KR100505457B1 - 오·폐수 재활용 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 오·폐수 재활용 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 PVC 제조 후 잔류 오·폐수를 유기물을 이용하여 재활용하는 방법에 있어서, 안트라싸이트 필터로 유입되는 전처리수가 용존 산소량 2 내지 4 ppm이며 사상체 미생물과 접촉하여 처리되는 혼합조와 쿠션탱크를 거쳐 후처리수로 카본 필터에 유입되는 것을 특징으로 하는 오·폐수 재활용 방법에 관한 것이다.

본 발명의 오·폐수 재활용 방법을 이용하면 폭기조와 접촉산화조가 하나의 혼합조로 구비되어 있어, 슬러지가 발생하지 않아 침전조를 별도로 구비할 필요가 없어 경제적이다.

Description

오·폐수 재활용 방법{RECYCLING METHOD OF WASTE WATER}

[산업상 이용 분야]

본 발명은 오·폐수 재활용 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 폭기조와 접촉산화조가 하나의 혼합조로 구비되어 있어, 슬러지가 발생하지 않아 침전조를 별도로 구비할 필요가 없어 경제적인 오·폐수 재활용 방법에 관한 것이다.

[종래 기술]

PVC(polyvinylchloride, 이하 PVC라 함)는 염화비닐수지로 불리우며 투명성, 강도, 탄력, 내약품성이 우수하여 포장용, 농업용 등의 각종 시트나 필름 제조 원료로 널리 사용되고 있는 합성수지이다.

일반적으로 PVC는 중간체 물질인 에틸렌디클로라이드(ethylenedichloride, EDC)로부터 비닐클로라이드모노머(vinylchloridemonomer, VCM)를 제조하고 이 제조된 비닐클로라이드모노머에 과산화물과 아조산계(azo 산계) 촉매를 사용하여 물 속에서 에멀젼화 중합법이나 서스펜션 중합법과 같은 현탁중합법을 통하여 염화비닐 모노머가 분산되어 제조된다. 이때 중합도에 따라 제조된 PVC의 물성이 달라지므로 중합도 조절에 각별한 주의를 요한다.

상기에서 보는 바와 같이, PVC는 물속에서 중합을 통하여 제조되며, 이때 PVC 중합반응기에서 사용된 물은 도 1에 보는 바와 같이, 폐수 폰드(3)로 집수되고, 그 다음 억셀러레이터(5), 집수 폰드(7), 안트라싸이트 필터(9), 카본 필터(11), FW 폰드(13), 마이크로 필터(15), 순수제조장치(17), 순수 탱크(19)에 집수되어, 다시 PVC 중합기(1)로 유입된다. 여기서 억셀러레이터(5)와 안트라싸이트 필터(9)는 폐수 중의 부유물질을 제거하기 위한 장치이고, 카본 필터(11)는 폐수 중의 미량의 부유물질 및 유기물질을 제거하기 위한 장치이고, FW 폰드(13)는 처리수를 저장하기 위한 장치이고, 마이크로 필터(15)는 폐수 중의 미세한 부유물질 및 유기물질을 제거하기 위한 장치이다.

그러나 도 1과 같은 종래의 오·폐수 재활용 방법을 계속 사용할 경우 오·폐수 내 잔류 유기물 등의 불순물이 완전히 제거되지 않아 유기물이 계속 잔류하여 정수 유동 배관 사이에 블로킹(blocking) 현상, 폼(foam)발생 현상 등의 문제점을 발생시킨다. 또한 고가의 카본 필터 교체를 위하여 고액의 설비 유지보수비가 필요하다는 문제점도 있다.

또한 상기 종래 방법으로 처리된 처리수를 다시 PVC 생산에 사용한 결과 제조된 PVC 제품의 초기착색성, 투명성, 열안정성 등의 모든 물성이 불량으로 나타났었다.

일반적으로 PVC 중합에 사용되고 남은 잔류 오·폐수에는 특히 PVA(polyvinyl alcohol), 셀룰로스, 유화제, 분산제 등이 다량 존재한다. 이와 같은 오·폐수를 처리하기 위하여 생물활성화법, 광촉매산화법, 고급산화법, 멤브레인법 등 종래 여러 폐수 처리방법이 사용되었다.

상기 여러 오·폐수 처리방법은 크게 물리화학적 방법과 생물학적 방법으로 분류되며, 이 중 물리화학적 방법은 비용이 많이 들뿐만 아니라 처리 후의 생성물을 재처리해야하는 단점이 있는 반면에, 생물학적 방법은 상당량의 유기물 성분을 이산화탄소의 형태로 분해 및 안정시키거나 메탄가스를 생성시켜 폐수 내 유기물을 제거시킴으로써 처리 후 생성물의 양이 비교적 적게 된다.

생물학적 처리방법은 주로 미생물을 이용하여 폐수 내의 오염물질을 분해, 해독 및 분리시키는 것으로서, 유기물을 다량 함유한 오·폐수 처리에 주로 사용되어 왔으며, 비교적 저렴한 경비와 다양한 공정 등으로 세계적으로 가장 널리 사용되고 있는 폐수처리방법이다.

생물학적 방법은 산소의 이용 유무에 따라 호기성 처리와 혐기성 처리로 나뉘며, 호기성 처리에는 활성 슬러지법, 살수여상법, 회전원판법, 산화지법 등이 있고, 혐기성 처리에는 혐기성 소화법, 정화조법 등이 있다.

상기 호기성 처리법에서 가장 대표적인 방법은 활성오니법으로서, 이 방법은 폭기조(aeration tank) 내에서 유기물을 함유한 폐수에 공기를 주입하면 폐수 속에 존재하는 미생물의 호기성 대사에 의해 유기물이 이산화탄소와 물로 분해되고 미생물량이 증가하여 그 미생물을 이용하여 오·폐수 중의 유기물을 분해 제거하는 방법이다.

활성오니법을 이용한 오·폐수 처리공정은 우선 유입수를 원폐수저조에서 수량 및 pH를 조절하여 침전되기 쉬운 부유물을 제거한 다음, 연속적으로 폭기조에 도입한다. 여기서 호기성 미생물을 유동상태에서 폭기시키면 오·폐수 중의 유기물은 산화분해되어 제거된다.

그리고 나서 폭기조의 혼합액을 연속적으로 최종 침전조에 도입하여 처리수에 포함되어 있는 플록상의 활성오니를 침강 분리시켜 그 일부를 반송 활성오니 라인을 통하여 폭기조로 반송하고 다른 일부는 잉여오니로서 탈수처리 및 처분하며 침전조의 상등수를 최종적으로 소독하여 방류하는 공정으로 이루어져 있다.

이때 생물학적 처리 장치의 핵심 역할을 하는 폭기조는 주로 콘크리트 구조물로 만들어진 반응기로서, 그 내부에 활성오니라 불리는 미생물 덩어리를 담고 있다. 이들 미생물은 균류, 진균류, 원생동물, 후생동물 등의 각기 다른 개체군의 미생물에 의해서 구성되는 혼합 배양체로서 폐수 중에 녹아 있는 용존 산소를 이용하여 증식하고, 또한 오·폐수 내 존재하는 유기성 오염 물질을 영양 성분으로 이용하여 유기성 오염 물질을 분해 제거한다.

그러나 현재까지 PVC 제조 후 발생하는 오·폐수에 상기 여러 미생물을 사용하여 오·폐수를 처리하여 왔으나 효율적으로 오·폐수 내 잔류 유기물을 제거할 수 없었고, 담체로부터 미생물이 분리되므로 처리수와 미생물을 분리시켜 상등수를 배출하기 위하여 침전조를 별도로 구비하여야 하는 등 오·폐수 처리 시설의 경비가 높아져 경제적이지 못하다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 폭기조와 접촉산화조가 하나의 혼합조로 구비되어 있어, 슬러지가 발생하지 않아 침전조를 별도로 구비할 필요가 없어 경제적인 오·폐수 재활용 방법을 제공하는 것이다

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 PVC 제조 후 잔류 오·폐수를 유기물을 이용하여 재활용하는 방법에 있어서, 안트라싸이트 필터로 유입되는 전처리수가 용존 산소량 2 내지 4 ppm에서 사상체 미생물과 접촉하여 처리되는 혼합조와 쿠션탱크를 거쳐 후처리수로 카본 필터에 유입되는 것을 특징으로 하는 오·폐수 재활용 방법을 제공한다.

이하 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.

본 발명의 오·폐수 재활용 방법은 PVC 제조 후 잔류 오·폐수를 유기물을 이용하여 재활용하는 방법에 있어서, 안트라싸이트 필터로 유입되는 전처리수가 용존 산소량 2 내지 4 ppm에서 사상체 미생물과 접촉하여 처리되는 혼합조와 쿠션탱크를 거쳐 후처리수로 카본 필터에 유입되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 전체적인 오·폐수 재활용 방법을 도 2에 나타내었다. 도 2에 나타난 바와 같이, PVC 중합기(101)로에서 배출되는 폐수는 폐수 폰드(103)로 집수되고 그 다음 억셀러레이터(105), 집수 폰드(107), 안트라싸이트 필터(109)를 통과하여 우선적으로 오·폐수 내 잔류하는 부유물이나 유기물의 입자를 분리하는 전처리 공정을 거치게 되고, 그 다음 폭기조와 접촉산화조의 혼합조(121)에 오·폐수를 유입하여 미생물에 의한 접촉산화법을 통하여 유기물을 제거하고, 그 유기물이 제거된 처리수가 쿠션탱크(123)에 유입된 다음, 카본 필터(111), FW 폰드(113), 마이크로 필터(115), 순수제조장치(117), 순수 탱크(119)에 집수되어 원수에 가까운 물이 다시 PVC 중합기(1)로 유입되는 방법으로 처리된다.

본 발명의 오·폐수 재활용 방법에서는 폭기조와 접촉산화조를 하나의 혼합조(121)로 구성하여 접촉산화법을 적용하였고, 특히 혼합조에서 산소를 간접폭기시켰고, 또한 유기물을 분해시키기 위하여 투입된 미생물로서 종래 널리 알려져 있었던 미생물 중 특히, PVC 제조 후 잔류 오·폐수에 다량 함유되어 있는 PVA, 셀룰로스, 각종 유화제, 분산제 등의 유기물을 사상체 미생물이 효과적으로 제거할 수 있음을 발견하고 사상체 미생물만을 한정하여 폭기조와 접촉산화조의 혼합조에 투입한 점에 특징이 있다.

이와 같이 본 발명의 특징을 구성하는 상기 세 가지 요인을 적용한 결과, 슬러지가 발생하지 않아 침전조를 별도로 구비할 필요가 없었다는 점에 착안하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

본 발명을 보다 상세히 설명하면, 혼합조(121)에 담체를 충진시켜 여상을 형성하여 간접폭기 교반에 의해 산소를 공급하여 오·폐수를 순환시키면 사상체 미생물로 구성된 생물성 오니는 담체의 표면에 부착하여 생물막으로써 생성 축적된다.

이때 혼합조(121)에 유입된 오·폐수는 담체에 부착된 사상체 생물막과 반복 접촉함에 따라 오·폐수 내 잔류 유기물이 사상체 미생물막에 접촉 산화되어 정화된다. 이와 같은 접촉 산화법에 의한 통상 운전상태에서는 혼합조(121)의 순환수에 활성오니상의 다량의 부유오니가 생성되는 것은 아니며 거의 알아볼 수 없는 정도이거나 겨우 인식되는 정도에 지나지 않게 된다.

일반적인 침전조 설치의 목적은 고액분리에 의한 처리수를 얻는데 있는 것이 아니라, 직접접촉 폭기조 유출수의 미량부유물 제거와 생물막의 잉여 축적에 의한 유출 혹은 여상세정에 의한 오니유출 등에 의한 처리수질 악화를 방지하기 위해서이다.

그러나 본 발명의 오·폐수 재활용 방법에서는 간접폭기 방법을 채택하여 폭기시 발생된 기포가 사상체 미생물이 형성되어 있는 담체(media)에 직접적으로 공급되지 않고 간접적으로 공급되므로 담체로부터 사상체 미생물이 분해 또는 탈락되지 않으므로 침전조를 별도로 설치하지 않아도 된다는 장점이 있다.

따라서 본 발명의 오·폐수 재활용 방법에서는 침전조가 필요 없으므로 수처리 시설 설비에 소요되는 경비가 저렴하며 그 가동에 있어서, 인력이나 전기 등의 물적·인적 자원도 절감할 수 있는 효과가 있다.

상기 폭기조와 접촉산화조의 혼합조에 대하여 보다 상세히 설명하면, 상기 혼합조(121)는 2실 이상으로 구분되고 오수가 직접 접촉할 수 있는 구조로 설계하는 것이 바람직하며, 그 침전폭기조(121)의 유효용량은 BOD 부하 0.5 kg/㎥·day 이하가 되게 하고, 또한 1일 평균 오수량의 40%에 상당하는 용량 이상으로 설계하는 것이 바람직하다.

제1실의 BOD 부하는 0.8 kg/㎥·day 이하가 되게 하고, 총 유효용량의 60% 상당하는 용량 이상으로 하는 것이 바람직하고, 유효수심은 1.5 내지 4 m 로 하는 것이 바람직하다.

이때 담체는 사상체 미생물에 의한 폐쇄가 생기지 않는 형상으로 하고, 생물막이 부착하기 쉬운 구조로 하는 것이 바람직하다.

이와 같은 본 발명에, PVC 제조 후 잔류 오·폐수 처리에 사용될 수 있는 미생물로서는 Thiothrix, Sphaerotilus 등과 같은 미생물이 기본이 되는 외줄의 세포로 이루어진 사상체 미생물이 바람직하다.

또한, 본 발명의 오·폐수 재활용 방법에 있어서, 혼합조(121) 내의 용존 산소량은 2 내지 4 ppm으로 비교적 저농도로 유지해주는 것이 바람직하다. 종래 일반적인 폭기조 내의 용존 산소량이 4 ppm으로 비교적 높았으나, 본 발명에서는 폭기조 내 사상체 미생물이 우점화되어 있어 용존 산소량이 4 ppm을 초과하면 사상체 미생물이 담체로부터 탈락되어 분해될 우려가 있다.

본 발명의 상기 혼합조(121) 내의 용존 산소량이 2 ppm 미만이면 미생물이 혐기화되어 부폐하는 문제점이 있고, 4 ppm을 초과하면 사상체 미생물이 분해될 우려가 있어 바람직하지 않다. 따라서 혼합조(121) 내의 용존 산소량을 2 내지 4 ppm으로 유지해주기 위하여 정기적적으로 혼합조 내의 용존 산소량을 점검하는 것이 바람직하다.

또한, 오·폐수의 혼합조(121) 내 체류 시간은 4시간 내지 10시간이 바람직하다. 오·폐수의 혼합조(121) 내 체류 시간이 4 시간 미만이면 사상체 미생물막에 의하여 오·폐수 내 잔류 유기물이 충분히 분해·제거되지 않아 처리수의 수질이 저하된다는 문제점이 있고, 체류 시간이 10 시간을 초과하면 수처리량이 저하되어 바람직하지 않다.

또한 폐수 중에 질소, 인 성분이 없거나 미량일 경우 사상체 미생물의 영양제를 본 발명의 혼합조(121)에 더욱 첨가해주는 것이 바람직하다. 상기 질소 공급원으로는 요소가 바람직하고, 인 공급원으로는 인산이 바람직하다. 이때 주입되는 영양제의 양은 폭기조 내의 생물학적 산소 요구량(BOD)을 기준으로 하여 질소와 인을 5:1 내지 1:5 ppm의 함량비로 주입해주는 것이 바람직하다.

상기 혼합조에 영양제로 생물학적 산소 요구량(BOD) 100 ppm 기준으로 요소와 인산을 5:1 내지 1:5 ppm 주입해주는 것을 특징으로 하는 오·폐수 재활용 방법.

이상 살펴본 바와 같이, 본 발명의 오·폐수 재활용 방법을 이용하면 폭기조와 접촉산화조가 하나의 혼합조로 구비되어 있어, 슬러지가 발생하지 않아 침전조를 별도로 구비할 필요가 없어 경제적이다.

이하 본 발명의 오·폐수 재활용 방법의 실험예를 설명한다. 하기 실험예는 본 발명을 보다 명확히 표현하기 위한 목적으로 기재될 뿐 본 발명의 내용이 하기 실험예에 한정되는 것은 아니다.

도 2에서와 같이, PVC 제조 후 잔류 오·폐수 1300 ㎥를 처리하여 그 단계별 처리조에서의 COD, BOD와 SS(고형분) 및 PVA의 함량을 측정하고 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 이때 혼합조에는 사상체 미생물로 Thiothrix와 Sphaerotilusd 모두를 사용하였다.

항목		발생원 폐수(103)	억셀러레이터 처리수(107)	안트라싸이트 필터 처리수(109)	카본 필터 처리수(111)	혼합조(121)	순수 탱크(119)
COD	처리 전(ppm)	42	42	30	7	28	5
	처리 후(ppm)		30	28	5	7	3
	제거율(%)		28.6	6.7	28.6	75	40
BOD	처리 전(ppm)	41	41	28	5	27	4
	처리 후(ppm)		28	27	4	5	3
	제거율(%)		31.7	3.6	20	81.5	25
SS	처리 전(ppm)	16	16	0	0	0	0
	처리 후(ppm)		0	0	0	0	0
	제거율(%)		100	0	0	0	0
PVA	처리 전(ppm)	4.4	4.4	1.8	0.9	0.9	0.7
	처리 후(ppm)		1.8	1.6	0.7	0.7	0.3
	제거율(%)		59.1	11.1	22.2	22.2	57.1

또한, 도 1에서와 같이 혼합조와 쿠션탱크를 구성하지 않은 종래의 방법에 따라 PVC 제조 후 잔류 오·폐수 1300 ㎥를 처리하여 그 단계별 처리조에서의 COD, BOD와 SS(고형분) 및 PVA의 함량을 측정하여 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

항목		발생원 폐수(3)	억셀러레이터 처리수(7)	안트라싸이트 필터 처리수(9)	카본 필터 처리수(11)	순수탱크(19)
COD	처리 전(ppm)	42	42	30	28	25
	처리 후(ppm)		30	28	25	20
	제거율(%)		28.6	6.7	10.7	20
BOD	처리 전(ppm)	41	41	28	27	22
	처리 후(ppm)		28	27	22	21
	제거율(%)		31.7	3.6	18.5	4.5
SS	처리 전(ppm)	16	16	0	0	0
	처리 후(ppm)		0	0	0	0
	제거율(%)		100	0	0	0
PVA	처리 전(ppm)	4.4	4.4	1.8	1.6	1.2
	처리 후(ppm)		1.8	1.6	1.2	0.5
	제거율(%)		59.1	11.1	25	58.3

상기 표 1과 2에서 제거율(%)은 하기 식 1과 같은 방식으로 계산되었다.

[식 1]

제거율(%)={처리 전-처리 후}/{처리 전} x 100

상기 표 1과 2에 나타난 바와 같이, 본 발명의 오·폐수 재활용 방법을 이용하면 종래의 처리 방법에 비하여 수처리 후 처리수의 COD, BOD가 낮아지고, PVA 함량이 줄어들어 원수에 가까운 물이 얻어짐을 알 수 있었다.

이는 도 3에서 보는 바와 같이, 오·폐수 내 잔류 유기물이 혼합조 내 사상체 미생물이 포함된 고정상의 담체에서 사상체 미생물에 의하여 접촉산화되어 제거되기 때문이다.

또한 도 4는 접촉산화법에 따라 유기물이 제거된 처리수가 집수된 쿠션 탱크를 위에서 내려다보며 찍은 사진이며, 이 도 4에서도 보는 바와 같이, 혼합조를 거쳐 쿠션 탱크에 집수된 처리수는 원수에 가까운 수질을 나타냄을 알 수 있다.

본 발명의 오·폐수 재활용 방법을 이용하면 폭기조와 접촉산화조가 하나의 혼합조로 구비되어 있어, 슬러지가 발생하지 않아 침전조를 별도로 구비할 필요가 없어 경제적이다.

도 1은 종래 PVC 제조 공정에 사용된 오·폐수의 재활용 방법의 공정도이다.

도 2는 본 발명의 PVC 제조 공정에 사용된 오·폐수의 재활용 방법의 공정도이다.

도 3은 혼합조 내 사상체 미생물이 포함된 고정상의 담체에 대한 사진이다.

도 4는 폭기조와 접촉산화조의 혼합조를 거쳐 정제된 오·폐수가 쿠션 탱트 내에 집수된 모습을 쿠션 탱크 위에서 내려본 사진이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명*

1, 101 --- PVC 중합기 3, 103 --- 폐수 폰드

5, 105 --- 억셀러레이터 7, 107 --- 집수 폰드

9, 109 --- 안트라싸이트 필터 11, 111 --- 카본 필터

13, 113 --- FW 폰드 15, 115 --- 마이크로 필터

17, 117 --- 순수제조장치 19, 119 --- 순수 탱크

121 --- 폭기조와 접촉산화조의 혼합조 123 --- 쿠션탱크

Claims (4)

1. PVC 중합기에서 배출되는 폐수를 폐수 폰드에 집수하고, 그 다음 액셀러레이터, 집수 폰드, 안트라싸이트 필터를 통과시켜, 오·폐수 내에 잔류하는 부유물이나 유기물의 입자를 분리하는 전처리 공정;

   상기 전처리 공정을 거친 전처리수를 폭기조와 접촉산화조의 혼합조에 유입시켜 미생물에 의한 접촉산화법을 통하여 유기물을 제거하는 공정; 및

   상기 유기물이 제거된 처리수를 쿠션탱크에 유입시킨 다음, 카본 필터, FW 폰드, 마이크로 필터, 및 순수제조장치를 거쳐 순수 탱크에 집수하는 공정을 포함하며,

   상기 안트라싸이트 필터로 유입되는 전처리수는 용존 산소량 2 내지 4 ppm이며, 상기 폭기조와 접촉산화조의 혼합조는 간접폭기가 일어나도록 2실 이상으로 구분되고, 오수가 직접접촉할 수 있는 구조이며, 상기 혼합조의 미생물은 Thiothrix 및 Sphaerotilus로 이루어진 군으로부터 선택되는 사상체 미생물인 것을 특징으로 하는 오·폐수 재활용 방법.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,

   상기 오·폐수가 혼합조 내에서 체류하는 시간은 4 내지 10 시간인 것을 특징으로 하는 오·폐수 재활용 방법.
4. 제1항에 있어서,

   상기 혼합조에 영양제로 생물학적 산소 요구량(BOD) 100 ppm 기준으로 요소와 인산을 5:1 내지 1:5 ppm 주입해주는 것을 특징으로 하는 오·폐수 재활용 방법.