KR100541844B1

KR100541844B1 - 복합 공정에 의한 염색폐수 처리방법

Info

Publication number: KR100541844B1
Application number: KR1020040006385A
Authority: KR
Inventors: 김상용; 김탁현; 고기순; 이병환; 박철환; 정선용
Original assignee: 한국생산기술연구원
Priority date: 2004-01-31
Filing date: 2004-01-31
Publication date: 2006-01-10
Also published as: KR20050078465A

Abstract

본 발명은 염색폐수를 처리하는 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전처리로서 1차로 독성조건을 갖는 염색폐수에 대해서 내성을 갖고 있고 유기물의 분해효율이 우수하며 난분해성 물질을 분해할 수 있는 적합한 특정균주에 의한 생물학적 처리를 통해 색도를 제거 및 난분해성 물질을 제거하며, 2차로 염소를 포함하는 응집제를 사용하여 부유물을 응집침전하여 다음 단계인 전기화학적 산화의 부하를 줄여주면서 동시에 전기화학적 산화를 위한 전해질 및 염소계 산화제의 공급원으로 작용토록 하고, 최종적으로 전기화학적 산화공정을 거치도록 하는 복합 처리공정을 통하여 염색폐수 속의 색소를 포함한 난분해성 물질을 효과적으로 제거함으로써 방류수 수질기준을 만족시키도록 하는 복합 공정에 의한 염색폐수 처리방법에 관한 것이다.

유동층 생물반응단계, 화학응집반응단계, 전기화학적 산화단계

Description

복합 공정에 의한 염색폐수 처리방법{The processing method of textile-waste water by the combined process}

도 1은 본 발명의 전체 복합공정의 구성도

염색가공업은 호발, 정련, 표백 등의 전처리 공정과 염색 및 수세공정, 그리고 섬유와 목적에 따라 염색전의 머어서 공정, 감량가공이나 염색, 수세후의 후가공도 포괄하여 염색폐수는 성분도 복합화되어 있고, 공장규모에 비해 폐수 발생량도 많다. 그리고, 염색가공공정에서 주로 사용되는 화학물질들은 그 생물학적 처리의 난이도가 각기 다르나, 이중 난분해성의 대상이 되는 물질은 생물학적 처리효율이 낮음과 동시에 수용성을 가져 화학응집 처리 역시 효율이 현저히 낮고, 염색 공정 중 난분해성 물질의 발생량이 많다.

국내 염색공장은 대부분 공단에 모여 있으며, 공단 내에서 방류되는 염색폐수는 중소업체들을 집단화하여 공동협동화 사업으로 설치 운영하고 있는 공동폐수처리장에서 처리되고 있다. 현재의 처리공정은 기본적으로 화학약품인 응집제에 의한 화학적 처리와 활성슬러지법에 의한 생물학적 처리에 의한 것이다.

공동폐수처리시설을 설치하여 가동하고 있더라도 과다한 오염물질이 유입된 경우에는 허용 기준 이내로 처리하는 것이 불가능하고, 각 염색공정에 따라 성분, 농도 등의 차이가 심한 다양한 종류의 폐수를 일괄적으로 처리하는 것은 힘들고 효율적이지 못 하다.

현재 적용되고 있는 염색폐수 공정은 활성슬러지법과 펜턴산화를 중심으로 고분자응집, 전기응집 등의 조합으로 이루어지고 있으나, 각 단위공정의 효율저하와 공정간의 최적화 부족으로 인한 처리목표 달성에 기술적 및 경제적 어려움을 극 복하지 못 하고 있다. 기존의 폐수처리기술들은 다량의 약품 투입비와 약품투입결과 발생하는 막대한 슬러지 처리비를 요구할 뿐만 아니라, 느린 저효율의 미생물의 대사활동에 주로 의존하기 때문에 난분해성 오염물과 색도의 완전한 제거에 한계성을 보이고 있다. 또한 저효율의 활성슬러지 조로 인한 대형 침강조와 폭기조 설치에 따른 대규모의 부지를 필요로 하고 있고, 악취발생 등 부차적인 문제점들을 야기시키고 있다. 따라서, 강화되는 수질기준을 만족시키면서 경제성, 소요부지의 최소화, 운전의 용이성, 슬러지 발생의 최소화, 높은 처리효율을 지니는 폐수처리시스템의 개발이 절실히 요구되고 있다.

우리나라에서 가장 빈번히 사용되고 있는 생물학적 처리기술은 수십년간 발전을 거듭해 왔으며 수 많은 환경설비업체에서 우수한 균주를 개발하기 위해 많은 시도를 해 왔다. 폐수처리에 있어서 생물학적 처리방법은 지금까지 가장 보편적이며 효율적으로 사용되어온 방법이지만, 이 공정에 독성물질이나 난분해성 물질이 유입되면 미생물이 활성을 잃어 미처리 된 오염물질의 외부 환경으로 유입증가에 따른 지하수 오염 등 2차적인 환경오염문제를 유발하게 되어 막대한 비용이 소요되는 전·후 처리 공정의 도입이 불가피하게 되어 있다.

이와 같이 많은 생물학적 처리에 대한 시도가 있었으나 대부분 활성슬러지공정에 적용하기 위한 것이었고 생분해가 용이한 유기물에 대해서는 효과가 우수하나 난분해성 화합물이 포함되어 있거나 독성 조건을 갖는 염색산업폐수에 대해서는 한계를 나타내고 있다. 또한, 전기분해 기술은 폐수에 전기를 가하여 전극에서 산화를 일으키는 직접 산화와 중간매체인 산화제를 발생시켜 분해과정을 거쳐 산화되는 간접산화 작용을 이용한 것이다. 이러한 전기분해 기술은 색도 및 난분해성 물질에 대해 그 분해효율이 높게 나타난다. 그러나, 처리대상 폐수 속에 부유물질이 다량으로 존재하거나 전기 전도도가 충분히 높지 않을 경우 처리효율이 낮아지므로 부유물(SS물질)을 제거하고 전처리를 요하거나 전기전도성인 전해질용액을 가해주어야 하는 제약이 있다.

따라서, 현실적으로 단일 공정만으로 난분해성의 염색폐수를 배출허용 기준치 이하로 처리한다는 것은 실현 불가능하거나 경제적으로 타당성이 결여된다는 문제점이 있다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 전처리, 본처리, 후처리의 복합공정을 통하여 염색폐수 속의 색소를 포함한 난분해성 물질을 효과적으로 제거함으로써 방류수 수질기준을 만족시키는데 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위하여 전처리로서 1차로 독성조건을 갖는 염색폐수에 대해서 내성을 갖고 있고 유기물의 분해효율이 우수하며 난분해성 물질을 분해할 수 있는 적합한 특정균주에 의한 생물학적 처리를 통해 색도를 제거 및 난분해성 물질을 제거하며, 2차로 염소를 포함하는 응집제를 사용하여 부유물을 응집침전하여 다음 단계인 전기화학적 산화의 부하를 줄여주면서 동시에 전기화학적 산화를 위한 전해질 및 염소계 산화제의 공급원으로 작용토록 하고, 최종적으로 전기화학적 산화공정을 거치도록 하는 복합 처리에 특징이 있다.

본 발명에서는 유동층 생물반응-염소계화학응집-전기화학적산화의 복합공정에 의하여 염색폐수를 효과적으로 처리함에 있어서, 기존의 폐수처리 공정에서와는 달리 특정균주(Bacillus cereus KWlc1 및 Bacillus cereus KWlc2 - 본 출원인의 배양 균주 특허출원 제 10-2003-0053098호) 및 미생물 지지체를 채용하는 유동층 생물반응을 처음 단계에 배치함으로써 난분해성인 특정 오염물질의 분해효율을 높이면서, 다음 단계에의 오염물 부하를 줄여주어 전체 공정의 처리효율을 향상시키고 또한, 두 번째 단계에서 전기화학적 산화의 전처리로서 염소계 화학응집제에 의한 화학응집반응단계(본 출원인이 출원한 출원번호 제 10-2003-0013632호 하수 및 폐수처리 방법)를 채택함으로써, 부유물질 등의 전류흐름을 방해할 수 있는 물질들을 미리 제거하여 주어 오염물질부하를 낮추어 주고, 전류흐름을 높여주며 라디칼에 의한 산화반응에 참여하도록 인위적으로 첨가시켜주는 염소계 전해질의 첨가를 생략할 수 있어 처리효율을 향상시키면서 경제적 이득을 꾀할 수 있으며, 이 염소계 화학응집제에 의한 화학응집이 이후 이어지는 전기화학적 산화의 효율을 높이는 것이다.

본 발명의 복합처리공정을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

1단계 처리로서, 유동층 생물반응단계를 채택하여 염색폐수에 대해서 특징적으로 잘 분해시키는 바실러스 세리우스 케이더블유엘씨1(Bacillus cereus KWlc1) 및 바실러스 세리우스 케이더블유엘씨2(Bacillus cereus KWlc2)로 된 복합균주를 각각 0.5%(v/v)씩 첨가하여 전체적으로 1.0%(v/v)를 30 ~ 40℃, pH 4 ~ 9 에서 폐염색수에 가하고, 필요에 따라 보조탄소로서 글루코오스, 프록토오스, 스타치 및 글리세롤을 0.1%(v/v)첨가하여 반응성을 높일 수 있다.

특히 미생물의 체류시간을 길게 해 주고 외부로부터의 충격에 대해 잘 견딜 수 있게 해 주어 생물처리효율을 향상시킬 수 있도록 상기 미생물이 기거할 수 있는 폴리우레탄 재질의 크기 1.3×1.3×1.3㎝, 표면적 8.5㎠/g의 정육면체 다공성 생물지지체를 채용한 유동층 생물반응시스템을 채택하여 반응효율을 높여준다.

그 결과 복합균주 및 생물지지체의 채용함으로써 유동층 생물반응을 통하여 상대적으로 낮은 미생물 농도(MLSS)와 짧은 슬러지체류시간(STR)에도 불구하고 표 1 ~ 2에서 보는 바와 같이 COD 68.8%, 색도 54.5%가 감소되었다.

2단계 처리로서, 화학응집반응단계는 폐수내에 부유하고 있는 부유물질 및 콜로이드성 입자물질들은 그 크기가 매우 작고 비중이 물과 비슷하여 침전되지 않고 안정된 상태로 물위에 떠다니며 같은 종의 전하끼리 대전되어 서로 반발을 일으키는 상태로 부유하고 있으므로 이들 입자의 전위와 반대전하를 띠는 화학응집제를 첨가하여 전기적 중화에 의한 반발력을 감소시키고 입자들끼리 충돌시켜 입자를 크게 뭉친 상태로 침전시키는 반응이다.

이러한 화학응집반응단계는 부유물질 혹은 콜로이드성 입자를 상호 결합시키기 위하여 화학응집제를 투여하는 혼화단계, 혼화단계 후 교반기를 이용하여 부유 성 및 콜로이드성 입자간의 충돌을 촉진시킴으로써 입자를 응집시키는 응집단계, 응집단계 후 폐수에 포함된 응집상태의 입자상 물질을 침전시키는 침전단계로 진행되며 화학응집반응에 의해 깨끗해진 침전조의 상등액을 다음단계인 전기화학적 산화단계로 넘겨 산화처리하게 된다.

본 발명에서는 상기 화학응집을 위해서는 FeCl₃·6H₂O 및 PAC 등의 염소계 화학응집제를 사용한다.

상기 1단계 미생물 지지체를 사용하여 생물 반응 공정으로 처리한 1차 처리수에 대하여 FeCl₃·6H₂O, pH 6 및 3.25×10^-3mol/ℓ의 조건으로 급속교반 2분(250rpm) 및 완속교반 15분(40rpm)과 30분의 침전시간으로 처리한 결과 최초 폐수의 COD 88.5%, 색도 81.3%가 감소되었다.

3단계 처리로서, 전기화학적 산화단계는 전기분해 결과 생성되는 반응성이 큰 라디칼 및 2차적인 산화제에 의한 산화반응을 말하며, 이때 생성되는 OH·, O·, HOCl, OCl^-등은 산화력이 크고 빠르게 반응하여 폐수내 유기물을 직접적으로 산화(직접산화)시키거나 또는 Cl₂, ClO₂, O₃, H₂O₂, O₂ 등의 2차적인 산화제로 분해되면서 유기물의 산화(간접산화)반응에 참여하게 된다.

이 단계에서는 양극으로 RuO₂/Ti 및 IrO₂/Ti 등을 사용하고 음극은 스테인레스스틸판을 사용하며, 대상 폐수에 따라 전해질농도, 전류밀도 등을 조절한다.

상기 2단계 화학응집처리가 끝난 2차 처리수에 대하여 전기화학적 산화반응 조건을 전류밀도 2.1mA/㎠, 유량 0.7ℓ/min으로 전체 복합공정 운전을 실시한 결과 표 1 ~ 2에 나타난 바와 같이 COD 95.4%, 색도 98.5%가 각각 감소되었다.

또한, 표 1 ~ 2에 나타난 바와 같이 생물반응에서 생물지지체를 채용함으로써 처리율 향상을 얻을 수 있었다.

<표 1> 염색폐수 초기 성상

Parameter	Range	Average
온도(℃)	40~45	42
pH(-)	10.8~11.2	11.0
CODcr(mg/l)	800~1,000	870
SS(mg/l)	200~300	240
색도(PtCo unit)	1,000~2,500	1,340
전기전도도(mho/cm)	2,150~3,120	2,630

<표 2>. 전체 복합공정에서 생물지지체의 채용에 따른 COD 및 색도 제거효율 향상

공 정	COD(생물지지체 비채용)		COD(생물지지체 채용)		색도(생물지지체 비채용)		색도(생물지지체 채용)
단 위	mg/l	제거율 (%)	mg/l	제거율 (%)	PtCO unit	제거율 (%)	PtCO unit	제거율 (%)
원 폐 수	869	0¹⁾ (0)²⁾	872	0 (0)	1,386	0 (0)	1,300	0 (0)
유동층 생물반응	537	38.2 (38.2)	272	68.8 (68.8)	1,006	27.4 (27.4)	591	54.5 (54.5)
염소계 화학응집	269	69.0 (30.8)	100	88.5 (63.2)	658	52.5 (34.6)	243	81.3 (58.9)
전기화학적 산화	153	82.4 (43.1)	40	95.4 (60.0)	294	78.8 (55.3)	20	98.5 (91.8)

* 1) : 전체 복합공정에서의 누적 제거율

2) : 각 단위공정의 제거율

본 발명에 의하면 유동층 생물반응단계-염소계 화학응집반응단계-전기화학적산화단계의 복합공정에 의하여 염색폐수를 효과적으로 처리함으로써, 기존의 폐수처리 공정에서와는 달리 특정균주 및 미생물 지지체를 채용하는 유동층 생물반응을 처음 단계에 배치하여 난분해성인 특정 오염물질의 분해효율을 높이면서, 다음 단계에의 오염물 부하를 줄여주어 전체 공정의 처리효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 두 번째 단계에서 전기화학적 산화의 전처리로서 염소계 화학응집제에 의한 화학응집공정을 채택하여 부유물질 등의 전류흐름을 높여주고 라디칼에 의한 산화반응에 참여하도록 인위적으로 첨가시켜주는 전해질의 첨가를 생략할 수 있어 처리효율을 향상시키면서 경제적 이득을 꾀할 수 있으며, 이 염소계 화학응집제에 의한 화학응집이 이후 이어지는 전기화학적 산화의 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.

Claims

미생물이 기거하는 담체에 지지된 미생물로 염색폐수의 난분해물질을 제거하는 방법 또는 염소계 화학응집제를 사용하여 부유물질을 제거하는 방법 또는 전기분해를 통한 전기화학적산화로 폐수를 처리하는 방법에 있어서, 1단계처리로 다공성 폴리우레탄 재질을 미생물 지지체로 하는 바실러스 세리우스 케이더블유엘씨1(Bacillus cereus KWlc1) 및 바실러스 세리우스 케이더블유엘씨2(Bacillus cereus KWlc2)가 혼합된 복합균주로 염색폐수의 난분해성 물질을 1차 처리하는 유동층 생물반응단계와, 2단계처리로 FeCl₃·6H₂O 및 PAC의 염소계 화학응집제로 상기 유동층생물반응단계에 의해 1차 처리된 염색폐수내의 부유물질을 교반응집시켜 침전제거하는 화학응집반응단계와, 3단계처리로 상기 화학응집반응단계에서 부유물질이 제거된 상등액만을 전기분해하여 폐수내 유기물을 산화시키는 전기화학적 산화처리단계가 복합적 순차적으로 이루어져 있어 염색폐수의 처리효율을 향상시키도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 복합공정에 의한 염색폐수처리방법.
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