KR20110090747A - 생활용수와 염수의 재활용 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
생활용수 및 오폐수의 방류수와 김치공장의 절임 염수를 재활용할 수 있는 생활용수와 염수의 재활용 장치 및 방법에 관한 것으로서, 규조토 호퍼에서 공급된 규조토와 용수를 혼합하는 규조토 혼합 탱크, 상기 규조토 혼합 탱크에서 혼합된 규조토로 코팅된 필터를 구비한 규조토 여과기 및 자외선 램프를 구비하고, 상기 규조토 여과기를 경유한 용수를 고도처리하는 AOP(Advence Oxdiation Process) 챔버를 포함하는 구성을 마련한다.
이와 같은 생활용수와 염수의 재활용 장치 및 방법에 의하면, 고도 접촉 반응기 및 AOP(Advence Oxdiation Process) 시스템은 난분해성 유기물을 제거하기 위한 오존 처리방법 중에서 핵심적인 기술인 접촉 반응의 고도처리방법을 초임계적인 오존용해와 밀폐된 공간에서의 높은 압력으로 접촉과 반응을 증폭시켜 처리효과를 극대화하여 오존 사용량을 감소시키며, 무반응조에 의한 효과적인 처리로 살균 및 악취, 색도를 제거하여 용수 및 염수의 재활용으로 인하여 폐수처리량을 줄이고 환경문제와 경제적인 손실을 줄일 수 있다는 효과가 얻어진다.
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Description
본 발명은 생활용수와 염수의 재활용 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 생활용수 및 오폐수의 방류수와 김치공장의 절임 염수를 재활용할 수 있는 생활용수와 염수의 재활용 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 분뇨, 생활오수나 축산폐수에는 부영양화의 원인 물질인 질소, 인 등이 다량으로 포함되어 심한 악취가 발생 되는데, 이러한 오폐수에 포함된 질소, 인은 미생물의 활동 및 증식을 위한 단백질과 핵산 합성의 필수 영양소로 작용하게 되며 잉여분은 제거되거나 방류된다.
특히, 하천이나 호수로 방류될 경우 부영양화의 현상이 발생함에 따라 수질 오염의 주된 원인이 되고 있다.
통상적인 오폐수처리 방식에 있어서 생물학적 처리공정 또는 화학적 처리공정이 적용되고 있으나 화학적 처리공정의 적용은 처리 비용이나 전문 관리인의 상주 등의 복잡성은 물론 환경의 악영향 등으로 인하여 적용에 어려움이 있다.
또한 음식물쓰레기나 축산폐수의 처리에 있어서는 일반 생활오수와는 달리 처리에 장애 요인이 많아 별도의 처리 공정이나 장치를 설치해야 하므로 사용상 불편함이나 처리의 안정성 확보가 어려워 개선책이 요구되고 있는 실정이다.
이러한 오폐수처리시스템에서 처리의 장애 요인이 되고 있는 음식물찌꺼기, 오수슬러지, 축산폐수 슬러지 등의 유기성 고형물을 처리하기 위하여 통상적으로 고액분리장치를 이용하고 있지만, 그 성능상의 한계 등으로 인하여 안정적인 처리가 이루어지지 않아 고액분리 후 그 배출수에 많은 부유 유기물질이 남게 된다.
한편 기존 용수처리기술 중에서 산화제로써 이용되었던 염소는 최근 정수 처리 시 물속의 부식산(Humic acid)과 반응, 발암물질인 THM(Trihalomethane)을 형성기키고 유기물 산화에 취약한 단점으로 인하여 사용에 한계를 맞이하고 있다.
그 결과 대체 산화제에 대한 연구가 진행되어왔으며, 그 중에 오존은 그 강력한 산화력으로 말미암아 유력한 산화 수단으로 인정받게 되었다.
상술한 바와 같은 문제를 해결하기 위한 기술의 일 예가 하기 특허문허에 개시되어 있다.
즉, 하기 특허문헌 1 및 2에 개시된 분뇨, 오수 및 축산폐수 고도처리장치(200)는 도 3에 도시된 바와 같이, 오폐수에 포함된 일정크기 이상의 이물질을 걸러내고 오폐수를 통과시키는 조목 스크린(10), 상기 조목 스크린(10)을 통과한 오폐수를 저류시키며, 부유물을 침전시키는 침전 저류조(20), 상기 침전 저류조(20)와 배출관을 통해 연결되면서 유입된 오폐수의 유량을 조정하는 유량 조정조(30), 유량 조정조(30)의 일측에 여과박스가 마련되고, 그 상부에 회로제어장치에 의해 제어되는 펌프장치에 의해 이송된 오폐수에 포함된 유기물을 분해 소멸시키는 유기물 소멸장치(40), 유기물 소멸장치(40)와 배출관을 통해 연결되면서 유입된 오폐수에 포함되어 있는 유기물을 폭기 작용에 의해 분해 처리하는 호기 반응조(50), 호기 반응조(50)와 배출관을 통해 연결되면서 오폐수에 포함되어 있는 유기물 및 질소, 인, 색도 등을 제거 처리하는 고도 처리조(60), 상기 고도 처리조(60)와 배출관을 통해 연결되면서 처리수를 저장하는 펌프정(70), 상기 펌프정(70)에 저장된 처리수를 펌프에 의해 상부에서 살수된 처리수에 잔류하는 유기물, 질소, 인, 색도 등을 최종적으로 처리하는 바이오 반응조(80), 상기 바이오 반응조(80)와 배출관을 통해 연결되면서 처리수에 잔류하는 유해균, 색도 등을 최종적으로 처리하는 탈색 소독 여과조(90) 및 상기 탈색 소독 여과조(90)와 배출관을 통해 연결되면서 처리수를 저장하여 연결된 급수펌프를 통해 재활용할 수 있도록 하고, 오버된 처리수는 외부로 방류하는 저장 방류조(100)로 구성된다.
또, 하기 특허문헌 3에 개시된 고도산화공정(AOP, Advanced Oxidation Process)을 이용한 수처리 방법에서는 미반응 오존 재사용 공정이 구비된 고압 광산화분해장치를 이용한 고압 고도 산화공정 오폐수 처리장치에 있어서, 처리하고자 하는 오폐수를 오존발생장치에서 발생시킨 오존과 함께 광산화 가압펌프로 고압으로 가압하고, 가압된 오폐수의 오염물질을 광산화반응으로 분해하는 고압 광산화 반응장치와 상기 고압 광산화 반응장치의 고압 반응물이 2차 전처리부상조의 1차 처리 오폐수 및 기체-액체 분리부상조의 처리수로 투입시켜 부유물질과 오염물질을 용존 오존/공기부상법(DOF, Dissolved Ozone/Air Flotation)으로 제거하는 미반응 오존 1차 재사용 공정, 2차 전처리부상조와 기체-액체 분리부상조 상부로 포집된 미반응 오존이 포함된 가스를 부상조 가압펌프에서 오폐수 저장조에서 공급된 오폐수와 함께 고압으로 가압시켜 오폐수 저장조에서 유입된 1차 전처리부상조의 오폐수를 용존오존/공기부상법 처리하여 부유물질과 오염물질을 제거하는 미반응 오존 2차 재사용공정, 1차 전처리부상조를 빠져나가는 잔여 미반응 오존을 분해하는 미반응 오존 재사용 공정에 따른 수처리 방법에 대해 개시되어 있다.
상기와 같은 고도산화공정(AOP, Advanced Oxidation Process)을 이용한 수처리 방법이란, 오존이나 과산화수소와 같은 산화제를 사용하거나, 상기의 산화제에 자외선을 조사하여 강력한 살균 및 산화력을 가지는 화학종인 OH 라디칼(OH°, Hydroxy radical)을 중간생성물질로 생성하여 오폐수 중의 유기오염물질을 산화하여 분해하는 기술로서 일반적인 처리방법에 의해 잘 분해가 되지 않는 합성세제, 농약 등의 난분해성 물질을 분해하거나, 고농도의 오염물질을 단시간에 처리하기 위해 개발된 보다 진보된 수처리 기술이다.
그러나, 다른 산화제보다 월등한 장점을 가지는 오존도 일부 유기물과는 선택적으로 반응하고 유기물과 반응이 느리다는 단점이 밝혀지고 난 후에는 이를 개선시키기 위한 연구가 진행되었고, 최근에 와서 오존 분해 시, 생성되는 OH 라디칼이 오존보다는 더 광범위한 유기물 산화력과 빠른 반응속도를 가진다는 것이 밝혀지게 되어 OH 라디칼의 이용효율을 증대시키기 위한 방법으로 오존과 자외선(U.V)을 이용한 AOP 오존이 상용되고 있다.
본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 재활용하고자 하는 생활용수 및 오폐수의 방류수와 김치공장의 절임 염수를 재활용하고, 생화학적 산소요구량(BOD : biochemical oxygen demand), 화학적 산소 요구량(COD : chemical oxygen demand), 부유물질(SS : Suspended Solid)을 감소시키기 위하여 용수 및 염수 속에 잔류하는 유기물을 제거하는 생활용수와 염수의 재활용 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 미생물을 제거하기 위한 살균처리와 악취제거를 하는 생활용수와 염수의 재활용 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 생활용수와 염수의 재활용 장치는 생활용수 및 오폐수의 방류수와 김치공장의 절임 염수를 재활용하는 생활 용수와 염수의 재활용 장치로서, 규조토 호퍼에서 공급된 규조토와 용수를 혼합하는 규조토 혼합 탱크, 상기 규조토 혼합 탱크에서 혼합된 규조토로 코팅된 필터를 구비한 규조토 여과기 및 자외선 램프를 구비하고, 상기 규조토 여과기를 경유한 용수를 고도처리하는 AOP(Advence Oxdiation Process) 챔버를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 생활용수와 염수의 재활용 장치에 있어서, 상기 규조토 혼합 탱크 또는 상기 규조토 여과기에 압축공기를 공급하는 공기 압축기, 상기 생활 용수 또는 염수를 순환시키는 순환펌프, 산소 발생기에서 공급된 산소에서 오존을 생성하는 오존 발생기, 상기 오존 발생기에서 생성된 오존이 공급되는 벤츄리 인젝터 및 혼합펌프, 상기 벤츄리 인젝터와 혼합펌프 사이에 마련되어 오존의 용해율을 상승시키는 선형 정적 혼화기, 상기 혼합펌프에 연결되고, 밀폐된 공간 속에서 일정 시간 동안 높은 압력을 유지하며, 상기 용수 또는 염수 속의 유기미생물의 저분자를 고분자로 형성되어 상기 규조토 여과기로 공급하는 고도 접촉 반응기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 생활용수와 염수의 재활용 장치에 있어서, 상기 AOP 챔버에 연결되며, 상기 용수를 위한 활성 탄소 필터를 구비한 활성탄 여과기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 생활용수와 염수의 재활용 장치에 있어서, 염수를 수집하여 저장하는 염수 저장탱크, 생활용수 및 오폐수의 방류수를 수집하여 저장하는 방류수 저장탱크, 상기 AOP 챔버를 거친 재활용 염수를 저장하는 염수재활용 탱크 및 상기 활성탄 여과기를 거친 재활용수를 저장하는 재활용수 탱크를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 생활용수와 염수의 재활용 장치에 있어서, 상기 필터에는 0.5 마이크론 이하의 두께로 규조토가 코팅되는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 생활용수와 염수의 재활용 장치에 있어서, 상기 벤츄리 인젝터는 상기 혼합펌프와 상기 순환펌프 사이에 마련되고, 상기 혼합펌프의 공급 능력은 상기 순환펌프의 공급능력의 120%인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 생활용수와 염수의 재활용 방법은 생활용수 및 오폐수의 방류수와 김치공장의 절임 염수를 재활용하는 생활 용수와 염수의 재활용 방법으로서, (a) 규조토 혼합 탱크에서 규조토와 용수를 혼합하는 규조토 혼합 단계, (b) 규조토 여과기 내의 필터를 상기 (a) 단계에서 혼합된 규조토로 코팅하는 단계, (c) 상기 생활용수 또는 염수를 상기 (b) 단계에서 코팅된 필터로 공급하여 1차 여과하는 단계 및 (d) 상기 (c) 단계에서 1차 여과된 상기 생활용수 또는 염수를 고도 산화 및 살균처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 생활용수와 염수의 재활용 방법에 있어서, 상기 (a) 단계는 상기 규조토 혼합 탱크에 압축공기를 공급하는 단계를 포함하고, 상기 (c) 단계는 상기 규조토 여과기 내로 오존을 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 생활용수와 염수의 재활용 방법에 있어서, (e) 상기 (d) 단계에서 살균처리된 상기 생활용수를 활성 탄소 필터로 2차 여과하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 생활용수와 염수의 재활용 방법에 있어서, 상기 (b) 단계에서의 코팅은 5분 내지 10분 동안 실행되는 것을 특징으로 하는 한다.
또 본 발명에 따른 생활용수와 염수의 재활용 방법에 있어서, 상기 (d) 단계에서의 살균처리는 자외선 램프에 의해 실행되는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 생활용수와 염수의 재활용 방법에 있어서, 재활용 염수는 상기 (d) 단계에서의 살균처리 후 회수되고, 재활용 생활용수는 상기 (e) 단계에서의 2차 여과 후 회수되는 것을 특징으로 하는 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 생활용수와 염수의 재활용 장치 및 방법에 의하면, 고도 접촉 반응기 및 AOP(Advence Oxdiation Process) 시스템은 난분해성 유기물을 제거하기 위한 오존 처리방법 중에서 핵심적인 기술인 접촉 반응의 고도처리방법을 초임계적인 오존용해와 밀폐된 공간에서의 높은 압력으로 접촉과 반응을 증폭시켜 처리효과를 극대화하여 오존 사용량을 감소시키며, 무반응조에 의한 효과적인 처리로 살균 및 악취, 색도를 제거하여 용수 및 염수의 재활용으로 인하여 폐수처리량을 줄이고 환경문제와 경제적인 손실을 줄일 수 있다는 효과가 얻어진다.
도 1은 본 발명에 따른 생활용수와 염수의 재활용 장치의 구성도,
도 2는 도 1에 도시된 장치에 따른 공정도.
도 3은 종래의 오폐수처리장치의 설명도.
도 2는 도 1에 도시된 장치에 따른 공정도.
도 3은 종래의 오폐수처리장치의 설명도.
본 발명의 상기 및 그 밖의 목적과 새로운 특징은 본 명세서의 기술 및 첨부 도면에 의해 더욱 명확하게 될 것이다.
이하, 본 발명의 구성을 도 1에 따라서 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 생활용수와 염수의 재활용 장치의 구성도이다.
본 발명에 따른 생활용수와 염수의 재활용 장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 생활용수 및 오폐수의 방류수와 김치공장의 절임 염수를 재활용하는 생활용수와 염수의 재활용 장치로서, 절임 염수를 수집하여 저장하는 염수 저장탱크(101), 생활용수 및 오폐수의 방류수를 수집하여 저장하는 방류수 저장탱크(102), 규조토가 저장된 규조토 호퍼(103), 상기 규조토 호퍼(103)에서 공급된 규조토와 용수를 혼합하는 규조토 혼합탱크(104), 상기 규조토 혼합탱크(104)에 압축공기를 공급하는 공기 압축기(105), 산소 발생기(106), 상기 산소 발생기(106)에서 공급된 산소에서 오존을 생성하는 오존 발생기(107), 용수 또는 염수를 순환시키는 순환펌프(108), 혼합펌프(109), 밀폐된 공간 속에서 일정 시간 동안 높은 압력을 유지하는 고도 접촉 반응기(High Contact Reactor(HCR) : 110), 오존 발생기(107)에서 생성된 오존이 공급되는 벤츄리 인젝터(Venturi Injector : 111), 상기 혼합펌프(109)와 벤츄리 인젝터(111) 사이에 마련되어 오존의 용해율을 상승시키는 선형 정적 혼화기(Line Static Mixer : 112), 규조토 혼합 탱크(104)에서 혼합된 규조토로 필터가 코팅되며, 용수 및 염수 속에 잔류하는 유기물을 오존과 용해시켜 접촉과 반응 후 산화된 부유물질(SS)을 가장 경제적이고 효과적으로 제거하는 규조토 여과기(113). 자외선 램프를 구비하고 AOP(Advence Oxdiation Process) 고도처리공정을 실행하는 AOP 챔버(114), 활성 탄소 필터를 구비한 활성탄 여과기(115), 재활용 염수를 저장하는 염수재활용 탱크(121) 및 상기 활성탄 여과기(115)를 거친 재활용수를 저장하는 재활용수 탱크(122)를 구비하며, 상술한 각각의 구성 요소는 다수의 파이프 또는 배관에 의해 상호 연결되며, 다수의 파이프 또는 배관의 중간에 마련된 다수의 밸브에 의해 상호 연결 상태가 개폐된다. 상기 다수의 밸브로는 수동으로 작업자가 개폐하는 수동식 밸브를 사용하거나 또는 미리 설정된 제어 조건에 따라 자동으로 개폐되는 전자식 밸브를 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 생활용수와 염수의 재활용 장치의 주요 구성 요소 및 밸브에 대해 보다 구체적으로 설명한다.
상기 염수 저장탱크(101)의 배출구에는 밸브 VA가 마련되고, 상기 방류수 저장탱크(102)의 배출구에는 밸브 VB가 마련되고, 상기 염수 저장탱크(101)의 배출구와 방류수 저장탱크(102)의 배출구는 연통되고 제1 배관(P1)에 결합된다. 또 제1 배관(P1)에는 밸브 V1이 장착되어 상기 염수 저장탱크(101) 또는 방류수 저장탱크(101)에 저장된 용수를 공급 또는 차단하게 한다.
상기 규조토 혼합 탱크(104)에는 상기 규조토 호퍼(103)에서 규조토가 적정량 공급되고, 이 후 배관 P2에 마련된 밸브 V11를 개방하면 공기 압축기(105)에서 압축공기가 상기 규조토 혼합 탱크(104)로 유입되어 규조토와 혼합된다. 약 5분 정도의 시간이 경과한 후, 규조토 혼합 탱크(104)에 마련된 밸브 V3 , 배관 P3에 마련된 밸브 V4, 배관 P4에 마련된 밸브 V5를 개방하고, 순환펌프(108)를 작동시키면, 규조토 혼합 탱크(104)의 규조토가 배관 P1, 순환펌프(108), 배관 P3, 배관 P4를 통해 규조토 여과기(113)에 마련된 필터에 코팅된다. 이때 밸브 V6과 V7은 폐쇄 상태를 유지하고, 코팅시간은 약 5분에서 10분 정도이며, 규조토 여과기(113)의 필터에는 약 0.5 마이크론 이하의 두께로 규조토가 코팅된다. 상기 규조토 여과기(113)의 필터에 규조토를 코팅하는 이유는 용수 및 염수 속에 잔류하는 유기물을 오존과 용해시켜 접촉과 반응 후 산화된 부유물질을 가장 경제적이고 효과적으로 제거하기 위해서이다.
또 생활용수 및 염수 속에 오존을 효과적으로 유입, 혼합시키기 위해 본 발명에서는 벤츄리 인젝터(111)를 이용한다. 즉, 순환펌프(108)의 압력에 의하여 벤츄리 인젝터(111)의 전단(Inlet)과 후단(Outlet)의 압력차이로 진공이 형성되어 오존 발생기(107)에서 공급되는 오존이 벤츄리 인젝터(111)로 유입, 용수와 혼합하게 된다.
용수에 유입, 혼합된 오존은 고압 용해펌프에 의하여 밀폐된 공간의 고도 접촉 반응기(110)로 공급되며, 고도 접촉 반응기(110)는 밀폐된 공간 속에서 일정 시간 동안 높은 압력(6kg/㎠ 이상)을 유지하게 된다. 이때 접촉 및 반응시간은 고도 접촉 반응기(110) 내부의 압력에 비례하여 1/10의 시간으로도 반응효과를 극대화할 수 있다.
고도 접촉 반응기(110)에서의 고도 접촉 반응과정에서 용수 속의 유기미생물은 저분자의 이온형태가 고분자로 플록(Flock)이 형성되어 규조토 여과기(113)에 공급되면서 초임계 상태가 유지되며, 0.5 마이크론의 규조토 여과기(113)의 필터로 유기물이 제거된다.
또한 AOP 챔버(114)는 내부에 자외선 램프가 장착되며, AOP 챔버(114)를 통과하는 용존 오존수는 253.7㎛의 자외선 파장에 의하여 오존이 분해되면서 OH 라디칼이 생성되어 산화력을 극대화시켜 난분해성 유기물을 산화처리 한다.
활성탄 여과기(115)는 활성 탄소(Activte Carbon) 필터로서, 염수를 제외한 재활용수가 이 활성탄 여과기(115)를 통과하면서 SS를 제거하며 잔류 오존 및 냄새를 효과적으로 제거하여 보다 좋은 재활 용수를 얻을 수 있다.
다음에 본 발명에 따른 생활용수와 염수의 재활용 장치의 동작에 대해 도 1 및 도 2에 따라서 설명한다. 도 2는 도 1에 도시된 장치에 따른 공정도이다.
먼저, 규조토 여과기(113)의 필터에 0.5 마이크론 이하의 규조토를 프리 코팅하는 공정에 대해 설명한다.
이는 재활용 용수를 고도처리하기 전에 규조토 여과기(113)의 필터에 여과제로서 규조토를 코팅하는 공정이다. 즉, 규조토를 보관하는 규조토 호퍼(103)에서 일정량의 규조토가 자동으로 규조토 혼합탱크(104)로 공급되며, 배관 P2에 마련된 밸브 V11를 개방하면 공기 압축기(105)에서 생성된 압축공기가 규조토와 용수를 약 5분 동안 혼합되게 하는 공정이다. 이 혼합공정이 끝나면 밸브 V3, V4, V5가 개방되고, 순환펌프(108)가 작동되어 규조토 혼합액을 규조토 여과기(113)로 공급하여 규조토 여과기(113)의 필터에 규조토가 균일하게 코팅된다. 이때 밸브 V6과 V7은 폐쇄 상태를 유지하고, 필터의 코팅 시간은 용량에 따라 5분에서 10분 동안이며, 규조토는 규조토 여과기(113)의 필터 내에서 순환되며 코팅된다.
또한 배관 P2에 마련된 밸브 V11가 개방되어 압축공기가 규조토 혼합탱크(104)로 유입됨과 동시에 산소발생기(106)가 가동되어 고순도의 산소가 오존발생기(107)로 공급되어 고 농도의 오존이 발생하며, 배관 P6에 마련된 밸브 V9가 개방되어 벤츄리 인젝터(111)로 오존이 공급된다.
다음에 상기 규조토 여과기(113)의 필터에 규조토를 프리-코팅하는 공정이 끝나면, 생활용수 및 염수 속에 오존을 효과적으로 유입, 혼합시키기 위해, 배관 P2에 마련된 밸브 V1, 배관 P3에 마련된 밸브 V2 및 V6, 배관 P4에 마련된 밸브 V7, 배관 P6에 마련된 밸브 V9가 개방됨과 동시에 규조토 혼합탱크(104)의 배출구에 마련된 밸브 V3, 배관 P3에 마련된 밸브 V4는 폐쇄된다. 한편, 다음에 사용될 규조토 혼합을 위한 용수의 확보하기 위해 배관 P4에 마련된 밸브 V5는 용수가 일정 수위에 도달하면 자동으로 폐쇄된다. 이때 배관 P1에 마련된 밸브 VA 또는 밸브 VB의 선택에 따라 절임 염수와 일반 용수를 재활용할 수 있다.
즉 혼합펌프(109)가 작동되고, 배관 P1과 배관 P3 사이에 마련된 순환펌프(108)의 압력에 의하여 벤츄리 인젝터(111)의 전단(Inlet)과 후단(Outlet)의 압력차이로 진공이 형성되어 오존 발생기(107)에서 공급되는 오존이 개방된 밸브 V9를 거쳐 벤츄리 인젝터(111)로 유입되고 용수와 혼합하게 된다.
벤츄리 인젝터(111)에 의하여 유입된 오존 가스는 배관 P5에 마련된 선형 정적 혼화기(112)를 거치는 동안 용해율이 상승되며 혼합 펌프(109)에 의하여 높은 압력을 유지한 상태로 고도 접촉 반응기(110)로 유입되며, 고도 접촉 반응기(110)의 내부 높은 압력에 의하여 산화가 증폭되어 진행된다. 이때 오존 용해율은 약 98% 이다.
상기 고도 접촉 반응기(110)는 혼합 펌프(109)의 가압에 의하여 높은 압력(5.0-6.0kg/㎠)을 유지하게 되며, 높은 압력에 의하여 용수 속의 오존은 효과적인 접촉으로 인한 반응이 증폭되게 된다.
한편, 일반적으로 벤츄리 인젝터(111)는 펌프의 후단에 설치한다. 그 이유는 용수 속에 공기나 가스가 혼합된 상태로 펌프에 유입되면 공동화(Cavitation)현상이 발생되며 펌프는 공급 능력을 상실하게 되기 때문이다.
그러나 본 발명에서는 순환펌프(108)의 공급압력이 혼합펌프(109)의 공동화를 억제하는 효과로 정상적인 펌핑이 가능하며, 혼합펌프(109)의 공급능력은 순환펌프의 공급능력의 120%로 설계되어 용수와 오존가스의 량을 공급하기에 부족함이 없으며 더욱이 고도 접촉 반응기(110) 내부의 압력을 5kg/㎠이상을 유지시키므로, 접촉율을 상승시켜 반응효과를 극대화시킨 것이다.
이는 다음과 같은 헨리(Henry)의 법칙에 따른다,
즉, 헨리의 법칙은 일정한 온도 아래서 기체가 액체에 용해될 때, 그 용해량은 기체의 압력에 비례한다.
일정한 온도에서 일정량의 용매에 녹는 기체의 질량은 압력에 비례하지만 부피는 압력에 관계없이 일정하다. 이 법칙은 난용성기체(산소, 수소, 질소, 오존, 이산화탄소)에만 적용되며 물에 잘 녹지 않는 기체에 대하여 적용된다.
본 발명에 따른 두 개의 펌프 시스템은 적은 양의 오존으로 높은 용해율을 통하여 일정 시간 접촉과 반응으로 효과적인 산화작용이 이루어지게 하였다.
기존의 하나의 펌프 시스템으로는 반응기에 높은 압력을 공급할 수 없으며 높은 압력이 가해 졌을 경우엔 벤츄리 인젝터(111)의 전과 후의 압력차가 없어져 진공이 형성되지 않을뿐더러 유입되는 오존의 양이 감소됨은 물론 혼합율은 극히 미미해진다.
고도 접촉 반응기(110) 내부는 밀폐된 상태의 파이프로 구성되었으며, 처리 용량에 따라 파이프의 직경과 길이로 반응시간을 결정하며, 압력에 따라 고도 접촉 반응기(110)의 체적이 줄어들어 적은 면적에서도 효과적인 처리가 가능하다.
고도 접촉 반응기(110)를 통과한 용존 오존수는 물방울 형태가 아닌 초임계 상태로 배관 P3에 마련된 밸브 V6과 규조토 여과기(113)를 거쳐 재활용수 탱크(121) 또는 염수재활용 탱크(122)로 이송될 때까지 오존의 배출 없이 용존 상태로 공급된다.
일정시간 동안 고도 접촉 반응기(110)에서 접촉과 반응으로 산화가 진행된 용수는 규조토 여과기(113)를 통과하는 동안 용수 속에 잔류하고 있는 유기물과 산화 슬러지는 0.5 마이크론의 규조토 여과기(113)의 필터에 의하여 95% 이상 제거된다. 필터의 재질은 폴리프로필렌(polypropylene)을 사용하며 필터를 씌우는 스프링의 재질은 STS 316의 재질을 사용해야만 오존 및 염수에 부식되는 것을 방지한다.
즉, 스프링에 폴리프로필렌 필터를 씌우고 그 위에 규조토를 코팅함으로써 재활용하고자 하는 용수 속에 잔류하는 유기물을 0.5 마이크론 이내로 제거할 수 있다.
규조토 여과기(113)를 거친 용수는 배관 P4에 마련된 밸브 V7를 거쳐 AOP 챔버(114)를 통과하면서 난분해성 유기물 및 미생물과 대장균을 효과적으로 제거하며 재활용수를 생산하게 된다.
즉 AOP 챔버(114)는 AOP(Advence Oxdiation Process) 고도처리공정을 실행한다. 이는 AOP 보다 진보된 산화처리 공정으로서, 용수 속에 잔류하고 있는 난분해성 유기물이 오존처리로는 제거되지 않아 때에 따라서 미생물의 증식을 가져올 수도 있는 문제를 해결하는 것이다. 즉 본 발명에 따른 AOP 챔버(114)는 내부에 자외선 램프를 구비하므로, 자외선 램프에서 발생하는 자외선에 의해 난분해성 유기물을 제거하고 일반세균과 미생물을 효과적으로 사멸시키기 위해 오존의 분해 시, 생성되는 OH 라디칼을 이용하여 고도처리하게 된다. 따라서, AOP 챔버(114)를 통과하는 용존 오존수는 253.7㎛의 자외선 파장에 의하여 오존이 분해되면서 OH 라디칼의 생성을 증가시켜 산화력이 극대화되어 난분해성 유기물을 산화처리 하게 된다.
용수 속에 있는 유기물과 무기물을 산화처리 한 후 잔류 오존 및 기타 냄새를 활성탄 여과기(115)를 통과시키므로, 재활용 용수의 수질을 안정되게 유지하게 된다.
절임 염수를 재활용하는 시스템으로 운용하는 경우, 배관 P1에 마련된 밸브 VA와 배관 P7에 마련된 밸브 V12를 개방하고 밸브 V13을 폐쇄하고, 상술한 바와 같이 운전하면, 회수된 절임 염수는 염수재활용 탱크(121)에 저장된다.
한편 일반용수를 재활용하는 시스템으로 운용하는 경우, 배관 P1에 마련된 밸브 VB와 배관 P7에 마련된 밸브 V13을 개방하고 밸브 V12를 폐쇄하고 상술한 바와 같이 운전하면 일반용수는 활성탄 여과기(115)를 거쳐 재활용수 탱크(122)에 저장된다.
이때. 활성탄 여과기(115)는 생산 밸브(V131) 및 재생 밸브(V132)에 의하여 운전이 가능하게 된다. 즉 염수를 제외한 재활용수는 활성탄 여과기(115)를 통과하면서 부유물질을 제거하며 잔류 오존 및 냄새를 효과적으로 제거하여 더 좋은 재활 용수를 회수할 수 있다.
한편 여과공정이 끝났거나 또는 재활용 설비의 가동을 중단하거나 가동하는 중에 여과기능이 떨어져 압력이 높을 경우, 자동으로 규조토 여과기(113)의 배출구에 마련된 밸브 V10가 개방되고, 배관 P3에 마련된 밸브 V4가 개방되면서 압축공기의 압력에 의하여 슬러지는 규조토 여과기(113)의 외부로 배출되며 새로운 가동을 위하여 규조토 코팅 공정이 진행하게 된다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
즉 상기 설명에서는 설명의 편의상 배관 P1 내지 P7을 구분하여 설명하였지만, 이는 각각의 배관을 구분하는 것이 아니고 하나의 배관으로 이루어진 구성일 수 도 있다. 또 상술한 배관은 고정된 파이프 또는 유연한 관으로 형성할 수도 있다.
Claims (12)
- 생활용수 및 오폐수의 방류수와 김치공장의 절임 염수를 재활용하는 생활 용수와 염수의 재활용 장치로서,
규조토 호퍼에서 공급된 규조토와 용수를 혼합하는 규조토 혼합 탱크,
상기 규조토 혼합 탱크에서 혼합된 규조토로 코팅된 필터를 구비한 규조토 여과기 및
자외선 램프를 구비하고, 상기 규조토 여과기를 경유한 용수를 고도처리하는 AOP(Advence Oxdiation Process) 챔버를 포함하는 것을 특징으로 하는 생활용수와 염수의 재활용 장치. - 제1항에 있어서,
상기 규조토 혼합 탱크 또는 상기 규조토 여과기에 압축공기를 공급하는 공기 압축기,
상기 생활 용수 또는 염수를 순환시키는 순환펌프,
산소 발생기에서 공급된 산소에서 오존을 생성하는 오존 발생기,
상기 오존 발생기에서 생성된 오존이 공급되는 벤츄리 인젝터 및 혼합펌프,
상기 벤츄리 인젝터와 혼합펌프 사이에 마련되어 오존의 용해율을 상승시키는 선형 정적 혼화기,
상기 혼합펌프에 연결되고, 밀폐된 공간 속에서 일정 시간 동안 높은 압력을 유지하며, 상기 용수 또는 염수 속의 유기미생물의 저분자를 고분자로 형성되어 상기 규조토 여과기로 공급하는 고도 접촉 반응기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 생활용수와 염수의 재활용 장치. - 제2항에 있어서,
상기 AOP 챔버에 연결되며, 상기 용수를 위한 활성 탄소 필터를 구비한 활성탄 여과기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 생활용수와 염수의 재활용 장치. - 제3항에 있어서,
염수를 수집하여 저장하는 염수 저장탱크,
생활용수 및 오폐수의 방류수를 수집하여 저장하는 방류수 저장탱크,
상기 AOP 챔버를 거친 재활용 염수를 저장하는 염수재활용 탱크 및
상기 활성탄 여과기를 거친 재활용수를 저장하는 재활용수 탱크를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 생활용수와 염수의 재활용 장치. - 제1항에 있어서,
상기 필터에는 0.5 마이크론 이하의 두께로 규조토가 코팅되는 것을 특징으로 하는 생활용수와 염수의 재활용 장치. - 제2항에 있어서,
상기 벤츄리 인젝터는 상기 혼합펌프와 상기 순환펌프 사이에 마련되고,
상기 혼합펌프의 공급 능력은 상기 순환펌프의 공급능력의 120%인 것을 특징으로 하는 생활용수와 염수의 재활용 장치. - 생활용수 및 오폐수의 방류수와 김치공장의 절임 염수를 재활용하는 생활 용수와 염수의 재활용 방법으로서,
(a) 규조토 혼합 탱크에서 규조토와 용수를 혼합하는 규조토 혼합 단계,
(b) 규조토 여과기 내의 필터를 상기 (a) 단계에서 혼합된 규조토로 코팅하는 단계 및
(c) 상기 생활용수 또는 염수를 상기 (b) 단계에서 코팅된 필터로 공급하여 1차 여과하는 단계,
(d) 상기 (c) 단계에서 1차 여과된 상기 생활용수 또는 염수를 고도 산화 및 살균처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 생활용수와 염수의 재활용 방법. - 제7항에 있어서,
상기 (a) 단계는 상기 규조토 혼합 탱크에 압축공기를 공급하는 단계를 포함하고,
상기 (c) 단계는 상기 규조토 여과기 내로 오존을 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 생활용수와 염수의 재활용 방법. - 제8항에 있어서,
(e) 상기 (d) 단계에서 살균처리된 상기 생활용수를 활성 탄소 필터로 2차 여과하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 생활용수와 염수의 재활용 방법. - 제8항에 있어서,
상기 (b) 단계에서의 코팅은 5분 내지 10분 동안 실행되는 것을 특징으로 하는 생활용수와 염수의 재활용 방법. - 제8항에 있어서,
상기 (d) 단계에서의 살균처리는 자외선 램프에 의해 실행되는 것을 특징으로 하는 생활용수와 염수의 재활용 방법. - 제9항에 있어서,
재활용 염수는 상기 (d) 단계에서의 살균처리 후 회수되고,
재활용 생활용수는 상기 (e) 단계에서의 2차 여과 후 회수되는 것을 특징으로 하는 생활용수와 염수의 재활용 방법.
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