를 측정하는 단계와 상기 측정된 고형물 농도가 기준 고형물 농도와 일치하는가를 판단하고, 그 판단결과 일치하면, 고온 호기성 소화방식(ATAD)을 이용하여 최적의 성장 상태의 미생물에 의해 고농도 유기성 폐수를 분해하는 단계와 상기 분해된 고농도 유기성 폐수를 포함하는 고농도 폐수 중 폐 고농도 폐수가 존재하면, 해당 폐 고농도 폐수는 폐 고 농도 폐수 처리과정에 의해 처리되는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 고온 호기성 소화방식(ATAD)을 이용하여 최적의 성장 상태의 미생물에 의해 고농도 유기성 폐수를 분해하는 단계는 온도, pH(수소 이온 농도를 나타내는 지수), 산화환원전위(ORP: Oxidation-Reduction Potential), 용존산소(DO: Dissolved Oxygen), 총부유물질(TSS: Total Suspended Solids)을 측정하는 단계와 상기 센서에 의해 측정된 결과값에 따라 미생물 성장의 최적조건을 조절하여 고농도 유기성 폐수를 미생물 제재의 먹이로 사용하는 단계를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 광펜톤 반응에 의해 난분해성 고농도 유기성 폐수를 분해하는 것은 고온호기성 소화 방식을 수행하도록 반송되지 않고,포기조로 전송되지 않는 일부의 농축된 고농도 유기성 폐수를 2가철의 촉매를 사용하는 펜톤 산화법을 이용함과 동시에 광(빛)을 조사하여 난분해성 유기물을 분해하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 분해된 고농도 유기성 폐수를 필터링하여 얻은 농축된 난분해성 고농도 유기성 폐수는 상기 고온호기성 소화방식을 수행하는 수단내의 고형물 함유량과 기준 함유량의 비교결과에 따라 광펜톤 산화공정이 수행되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 고온호기성 소화방식을 수행하는 수단내의 고형물 함유량이 기 설정된 기준 함유량 이상인지를 판단하여 기준 함유량 이상이면, 농축된 고 농도 유기성 폐수를 광펜톤 반응조로 이송시켜 광펜톤 산화공정을 수행하고, 상기 고온호기성 소화방식을 수행하는 수단내의 고형물 함유량이 기 설정된기준 함유량 이상이 아니면, 필터링하여 얻은 농축된 난분해성 고농도 유기성 폐수를 고온 호기성 소화 방식으로 처리하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 고온호기성 소화방식을 수행하는 수단내의 고형물 함유량이 기 설정된 기준 함유량 이상이라도 상기 광펜톤 산화공정이 수행되고 있는 중에는 고농도 유기성 폐수를 고온 호기성 소화방식으로 처리하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작 및 작용을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.

또한 하기의 설명에서 본 발명의 고농도 유기성 폐수의 무슬러지화 장치 및 방법의 특정 상세들이 본 발명의 보다 전반적인 이해를 제공하기 위해 나타나 있다. 이들 특정 상세들 없이 또한 이들의 변형에 의해서도 본 발명이 용이하게 실시될 수 있다는 것은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.

하기의 설명에서 고농도 유기성 폐수의 무슬러지화 장치를 구성하는 기능 블럭간의 입출력되는 것이 고농도 유기성 및 무기성 폐수의 고농도 폐수지만, 고농도 폐수중 무기성 폐수는 분해하기 어려우므로, 분해 가능한 유기성 폐수의 분해에 대해 중점적으로 기술하기 위해,고농도 유기성 폐수의 입출력으로 기능 블럭간 유기 적인 결합이 될 수 있도록 기재하지만, 이는 고농도 무기성 폐수를 포함하는 고농도 폐수임을 인지해야 한다.

한편, 본 발명의 고농도 유기성 폐수의 무슬러지화 장치 및 방법은 ATAD조에서 고온 호기성 미생물에 의해 생물학적으로 분해 가능한 유기물을 분해하고, 여과기에서 분해된 고농도 폐수를 여과시켜 고액분리 및 농축한 후, 광펜톤 산화 공정에 의해 난분해성 유기물을 분해하며, 상기 광펜톤 산화공정에 의해 분해된 고농도 유기성 폐수를 상기 ATAD조로 재 반송하여 미생물에 의해 재차 분해될 수 있도록 함으로써, 고농도 유기성 폐수를 처리할 수 있는 기술적 구성을 제안한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 고농도 유기성 폐수의 무슬러지화 장치의 구성을 보인 구성도이다. 상기 도 1에서는 본 발명의 필수구성요소의 동작 및 작용 설명을 흩트릴 수 있어, 각 기능 블록 간 입출력 경로를 제어하는 밸브, 펌프와 각 기능 블럭에 각각 구비되는 센서(온도, pH, ORP, DO, TSS와 관련된 센서 등)에 대해 도시를 생략하였음을 인지해야 한다.그러나, 본 발명의 기능 블록 간 유기적인 동작 설명을 필요로 할 때에는 펌프와 센서에 대해 설명하도록 한다.

상기 도 1을 참조하면, 본 발명의 고농도 유기성 폐수의 무슬러지화 장치는 농축 설비(11), ATAD조(13)와 여과기(15) 및 광펜톤 반응조(17) 및 마이크로 컴퓨터(19)를 포함하여 구성된다.

상기 농축 설비(11)는 유입되는 고농도 폐수(고농도 유기성/무기성 폐수)중 고농도 유기성 폐수내 고형물 함유량을 기준 고형물 함유량(일예로, 4~5%)이 되도록 농축한다. 이는 후단에 구비된 ATAD조(13)의 미생물에 의한 유기물의 분해를 촉 진시켜 고농도 유기성 폐수를 감량화시키기 위함이다.

상기 ATAD조(13)는 상기 농축 설비(11)에 의해 고형물 함유량이 4~5%가 된 고농도 유기성 폐수를 생물학적 처리법에 의해 분해한다. 또한 상기 ATAD조(13)는 미생물 제재가 주입되어 있으므로, 그 미생물에 의해 유기물이 분해된다. 여기서, 상기 미생물 제재는 Bacillus stearothermophilus 미생물일 수 있다. 여기서 상기 Bacillus stearothermophilus는 호기성 미생물이며, 이에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다. 이때 상기 미생물이 유기물과 산소를 섭취하면서 발열 작용을 하기 때문에 유기물 분해에 따른 분해 열이 발생된다. 이에 의해 외부 열원 없이도 상기 ATAD조(13)는 일정온도(예를 들면, 50~70℃)까지 상승하며, 상승된 열이 외부로 손실되는 것을 최소화하기 위해 보온 처리한다. 따라서, 상기 ATAD조(13)는 상기 미생물이 고온 호기성 조건하에서 고농도 유기성 폐수를 분해하기 때문에 기존의 혐기성 소화보다 훨씬 빠르게 진행되고, 처리 효율 또한 증가시킨다. 또한 상기 ATAD조(13)는 온도, pH(수소 이온 농도를 나타내는 지수), ORP(Oxidation-Reduction Potential; 산화환원전위), DO(Dissolved Oxygen; 용존산소), TSS(Total Suspended Solids 총부유물질)를 측정하기 위한 센서와 폭기로 인해 발생되는 거품을 제거하는 분무기를 구비한다. 그래서, 상기 ATAD조(13)는 마이크로 컴퓨터(19)의 제어하에 상기 센서들에 의해 측정된 결과값에 따라 미생물 성장의 최적조건으로 제어된다. 또한 상기 ATAD조(13)는 분해된 고농도 유기성 폐수를 여과기(15)로 이송하고, 더 이상 분해되지 않은 폐 고농도 폐수는 탈수기에서 처리한다. 상기 탈수기 이후 폐 고농도 폐수가 처리되는 기술은 일반적으로 당업자에 의해 공지된 기술이므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한 상기 ATAD조(13)는 여과기(15)로부터 농축된 고농도 유기성 폐수의 일부를 반송받아 미생물에 의해 유기물을 분해할 수 있도록 한다. 또한 상기 ATAD조(13)는 광펜톤 반응조(17)로부터 생물학적으로 분해 가능한 유기성 폐수를 입력받아 미생물 먹이로 재이용하여 고농도 유기성 폐수를 감량한다.

상기 여과기(15)는 상기 ATAD조(13)로부터 출력되는 분해된 고농도 유기성 폐수를 필터링하여 고액분리 및 농축시킴으로써, 고농도 유기성 폐수의 부피를 감소시킨다. 또한 상기 여과기(15)는 마이크로 컴퓨터(19)의 제어하에 농축된 고농도 유기성 폐수를 ATAD조(13)내의 고형물 함유량에 따라 상기 농축된 고농도 유기성 폐수의 일부를 ATAD조(13)로 반송하고, 상기 일부의 나머지(약 10%내외) 고농도 유기성 폐수를 광펜톤 반응조(17)로 이송하며, 여과수를 포기조로 이송한다. 여기서, 상기 여과기(15)는 마이크로 컴퓨터(19)의 제어 하에 ATAD조(13)내의 고형물 함유량이 기준 함유량 이상이면, 광펜톤 반응조(17)로 농축된 고농도 유기성 폐수를 이송한다. 그러나, 상기 ATAD조(13)내의 고형물 함유량이 기준 함유량 이상이더라도 상기 광펜톤 반응조(17)에서 광펜톤 산화공정이 수행되고 있는 중이거나, ATAD조(13)내의 고형물 함유량이 기준 함유량 이상이 아닌 경우에는 농축된 고농도 유기성 폐수를 ATAD조(13)로 이송한다. 이러한 상기 여과기(15)는 무기질 막으로 구성된다. 여기서, 상기 여과기(15)는 상기 ATAD조(13)에서 출력되는 고온의 고농도 유기성 폐수가 막에 유입되더라도 온도와 pH에 민감하지 않고, 수명이 길며, 내약품성이 뛰어나고 약품 세정에 의한 막 성능의 회복이 용이하며, 막의 교환빈도가 낮고, 미생물 및 세균의 오염 방지가 가능한 특정 무기질 막을 사용한다. 이에, 본 발명에서는 여과기(15)로 세라믹 막을 사용함이 바람직하다. 또한 상기 세라믹 막으로 구성된 여과기(15)인 경우, 막의 교환빈도가 낮아 경제적이고, 과부하에도 안정된 처리 능력을 유지하며, 미생물 및 세균에 의한 막 오염 및 막의 분해를 방지할 수 있게 된다. 이러한 상기 여과기(15)에 대한 상세한 설명은 후술하도록 한다.

상기 광펜톤 반응조(17)는 상기 여과기(15)로부터 ATAD조(13)로 반송되지 않고, 포기조로 이송되지 않는 일부의 농축된 고농도 유기성 폐수를 펜톤 산화법을 이용해서 난분해성 유기물을 분해함과 동시에 광(빛)을 조사하여 난분해성 유기물을 분해한 후 ATAD조(13)로 반송한다. 이러한 상기 광펜톤 반응조(17)의 펜톤 산화법과 광을 상기 광펜톤 반응조에 조사하여 난분해성 유기물을 분해하는 광펜톤 산화법에 대해서는 상세히 후술하도록 한다. 또한 상기 광펜톤 반응조(17)는 온도, pH, ORP를 센싱하기 위한 센서를 구비한다. 그래서, 상기 광펜톤 반응조(17)는 마이크로 컴퓨터(19)의 제어 하에 상기 센서들에 의해 측정된 결과값에 따라 난분해성 유기성 폐수가 충분히 분해될 수 있는 최적조건으로 제어된다.

상기 마이크로 컴퓨터(19)는 상기 고농도 유기성 폐수를 분해하여 감량화시키는 고농도 유기성 폐수 처리장치의 전반적인 동작을 제어한다. 또한 상기 마이크로 컴퓨터(19)는 ATAD조(13)에 구비된 센서들의 측정 결과값에 따라 미생물 성장의 최적조건으로 상기 ATAD조(13)가 동작하도록 제어한다. 또한 상기 마이크로 컴퓨터(19)는 광펜톤 반응조(17)에 구비된 센서들의 측정 결과값에 따라 난분해성 유기성 폐수가 충분히 분해될 수 있는 최적조건으로 상기 광펜톤 반응조(17)가 동작하 도록 제어한다. 또한 상기 마이크로 컴퓨터(19)는 여과기(15)에 의해농축된 고농도 유기성 폐수의 고형물 함유량을 측정하고, 또한 ATAD조(13)내의 고형물 함유량을 측정하여 기 설정된 기준 함유량 이상인지를 판단하여 기준 함유량 이상이면, 농축된 고농도 유기성 폐수를 광펜톤 반응조(17)로 이송시켜 광펜톤 산화공정을 수행하고, 상기 광펜톤 산화 공정이 수행되고 있을 시에는 농축된 고농도 유기성 폐수를 ATAD조(13)로 반송시켜 고온 호기성 미생물에 의해 재차 분해되도록 제어한다. 또한, 상기 마이크로 컴퓨터(19)는 상기 측정된 ATAD조(13)내의 고형물 함유량이 기준 함유량 이상이 아니면, 상기 ATAD조(13) 내의 고형물 함유량을 기준 함유량 이상 유지시켜 주기 위해 농축된 고농도 유기성 폐수를 ATAD조(13)로 반송하여 처리하도록 한다. 또한 상기 마이크로 컴퓨터(19)는 광펜톤 반응조(17)에서 광펜톤 산화공정이 수행되고 있는 중에는 농축된 고농도 유기성 폐수를 ATAD조(13)로 이송하도록 제어한다. 또한 상기 마이크로 컴퓨터(19)는 여과기(15)에 의해 여과된 여과수를 포기조로 이송하도록 제어한다.

상기 도 1을 참조하여, 고농도 유기성 폐수를 감량화하는 고농도 유기성 폐수의 무슬러지화 장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.

우선, 농축 설비(11)는 고농도 유기성 폐수가 유입되면, 고농도 유기성 폐수내 고형물 함유량이 4~5%가 되도록 농축하여 ATAD조(13)로 이송한다.

그러면, 상기 ATAD조(13)는 마이크로 컴퓨터(19)에 의해 상기 ATAD조(13)에 구비된 센서들의 측정 결과값에 따라 미생물 성장의 최적조건으로 제어된다. 즉, 상기 마이크로 컴퓨터(19)가 ATAD조(13)에 구비된 센서들의 측정값을 통해 제어하 는 동작에 대해 기술하면 다음과 같다.

상기 마이크로 컴퓨터(19)는 온도센서에 의해 측정된 온도 값이 미생물 성장을 위한 적절한 기준 온도 즉, 50~70℃로 보온 유지되도록 제어한다.

또한 상기 마이크로 컴퓨터(19)는 pH센서에 의해 측정된 pH가 미생물 성장을 위한 적절한 기준 pH값보다 낮으면, 수산화 나트륨 약품을 상기 ATAD조(13)에 주입하도록 제어한다. 이에, 상기 마이크로 컴퓨터(19)는 상기 ATAD조(13) 내부로 수산화 나트륨이 주입될 수 있도록 해당 펌프를 작동시킨다.

그러나, 상기 마이크로 컴퓨터(19)는 상기 pH센서에 의해 측정된 pH센서 측정값이 상기 기준 pH값보다 높으면, 황산 약품을 상기 ATAD조(13)에 주입하도록 제어한다. 이에,상기 마이크로 컴퓨터(19)는 상기 ATAD조(13) 내부로 황산이 주입될 수 있도록 해당 펌프를 작동시킨다.

또한, 상기 마이크로 컴퓨터(19)는 ORP센서에 의해 미생물의 산소 이용률을 파악하여 산소공급 장치를 통해 ATAD조(13) 내부의 산소 공급량을 조절하도록 제어한다.

또한, 상기 마이크로 컴퓨터(19)는 DO센서에 의해 용존 산소농도를 측정하여 ATAD조(13) 내부의 미생물 성장에 적절한 농도를 유지하도록 제어한다. 이러한 상기 ORP센서와 DO센서에 의해 적절한 산소 공급이 필요한 이유는 다음과 같다.

즉, 과폭기시 에너지 소모 증가와 고농도 유기성 폐수 분해열의 손실이 발생할 수 있고, 저폭기시 미생물의 성장 저해로 고농도 유기성 폐수 분해 속도 감소와 분해률 저하 등의 문제점이 발생할 수 있다. 이에, 적절한 농도의 산소 공급이 필 수적이다.

한편, 고온에서는 포화 용존 산소의 농도(70℃에서 약 4.3mg/L)가 낮으므로, 산소 주입방식과 산소 이용률을 증대시키는 방식에 따라 고농도 유기성 폐수의 분해 정도가 결정된다.

연구결과에 의하면, 수중의 최적 산소 농도는 1mg/L로 보고되어 있다. 이를 위해 제트에어레이션 방식에 의해 순환펌프를 이용하여 고농도 유기성 폐수를 순환시키고, 순환 배관에 공기공급장치를 이용하여 공기를 공급시켜 ATAD조(13) 내부에 구비된 산기관을 통해 원활하게 상기 ATAD조(13)내부에 산소가 공급되도록 구성한다. 또한, 상기 ATAD조(13)는 마이크로 컴퓨터(19)의 제어 하에 폭기로 인해 거품이 다량 발생하기 때문에 거품 제거용 펌프를 이용하여 고농도 유기성 폐수를 순환시키면서 상기 ATAD조(13)내의 수면 위에 구비된 분무기를 이용하여 수면 위의 거품을 제거한다. 그러나, 상기 마이크로 컴퓨터(19)는 다량의 거품이 발생했음에도 불구하고 분무기를 이용하여도 거품이 제거되지 않을 시에는 광펜톤 반응조(17)로 이송하여 처리하도록 한다.

또한, 상기 마이크로 컴퓨터(19)는 TSS센서에 의해 ATAD조(13)내의 총 부유물 함유량을 측정하여 고온 호기성 미생물의 성장에 적절한 농도를 유지하도록 제어한다.

이러한, 상기 ATAD조(13)는 생물학적 처리법에 의해 분해된 고농도 유기성 폐수를 여과기(15)로 이송한다. 그러면 상기 여과기(15)는 상기 ATAD조(13)로부터 분해된 고농도 유기성 폐수를 고액분리 및 농축한다. 이후, 마이크로 컴퓨터(19)는 상기여과기(15)에 의해 농축된 고농도 유기성 폐수의 고형물 함유량을 측정하고, 또한 ATAD조(13)내의 고형물 함유량을 측정하여 기 설정된 기준 함유량 이상인지를 판단하여 기준 함유량 이상이면, 농축된 고농도 유기성 폐수를 광펜톤 반응조(17)로 이송하도록 제어한다. 그리고, 상기 마이크로 컴퓨터(19)는 고농도 유기성 폐수의 고형물 함유량이 기준 함유량 이상이라도 상기 광펜톤 반응조(17)에 의해 광펜톤 산화과정이 수행되고 있는 중에는 일부의 고농도 유기성 폐수를 ATAD조(13)로 이송하며, 여과수는 포기조로 이송하도록 제어한다.

이러한 상기 여과기(15)는 전, 후단에 압력계를 구비하여 그 압력계를 통해 막의 오염이 발생하면 막 공극이 막혀 유입부의 압력계의 압력 눈금이 상승하게 되고, 상대적으로 유출부의 압력계의 눈금은 하강하게 된다. 상기 유입부의 압력계의 눈금이 기준 압력 이상이면 마이크로 컴퓨터의 제어 하에 압축 공기 공급장치 및 재생 약품을 이용하여 역세를 실시한다. 역세 실시 후 본 고농도 유기성 폐수 처리 장치의 운전을 수행했을 때 역세 실시 전과 역세 실시 후의 상기 압력계에 측정되는 압력의 변화가 미미하면, 여과기(15)을 교체한다.

이후, 광펜톤 반응조(17)는 상기 여과기(15)로부터 농축된 고농도 유기성 폐수의 일부를 입력받아 모터와 교반기를 이용하여 유입되는 농축고농도 유기성 폐수를 혼합한다. 상기 광펜톤 반응조(17)는 마이크로 컴퓨터(19)의 제어 하에 상기 광펜톤 반응조(17)에 구비된 센서들을 통해 측정된 결과값에 따라, 광펜톤 산화법이 적용되어 난분해성 유기물을 분해한 후 ATAD조(13)로 반송한다. 펜톤 산화법은 pH 3~4로 조절하여 2가철과 과산화수소의 빠른 반응을 통해 수산화 라디칼을 발생시키 므로 높은 활성을 가지지만, 한번 촉매로 투입된 2가철은 펜톤 반응을 통해 3가철로 산화되어 그 활성을 잃어버리기 때문에, 광(빛)을 조사하여 3가철이온을 지속적으로 2가철로 재생시켜 준다. 그래서, 철염의 주입량뿐만 아니라 철염으로 인해 생성되는 슬러지의 발생량을 크게 감소시켜, 펜톤 반응의 활성을 유지시켜준다. 상기 광펜톤 반응조(17)는 레벨 스위치를 이용해 측정되는 수위가 일정량 이상이 되면, 마이크로 컴퓨터(19)의 제어에 의해 운전된다. 상기 광펜톤 반응조(17)에서 반응후 분해된 난분해성 유기성 폐수는 ATAD조(13)로 반송되어 상술한 과정을 반복 수행하여 고농도 유기성 폐수를 감량화하게 된다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 고농도 유기성 폐수의 무슬러지화 방법을 보인 흐름도이다.

상기 도 2를 참조하면, 201단계에서 마이크로 컴퓨터(19)는 농축 설비(11)에 유입되는 고농도 유기성 폐수 내 고형물 함유량을 증가시킨다. 일 예로, 상기 마이크로 컴퓨터(19)는 고형물 함유량이 4~5%가 되도록 농축한다.

이후, 203단계에서 상기 마이크로 컴퓨터(19)는 농축 설비(11)에 의해 농축된 고농도 유기성 폐수 내 고형물 함유량의 농도를 측정한다.

205단계에서 상기 마이크로 컴퓨터(19)는 측정된 고형물 농도가 기준 고형물 농도와 일치하는가를 판단한다.

상기 판단결과 측정된 고형물 농도가 기준 고형물 농도와 일치하지 않으면, 상기 마이크로 컴퓨터(19)는 상기 201단계로 복귀하여 측정된 고형물 농도가 기준 고형물 농도와 일치할 때까지 상술한 과정을 반복 수행한다.

그러나, 상기 판단결과 측정된 고형물 농도가 기준 고형물 농도와 일치하면, 207단계에서 상기 마이크로 컴퓨터(19)는 고온 호기성 소화방식(ATAD)을 이용하여 최적의 성장 상태의 미생물에 의해 고농도 유기성 폐수를 분해한다.

이후, 209단계에서 상기 마이크로 컴퓨터(19)는 분해된 고농도 유기성 폐수를 포함하는 고농도 폐수 중 폐 고농도 폐수가 존재하는가를 판단한다.

그래서, 상기 폐 고농도 폐수가 존재하면, 211단계에서 상기 마이크로 컴퓨터(19)는 상기 폐 고농도 폐수 처리과정을 수행한다. 여기서 상기 폐 고농도 폐수 처리과정은 일반적으로 공지된 기술이므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.

그러나, 상기 고농도 폐수 중 폐 고농도 폐수가 아닌 경우에는, 213단계에서 상기 마이크로 컴퓨터(19)는 여과기(15)를 통해 분해된 고농도 유기성 폐수를 필터링하여 고액분리 및 농축시킨다. 그래서 상기 여과기(15)에 의해 여과된 여과수는 포기조로 이송 처리한다.

다음, 215단계에서 상기 마이크로 컴퓨터(19)는 ATAD조(13)내의 고농도 유기성 폐수의 고형물 함유량을 측정한다.

217단계에서 상기 마이크로 컴퓨터(19)는 상기 ATAD조(13)내의 측정된 고형물 함유량이 기준 함유량 이상인가를 판단한다.

상기 판단결과, 상기 ATAD조(13)내의 고형물 함유량이 기준 함유량 이상이면, 상기 마이크로 컴퓨터(19)는 219단계로 진행하여 광펜톤 산화 과정을 수행한다.

그러나, 상기 측정결과, 상기 ATAD조(13)내의 고형물 함유량이 기준 함유량 이상이 아니면, 상기 207단계로 복귀한다.

상기 219단계에서 상기 마이크로 컴퓨터(19)는 펜톤 산화법을 이용함과 동시에 촉매제로 사용되는 2가철에 광(빛)을지속적으로 조사하여 농축된 고농도 유기성 폐수를 분해하는 광펜톤 산화법을 적용하여 난분해성 고농도 유기성 폐수를 분해한다. 그래서 상기 펜톤 반응에 의해 3가철로 산화되어 그 활성을 잃어버리지 않도록 광을 조사하여 3가철 이온을 지속적으로 2가철로 재생시켜 약품 소모량을 감소시킨다. 이후, 상술한 207단계로 복귀하여 상기 과정을 반복 수행하도록 한다.

한편, 상기 217단계의 판단결과, 상기 ATAD조(13) 내의 고형물 함유량이 기준 함유량 이상이지만, 일정유량의 고농도 유기성 폐수가 광펜톤 산화법이 적용되고 있는 중에는 상술한 219단계를 수행하지 않고, 상기 207단계로 복귀하여 고농도 유기성 폐수를 분해할 수 있도록 한다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 톤당 고농도 유기성 폐수 처리 비용을 줄일 수 있으며, 발생된 고농도 유기성 폐수를 공정 외부로 반출하여 처리하는 사후 처리 기술이 아닌 고농도 유기성 폐수 발생 자체를 직접 감량시키는 원천 처리 개념의 고농도 유기성 폐수 처리 기술이기 때문에, 향후 해양 투기 금지 조치에 대응이 가능한 효과가 있다.

또한 고농도 유기성 폐수 처리 방법의 하나인 소각으로 인한 2차 환경오염을 방지할 수 있고, 고온 처리기 때문에 병원균 사멸로 인한 위생적이며, 탈수 비용, 탈수 설비 설치 비용 및 설치 부지를 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

또한 여과기를 통해 분리된 고농도 유기성 폐수의 일부를 광펜톤 공정으로 이송하기 때문에 약품 소모량이 감소되어 약품 비용을 절약할 수 있는 효과가 있다.

Claims (14)

1. 고농도 유기성 폐수를 분해시켜 감량화하는 고농도 유기성 폐수 처리 장치에 있어서,

   유입되는 고농도 폐수 중 고농도 유기성 폐수 내 고형물 함유량을 기준 고형물 함유량이 되도록 농축하는 농축 설비와

   상기 농축 설비로부터 유입되는 기준 고형물 함유량의 고농도 유기성 폐수를 고온 호기성 미생물인 Bacillus stearothermophilus의 먹이로 사용하여 분해하는 고온호기성 소화조와

   상기 고온호기성 소화조에 의해 분해된 고농도 유기성 폐수를 필터링하여 고액 분리 및 농축시키는 여과기와

   상기 여과기로부터 유입되는 농축된 고농도 유기성 폐수의 일부를 펜톤 반응시킴과 동시에 광(빛)을 조사하여 난분해성 고농도 유기성 폐수를 분해한 후, 상기 고온호기성 소화조로 재반송하는 광펜톤 반응조와

   상기 여과기에 의해 농축된 고농도 유기성 폐수를 고온 호기성 소화조 내의 고형물 함유량이 기 설정된 기준 함유량 이상인지를 판단하여, 기준 함유량 이상이면 여과기에 의해 농축된 고농도 유기성 폐수를 광펜톤 반응조로 이송시키도록 제어하고, 상기 측정된 고온 호기성 소화조 내의 고형물 함유량이 기준 함유량 이상이 아니면 상기 농축된 유기성 폐수를 고온 호기성 소화조로 반송하도록 제어하는, 마이크로 컴퓨터를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 고농도 유기성 폐수의 무슬러지화 장치.
2. 삭제
3. 제1 항에 있어서,

   상기 고온호기성 소화조는,

   온도, pH(수소 이온 농도를 나타내는 지수), 산화환원전위(ORP: Oxidation-Reduction Potential), 용존산소(DO: Dissolved Oxygen), 총부유물질(TSS: Total Suspended Solids)를 측정하는 센서를 더 포함하여 구비되어, 상기 센서에 의해 측정된 결과값에 따라 마이크로 컴퓨터가 미생물 성장 조건을 제어하도록 구성된 것을 특징으로 하는 고농도 유기성 폐수의 무슬러지화 장치.
4. 제1 항에 있어서,

   상기 여과기는,

   막의 교환빈도가 낮아 경제적이고, 과부하에도 안정된 처리 능력을 유지하며, 미생물 및 세균에 의한 막 오염 및 막의 분해를 방지하는 세라믹 막 혹은 관형 한외여과막인 것을 특징으로 하는 고농도 유기성 폐수의 무슬러지화 장치.
5. 제1 항에 있어서,

   상기 광펜톤 반응조는,

   마이크로 컴퓨터의 제어 하에 고온호기성 소화조로 반송되지 않고,포기조로 이송되지 않는 일부의 농축된 고농도 유기성 폐수를 상기 여과기로부터 입력받아 2가철의 촉매를 사용하는 펜톤 산화법을 이용함과 동시에 광(빛)을 조사하여 난분해성 유기물을 분해해서 상기 고온호기성 소화조로 재반송하게 구성된 것을 특징으로 하는 고농도 유기성 폐수의 무슬러지화 장치.
6. 삭제
7. 제1 항에 있어서,

   상기 마이크로 컴퓨터는,

   고온호기성 소화조 내의 고형물 함유량이 기 설정된 기준 함유량 이상이라도 광펜톤 반응조에 의해 광펜톤 산화공정이 수행되고 있을 시에는 농축된 고농도 유기성 폐수를 고온호기성 소화조로 반송시키게 제어하는 것을 특징으로 하는 고농도 유기성 폐수의 무슬러지화 장치.
8. 고농도 폐수의 고농도 유기성 폐수를 분해시켜 감량화하는 고농도 유기성 폐수 처리 방법에 있어서,

   유입되는 고농도 폐수 중 고농도 유기성 폐수 내 고형물 함유량을 기준 고형물 함유량이 되도록 농축한 후, 고온 호기성 소화방식(ATAD)을 이용하여 고온 호기성 미생물인 Bacillus stearothermophilus의 먹이로 사용하여 고농도 유기성 폐수를 분해하는 과정과

   상기 분해된 고농도 유기성 폐수를 필터링하여 얻은 농축된 난분해성 고농도 유기성 폐수를 펜톤 반응시킴과 동시에 광(빛)을 조사하는 광펜톤 반응에 의해 난분해성 고농도 유기성 폐수를 분해한 후, 상기 고온호기성 방식으로 고농도 유기성 폐수를 분해하는 과정으로 복귀하여 상기 과정을 반복 수행하는 과정을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 고농도 유기성 폐수의 무슬러지화 방법.
9. 제8 항에 있어서,

   상기 미생물의 먹이로 사용하여 고농도 유기성 폐수를 분해하는 과정은,

   농축된 고농도 유기성 폐수 내 고형물 함유량의 농도를 측정하는 단계와

   상기 측정된 고형물 농도가 기준 고형물 농도와 일치하는가를 판단하고, 그 판단결과 일치하면, 고온 호기성 소화방식(ATAD)을 이용하여 상기 미생물에 의해 고농도 유기성 폐수를 분해하는 단계와

   상기 분해된 고농도 유기성 폐수를 포함하는 고농도 폐수 중 폐 고농도 폐수가 존재하면, 해당 폐 고농도 폐수는 폐 고농도 폐수 처리과정에 의해 처리되는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 고농도 유기성 폐수의 무슬러지화 방법.
10. 제9 항에 있어서,

    상기 고온 호기성 소화방식(ATAD)을 이용하여 상기 미생물에 의해 고농도 유기성 폐수를 분해하는 단계는,

    온도, pH(수소 이온 농도를 나타내는 지수), 산화환원전위(ORP: Oxidation-Reduction Potential), 용존산소(DO: Dissolved Oxygen), 총부유물질(TSS: Total Suspended Solids)을 측정하는 단계와

    상기 센서에 의해 측정된 결과값에 따라 상기 미생물의 성장 조건을 조절하여 고농도 유기성 폐수를 상기 미생물의 먹이로 사용하는 단계를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 고농도 유기성 폐수의 무슬러지화 방법.
11. 제8 항에 있어서,

    상기 광펜톤 반응에 의해 난분해성 고농도 유기성 폐수를 분해하는 것은,

    고온호기성 소화 방식을 수행하도록 반송되지 않고, 포기조로 전송되지 않는 일부의 농축된 고농도 유기성 폐수를 2가철의 촉매를 사용하는 펜톤 산화법을 이용함과 동시에 광(빛)을 조사하여 난분해성 유기물을 분해하는 것을 특징으로 하는 고농도 유기성 폐수의 무슬러지화 방법.
12. 제8 항에 있어서,

    상기 분해된 고농도 유기성 폐수를 필터링하여 얻은 농축된 난분해성 고농도 유기성 폐수는,

    상기 고온호기성 소화방식을 수행하는 수단내의 고형물 함유량과 기준함유량의 비교결과에 따라 광펜톤 산화공정이 수행되는 것을 특징으로 하는 고농도 유기성 폐수의 무슬러지화 방법.
13. 제12 항에 있어서,

    상기 고온호기성 소화방식을 수행하는 수단내의 고형물 함유량이 기 설정된 기준 함유량 이상인지를 판단하여 기준 함유량 이상이면, 농축된 고농도 유기성 폐수를 광펜톤 반응조로 이송시켜 광펜톤 산화공정을 수행하고,

    상기 고온호기성 소화방식을 수행하는 수단내의 고형물 함유량이 기 설정된기준 함유량 이상이 아니면, 필터링하여 얻은 농축된 난분해성 고농도 유기성 폐수를 고온 호기성 소화 방식으로 처리하는 것을 특징으로 하는 고농도 유기성 폐수의 무슬러지화 방법.
14. 제13 항에 있어서,

    상기 고온호기성 소화방식을 수행하는 수단내의 고형물 함유량이 기 설정된 기준 함유량 이상이라도 상기 광펜톤 산화공정이 수행되고 있는 중에는 고농도 유기성 폐수를 고온 호기성 소화방식으로 처리하는 것을 특징으로 하는 고농도 유기성 폐수의 무슬러지화 방법.

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