KR101750442B1 - 초음파장치를 이용한 하수의 고도처리시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 초음파장치를 이용하여 하수를 처리하는 고도처리시스템으로 보다 상세하게는 입자크기가 큰 슬러지가 스크린시설에 의해 전처리된 하수가 유입되고, 중력에 의해 슬러지를 침강 시킨 후 배출시키는 1차 침전조, 처리수를 유입시켜 인산성인(PO4 -3)을 인(P)으로 처리한 후 배출하는 혐기조, 처리수를 유입시켜 질산성 질소(NO3)를 질소(N2) 가스로 탈질 처리해 방출하는 무산소조, 처리수가 유입되어 인은 다시 인산성인, 아질산성 질소는 질산성 질소로 산화된 후 무산소조로 내부 반송시켜 탈질 과정에 의해서 질소 가스로 제거되어 배출시키는 호기조, 혐기조와 무산소조와 호기조로 이루어진 고도처리공정에서 처리되어 배출된 처리수를 저주파 초음파부로 유입시켜 초음파를 가하고, 고주파 초음파부로 배출하여 초음파를 가하여 탈질화 및 색도를 제거한 후 배출하며, 초음파조 공정시 저주파 초음파부와 고주파 초음파부에 산화제를 투입하고, 공기 주입관(미도시)을 통해 공기가 주입되는 초음파조, 내부에 여과재가 충진되어 있으며, 초음파조에서 배출된 처리수를 유입시켜 미세 입자로 이루어진 슬러지 및 오염물질을 여과시킨 후 배출하는 여과조 및 처리수내 슬러지를 최종 침강시켜 제거하되 응집제를 투입하여 제거한 뒤 최종 배출하는 2차 침전조로 이루어지고, 우리나라에서 적용되고 있는 하수처리공정인 A2/O 공법에서 발생되는 낮은 C/N비로 인한 질소 제거의 낮은 효율을 초음파를 이용하여 추가로 탈질을 실시하므로 탈질효과가 높고, 슬러지를 포함하는 하수에 초음파를 조사하되 하수를 일정 설비에서 집중 조사하여 탈질 효과와 슬러지량 감소 효과가 높으며, 초음파에 의해 분해되지 않은 입자크기가 큰 슬러지 및 오염물질은 초음파 장치 침전판에 침전되어 슬러지 처리 효율이 높으며, 고도처리(A2/O)와 초음파 장치뿐만 아니라 여과조와 2차 침전조에 응집제를 투입하여 최종 배출되는 처리된 하수의 정화 효율이 높다.

Description

초음파장치를 이용한 하수의 고도처리시스템{Sewage advanced treatment system using ultrasonic device}
본 발명은 초음파장치를 이용하여 하수를 처리하는 고도처리시스템으로 보다 상세하게는 입자크기가 큰 슬러지가 스크린시설에 의해 전처리된 하수가 유입되고, 중력에 의해 슬러지를 침강시킨 후 배출시키는 1차 침전조, 처리수를 유입시켜 인산성인(PO4 -3)을 인(P)으로 처리한 후 배출하는 혐기조, 처리수를 유입시켜 질산성 질소(NO3)를 질소(N2) 가스로 탈질 처리해 방출하는 무산소조, 처리수가 유입되어 인은 다시 인산성인, 아질산성 질소는 질산성 질소로 산화된 후 무산소조로 내부 반송시켜 탈질 과정에 의해서 질소 가스로 제거되어 배출시키는 호기조, 혐기조와 무산소조와 호기조로 이루어진 고도처리공정에서 처리되어 배출된 처리수를 저주파 초음파부로 유입시켜 초음파를 가하고, 고주파 초음파부로 배출하여 초음파를 가하여 탈질화 및 색도를 제거한 후 배출하며, 초음파조 공정시 저주파 초음파부와 고주파 초음파부에 산화제를 투입하고, 공기 주입관(미도시)을 통해 공기가 주입되는 초음파조, 내부에 여과재가 충진되어 있으며, 초음파조에서 배출된 처리수를 유입시켜 미세 입자로 이루어진 슬러지 및 오염물질을 여과시킨 후 배출하는 여과조 및 처리수내 슬러지를 최종 침강시켜 제거하되 응집제를 투입하여 제거한 뒤 최종 배출하는 2차 침전조로 이루어진 초음파장치를 이용한 하수의 고도처리시스템에 관한 것이다.
산업 발전과 인구의 증가 및 생활수준의 향상과 더불어 수질 오염에 의한 하수 발생량이 매년 증가하고 있으나, 하수 관거 정비미흡과 하수종말처리시설의 시설용량 부족 등으로 인하여 실제 하수종말처리시설로 유입되어 처리되는 생활 하수량은 상당히 낮은 것으로 추정되고 있으며, 하수 발생량은 상수급수량과 밀접한 관계가 있고, 하수의 수질상태는 생활수준과 밀접한 관계가 있다.
최근 들어 하수중에 함유된 질소 및 인과 같은 부영양화 유발물질이 하천으로 방류되어 도심지역뿐만 아니라 도심 변두리지역에서도 생태균형을 파괴하는 등의 심각한 환경문제를 야기시키고, 수질의 악화를 초래하고 있는 실정이다.
우리나라에서 운영되고 있는 하수처리장의 대부분이 영양염류를 제거하기 위한 특별 처리시설이 설치되어 있지 않은 외국의 공법을 적용하고 있고, 실제 유입되는 하수의 BOD 농도가 낮은 특성을 가진 우리나라의 하수의 처리에 적용하면 여러 문제점이 발생할 뿐만 아니라, 대부분의 하수처리장이 유기물 제거에 중점을 두고 설계된 공법이기에 주로 유기물의 제거와 질산화가 이루어진 수질이 방류되어 호소수의 조류 발생원인으로 작용할 가능성이 높다.
국내 대부분의 하수처리장에 유입되는 유입원수의 유기물 대 질소의 비(C/N비)는 6이하로 낮기 때문에 생물학적 질소 및 인 제거공정의 적용 및 운전에 어려움이 있고, 질소 제거효율을 향상시키기 위해서는 유기 탄소원의 보충이 필요하며, 일반적으로 하수의 생물학적 탈질 및 탈 인을 원활히 하기 위한 외부 탄소원으로 메탄올, 에탄올, 아세트산등이 제안되고 있고, 최근 혐기성 발효과정에서 생성되는 아세트산 등과 같은 물질은 쉽게 분해될 수 있는 COD로서 생물학적 탈질공정에서 탄소원으로 이용하여 질소 제거효율을 향상시킬 수 있다.
그러나, 상기 탈질공정들은 슬러지 발효를 위한 새로운 장치가 필요하며, 발효산물의 생성이 미생물에 의해 이루어지므로 시간이 오랫동안 소요되고, 운전이 용이하지 못한 단점이 있으므로 질소 및 인 제거에 필요한 유기물을 충분히 생성시키면서 운전이 간편하고 안정적으로 유기물 공급이 가능한 장치를 개발해야 한다.
최근에는 초음파를 이용하여 난분해성 폐수를 처리하기 위한 공정들이 개발되고 있고, 초음파의 조사를 이용하는 화학반응의 경우 반응조건이 까다롭지 않고 반응속도의 제어가 용이하며 발열반응에서 유도시간이 매우 짧아지고, 재래식 기술보다 저급시약을 사용하여도 되는 장점을 가지고 있다.
또한, 초음파를 이용한 하수처리 공법은 오존산화, 자외선, 광촉매, 방사선, 전자빔, 전자파 또는 플라즈마를 이용하는 기술과 함께 폐수, 폐기물 및 폐가스를 처리하는 기술로서 유용하게 활용될 수 있는 잠재력을 가지고 있다.
상기 초음파를 이용한 하수처리 시설의 선행기술들로는 한국등록특허 제10-0457465호(2004.11.26.) 초음파를 이용한 하수처리장치로 초음파 에너지의 특성 인자들을 이용해 오수 중의 이물질을 분산, 침전, 침강, 포말 억제, 응집, 중합하여 오수를 정화시킬 수 있는 초음파를 이용한 하수처리장치에 관한 것이고, 그 장치는 정전압기와 전력 입력 조절기, 타이머 및 초음파 발생장치로 구성된 초음파 발생부와 초음파 진동자와 초음파 혼으로 구성된 초음파 발진부, 상부에 상기 초음파 발진부가 방사형으로 다수 배치된 오수 처리조, 미세한 이물질을 침전시키기 위해 직렬로 연결된 다단의 하수 안정조, 오수 처리조와 하수 처리조에서 배출된 침전물을 압축 및 탈수하여 고형물로 처리하는 침전물 압축조 및 수질 검사조로 구성된 장치를 제공하고, 한국등록특허 제10-1178086호(2012.09.06.) 초음파 오수정화장치는 촉매부재가 마련된 상부와 상기 상부의 하방에 형성되고 초음파가 발생되는 초음파처리부가 마련되는 하부로 이루어진 초음파 오수 처리부를 포함하여 구성되며, 상기 촉매부재에는 초음파에 의해 발생된 수산화라디칼과 화학 반응하여 오염물질 분해 효율을 높이는 이산화티타늄이 마련되며, 상기 초음파처리부에는 오수의 수면에서 초음파가 전반사 되도록 초음파 발생기 2개가 서로 대향되게 경사져 형성되는 초음파 오수정화장치를 제공하고 있다.
그러나 상기 선행기술들이 가지고 있는 초음파 장치들은 종래 시설되어 있는 하수처리설비에 추가로 시설될 때 발생되는 비용이 높고, 그 구성이 복잡하다는 문제점을 가지고 있고, 촉매 부재와 같은 부가적인 조성물이 부착 설치되어야 하는 문제점과 대형 저장조와 같은 시설에 침강된 슬러지에 직접 조사 되었을때 그 효과가 높아 종래 고도처리시설에 적합 여부가 불분명하다는 문제점을 가지고 있다.
한국등록특허 제10-0457465호(2004.11.26.) 한국등록특허 제10-1178086호(2012.09.06.)
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기와 같은 종래 일반적인 하수처리 기술에서 하수 처리장에 유입되는 유입원수의 유기물 대 질소의 비(C/N비) 낮아 생물학적 질소 제거공정의 적용과 질소 제거효율 낮다는 문제점을 초음파를 하수에 가하여 케비테이션을 이용하여 미세기포가 내파되는 과정에서의 순간 압력, 전단력, 고온을 에너지원으로 오염물질의 물리, 화학적 변화 플럭 구조를 파괴하여 난분해 유기물의 분해를 유도하고, 초음파 조사시 탈질효과를 향상시키며, 유입되어 처리되는 하수내 슬러지를 양을 감소시키기 위해 슬러지를 포함하는 하수에 집중적으로 초음파를 조사하는 공정을 실시하며, 추가적으로 하수의 색도를 제거하는 초음파장치를 이용한 하수의 고도처리시스템을 제공하는 것이다.
상기와 같은 문제점을 해결하고 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파장치를 이용한 하수의 고도처리시스템은 1차 침전조(10), 혐기조(20), 무산소조(30), 호기조(40), 초음파조(50), 여과조(80) 및 2차 침전조(90)로 구성되되, 상기 1차 침전조(10)는 입자크기가 큰 슬러지가 스크린시설에 의해 전처리된 하수가 유입되고, 중력에 의해 슬러지를 침강 시킨 후 배출되며, 상기 혐기조(20)는 1차 침전조(10)에서 배출된 처리수를 유입시켜 인산성인(PO4 -3)을 인(P)으로 처리한 후 배출하고, 상기 무산소조(30)는 혐기조(20)에서 배출된 처리수를 유입시켜 질산성 질소(NO3)를 질소(N2) 가스로 탈질 처리해 방출하며, 상기 호기조(40)는 무산소조(30)에서 방출한 처리수가 유입되어 인은 다시 인산성인, 아질산성 질소는 질산성 질소로 산화된 후 무산소조(30)로 내부 반송시켜 탈질 과정에 의해서 질소 가스로 제거되어 배출되며, 상기 초음파조(50)는 혐기조(20)와 무산소조(30)와 호기조(40)로 이루어진 고도처리공정에서 처리되어 배출된 처리수를 저주파 초음파부(60)로 유입시켜 초음파를 가하고, 고주파 초음파부(70)로 배출하여 초음파를 가하여 탈질화 및 색도를 제거한 후 배출하며, 초음파조(50) 공정시 저주파 초음파부(60)와 고주파 초음파부(70)에 산화제를 투입하고, 공기 주입관(미도시)을 통해 공기가 주입되며, 상기 여과조(80)는 내부에 여과재와 폐콘크리트가 충진되어 있으며, 초음파조(50)에서 배출된 처리수를 유입시켜 미세 입자로 이루어진 슬러지 및 오염물질을 여과시킨 후 배출하며, 상기 2차 침전조(90)는 여과조(80)에서 배출된 처리수내 슬러지를 최종 침강시켜 제거하되 응집제를 투입하여 제거한 뒤 배출한다.
상기 초음파조(50)에서 저주파 초음파부(60)는 고주파 초음파부(70) 일측면에 설치되고, 내부는 복수개의 침전판(62)과 침전판(62) 사이에 구획판(64)이 각각 설치되어 있다.
상기 침전판(62)은 측면에서 보았을 때 갈지(之)자 형상이고, 설치 시 수직방향으로 교차되어 반복적으로 설치되되 구획판(64)이 침전판(62) 사이에 각각 설치되며, 침전판(62)과 구획판(64)에는 처리수가 통과되는 중공이 복수개 구비된다.
상기 구획판(64) 다음으로 설치되는 침전판(62)들 외면에는 저주파 초음파 조사수단(66)이 복수개 부착되어 처리수에 음향주파수 40kHz, 출력을 600W로 120분동안 초음파를 가하고, 고주파 초음파부(70) 내부로 방출한다.
상기 초음파조(50)의 고주파 초음파부(70)는 내부 하단에 복수개의 고주파 초음파 조사수단(72)이 내방으로 돌출되어 있고, 저주파 초음파부(60)에서 유입된 처리수가 지정수량에 도달하면 음향주파수 158kHz, 출력은 600W로 120분간 초음파를 처리수에 가한 후 여과조(80)로 배출한다.
상기 여과조(80)는 내부에 여과재와 폐콘크리트가 충진되어 있고, 초음파조(50)에서 배출된 처리수를 여과하되, 상기 여과재는 패각을 세척하여 건조시킨 뒤 분말화된 칼슘 분말과 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리우레탄, 실리콘고무 및 폴리우레탄 고무 중 선택된 하나와 중량비율로 1:1~1.5의 구 형태로 혼합한 후 가열하여 제조되고, 상기 제조된 여과재는 증류수로 세척 후 100~500℃로 12시간동안 가열하여 제조된 폐콘크리트와 각각 부피비율 5:5로 여과조(80) 내부에 충진된다.
상기 응집제는 농도가 30~55%인 산화알루미늄(Al2O3) 30~70 중량부와 석회석 30~40 중량부와 활성 규사 분말 15~30 중량부를 혼합 후 가열한 후 산화나트륨(Na2O)의 농도가 10~40%인 가성소다 10~30 중량부와 Mg-sericite(마그네슘-견운모) 30~50 중량부를 혼합하여 100~200℃에서 5~10시간 반응시킨 뒤 냉각시켜 제조된 응집제를 투입하여 처리수내 미세부유 입자를 응집하는 초음파장치를 이용한 하수의 고도처리시스템을 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 초음파장치를 이용한 하수의 고도처리시스템은 다음과 같은 효과가 있다.
(1) 본 발명은 우리나라에서 적용되고 있는 하수처리공정인 A2/O 공법에서 발생되는 낮은 C/N비로 인한 질소 제거의 낮은 효율을 초음파를 이용하여 추가로 탈질을 실시하므로 탈질효과가 높다.
(2) 본 발명은 슬러지를 포함하는 하수에 초음파를 조사하되 하수를 일정 설비에서 집중 조사하여 탈질 효과와 슬러지량 감소 효과가 높으며, 초음파에 의해 분해되지 않은 입자크기가 큰 슬러지 및 오염물질은 초음파 장치 침전판에 침전되어 슬러지 처리 효율이 높다.
(3) 본 발명은 고도처리(A2/O)와 초음파 장치뿐만 아니라 여과조와 2차 침전조에 응집제를 투입하여 최종 배출되는 처리된 하수의 정화 효율이 높다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 초음파장치를 이용한 하수의 고도처리시스템의 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 저주파 초음파부의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 저주파 초음파부의 침전판 및 구획판을 나타내는 측면도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 저주파 초음파부의 침전판 및 구획판의 부분확대도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 초음파조의 단면도이다.
본 발명의 명칭은 "초음파장치를 이용한 하수의 고도처리시스템"으로 통상의 기술자가 쉽게 알 수 있도록 구체적인 내용을 기재하고 충분히 유추 가능한 별도의 기재는 생략하며 필요 경우 실시예 및 도면을 기재한다. 또한, 본 명세서 및 특허청구범위에서 정의된 용어들은 한정 해석하지 아니하며, 운용자의 의도 또는 관례등에 따라 달라질 수 있고, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
본 발명의 일면에 있어서,
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 초음파장치를 이용한 하수의 고도처리시스템의 흐름도이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 저주파 초음파부의 분해 사시도이며, 도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 저주파 초음파부의 침전판 및 구획판을 나타내는 측면도로 도 1 내지 도 3을 참고하여 하기에 더욱 상세하게 개진한다.
초음파장치를 이용하여 하수를 처리하는 고도처리시스템에 있어서,
상기 고도처리시스템은 1차 침전조(10), 혐기조(20), 무산소조(30), 호기조(40), 초음파조(50), 여과조(80) 및 2차 침전조(90)로 구성되되,
상기 1차 침전조(10)는 입자크기가 큰 슬러지가 스크린시설에 의해 전처리된 하수가 유입되고, 중력에 의해 슬러지를 침강 시킨 후 배출되며,
상기 혐기조(20)는 1차 침전조(10)에서 배출된 처리수를 유입시켜 인산성인(PO4 -3)을 인(P)으로 처리한 후 배출하고,
상기 무산소조(30)는 혐기조(20)에서 배출된 처리수를 유입시켜 질산성 질소(NO3)를 질소(N2) 가스로 탈질 처리해 방출하며,
상기 호기조(40)는 무산소조(30)에서 방출한 처리수가 유입되어 인은 다시 인산성인, 아질산성 질소는 질산성 질소로 산화된 후 무산소조(30)로 내부 반송시켜 탈질 과정에 의해서 질소 가스로 제거되어 배출되며,
상기 초음파조(50)는 혐기조(20)와 무산소조(30)와 호기조(40)로 이루어진 고도처리공정에서 처리되어 배출된 처리수를 저주파 초음파부(60)로 유입시켜 초음파를 가하고, 고주파 초음파부(70)로 배출하여 초음파를 가하여 탈질화 및 색도를 제거한 후 배출하며, 초음파조(50) 공정시 저주파 초음파부(60)와 고주파 초음파부(70)에 산화제를 투입하고, 공기 주입관(미도시)을 통해 공기가 주입되며,
상기 여과조(80)는 내부에 여과재와 폐콘크리트가 충진되어 있으며, 초음파조(50)에서 배출된 처리수를 유입시켜 미세 입자로 이루어진 슬러지 및 오염물질을 여과시킨 후 배출하며,
상기 2차 침전조(90)는 여과조(80)에서 배출된 처리수내 슬러지를 최종 침강시켜 제거하되 응집제를 투입하여 제거한 뒤 수계(水系)로 배출한다.
초음파조(50)에 투입되는 산화제의 종류는 염화제1철(FeCl2)를 투입하며, 과산화수소(H2O2)를 대체하여 투입할 수 있으며, 염화제1철과 과산화수소를 동시에 투입할 수 있고, 이때 H2O2/FeCl2 의 비는 0.4로 하여 투입한다.
상기 H2O2/FeCl2 의 비가 0.4일때 COD 및 색도의 제거 효율이 저주파 초음파일때는 50%, 고주파 초음파에서는 54%의 제거 효율을 보이나 0.5~0.6 일때는 제거 효율이 감소하는 경향이 있으므로 0.4 비로 하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 염화제1철(FeCl2)의 주입 농도는 400 ~1000ppm으로 주입하는 것이 바람직하다.
상기 공기주입관(미도시)은 저주파 초음파부(60)와 고주파 초음파부(70)의 측면 또는 하부에 고정 설치되는 것이 바람직하다.
상기 초음파조(50)에서 저주파 초음파부(60)는 고주파 초음파부(70) 일측면에 설치되고, 내부는 복수개의 침전판(62)과 침전판(62) 사이에 구획판이 각각 설치되어 있다.
상기 침전판(62)은 측면에서 보았을 때 갈지(之)자 형상이고, 설치 시 수직방향으로 교차되어 반복적으로 설치되되 구획판(64)이 침전판(62) 사이에 각각 설치되며, 침전판(62)과 구획판(64)에는 처리수가 통과되는 중공이 복수개 구비된다.
상기 구획판(64) 다음으로 설치되는 침전판(62)들 외면에는 저주파 초음파 조사수단(66)이 복수개 부착되어 처리수에 음향주파수 40kHz, 출력을 600W로 120분동안 초음파를 가하고, 고주파 초음파부(70) 내부로 방출한다.
상기 초음파조(50)의 고주파 초음파부(70)는 내부 하단에 복수개의 고주파 초음파 조사수단(72)이 내방으로 돌출되어 있고, 저주파 초음파부(70)에서 유입된 처리수가 지정수량에 도달하면 음향주파수 158kHz, 출력은 600W로 120분간 초음파를 처리수에 가한 후 여과조(80)로 배출한다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 저주파 초음파부의 침전판 및 구획판의 부분확대도이고, 도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 초음파조의 단면도로 도 4 및 도 5를 참조하여 하기에 더욱 상세하게 개진한다.
저주파 초음파부(60) 내부의 처리수의 이동은 펌프를 이용하여 저주파 초음파부(60) 내부로 유입되는 처리수가 최초 침전판(62)의 중공을 통하여 유입되고, 질량 또는 부피가 큰 슬러지는 최초 침전판(62) 하방으로 침전되고, 미세입자를 포함하는 처리수는 월류되어 구획판(64)의 중공을 통해 수직방향으로 설치된 침전판(62)으로 배출되며, 이때 수직방향으로 설치된 침전판(62) 외면에 부착 설치된 저주파 초음파 조사수단(66)으로 구획판(64)의 중공을 통해 월류되어 유입되는 처리수에 초음파를 조사하며 중공을 통해 고주파 초음파부(70)로 배출되는 순서로 되어있으며, 상기 순서를 반복하여 초음파 공정이 실시되어 초음파에 의한 하수처리 효율을 높인다.
상기 여과조(80)는 내부에는 여과재와 폐콘크리트가 충진되어 있고, 초음파조(50)에서 배출된 처리수를 여과하되, 상기 여과재는 패각을 세척하여 건조시킨 뒤 분말화된 칼슘 분말과 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리우레탄, 실리콘고무 및 폴리우레탄 고무 중 선택된 하나와 중량비율로 1:1~1.5의 구 형태로 혼합한 후 가열하여 제조되고, 상기 제조된 여과재는 증류수로 세척 후 100~500℃로 12시간동안 가열하여 제조된 폐콘크리트와 각각 부피비율 5:5로 여과조(80) 내부에 충진된다.
상기 응집제는 농도가 30~55%인 산화알루미늄(Al2O3) 30~70 중량부와 석회석 30~40 중량부와 활성 규사 분말 15~30 중량부를 혼합 후 가열한 후 산화나트륨(Na2O)의 농도가 10~40%인 가성소다 10~30 중량부와 Mg-sericite(마그네슘-견운모) 30~50 중량부를 혼합하여 100~200℃에서 5~10시간 반응시킨 뒤 냉각시켜 제조된 응집제를 투입하여 처리수내 미세부유 입자를 응집한다.
실험예 1 : 저주파 및 고주파 초음파의 산화제 주입농도와 초음파 출력 변화에 따른 색도 제거효율
반응조는 내경을 300㎜으로 하고, SUS 재질로 이루어졌으며, 음향주파수는 저주파 40kHz, 고주파 158kHz로 실시하였고, 처리수는 염색폐수로 H공단 타올 및 실을 염색 가공에서 발생된 폐수를 이용하였으며, 저주파와 고주파의 출력을 600watt로 하였으며, 산화제 주입농도는 200, 400, 600, 800, 1000ppm으로 변화하시키면서 시간별 색도 제거율을 관찰하였으며, air diffuser를 설치하여 유량계로 공기 공급량을 일정하게 주입하였다.
하기 표 1은 저주파 초음파(40kHz)일때 색도 제거효율을 나타내고, 표 2는 고주파(158kHz)일때 색도 제거효율이다.
Figure 112017003223642-pat00001
Figure 112017003223642-pat00002
색도 제거효율을 살펴보면 저주파에서 염화제1철(FeCl2)를 주입하지 않은 경우 조사시간이 120분 후에 75%의 색도 제거효율을 보였으며, FeCl2 200ppm을 주입한 경우 82%의 제거 효율을 보였고, 400ppm에서는 86%, 600ppm에서는 88%, 800ppm에서는 89%, 1000ppm에서는 91%의 색도 제거효율을 보였다.
고주파에서는 염화제1철(FeCl2)를 주입하지 않은 경우 조사시간이 120분 후에 80%의 색도제거효율을 보였으나 FeCl2 200ppm을 주입한 경우 85%, 400ppm일때는 87%, 600ppm일때는 90%, 800ppm일때는 93%, 1000ppm일때는 95%의 색도 제거효율을 보였다.
실험예 2 : 저주파 및 고주파 초음파의 최적조건에 따른 COD, NH 3 제거효율
반응조는 내경을 300㎜으로 하고, SUS 재질로 이루어졌으며, 음향주파수는 저주파 40kHz, 고주파 158kHz로 실시하였고, 처리수는 염색폐수로 H공단 타올 및 실을 염색 가공에서 발생된 폐수를 이용하되 COD 농도는 540ppm, NH3-N은 64ppm이며, 저주파와 고주파의 출력을 600watt로 설정 후 시간별 변화율을 관찰하였다.
하기 표 3은 저주파 초음파(40kHz)일때 제거효율을 나타내고, 표 4는 고주파(158kHz)일때 제거효율이다.
Figure 112017003223642-pat00003
Figure 112017003223642-pat00004
COD 제거효율에서 저주파에서는 조사시산 120분에 58%, 고주파에서는 조사시간 120분에 68%의 제거효율을 보였다. 고주파에서 저주파에 비하여 높은 제거효율을 보였고, NH3 제거효율은 저주파에서 82%, 고주파에서 91%으로 매우 높은 질소제거효율을 보였다.
상기 본 발명에 의한 초음파장치를 이용한 하수의 고도처리시스템은 우리나라에서 적용되고 있는 하수처리공정인 A2/O 공법에서 발생되는 낮은 C/N비로 인한 질소 제거의 낮은 효율을 초음파를 이용하여 추가로 탈질을 실시하므로 탈질효과가 높고, 슬러지를 포함하는 하수에 초음파를 조사하되 하수를 일정 설비에서 집중 조사하여 탈질 효과와 슬러지량 감소 효과가 높으며, 초음파에 의해 분해되지 않은 입자크기가 큰 슬러지 및 오염물질은 초음파 장치 침전판에 침전되어 슬러지 처리 효율이 높아지며, 고도처리(A2/O)와 초음파 장치뿐만 아니라 여과조와 2차 침전조에 응집제를 투입하여 최종 배출되는 처리된 하수의 정화 효율이 높다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었지만, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술은 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
10 : 1차 침전조 64 : 구획판
20 : 혐기조 66 : 저주파 초음파 조사수단
30 : 무산소조 70 : 고주파 초음파부
40 : 호기조 72 : 고주파 초음파 조사수단
50 : 초음파조 80 : 여과조
60 : 저주파 초음파부 90 : 2차 침전조
62 : 침전판

Claims (7)

  1. 초음파장치를 이용하여 하수를 처리하는 고도처리시스템에 있어서,
    상기 고도처리시스템은 1차 침전조, 혐기조, 무산소조, 호기조, 초음파조, 여과조 및 2차 침전조로 구성되되,
    상기 1차 침전조는 입자크기가 큰 슬러지가 스크린시설에 의해 전처리된 하수가 유입되고, 중력에 의해 슬러지를 침강 시킨 후 배출되며,
    상기 혐기조는 1차 침전조에서 배출된 처리수를 유입시켜 인산성인(PO4 -3)을 인(P)으로 처리한 후 배출하고,
    상기 무산소조는 혐기조에서 배출된 처리수를 유입시켜 질산성 질소(NO3)를 질소(N2) 가스로 탈질 처리해 방출하며,
    상기 호기조는 무산소조에서 방출한 처리수가 유입되어 인은 다시 인산성인, 아질산성 질소는 질산성 질소로 산화된 후 무산소조로 내부 반송시켜 탈질 과정에 의해서 질소 가스로 제거되어 배출되며,
    상기 초음파조는 혐기조와 무산소조와 호기조로 이루어진 고도처리공정에서 처리되어 배출된 처리수를 저주파 초음파부로 유입시켜 초음파를 가하고, 고주파 초음파부로 배출하여 초음파를 가하여 탈질화 및 색도를 제거한 후 배출하며, 초음파조 공정시 저주파 초음파부와 고주파 초음파부에 산화제를 투입하고, 공기 주입관(미도시)을 통해 공기가 주입되며,
    상기 여과조는 내부에 여과재가 충진되어 있으며, 초음파조에서 배출된 처리수를 유입시켜 미세 입자로 이루어진 슬러지 및 오염물질을 여과시킨 후 배출하며,
    상기 2차 침전조는 여과조에서 배출된 처리수내 슬러지를 최종 침강 시켜 제거하되 응집제를 투입하여 제거한 뒤 배출하고,
    상기 초음파조에서 저주파 초음파부는 고주파 초음파부 일측면에 설치되고, 내부는 복수개의 침전판과 침전판 사이에 구획판이 각각 설치되어 있으며,
    상기 침전판은 측면에서 보았을 때 갈지(之)자 형상이고, 설치 시 수직방향으로 교차되어 반복적으로 설치되되 구획판이 침전판 사이에 각각 설치되며, 침전판과 구획판에는 처리수가 통과되는 중공이 복수개 구비되고,
    상기 여과조는 내부에 여과재와 폐콘크리트가 충진되어 있고, 초음파조에서 배출된 처리수를 여과하되, 상기 여과재는 패각을 세척하여 건조시킨 뒤 분말화된 칼슘 분말과 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리우레탄 고무 중 선택된 하나와 중량비율로 1:1~1.5의 구 형태로 혼합한 후 가열하여 제조되고, 상기 제조된 여과재는 증류수로 세척 후 100~500℃로 12시간동안 가열하여 제조된 폐콘크리트와 각각 부피비율 5:5로 여과조 내부에 충진되며,
    상기 초음파조에 투입되는 산화제의 종류는 염화제1철(FeCl2)를 투입하며, 과산화수소(H2O2)를 대체하여 투입할 수 있으며, 염화제1철과 과산화수소를 동시에 투입할 수 있고, 이때 H2O2/FeCl2 의 비는 0.4로 투입되는 것을 특징으로 하는 초음파장치를 이용한 하수의 고도처리시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 구획판 다음으로 설치되는 침전판들 외면에는 저주파 초음파 조사수단이 복수개 부착되어 처리수에 음향주파수 40kHz, 출력을 600W로 120분동안 초음파를 가하고, 고주파 초음파부 내부로 방출하는 것을 특징으로 하는 초음파장치를 이용한 하수의 고도처리시스템.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 초음파조의 고주파 초음파부는 내부 하단에 복수개의 고주파 초음파 조사수단이 내방으로 돌출되어 있고, 저주파 초음파부에서 유입된 처리수가 지정수량에 도달하면 음향주파수 158kHz, 출력은 600W로 120분간 초음파를 처리수에 가한 후 여과조로 배출하는 것을 특징으로 하는 초음파장치를 이용한 하수의 고도처리시스템.
  6. 삭제
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 응집제는 농도가 30~55%인 산화알루미늄(Al2O3) 30~70 중량부와 석회석 30~40 중량부와 활성 규사 분말 15~30 중량부를 혼합 후 가열한 후 산화나트륨(Na2O)의 농도가 10~40%인 가성소다 10~30 중량부와 Mg-sericite(마그네슘-견운모) 30~50 중량부를 혼합하여 100~200℃에서 5~10시간 반응시킨 뒤 냉각시켜 제조된 응집제를 투입하여 처리수내 미세부유 입자를 응집하는 것을 특징으로 하는 초음파장치를 이용한 하수의 고도처리시스템.
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