KR100273856B1 - 제올라이트함유연속회분식반응기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 입상 제올라이트를 첨가한 연속 회분식 반응기 및 상기 반응기를 이용한 폐수 처리 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 제올라이트 함유 연속 회분식 반응기를 사용하면 운전 초기에 종래 반응기에 비하여 스컴 발생량을 줄이고, 유기물의 제거율을 향상시킬 수 있다. 또한, 암모니아성 질소의 흡착으로 인해 질산화 반응이 빠르게 진행되며, 총 질소 제거율을 향상시킬 수 있다. 부유성 고형물도 제올라이트에 부착된 미생물의 안정성에 기인하여 우수한 제거율을 지속적으로 나타내었다.

Description

제올라이트 함유 연속 회분식 반응기{Sequencing Batch Reactor Containing Zeolite}

본 발명은 입상 제올라이트를 첨가한 연속 회분식 반응기 및 이 반응기를 사용한 폐수처리 방법, 특히 질소 및 독성 물질을 함유하는 폐수 처리 방법에 관한 것이다.

연속 회분식 반응기는 최근 제어 장비의 자동화에 따라 급속히 발전하여 폐수 중의 유기물 및 질소 성분을 제거할 수 있는 효율적인 반응기로 알려져 있다. 특히, 이 반응기는 하나의 반응기로 반응 및 침전분리를 수행할 수 있어 시설비가 적게 들고, 용이한 운전 등의 장점을 지니고 있어, 다양한 폐수 처리에 대한 적용이 연구되고 있다. 또한, 연속 회분식 반응기는 폐수 중에 존재하는 질소 및 유기물을 효율적으로 제거할 수 있는 생물학적 처리 공정에 사용되고 있으며, 이때 폐수 중에 있는 오염물질의 제거 속도를 높이기 위하여 미생물의 보유를 증가시키려는 연구도 꾸준히 진행되었다(대한민국 특허공개공보 제92-14720호). 그 일환으로서 연속 회분식 반응기내에 폴리우레탄등의 매질을 첨가하여 부착 미생물의 활성을 증가시키는 연구들도 수행되고 있다. 또한, 폐수내에 존재하는 질소 성분의 제거를 위해 먼저 제올라이트로 암모니아성 질소를 흡착시킨 후 생물학적 반응기내로 폐수를 유입시키는 등의 연구가 진행되었다.

그러나, 생물학적 처리는 미생물을 이용하여 폐수를 처리하는 기술인 만큼 독성 물질 및 고농도의 오염물질이 유입될 때에는 처리 효율이 급격히 나빠지며 회복하는 데 많은 시간이 소요되는 단점을 갖는다. 특히, 독성물질이 다양하게 존재하는 산업폐수에 생물학적 폐수처리 기술을 적용할 때에는 정상운전에 도달하기 위한 초기 운전기간이 길어진다. 따라서, 상기 단점을 개선한 연속 회분식 반응기를 사용한 생물학적 폐수 처리 기술의 개선이 요망되고 있다.

본 발명은 생물학적으로 고농도 유기물 및 질소를 함유한 폐수를 효율적으로 처리할 수 있는 연속 회분식 반응기를 제공하는 것이다. 또한, 본 발명은 상기 연속 회분식 반응기를 사용한 폐수 처리 방법을 제공하는 것이다.

도 1은 연속 회분식 반응기에 제올라이트를 첨가한 개략도.

도 2는 연속 회분식 반응기내에 침적시킨 제올라이트망의 개략도.

도 3은 본 실시예에서 사용한 연속 회분식 반응기를 나타내는 개략도.

도 4는 본 실시예에서 수행한 연속 회분식 반응기의 운전 주기를 나타내는 개략도.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

11 : 교반기

12 : 산기관

13 : 제올라이트망

14 : 입상 제올라이트

본 발명에 따른 연속 회분식 반응기는 단일 반응기내에 입상 제올라이트로 이루어진 제올라이트 망을 포함하는 것을 특징으로 한다.

도 1에 본 발명에 따른 제올라이트가 첨가된 연속 회분식 반응기의 형태를 도시하였다. 도 1에서 나타낸 것처럼 본 발명에 따른 연속 회분식 반응기는 교반기 (11) 및 폭기 장치 (12)가 장착된 반응기에 제올라이트 망 (13)을 포함하고 있다(도 2 참조). 본 발명에 따라, 교반기 (11)을 이용하여 무산소 및 혐기성 조건을 만들어 탈질화 반응을 유도함으로써, 유기물을 제거하고, 그리고 폭기 장치 (12)를 이용하여 호기성 조건을 제공함으로써 잔류 유기물 제거 및 질산화 반응이 일어나게 한다. 제올라이트 망 (13)은 초기 운전시 암모니아성 질소의 흡착과 독성 유기물을 흡착함으로써 스컴 발생을 줄일 수 있어, 유기물 제거 및 질산화를 빠르게 유도할 수 있다.

따라서, 생물학적으로 고농도 유기물 및 질소를 함유한 폐수를 처리할 때 우선적으로 필요한 질산화 반응 속도를 증가시키고 탈질화 반응을 촉진시켜 질소를 효율적으로 제거할 수 있다. 특히, 산업 폐수에 생물학적 처리공정을 적용할 때에는 산업 폐수내에 존재하는 다양한 독성 물질로 인하여 질산화가 크게 저해를 받는 것으로 보고되고 있으나, 운전 초기에 암모니아성 질소와 다양한 독성 물질의 흡착이 가능한 제올라이트를 첨가함으로써 생물 반응기의 효율을 증가시킬 수 있다.

이하, 실시예를 통해 본 발명을 더욱 자세하게 설명한다. 본 실시예에서는 유기물 및 질소를 함유한 석유 화학 폐수를 연속 회분식 반응기를 이용하여 처리하는 공정을 예로 들었으며, 제올라이트를 첨가한 반응기와 첨가하지 않은 반응기를 비교 운전하여 유기물 제거 및 질소 제거율을 조사하였다.

〈실시예〉

높이 30 cm, 유효 용적 2.5 리터의 아크릴 재질의 원통형 반응기 (도 3 참조)를 사용하였으며, 옥탄올 제조 공정에서 발생한 폐수로 화학적 산소요구량이 450 mg/L, 총 질소 함량 95 mg/L, pH 8.0, 알칼리도 400 mg/L을 함유하는 폐수를 사용하여 실험하였다.

폐수를 반응기에 붓고, 공기 펌프와 산기석을 이용하여 2 리터/분으로 공기를 주입하였다. 교반기를 사용하여 (150 rpm) 반응기 내의 폐수를 혼합하였으며, 반응조 내의 온도는 항온 물 순환장치를 사용하여 25 ℃를 유지하였다. 반응조의 운전 조건은 자동 조절 장치를 이용하여 도 4에 나타낸 바와 같이 12 시간/주기로 하여 전무산소 유입 2 시간, 전호기 반응 6 시간, 후무산소 조건 1.5 시간, 후호기반응 0.5 시간, 침전 1 시간, 배출 및 정치 1 시간으로 구성하였으며, 한 주기 당 0.83 리터를 배출시켜 수리학적 체류 시간을 1.5일로 하여 운전하였다.

반응조에서 채취한 시료를 여과지 (TOYO, 5A, 110 mm)로 여과한 후 분석하였다. 분석 항목으로는 COD의 농도와 TKN, NO₂-N, NO₃-N 등 질소원의 농도를 표준 방법에 따라 측정하였다. 또한, 반응조내의 용존산소의 농도는 산소 전극 (YSI 모델 58)을 이용하여 반응조내에서 측정하였다.

상술한 바와 같은 방법으로, 본 발명에 따른 제올라이트가 첨가된 연속 회분식 반응기를 사용하여 석유화학 폐수를 처리한 결과를 제올라이트를 첨가하지 않은 재래식 연속 회분식 반응기의 경우와 비교하여 표 1에 나타내었다. 이 결과에서 알 수 있는 것처럼, 본 발명에 따른 연속 회분식 반응기는 우수한 화학적 산소 요구량, 생화학적 산소 요구량 등의 유기물 및 질소 제거율을 나타내었다. 특히, 암모니아성 질소의 경우 제올라이트 함유 연속 회분식 반응기에서 거의 완벽하게 제거되어 후속적인 총 질소의 제거율을 향상 시켰다. 또한, 부유성 고형물의 경우도 제올라이트에 흡착된 미생물의 안정성에 기인하여 제올라이트 함유 연속 회분식 반응기가 보다 우수한 제거율을 나타내었다.

한편, 난분해성 물질을 함유하는 석유화학 폐수를 대상으로 실험실 규모의 연속 회분식 반응기 두 기를 운전한 결과, 본 발명에 따른 제올라이트 함유 연속 회분식 반응기에서는 초기 순응 기간에도 우수한 유기물 및 질소 제거율을 나타내었으며, 스컴 발생량이 적었다. 또한, 반응기에 첨가한 후 수 개월 운전을 한 후에도, 우수한 유기물, 색도, 그리고 질소 제거율을 나타내었다.

본 발명에 따라, 연속 회분식 반응기에 제올라이트를 첨가한 반응기의 경우 재래식 연속 회분식 반응기에 비해 특히 초기 운전에서 우수한 유기물 및 질소 제거율을 보였으며, 제올라이트를 재생하지 않아도 생물학적 재생에 의하여 지속적으로 우수한 유기물 및 질소 제거율을 나타내었다.

제올라이트 함유 연속 회분식 반응기 및 비교 반응기의 운전 결과

분석 항목	특성
	유입 원수	제오 연속 회분식 반응기 처리수	재래식 연속 회분식 반응기 처리수
화학적 산소요구량	농도 (mg/ℓ)	450	50	75
	제거율 (%)		89	83
생화학적 산소 요구량	농도 (mg/ℓ)	110	5	8
	제거율 (%)		95	93
암모니아성 질소	농도 (mg/ℓ)	90	0.2 이하	2.5
	제거율 (%)		99.8	97.2
총 질소	농도 (mg/ℓ)	95	14	30
	제거율 (%)		85.3	68.4
부유성 고형물	농도 (mg/ℓ)	50	3	5
	제거율 (%)		90	80

본 발명에 따른 연속 회분식 반응기는 폐수 내에 존재하는 암모니아성 질소의 효율적인 초기 흡착이외에도 질산화-탈질화에 의하여 생물학적으로 재생되어 지속적인 오염 물질 제거 효과를 나타낸다.

Claims (2)

1. 교반기, 폭기 장치, 및 입상 제올라이트를 함유하는 제올라이트 망을 포함하는 폐수 처리용 연속 회분식 단일 반응기.
2. 연속 회분식 반응기를 사용하여, 질소 및 독성 물질을 함유하는 폐수를 생물학적으로 처리하는 방법에 있어서, 처리 초기에 반응기에 제올라이트를 투입하는 것을 특징으로 하는 방법.

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