KR0121567B1 - 불소 및 부유물질(HSS; high suspended solid)을 함유하는 폐수처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 불소 및 HSS 등을 함유하는 폐수처리방법에 관한 것으로서, 원수조에 폐수를 모아, 일정한 농도로 균일화시킨 후, 이에 응집체를 첨가하여 플록을 형성시키고, 그 후 상기 플록을 성장시키기 위하여 고분자 응집체를 첨가한 후, 플록을 침강, 분리시키는 폐수처리방법에 있어서, 고분자응집체 첨가시 고분자응집체와 물을 교반하면서 혼합하고, 그 혼한물을 5-60분간 체류시킨 후 슬러지에 첨가함을 특징으로 한다.

본 발명의 방법으로 폐수를 처리하는 경우 플록을 성장시키는데 사용되는 고분자응집체의 양이 크게 감소되고 이에 따라 폐수처리비용도 감소되며, 또한 슬러지의 함수율이 감소되어 폐수물의 양이 감소된다.

Description

불소 및 부유물질(HSS ; high suspended solid)을 함유하는 폐수처리방법

제1도는 종래의 폐수처리방법을 나타내는 개략도.

제2도는 본 발명의 폐수처리방법을 나타내는 개략도.

제3도는 혼합물(고분자응집체와 물)의 체류시간에 따른 혼합물의 점도변화를 나타내는 그래프.

제4도는 혼합물의 체류시간에 따른 혼합물 첨가량의 변화를 나타내는 그래프.

제5도는 폐수에 일정량의 혼합물을 첨가한 경우, 체류시간에 따른 폐수처리량을 나타내는 그래프.

본 발명은 폐수처리방법에 관한 것이며, 보다 상세하게는 불소 및 HSS(high suspended solid)등을 함유하는 폐수처리방법에 관한 것이다.

본래 자연계에서 불소이온은 매우 미량으로 해수 중에 약 1ppm, 하천수중에 0.1ppm정도 존재하는데, 이 정도로는 생태학적으로 지장이 없으나 불소함량이 2ppm 이상인 음료수를 섭취하면 신체적 장애가 발생하는 것으로 알려져 있다. 따라서 우리나라의 경우 공장폐수의 불소함량을 15ppm 이하로 제한하고 있으며, 또한 SiO₂, Si, Fe²⁺, Fe³⁺을 함유하는 HSS가 폐수와 함께 자연계로 방출되면 생물의 몸에 축적되어, 생태계에 영향을 미치며, 환경을 오염시킬 우려가 있는 것이다.

최근 공업이 발달함에 따라 산업폐수에 의한 자연계의 환경파괴가 사회적 문제로 대두되고 있으며, 특히 철과 비철 제련, 전자, 유리, 요업, 발전소, 비료, 도금 혹은 표면처리공업 등 여러분야에서 공업폐수 중의 불소이온 처리가 큰 문제로 되고 있다.

예를 들면, 실리콘 웨이퍼 제조시, 절단된 웨이퍼의 평판도를 유지하기 위하여 연마한 후 표면을 보호하기 위하여 화학물질(SiO₂및 Al₂O₃)을 사용한 후 배출된 폐수에는 SS(suspended solid)가 다량 함유되어 있을 뿐 아니라 웨이퍼 표면의 결함을 화학적으로 처리한 후 배출되는 폐수에는 다량의 불소이온이 함유되어 있다.

종래 이와 같은 폐수를 처리하기 위한 방법으로서, 통상적으로 원수조에 폐수를 수집하여 균질화한 후, 반응조에서 Al₂(SO₄)₃및 Ca(CH)₂등의 응집체를 첨가하여 응집시키고, 응집조에서 PAA(polyacrylamide)와 같은 고분자응집체를 첨가하여 보다 큰 플록으로 성장되도록 한 후 이를 침강, 분리하는 방법이 사용되어 왔다.

그러나, 이에 사용되는 고분자응집체는 고가일 뿐만 아니라 슬러지의 함수율 및 플록의 크기를 고려하여 적당량 첨가하여야 하며, 과다 투입할 경우, 탈수시 함수율이 높아 여과포 사이에서 밀려 정상적인 탈수를 할 수 없을 뿐 아니라, 폐기물의 함수율이 또한 높아 문제가 있는 것이다.

이에, 본 발명자는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 연구 및 실험을 행하고, 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로서, 본 발명의 목적은 적은 양의 고분자응집체를 사용하여 플록이 쉽게 성장되도록 하여 폐수처리비용이 크게 감소되는 등의 효과적인 폐수처리방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 원수조에 폐수를 모아, 일정한 농도로 균일화시킨 후, 이에 응집제를 첨가하여 플록을 형성시키고 그 후 상기 플록을 성장시키기 위하여 고분자응집체를 첨가한 후, 폐수을 침강, 분리시키는 불소 및 HSS를 함유하는 폐수처리방법에 있어서, 고분자응집체 첨가시 고분자응집체와 물을 교반하면서 혼합하고, 그 혼합물을 5-60분간 체류시킨 후 탈수하고자 하는 슬러지 및 폐수처리 하고자 하는 응집조에 첨가함을 특징으로 하는 폐수처리방법에 관한 것이다.

원수조에 불소 및 HSS를 폐수를 모아 균일하게 되도록 혼합한 후, 응집제를 첨가하여 플록을 형성시키는 단계에서 불소 및 기타 중금속과 같은 수중에 부유되어 있는 미립자와 반대 전하를 갖는 명반(Alum), Al₂(SO₄)₃, Ca(OH)₂, NaOH, Na₂CO₃및 이들의 혼합물과 같은 응집제를 첨가하면 전기적 중화에 의해 표면전하가 작아지거나 0으로 되어 응집하여 플록이 형성된다. 그러나 상기 플록을 미세하고, 가벼울 뿐만 아니라 1㎛ 정도의 조립자로 되어 있는 현탁액은 명반 혹은 황산알루미늄을 가하여 완속 교반하여도 플록이 형성되지 않아 이를 침강, 분리하기 어렵다. 따라서 PAA(폴리아크릴아미드)와 같은 고분자응집체를 첨가하여야 하는 것이다.

상기 고분자응집체 첨가 단계에서, 슬러지에 고분자응집체를 첨가하므로서 이미 형성된 플록은 서로간에 가교 흡착되어 보다 큰 플록으로 성장되어 플록이 쉽게 침전, 분리된다.

종래에는 물과 혼합한 고분자응집체를 슬러지 및 폐수처리하고자 하는 응집조에 직접 첨가하였으나, 본 발명의 방법에서는 각 시스템에 공급되는 고분자응집체 라인에 고분자와 물이 혼합된 후 일정기간 체류할 수 있는 수조를 설치하여, 물과 혼합된 고분자응집체를 일정한 시간동안 체류시킨 후 폐수에 첨가한다.

상기 혼합물의 체류시간은 5-60분, 보다 바람직하게는 10-30분이 좋다. 처음에는 체류시간이 길어짐에 따라 고분자응집체의 응집효과가 개선되나, 60분 이상 체류시킨 경우, 응집효과가 더 이상 현저하게 개선되지 않는 것으로 시험결과가 나타났다.

이와 같은 결과는 종래 판매되는 음이온성 고분자응집체는 고분자응집체로 사용되는 중합체 주위에 얇은 기름막이 형성되어 있으며, 이를 물과 혼합하여 가속교반하고 일정기간 체류시킴으로서 보다 뛰어난 응집효과를 나타낼 수 있는 상태로 변형되는 것으로 추측된다.

상기 고분자응집체로서는 폴리아크릴아미드, 폴리아크릴산나트륨 및 이들의 혼합물과 같은 음이온성 고분자응집체가 사용될 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다.

[실시예1]

본 발명자는 물과 혼합된 고분자응집체를 슬러지 및 폐수처리하고자 하는 응집조에 첨가하기 전에 일정기간 체류시킴으로써 응집제의 응집효과가 개선되는 것을 발견하고 이를 실증하고자 물과 혼합된 고분자응집체의 체류시간을 달리하여 각각의 점도를 측정하였다.

[시험절차]

혼합물 중 고분자응집체(PAA: polyacrylamide)의 양을 4400ppm으로 하고 혼합물을 1350RPM으로 교반하면서 혼합하여 일정기간 체류시킨 후, 혼합물의 점도를 측정하여 그 결과를 하기 표1에 나타내었다.

상기 시험 결과에서 알 수 있는 바와 같이, 혼합물의 체류시간이 길어짐에 따라 점도가 증가하였다. 일반적으로 중합체의 중합도가 커짐에 따라 중합체의 점도가 증가하고 성능이 개선되는 것으로 미루어보아 체류시간을 거치는 동안 고분자응집체의 응집효과가 개선된 것으로 여겨진다.

[실시예2]

혼합물 중 고분자응집체(PAA)의 양을 4400ppm으로 하고 혼합물을1350RPM으로 교반하면서 혼합하여 일정기간 체류시킨 후, 이를 벨트 필터 프레스(Belt Filter Press) 공정에 투입하여 플록을 슬러지 처리에 용이한 0.2~0.5cm로 성장시키는데 필요로 하는 고분자응집체의 양 및 종래 방법에 의하여 플록을 성장시키고자 할 때 요구되는 고분자응집체의 양을 각각 측정하여 그 결과를 하기표 2에 나타내고, 최종 슬러지의 성분을 분석하였다.

* 슬러지의 성분

pH : 9.6

SS(Suspended Solid) : 50000ppm(5% D.S 기준)

함유물 : SiO30%, FeO15%, CaO 39%, MgO 5%, AlO0.2%, SO0.2% 기타 10.6%

상기 결과에서와 같이 고분자응집체와 물을 혼합하여 그 체류시간이 길어질수록 일정한 크기의 플록을 형성시키는데 필요로 하는 고분자응집체의 양이 감소됨을 나타냈다.

[실시예3]

혼합물 중 고분자응집체(PAA)의 첨가량을 4400ppm으로 하고 혼합물을 1350RPM으로 교반하면서 혼합하여 일정기간 체류시킨 후, 체류시간이 다른 혼합물을 각각 250ppm씩 첨가하여 각 혼합물의 폐수처리량을 측정하여 그 결과를 하기표 3에 나타내고, 최종 슬러지의 성분을 분석하였다.

* 슬러지의 성분

pH : 9.6

SS : 50000ppm(5% D.S. 기준)

함유물 : SiO30%, FeO15%, CaO 39%, MgO 0.5%, AlO0.2%, SO0.2% 기타 10.6%

고분자응집체와 물을 혼합하여 일정량 검사한 결과, 혼합물의 체류시간이 길어질수록 보다 많은 양의 폐수를 처리할 수 있음을 나타냈다.

[실시예4]

웨이퍼 생산공정에서 성장된 실리콘 단결정을 다이아몬드로 사용하고자 하는 규격으로 절단하고 절단된 웨이퍼의 평판도를 유지시키기 위하여 다이아몬드 연삭숫돌을 사용하여 절삭된 면을 연마하고 표면을 보호하기 위하여 화학물질(SiO, AlO계면활성제 등)을 사용한 후 배출되는 폐수의 SS(Suspended Solid) 함량은 2000ppm이고 pH는 8.0이다.

상기 폐수를 처리하는 공정을 HSS(high suspended solid) 시스템이라 하며, 다음과 같이 처리된다. 원수조(HSS HOLDING TANK)에 폐수를 모아 교반하여 일정한 농도로 균일화시킨 후, 이는 반응조에 일정한 유량으로 이송되고 이에 7% Al(SO)용액 250~300ppm을 투입하여 1차 응집시킨다. 그 후 응집조로 이송하고 여기에 고분자응집체를 첨가하므로서 이에 의해 큰 플록으로 성장되어 상등수는 다시 생물학적 처리되며 첨강된 슬러지는 이송되어 탈수처리 된다. 또한 웨이퍼 표면의 결함을 화화적으로 처리하는 공정에서 배출되는 폐수에는 불소이온이 다량 함유되며 이를 처리하는 공정을 HF 시스템이라 하며, 폐수를 원수조에서 일정한 농도로 균일화하고, 일정량을 반응조로 이송하여 Ca(OH)를 투입하여 pH를 11.5까지 상승시켜 F 와 반응시키고 응집조에서 고분자응집체를 투입하여 큰 플록으로 성장시킨 후 침전조에서 침강분리시킨다. 이 때에 침강된 슬러지(CaF)는 탈수되고 상등수는 상등수의 Ca 이온을 활용하고자 HSS 원수조로 이송되어 1차 응집제로 재사용된다.

상기 HSS 시스템과 HF 시스템에서 형성된 슬러지를 혼합, 탈수하면서 슬러지 수집조(SLUDGE HOLDING TANK)에서 슬러지를 탈수기(BELT FILTER PRESS)의 반응조(Conditioning Tank)로 이송하고 고분자응집체를 첨가하여 탈수할 수 있는 플록으로 응집시키는 공정을 슬러지 처리시스템이라 한다.

상기 각 폐수 처리시스템에서 55M /hr의 폐수를 처리하기 위하여 혼합물(4000ppm)을 60분간 체류시킨후, 첨가할 경우 종래방법에 비하여 플록생성에 필요로 하는 고분자응집체의 양을 측정하였으며 그 결과를 하기표 4에 나타내었다.

특히, 슬러지 처리시스템에서 종래방법으로 고분자응집체를 625ppm을 첨가할 경우 슬러지의 함수율은 75%이었으나, 본 발명의 경우 300ppm을 첨가할 경우 슬러지의 함수율이 65%로 감소됨을 나타냈다.

상기한 바와 같이 슬러지의 함수율이 감소됨으로서 슬러지를 침강,분리하고 짤 때 슬러지가 밀리지 않아 보다 효과적으로 처리할 수 있으며, 또한 상기 처리 후 폐기물의 함수율이 감소됨으로서 폐기물의 양도 감소된다.

이와 같이 본 발명의 방법으로 폐수를 처리할 경우, 종래 물과 혼합된 고분자응집체를 체류시간 없이 직접 슬러지 및 폐수처리하고자 하는 응집조에 첨가하여 플록을 성장시키는 방법에 비하여, 일정한 크기로 폐수을 성장시키는데 사용되는 고분자응집체의 양이 감소되고 이에 따라 폐수처리비용이 감소되며, 또한 슬러지의 함수율이 감소됨으로 처리하기 용이하며 폐기물의 발생양도 감소된다.

본 발명의 폐수처리방법은 응집제로서 음이온성 고분자응집체를 사용하는 모든 폐수처리공정에 이용될 수 있다.

Claims (2)

1. 원수조에 폐수를 모아, 일정한 농도로 균일화시킨 후, 이에 응집제를 첨가하여 플록을 형성시키고 그 후 상기 플록을 성장시키기 위하여 고분자응집체를 체류시키지 않고 첨가한 후, 플록을 침강, 분리시키는 폐수처리방법에 있어서, 고분자응집체 첨가시 고분자응집체와 물을 교반하면서 혼합하고, 그 혼합물을 5-60분간 체류시킨 후 탈수하고자 하는 슬러지 및 폐수처리하고자 하는 응집조에 첨가함을 특징으로 하는 폐수처리방법.
2. 1항에 있어서, 상기 고분자응집체는 폴리아크릴아미드, 폴리아크릴산 나트륨 및 이들의 혼합물로 구성되는 그룹으로 부터 선택됨을 특징으로 하는 폐수처리방법.