KR100474877B1 - 제지공정의 공정 백수의 처리 및 재이용방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 판지 제조 공정의 공정 백수의 처리 및 재이용 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 제지공정 중 정선공정에서 공정백수를 회수하는 단계, 공정 백수를 고온 혐기처리하는 단계 및 처리수를 펄퍼 또는 고해기로 공급하는 단계를 포함하여 공정백수를 처리, 재이용함으로써, 처리효율이 향상되고 공정중 에너지가 절감되며 알칼리성 공정수를 재이용하여 제지의 품질을 향상시킨다.

Description

제지공정의 공정 백수의 처리 및 재이용방법{Method for treatment and reuse of white water from paper manufacturing process}

본 발명은 제지공정의 공정백수의 처리 및 재이용 방법에 관한 것이다.

보다 상세하게는, 판지 제조공정 중 정선공정에서 공정백수를 회수하는 단계, 공정백수를 고온 혐기처리하는 단계 및 처리수를 펄퍼 또는 고해기로 공급하는 단계를 포함하는 공정백수의 처리 및 재이용 방법에 관한 것이다.

제지공정, 특히 판지(골판지, 백판지) 제조 공정에 있어 도 2에 나타난 바와 같이, 종래에는 정선공정(특히 디스크 필터), 망부, 압착부 등으로부터 백수를 회수(6,16)하여 펄퍼로 공급(1,11)하고, 월류된 백수(2,12)를 가압부상조에서 처리, 일부를 백수로 재이용(3,13)하고, 일부를 호기성처리 또는 중온 혐기성처리(4,14)하여 백수로 재이용(5,15)하거나 방류하는 공정으로 공정백수를 처리하였다.

즉, 종래의 제지공정수 처리방법은 가압부상을 거친 백수를 35℃ 이하에서 호기성처리하거나, 40℃ 이하에서 중온 혐기성처리하여 공정수로 재이용하거나 방류하는 공정을 채택하고 있다.

여기에는 두 가지 문제가 따르는데, 하나는 호기성 혹은 중온 혐기성처리를 위해서는 공정수온을 일정 온도(약 50℃) 이하로 낮게 유지해야하므로 공정수의 인위적인 냉각이 필요하다는 점이고, 다른 하나는 호기성 처리로는 알칼리수를 생성할 수 없으며 중온 혐기성 처리에 의해 알칼리수를 생성하더라도 백수에 희석 사용함으로써 생성된 알칼리도를 효과적으로 활용할 수 없다는 점이다.

현재, 대부분의 제지공장은 공정수온 35-45℃의 중온 조건에서 운전되고 있으나, 이는 공정백수의 배출량이 큰 경우이거나, 공정백수의 처리시에 외기로 열이 손실되거나, 호기성 처리를 위하여 인위적으로 냉각하여 운전되는 경우이므로, 백수 회수율이 증가하게 되면 고온 환경에서 조업하는 것이 에너지 절감, 제지품질 향상, 운전면에서 유리하다.

또한 호기성 처리보다는 혐기성 처리시에 공정수의 알칼리도가 상승하게 되고, 이를 이용하면 지료(紙料)의 칼슘보유율을 증가시켜 강도개선 등의 제품품질 향상효과를 얻을 수 있다.

이에 본 발명은 별도의 냉각 또는 열공급 없이 고부하, 고효율로 유기물, 유기산을 제거하고, 고온 혐기성 조건에서 처리한 공정 백수를 펄퍼 및 고해기에 직접 공급함으로써 해리, 고해 성능의 향상 및 전력 소모량 절감을 도모하며, 공정수 중의 pH, 알칼리도 상승을 유도하여 지료에의 탄산칼슘 보유율을 증대시켜 생산성을 향상하고 원가를 절감하며, 탈수촉진, 스케일 방지를 통하여 조업 운전성을 개선하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은

(1) 판지 제조공정의 정선공정에서 공정백수를 회수하는 단계;

(2) 회수액을 고온하에서 혐기성 처리하는 단계; 및

(3) 처리수를 지료와 직접 접촉하는 단위공정에 투입하는 단계를 포함하는 판지 제조공정의 공정백수를 처리하는 방법을 제공한다.

상기 (1)단계에서 정선공정의 공정백수는 특히 디스크 필터 여액인 것을 특징으로 한다.

또한 (2)단계의 고온은 약 55-65℃ 범위이며, 약 55-60℃ 범위내인 것이 바람직하고, 고온 혐기 처리는 호열성 미생물을 이용하는 것이 바람직하다.

(3)단계에서 지료와 직접 접촉하는 단위공정은 펄퍼 또는 고해기인 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명을 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

우선, 본 발명의 판지 제조공정의 공정백수 처리방법은 정선공정의 공정백수(7)를 대상으로 한다. 정선공정의 공정백수는 특히 디스크 필터의 여액인 것을 특징으로 하며, 이것은 현탁고형물을 제거할 필요가 없으므로 공정이 간단하다. 그러나 본 발명의 백수는, 정선공정의 공정백수에 한정되는 것이 아니라, 망부, 또는 압착부 공정의 여액을 처리할 수도 있다.

상기 단계에서 회수한 공정백수는 정선공정에서 회수된 것이므로 수온이 약 50-65℃ 로 유지된다. 따라서 이를 인위적으로 냉각하지 아니하고 고온 환경하에서 직접 혐기 처리하는 것이 가능하다.

구체적으로 디스크 필터 여액을 별도의 가압부상 또는 응집침전 등 1차 처리를 거치지 않고 직접 55-60℃의 고온에서 운전되는 혐기성처리조(8)에 유입하여 처리한다. 이 때 반응조 운전형식은 고부하, 고효율 처리가 가능한 전통적인 UASB(Upflow Anaerobic Sludge Blanket) 방식과 같은 상향식 폐수 유입방식이 바람직하다.

또한 고온 혐기성처리조내에는 중온성 혐기성 미생물(mesophilic anaerobic bacteria) 입상체로부터 배양된 호열성 혐기성 미생물 (thermophilic anaerobic bacteria) 입상체 또는 별도로 식종된 호열성 혐기성 미생물 입상체를 충진한다. 이 때 미생물 입상체는 반응조 용적 대비 20-60% 정도로 충진하는 것이 바람직하다.

반응조에 충진된 미생물은 공정수 중의 유기물을 분해하고 공정수의 pH를 상승시킨다.

다음으로 고온 혐기 처리한 공정수를 지료와 직접 접촉하는 단위공정에 투입한다. 본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 처리수를 종래에 백수탱크로부터 공급하던 공정수를 보충하여 펄퍼(9)로 공급하거나, 고해기(10)로 공급한다.

본 발명은 공정백수의 처리 전과정에서 공정수온을 혐기성 처리수의 온도, 즉 약 50℃ 이상으로 유지한다. 따라서 별도의 냉각 또는 열공급없이 고부하, 고효율로 처리가능하여 에너지 절감의 효과가 있다.

또한 혐기성 처리단계를 거치면 공정수의 pH가 상승되어 이를 직접 지료와 접촉하는 펄퍼나 고해기 등의 공정단계에 공급하면, 고해기의 전력소비량을 절감할 수 있고 또한 지료의 탄산칼슘 보유율을 증대시켜 강도개선 등 제품품질 향상효과를 기대할 수 있다.

이하 실시예에 의하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로서 본 발명의 범위를 한정하는 것으로 해석되어서는 안된다.

실시예 1

중온 혐기성 처리방법과 고온 혐기성 처리방법의 처리효율 비교 측정

디스크 필터 여액(7)을 직접 55-60℃의 고온에서 운전되는 혐기성처리조(8)에 유입하여 처리하고, 그 처리수를 펄퍼(9) 및 고해기(10)에 직접 투입하였다.

고온 혐기성처리조내에는 중온성 혐기성 미생물 입상체로부터 배양되거나 또는 별도로 식종된 호열성 혐기성 미생물 입상체를 반응조 용적 대비 약 41.7%로 충진하였다.

반응조 운전형식은 전통적인 UASB와 같은 상향식 폐수 유입방식을 채택하였다.

중온 혐기성처리 방법과 비교한 고온 혐기성처리의 효율을 다음 표 1에 나타내었다.

	고온 혐기성				중온 혐기성
체류시간(hrs)	유기물용적부하(kg COD/㎥/d)	유기물제거효율(% as CODCr)	황산염제거효율(% as 황산염)	유기산제거효율(% as VFA)		유기물제거효율(% as CODCr)
20	6.0	80	55	85		85
15	8.0	82	58	90		85
12	10.0	77.5	52	86		80
10	12.0	83	53	92.5		78
8	15.0	81	52.5	90		75
6	20.0	79	52	92.5		75
4	30.0	76	51	85		50

본 발명에 따른 고온 혐기성처리 방법은, 동일 조건의 중온 혐기성처리에 비해 1.5배의 부하조건(체류시간 33% 단축)을 설정하였다. 이러한 조건에서 고온 혐기성처리를 통하여 유기물은 70% 이상 제거되고(CODCr), 유기산(VFA)은 80% 이상, 황산염은 50% 이상 제거되며, 알칼리도는 CaCO₃이 500 mg/l 이상 생성되었다.

실시예 2

처리수의 수온 및 pH에 따른 섬유의 보수도 변화 측정

혐기성처리조(8)에서 처리된 공정수를 펄퍼 및 고해기에 직접 투입하고, 그 결과 섬유의 보수도를 각각 측정하였다.

공정수온(℃)	보수도(pH=7 에서 고해후)	공정수 pH	보수도(35℃에서 펄핑후)
20	1.80	5.8	1.78
35	1.96	7	1.65
50	2.05	8	1.67
60	2.19	10	1.83

그 결과, 표 2에 나타낸 바와 같이, 처리수의 온도 및 pH가 증가함에 따라 고해 및 펄핑 후의 보수도가 상승함을 확인하였다.

이는 고온 혐기성처리 과정에 의해 생성된 고온의 알칼리수가 펄퍼 또는 고해기에 투입되는 경우 공정수의 pH 상승을 유발하여 섬유의 팽윤을 촉진시키고, 고해기에서의 고해효율을 향상시킴을 나타낸다.

실시예 3

처리수의 수온에 따른 제지 품질의 변화 측정

혐기성 처리조에서 처리된 공정수를 펄퍼 및 고해기에 직접 투입하고, 그 결과 생산된 제지의 품질을 확인하였다.

공정수온(℃)	미세분함량(%)	여수도(ml)	인장강도(Nm/g)	압축강도(Nm/g)
20	49.0	200	52.5	31.5
35	46.7	229	53.2	31.6
50	47.3	220	53.6	32.0
60	45.7	240	55.5	32.5

그 결과, 처리수의 수온이 상승함에 따라 제지의 품질이 향상됨을 확인하였다. 즉, 공정수온의 상승이 탈수저해자인 미세분을 감소시키고 따라서 여수도를 증가시키며, 인장강도, 압축강도를 증가시킴을 알 수 있다.

실시예 4

처리수의 pH에 따른 제지 품질의 변화 측정

혐기성 처리조에서 처리된 공정수를 펄퍼 및 고해기에 직접 투입하고, 그 결과 생상된 제지의 품질을 확인하였다.

공정수 pH	미세분함량(%)	여수도(ml)	인장강도(Nm/g)	압축강도(Nm/g)
5.8	39.8	180	44.8	27.5
7.0	-	180	46.3	28.3
8.0	39.9	162	48.0	29.5
10.0	43.5	140	45.1	29.0

그 결과, 처리수의 pH가 상승함에 따라 제지의 품질이 향상됨을 확인하였다. 즉, 고온 혐기성 처리과정에 의한 pH의 증가가 탈수저해자인 미세분을 감소시키고따라서 여수도를 증가시키며, 인장강도, 압축강도를 증가시킴을 알 수 있다.

또한 공정수의 pH가 상승하게 되어 알칼리도가 높아지면, 공정수중의 칼슘 이온이 탄산염과 결합하여 탄산칼슘 형태가 되어 종이의 탄산칼슘 보유성이 높아져서 공정수중의 칼슘 이온 농도를 낮추고, 또한 동일한 양의 원료(고지, 펄프) 사용시 종이 평량을 증가시키는 효과를 가져온다.

또한 고온 혐기성 처리수를 지료와 직접 접촉하는 펄퍼 또는 고해기에 공급함으로써 상기의 효과를 더욱 극대화시킬 수 있으며, 또한 백수 중의 스케일 형성 문제도 피할 수 있다.

상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 공정수의 고온 혐기성 처리방법은 중온 혐기성 공법에 비해 보다 적은 용적으로 많은 유기물을 제거할 수 있으므로 처리효율이 향상되고, 전체 공정 수온의 상승에 의한 에너지 절감이 가능할 뿐 아니라, 혐기성 처리공정중 생성되는 공정수 pH 상승에 의하여 고해기 전력소비량 절감, 지료의 칼슘보유율 증가, 강도개선 등 제품품질 향상효과를 기대할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 공정 백수의 회수 및 처리방법을 나타낸 흐름도이고,

도 2는 종래 공정 백수의 회수 및 처리 방법을 나타낸 흐름도이다.

Claims (5)

1. 판지 제조공정의 정선공정에서 공정백수를 회수하는 단계;

   회수액을 고온하에서 혐기성 처리하는 단계; 및

   상기 혐기성 처리수를 지료와 직접 접촉하는 단위공정에 투입하는 단계를 포함하는 판지 제조공정의 공정백수를 처리 및 재이용하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 정선공정의 공정백수는 특히 디스크 필터 여액인 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항에 있어서, 고온 혐기성 처리는 호열성 미생물을 이용하는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제1항에 있어서, 고온은 약 50 내지 65℃ 인 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제1항에 있어서, 지료와 직접 접촉하는 단위공정은 펄퍼 또는 고해기 공정인 것을 특징으로 하는 방법.