KR100449379B1

KR100449379B1 - 무전해도금폐수의 처리방법

Info

Publication number: KR100449379B1
Application number: KR10-2004-0016679A
Authority: KR
Inventors: 서희동; 서영진; 서영준
Original assignee: 서희동
Priority date: 2004-03-11
Filing date: 2004-03-11
Publication date: 2004-09-21
Also published as: KR20040027836A

Abstract

본 발명은 무전해도금폐수를 활성부식물질, 활성미네랄성분을 다량 함유한 유문암 또는 대사이드(Dacite)질의 부석(Pumice)을 이용 유기물질을 물에 불용성이면서 비휘발성의 안정된 부식물질로 전환하는 부식화 미생물 및 이들 미생물과 상호공생관계에 있는 미생물을 배양하여 폐수 중 오염유기물질을 부식화반응에 의해서 고농도유기성폐수를 생물학적처리 후 산화 및 응집 또는 가압부상 처리를 하여 고농도유기성폐수를 고도처리하는 공정으로 1,2차 생물학적처리에서 활성부식물질 펠렛트(Pellet)와 유문암 또는 대사이드(Dacite)질의 부석이 충전된 생물반응기(9)가 내장된 배양조(8a, b)에서 유기물을 거대 고분자 물질인 부식물질로 부식화(Humification)하는 부식화미생물 및 이들 미생물과 상호공생관계에 있는 미생물을 배양하여 폭기조(3a, b)로 보내어 전체시스템(System)이 부식화미생물 및 이들 미생물과 상호 공생하는 미생물이 생육할 수 있는 최적의 환경분위기로 전환하여 폐수중 유기물 및 중금속을 물에 불용성이면서 비휘발성의 부식전구물질(腐植前驅物質)로 전환하여 침전조(5a, b)로 보내어 고액분리를 함으로서 폐수 중 유기오염물질 및 중금속을 1차 제거하고 난 다음에 산화조(15)로 보내어 미 제거된 유기물질을 산화 제거하고, 유화물 수지를 사용하여 응집처리를 한 후에 최종침전조(22)나 가압부상시스템으로 보내어 고액분리를 하여 방류하는 무전해도금폐수를 고도처리하는 공정이다.

특이한 사항은 무전해도금폐수 중 유기오염물질 및 중금속을 부식화반응에 의한 처리는 고도처리가 되면서 운전비용과 시설비가 저렴한 장점이 있기 때문에 파급효과가 매우 클 것으로 기대된다.

Description

무전해도금폐수의 처리방법{Treatment method for electroless plating wastewater}

본 발명은 무전해도금폐수를 부식물질 중에서 자체의 산화기능을 가지고 있으면서 산화 탈취의 촉매기능, 동·식물(미생물포함)에 미네랄(Minerals)공급기능, 유기물질을 물에 불용성이면서 비휘발성의 안정된 거대고분자물질인 부식물질로 전화하는 부식화반응을 촉진하는 촉매기능 등을 가진 킬레이트(Chelate)성 과산화풀브산(Peroxyfulvic acid)의 미네랄착염형태의 활성부식물질(Activated humic substances)과 활성미네랄 성분이 다량 함유된 유문암 또는 대사이드(Dacite)질의 부석(Pumice)과 산화조(15)의 산화수를 배양조(8a, b)와 집수조(1)에 공급하여 산화환원전위(ORP)값을 +250∼+350mV로 조정하여 부식화미생물 및 이들 미생물과 상호공생관계에 있는 미생물을 보다 활성화 되게 배양한 미생물을 폭기조(3a, b)에 공급하므로서 폐수 중 유기오염물질 및 중금속을 부식화반응에 의해서 물에 불용성이면서 비휘발성의 부식전구물질로 전환하여 침전조(5a, b)에서 침전 제거한 후에 산화 및 응집처리에 의해서 미 제거된 유기오염물질과 중금속성분을 고도처리하는 것에 관한 것이다.

바실러스종(Bacillus sp.)혼합균을 이용한 폐수처리방법으로서 일본공개특허 공보2001-321798호, 2000-159589호, 평(平)10-258293호, 평(平)9-169586호가 있으나 미생물에 의한 폐수 중 유기오염물질의 처리 메커니즘과 미생물의 생리적 특성을 정확하게 파악하여 적용한 처리공정이 아니기 때문에 경제적이면서 효율적으로 안전한 처리를 기대하기 어려운 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 무전해도금폐수를 생물학적부식화반응에 의해서 부식물질을 생성하는 토양의 부식화미생물 및 이들 미생물과 상호공생관계에 있는 미생물을 이용하여 유기오염물질과 중금속을 경제적이면서 효율적으로 고도처리하는 것이다.

도 1은 1차 생물학적 부식화반응에 의한 처리공정도

도 2는 2차 생물학적 부식화반응에 의한 처리공정도

도 3은 산화, 응집, 침전 또는 가압부상 처리공정도

도 4는 탈수처리공정도

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

1: 집수조 2: 폐수이송펌프

3a: 1차폭기조 3b: 2차폭기조

4: 접촉재 5a: 1차침전조

5b; 2차침전조 6a: 1차침전조 스크랩퍼(Scraper)

6b: 2차침전조 스크랩퍼 7a: 1차 침전오니반송펌프

7b: 2차 침전오니반송펌프 8a: 1차배양조

8b: 2차배양조 9: 생물반응기

10: 활성부식물질 펠렛트(Pellet) 11: 부석(Pumice)

12: 송풍기(Air blower) 13: 1차처리수조

14: 1차처리수이송펌프 15: 산화조

16: 산화조 교반기 17: 산화수이송펌프

18: 반응조 19: 반응조 교반기

20: 응집조 21: 응집조 교반기

22: 최종침전조 23: 최종침전조 스크랩퍼

24: 최종침전조 오니이송펌프 25: 최종처리수조

26: 농축조 27: 농축조 스크랩퍼

28: 탈수기공급펌프

본 발명에서는 무전해도금폐수를 경제적이면서 효율적으로 고도처리를 하기 위해서 토양의 유기물질을 안정된 부식물질로 전환하는 부식화미생물 및 이들 미생물과 상호공생관계에 있는 미생물의 생육환경조건이 최적이 되면서 부식화반응이 활발히 일어날 수 있는 최적의 환경조건을 조성하여 활성화되게 배양된 이들의 미생물에 의해서 폐수 중 유기오염물질 및 중금속을 물에 불용성이면서 비휘발성의 부식전구물질로 전환하여 침전 제거하고, 산화·응집처리를 한 다음에 침전 또는 가 압부상처리를 하여 미 제거된 오염물질을 고도처리를 하는 공정으로 부식물질을 생성하는 부식화반응 메커니쥼과 부식화미생물 및 이들 미생물과 상호공생관계에 있는 미생물의 종류와 특성을 보면 다음과 같다.

토양에 유기물질이 투입되면 소랑셀루로섬(Sorangium cellulosum), 악티노마이세스 그로비오포러스 로시어스(Actinomyces globioporus roseus)와 같은 방선균, 아스퍼길러스 니거(Aspergillus niger), 페니실륨종(Penicillium sp.)과 같은 곰팡이류, 세파로스포륨 고르도니(Cephalosporium gordoni), 바실루스 마이코이데스(Bacillus mycoides), 바실루스 루테어스(Bacillus luteus)와 같은 균류 등은 녹말, 당류, 단순 단백질과 같이 분해가 용이한 물질을 섭취하여 CO₂, H₂O와 같은 간단한 무기화합물로 분해하면서 대사산물로 폴리페놀(Polyphenol)성 화합물을 배설한다.

그리고, 폴리페놀성화합물은 공기 중에서 산소와 부식물질 중에 함유된 산화효소(Polyphenoloxidase)의 촉매작용에 의해서 퀴논(Quinone)화합물로 산화되면서 과산화수소(H₂O₂)를 생성한다.

과산화수소(H₂O₂)는 토양 중에 존재하는 제일철염(FeSO₄)과 같은 금속염과 반응하여 푸리 하이드록실기(Free Hydroxyl Radical ; OH·)를 생성한다.

푸리 하이드록실기는 부식화반응 중간에 생성되는 풀브산(Fulvic acid)과 같은 유기산(Organic acid)과 반응하여 과산화물질을 생성한 다음에 산화효소를 생성한다.

유기산 + OH· ---------→ 과산화물질 ·········· ④

과산화물질 + 효소 -----→ 산화효소 ··········· ⑤

산화효소는 폴리페놀화합물을 공기 중에서 퀴논화합물로 산화하는데 촉매적인 역할을 한다.

퀴논화합물은 미생물에 의해서 분해가 어려운 셀루로스(Cellulose), 타닌Tannin), 리그닌(Lignin) 등과 중·축합반응을 하여 물에 불용성이면서 비휘발성의 안정된 거대 고분자물질인 부식물이 생성된다.

퀴논화합물 + 셀루로스,타닌,리그닌 → 부식전구물질 → 부식물질 ......⑥

악취발생물질인 암모니아(NH₃), 유화수소(H₂S), 메르캅탄(Mercaptan), 휘발성 아민과 같은 물질은 부식물질에 부동화(Immobilization)되므로써 악취발생이 저감된다.

또한, 부식전구물질은 킬레이트(Chelate)성 물질로서 토양 중 미네랄성분과 착화합물을 형성하여 동·식물에 미네랄 공급이 용이하게 하는 기능을 가지고 있다.

특이한 사항은 부식화반응에 의한 폐수처리의 경우에는 질소화합물이 폴리펩 타이드(Polypeptide), 아미노산의 형태로 부식물질에 부동화 되어 잉여오니로 제거되므로 호기성, 혐기성의 조작이 없이도 질소화합물이 고도로 처리될 수 있다.

그리고, 부식화미생물과 상호공생관계에 있는 미생물 중에는 생물인광석(Bio-phosphate)이라고도 하는 악시네토박터속(Acinetobacter sp.) 등이 우점적으로 생육하기 때문에 폐수중 인 성분은 거의 완벽하게 제거된다.

부식화반응에 의한 폐수 중에서 유기오염물질의 처리효율을 향상하기 위해서 는 다음과 같은 환경조건을 조성해 주어야 한다.

1) 부식화미생물 및 이들 미생물과 상호공생관계에 있는 미생물은 세포막이 나 세포핵에 미네랄 함량이 높기 때문에 미네랄 공급이 충분하여야만 활발한 대사활동을 하므로 시스템(System)내에 충분한 미네랄을 공급하여야 한다.

2) 활발한 부식화반응에 의해서 부식물질이 생성되기 위해서는 산화효소의 공급이 원활하여야 하며, 부식화미생물 및 이들 미생물과 상호공생관계에 있는 미생물의 대사활동이 활발하여야 한다.

이들 미생물은 산화환원전위(ORP)값이 +250∼+350mV인 산화적 분위기에서 활발한 대사활동을 하면서 부식화반응이 촉진되기 때문에 산화효소의 공급과 적절한 호기성 분위기가 되어야 한다.

3) 적정 pH의 조건은 6전후의 약산성에서 부식화미생물의 생육이 활발하므로 pH는 5.5∼6.5 정도로 유지하는 것이 좋다.

4) 온도는 중온성미생물로 25∼35℃에서 부식화미생물의 생육이 활발하나 저온이나 고온에 대한 내성은 일반활성오니에서 활동하는 미생물에 비해서 내성이 강하다.

이상과 같은 조건을 감안하여 본 발명에서는 폐수의 유기오염물질을 생물학적 부식화반응에 의해서 경제적이면서 효율적으로 고도처리를 할 수 있는 처리공정을 개발하였는데 도면을 중심으로 설명하면 다음과 같다.

집수조(1)에 유입된 무전해도금폐수는 1차폭기조(3a)로 보내고, 1차폭기조(3a)에는 1차침전조(5a)의 반송오니와 1차배양조(8a)에서 부식화미생물 및 이들 미생물과 상호 공생관계에 있는 미생물을 배양한 미생물을 공급받아 폐수 중 유기오염물질을 생물학적 부식화반응에 의해서 물에 불용성이면서 비휘발성의 거대고분자물질인 부식물질의 중간단계에서 생성되는 부식전구물질(腐植前驅物質)로 전환한다.

1차폭기조(3a)에서 폐수 중 유기오염물질 및 중금속이 생물학적 부식화반응에 의해서 물에 불용성인 부식전구물질로 전환되면 1차침전조(5a)로 보내어 고형물상태로 존재하는 부식전구물질과 미생물을 침전 분리한 다음에 상등액은 1차처리수조(13)로 보내고, 침전오니(부식전구물질과 미생물)는 집수조(1)와 1차폭기조(3a)로 반송하며, 부식화미생물 및 이들 미생물과 상호공생관계에 있는 미생물의 활성화 및 배양용으로 1차배양조(8a)로도 보낸다.

1차배양조(8a)에서는 활성화된 부식화미생물 및 이들 미생물과 상호공생관계에 있는 미생물을 배양하기 위해서 킬레이트(Chelate)성 미네랄착염의 형태인 과산화풀브산 미네랄착염, 산화효소, 생리적활성물질, 성장촉진물질, 병원성미생물과 부패 및 변패성미생물 등의 생육을 억제하는 항생물질 등을 다량 함유한 활성부식물질의 펠렛트(10)와 활성미네랄 성분이 다량 함유한 유문암 또는 대사이드(Dacite)질의 부석(11)이 충전된 생물반응기(9)를 설치하고, 생물반응기(9) 하부에 공기를 공급하면 1차배양조(8a)내의 배양액과 공기는 에어리프팅(Air-lifting) 되면서 생물반응기(9) 내부에 충전된 활성부식물질 펠렛트(10)층과 부석(11)층을 통과하면서 미네랄, 산화효소, 생리적활성물질, 기타 활성효소 등을 공급받아 부식화미생물 및 이들 미생물과 상호공생관계에 있는 미생물이 활발한 대사활동을 하는 활성화된 미생물을 배양한다.

그리고, 부식화미생물이 활발한 대사활동을 하면서 부식화반응을 촉진하기 위해서는 산화환원전위(ORP)값이 +250∼+350mV되어야 하기 때문에 산화조(15)의 산화수를 집수조(1), 1차배양조(8a)로 반송하여 산화환원전위(ORP)값이 +250∼+350mV로 조정한다.

이상에서와 같이 1차배양조(8a)에서 배양된 배양액은 1차폭기조(3a)로 보내어 전체시스템(System)이 유기물질을 부식물질로 전환하는 부식화미생물 및 이들 미생물과 상호공생관계에 있는 미생물이 생육하는 환경분위기로 만들어 폐수 중 유기오염물질 및 중금속을 생물학적 부식화반응에 의해서 물에 불용성인 부식전구물질로 전환하여 이를 1차침전조(5a)로 보내어 고액분리하여 정화된 폐수는 1차처리수조(13)로 보낸다.

무전해도금폐수와 같은 고농도유기성폐수의 경우에는 전술한 1차 처리만으로는 완벽한 처리가 되지 않기 때문에 1차처리수조(13)의 폐수를 2차폭기조(3b)로 보내어 용존산소(DO) 농도를 높게 유지하여 폐수중 미 제거된 유기오염물질 및 중금속을 물에 불용성인 부식전구물질로 전환하여 2차침전조(5b)로 보내어 오니를 침전 분리한다.

1,2차 폭기조(3a,b)에는 처리효율을 향상하기 위해서 접촉재(담체;4)를 설치한다.

2차침전조(5b)에서 침전된 오니는 종오니용으로 2차폭기조(3b)와 1차처리수조(13)로 보내며, 일부의 반송오니는 1차생물학처리공정에서와 마찬가지로 활성부식물질 펠렛트(10)와 활성화미네랄 성분이 다량 함유되어 있는 유문암 또는 대사이드질의 부석(11)이 충전된 생물반응기(9)가 내장된 2차배양조(8b)로 보내어 생물반응기(9) 하부에 공기를 공급하면 2차배양조(8b)내의 배양액과 함께 에어리프팅 (Air-lifting)되면서 활성부식물질 펠렛트(10)층과 부석(11)층을 통과하면서 미네랄, 산화효소, 생리적활성물질, 기타 활성화효소 등을 공급받아 부식화미생물 및 이들 미생물과 상호공생관계에 있는 미생물의 활발한 대사활동을 하게 하여 활성화된 배양액을 2차폭기조(3b)로 보내며, 이때도 보다 활성화된 부식화미생물 및 이들 미생물과 상호공생관계에 있는 미생물을 배양하기 위해서 산화조(15)의 산화수를 2차배양조(8b)에 주입하여 산화환원전위(ORP)값이 +250∼+350mV 정도로 조정한다.

2차 처리된 처리수 중에 제거되지 않은 유기오염물질을 고도로 처리하기 위해서 2차처리수를 산화조(15)로 보내어 산화처리를 한다.

산화조(15)에서는 산화제(H₂O₂, NaClO등)와 제일철염(FeSO₄등)을 주입하여 미제거된 유기물질을 제거한다.

그리고, 산화처리 후 반응조(18)로 보내어 유화물수지와 응집제를 공급하여 미제거된 중금속성분을 고형화한 다음에 응집조교반기(21)에 의해서 완속교반하여 침전 또는 가압부상이 용이하도록 플록(Floc)을 형성한 후에 최종침전조(22)나 가압부상시스템으로 보내어 고액분리 후 처리수는 최종처리수조(32)로 보내어 방류한다.

1차침전조(5a)와 2차침전조(5b)의 잉여오니와 최종침전조(22)나 가압부상 시스템에서 배출되는 오니는 농축조(26)로 보내어 농축한 다음에 탈수기시스템으로 보내어 탈수 처리한다.

탈수여액과 농축조(26)의 익류수는 1차처리수조(13)로 반송한다.

전술한 기술내용으로부터 자명하듯이 본 발명에서는 무전해도금폐수와 같은 고농도유기성폐수를 생물학적 부식화반응, 산화처리, 유화제수지를 이용한 응집 침전 또는 부상처리에 의해서 경제적으로 고도처리를 할 수 있기 때문에 이 분야에 널리 보급될 것으로 본다.

Claims

무전해도금폐수를 집수조(1)에서 균등화한 후에 폐수이송펌프(2)에 의해서 1차폭기조(3a)로 이송하여 1차배양조(8a)에서 배양된 부식화미생물에 의해서 폐수 중 유기오염물질 및 중금속을 생물학적부식화반응에 의해서 물에 불용성인 부식전구물질로 전환하여 1차침전조(5a)로 보내어 고형물질을 침전 제거한 다음에 1차처리수조(13)로 보내고, 1차침전조(5a)에서 침전된 오니는 종오니용으로 집수조(1), 1차폭기조(3a)로 반송하면서 일부는 부식화미생물의 배양용으로 활성부식물질 펠렛트(10)와 부석(11)을 충전한 생물반응기(9)가 내장된 1차배양조(8a)로 보내어 활성된 부식화미생물 배양액을 1차폭기조(3a)로 보내고, 1차처리수조(13)의 폐수는 접촉재(4)가 내장된 2차폭기조(3b)로 보내어 활성부식물질 펠렛트(10)와 부석(11)을 충전한 생물반응기(9)가 내장된 2차배양조(8b)에서 배양된 부식화미생물에 의해서 물에 불용성인 부식전구물질로 전환하면 2차침전조(5b)로 보내어 고형물질을 침전 제거한 2차처리 수는 산화조(15)로 보내며, 2차침전조(5b)에 침전된 오니는 종오니용으로 1차처리수조(13)와 2차폭기조(3b)로 반송하면서 일부는 2차배양조(8b)로 보내어 부식화미생물을 배양하여 2차폭기조(3b)로 보내고, 2차생물학적처리수는 산화조(15)로 보내어 산화제(H₂O₂, NaCIO등)와 제일철염(FeSO₄등)을 사용하여 미 제거된 유기물질을 산화분해처리를 하면서 산화수의 일부는 배양조(8a, b)와 집수조(1)에 공급하여 산화환원전위(ORP)값이 +250∼+350mV되게 공급하면서 산화수 중 중금속을 완벽하게 제거하기 위해서 응집침전 또는 부상공정의 반응조(18)에 유화물수지와 응집제를 주입하여 미 제거된 중금속을 고형화한 후에 응집조(20)로 보내어 응집조교반기(21)에 의해서 완속교반을 하면서 침전 또는 부상분리가 용이하도록 플록(Floc)을 형성한 다음에 최종침전조(22) 또는 가압부상시스템으로 보내어 고액분리를 하는 처리공정에 의해서 무전해도금폐수를 처리하는 방법.