KR100281026B1 - 탄산화법을 이용한 폐수 처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 오폐수를 소석회와 이산화탄소를 이용하여 기존의 응집침전방식을 개선하는 오폐수처리 기술이다. 일반적으로 응집제를 이용한 기술은 침강속도가 느리기 때문에 응집·침전조의 크기가 크고 설치후에도 공정의 유지를 위해 응집제등을 지속적으로 투입하여야 하는 문제점으로 초기설치비 뿐만 아니라 공정운영상 비용이 높은 편이다. 그러나 본 발명은 설치면적을 줄이고 기존처리 방법보다 운영비도 현저히 줄일 수 있는 방법을 고안하게 되어 본 발명을 출원하게 되었다.

본 발명에서 이산화탄소를 이용하는 이유는 기존의 응집·침전방법은 응집과 침전이 급격히 일어나지 않고 색도나 탁도가 현저히 감소하지 않지만 이산화탄소와 소석회의 반응을 이용하게 되면 생성되는 탄산칼슘의 응집,침전 및 중축합반응으로 침강속도가 빠르게 진행되고 부유물과 용존 유·무기물의 제거효과도 크다. 더욱이 색도와 탁도가 현저히 증가하므로 본 발명을 출원하게 되었다.

Description

탄산화법을 이용한 폐수 처리방법

본 발명은 생활폐수 및 하수의 처리방법에 관한 것이다.

오폐수를 공기부상으로 처리한 후 처리수를 소석회와 이산화탄소의 화학반응을 일으키게 되면 오폐수의 COD, BOD는 물론 색도의 처리에 효율이 좋은 오폐수의 처리 방법에 관한 것이다. 오폐수는 기존의 응집·침전방법으로도 처리할 수 있지만 용존 유·무기물의 제거가 어렵고 처리시설이 거대하기 때문에 본 발명은 이를 개선하기 위한 처리시설을 발명하는 것이다. 본 발명에서 고안된 처리방법에 대한 상세 내용은 아래와 같다.

폐수의 응집제를 주입하여 혼화시키고 침전시킨 폐수를 모래여과조 등에 여과시킨 후, 폐수를 방류하는 1차처리는 산업체에서 주로 행하여지고 있으나 폐수처리공간이 협소한 처리장에서는 원할한 처리를 이루기 어려울 뿐만 아니라 응집제를 적절히 혼합하여 주입하는 작업이 번거럽고 지속적인 운용비 지출로 인해 영세시설에서는 처리시설 설치에 어려움이 있다.

본 발명은 우선 응집제의 주입을 현저히 줄이고 공기부상과 이산화탄소를 주입하여 화학반응으로 인한 유기물의 제거와 응집·침전의 효과를 동시에 달성할 수 있으므로 운전비의 현저한 감소 뿐만 아니라 설치공간이 협소한 장소에서도 설치가 가능하도록 하는데 목적이 있다. 따라서 본 발명의 일차적인 목적은 소석회를 폐수와 충분히 혼합한 후 이산화탄소와의 반응을 시키면 급격한 화학반응으로 침강속도가 증가하고 폐수내 COD와 BOD가 제거될 뿐만 아니라 색도, 악취 등이 크게 개선된다는 점이다. 현재의 폐수 응집·침전장치에 문제시되고 있는 장치의 대형화를 축소시킬 수 있고 기존시설의 경제성과 기술적인 면등을 현저히 개선시킬 수 있다는 데 큰 의의가 있다.

그러므로 본 발명은 종래의 응집·침전장치들보다 처리능을 획기적으로 높힘으로써 기존의 문제점을 해결하는 데 있다.

오폐수는 계면활성제등이 세제류와 암모니아성질소 등의 유·무기물이 높아서 이의 처리가 문제점으로 대두되고 있다. 오폐수처리공정과 사용약품은 각 배출업소의 여건에 따라서 다양하지만 통상의 처리공정은 화학처리와 물리적인 처리를 행하는 것이 보통이다. 지금까지 통상의 처리법은 다음과 같다.

1) 공정도

2) 처리방법

화학처리는 통상으로 산, 알카리약제로 중화공정을 거치고 각종 유기 및 무기의 응집제를 사용하여 인위적으로 뜬찌기(Scum)를 형성시켜 폐수중의 BOD, COD 및 색도원인 물질과 기타 중금속물질 등을 흡착침전으로 제거한다. 이 경우에 알럼이나 알칼리제로는 가성소다 및 소석회가 사용된다. 무기응집제로는 염화제이철, 황산제이철, 포리황산제이철 등의 제이철염을 주제로 한 것과 액체 유산반토, PAC, PAS 등의 알루미늄을 주제로 한 것 등의 다양한 종류가 산업현장에서 선택 사용되고 있다.

통상으로 1차침전조에서 오폐수에 유입되는 부유물질을 제거하기 위해 유입수량의 6시간분량정도이상이 되어야 하기 때문에 구조물이 대형화하여야 한다. 또한 1차침전처리에서 BOD, COD 및 색도의 제거효율은 30∼40%정도이며 여과장치를 통과함으로써 수질환경보전법상의 배출허용기준 수준으로 처리한다.

폐수처리시 이산화탄소대신에 공기부상이나 오존을 이용한 폐수처리 공정은 실시하고 있으나 이산화탄소를 폐수처리를 위해 사용한 예는 국내에서는 아주 드물다. 이산화탄소를 이용한 기술을 반응학적인 측면에서의 접근은 아직도 연구가 많이 필요한 부분이고 현재까지 국내에서 이를 상업화한 예는 거의 없다. 공급기체인 이산화탄소를 소석회와 직접반응시킴으로서 폐수내 유·무기물의 제거와 응집·침전을 통해 폐수처리효율을 증진하는 역할을 하고 있다.

상기한 바와 같은 폐수의 응집·침전처리방법은 pH가 10이상인 경우, 황산등의 산을 첨가하여 응집·침전이 되도록 pH를 조절하여야 하나 본 발명은 폐수와 소석회와의 적절한 혼합과 이산화탄소와의 반응시간을 조절함으로써 중성의 pH를 자연적으로 조절할 수 있다. 이와같이 폐수의 성상별로 반응시간을 조절함으로써 pH조절을 위한 화학약품의 첨가는 불필요하다. 그러므로 기존의 응집·침전법과는 달리 무기계통의 응집제등을 별도로 첨가하지 않아도 본 발명은 침강속도를 크게 증진시킬 수 있다.

기존의 응집·침전시설은 정상적인 가동이 되었다 하더라도 유기물질의 잔류함량이 BOD 20ppm이상 미처리 상태로 잔류되어 있어 이를 처리하기 위해서는 많은 양의 약품처리가 되어야 한다. 본 발명에서는 미량의 고분자 응집제첨가로 폐수중에 용해되어 있는 오염물질을 응집결합, 중축합 등의 복합적인 물리화학적 반응에 의해 거대분자화되어 효율적인 응집·침전이 이루어진다. 이러한 사실은 불필요하게 다량의 고분자응집제를 첨가하지 않아도 처리효과의 증진을 이룩 할 수 있다.

제1도는 본 발명은 폐수처리를 위한 화학적 반응장치에 관한 하나의 실시 상태를 개략적으로 도시한 개통도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

2：폐수집수탱크 9：약품혼화조

14：반응조 15：이송펌프

16：여과조 18：저수조

19：역세펌프 20：제어판

21：이산화탄소 주입관

본 발명자는 폐수원수를 가장 경제적이면서 응집·침전을 효과적으로 개선하기 위한 연구를 오랜동안 행하여 왔다. 그 결과 본 발명처리방법은 원폐수를 공기부상시키고 혼화조에 이산화염소를 첨가한 후에 석회석을 넣고 혼합한 후 이산화탄소를 주입하게 되면, pH는 중화되면서 BOD, COD가 기준치 이하로 감소하고 색도도 크게 저하되면서 악취가 전혀 발생하지 않는 놀라운 사실을 발견하여 본 발명을 완성하였다.

본 발명자는 다년간 다음의 공정도에서와 같은 처리방법으로 생활오수, 염색폐수, 의정부 하수 등을 처리하였으며 동두천 하수처리수질은 표 1과 같다.

도면 제1도는 본 발명의 공정도를 표시하며 이하는 공정도의 상세한 설명이다.

본 발명에 의한 화학반응장치의 실시 계통도를 보인 일례를 개략적으로 도시한 것이다. 본 발명의 반응장치조(14)는 약품주입펌프(12), 기체유입관(21) 등이 구비된 통상의 화학반응기로 구성되며, 이 화학반응조의 저면에는 이산화탄소탱크(13)를 설치하여 이산화탄소가 산기되도록 하였다. 기체유입관(21)은 이산화탄소 압력용기(도시하지 않음)에 연결하여 간헐적으로 이산화탄소가 반응장치조(14)내로 유입되도록 연결되어 있다. 반응장치조 앞에는 폐수 집수조(2)를 설치하여 폐수의 유입을 하도록 하였고 집수조에서 다시 약품혼화조(9)를 거친다음 반응장치조(14)에 유입하도록 하였다. 반응조내부의 약품의 주입은 교반기(5,6)를 사용하여 일정하게 약품(소석회와 고분자응집제)이 혼화되어 밸브(7,8)을 통하여 유입이 되도록 하였으며, 제어판(20)은 이러한 약품주입을 제어할 수 있도록 연결하였다.

이산화탄소와 석회석이 반응된 후 침전되는 침전물은 반응조하부(14)로 모여서 펌프(15)에 의해 빠져나가도록 장치하였으며 약품주입과 이산화탄소의 주입은 탄산칼슘의 침전과 상호 연속성이 있도록 순서대로 주입후 반응, 침전이 일어나도록 반응조내에서 제어되었다.

본 발명의 화학적 반응장치를 이용하여 얻어진 처리수는 다시 펌프로 모래여과조(16)내로 흘러들어가게 되고 모래여과조를 나온 처리수는 최종으로 저수조(18)에 모여 방류수로 유출이 이루어지고 있다. 또한 주기적인 역세가 모래여과조에서 필요하며 이를 위한 펌프(19)가 부착되어 모래여과를 원활히 이루어 지도록 하였다.

이하 실시예에 의해 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다.

[실시예 1]

도면 제1도에 있어서 오폐수는 원수유입펌프(1)을 통해 유입되면서 원수를 압축공기를 0.5HP의 동력으로 분당 1.1m³의 속도로 산기관(21)을 통해 부상시킨다.

원수조정조(2)에 유입된 오폐수는 약품혼화조(9)로 반송되며 교반기(11)로 100rpm의 속도로 교반하면서 제어판에 연결된 소석회(5)와 고분자응집제(6)가 주입된다. 주입되는 약품의 중량백분율농도는 소석회의 경우 4.0wt%와 응집제의 경우 0.1wt%와 이산화염소 4.8wt%가 주입되며 사용된 고분자응집제는 Sulfon산 음이온계 유기 고분자응집제이다.

화학반응조(14)에 유입된 오폐수는 이산화탄소를 10liter/min 속도로 혼화조에서 유입된 소석회용액과 교반혼합 반응시키므로서 탄산칼슘의 반응물을 생성시킨다. 이같은 생성물은 용해상태의 오염물질과 부유물들이 응집, 결합 및 첨가된 고분자의 응집제 등으로 중축합반응을 일으켜 거대분자화가 되면서 빠르게 침전되어 고액분리가 유도되며 응집된 슬러지는 펌프(15)를 이용하여 정기적으로 배출된다. 이같은 화학반응조는 종래의 응집침전조에 비해 적은 양의 이산화탄소를 주입하면서 유기물을 반응과 응집에 의해 침전시키므로써 처리효율이 우수하고 악취가 거의 없고 탁도가 개선되는 효과를 갖는 것이 특징이다.

화학반응조(14)는 거대분자화된 용해성 물질의 고형물과 물(상등수)를 분리시킴으로써 신속히 침전되고 상등수는 모래여과조(16)로 유입되고 침강된 슬러지는 자동조작펌프에 의해 탈수액은 원수집수조(2)에 반송되고 고형물은 제거된다.

오폐수 10톤/시간의 양을 탄산화법으로 처리하기 위한 주요절차는 아래와 같다.

1) 오폐수를 공기로 폭기시켜 혼화조 공정에 지장을 주지 않도록 한다.

2) 폭기된 처리수는 석회석 4.0wt%가 함유 하도록 이산화염소(ClO₂) 4.8wt%와 조제하여 충분히 혼합한다.

3) 2)의 충분히 혼합된 폐수를 고분자 응집제 0.1wt%를 투입하고 동시에 10ml/min의 이산화탄소를 30초간 폭기시킨다. 이와같이 혼합된 폐수는 pH가 높기 때문에 적절한 침전이 일어나지 않을 뿐만 아니라 침전속도도 상당히 늦게 진행하지만 이산화의 탄소의 폭기는 pH를 7로 중화시킨다.

4) 이산화탄소로 폭기된 폐수는 급격한 화학반응으로 인해 유기물이 탄산칼슘의 침전물과 함께 부착제거되면서 주위의 부유물질 등을 응집·침전시켜 20초내외로 빠른 침강속도로 침전된다.

5) 침전이 이루어진 폐수는 다시 모래여과조에 여과시킴으로써 맑은 처리수로 처리된다.

이렇게 처리한 방류액의 pH, BOD, COD 및 색도는 다음 표 2와 같다.

상기의 표에서 보듯이 본 발명의 방법으로 처리한 폐수의 방류수는 BOD, COD 및 색도에 있어서 그 정화정도가 월등히 개선됨을 알 수 있다.

소석회와 이산화탄소가 반응하면 다음의 반응식에 따라 탄산칼슘이 생성된다.

CaO+CO₂‥‥‥‥> CaCO₃

이렇게 생성된 탄산칼슘은 용해도가 큰 물질이며 응집·침전을 위해 보조제로써 주로 사용하여 왔으나 이산화탄소와 반응을 통한 응집·침전방법은 직접적으로 사용하지 않아 왔다. 본 발명자는 이와같은 이산화탄소와 소석회를 이용하여 염색폐수 뿐만아니라 피혁폐수 등에서도 COD와 BOD가 현저히 개선된다는 놀라운 사실을 발견하였다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 오폐수를 처리함에 있어서 종래의 방법인 응집제투입후 침전처리하는 방법보다 뚜렷이 개선됨을 알 수 있었다.

[실시예 2]

본 발명의 처리 방법을 1일 폐수 방출량이 750톤인 동두천내 염색회사에 1개월간 적용해 본 결과 아래 표 3와 같이 기존의 처리방법에 투입되는 약품비용과 비교하였을 때, 상당한 비용의 절감이 일어나고 있음을 알 수 있었다.

기존응집시설과 탄산화법을 이용한 폐수처리결과를 비교한 결과 탄산화법이 3배이상 비용절감 효과를 나타내고 있다.

종래의 오폐수를 정화처리함에 있어 오폐수중에 정화되어 있는 유기물 뿐만 아니라 응집제의 상시 투입 등으로 경제성과 운용상의 문제점을 갖고 있고 응집침강속도가 늦기 때문에 응집침전조의 크기가 거대해지고 이에 따른 초기설치비용이 많이 소요되었다. 특히 유기물 등의 처리가 어려워 수질이 불안정하여 이를 위한 2차 처리시설을 추가하여야 하였다.

본 발명은 오폐수중에 용해되어 있는 오염물질들을 소량의 고분자응집제 그리고 소석회와 이산화탄소의 급격한 화학반응으로 용해성 유기물질을 결합, 응집, 중축합시킴으로서 거대분자화하여 고,액분리시키게 된다. 이 과정에서 오염물질과 응집-중축합반응은 고-액분리를 촉진시켜 오염물질을 정화시킬 뿐만 아니라 잔류슬러지는 안정화되어 2차오염을 유발시키지 않을 정도의 이상적인 정화를 추구하는 처리방법이다. 특히 응집침전속도의 증가로 인하여 기존의 응집·침전속도와 비교하여 6배이상 증가하므로 장치의 규모가 적어도 처리가 가능하며 무기·유기계통의 응집제의 소요량이 거의 없기 때문에 운영상의 비용을 훨씬 절감할 수 있다. 더욱이 CO와 BOD의 제거효율이 동두천과 의정부 하수처리장의 오폐수를 이용하였을 경우, 83%이상 제거가 되었으며 탁도와 색도 역시 90%이상 제거 효과를 보이는 등 처리효과를 기존의 응집·침전 방식보다 증가시킬 수 있다.

그러므로 본 발명은 처리공정의 효율성과 운영성 및 경제적인 면에서 만족할 만한 효과를 얻을 수 있었다.

Claims (2)

1. 약품혼화조(9)로부터 유입되는 소석회와 소량의 음이온계 고분자응집제가 산기관(21)에서 발생하는 이산화탄소를 접촉시켜 화학반응조(14)에서 교반, 혼합, 화학 및 중축합에 의한 반응을 통해 응집·침전을 급격히 유도하여 침강속도를 증가시키게 함을 특징으로 하는 오폐수처리방법.
2. 청구 제1항에 있어서 원폐수를 약품혼화조(9)의 소석회와 이산화탄소를 투입하기 이전에 공기부상방법으로 공기양(1m³/min)을 1분간 투여하는 특징을 가진 전처리 방법.