KR20030053498A - 고농도 유기물을 함유한 폐수의 폐수처리장치 및 방법 - Google Patents

고농도 유기물을 함유한 폐수의 폐수처리장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고농도 유기물을 함유한 폐수를 물리,화학적 처리만으로 처리가 가능한 폐수처리 방법에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 고농도 유기물을 함유한 염색폐수,피혁폐수,식품폐수(어묵,두부폐수등) 및 도금폐수등을 2차 생물학적처리인 활성오니 처리없이 물리,화학적 처리만으로 처리하는 폐수처리방법과 장치에 관한 것이다.
이를 위하여 본 발명은 고농도 유기물을 함유한 폐수를 처리함에 있어서, 뱃치(Batch)식 단일 반응처리조에서 활성탄과 복합산 및 복합염기제를 사용하여 고농도 유기물을 화학적으로 분해 및 전리시켜 무기금속염과의 결합을 촉진시키는 단계, 400rpm∼900rpm의 고속교반에 의한 강한 운동에너지로 유기물을 분해하여 생성된 +전하를 갖는 미세한 골로이드(Colloid)상 부유물질과 무기물의 반응침전물을 형성시키는 단계, 반응처리조의 용존산소를 충분히 증가시키기 위하여 특별히 고안된 폭기 및 산기장치(11)와 횡경판(12)을 사용함으로써 산소에 의한 유기물의 분해와 전리를 촉진시키는 단계로 이루어진 것에 특징이 있다.

Description

고농도 유기물을 함유한 폐수의 폐수처리장치 및 방법{The method and equipment of wastewater treatment contained organic compound of high concentration}
본 발명은 고농도 유기물을 함유한 폐수의 폐수처리장치 및 방법에 관한것으로 더욱 상세하게는 고농도의 유기물을 함유한 염색폐수,피혁폐수,식품폐수(두부,어묵등) 및 도금폐수를 단일 반응처리조에서 복합산, 복합염기와 고속교반 및 충분한 산소공급으로 2차 생물학적 처리없이 1차 물리, 화학적 처리만으로 처리하는 장치와 방법에 관한 것이다.
일반적으로 종래에는 고농도유기물을 함유한 폐수는 1차 산과 염기로 중화 처리한 다음 폐수의 화학적 산소요구량(COD), 생물학적산소요구량(BOD), 총인(T-P)과 총질소(T-N)등을 낮추기 위하여 필수적으로 2차 생물학적 처리인 활성오니공정에서 미생물에 의해 유기물을 분해하고 제거하여 왔다. 그러나 미생물은 영양소 투입, pH, 온도등의 전문적인 관리가 이루어지지 않을 경우 쉽게 폐사되는 등 정상적인 처리가 어려운 문제점이 있었고, 또한 1차 처리시설로서 혼화조, 중화조, 산화조1·2, 환원조, 반응조, 응집조, 침전조, 농축조등 많은 처리조가 필요할 뿐 만 아니라, 처리수량에 비례하여 최소한 4개에서 10개 정도의 2차 폭기시설을 갖추어야되고 최소 15시간에서 40시간 이상 장시간의 처리시간을 필요로 하여 막대한 경제적 비용이 소요되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 폐수처리의 공정을 1차 물리,화학적처리 만으로 최소화 시켜 유기물을 함유한 폐수를 처리함으로써 2차 활성오니처리를 위하여 막대한 시설투자비용과 높은 관리비용 및 장시간의 처리시간을 줄이는 데 발명의 목적이 있는 것이다. 이와같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 뱃치식 단일 반응처리조로 구성되는 폐수처리라인에 있어서, 활성탄과 복합산 및 복합염으로 유기물을 최대한 화학적으로 처리하는 단계, 400rpm∼900rpm의 속도로고속교반을 실시하여 운동에너지에 의한 물리적으로 유기물의 분해와 전리를 촉진시켜 유기물의 가수분해를 유도하고 반응생성물로 콜로이드상을 형성하는 단계, 산기관에서 분사된 공기가 수중에 산소의 흡수를 최대한으로 증가시키기 위하여 분산시켜 폭기시키는 산기관과 기포의 흐름을 제어할 수 있는 횡격막으로 처리하는 단계, 수중 유기물의 분해와 전리로서 형성된 반응침전물을 20rpm∼60rpm의 저속교반으로 최적의 응집조건을 주어 고분자응집제로서 응집제거 시키는 단계로 이루어진 것에 특징이 있다.
도1은 본 발명에 적용되는 폐수처리장치의 전체 구성도
도2는 본 발명에 적용되는 반응처리조의 개략도
도3은 본 발명에 적용되는 반응처리조의 상세도
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
1 : 원수집수조 2 : 스크린 3 : 반응처리조
4 : 침전조 5 : 오니농축조 6 : 응집제 투입장치
7 : 산 투입장치 8 : 염기 투입장치 9 : 고속교반 임펠라
10 : 저속교반 임펠라 11 : 산기관 12 : 기포의 이동제어용 횡경판
13 : 공기부상방향
이하 첨부된 도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.
도1은 본 발명에 적용되는 폐수처리장치의 전체구성도이고, 도2는 본 발명에 적용되는 반응처리조의 개략도이고, 도3은 본 발명에 적용되는 상세도이다. 본 발명에 적용되는 반응처리조는 뱃치(Batch)식 단일조로 구성되고,반응처리조를 가득채울때까지 스크린을 거쳐 고형상 유기성 및 무기성 이물질을 제거하고 일정량의 원수를 이송받는다. 반응처리조가 가득차면 원수는 대기중인 다음 반응처리조로 단계적으로 이송되고 이미 가득찬 반응처리조는 폐수의 종류에 따라 복합산과 복합염기를 투입하여 유·무기물을 화학적 조건 아래에서 분해하여 제거한다.
염색폐수와 피혁폐수 및 식품폐수를 처리하는 과정을 살펴보면 다음과 같다. 원수 농도에 따라 0.5∼2.5 g/ℓ의 활성탄을 투입하여 불필요한 성분을 흡착시키고, 약 30분에서 1시간 정도 400∼900rpm으로 고속교반과 공기버블링(Bubbling) 및폭기작용을 병행하여 주성분이 CaSO4이고 H2SO4,HCI로 구성된 복합산으로 pH를 2∼3 으로 조정한다. 다음 Ca(OH)2를 0.5∼4.0 g/ℓ 넣어 반응시키고 NaOH로 pH를 10∼11까지 높인다. AI2(SO4)3·18H2O를 1.0 ∼ 3.5g/ℓ투입하고 10∼30분간 공기 버블링을 계속하여 진행시키면서 H2SO4로 중화시킨다. 고분자응집제를 약 6.5∼30g/㎥투입하고 응집시켜 제거한다. 이때 각종 유·무기성 오염물질은 CI-과 SO4 --이 유기물중 탄화수소와 해리되어 결합되고 일부는 기화성부유물질(VSS)로서 운동에너지에 의해 분해되어 탈기되고, 일부는 금속염과 침전물로서 제거된다. 또한 물리적 에너지에 의해 암모니아성 질소도 마찬가지로 분해되어 탈기되고 따라서 총현탁부유물질중(TSS) 기화성부유물질(VSS)이 대폭적으로 제거된다. 전리된 이온의 치환반응에 의해 반응침전물이 생성되며 전리되어 있는 이온은 가수분해에 의하여 복염을 형성하고 형성된 복염은 복합산과 복합염기제와 반응하여 일부는 탈기시켜 제거하고, -전하를 갖는 음이온(Cation)계 고분자응집제를 투입하여 유·무기성 침전물과 부유물을 공침시켜 제거하게 된다. 수중의 용존산소를 증가시키기 위하여 반응처리조내의 산기관에서 분사되는 공기의 수중 체류시간과 폭기량을 증가,분산시켜서 산소공급을 증가시킨다. 따라서 공기의 수중체류시간은 통상의 폐수처리시설에서는 5초∼10초범위내에서 체류하는 것이 보통이나, 본 발명에서는 15초∼30초범위내에 체류를 유도함으로써 단순히 시간상으로는 종래 통상의 처리시설과 비교하여 약 3배를 능가하나, 그 효과는 3배 이상을 초과하여 더 크게 나타나고 있다. 수중 용존산소를 증가시키기 위한 폭기량도 단일 반응처리조 이지만, 통상의 4개조 이상의 반응조에서 얻을 수 있는 폭기량을 분산시켜 짧은 시간에 공급하고 있다. 이를 위하여 특수하게 고안된 산기관(11)과 횡경판(12)이 공기의 부상방향(13)을 제어함으로서 산소의 수중 흡수를 증가시키는 원인이 된다. 기타 잔존오염물질은 산과 염기에 의해 가수분해되어 휘발성기체는 탈기되며, 이때 형성된 +전하를 갖는 미세한 콜로이드(Colloid)상 미세한 침전물(0.001㎛이상)은 음이온계 응집제를 투입 약 30분간 20rpm에서 60rpm으로 저속교반을 병행하면서 화학흡착과 전하간 이동반응에 의해 미세한 콜로이드상 침전물을 플럭(Floc)화 시켜 침전 및 탈수기(Filter Press)로 고액분리시켜 방류한다. 그리고 염색폐수에 포함되어 있는 친수성-SO3Na(설폰기)는 산과 염기와 운동에너지하에서 유기화합물과 결합되어 가수분해에 의해 침전석출되고 기타 유기물등은 아래 반응과 같이 분해된다.
RCH3COOH + SO3 RCH(SO2OH)COOH
카르복실산 에스테르는 산과 염기의 존재하에서 가수분해되어 카르복실산과 알코올로 변화하고 이것은 운동에너지에 의해 대기중 탈기되어 제거할 수 있다. 반응식은 다음과 같다.
스테아린산나트륨은 비누화로서 현탁부유물질을 형성하고 형성된 콜로이드상 부유물질은 응집시켜 제거한다.
도금폐수는 스크린을 거쳐 이물질을 제거한 후 CaSO4,H2SO4,HCI등으로 pH를 2∼3으로 관리하고,6가Cr+이 존재 할 경우 NaHSO3로 3가Cr+으로 환원시키고, CN이 존재하면 pH 10∼11에서 NaCIO로 1차 산화시키고 H2SO4으로 pH를 8∼9에서 NaCIO로 2차 산화시킨다. 산으로는 H2SO4, CaSO4, 염화제1철, 염화제2철, CI금속염, SO4금속염, HCI등을 폐수상태에 따라 선택적으로 사용하고 Ca(OH)2,NaOH등에 의하여 생성된 반응침전물과 용존하여 있는 이온과 복염을 형성하여 유기물중 상당부분을 흡착 침전시킨다. 암모니아성 질소는 pH와 운동에너지에 의해 전리되어 금속염과 반응 대부분 탈기되고 미량의 잔류분은 복염을 형성 인산염을 분해,촉진시킴으로서 COD(화학적산소요구량), BOD(생물학적산소요구량),T-P(총인), T-N(총질소)등을 반응시간에 따라 서서히 저감시키는 원인이 된다.
이상과 같이 본 발명의 실시예에 의해 구현되는 고농도 유기물을 함유한 폐수의 처리장치 및 방법에 대하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
[실시예 1. 염색폐수,피혁폐수,식품폐수]
염색폐수와 피혁폐수는 대표적인 공장의 폐수를 사용하였고, 식품폐수는 어묵공장의 폐수를 취하여 현장실험 하였다. 도1에 도시된바와같이 각종 유기물이 포함된 폐수를 원수집수조(1)에 집수한 후 스크린(2)을 거쳐 각종 고형상 이물질을제거한다. 제거된 원수는 뱃치(Batch)식 반응처리조(3)로 이송한다. 반응처리조에서 만수위가 될 때 까지 폐수를 받은 후 나머지 원수는 대기중인 다음 반응처리조로 보내 만수위가 된 반응처리조와 같은 처리공정을 거친다. 이미 수위가 찬 반응처리조는 산 투입장치(7)로 CaSO4,H2SO4을 투입하여 pH를 2∼3 으로 조정한 후 0.5∼2.5 g/ℓ의 활성탄을 투입하였다. 1시간 동안 400rpm∼900rpm에서 고속교반기(9)로서 교반을 하고 공기버블링(Bubbling)을 실시하면서 Ca(OH)2를 0.5∼2.5 g/ℓ넣고 NaOH로 pH를 10∼11로 조정하였다. AI2(SO4)3·18H2O를 1.0∼3.0g/ℓ를 투입장치를 통하여 투입하고 다시 30분간 20rpm∼60rpm으로 저속교반을 하면서 최적의 응집조건에서 음이온계 고분자응집제를 약 6.5 ∼30 g/㎥ 투입하여 응집시켜 침전조(4)로 보내고 침전조의 침전물은 오니농축조(5)로 이송하여 고액분리하여 처리하였다.
[실시예 2. 전기도금폐수]
도금폐수는 일반적인 사항은 상기실시예 1의 염색,피혁,식품폐수의 처리절차와 유사하게 실시하였다. 단지 6가 Cr+를 함유한 폐수를 NaHSO3로 3가 Cr+으로 환원시켰으며 CN을 산화시키기 위하여 pH 10∼11에서 NaCIO로 1차 산화시키고, H2SO4로 pH를 8∼9로 조정하고 NaCIO로 2차 산화시켜 처리한다. AI2(SO4)3·18H2O를 농도에 따라 1.0∼3.0 g/ℓ를 투입한 후 다시 30분간 20rpm∼60rpm으로 저속교반과 최대의 응집조건을 맞춘 다음 고분자응집제를 투입하여 응집시켜 침전조(4),오니농축조(5)로 보내 고액분리하고, 탈수 제거하였다.
상기 실시예 1. 2의 폐수를 본 발명에 의한 폐수처리장치 및 방법에 의하여 처리된 결과를 보면 표1. 염색폐수의 처리결과, 표2. 피혁폐수의 처리결과, 표3. 식품폐수의 처리결과, 표4. 도금폐수의 처리결과는 다음과 같다.
이상에서 상술한 바와같이 본 발명은 고농도 유기물을 함유한 폐수를 1차 복합산 및 복합염으로 물리,화학적 처리와 400rpm에서 900rpm의 범위내에서 고속교반과 응집 및 콜로이드상 부유물을 형성시키기 위한 저속교반을 시행하면서 수중 용존산소를 증가시키기 위하여 고안된 산기장치를 이용하여 유기물의 분해와 침전을 유도하여 2차 활성오니처리 없이 단일 뱃치(Batch)식 반응처리조 만으로 처리를 가능하게함으로서 막대한 경제적 비용절감 효과와 처리 시간을 획기적으로 절약하는 효과와 통상 처리가 난이한 고농도 유기물을 함유한 폐수를 처리 가능하게 하는 효과가 있는 것이다.

Claims (2)

  1. 400rpm∼900rpm 의 고속교반과 200rpm∼60rpm 의 저속교반이 가능한 교반장치가 구비되어 있고 미세한 공기 버블링(Bubbling)과 대폭적인 수중 산소의 공급을 증가시킬 수 있도록 고안된 산기장치와 산,염기 투입장치 및 응집제 공급장치로 구성되고, 단일 반응조에서 처리가 가능하도록 설계된 것을 특징으로 하는 고농도 유.무기물을 함유한 폐수의 폐수처리장치.
  2. 제1항에 있어서 고농도 유기물을 함유한 폐수를 활성탄 0.5∼2.5g/ℓ, CaSO4,H2SO4,HCI등으로 구성된 복합산을 사용하여 pH를 2∼3으로 처리하는 단계, Ca(OH)20.5∼2.5 g/ℓ 및 NaOH로 pH를 10∼11로 관리하고, AI2(SO4)3·18H2O를 1.0∼3.0g/ℓ,FeCI3및 NaHSO3와 NaCIO를 선택적으로 사용하면서 복합염기제로 처리하는 단계, 400rpm∼900rpm의 고속교반과 20rpm∼60rpm의 저속교반, 음이온계 고분자응집제를 약 6∼30 g/㎥ 범위로 처리하는 단계, 수중용존산소를 증가시키기 위하여 고안된 산기장치와 공기 버블링(Bubbling)을 실시하여 활성오니처리없이 물리,화학적 처리만으로 유기물을 함유한 폐수를 처리 가능하도록 한 것을 특징으로 하는 고농도 유.무기물을 함유한 폐수의 폐수처리방법.
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