KR100313670B1 - 제관공장 폐수의 고도정화처리 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제관 공장폐수의 고도정화 처리방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 원폐수를 응집 부상처리 및 다층여과 처리한 후 활성탄 흡착법을 이용하여 비이온성 계면활성제 성분이 유발하는 유기물을 일부 제거하고, 그 다음에 역세가능한 한외여과 장치로 분자량이 큰 유기물질과 현탁물질을 제거한 후 역삼투막으로 처리하여 이온성 물질을 제거한 다음에 역삼투막 처리수는 제관 제조공정수로 재사용하고 역삼투막 농축수는 다시 활성탄 흡착법으로 처리하여 방류하므로써, 기존의 제관 공장폐수의 정화 처리방법에 비하여 월등히 우수한 정화처리능을 갖음은 물론, 응집 침전방법을 사용하지 않기 때문에 응집 침전을 위한 넓은 부지가 필요없고 투자비와 운전비를 크게 낮출 수 있어 경제적이면서, 발생된 폐수를 대부분 재사용할 수 있어 하천이나 지하수의 오염을 크게 줄일 수 있는 개선된 제관 공장폐수의 고도정화 처리방법에 관한 것이다.

Description

제관 공장폐수의 고도정화 처리방법{Treatment of the steel-can waste water}

본 발명은 제관 공장폐수의 고도정화 처리방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 원폐수를 응집 부상처리 및 다층여과 처리한 후 활성탄 흡착법을 이용하여 비이온성 계면활성제 성분이 유발하는 유기물을 일부 제거하고, 그 다음에 역세가능한 한외여과 장치로 분자량이 큰 유기물질과 현탁물질을 제거한 후 역삼투막으로 처리하여 이온성 물질을 제거한 다음에 역삼투막 처리수는 제관 제조공정수로 재사용하고 역삼투막 농축수는 다시 활성탄 흡착법으로 처리하여 방류하므로써, 기존의 제관 공장폐수의 정화 처리방법에 비하여 월등히 우수한 정화처리능을 갖음은 물론, 응집 침전방법을 사용하지 않기 때문에 응집 침전을 위한 넓은 부지가 필요없고 투자비와 운전비를 크게 낮출 수 있어 경제적이면서, 발생된 폐수를 대부분 재사용할 수 있어 하천이나 지하수의 오염을 크게 줄일 수 있는 개선된 제관 공장폐수의 고도정화 처리방법에 관한 것이다.

음료수 용기에 사용되는 스틸캔은 첨부도면 도 1에 나타낸 바와 같은 공정으로 제조되는데, 원료인 스틸코일을 들여와서 프레스에 의해 컵을 만들고, 인쇄 및 내부 코팅을 위해서 컵 표면의 이물질이나 윤활유를 제거하여야 하고, 이를 위하여 탈지 및 세척공정을 수행하는데, 이러한 탈지 및 세척공정에서 대부분의 폐수가 발생하게 되며, 이때 발생되는 폐수는 폐수 중에 수용성 오일과 미세량의 자유오일을 함유하고, 계면활성제를 포함하여 생분해성이 낮으므로 화학적인 방법으로 처리하는데, 제관용 원폐수는 첨부도면 도 1에 나타낸 바와 같이 pH는 6 ∼ 8이고, COD는 50 ∼ 60ppm이며, 고형화물(SS)는 50 ∼ 60ppm이고, n-헥산은 40 ∼ 50ppm인 폐수이다.

제관 공장폐수의 일반적 처리공정은 첨부도면 도 2에 나타낸 바와 같은 바, 이를 첨부도면을 들어 더욱 상세히 하면 다음과 같다.

먼저, 원폐수로부터 자유오일을 제거하기 위하여 유수분리기로 처리한 다음에, 수용성 오일과 부유고형물, 유기물질을 제거하기 위하여 FeCl₃, NaOH 및 음이온성 고분자 응집제를 첨가하여 1차 응집 침전처리한다. 그 다음에 유기물의 농도를 낮추기 위하여 분말활성탄(100 메쉬 이하)과 함께 FeCl₃, NaOH 및 온이온성 고분자 응집제를 첨가하여 2차 응집침전 처리한 후, 상기 응집침전 처리수로부터 잔존 고형물을 제거하기 위해 모래여과 장치를 통해 여과시킨다. 그 다음에 활성탄 흡착탑을 사용하여 유기물을 저감시켜 방류하는 것이다.

그러나, 상기 방법은 응집 침전처리를 위해서 넓은 부지를 필요로 하는 문제점이 있으며, 분말활성탄을 사용하므로 응집을 위하여 다량의 무기응집제와 고분자 응집제를 첨가하여야 되고, 높은 운전비로 인하여 경제적이지 않음은 물론, 처리수내의 전도도를 높이는 문제가 있다.

또한, 종래의 제관 공장폐수 정화방법은 추가적으로 폐수 재활용 방법을 도입할 수 있는 바, 이러한 폐수 재활용 방법은 평행흐름(cross-flow) 방식의 정밀여과 또는 한외여과처리한 후, 역삼투막으로 처리하여 처리수를 제관 제조공정에 재사용하고, 농축수는 산화법을 사용하여 처리한 후, 방류하거나 증발농축기로 농축하는 것이다. 그러나, 상기 평행흐름(cross-flow) 방식의 정밀여과 또는 한외 여과처리할 경우, 펌프(pump)의 운전압에 따라 운전비가 많이 소요되고, 여과막에 생성된 오염물을 여과막으로부터 제거하기 위하여 약품세정이 필요하게 되고, 설령 약품세정을 하더라도 여과막의 처리수량이 100%로 회복되기 어려운 문제가 있다.

또한, 역삼투막의 농축수를 처리하는 방법에 있어서, 펜톤(Fenton)법으로 처리할 경우에는 약품비가 과다하게 소요되고, 자외선(UV)으로 처리할 경우에는 전력 소모로 인한 운전비가 높아 경제적이지 않으며, 증발농축기로 처리하는 방법은 고농도 폐수에 적합한 방법으로 운전비가 대단히 높은 문제점이 있다.

따라서, 기존의 제관 공장폐수의 정화 처리방법에 비하여 월등히 우수한 정화처리능을 갖음은 물론, 응집 침전방법을 사용하지 않기 때문에 응집 침전을 위한넓은 부지가 필요없고 투자비와 운전비를 크게 낮출 수 있어 경제적이면서, 발생된 폐수를 대부분 재사용할 수 있어 하천이나 지하수의 오염을 크게 줄일 수 있는 개선된 제관 공장폐수의 고도정화 처리방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 제관 제조공정을 나타낸 개략도이고,

도 2는 종래의 제관 공장폐수의 처리과정을 나타낸 개략도이고,

도 3은 본 발명에 따른 제관 공장폐수의 처리과정을 나타낸 개략도이다.

본 발명은 제관 공장폐수를 정화처리하는 방법에 있어서,

a) 제관 공장에서 발생하는 종합 원폐수를 응집 부상처리하는 과정;

b) 상기 부상 처리수를 다층여과 장치로 여과한 후, 8 ∼ 30메쉬의 입자크기를 갖는 석탄계열의 활성탄 흡착장치로 흡착처리하는 과정;

c) 상기 활성탄 흡착처리수를 한외여과 장치로 여과하는 과정;

d) 상기 한외여과 처리수를 역삼투막으로 여과하여 역삼투막 처리수 및 역삼투막 농축수로 분리하는 과정; 그리고

e) 상기 역삼투막 처리수를 제관 제조공정에 재사용하고, 상기 역삼투막 농축수를 활성탄 흡착탑으로 흡착처리하여 방류하는 과정으로 구성된 제관 공장 폐수의 고도정화처리 방법을 그 특징으로 한다.

본 발명에 따른 폐수의 정화처리방법을 첨부한 도 3을 중심으로 각 과정별로 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 제관 제조공장에서 발생된 종합 원폐수 중에 함유된 유기물질을 알럼(Alum)계 무기응집제 800 ∼ 1,200ppm, 아크릴산계 음이온 고분자응집제 2 ∼ 3ppm을 투입하여 응집시킨 후, 상기 응집된 폐수를 가압부상 설비를 사용하여 부상처리한다. 이때, 알럼계열의 무기응집제와 아크릴산계의 음이온 고분자응집제를 사용할 경우, 가격이 저렴하고 응집된 플럭들의 크기가 적당하고 강도가 크기 때문에 약품비용 절감과 잔류 응집제를 감소 시킬 수 있고, 폐수내의 전도도의 상승폭을 줄일 수 있으며, 또한 부상 처리하는 과정을 도입하므로서 폐수표면에 부상하고 있어 침전방법으로 처리가 곤란한 자유오일(free oil)의 제거 효율을 향상시킬수 있으며, 소요부지도 줄일수 있다. 만일 상기 알럼(Alum)계 무기응집제를 800ppm 미만으로 첨가할 경우, 응집 플럭이 잘 형성되지 않는 문제가 있어 바람직하지 않고, 반면에 1,200ppm을 초과하여 첨가할 경우, 응집플럭의 크기가 작게 형성되어 바람직하지 않다. 또한, 상기 아크릴산계 음이온 고분자응집제를 2 ppm 미만으로 첨가할 경우, 응집된 플럭의 응결이 작게 일어나 바람직하지 않고, 반면에 3ppm을 초과하여 첨가할 경우, 고분자 응집제가 잔류하여 여과공정에서 여과매체를 뭉치게 할 수 있으므로 바람직하지 않다.

상기 부상처리를 통해 생성된 미세 플럭을 함유한 부상처리수를 다층여과기 를 사용하여 제거한다.

그 다음 과정으로, 원폐수는 계면활성제 성분을 포함하고 있으므로 화학적, 생물학적으로 분해가 어렵기 때문에, 계면활성제 성분을 쉽게 흡착하는 8 ∼ 30 메쉬의 입자크기를 갖는 석탄계열의 활성탄을 사용하여 흡착처리하므로 계면활성제 성분으로 유발되는 화학적 산소요구량이 크게 감소시킬 수 있다. 활성탄의 입자크기를 8메쉬 미만으로 할 경우, 활성탄 사이의 공극이 넓어 여과효율이 감소하여 바람직하지 않고, 반면에 그 입자크기가 30메쉬를 초과할 경우, 공극이 너무 작아 여과유속이 감소하고 역세유속을 크게하여야 하므로 바람직하지 않다.

그 다음 과정으로는, 폐수의 재활용을 위한 역삼투막처리의 전처리 공정으로서 역세척이 가능한 수직류(dead-end) 흐름 방식의 한외여과 장치를 사용하여 한외 여과처리를 수행한다. 한외여과 장치에 사용된 한외여과막은 기공크기가 0.01㎛이며, 신축성이 있는 폴리아크리로니트릴(PAN)의 재질로써 중공사 형태를 사용한다.

상기 한외여과 장치의 여과원리는 다음과 같다. 활성탄 흡착탑 처리수를 한외여과막 외부에서 내부로 통과시킨다. 이때, 여과가 진행되는 동안 잔존 유기물질 및 현탁물질은 한외여과막 외부에 쌓이게 되고 여과수의 흐름은 수직류(dead-end) 흐름 방식이며, 유입된 처리수는 모두 여과가 이루어진다. 그런 다음 한계 투과수량에 도달하게 되면, 현탁물질이 한외여과막의 표면에 쌓이므로 운전압이 상승하게 된다. 따라서, 운전압을 낮추고 한외여과막의 오염을 줄이기 위해서 한외여과막의 역세척을 실시하는데, 이러한 역세척은 한외여과 처리수를 여과막의 내부에서 외부로 통과시켜 막의 기공내에 있는 오염물과 표면에 쌓여 있는 오염물을 일부 제거한 후, 외부로부터 압축공기를 유입하여 세척(scrubbing)을 행하여 중공사막이 좌우로 심하게 흔들릴 수 있도록 하여 여과막의 외부에 붙어 있는 현탁물질을 떨어내고, 여과막 세척에 사용된 세척수는 한외 여과막으로부터 배출시킨다. 이러한 현탁물질의 여과, 역세척, 압축공기에 의한 세척(scrubbing) 및 세척물 배출의 반복과정을 통해 여과막의 운전압을 낮출 수 있고 여과막의 오염을 줄일 수 있는 것이다.

상기 한외여과처리를 거침으로 현탁물질이 완전히 제거된 한외여과 처리수를 역삼투막으로 유입시켜 역삼투처리하는 바, 역삼투막은 안정적으로 이온성 물질과 유기물질을 저감시켜 역삼투막 처리수와 역삼투막 농축수로 분리시키고, 상기 역삼투막을 거친 상기 역삼투막 처리수는 제관 제조공정수로 재사용하며, 역삼투막을 거쳐 농축된 상기 역삼투막 농축수는 활성탄 흡착탑으로 처리한 후 방류하므로써, 전체 폐수량의 극히 소량만이 외부로 배출되는 것이다.

이와 같은 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하겠는 바, 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

실시예

본 발명에 따른 폐수 정화처리공정을 사용하되, 다음 표 1에 나타낸 조성, 함량 및 조건으로 실시하였다. 그리고, COD_Cr, COD_Mn을 통상적인 방법으로 측정하여 그 결과를 다음 표 1에 나타내었고, 경제성을 하기한 처리비 기준으로 평가하여 다음 표 1에 나타내었다.

처리비 기준

1. 알럼(Alum)계열의 응집제(Cl) : 60원/kg(비중 1.2)

2. FeCl₃: 200원/kg (비중 1.4)

3. 분말활성탄 : 1500원/kg

4. 석탄계열의 입상활성탄 : 1,500원/kg

비교예 1 ∼ 4

첨부도면 도 2에 도시한 바와 같은 기존의 폐수 정화처리 공정을 사용하되,상기 실시예와 동일한 방법으로 수행하였다.

상기 표 1 결과를 볼 때, 기존의 폐수 정화처리공정을 사용한 경우(비교예 3)에는 처리비가 972원/㎥이고, COD_Mn제거율이 72.7%인 것에 비해, 본 발명에 따른 폐수 정화처리공정을 사용한 경우(실시예)에는 처리비가 576원/㎥이고, COD_Mn제거율이 90%으로 처리비의 저감측면에서와 COD_Mn제거율에 있어서 월등히 항상된 결과를 얻을 수 있었다.

실험예 : 본 발명에 의한 처리공정 각 단계별 수질분석

본 발명에 따른 폐수의 정화처리공정에 의하여 제관 생산공장에서 발생하는 폐수(500톤/일)를 고도정화처리하고, 폐수의 콜로이드 및 입자에 의해 발생하는 오염비율을 추정하기 위하여 다음 수학식 1에 의해 계산된 SDI(Silt Density Index)를 사용하여 30 psi 압력하에서 47mm 직경의 0.45㎛ 기공을 가진 평막을 통과하는 유량 및 유속감소를 측정하였다.

상기 수학식 1에서 :

TI는 실험초기 500㎖를 투과하는데 걸리는 시간이고,

TF는 F분 경과후 500㎖ 투과하는데 걸리는 시간이고,

F는 경과시간(분)이다.

그리고, 탁도를 분광광도계로 측정하였으며, TDS(Total Dissolved Solid)를 TDS Meter로 측정하였다. 그리고, 본 발명에 따른 원폐수 그리고 각 장치별 처리수질을 다음 표 2에 나타내었다.

상기 표 2의 결과를 보면, 원수를 응집부상 처리한 결과, 유분은 50 ppm에서 1 ppm 이하로 제거 되었으며, COD_Mn은 30%의 제거효율을 보였고, 유기물 제거를 위해 입상 활성탄을 사용한 결과, COD_Mn제거율이 90% 이상으로 높게 나타났으며, 탁도 제거율도 22%를 나타내었다. 또한, 현탁물질을 제거하기 위해 한외여과처리를 수행하게되면 투과수질의 SDI가 0.5 이하의 값을 보여 역삼투막의 유입수로 양호한 수질을 보였으며, 역삼투막의 처리수는 TDS를 95% 제거하여 공정수로 사용하는데 적합하였고, 역삼투막의 농축수를 활성탄으로 처리할 경우, COD_Cr가 18ppm이었으며 , COD_Mn는 5ppm을 나타내어 외부로 방류하여도 환경오염에 거의 영향이 없음을 알수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 제과 공장폐수의 정화처리방법은 기존의 제관 공장폐수의 정화 처리방법에 비하여 월등히 우수한 정화처리능을 갖음은 물론, 응집 침전방법을 사용하지 않기 때문에 응집 침전을 위한 넓은 부지가 필요없고 투자비와 운전비를 크게 낮출 수 있어 경제적이면서, 발생된 폐수를 대부분 재사용할 수 있어 하천이나 지하수의 오염을 크게 줄이는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 제관 공장폐수를 정화처리하는 방법에 있어서,

   a) 제관 공장에서 발생하는 종합 원폐수 중에 알럼계 무기응집제와 아크릴산계 음이온 고분자응집제를 투입하여 응집시킨 후에, 응집된 폐수를 가압부상 설비를 사용하는 부상처리하는 과정;

   b) 상기 부상 처리수를 다층여과 장치로 여과한 후, 8 ∼ 30 메쉬의 입자크기를 갖는 석탄계열의 활성탄 흡착장치로 흡착처리하는 과정;

   c) 상기 활성탄 흡착처리수를 폴리아크릴로니트릴(PAN)의 재질과 기공크기가 0.01 ㎛인 중공사 형태의 한외여과막이 장착된 한외여과 장치를 사용하여 수직류(dead-end) 흐름 방식으로 한외여과하는 과정;

   d) 상기 한외여과 처리수를 역삼투막으로 여과하여 역삼투막 처리수 및 역삼투막 농축수로 분리하는 과정; 그리고

   e) 상기 역삼투막 처리수를 제관 제조공정에 재사용하고, 상기 역삼투막 농축수를 활성탄 흡착탑으로 흡착처리하여 방류하는 과정으로 구성된 것을 특징으로 하는 제관 공장 폐수의 고도정화처리 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 알럼계 무기응집제를 800 ∼ 1,200 ppm 첨가하고, 아크릴산계 음이온 고분자응집제를 2 ∼ 3 ppm 첨가하는 것을 특징으로 하는 제관 공장 폐수의 고도정화처리 방법.