KR100783754B1 - Ｐｖａ가 포함된 폐수의 화학 및 생물학적 처리방법 및 그장치 - Google Patents

Ｐｖａ가 포함된 폐수의 화학 및 생물학적 처리방법 및 그장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 PVA가 포함된 폐수의 화학 및 생물학적 처리방법 및 그 장치에 관한 것으로, 그 목적은 PVA를 원료로 사용하거나 PVA가 포함된 원료를 사용하는 여러 분야에서 발생되는 폐수를 간단하고 경제적으로 처리할 수 있도록 하는 데 있다.
본 발명의 구성은 고농도의 PVA가 포함된 폐수를 염석법과 활성슬러지법을 이용하여 처리하는 처리방법에 있어서, 분리된 고농도 PVA폐수를 pH조정조에서 pH를 조정하여 염석반응을 일으키도록 pH조정하는 단계와; 이후 응집반응조에서 상기 과정에서 용출된 PVA폐수에 붕산을 주입하여 이후 응집반응조에서 상기 과정에서 용출된 PVA폐수에 붕산을 주입하여 폐수중 PVA를 응집하는 단계와; 이후 스크린으로 응집된 PVA를 고액분리하는 단계와; 이후 1차처리수조에서 처리된 고농도 폐수와 별도의 집수조에 저장된 저농도폐수를 1차처리수조에 집수하는 단계와; 이후 1차 처리수조에서 용출된 PVA를 가압부상조에서 고액분리하는 가압부상하는 단계와; 이후 상기 고액분리된 처리수를 폭기조에 유입시켜 미생물에 의해 유기물을 분해하는 단계와; 이후 상기에서 유기물 분해에 이용된 미생물을 침전조에서 고액분리하는 단계와; 이후 상기 고액분리된 미생물 처리수를 방류수 수질기준에 맞도록 적절한 고도산화 처리 설비를 이용하여 최종처리하는 단계를 포함하여 구성된 방법과 이를 수행하는 장치 구성을 특징으로 한다.
PVA폐수처리, PVA, 난분해성처리, 생물학적처리

Description

ＰＶＡ가 포함된 폐수의 화학 및 생물학적 처리방법 및 그 장치{The process ＆ equipments PVA wastewater treatment for chemical and activated sludge}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 PVA폐수 처리공정 및 장치 구성을 보인 실시예도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
(1) : pH조정조 (2) : 응집반응조
(3) : 스크린 (4) : 1차처리수조
(5) : 부상조 (6) : 폭기조
(7) : 침전조 (8) : 슬러지저류조
(9) : 집수조
본 발명은 PVA가 포함된 폐수의 화학 및 생물학적 처리방법 및 그 장치에 관한 것으로, 자세하게는 PVA가 포함된 폐수 중의 PVA를 붕산과 반응시켜 응집물을 형성하여 제거하는 화학 및 생물학적 처리공정을 적용하여 폐수를 처리할 수 있도 록 한 방법 및 장치에 관한 것이다.
최근 섬유산업과 광학산업 및 여러분야에서 광범위하게 PVA(폴리비닐알코올, 이하 'PVA'라 칭함)를 사용하고 있으며 계속해서 사용량이 증가하고 있는 실정이다.
그에 따라 상기 생산공정에서 발생되는 난분해성 PVA폐수의 처리에 어려움을 겪고 있는 실정이다.
PVA자체는 무해하지만 방류수에 포함되어 있을 경우 COD를 유발하는 물질이다.
일반적으로 가장 많이 적용되는 PVA폐수 처리방법은 미생물 처리법, 산화처리법, 흡착법, 산화분해법, 물리적 방법이 적용된다. 이를 간단히 표로 나타내면 아래와 같이 나타낼 수 있다.
[표 1] PVA처리기술
Figure 112006092789959-pat00001
※ 상기자료는 일본의 PVA폐수처리기술 비교표를 참고하였다.(엔/원:1/8)
상기 표에 의하면 적용가능농도와 처리비용을 볼 때 1,000ppm이상의 고농도PVA폐수를 처리하기 위해서는 많은 비용이 소요됨을 볼 수 있다.
즉, PVA폐수를 처리하는 종래의 처리방법은 여러 가지가 존재하지만 1,000ppm 이상의 고농도 PVA폐수에 적용할 수 있는 방법은 화학적 처리방법으로 염석법과 관련된 방법이 있으나, 이러한 기존의 방법은 비용이 많이 들어가는 단점이 있다.
따라서 현재 PVA사용이 많아지는 시점에서 경제적인 PVA폐수처리방법이 절실 히 필요한 시점이다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 고농도의 PVA폐수를 안정적인 처리효율과 운전비용을 낮추어 경제적으로 처리할 수 있는 처리방법 및 장치를 제공하는 데 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명은 고농도의 PVA가 포함된 폐수를 염석법과 활성슬러지법을 이용하여 처리하는 처리방법에 있어서,
분리된 고농도 PVA폐수를 pH조정조에서 pH를 조정하여 염석반응을 일으키도록 pH조정하는 단계와;
이후 응집반응조에서 상기 과정에서 용출된 PVA폐수에 붕산을 주입하여 이후 응집반응조에서 상기 과정에서 용출된 PVA폐수에 붕산을 주입하여 폐수중 PVA를 응집하는 단계와;
이후 스크린으로 응집된 PVA를 고액분리하는 단계와;
이후 1차처리수조에서 처리된 고농도 폐수와 별도의 집수조에 저장된 저농도폐수를 1차처리수조에 집수하는 단계와;
이후 1차 처리수조에서 용출된 PVA를 가압부상조에서 고액분리하는 가압부상하는 단계와;
이후 상기 고액분리된 처리수를 폭기조에 유입시켜 미생물에 의해 유기물을 분해하는 단계와;
이후 상기에서 유기물 분해에 이용된 미생물을 침전조에서 고액분리하는 단계와;
이후 상기 고액분리된 미생물 처리수를 방류수 수질기준에 맞도록 적절한 고도산화 처리 설비를 이용하여 최종처리하는 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 장치구성은 고농도의 PVA가 포함된 폐수를 처리하는 장치에 있어서, 공급된 폐수의 pH조정과 염석반응이 일어나는 pH조정조와; 상기 pH조정조로부터 이송관을 통해 공급되는 PVA폐수의 응집반응이 일어나는 응집반응조와; 상기 응집반응조로부터 이송관을 통해 공급된 PVA폐수의 응집물의 고액분리를 위한 스크린과; 상기 스크린에서 분리된 여액과 별도의 저농도 폐수 집수조로부터 유입되는 저농도 폐수가 이송관을 통해 집수되는 1차처리수조와; 상기 1차집수조에서 이송관을 통해 가압에 의해 발생된 미세기포에 의해 고액분리가 일어나는 부상조와; 상기 부상조에서 고액분리처리가 된 처리수를 미생물 분해하기 위한 폭기조와; 폭기조로부터 이송관을 통해 공급된 미생물 처리수를 고액분리하는 침전조로 구성된 것을 특징으로 한다.
또한 상기 스크린에서 고액분리된 상등액은 1차처리수조로 유입하고 저농도 폐수와 24시간 혼합반응하여 PVA추가반응이 일어나도록 이용하는 단계를 더 포함하여 구성할 수 있다.
상기 pH조정하는 단계에서 pH는 7~14로 조정하는데, 이와 같이 pH를 조정하는 이유는 폐수 중에 녹아있는 PVA가, pH조정조에 NaOH를 주입하여 pH를 높이게 되면 NaOH가 수용액 상태에서 Na+와 OH-로 존재하므로 Na+가 녹아들어가는 만큼 PVA가 치환되어 염석반응이 일어나는데, 이때 폐수는 용출된 PVA에 의해 우유처럼 뿌옇게 흐려진다. NaOH가 많이 주입될수록 치환되는 양이 많아지고 용출량이 많아지므로 NaOH주입량에 따라 탁도변화를 보고 PVA함유량의 많고 적음을 추정 할 수 있다. PVA의 염석반응이 완료 되었으면 NaOH를 주입하여도 탁도에 변화가 없으면 약품 주입을 중지한다. 상기 염석반응은 NaOH를 주입하므로 알칼리 조건에서 반응이 일어난다.
상기 폐수를 응집하는 단계에서 사용된 붕산의 정확한 투입량은 jar test를 통하여 정한다. PVA 폐수는 NaOH를 주입하면 염석반응이 일어나는데 이때 용출된 PVA에 의해 탁도가 유발된다. 여기에 붕산을 주입하면 응집반응이 일어나는데 응집반응이 일어나면서 폐수가 투명해 진다. 투명하게 되면 붕산 주입을 중지한다. 붕산 주입은 액상이나 분말로 사용가능하다. 이때 반응되는 PVA와 붕산의 무게비는 대략 10 : 1 ~ 20 : 1 정도이다.
상기에서 고농도의 PVA폐수는 폐수 중 PVA의 함량이 1,000ppm 이상일 때를 말한다.
상기에서 저농도의 PVA폐수는 폐수 중 PVA의 함량이 1,000ppm 미만일 때를 말한다.
상기 1차처리수조에서 처리된 고농도 폐수와 별도의 집수조에 저장된 저농도폐수를 합쳐 집수하는 단계에서 혼합비율은 폐수는 고농도와 저농도 비율이 1:5로 한다.
이하 본 발명의 실시 예인 구성과 그 작용을 첨부도면에 연계시켜 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 폐수 처리공정 및 장치 구성을 도시하고 있는데, 도시된 바와 같이 그 구성은 공급된 폐수의 pH조정과 염석반응이 일어나는 pH조정조(1)와; 상기 pH조정조로부터 이송관을 통해 공급되는 PVA폐수의 응집반응이 일어나는 응집반응조(2)와; 상기 응집반응조로부터 이송관을 통해 공급된 PVA폐수의 응집물의 고액분리를 위한 스크린(3)과; 상기 스크린에서 분리된 여액과 별도의 저농도 폐수 집수조(9)로부터 유입되는 저농도 폐수가 이송관을 통해 집수되는 1차처리수조(4)와; 상기 1차집수조에서 이송관을 통해 가압에 의해 발생된 미세기포에 의 해 고액분리가 일어나는 부상조(5)와; 상기 부상조에서 고액분리처리가 된 처리수를 매생물 분해하기 위한 폭기조(6)와; 폭기조로부터 이송관을 통해 공급된 미생물 처리수를 고액분리하는 침전조로 구성된다.
상기 pH조정조는 가로:세로:높이가 1 : 1 : 1.2 비율의 사각조로 임펠러에 의해 혼합이 이루어지도록 구성된다.
상기 응집반응조는 가로:세로:높이가 1 : 1 : 1.2 비율의 사각조로 임펠러에 의해 혼합이 이루어지도록 구성된다.
상기 스크린은 응집반응조로부터 이송관을 통해 공급된 PVA폐수의 응집물의 고액분리하고 분리된 응집물이 쉽게 제거될 수 있도록 자동세정기능을 가진다.
단, 자동세정 기능을 가지도록 하는 세부 구성은 통상의 기술 어느 것을 사용하여 완성해도 무방하다.
또한 상기에 사용된 반응조들은 기존에 구성되어 있는 일반적인 형태의 반응기를 사용하여도 무관하다.
이하 본 발명의 바림직한 실시예이다.
(실시예)
고농도 폐수의 수질은 BOD, CODcr, CODmn의 농도는 각각 11,184; 24,000; 5,775 이고 반응기는 100L 용기를 사용하였다. 고농도 전처리공정에서는 pH11로 조 정하고 20분 반응 후 붕산을 투입하여 응집반응 후 고액분리하는 과정을 말하며 고액 분리 후 상등수의 수질은 BOD, CODcr, CODmn의 농도는 각각 13,644 ; 15,500 ; 4,505 로 분석되었다. 처리전후의 BOD농도 역전현상은 COD물질의 BOD화로 인한 것으로 판단된다.
저농도폐수는 원폐수 그대로를 사용하였으며 수질은 BOD, CODcr, CODmn의 농도는 각각 432 ; 930 ; 249 였다.
상기 고농도폐수 전처리수와 저농도 폐수를 1:5로 섞어서 미생물처리를 하였다. 사용된 미생물은 주정폐수처리에 사용되었던 일반미생물을 사용하였다.
슬러지량은 평균 3,800mg/l로 공급하였고 슬러지는 상수에서 여러번 세정후 침전농축하여 사용하였다.
상기 혼합폐수의 농도는 BOD, CODcr, CODmn의 농도는 각각 3,072 ; 6,450 ; 1,100 였다.
상기 1:5로 섞은 이유는 본 처리공정을 적용하고자하는 수용처의 폐수발생량을 기준으로 하였다.
섞인 폐수는 pH조정 및 농도조정 추가 응집반응을 위해 24시간 공폭기하였다. 24시간 공폭기후 상등수 수질은 다음과 같았다.
BOD, CODcr, CODmn의 농도는 각각 1,320 ; 4,515 ; 1,100 이었다.
상기 상등수를 폭기조에 유입시키고 일반미생물을 접종한 후의 초기 수질은 BOD, CODcr, CODmn의 농도는 각각 920 ; 3,160 ; 600이었으며 폭기조에서 48시간 처리후의 처리수질은 다음과 같다. BOD, CODcr, CODmn의 농도는 각각 109; 340; 99 였다.
PVA 폐수처리 방법중에 미생물에 의한 처리방법이 있으나 PVA농도를 낮추어주어야 적용가능하므로 화학처리를 이용한 전처리를 하게 되는데 전처리 후에도 PVA분해효소를 가지고 있는 특정 미생물을 주기적으로 주입하여야 처리가능하므로 미생물 구입비가 추가로 들어가게 된다.
그러나 본 발명에서는 PVA폐수를 화학적 전처리 후 일반 미생물을 이용한 PVA폐수의 처리가 가능한 방법이다.
이하 표 2는 상기 실시예에 따른 처리효율을 나타낸 표이다.
[표 2] 실시예 처리효율
Figure 112006092789959-pat00002
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
상기와 같은 본 발명은 PVA가 고농도로 포함되어 있는 폐수를 화학적으로 전처리하여 일반미생물을 이용하여 처리할 수 있는 저렴한 방법을 제공하고 초기투자비가 대폭 감소하여 처리공정의 경제성을 증대시킬 수 있다는 장점을 가진 유용한 발명으로 산업상 그 이용이 크게 기대되는 발명인 것이다.

Claims (8)

  1. 고농도의 PVA가 포함된 폐수를 염석법과 활성슬러지법을 이용하여 처리하는 처리방법에 있어서,
    분리된 고농도 PVA폐수를 pH조정조에서 pH를 조정하여 염석반응을 일으키도록 pH조정하는 단계와;
    이후 응집반응조에서 상기 과정에서 용출된 PVA폐수에 붕산을 주입하여 이후 응집반응조에서 상기 과정에서 용출된 PVA폐수에 붕산을 주입하여 폐수중 PVA를 응집하는 단계와;
    이후 스크린으로 응집된 PVA를 고액분리하는 단계와;
    이후 1차처리수조에서 처리된 고농도 폐수와 별도의 집수조에 저장된 저농도폐수를 1차처리수조에 집수하는 단계와;
    이후 1차 처리수조에서 용출된 PVA를 가압부상조에서 고액분리하는 가압부상하는 단계와;
    이후 상기 고액분리된 처리수를 폭기조에 유입시켜 미생물에 의해 유기물을 분해하는 단계와;
    이후 상기에서 유기물 분해에 이용된 미생물을 침전조에서 고액분리하는 단계와;
    이후 상기 고액분리된 미생물 처리수를 방류수 수질기준에 맞도록 적절한 고도산화 처리 설비를 이용하여 최종처리하는 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 PVA가 포함된 폐수의 화학 및 생물학적 처리방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 pH조정하는 단계에서 pH는 7~14로 조정하는 것을 특징으로 하는 PVA가 포함된 폐수의 화학 및 생물학적 처리방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 폐수중 PVA를 응집하는 단계에서 사용된 붕산은 PVA와 붕산의 무게비가 10 : 1 ~ 20 : 1이 되도록 투입하여 PVA를 응집시키는 것을 특징으로 하는 PVA가 포함된 폐수의 화학 및 생물학적 처리방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기에서 고농도의 PVA폐수는 폐수 중 PVA의 함량이 1,000ppm 이상인 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 PVA가 포함된 폐수의 화학 및 생물학적 처리방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 스크린에서 고액분리된 상등액은 1차처리수조로 유입하고 저농도 폐수와 24시간 혼합반응하여 PVA추가반응이 일어나도록 이용하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 PVA가 포함된 폐수의 화학 및 생물학적 처리방법.
  6. 제 1항 또는 2항에 있어서,
    상기 pH조정하는 단계는 PVA가 녹아 있는 폐수중에 NaOH를 주입하여 pH를 높여 NaOH가 수용액 상태에서 Na+와 OH-로 존재하면 Na+가 녹아들어가는 만큼 PVA를 치환하여 염석반응이 일어나도록 하는 단계인 것을 특징으로 하는 PVA가 포함된 폐수의 화학 및 생물학적 처리방법.
  7. 고농도의 PVA가 포함된 폐수를 처리하는 장치에 있어서,
    공급된 폐수의 pH조정과 염석반응이 일어나는 pH조정조와;
    상기 pH조정조로부터 이송관을 통해 공급되는 PVA폐수의 응집반응이 일어나는 응집반응조와;
    상기 응집반응조로부터 이송관을 통해 공급된 PVA폐수의 응집물의 고액분리를 위한 스크린과;
    상기 스크린에서 분리된 여액과 별도의 저농도 폐수 집수조로부터 유입되는 저농도 폐수가 이송관을 통해 집수되는 1차처리수조와;
    상기 1차집수조에서 이송관을 통해 가압에 의해 발생된 미세기포에 의해 고액분리가 일어나는 부상조와;
    상기 부상조에서 고액분리처리가 된 처리수를 매생물 분해하기 위한 폭기조와;
    폭기조로부터 이송관을 통해 공급된 미생물 처리수를 고액분리하는 침전조로 구성된 것을 특징으로 PVA가 포함된 폐수의 화학 및 생물학적 처리장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 pH조정조는 가로:세로:높이가 1 : 1 : 1.2 비율의 사각조로 임펠러에 의해 혼합이 이루어지도록 구성되고, 상기 응집반응조는 가로:세로:높이가 1 : 1 : 1.2 비율의 사각조로 임펠러에 의해 혼합이 이루어지도록 구성되고, 상기 스크린은 응집반응조로부터 이송관을 통해 공급된 PVA폐수의 응집물의 고액분리하고 분리된 응집물이 쉽게 제거될 수 있도록 자동세정기능을 가지게 구성한 것을 특징으로 PVA가 포함된 폐수의 화학 및 생물학적 처리장치.
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