KR100325024B1 - 염색폐수처리방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 염색폐수처리방법에 관한 것으로서, 염색정리공정 중에 발생한 염색폐수를 pH를 조정하는 단계, 상기 pH를 조정한 염색폐수를 1차 상향류식 혐기성 슬러지 블랭킷 공정을 통하여 가수분해 및 유기산 발효시키는 단계, 상기 1차 상향류식 혐기성 슬러지 블랭킷 공정을 통과한 염색폐수를 공기와 접촉시키는 단계, 상기 공기와 접촉시킨 염색폐수를 2차 상향류식 혐기성 슬러지 블랭킷 공정을 통하거나 또는 상향류식 충진상 생물반응조에서 가수분해 및 유기산 발효시키는 단계, 상기 2차 상향류식 혐기성 슬러지 블랭킷 공정 또는 상향류식 생물반응조를 통과한 염색폐수를 호기성 처리하는 단계 및 상기 호기성 처리된 염색폐수를 응집침전시키는 단계를 포함하는 염색폐수처리방법으로 처리하면 효과적으로 염색폐수의 색도를 낮출 수 있고, 염색폐수 내에 존재하는 유기물을 분해할 수 있다.
Description
[발명이 속하는 기술분야]
본 발명은 염색폐수처리방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 난분해성 유기화합물이 다량 함유된 염색폐수를 처리하는 경제적이며 처리효율이 높은 염색폐수처리방법에 관한 것이다.
[종래기술]
염색폐수의 특징
일반적으로 염색폐수라 함은 염색정리공업의 구성공정인 전분제거공정, 정련공정, 표백공정, 광택가공공정, 염색공정, 마무리공정 등을 통해 발생되는 폐수를 말한다. 염색폐수는 발생량과 수질의 변동이 심하고 염료, PVA, 합성세제, 호제(糊劑)등의 난분해성 유기화합물이 고농도로 존재하며, 고온(40℃), 강알칼리(pH 11∼12.5)의 특성을 지니고 있다.
염색폐수에 함유된 염료의 특성을 정리하면 하기 표 1과 같다.
| 구분 | 염료분류 | 주요대상 섬유, 소재 | 화학구조, 염색상 특징 |
| 비수용성 | 분산염료 | 폴리에스테르 | 불용성, 분산계로 염색분자내에 공액 이중결합 자외선 구역에서 흡수 |
| 분산형 형광염료 | 폴리에스테르 | ||
| 수용성염료 | 양이온 염료 | 아크릴, CDP | 4급 암모늄염 또는 카르보늄기 |
| 산성 염료 | 나이론, 견, 양모 | 설폰산기 | |
| 금속함유 산성염료 | 나이론, 양모 | 크롬, 코발트 착염구조 | |
| 직접 염료 | 면, 레이온, 종이 | 폴리아조, 설폰산기 | |
| 반응성 염료 | 면, 레이온 | 반응기(-OH와 반응), 설폰산기 | |
| 황화 염료 | 면, 레이온 | Na2S에 의한 환원. 용해염색 | |
| 수용성 형광염료 | 면, 종이, 세제 | 스틸벤 구조, 공액 2중결합 | |
| 환원성 염료 | - | Vat dyes |
또한 유기화합물이 염료로 활용되기 위해서는 발색단과 조색단을 포함하여야 한다. 대표적 염료의 화학구조는 하기 표 2와 같다.
또한 상기 염료에 포함된 발색단 및 조색단의 종류는 하기와 같다.
[발색단]
아조기(azo) 니트로기(nitro) 카르보닐기(carbonyl)
[조색단]
아미노기(amino) 수산기(hydroxy)
-NH2-OH
종래의 염색폐수처리방식 및 그 문제점
기존의 염색폐수 처리방식은 유기물제거를 위한 폭기(활성슬러지)와 난분해성 물질제거 및 탈색을 위한 약품산화를 주요공정으로 구성되어 있다. 국내의 대표적인 염색폐수 처리공정의 실례는 도 1과 같다.
도 1과 같은 기존의 염색폐수처리공정의 문제점은 약품비의 과다, 슬러지의 대량발생, 그럼에도 불구하고 처리수질의 불량등으로 요약할 수 있다.
도 1에서 안산 B염색공단의 경우, pH 12 이상의 강알카리 폐수를 후단의 호기성 생물학적처리에 유리한 조건을 형성하기 위하여 H2SO4를 투입해 pH 7로 중화시키는 공정을 적용하였기 때문에 pH 조정에 소비되는 약품비가 과다하게 된다. 한편, 순산소폭기방식의 호기성처리후 적용된 Fenton 산화법은 산성조건에서 과산화수소(H2O2)를 산화제로 하고 철염(FeCl2)을 촉매로 사용하여 난분해성 유기물 및 색도를 제거하는 방식이다. Fenton 산화법은 유기물 및 색도제거에 효과적이지만 슬러지 생산량이 일반 응집침전보다 대량으로 발생하여 슬러지 처리비용이 증가할 뿐만 아니라 산화제인 과산화수소(H2O2)의 가격이 비싸서 전반적인 유지관리비가 과도한 문제점이 있다.
또한 도 1에서 대구 K사의 경우, 높은 pH 범위에서 적정처리효율을 유지하는 MgCl2응집침전방식을 적용하였는데, 이 경우 물과의 반응을 통해 HCl이 생성되어 pH가 저하되므로 NaOH를 투입하여 pH를 상승시키는 방식으로 운영되고 있다. 본 방식은 오염농도가 높은 원폐수를 직접 응집침전함에 따라 약품량이 과다하고, 슬러지발생량이 증가할 뿐만 아니라 pH 조정을 위한 약품비가 추가적으로 소요되는 문제점이 있다.
또한, 후처리로 적용된 염소계 산화법은 주로 차염산, 표백분등을 사용하며, 표백작용을 이용한 폐수의 색도제거가 주목적으로 난분해성 유기물의 제거에는 비효율적이다. 염소계 산화법에 의한 탈색은 색도제거율이 낮을 뿐만 아니라 탈색된 색이 복원되거나 오히려 착색도가 높아지는 부작용 때문에 사용에 제약을 받는 문제점이 있다. 특히, 탈색제가 염색폐수 중 유기물질과 반응하여 하기 반응식 1과 같은 경로를 통해 유독한 환경호르몬 물질인 유기염화물을 생성시킬 가능성이 매우 높다.
[반응식 1]
한편, 도 1의 두 가지 공정에서 생물학적처리방식으로 사용된 순산소폭기와 활성슬러지공법은 일반적인 하수처리에는 효과적인 유기물제거 방식이지만 염색폐수와 같이 고분자 유기화합물이 대량 함유된 난분해성 폐수의 처리에는 매우 부적절한 방식이다. 예를 들어, 염색폐수의 경우 총 유기물농도를 나타내는 CODcr이 약 2,000mg/l임에 비해 생물학적 분해가 용이한 유기물농도를 나타내는 BOD는 100mg/l에 불과하다. 즉, 염색폐수에 함유된 유기물의 대부분이 일반적인 생물학적처리로는 적정수준의 처리효과를 달성할 수 없는 것이다.
또한 염색폐수는 각 염색공장의 공정구성, 가동시간 등에 따라 수질 및 수량에 변동이 심하므로 특정 공장에서 성공적인 폐수처리방식이 다른 공장에서는 성공한다는 보장이 없다. 따라서, 염색폐수가 갖는 전반적 특성에 적합하며 수질 및 수량의 변동에 유연하게 대처할 수 있는 보편적 폐수처리방식의 발명이 시급한 실정이다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 혐기성 생물학적 처리과정에서 염색폐수의 난분해성 유기물질을 분해가 용이한 물질로 전환시키고, 색도유발 물질을 제거한 후 호기성 처리과정과 응집침전과정을 통해 염색폐수의 수질 및 수량변동에 유연하게 대처하면서 효율적이며 경제적인 방법으로 염색폐수를 처리하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 종래의 염색폐수처리방법이고,
도 2는 2단의 상향류식 혐기성 슬러지 블랭킷 공정을 주공정으로 하는 염색폐수처리방법의 공정도이고,
도 3은 상향류식 혐기성 슬러지 블랭킷 공정과 상향류식 충진상 생물반응조를 주공정으로 하는 염색페수처리방법의 공정도이고,
도 4는 실시예 1에 따른 염색폐수의 색도와 pH의 변화를 준석한 결과이고,
도 5는 실시예 2에 적용된 공정의 모식도를 나타낸 것이고,
도 6은 실시예 2에서 각 단계의 염색폐수 흡광도를 분석한 결과이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 (a) 유입된 염색폐수의 pH를 조정하는 단계, (b) 상기 pH를 조정한 염색폐수를 1차 상향류식 혐기성 슬러지 블랭킷 공정을 통하여 가수분해 및 유기산 발효시키는 단계, (c) 상기 1차 상향류식 혐기성 슬러지 블랭킷 공정을 통과한 염색폐수를 공기와 접촉시키는 단계, (d) 상기 공기와 접촉시킨 염색폐수를 2차 상향류식 혐기성 슬러지 블랭킷 공정을 통하여 가수분해 및 유기산 발효시키는 단계, (e) 상기 2차 상향류식 혐기성 슬러지 블랭킷 공정을 통과한 염색폐수를 호기성 처리하는 단계 및 (f) 상기 호기성 처리된 염색폐수를 응집침전시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 염색폐수처리방법을 제공한다.
또한 본 발명은 (a) 유입된 환원성 염료가 다량 함유된 염색폐수의 pH를 조정하는 단계, (b) 상기 pH를 조정한 염색폐수를 1차 상향류식 혐기성 슬러지 블랭킷 공정을 통하여 가수분해 및 유기산 발효시키는 단계, (c) 상기 1차 상향류식 혐기성 슬러지 블랭킷 공정을 통과한 염색폐수를 2차 상향류식 혐기성 슬러지 블랭킷 공정을 통하여 가수분해 및 유기산 발효시키는 단계, (d) 상기 2차 상향류식 혐기성 슬러지 블랭킷 공정을 통과한 염색폐수를 호기성 처리하는 단계 및 (e) 상기 호기성 처리된 염색폐수를 응집침전시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 염색폐수처리방법을 제공한다.
또한 본 발명은 (a) 유입된 염색폐수의 pH를 조정하는 단계, (b) 상기 pH를 조정한 염색폐수를 1차 상향류식 혐기성 슬러지 블랭킷 공정을 통하여 가수분해 및 유기산 발효시키는 단계, (c) 상기 1차 상향류식 혐기성 슬러지 블랭킷 공정을 통과한 염색폐수를 공기와 접촉시키는 단계, (d) 상기 공기와 접촉시킨 염색폐수를 상향류식 충진상 생물반응조에서 가수분해 및 유기산 발효시키는 단계 및 (e) 상기 상향류식 충진상 생물반응조를 통과한 염색폐수를 호기성 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 염색폐수처리방법을 제공한다.
이하 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명의 염색폐수처리방법은 유입된 염색폐수의 pH를 조정하여 1차 및 2차 상향류식 혐기성 슬러지 블랭킷 공정(Upflow Anaerobic Sludge Blanket Process, 이하 'UASB'라 한다)을 이용한 가수분해 및 유기산 발효과정을 통하여 난분해성 물질을 분해가 용이한 물질로 전환시키고, 색도유발 물질을 제거한다. 이후 연속되는 호기성 생물학적 처리공정에서 분해가 용이한 상태로 전환된 유기물질을 제거하고, 후단의 응집침전공정을 통해 잔류 유기물질 및 색도유발 물질을 최종적으로 제거한다. 도 2는 상기 염색폐수처리방법의 개략적인 공정도를 나타낸 것이다.
또한 상기 2단의 UASB 공정을 거치는 염색폐수처리방법에서 1차 UASB를 통과한 염색폐수를 공기와 접촉시키는 단계는 염색폐수가 환원성 염료를 다량 함유하고 있을 경우에는 공기접촉단계를 포함하지 않는다. 환원성 염료는 설폰기가 없어 가수분해에 의한 pH 저하 정도가 미미하므로 공기접촉단계를 거치게하여 pH를 상승시키는 긍정적 영향보다는 오히려 폐수의 재발색을 야기시키는 부정적 영향이 크다고 할 수 있다.
또한 본 발명의 또 다른 염색폐수처리방법은 유입된 염색폐수의 pH를 조정하여 UASB로 처리한 후, 폐과립 활성탄을 충진한 상향류식 충진상 생물반응조(Upflow Packed-bed Bioreactor, 이하 'UFPB'라 한다)에 적용하여 가수분해 및 유기산 발효과정을 강화시킴으로써 난분해성 물질이 분해가 용이 물질로 전환하도록 하며, 색도 유발물질 제거기능을 증가시킨다. 이후 연속되는 호기성 생물학적 처리공정에서 분해가 용이한 상태로 전환된 유기물질을 제거한다. 또한 상기 염색처리방법에서는 안전한 처리수질 확보를 위하여 응집침전공정은 적용할 수도 있다. 도 3은 상기 염색폐수처리방법의 개략적인 공정도를 나타낸 것이다.
혐기성 미생물은 난분해성 물질에 대한 분해력이 높고 독성물질에 대한 내성이 강한 특징을 지니고 있다. 혐기성 생물학적처리는 산소가 공급되지 않는 상태에서 유기물질이 CO2와 CH4로 분해되는 과정이라고 간단히 정의할 수 있으나, 실제적으로는 기질에 따른 반응경로 및 관련 미생물이 정확히 규명되지 않은 복잡한 반응이다. 일반적으로 혐기성 분해는 가수분해, 산형성, 메탄형성과정으로 이루어지는데 메탄형성과정까지 진행되기 위해서는 상당히 긴 체류시간이 필요하며, 또한 난분해성 유기물의 경우 메탄형성이 매우 어렵다.
본 발명에서는 혐기성 처리과정에서 가수분해 및 산형성 단계까지만 진행시켜 색도 유발물질을 제거하고 난분해성물질을 분해용이한 물질로 전환시키는 것을 주공정으로 하며, 하기와 같은 처리 메카니즘의 활용한다.
설폰기의 가수분해
친수성 관능기인 설폰기(-SO3Na)를 함유한 수용성 염료는 혐기성 가수분해에 의하여 설폰기가 제거됨에 따라 비수용성으로 전환된다. 고분자의 염료분자는 비수용성으로 전환됨에 따라 침전물로 석출되며, 저분자의 염료분자는 약품응집침전에 의해 쉽게 제거될 수 있는 콜로이드상 물질로 변하게 된다. 한편, 생성된 NaSO4에 의하여 pH가 저하된다. 상기 반응과정은 반응식 2와 같다.
[반응식 2]
유기물의 산발효
염색폐수중의 기타 미분해성 유기물은 하기 반응식 3과 같은 경로로 유기산으로 발효되며 수소(H2)와 CO2의 부산물을 생성한다.
[반응식 3]
C6H12O6＋ 2H2O → 2CH3COOH ＋ 4H2＋ 2CO2
아조기 염료의 환원탈색
염료의 주요 발색관능기인 아조기는 수소와 결합하는 환원반응에 의해 분해됨으로써 탈색되며, 그 반응과정은 하기 반응식 4와 같다.
[반응식 4]
황산의 환원반응
가수분해에 의해 생성된 SO4 -2는 유기산과 황 환원박테리아에 의해 환원반응을 이루면서 하기 반응식 5의 경로로 S-로 전환된다.
[반응식 5]
CH3COOH ＋ SO4 -2→ CO2＋ HS-＋ HCO3 -＋ H2O
H
2
S의 산화반응
황 환원반응에 의해 생성된 S-는 수중 용존산소에 의해하기 반응식 6의 경로를 통하여 S고형물로 산화된다. 이러한 반응의 진행을 위하여 1차 UASB와 2차 UASB사이에 염색폐수를 공기와 접촉시키는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
[반응식 6]
2H2S ＋ O2→ 2H2O ＋ 2S↓
본 발명에 포함되는 단계들을 상세히 살펴보면 하기와 같다.
pH 조정 단계(도 2의 1, 도 3의 1)
일반적으로 혐기성처리에 적당한 pH 범위는 중성으로 알려져 있으나 설폰기를 함유한 염색폐수의 가수분해를 위해 최적의 pH 범위는 9∼10이다. 종래에 염색폐수의 처리에 있어 혐기성공정이 제외되었던 가장 큰 이유는 폐수의 pH가 12 이상이고 이러한 폐수를 혐기성공정에 적당하다고 알려진 pH 7까지 저하시키는데 약품소모량이 과다하게 소모될 뿐만 아니라 처리효율도 낮았기 때문이다. 이에 본 발명은 염색폐수의 특성을 정확히 파악해 pH 12 이상의 폐수를 pH 9∼10까지 저하시켜 약품소모량을 감소시키는 한편 설폰기 함유 유기물의 가수분해에 최적의 조건을 제공한다.
1차 UASB에서 가수분해 및 유기산 발효시키는 단계(도 2의 2, 도 3의 2)
pH 9∼10으로 조정되어 유입된 폐수를 체류시간 최대 4시간정도 혐기성 상태에서 가수분해시킨다. 본 공정에서의 CODcr 제거율은 25 내지 30%, 색도제거율은 70 내지 80%이다. 본 단계에서 CODcr 제거율이 낮은 이유는 난분해성 유기물질을 가수분해을 통해 분해가 용이한 상태로 전환시켜 후속되는 호기성처리에서 대량 제거하는데 목적이 있으며, UASB에서 긴 체류시간을 거쳐 CODcr의 완전제거를 목표로 하지 않기 때문이다. 본 단계에서 색도제거율이 70 내지 80%에 이르는 결과는 염료분자가 가수분해에 의하여 염료중간체로 전환되기 때문이다. 또한 본 단계에서 설폰기가 제거됨에 따라 비수용성으로 전환된 염료분자는 침전물로 석출된다. 또한 본 단계에서 검은색의 염색폐수는 1차 UASB를 거치면서 황색 혹은 갈색의 염료중간체로 전환되므로 오렌지색을 띠게 된다.
공기접촉단계(도 2의 3, 도 3의 3)
상기 1차 UASB에서 염색폐수의 혐기성 가수분해가 진행되면 NaHSO4가 생성되어 pH가 저하된다. 또한 가수분해에서 생성된 SO4 -2는 유기산과 황환원박테리아에 의해 대량의 H2S를 형성시킨다. H2S는 pH를 저하시키고 미생물에 독성을 유발하므로 1차 UASB 유출수를 공기접촉조로 유입시켜 H2S를 산화시킨 후 2차 UASB로 공급한다. pH 7정도로 저하된 1차 UASB 유출수는 공기접촉조를 거치면 pH 8.5로 상승한다.
한편, 염색폐수 중에 환원성 염료(Vat dyes)가 다량 포함되어 있을 경우에는 공기접촉조를 설치하지 않는 것이 유리하다. 환원성 염료는 혐기성상태에서 H2와 반응하여 환원된 후 가수분해가 이루어지는데 가수분해에 소요되는 시간이 매우 길다. 환원성 염료는 환원되면서 탈색이 이루어지나 완전 가수분해 전에 공기와 접촉하여 산화가 이루어지면 색이 다시 복구된다. 또한, 환원성 염료는 설폰기가 없어 가수분해에 의한 pH 저하 정도가 미미하므로 공기접촉조를 설치하여 pH를 상승시키는 긍정적 영향보다는 오히려 폐수의 재발색을 야기시키는 부정적 영향이 크다고 할 수 있다.
대표적 환원성 염료인 인디고졸(Indigosol O)의 산화환원반응에 따른 분자구조 및 색상의 변화는 하기 반응식 7과 같다.
[반응식 7]
2차 UASB에서 가수분해 및 유기산 발효시키는 단계(도 2의 4)
본 단계는 공기접촉조 유출수에 대해 혐기성 가수분해 및 유기산 발효를 진행시키는 공정으로서 1차 UASB와 기능이 유사하나 조색단인 아미노기를 제거하는데 주목적이 있다. 본 공정의 체류시간은 최대 10시간이 바람직하며, 유입되는 공기접촉조 유출수의 CODcr을 25 내지 30% 정도 제거한다. 1차 UASB와 2차 UASB를 거친 처리수의 원폐수 대비 CODcr 제거율은 45 내지 50%이며, 색도제거율은 약 80% 정도이다.
UFPB에서 가수분해 및 유기산 발효시키는 단계(도 3의 4)
본 발명에서 적용되는 UFPB는 활성탄이 충진된 UFPB가 바람직하며, 상기 활성탄은 대기오염방지시설에서 사용 후 폐기시킨 과립 활성탄을 사용하여도 좋다. 활성탄을 충진시키면 혐기성분해에 필요한 미생물이 활성탄에 대량 축적되어 생물막을 형성할 뿐만 아니라 유기물을 흡착하게 된다. 결과적으로 유기물이 반응기에 농축되어 오염물의 실제 체류시간이 증가하게 되고 이러한 오염물은 활성탄에 고농도로 축적된 미생물에 의해 지속적으로 가수분해 및 유기산 발효과정을 거치게 된다. 특히, 환원성 염료가 다량 함유되어 혐기성 가수분해에 필요한 시간이 많이 소요되는 폐수의 경우 UFPB를 적용하면 효과적이다.
호기성처리 단계(도 2의 5와 6, 도 3의 5와 6)
상기 1차 및 2차 UASB공정 또는 UASB 및 UFPB공정에서 혐기성 가수분해와 유기산 발효과정을 통해 분해가 용이한 물질로 변화된 유기물을 호기성 상태에서 대량 제거한다. 이때 사용되는 호기성처리공정은 일반적인 활성슬러지나 SBR(연속회분식반응조)등 모두 가능하다. 호기성처리공정의 수리학적 체류시간은 최대 12시간이고, 2차 UASB 유출수에 포함된 CODcr의 약 80% 정도를 제거하며, 색도는 본 공정을 통해 제거되지 않는다. 1차 및 2차 UASB 공정, 호기성처리공정을 거친 처리수의 원폐수 대비 CODcr 제거율은 85 내지 90%이다.
본 발명에서는 염색폐수 처리공정을 혐기성처리 후 호기성처리로 구성하여 염색폐수 중 포함된 계면활성제를 혐기성처리에서 계면활성제의 성질을 변화시키므로 호기성처리시 거품이 발생하지 않는다. 혐기성처리 없이 호기성처리를 실시하는 기존의 염색폐수처리공정에서는 과도한 거품으로 인해 운전상 문제가 발생한다.
응집침전공정(도 2의 7과 8, 도 3의 7과 8)
염색폐수를 직접 응집침전시킬 경우 부유물질 및 콜로이드성 물질은 제거할 수 있으나 용해성 염료는 약품응집이 되지 않으므로 색도 제거의 효과는 한계가 있다. 그러나 본 발명에서는 1차 및 2차 UASB에서 용해성 염료를 가수분해에 의해 콜로이드성 염료중간체로 전환시키기 때문에 색도를 용이하게 제거할 수 있다. 또한, 호기성처리를 거치면서 다량의 유기물이 제거되므로 응집에 소모되는 약품량을 감소시키는 부대효과를 가져온다. 본 발명에서는 일반적인 응집제인 황산알루미늄(Al2(SO4)3)의 50∼60mg/l의 소량만 투입하여 상기 호기성 처리를 한 염색폐수의 색도를 15% 정도를 제거함과 동시에 CODcr의 약 45% 정도를 제거한다.
본 발명에 의하여 염색폐수를 처리한 경우 염색폐수 원액을 기준으로 하여 볼 때 최종공정인 응집침전을 거친 방류수의 총 CODcr 제거율은 90 내지 97%, 색도 제거율은 약 95% 정도로서 기존의 염색폐수처리방식을 대체할 수 있는 매우 효과적인 처리공정이다.
또한, 도 3의 UASB, UFPB, 호기성처리까지만 시행하고 응집침전을 생략하여도 제 1 도의 전체공정을 거쳐 염색폐수를 처리하였을 경우와 비교할 때 CODcr 제거율은 차이가 없으며, 색도 제거율은 오히려 더 높게 나타난다. 그러므로 본 발명의 사용자가 도 3의 공정을 선택할 경우에는 응집침전과정을 생략하여도 무방하며, 단지, 매우 양호한 수질을 원할 경우에만 선택적으로 적용하면 될 것이다.
이하 본 발명의 실시예를 기재한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로서 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
본격적인 연속식 실험에 앞서 혐기성처리의 염색폐수 처리능력을 판단하기위하여 500ml의 삼각플라스크에 염색폐수를 300ml 주입시키고 혐기성 소화상등액 5ml를 접종한 후 30℃에서 진동배양 하면서 폐수의 색도와 pH의 변화를 분석하였다. 상기 분석의 결과를 도 4에 나타내었다.
도 4에서 색도는 약 80% 정도 감소하여 염색폐수의 색도제거에 혐기성 처리방법이 유효함을 알 수 있었다.
[실시예 2]
상기 실시예 1의 회분식 간이실험을 통해 혐기성처리에 의한 염색폐수의 색도 제거능력을 확인한 후 안산시 B염색공단 폐수와 대구시 K사 염색폐수를 대상으로 6개월간 처리용량 2ℓ/일의 실험실규모(bench scale)의 연속식 실험을 실시하였다. 폐수의 평균수질, 공정구성 및 실험방법은 표 3과 같다. 본 실시예에 적용된 공정의 모식도는 도 5와 같다.
| 평균수질(mg/l) | pH | Temp(℃) | CODcr | BOD | SS | NH3-N | TP |
| 12.5 | 40 | 1,850 | 200 | 50 | 8 | 4 | |
| 공정구성 | 유입 - pH조정조 - 1차 UASB - 공기접촉조 - 2차 UASB -폭기 및 침전조 - 응집 및 침전조 - 방류 | ||||||
| 실험방법 | ·pH 조정조에서 H2SO4를 투입하여 pH를 9.5∼10으로 조정·1차 및 2차 UASB반응조를 수욕조에 넣어 40℃로 온도 유지·1차 UASB 체류시간 4시간·2차 UASB 체류시간 10시간·호기성반응조 체류시간 12시간·응집조 및 침전조 총체류시간 3시간 |
본 실시예에서 각 단계의 색도제거효과를 파악하기 위하여 원폐수, 1차 및 2차 UASB-폭기조유출수(혐기-호기처리), 최종처리수(응집침전처리)를 가시광선 400∼700nm의 범위에서 흡광도를 분석하였다. 상기 분석한 흡광도의 변화는 도 6과같다. 도 6에서 혐기-호기처리를 거치면서 색도의 대부분이 제거되고 마지막 약품응집침전처리를 통해 잔류색도가 제거됨을 알 수 있다.
또한 6개월 연속실험의 CODcr 및 색도제거율은 표 4와 같다.
| 구분 | 원폐수 | 1차 UASB | 공기접촉조 | 2차 UASB | 폭기 | 응집침전 | |
| CODcr(mg/l) | 1,850 | 1,350 | - | 1,000 | 200 | 110 | |
| CODcr제거율 | 공정별 | - | 27% | - | 26% | 80% | 45% |
| 누적 | - | 27% | - | 46% | 89% | 94% | |
| 색도제거율 | 누적 | - | 75% | - | 80% | 80% | 95% |
| pH | 10 | 7.3 | 8.5 | 7.5 | 8.3 | 6.1 |
상기 표 4에서 알 수 있듯이 본 발명에 의한 공정으로 염색폐수를 처리하였을 경우 CODcr 94%, 색도 95%의 매우 높은 제거율을 나타내었다.
[실험 1]
염색폐수에서 가장 문제가 되는 색도제거능력을 비교하기 위하여 본 발명에서 제안한 두 가지 염색폐수처리방법을 대상으로 다음과 같은 실험을 실시하였으며 실험의 결과는 표 5와 같다.
공정 1 : 도 2의 처리공정
공정 2 : 도 3의 처리공정 중 후단의 응집침전을 생략한 공정
실험방법 : 상기 실시예 2와 동일한 방법 (공정 2의 UFPB의 체류시간 10시간)
단위 : 색도(도)
| 공정 | 원수 | 폭기조/침전조유출수 | 응집조/침전조유출수 | 비고 |
| 공정 1 | 800 | 110 | 70 | 색도가 800인 원수는 일반적인 염색폐수이며, 색도가 2,839인 원수는 환원성염료가 다량포함된 염색폐수임 |
| 2,839 | 939 | 493 | ||
| 공정 2 | 800 | 60 | - | |
| 2,839 | 193 | - |
상기 표 5에서 알 수 있듯이 공정 2의 색도 제거능력이 공정 1에 비해 우수한 것으로 나타났으며, 특히 환원성염료가 다량 혼합된 염색폐수일 경우 공정 2가 절대적으로 우수했다. 그 이유는 공정 2에서 적용한 활성탄 충진 UFPB에서 난분해성 정도가 심한 환원성염료의 가수분해가 진행되었기 때문이다.
그러므로, 염색폐수의 성상과 경제성등을 고려하여 본 발명에서 제시한 두 가지 공정을 근간으로 최적의 처리시스템의 구축이 가능하다.
상기에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 염색폐수처리방법은 효과적으로 염색폐수의 색도를 낮추고, 염색폐수 내에 존재하는 난분해성 고분자 유기물을 분해하여 양질의 방류수를 배출하는 것을 가능하게 하였다.
Claims (10)
- (a) 유입된 염색폐수의 pH를 조정하는 단계;(b) 상기 pH를 조정한 염색폐수를 1차 상향류식 혐기성 슬러지 블랭킷 공정을 통하여 가수분해 및 유기산 발효시키는 단계;(c) 상기 1차 상향류식 혐기성 슬러지 블랭킷 공정을 통과한 염색폐수를 공기와 접촉시키는 단계;(d) 상기 공기와 접촉시킨 염색폐수를 2차 상향류식 혐기성 슬러지 블랭킷 공정을 통하여 가수분해 및 유기산 발효시키는 단계;(e) 상기 2차 상향류식 혐기성 슬러지 블랭킷 공정을 통과한 염색폐수를 호기성 처리하는 단계; 및(f) 상기 호기성 처리된 염색폐수를 응집침전시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 염색폐수처리방법.
- (a) 환원성 염료가 다량 함유된 염색폐수를 유입시켜 pH를 조정하는 단계;(b) 상기 pH를 조정한 염색폐수를 1차 상향류식 혐기성 슬러지 블랭킷 공정을 통하여 가수분해 및 유기산 발효시키는 단계;(c) 상기 1차 상향류식 혐기성 슬러지 블랭킷 공정을 통과한 염색폐수를 2차 상향류식 혐기성 슬러지 블랭킷 공정을 통하여 가수분해 및 유기산 발효시키는 단계;(d) 상기 2차 상향류식 혐기성 슬러지 블랭킷 공정을 통과한 염색폐수를 호기성 처리하는 단계; 및(e) 상기 호기성 처리된 염색폐수를 응집침전시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 염색폐수처리방법.
- (a) 염색폐수를 유입시켜 pH를 조정하는 단계;(b) 상기 pH를 조정한 염색폐수를 1차 상향류식 혐기성 슬러지 블랭킷 공정을 통하여 가수분해 및 유기산 발효시키는 단계;(c) 상기 1차 상향류식 혐기성 슬러지 블랭킷 공정을 통과한 염색폐수를 공기와 접촉시키는 단계;(d) 상기 공기와 접촉시킨 염색폐수를 상향류식 충진상 생물반응조에서 가수분해 및 유기산 발효시키는 단계; 및(e) 상기 상향류식 충진상 생물반응조를 통과한 염색폐수를 호기성 처리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 염색폐수처리방법.
- 제 3항에 있어서, 상기 호기성처리 단계를 거친 염색폐수를 응집침전시키는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 염색폐수처리방법.
- 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 (a)의 pH를 조정하는 단계에서 상기 염색폐수를 pH 9∼10으로 조정하여, 상기 1차 상향류식 혐기성 슬러지 블랭킷 공정에서 혐기성 가수분해를 알칼리조건에서 진행시키는 것을 특징으로 하는 염색폐수처리방법.
- 제 1항, 제 3항 및 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 1차 상향류식 혐기성 슬러지 블랭킷 공정에서 생성된 H2S를 공기접촉단계에서 탈기시키는 것을 특징으로 하는 염색폐수처리방법.
- 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유입된 염색폐수내의 염료분자의 화학적 구조가 상기 1차 상향류식 혐기성 슬러지 블랭킷 공정, 2차 상향류식 혐기성 슬러지 블랭킷 공정 또는 상향류식 충진상 생물반응조를 통과하면서 용해성 염료에서 콜로이드 또는 비수용성 중간체로 전환되어 침전물로 석출되거나 또는 상기 응집침전단계에서 제거되는 것을 특징으로 하는 염색폐수처리방법.
- 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유입된 염색폐수내의 발색관능기인 아조기가 상기 1차 상향류식 혐기성 슬러지 블랭킷 공정, 2차 상향류식 혐기성 슬러지 블랭킷 공정 또는 상향류식 충진상 생물반응조에서 혐기성 유기산발효를 통해 제공된 수소를 제공받아 환원분해되는 것을 특징으로 하는 염색폐수처리방법.
- 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유입된 염색폐수내의 고분자 난분해성 유기물질이 상기 1차 상향류식 혐기성 슬러지 블랭킷 공정, 2차 상향류식 혐기성 슬러지 블랭킷 공정 또는 상향류식 충진상 생물반응조에서 저분자의 분해용이성 유기물질로 전환되어 호기성처리단계에서 제거되는 것을 특징으로 하는 염색폐수처리방법.
- 제 3항 또는 제 4항에 있어서, 상기 상향류식 충진상 생물반응조는 활성탄을 충진한 상향류식 충진상 생물반응조인 것을 특징으로 하는 염색폐수처리방법.
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