그리스트랩 폐지방 제거

1.2 기술 개요

    본 기술은 하수나 오,폐수에 포함된 동,식물성 식용유와 광물성 폐유 를      수산화 라디칼과 음이온을 이용해 계면 활성화 된 폐유지를 산화 분해      하고 살균,탈취,탁도를 개선하는 기술이다

2. 기술의 개발배경 및 연혁

  2.1 개발배경

현재 국내 대규모 급식 시설에서 설치 사용 되고 있는 그리스 트랩은 폐식용유의 비중차이를 이용해 부상 분리 하게 되어 있다 하지만 부상 분리된 폐지방을 적절히 수거할 방법이 없기 때문에 부상 분리된 폐식용유 등을 하수관거나 (차집관거) 정화조 등으로 무단 배출 하고 있는 실정이다

또한 선박에서 발생 하는 선저폐수에는 다량에 폐유가 포함 되어 있어 대형선박 에서는 빌지펌프를 이용하여 폐유 를 분리수거 하지만 소형 선박의 경우 고가의 빌지펌프를 설치하기 어려운 실정이다 2009년도의 경우 소형 선박에서 폐유가 함유된 선저폐수를 해양으로 무단 방출하여 선박이 단속 대상이 되기도 하였으며 그수는 무려 수백건에 이른  (해양경찰자료) 대규모 급식시설의 경우에는 본인이 선  개발 하여 보급한 하수정화용트랩 (특허공보 340184)을 제공 하였지만 부상 분리된 폐지방을 흡착포로 흡착 하여야 하므로 경제적인 부담이 가중 되고 흡착 회수된 흡착포를 따로 처리해야 하는문제점이 제기 되었다 또 다른 방법 으로는 현재 일본이나 국내 일부에서 이용되는 효소제 투입이나 음이온이용 방법이 있으나 효소제의 경우 그리스트랩의  공간이 협소 하고 유속이 빨라 효소재 유실으로 인한 재투입으로 경제적인 부담이 큰 실정이다 음이온을 이용한 장치(일본산) 또한 가격이

고가이며 음이온 단독으로 수행 하다보니 계면 활성작용으로 그리스트랩 내에서는 에멀전 형태로 분해되나 정화조로 유입시 폐식용유가 재결합 된후 굳 는 현상이 발견 되었다 이에 본 기술은 음이온에 계면활성 효과로 폐지방을 에멀전 형태로 만든후 수산화라디칼로 산화분해 하는것이다

 

 2.2 기술개발(도입) 연혁

    

    

번호	개발단계	기간	세부 개발 내용	연구기관
1	개발동기	2009-03	기 개발된 하수정화용 트랩의 문제점 도출에 따른 대안 마련으로 수산화 라디칼 발생장치 개발
2	시장조사	2009-07	수요자 조사 (교육인적 자원부 등) 전국 초,중,고,대학교 12,000 여곳
3	수산화 라디칼과 음이온을 이용한 폐유 산화분해장치 개발	2009.09	오존과 페록시 라디칼을 이용한 수산화라디칼 발생장치 개발
4	실헐 장치제작완료 실험가동	2009.11	실험장치 제작으로 기 사용된 폐지방을 이용한 분해 실험
5	시제품 제작	2010-2	설치준비중

     ※ 신청기술의 조사․연구개발․시험시공․실제시공 등 해당사항을 연도별 일자순으로 기술

  2.3 기술개발(보유)자

   2.3.1 지식재산권 : ○○건

번호	산업재산권(제목)	등록(출원)인	등록(출원)국	등록(출원)증 번호 (등록, 출원 일자)
1	수산화 라디칼을 이용한 유지분해 그리스트랩	유 근수	국내	003280
2	오토그리스트랩	유 근수	국내

   ※ 산업재산권 : 특허등록(출원), 실용신안, 상표등록, 의장등록

  2.4 현장적용사례(있는 경우에 작성)

 

  2.5 개발기술의 활용 전망(

    2.5.1 환경적 기대효과

1. 현재 학교 등 대규모 급식 시설의 그리스트랩으로부터 유입되는 각종

수인성 전염병균을 살균처리 및 탈취 작용으로 식중독예방,작업환경개선

2.대규모 급식시설에서 발생 하는 폐지방 이나 선박에서 발생 하는 폐유

를 발생 현장에서 집적 처리 할수 있어 운반이나 위탁 처리에 따른 불편함을

해소 하고 비용 절감 효과가 기대된다

3. 하수 재이용을 위한 중수 처리시설의 부하를 줄여 중수 처리시설을

소형화 할수 있다

  2.5.2 기술적 파급효과

1 수산화 라디칼과 음이온을 이용한 폐유 산화분해처리 기술 개발로 기술적 우위성 및 기술경쟁력 확보

2. 수산화 라디칼과 음이온을 이용한 폐유 산화분해처리 기술 개발로

토양오염 해결 방안 마련

3. 수산화 라디칼과 음이온을 이용한 공기청정기술 개발 방안 모색

4. 수산화 라디칼과 음이온을 이용한 오,폐수 처리 기술개발 활성화

3. 폐지방으로 인한 관거 폐색을 예방할 수 있어 오,폐수 수송에 부하를 줄이고 관거 보수비용등을 절감할 수 있다

4. 정화조로 페지방의 유입을 차단하므로 해서 정화조의 정화 효율을 향상시켜 하수처리장의 처리비용을 절감 한다

5. 유흡착 부재나 효소제 투입 비용 절감

       

    2.5.3 경제적 파급효과

1. 신규의 수산화 라디칼과 음이온을 이용한 폐유 분해 처리기술 확보로

상,하수도 관련 및 환경 분야의 유지관리산업,중수 ,하수, 및 폐수의 고도처리 산업등에 다양 하게 활용가능

2. 기존의 오존 공정이나 음이온 단독공정 ,효소제등 미생물이용공정,

오일스키머, 빌지펌프 이용공정에 비해 초기투자 시설비 50% 이상및 유지비 70% 이상 절감

3. 외국 보다 앞선 기술로 경쟁력 선점

4. 기술 및 시설의 수출 가능 (미주 나 일본 등 추후 자료제출)

  

본 기술의 기본 원리는 오존(ozone,o3)과 페록시 라디칼(peroxy radical,ho2./02-.) 간의 신속한 반응에 의해 생성되는강력한산화제인수산화라디칼(hydroxy1 radical.oh)의 생성을 극대화 하여 폐지방의 산화분해를 촉진하고
폐지방의 응집력과 점성을 파괴하기위해 계면활성제 로써 음이온을 폭기한다
수산화 라디칼 생성 반응은 하기의 식 1~3 과 같으며 페록시 라디칼은 오존과 매우신속 하게 반응하여 수산화 라디칼을 생성하게 된다
(식 1) 03+02 - ㆍ→ 03- ㆍ +02
(식 2) 03- ㆍ→ 0- ㆍ + 02
(식 3) 0- ㆍ + H+ ↔ ㆍOH
오존이 페록시 라디칼과 반응 한다면 상기의 식 1 과 같은 수학식이 도출된다
이때 오존과 페록시 라디칼 간의 속도 상수값(K03,02-)은 1.52×109ㅡ-1s-1로 알려저 있고 만약 초기주입 오존의 95%가 분해되고 페록시라디칼의 농도가 0.1~10nM 이
라고 가정 한다면 오존이 분해되는데 걸리는 반응시간은 0.15 초~ 10 여초 정도가 될 정도로 매우 빠른 반을을 보여주며 이 반응을 통해 반응성 강한 수산화 라디칼
을 생성 하게 된다 또한 페록시 라디칼과 오존간의 신속한 반응으로 인해 불필요한 오존 소모를 방지 할수 있기 때문에 유지비를 절감 할수 있다
또한 강력한 수산화 라디칼을 이용하여 수중에 용존유기물 과 폐지방 ,각종세균 등을 산화 반응에 의해 분해 할수 있다
또한 부가 되는 전기분해셀(30)은 수중에 용존되어 있는 산소와 미량의 염소등을 전기 분해 하여 오존,차아염소산 등을 생성 하여 폐지방이 함유된 하,폐수를
살균 처리한다
즉 본 발명은 oh라디칼 ,음이온 ,전기분해셀(30) 을 이용하여 하,폐수에 포함된 동,식물성 폐지방 ,광물성 폐유 를 산화분해 살균,탈취,탁도개선 시키는 oh라디칼
산화분해 장치 인것이다 

 

     

＜표 3-1＞  오염물질들에 대한 오존과 수산화 라디칼 반응속도 비교

Rate constant(M-1 s-1
Compounds	Ozone	"OH
Carboxylic acids	10-3 To 102	107 to 109
Alcohols	102 tO 1	108  to 109
Alkanes	102	108  to 109
Aidehydes	10	~109
Aromatics	1to 102	108  to 1010

2006년 추계 대한 환경공학회 발표제목 페록시 라디칼과 오존을 이용한 휴믹산 제거

＜표 3-2＞  산화제의 산화력 비교 

Oxidants	Oxidation Potential (eV)
Hydroxyl radical	2.80
Atomic oxygen(1D)	2.42
Ozone(O3)	2.07
Hydrogen peroxide (  )	1.78
Hydroperoxyl radical	1.70
Permanganate	1.68
Hypobromaous acid(HBrO)	1.59
Chlorine dioxide	1.57
Hypochlorous acid(HCIO)	1.49
Chlorine	1.36

 source:Buxton et al, 1988;Neta et al,1985;EPA,1999

본 기술은 오존을 발생시켜 광촉매 반응으로 생성된 폐록시 라디칼을 촉매로 오존을 분해하여 생성된 수산화 라디칼을 음이온의 계면활성 효과로 애멀전화된 폐지방을  산화분해 저리하는 기술이다

본기술의 핵심 내용인 수산화 라디칼 생성 방법 과 생성된 수산화 라디칼을 음이온과 병합하여 교반과 계면활성 및 산화분해 하는 것이며 수산화 라디칼은 본인이 개발한 제작한 폐록시라디칼생성 장치내에서 이루어 지는데 보다 상세한 수산화 라디칼 을 효과적으로 발생시키기위한 장치는 아래 그림과 같이 열거 한다

 먼저 폐지방이나 폐유가 함유된 원수가 유입되면 걸름망에서 1차 고형물질을 분리 하고 2차로 미세한 고형물질은 1번 격실의 하단에 모이게 된다 유입된 원수가 고형물질과 분리된후 1번 격벽의 하단부를 지나 제2격실로 유입되면 저면에 설치된 폭기용 산기관을 통해 수산화 라디칼 또는 음이온 기체가 폭기되고 폭기되는 기체에 의해 폐지방이나 페유가 포집되어 상부로 부상한다 부상된 폐지방이나 폐유는 비중차이에 의해 부상 된 채로 존재한다

상부에 존재하는 폐지방 과 폐유는 제1격벽 과 제2 격벽 측면에서 폭기 되는 음이온 또는 수산화 라디칼 기체에 의해 원수의 수표면 상등수 부분에서

교반과 에멀전화 되고 에멀전화 된 폐지방과 폐유를 수산화 라디칼이 산화분해 처리하는 것이다

여기에서 수산화 라디칼과 음이온을 폭기하여 교반이나 산화 시키는 것은

수산화 라디칼 이나 음이온 단독 공정에서의 다양한 문제점이 제기 되었기 때문인데 수산화 라디칼 단독 공정에서는 일정 양에 분해는 이루어지나

잔류된 유리지방산 과 글리세린 등이 점성이 강해저 처리시설물의 벽면에 달라붙거나 새로 유입되는 원수에 포함된 폐지방 과 결합하여 분해를 방해 하는 결과를 보였다

또한 음이온의 단독 공정에서는 음이온에 계면 활성 효과로 폐지방이나

폐유가 에멀전화 된후 배출되어 정화조로 유입시 재결합 되어 정화조 수표면에서 딱딱하게 굳는 현상이 발생 하였다

본 기술에서는 음이온의 계면활성 효과를 이용하여 폐지방이나 폐유를

에멀전화 한 후 수산화 라디칼을 이용하여 산화분해 시키는 방법을 개발 하였다

＜표 3-3

또한 본기술의 수산화 라디칼 발생 방법은  오존을 생성 시킨후 폐록시라디칼 반응기로 유도하여 오존과 페록시 라디칼 의 반응에 의해 수산화 라디칼을 생성 토록 하였다

페록시 라디칼 반응기는 원통형의 내부에 석영관을 장착하고 석영관 내부에는 광촉매 코팅된 인라인 믹서가 설치 된다 석영관 외부에는 UV램프를 설치하여 인라인 믹서에 코팅된 이산화 티탄 과 UV램프에 의해 발생된 페록시 라디칼과 오존이 반응 하여 수산화 라디칼이 생성 된다

＜표 3-4

4. 평가대상시설의 구성

  4.1 처리시설 공정도

＜표 4-1＞

    

 4.2 공정별 기능

＜표 4-2＞

공 정 명	기능 과 역활
수산화 라디칼 발생	오존 발생기로부터 생성 공급된 오존을 광촉매 코팅된 인라인 믹서와 UV를 이용하여 수산화 라디칼 발생
혼합 및 분배	수산화 라디칼 기체와 음이온 기체를 혼합공급 또는 단독 공급 하며 측면 폭기와 저면 폭기에 수산화 라디칼 과 음이온 기체 순차적 반전 공급
측면 폭기	수표면 상부에 부상된 폐지방을  교반 캐비테이션 유도
저면 폭기	수중의 폐지방을 부상분리 하고 바이크로 버블 폭기 로 산화분해

    

  4.3 공정별 주요 설비사양

＜표 4-3＞

공정면	설비명	규격(제원)	수량	비고(재질)
수산화라디칼  발생	기포발생기	220/75w ,75L/ min(60L)	1	AL
	오존 발생기	220/80w,5g/hr(4g)	1	SUS
	인라인믹서	12.7mm/300mm	1	년
	인젝터	12.7mm (15A)	1	P V D F
	UV-a 램프	220/15w	3	glass
	UV-c 램프	220/17w	2	quartz
	UV 램프안정기	220/17w	5	전자식
	콤프레셔	0.3hp 95/min7bar(40L)	1	AL
폐지방 분해	솔레노이드밸브	220/6mm	8	SUS
	음이온 산기관	Φ107 × 19H/ 5.5 ℓ/min ± 50%	4	세라믹
	멤브레인 산기관	510L× Φ30/20~35ℓ/min	2	라버
	판형 산기관	470 × 80  Bubble size  : 100~400micron	2	세라믹
음이온	음이온 발생기	220/0.3w ion cc 1ⅹ3,06	3

    

Ⅱ. 신기술의 내용

1. 신기술의 범위

① 광촉매 코팅된 인라인 믹서에 자외선을 조사하여 폐록시 라디칼을 생성 시키고 생성된 페록시 라디칼 과 오존의 반응을 유도하여 수산화라디칼을 생성하는 기술

 

② 수산화 라디칼과 음이온 기체를 혼합, 분리,반전 폭기하여 음이온의  계면활성 효과로 에멀전화 된 폐지방을 수산화 라디칼을 이용하여 산화분해 하는 기술

2. 기술의 신규성

   ①광촉매 코팅된 인라인 믹서에 자외선을 조사하여 폐록시 라디칼을 생성 시키고 생성된 페록시 라디칼 과 오존의 반응을 유도하여 수산화라디칼을 생성하는 기술

구 분	신청기술	기존기술(또는 외국기술)
적용 원리	광촉매 코팅 인라인 믹서를 이용한분할, 방향전환, 뒤섞임의 3가지 역할을 이용한 공정	184nm UV램프 램프와 과산화수소를 이용한 수산화 라디칼 발생
공정구성	광촉매코팅 인라인 믹서 ⇒자외선조사⇒ 페록시라디칼 생성⇒오존공급⇒수산화 라디칼 생성	UV램프조사⇒ 과산화수소공급 ⇒ 수산화 라디칼 발생
특이사항	소형화로 공간,장소,용량 등  제약 사항없음	일정규모 이상의 공간확보 대용량 전력소비

관내에 광촉매 코팅된 다수의 ELEMENT가 좌우방향의 연속으로 고정되어 층류의 유체를 난류유체로 변환시켜 주면서 통과 중에 연속적인 교반(MIXING)을  일으켜 효과적으로 2가지 이상  기체, 를 혼합시켜주는 장치인 인라인 믹서에 자외선을 조사 하여 발생시킨 페록시 라디칼을 오존과의 반응을 유도하여 수산화 라디칼을 생성시키는 기술로써  폐록시 라디칼 기체와 오존기체의 흐름을 분할시키고 흐름의 방향을 뒤바꾸어주고 전환시키면서 분할, 방향전환, 뒤섞임의 3가지 역할을 배관내 이송 중에 연속적으로 시켜주어 세밀하게 MIXING 할수 있으므로

     소형 기기에서도 기체의 흐름의 양과 속도에 관계없이 다량의 수산화

     라디칼을 생성 시키는 기술

② 수산화 라디칼과 음이온 기체를 혼합, 분리,교체 폭기하여 음이온의 계면활성 효과로 에멀전화된 폐지방을 산화분해 하는 기술

외부에서 생성된 수산화 라디칼 기체와 음이온 기체를 폭기 하는 것으써

수산화 라디칼 기체는 장치의 저면에 마이크로 버블로 폭기시키고 음이온은 측면에서 폭기시켜 폭기된 음이온의 계면활성 효과로 폐지방을 예멀전화 시켜 수산화 라디칼이 산화 시키기 용이하도록 한것이며 폭기되는 음이온과 수산화라디칼 기체는 혼합 및 분리공정에서 음이온과 수산화라디칼이 혼합되거나 단독 폭기되며 기체의 폭기위치 를 상,하 반전 폭기 하므로 해서 수표면에 부상된 폐지방을 교반 후 분해하는 기술

구 분		신청기술	기존기술(또는 외국기술)
적용 원리		음이온의 계면활성 효과 수산화라디칼의 산화분해효과이용	비중차이에의한 부상 분리후 흡착포 흡착
공정구성		음이온폭기⇒ 수산화라디칼폭기⇒ 교반⇒ 희석⇒ 반전⇒ 산화분해	부상⇒ 오일스키머⇒ 흡착
운전 조건		특이한 조건 없음	고형 물질과 계절에 따른 폐지방 경화로 인한 수거불릉
처리효율	폐지방	90 % 이상 분해가능	사용 조건에 따라 70% 정도회수
	살균	95% 이상 살균 가능	살균기능 없음
	탈취	90% 이상 탈취 가능	탈취기능 없음
특이사항		각종 중금속,영소산화물,        잔류세제제거	흡착포를 매일 교체해 주기 때     문에 과다한 유지비 발생

3. 기술의 우수성

  가. 기술의 성능

 

① 광촉매 코팅된 인라인 믹서에 자외선을 조사하여 폐록시 라디칼을 생성 시키고 생성된 페록시 라디칼 과 오존의 반응을 유도하여 수산화라디칼을 발생양을 향상 시킨기술

② 수산화 라디칼과 음이온 기체를 혼합, 분리,반전 폭기 하여 음이온의

   계면활성 효과로 에멀전화 된 폐지방을 수산화 라디칼을 이용하여

   산화분해 효율을 향상 시킨기술