KR100342171B1

KR100342171B1 - 하/폐수중의 질소와 인을 동시에 제거하기 위한 수처리제조성물 및 이를 이용한 수처리방법

Info

Publication number: KR100342171B1
Application number: KR1020000017993A
Authority: KR
Inventors: 신석봉; 신석주
Original assignee: 신석봉; 신석주
Priority date: 2000-04-06
Filing date: 2000-04-06
Publication date: 2002-07-02
Also published as: KR20010094714A

Abstract

본 발명은 하/폐수중의 질소와 인을 동시에 제거하기 위한 수처리제 조성물 및 이를 이용한 수처리방법에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 칼슘형 인공 제올라이트 5∼50중량%, 가용성 알루미늄계 또는 철염계 화합물 15∼50중량%, 천연 또는 합성 고분자응집제 0.5∼20중량%, 알칼리금속의 탄산염분립체 10∼40중량%, 및 칼슘화합물, 알칼리토류금속의 탄산염류, 이산화티탄 및 분말활성탄으로 이루어진 군으로부터 2종이상 선택된 기능성 조제 10∼40중량%로 구성되는 하/폐수중의 질소와 인을 제거하기 위한 수처리제 조성물 및 이를 이용한 수처리방법에 관한 것이다. 본 발명의 수처리제는 하수중의 질소와 인을 완벽하게 처리할 수 있는 가장 컴팩트하고 경제적인 고도처리기술이며, 호수나 하천수중의 암모니아성 질소와 인도 간단한 설비에서 동시에 제거할 수 있다.

Description

하/폐수중의 질소와 인을 동시에 제거하기 위한 수처리제 조성물 및 이를 이용한 수처리방법{Composition of chemicals for simultaneous removing nitrogen and phosphorus in wastewater and method for treating wastewater using the same}

본 발명은 하/폐수중의 질소와 인을 동시에 제거하기 위한 수처리제 조성물 및 이를 이용한 수처리방법에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 피처리수중에 단일품으로 첨가하고 교반 또는 분산작용만으로 하·폐수중에 용존되어 있는 암모니아성 질소와 인을 동시에 효율높게 제거할 수 있는 수처리제 조성물과 이를 이용한 수처리방법에 관한 것이다.

종래에는 하·폐수중의 암모니아성 질소를 제거하기 위해서, 미생물을 이용하여 암모니아성 질소를 산화하여 아질산성 질소나 질산성 질소로 변화시키는 공정과 이를 환원하여 탈질소화시키는 공정의 2단계공정을 주로 이용하여 왔다. 이들 공정을 여러형태로 변형시킨 주로 선진국에서 상용화된 생물학적 처리방법으로는 A²/O(Anaerobic, Anoxic, Oxic), 5-단계 바덴포(5-Stage Bardenpo), UCT(Universityof Cape Town), VIP(Verginia Initiative Plant) 공정 등이 있으나, 실제 처리장에서 공정운영상의 여러가지 문제점을 가지고 있으며, 특수 미생물들의 성장 및 활성화를 위한 호기성 또는 혐기성의 생물학적인 공정을 적용하므로 본질적으로 처리능력에 제한(질소제거율: 50∼75%)을 받고있는 방법들이다. 더욱 하수중의 인을 제거하기 위해서는 질소제거를 위한 상술한 생물학적 처리시설외에 모래여과나 화학응집침전 처리시설을 추가로 설치해야 하는 문제점을 가지고 있다.

현재 널리 보급되어 있는 대단위 하수처리장의 경우 대부분 활성슬러지 공정이 적용되고 있으나 질소의 제거효율이 2∼30%로 낮기 때문에 기존시설에 상술한 질소 제거공정을 별도로 부가시키는 방향으로 개선되어 왔으므로, 고도처리를 위해서는 기존 활성슬러지 처리공정과 동등하거나 또는 그 이상의 방대한 시설부지가 소요된다는 점 및 시설비와 유지관리비(운영비)가 막대하게 증가하는 문제점이 있다.

한편, 천연 제올라이트를 하/폐수의 처리에 이용하는 연구는 미국, 이탈리아, 헝가리, 이스라엘 등에서 활발히 진행되어 왔으며, 그 대표적인 공정인 림너트 공정(RIMNUT process)은 천연 제올라이트의 암모니아성 질소의 흡착능을 이용하여 하수중의 암모니아성 질소를 천연 제올라이트에 흡착시킨후 알칼리 조건하에서 염화나트륨 등을 이용하여 화학적으로 재생하는 공정이다. 이 공정은 미국, 헝가리, 이탈리아 등지에서 다수의 파일롯(pilot) 실험을 거쳐 이탈리아 맨프레도니아 (Manfredonia)에서 1995년부터 풀 스케일(full scale)로 제작되어 가동중인 것으로 보고되고 있으나, 전체 운영비중에서 화학적인 재생으로 인한 비용이 약 80%를 차지하는 등 생물학적인 질소제거 공정에 비하여 유지비용이 매우 높아 그 실용화에 어려움이 있는 것으로 알려져 있다.

국내에서도 천연 제올라이트의 뛰어난 암모니아성 질소에 대한 선택적 이온교환능을 이용하여 하/폐수중의 질소제거를 위한 생물학적 처리공정에 관한 연구결과(예를 들어, 한국 공고특허 제97-2624호, 제97-2628호, 제97-9650호, 및 제97-11330호)가 보고되어 있다. 이들 방법은 외부에 별도의 제올라이트 필터반응기 또는 제올라이트 재생조 등을 설치하여 암모니아성 질소를 함유한 원수 또는 처리수, 질산화조의 미생물을 포함하는 반송수, 제올라이트 재생수 등을 유입시켜 암모니아를 제올라이트 반응조에서 미리 흡착 제거시키거나 또는 원수와 질산화조의 미생물을 동시에 제올라이트 반응조로 보내 흡착과 질산화를 유발시켜 암모니아 농도를 감소시키려는 방법을 사용하고 있으며, 제올라이트에 의한 암모니아의 흡착이 포화된 경우에는 제올라이트의 재생을 위해 염화나트륨 등을 사용하거나 생물학적 처리조내의 미생물과 반응하여 그 재생을 도모하는 방법인 것이다. 그러나, 상기 방법을 사용할 경우, 추가의 제올라이트 반응조가 필요하고, 암모니아가 흡착된 제올라이트의 인위적 재생에 따른 경비부담, 제올라이트 반응조내에서의 막힘현상 등에 의한 손실과 재생시에 발생하는 암모니아 함유 폐액의 처리와 같은 문제점으로 인해 실용화가 진전되지 못하고 있는 실정에 있다.

인화합물의 제거와 관련하여, 하/폐수의 2차 처리수에서는 올토인산(PO₄-P)을 대상으로 한다. 종래의 기술로서는 주로 가용성의 철, 알루미늄 및 칼슘의 금속염을 이용하여, 일단 각 금속이온을 수중에 용해시켜 수중에 용존하는 인과 반응하여 난용성의 염을 형성시켜 침강분리하는 방법이 중심이 되어 왔으나, 전술한 생물학적 질소제거공정의 후단에 별도의 화학응집·침전시설을 설치해야하므로 막대한 시설비가 소요되는 단점이 있다. 생물학적 처리법으로는 어느 특정한 단계의 활성슬러지가 인을 과잉섭취하는 현상을 이용하는 생물학적 탈인법(luxury uptake)이 시도되고 있으나, 하수의 고도처리를 위한 탈인공정으로 실용화된 기술은 없는 실정이다. 또, 생물학적인 질소제거와 병행하여 인을 동시에 제거하려는 시도도 계속되고 있지만 무산소 조건하에서 탈질과 동시에 인을 섭취하는 DPB(De-nitrifying Phosphorus Removing Bacteria)의 성장이 대단히 느리므로 효율적인 질소 및 인의 제거가 곤란하고, DPB의 성장을 촉진시키는 환경을 인위적으로 조정해주어야 할 필요가 있으며, 이러한 최적의 조건하에서도 최대 70%의 제거효율만이 보고되고 있을 뿐이다.

이에 본 발명에서는 종래의 기술과 같이 생물학적인 질산화-탈질소 공정과 연계시키지 않고 칼슘형 인공 제올라이트을 포함하는 수처리제가 암모니아에 대한 이온교환성능을 이용하여 하·폐수중의 암모니아성 질소를 약 95%이상 제거할 수 있으며, 동시에 인 화합물도 화학반응에 의해 약 95%이상 제거가 가능하였고, 이러한 처리과정에서 생성된 암모니아성 질소를 흡착한 제올라이트 분체나 인과의 화학반응물인 난용성 염류등은 응집작용 의해 수중에서 제거되므로, 종래의 기술과 같이 알칼리 조건하에서 염화나트륨을 이용하여 화학적으로 재생하는 공정이 필요하지 않으므로 대단히 간단하고도 경제적인 처리방법을 개발하였고, 본 발명은 이에 기초하여 완성되었다.

따라서, 본 발명의 목적은 하/폐수중에 용존되어 있는 암모니아성 질소와 인을 동시에 효율높게 제거할 수 있는 수처리제 조성물을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 상기 수처리제를 이용하여 하/폐수중의 암모니아성 질소나 인을 제거하기 위해서는 기존 하수처리장의 활성슬러지 공정에 별도의 고도처리공정을 추가시키지 않고, 활성슬러지공정의 포기조에 상기 수처리제를 연속적으로 적당량 투입하는것 만으로 처리목적을 달성할 수 있으며, 사용한 후의 암모니아를 흡착한 인공 제올라이트는 회수하거나 재생할 필요없이 그대로 잉여 활성슬러지와 함께 폐기할 수 있어 경제성이 매우 뛰어난 수처리방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 고농도의 질소와 인 그리고 유기물질을 함유하기 때문에 활성슬러지 공정을 적용할 수 없는 축산폐수나 침출수의 처리에 있어서도 생물학적 처리후의 3차 처리공정으로서 본 발명의 수처리제를 이용한 화학반응 및 응집·침전을 이용하여 수중의 암모니아성 질소나 인을 완벽하게 저렴한 비용으로 처리하는 수처리 방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 수처리제 조성물은 칼슘형 인공 제올라이트 5∼50중량%, 가용성 알루미늄계 또는 철염계 화합물 15∼50중량%, 천연 또는 합성 고분자응집제 0.5∼20중량%, 알칼리금속의 탄산염분립체 10∼40중량%, 및 칼슘화합물, 알칼리토류금속의 탄산염류, 이산화티탄 및 분말활성탄으로 이루어진 군으로부터 2종이상 선택된 기능성 조제 10∼40중량%로 구성된다.

상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 수처리방법은 상기 수처리제를 하/폐수의 생물학적처리방법인 활성슬러지 공정중의 포기조, 축산폐수나 침출수와 같이 고농도의 암모니아성 질소와 인을 함유하는 폐수의 3차처리공정 또는 하천수나 호소에 하/폐수 1ℓ에 대하여 0.1∼20g을 직접 투입하여 1∼4시간동안 분산·교반하는 작용만으로 수중의 암모니아성 질소와 인을 제거하는 것으로 구성된다.

이하 본 발명을 좀 더 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

전술한 바와 같이, 본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 취급이 용이하고 초기 시설투자비용도 대단히 적고 처리대상 하/폐수에 첨가·교반하는 공정만으로 수중의 용존상태의 암모니아성 질소 및 인을 불용화상태로 하여 단시간에 입경이 크고 탈수성이 양호한 플럭으로 형성시켜 제거할 수 있는 수처리제 조성물 및 이를 이용한 수처리방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 수처리제는 종래의 기술로는 전혀 처리할 수 없었던 수중의 용존상태의 암모니아성 질소를 칼슘형 인공 제올라이트에 의한 이온교환반응에 의해 흡착제거하고, 동시에 수용성의 인을 알루미늄염 또는 철염과의 화학반응에 의해 난용성 염류로 변환시키고, 이들을 첨가된 수용성 고분자물질에 의해 부유물질과 동시에 응집제거하는 기능을 갖도록 한 것이다.

따라서, 본 발명의 수처리제 조성물은 수중에 용존되어 있는 암모니아성 질소에 대한 선택적 이온교환능력이 뛰어난 칼슘형 인공제올라이트와 용해상태의 인과 함께 쉽게 화학반응을 일으켜 불용성 염류를 생성하는 알루미늄계 또는 철염계화합물과 수가용성의 천연 또는 합성의 고분자응집제를 주제로 하고, 여기에 pH조정제로서 알칼리금속의 탄산염 분립체와 필요에 따라 부유입자의 침강성을 높여주고 수중의 BOD나 COD성분도 제거할 수 있는 기능성 조제로서 칼슘화합물, 알칼리토류금속의 탄산염류, 이산화티탄 및 분말활성탄 중에서 2종이상의 혼합물을 선택하고, 이들을 분말상으로 균일하게 혼합한 단일 처리제로서 각 구성성분의 상승작용에 의해 용존상태의 암모니아성 질소와 인을 동시에 효율적으로 제거할 수 있다.

본 발명의 수처리제의 제1특징은 하/폐수중에 용존상태로 존재하는 암모니아성 질소를 제거하기 위해 선택적 이온교환능력이 뛰어난 칼슘형 인공 제올라이트 분말을 사용한 것이다. 본 발명에 사용한 인공 제올라이트는 석탄을 에너지원으로 하는 발전소나 시멘트 제조공장에서 다량으로 배출되는 폐기물인 석탄재(fly ash)를 가성소다 등의 알칼리를 첨가하고 열수처리하여 생성된 분말상의 제올라이트에 칼슘이온의 포화처리를 하여 제조한 것으로 그 결정이 필립사이트(philipsite)를 주성분으로 하는 칼슘형의 인공 제올라이트로서, 500meq/100g이상의 양이온교환능력(CEC, Cation exchange capacity)을 갖는다.

일반적으로 제올라이트는 결정구조내에 세공을 가지고 있고, 이 세공에 침입한 가스상 물질을 선택적으로 흡착하는 기능과 제올라이트내에 이온결합하고 있는 알칼리금속 또는 알칼리토류금속과 암모니아성 질소와 같은 외부의 양이온을 용이하게 이온교환시키는 기능을 가지고 있다.

현재 국내에서는 물론 전 세계적으로 대량으로 폐기되고 있는 화력발전소 또는 시멘트 제조공장으로부터 배출되는 석탄재(fly ash)를 인공 제올라이트의 제조원료로서 대량으로 재활용할 수 있다는 것은 석탄재 폐기물의 처리라는 관점에서도 환경적으로 대단히 주목받는 기술이라고 할 수 있으며, 더욱 폐기물을 주 원료로 사용한다는 점에서 얻을 수 있는 경제적 이득은 막대한 것으로 판단된다.

본 발명에 따르면, 칼슘형 인공 제올라이트를 암모니아성 질소가 용해되어 있는 하/폐수나 호소수와 접촉시키면 제올라이트내에 결합하고 있는 알칼리 토류금속의 칼슘이온과 수중의 암모니아가 이온교환되고, 암모니아성 질소이온이 인공 제올라이트와 결합되어 생성된 부유입자는 상기 수처리제에 함유된 혼합성분의 응집작용에 의해 제거되는 점이 종래의 기술에서 볼 수 없었던 본 발명의 특징이다.

본 발명에 있어서, 상기 칼슘형 인공 제올라이트의 사용량은 전체 수처리제를 100중량%로 5 내지 50중량%가 바람직하며, 5중량% 미만이면 수중의 암모니아의 제거가 불충분하고, 50중량%를 초과하면 분말상의 제올라이트 입자들의 플럭형성이 어렵게 되는 경향이 있다.

본 발명의 수처리제의 제2특징은 수중에 용해되어 있는 인을 가용성의 알루미늄계 또는 철염계 화합물과 반응시켜 난용성 염류의 형태로 제거하는 점에 있다. 본 발명의 수처리제에 의해 수중의 인이 제거되는 반응기작은 다음과 같다.

Al³⁺+ PO₄ ³⁺---→AlPO₄

Fe³⁺+ PO₄ ³⁺---→FePO₄

5Ca³⁺+ 3HPO₄ ^2-+ 4OH^----→ Ca₅(OH)(PO₄)₃+ 3H₂O

수중의 인화합물을 제거하는데는 수용액의 pH 의존성이 크고 적절한 pH는 6.0∼8.0의 범위에서 최대의 제거율을 얻는 것으로 알려져 있다. 본 발명의 고상응집제는 피처리수의 pH를 중성으로 조정하는 성분이 함유되어 있으므로 별도의 pH조정제나 이를 투입할 추가의 설비를 필요로 하지 않는 장점이 있으며, 수중의 인화합물과의 반응에 의해 생성된 난용성 염류는, 전술한 바와 같이, 상기 수처리제에 함유된 혼합성분의 응집작용에 의해 펠렛상의 입경이 큰 플럭으로 용이하게 제거되는 특징을 갖는다.

본 발명에 있어서, 상기 가용성의 알루미늄계 또는 철염계 화합물의 사용량은 전체 수처리제를 100중량%로 15 내지 50중량%가 바람직하며, 15중량% 미만이면 수중의 인의 제거가 불충분하고, 50중량%를 초과하면 처리수의 pH가 산성측이 되면서 백색으로 혼탁해지는 경향이 있다. 상기 가용성 알루미늄계 화합물의 예로는 황산알루미늄, 염화알루미늄 또는 폴리염화알루미늄 등이 있고, 상기 철염계 화합물로서는 염화 제1철, 황산 제1철, 황산 제2철, 또는 폴리황산제2철 등이 바람직하다.

본 발명의 수처리제의 제3특징은 수용성의 고분자 응집제 분말을 필수성분의 하나로 첨가한 것으로, 이로부터 피처리수중의 암모니아성 질소를 흡착 제거한 인공 제올라이트의 입자와 수중에 용존하는 인화합물과 반응하여 형성된 난용성염류의 미세입자가 생성되는 시점에서 곧 바로 응집효과를 발현하도록 했다는 점에 있다. 즉, 이들 미세입자와 후술하는 본 발명 수처리제에 함유된 기능성 첨가물질들이 수중에서 곧 바로 자기 플럭을 형성하는 시점에서 동시에 첨가된 고분자응집제와의 가교흡착점을 증가시키도록 하여 강도가 큰 플럭을 형성하므로 매우 짧은시간에 펠렛상의 응집반응이 완결되는 중요한 특징을 갖는다.

본 발명에 있어서, 상기 수용성의 고분자 응집제 분말의 사용량은 전체 수처리제 100중량%에 대하여 0.5 내지 20중량%가 바람직하며, 0.5중량% 미만이면 반응에서 생성된 입자들의 응집반응이 불충분하고, 20중량%를 초과하면 생성된 플럭들의 침강분리성이 저하되고 최종 단계에서의 탈수작업이 곤란해지는 경향이 있다. 상기 고분자응집제는 천연 또는 합성된 어느것 이라도 좋고, 시판되는 양이온계, 음이온계, 비이온계 고분자응집제를 사용할 수 있다. 천연계로는 여러가지 다당류를 이용할 수 있고, 알긴산나트륨 및 키토산계 고분자응집제 및 미생물에서 배양한 β-1,3 글루칸을 주성분으로 하는 산성다당 고분자 수용액을 동결건조 또는 스프레이 건조시켜 얻은 미분말이 바람직하다.

본 발명의 수처리제의 제4특징은 알칼리금속의 탄산염 분립체를 배합하므로서 피처리수의 pH를 6∼8의 범위로 조정하므로 별도의 pH조정제가 필요하지 않다는 점에 있다. 따라서 산, 알칼리 등의 약품주입에 의한 pH조정 설비도 필요하지 않게되므로 시설의 설치비 및 운전비용이 절감된다.

본 발명에 있어서, 상기 알칼리금속의 탄산염 분립체의 사용량은 전체 수처리제 100중량%에 대하여 10 내지 40중량%가 바람직하며, 10중량% 미만이면 처리수의 pH조정이 어렵게 되므로 전술한 인과의 화학반응이 불충분하게 되고, 40중량%를 초과하면 처리수의 액상이 알카리쪽으로 기울거나 혼탁해지는 경향이 있다. 상기 알칼리금속의 탄산염류 분립체의 예로는 탄산나트륨, 중탄산나트륨, 탄산칼륨,또는 포틀랜드 시멘트가 바람직하다.

본 발명의 수처리제의 제5특징은 기능성 첨가제로 칼슘화합물, 알칼리토류금속의 탄산염류, 이산화티탄 및 분말활성탄중에서 2종이상의 혼합물을 배합하므로서, 상기 배합성분이 생성플럭의 핵으로 됨과 동시에 각각의 성분의 상승효과로서 흡착작용과 응집작용을 기대할 수 있어 피처리수중의 용해성 BOD나 COD성분도 제거할 수 있고, 생성되는 플럭도 안정하고 강력하게 되어 탈수성이 매우 좋아진다.

본 발명에 있어서, 상기 기능성 첨가제의 사용량은 전체 수처리제 100중량%에 대하여 10 내지 40중량%가 바람직하며, 10중량% 미만이면 생성되는 플럭의 안정성이 불량하게 되고, 40중량%를 초과하면 본 처리제의 주목적인 암모니아성 질소나 인의 제거가 불충분하게 되고, 또 처리수의 청징도가 낮아지는 경향이 있다. 상기 기능성 첨가제의 구체적인 예로는 석고류, 석회류의 칼슘화합물, 탄산칼슘, 탄산마그네슘의 알칼리토류금속, 이산화티탄 또는 분말활성탄 등이 있다.

본 발명의 수처리제는 본 발명을 구성하는 특정한 화합물을 분말상으로 동시에 배합하여 균일하게 혼합하는 것에 의해 얻어진다. 조성물의 배합비율은 피처리수의 대상에 따라 어느 정도 가변적이지만, 기본 조성으로서 수중에 용존되어 있는 암모니아성 질소에 대한 선택적 이온교환능력이 뛰어난 칼슘형 인공 제올라이트와 용해상태의 인화합물과 함께 쉽게 화학반응을 일으켜 수불용성으로 하는 알루미늄계 또는 철염계 화합물과 수용성의 천연 또는 합성의 고분자응집제의 배합량으로 결정된다. 여기에 pH조정제로서 알칼리금속의 탄산염분립체 및 본 발명에서 특정하는 칼슘화합물, 알칼리토류금속의 탄산염류, 이산화티탄 및 분말활성탄중에서 2종이상의 혼합물을 필수 첨가제 선택물질로서 배합한 것이다.

본 발명의 수처리제와 이를 이용한 수처리분야는 특정하지는 않지만, 대단위 하/폐수처리장에서의 활성슬러지 공정의 포기조와 같은 기존 처리시설을 그대로 활용한 암모니아성 질소와 인의 제거, 축산폐수나 쓰레기매립장 침출수 등의 고농도 암모니아성 질소, 인의 제거를 위한 3차처리, 대형의 종말처리장을 설치할 수 없는 상태의 오탁 하천수의 현장처리, 연못, 저수지, 호수 등의 암모니아성 질소와 인의 직접제거, 양어장의 암모니아성 질소, 인의 제거 등 광범위한 수처리분야에서 매우 유용하게 적용할 수 있다. 상기 수처리제의 투입농도는 대상 하/폐수의 암모니아성 질소나 인의 농도에 따라 적당량의 조정이 가능하지만, 대체적으로 대상 하/폐수 1ℓ에 대하여 0.1∼20g이 바람직하고, 수리학적체류시간 (HRT)은 1시간 이상, 바람직하게는 1∼4시간이다. 이때, 상기 투입농도가 하/폐수 1ℓ에 대하여 0.1g 미만이면 본 발명의 수처리제 특성을 발휘할 수 없고, 20g을 초과하면 본 발명의 주목적인 수중의 암모니아성 질소나 인의 제거에는 아무런 문제가 없지만, 처리후의 슬러지 발생량이 많아지거나 또는 처리비용이 높아지는 경향이 있다.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하지만, 하기 예에 본 발명의 범주가 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

1일 100m³의 생활오수를 활성슬러지공법에 의해 처리하고 있는 대전시 궁동 소재 한국과학기술원(KAIST)의 오수처리장에서 본 발명의 수처리제에 의한 오수중의 질소와 인을 제거하는 실험을 행하였다.

상기 오수처리장의 처리공정은 오수유입--→스크린조--→유량조정조--→포기조--→침전조--→방류수로 구성되어 있다.

본 실시예에서 사용한 수처리제 조성물은 칼슘형 인공제올라이트 50중량%, 황산알루미늄 20중량%, 탄산나트륨 10중량%, 무수석고 10중량%, 탄산칼슘 5중량%, 및 양이온계 고분자응집제 5중량%의 비율로 배합하여 균일하게 혼합하여 사용하였다. 이렇게 제조한 본 발명의 수처리제를, 상술한 오수처리장의 포기조에 0.5g/ℓ의 농도가 되도록 화학적 주입기(chemical feeder)를 통해 연속적으로 공급하여 포기조내에서 활성슬러지와 함께 포기·교반되도록 하였다. 포기조에서 유입오수의 수리학적체류시간(HRT)인 8시간 이상의 충분한 접촉반응이 이루어진후에, 침전조에서 활성슬러지와 같이 침강·분리되도록 하였다. 처리결과를 하기 표 1에 유입원수와 처리수의 수질로 각각의 항목에 따라 표시하였다. 또한, 하기 표 1에는 본 발명의 수처리제를 첨가하지 않은 기존의 처리방법(일반적인 활성 슬러지공법으로 오수유입--→스크린조--→유량조정조--→포기조--→침전조--→방류수)에 의한 처리수의 수질을 비교예 1로 하여 동시에 나타내었다.

	유입원수	처리수(효율 %)	비교예1(효율 %)
pH	6.8	6.8	7.0
BOD(㎎/ℓ)	246.0	9.5(96.1)	16.3(93.3)
COD(㎎/ℓ)	152.3	7.6(95.0)	12.5(91.8)
SS(㎎/ℓ)	324.0	11.5(96.4)	25.5(92.1)
T-N(㎎/ℓ)	67.2	2.2(96.7)	47.5(29.3)
NH4-N(㎎/ℓ)	53.4	1.2(97.7)	38.2(28.4)
T-P(㎎/ℓ)	6.9	0.2(97.1)	5.4(21.7)

상기 표 1에서 알 수 있는 것처럼 본 발명의 수처리제에 의한 생활오수의 T-N(전 질소) 및 T-P(전 인)의 제거효율은 각각 96%와 97%로서 비교예 1의 제거효율이 각각 29%와 21%인 것과 비교해 보면, 질소, 인의 제거효율이 대단히 높은 것을 보여주고 있으며, 활성슬러지 처리공법을 적용하고 있는 기존의 하/폐수 처리장에서 질소, 인 제거를 위한 3차 처리시설을 추가로 설치하지 않고도 본 발명 수처리제를 곧바로 포기조에 투입하여 질소, 인 제거를 만족스럽게 달성할 수 있다는 것을 확인할 수 있다.

실시예 2

수도권 매립지의 침출수 처리시설에서 2차 처리후의 방류수를 처리원수로 하여 실시예 1과 같은 조성의 본 발명의 수처리제를 이용하여 전 질소 및 전 인의 제거실험을 행하였다. 수도권 매립장의 침출수 처리시설은 침출수 원수유량조정조혼합조정조포기식라군조침전조처리수방류의 시스템으로 구성되어 있다. 상기 처리장의 2차처리 방류수 1ℓ에 본 발명의 처리제 15g을 첨가하여 2시간의 교반반응(200rpm) 및 침전후의 처리수의 수질과 동 원수의 수질을 항목별로 나타낸 것이 하기 표 2이다.

	원수	처리수	효율(%)
BOD(㎎/ℓ)	132.5	41.2	69.0
COD(㎎/ℓ)	638.8	150.3	76.4
SS(㎎/ℓ)	232.4	12.2	94.7
T-N(㎎/ℓ)	1528.2	143.6	90.6
NH4-N(㎎/ℓ)	1235.4	58.1	95.3
T-P(㎎/ℓ)	145.3	5.1	96.5

상기 표 2에서 처럼 본 발명의 수처리제에 의한 침출수 2차 처리수를 원수로 한 전질소 및 전인의 제거율은 각각 90.6% (암모니아성 질소의 제거율은 95.3%) 및96.5%로서 본 발명 수처리제에 의한 질소, 인이 고농도로 함유된 매립장 침출수나 축산폐수로의 적용이 가능한 것을 보여주고 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 수처리제는 칼슘형 인공 제올라이트, 알루미늄계 또는 철염계 화합물, pH조정제 및 고분자응집제 및 기타 기능성 필수 첨가물질을 균일하게 혼합하여 구성한 복합조성물로서 피처리수중의 암모니아성 질소와 인 화합물과의 반응성은 획일성을 갖고, 기존의 어떠한 고도처리방법과 비교하여도 제거효율면이나 반응시간적으로 또 작업상의 간편성면에서 그리고 경제적인면에 이르기까지 지금까지 달성할 수 없었던 아주 우수한 공업적 효과를 나타낸다. 특히 본 발명에서는 피처리수중의 암모니아성 질소를 이온교환반응에 의해 흡착제거한 칼슘형 인공 제올라이트의 미세입자와 수중에 용존하는 인과 반응하여 형성된 난용성 염류의 입자와 기능성 첨가물질이 수중에서 곧바로 자기플럭을 형성하며, 동시에 첨가된 고분자응집제의 결합기와 미세플럭과의 가교흡착점을 증가시키도록 하여 강도가 매우 큰 플럭이 형성되어 펠렛상의 응집현상을 효과적으로 달성하므로서 최종 탈수공정에서 추가의 약품을 투입할 필요가 없게된다.

본 발명의 수처리제는 처리현장에서 피처리대상인 하/폐수에 직접 단일품으로 투입하고, 양자를 교반, 혼합하는 것만으로도 하/폐수중의 암모니아성 질소나 인을 입경 1mm 이상의 플럭덩어리로 처리할 수 있는 특징을 갖는다. 이 경우 입경이 큰 플럭덩어리와 처리수의 분리는 기존의 대형 침전조가 아닌 여과장치에 의해서도 간단히 달성되므로 넓은 설치면적을 차지하지 않을 뿐 아니라 좁은 장소로의이동이나 설치 및 철거도 매우 간편하게 된다. 또 발생하는 슬러지는 농축조를 거치지 않고 약품의 추가투입이 없이 바로 탈수처리 할 수 있으며 그 양도 매우 적다는 특징을 가지고 있다.

따라서, 본 발명의 암모니아성 질소와 인을 동시에 제거하는 수처리제의 조성물과 이를 이용한 수처리방법은 종래의 생물학적 처리방식을 이용하는 고도처리기술과는 전혀 다른 발상을 기본으로 개발한 것으로서 그 적용분야가 광범위하고도 매우 유용한 것이다.

Claims

칼슘형 인공 제올라이트 5∼50중량%, 가용성 알루미늄계 또는 철염계 화합물 15∼50중량%, 천연 또는 합성 고분자응집제 0.5∼20중량%, 알칼리금속의 탄산염분립체 10∼40중량%, 및 칼슘화합물, 알칼리토류금속의 탄산염류, 이산화티탄 및 분말활성탄으로 이루어진 군으로부터 2종이상 선택된 기능성 조제 10∼40중량%로 구성되는 것을 특징으로 하는 하/폐수중의 질소와 인을 동시에 제거하기 위한 수처리제 조성물.
제1항에 있어서, 상기 칼슘형 인공 제올라이트는 석탄재를 알칼리를 첨가하고 열수처리하여 생성된 분말상의 제올라이트에 칼슘이온의 포화처리를 하여 그 결정이 필립사이트(philipsite)를 주성분으로 하는 칼슘형의 인공 제올라이트인 것을 특징으로 하는 하/폐수중의 질소와 인을 동시에 제거하기 위한 수처리제 조성물.
제1항에 있어서, 상기 가용성 알루미늄계 화합물은 황산알루미늄, 염화알루미늄 또는 폴리염화알루미늄이고, 상기 철염계 화합물은 염화 제1철, 황산 제1철, 황산 제2철, 또는 폴리황산제2철임을 특징으로 하는 하/폐수중의 질소와 인을 동시에 제거하기 위한 수처리제 조성물.
제1항에 있어서, 상기 천연 또는 합성 고분자응집제는 양이온계, 음이온계또는 비이온계 고분자응집제, 다당류, 알긴산나트륨, 키토산계 고분자응집제 또는 미생물에서 배양한 β-1,3 글루칸을 주성분으로 하는 산성다당 고분자 수용액을 동결건조 또는 스프레이 건조시켜 얻은 미분말인 것을 특징으로 하는 하/폐수중의 질소와 인을 동시에 제거하기 위한 수처리제 조성물.
제1항에 있어서, 상기 알칼리금속의 탄산염분립체는 탄산나트륨, 중탄산나트륨, 탄산칼륨, 또는 포틀랜드 시멘트인 것을 특징으로 하는 하/폐수중의 질소와 인을 동시에 제거하기 위한 수처리제 조성물.
제1항 내지 제5항중 어느 한 항에 따른 수처리제를 하/폐수의 생물학적처리방법인 활성슬러지 공정중의 포기조, 축산폐수나 침출수와 같이 고농도의 암모니아성 질소와 인을 함유하는 폐수의 3차처리공정 또는 하천수나 호소에 하/폐수 1ℓ에 대하여 0.1∼20g을 직접 투입하여 1∼4시간동안 분산·교반하는 작용만으로 수중의 암모니아성 질소와 인을 제거하는 것을 특징으로 하는 하/폐수중의 질소와 인을 동시에 제거하기 위한 수처리제 조성물을 이용한 수처리방법.