KR100971530B1

KR100971530B1 - 미생물 고정화 담체가 충진된 생물 반응기를 포함하는 폐수처리장치 및 폐수처리방법

Info

Publication number: KR100971530B1
Application number: KR20090084423A
Authority: KR
Inventors: 정진욱; 황상필; 이종광; 최연조; 엄재웅; 조용주; 최재훈
Original assignee: 삼성엔지니어링 주식회사
Priority date: 2009-09-08
Filing date: 2009-09-08
Publication date: 2010-07-21

Abstract

미생물 고정화 담체가 충진된 생물 반응기를 포함하는 폐수처리장치 및 폐수처리방법이 개시된다. 개시된 폐수처리장치는 TMAH(tetramethyl ammonium hydroxide) 분해성 미생물 고정화 담체가 충진된 생물 반응기를 구비한다. 또한, 개시된 폐수처리방법은 유입수의 pH를 조절하는 단계, 상기 pH 조절된 유입수를 TMAH 분해성 미생물 고정화 담체로 통과시켜 처리수를 얻는 단계 및 상기 처리수의 일부를 반송하여 상기 미생물 고정화 담체에 재통과시키는 단계를 포함한다.

Description

미생물 고정화 담체가 충진된 생물 반응기를 포함하는 폐수처리장치 및 폐수처리방법{Wastewater treatment apparatus having bioreactor filled with media containing immobilized microbe and method of treating wastewater}

미생물 고정화 담체가 충진된 생물 반응기를 포함하는 폐수처리장치 및 폐수처리방법이 개시된다. 보다 상세하게는, TMAH(tetramethyl ammonium hydroxide) 분해성 미생물 고정화 담체가 충진된 생물 반응기를 포함하는 폐수처리장치 및 상기 미생물 고정화 담체를 이용한 폐수처리방법이 개시된다.

최근, 인터넷과 정보통신산업의 발전에 힘입어 반도체의 수요가 폭발적으로 증가하고 있는 추세이다. 이와 더불어,　대표적인 전자폐수 발생 공정인 반도체 또는 LCD 제조공정은 웨이퍼(wafer) 또는 유리 등의 기판을 세정하는 단계, 상기 기판의 표면에 절연막 및 반도체막과 같은 박막을 증착하는 단계, 상기 박막 위에 포토레지스트를 도포하고 마스크를 이용하여 선택적으로 노광하는 단계, 현상액(developing liquid)을 이용하여 빛을 받은 부분의 포토레지스트를 제거하여 패턴을 형성하는 단계, 및 선택적으로 박막을 식각(etching)하는 단계 등 일련의 과정을 거쳐 기판 상에 미세회로를 인쇄하게 되는데, 이러한 제조공정에는 초순수 및 많은 종류의 약품이 투입된다.

구체적으로, 전자폐수는 현상단계에서 사용되는 현상액과 식각단계에서 사용되는 외막액(exofoliating liquids, stripper)으로부터 발생하며, 그 주성분은 현상액으로 사용되는 TMAH, 외막액 및 세정제로 사용되는 DEGMEE(diethylene glycol monoethyl ether), DEGMME(diethylene glycol monomethyl ether), 티오펜, THF(tetrahydrofuran), 술포란, 1-메틸-2-피롤리디논(1-methyl-2-pyrrolidinone), TEG(tetraethylene glycol), 1-아미노-2-프로파놀(1-amino-2-propanol) 등이다.

수십 종의 화학약품을 사용하는 전자산업에서는 폐수 배출의 허용기준을 준수하는 것이 더욱 어려워지고 있으며, 상기 허용기준 준수를 위한 추가 공정 설치로 인해 경제적인 부담이 가중되고 있는 실정이다. 또한, 미처리된 화학약품이 방류수내에 잔류하는 경우 장기적으로는 환경에 좋지 않은 영향을 줄 수 있다. 또한, 상기 미처리된 화학약품은 생분해성이 낮아 일반적인 활성 슬러지 공정에서는 처리되기 어렵기 때문에 이러한 화학약품을 적절히 처리할 수 있는 기술개발이 절실한 실정이다.

반도체 및 LCD 제조공정 등 전자산업은 제품의 집적도 향상을 위해 청정도가 끊임없이 요구되는 산업으로서, 다량의 초순수 사용이 필수적이기 때문에 점차 용수 확보에 어려움을 겪을 것으로 예상되어 한정된 수자원을 최대한 이용할 필요성이 큰 업종이다. 따라서, 경제적이고 효율적인 전자폐수내 난분해성 물질의 처리방법 및 이를 포함하는 전자폐수의 재이용기술이 요구되고 있다.

본 발명의 일 구현예는 TMAH 분해성 미생물 고정화 담체가 충진된 생물 반응기를 포함하는 폐수처리장치를 제공한다.

본 발명의 다른 구현예는 상기 미생물 고정화 담체를 이용한 폐수처리방법을 제공한다.

본 발명의 일 측면은,

TMAH(tetramethyl ammonium hydroxide) 분해성 미생물 고정화 담체가 충진된 생물 반응기를 구비하는 폐수처리장치를 제공한다.

상기 생물 반응기는, 본체, 상기 본체의 적어도 일부를 관통하도록 배치되어 유입수를 공급 받는 유입관, 상기 유입관의 상부에 배치되고 복수의 관통홀이 형성된 분산판, 상기 분산판의 상부에 충진된 미생물 고정화 담체, 및 상기 본체의 적어도 일부를 관통하도록 배치되어 상기 미생물 고정화 담체에 의해 정화된 처리수를 배출하는 유출관을 구비할 수 있다.

상기 폐수처리장치는 상기 유출관으로 배출된 처리수의 일부를 상기 생물 반응기 또는 상기 중화조로 반송하는 반송라인을 추가로 구비할 수 있다.

상기 본체는 원통형 또는 사각통형일 수 있다.

상기 본체가 원통형인 경우, 상기 본체의 직경(D)과 높이(H)의 비율(D:H)은 1:1~1:2일 수 있다.

상기 본체가 사각통형인 경우, 상기 본체의 면적(A)과 높이(H)의 비율(A:H)은 1:1~1:10일 수 있다.

상기 분산판의 개구율은 1~10%일 수 있다.

상기 폐수처리장치는 상기 생물 반응기의 상단부에 배치되어 상기 미생물 고정화 담체의 유출을 방지하는 스크린을 추가로 구비할 수 있다.

상기 폐수처리장치는 상기 생물 반응기의 전단에 배치되어 상기 생물 반응기로 유입되는 유입수의 pH를 제1값으로 조절하는 중화조를 추가로 구비할 수 있다.

상기 폐수처리장치는 상기 생물 반응기의 후단에 직렬 연결된 적어도 하나의 막여과 장치를 추가로 구비할 수 있다.

상기 막여과 장치는 MF(micro-filtration) 장치, UF(ultra filtration) 장치 및 RO(reverse osmosis) 장치로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.

상기 미생물 고정화 담체는 마이코박테리움 종 SMIC-1(Mycobacterium sp. SMIC-1)(수탁번호 KCTC 10947 BP) 및 메틸로박테리움 엑스토쿠엔스 SMIC-1(Methylobacterium extorquens SMIC-1)(수탁번호 KCTC 10946 BP)로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 미생물을 포함할 수 있다.

상기 미생물 고정화 담체는 폴리(에틸렌글리콜) 모노아크릴레이트, 폴리(에틸렌글리콜) 디아크릴레이트, 폴리(에틸렌글리콜) 모노메타아크릴레이트, 폴리(에틸렌글리콜) 디메타아크릴레이트, 폴리(에틸렌글리콜) 디비닐 에테르, 폴리(에틸렌글리콜) 에틸 에테르 메타아크릴레이트, 폴리(에틸렌글리콜) 메틸 에테르 아크릴레 이트, 폴리(에틸렌글리콜) 메틸 에테르 메타아크릴레이트, 폴리(에틸렌글리콜) 페닐 에테르 아크릴레이트, 폴리(에틸렌글리콜) 우레탄 모노아크릴레이트, 폴리(에틸렌글리콜) 우레탄 디아크릴레이트, 폴리(에틸렌글리콜) 우레탄 메타아크릴레이트, 폴리(에틸렌글리콜) 우레탄 디메타아크릴레이트, 폴리(에틸렌글리콜) 우레탄 트리아크릴레이트, 폴리(에틸렌글리콜) 우레탄 트리메타아크릴레이트, 폴리(에틸렌-코-프로필렌글리콜) 모노메타아크릴레이트, 폴리(에틸렌-코-프로필렌 글리콜) 메틸 에테르 메타아크릴레이트, 폴리(에틸렌-코-프로필렌 글리콜) 에틸 에테르 메타아크릴레이트, 폴리(에틸렌-코-프로필렌 글리콜) 부틸 에테르 메타아크릴레이트, 폴리(에틸렌-코-프로필렌글리콜) 모노아크릴레이트, 폴리(에틸렌-코-프로필렌글리콜) 메틸 에테르 아크릴레이트, 폴리(에틸렌-코-프로필렌글리콜) 에틸 에테르 아크릴레이트 및 폴리(에틸렌-코-프로필렌글리콜) 부틸 에테르 아크릴레이트로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 폴리알킬렌글리콜계 전구체가 중합되어 형성된 폴리알킬렌글리콜계 중합체 분자 백본(backbone) 사이에 가교결합이 형성되어 있는 3차원 망목구조의 폴리알킬렌글리콜계 중합체를 포함할 수 있다.

상기 미생물 고정화 담체의 비중은 1.01~3.0일 수 있다.

상기 미생물 고정화 담체는 비중이 2~5인 무기충진제를 포함할 수 있다.

상기 미생물 고정화 담체의 충진률은 상기 생물 반응기의 총 부피를 기준으로 10~90%일 수 있다.

본 발명의 다른 측면은,

유입수의 pH를 제1값으로 조절하는 단계;

상기 pH 조절된 유입수를 TMAH 분해성 미생물 고정화 담체로 제1속도로 통과시켜 처리수를 얻는 단계; 및

상기 처리수의 일부를 반송하여 상기 미생물 고정화 담체에 재통과시키는 단계를 포함하는 폐수처리방법을 제공한다.

상기 제1값은 7~10일 수 있다.

상기 제1속도는 18~25m/hr일 수 있다.

상기 폐수처리방법은 상기 미생물 고정화 담체를 통과한 처리수를 적어도 하나의 막여과 장치로 연속적으로 통과시켜 더 정화시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 의하면, TMAH 분해성 미생물 고정화 담체가 충진된 생물 반응기를 포함함으로써, 폐수 중의 TOC 및 TMAH 성분와 같은 난분해성 물질을 제거할 수 있는 폐수처리장치가 제공될 수 있다. 또한, 상기 폐수처리장치를 사용하여 폐수를 처리할 경우, 처리수 내에 잔류하는 미생물의 수가 종래기술에 비해 현격하게 감소하고, 장치 내벽에 부유 고형물(suspended solids)이 부착되는 현상을 방지할 수 있다. 이에 따라, 폐수처리장치 후단의 막여과 장치의 세정 회수도 감소하고, 장치의 장기간 안정적인 운전 및 효율적인 초순수의 제조가 가능해진다.

이어서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 구현예에 따른 폐수처리장치 및 폐수처리방법을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 폐수처리장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 구현예에 따른 폐수처리장치(10)는 중화조(11), 생물 반응기(BR)(12), BR 처리수 저장조(13), MF 장치(14), UF 장치(15), UF 처리수 저장조(16) 및 RO 장치(17)를 구비한다.

중화조(11) 생물 반응기(12)의 전단에 배치되어 생물 반응기(12)로 유입되는 유입수의 pH를 7~10으로 조절한다. 이러한 중화조(11)에는 pH 3~4의 유입수뿐만 아니라, NaOH와 같은 염기성 물질 및/또는 HCl과 같은 산성 물질이 펌프(미도시) 등에 의해 정량으로 주입된다. 도 1에는 비록 도시되어 있지 않지만, 이러한 중화조(13)에는 pH 센서 및 DO(dissolved oxygen) 센서가 장착될 수 있다. 또한, 상기 유입수 중의 DO를 증가시키기 위하여, 중화조(11)에 Air가 공급될 수도 있다. 이와 같은 Air의 공급을 위해 Air blower(미도시)가 설치될 수 있다. 또한, 중화조(11)에는 교반기(미도시)가 설치되어 유입수와 NaOH/HCl 등의 중화제를 서로 균일하게 혼합할 수 있다.

상기 유입수는 도 2에 도시된 것과 같은 반도체 또는 LCD 제조공정에서 발생하는 재생수(reclaim수)일 수 있다.

생물 반응기(BR: bioreactor)(12)는 TMAH(tetramethyl ammonium hydroxide) 분해성 미생물 고정화 담체(12-4)를 충진하는 것으로, 중화조(11)에서 pH 조절된 유입수를 공급받아 상기 유입수에 함유된 TMAH와 같은 유기물질을 분해한다.

상기 생물 반응기(12)는 본체(12-1), 유입관(12-2), 분산판(12-3), 미생물 고정화 담체(12-4), 스크린(12-5) 및 유출관(12-6)을 구비할 수 있다.

본체(12-1)는 중화조(11)로부터 펌프(미도시) 작용에 의해 유입수를 공급받아 이를 미생물 고정화 담체(12-4)와 접촉시켜 정화하는 것으로서, 원통형 또는 사각통형일 수 있다. 또한, 본체(12-1)가 원통형일 경우 그 직경(D)과 높이(H)의 비율(D:H)은 1:1~1:2일 수 있다. 또한, 상기 본체가 사각통형인 경우, 상기 본체의 면적(A)과 높이(H)의 비율(A:H)은 1:1~1:10일 수 있다. 상기 비율(D:H 또는 A:H)이 상기 범위를 벗어나면 생물 반응기(12)의 설계 목적상 바람직하지 않다. 이러한 본체(12-1)의 하부 측벽에는 서로 마주보도록 한쌍의 투명한 사이트 글래스(sight glass)(미도시)가 설치될 수 있고, 이를 통해 본체(12-1) 내부에서 미생물 고정화 담체(12-4)의 유동 상태를 육안으로 관찰할 수 있다.

유입관(12-2)는 본체(12-1)의 적어도 일부를 관통하도록 배치되어 유입수를 공급 받는다. 도 1에서는, 유입관(12-2)이 'ㄱ'자 형상인 것으로 도시되어 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 다양한 형상의 유입관이 가능하다. 본 구현예에서는, 유입관(12-2)이 'ㄱ'자 형상으로 형성되어 있기 때문에, 생물 반응기(12)내로 유입된 유입수는 본체(12-1)의 바닥에 부딪혀 반사판(12-3)쪽으로 향하게 된다.

분산판(12-3)은 유입관(12-2)의 상부에 배치되어 미생물 고정화 담체(12-4)를 지지할뿐만 아니라 유입관(12-2)으로 유입된 유입수를 생물 반응기(12)의 상방으로 골고루 분산시켜 준다. 이러한 분산판(12-3)에는 복수의 관통홀(미도시)이 형성되어 있다. 또한, 분산판(12-3)은 본체(12-1)의 형상에 따라 그 형상이 달라질 수 있으며, 본체(12-1)가 원통형인 경우에는 분산판(12-3)은 원판형일 수 있다. 또한, 분산판(12-3)은 개구율이 1~10%일 수 있다. 상기 개구율이 1% 미만이면 각 관통홀에서 유출되는 유입수의 유속이 빨라져서 미생물 고정화 담체(12-4)로부터 미생물이 탈리될 우려가 있고, 10%를 초과하면 미생물 고정화 담체(12-4)의 유동이 원활하지 않아 막힘 현상이 생겨 편류현상이 발생할 수 있다.

미생물 고정화 담체(12-4)는 유입수와 접촉하여 유입수에 함유되어 있는 TMAH와 같은 유기물질을 제거한다. 구체적으로, 미생물 고정화 담체(12-4)에 포함된 미생물이 유기물질을 분해하여 제거하게 되며, 이때 유입수에 함유된 용존 산소도 소모된다. 이러한 미생물 고정화 담체(12-4)는 마이코박테리움 종 SMIC-1(Mycobacterium sp. SMIC-1)(수탁번호 KCTC 10947 BP) 및 메틸로박테리움 엑스토쿠엔스 SMIC-1(Methylobacterium extorquens SMIC-1)(수탁번호 KCTC 10946 BP)로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 미생물을 포함할 수 있다(대한민국특허출원 제2006-0045343호 및 대한민국특허출원 제2006-0045344호 참조). 또한, 상기 미생물 고정화 담체(12-4)는 폴리(에틸렌글리콜) 모노아크릴레이트, 폴리(에틸렌글리콜) 디아크릴레이트, 폴리(에틸렌글리콜) 모노메타아크릴레이트, 폴리(에틸렌글리콜) 디메타아크릴레이트, 폴리(에틸렌글리콜) 디비닐 에테르, 폴리(에틸렌글리콜) 에틸 에테르 메타아크릴레이트, 폴리(에틸렌글리콜) 메틸 에테르 아크릴레이트, 폴리(에틸렌글리콜) 메틸 에테르 메타아크릴레이트, 폴리(에틸렌글리콜) 페닐 에테르 아크릴레이트, 폴리(에틸렌글리콜) 우레탄 모노아크릴레이트, 폴리(에틸렌글리콜) 우레탄 디아크릴레이트, 폴리(에틸렌글리콜) 우레탄 메타아크릴레이트, 폴 리(에틸렌글리콜) 우레탄 디메타아크릴레이트, 폴리(에틸렌글리콜) 우레탄 트리아크릴레이트, 폴리(에틸렌글리콜) 우레탄 트리메타아크릴레이트, 폴리(에틸렌-코-프로필렌글리콜) 모노메타아크릴레이트, 폴리(에틸렌-코-프로필렌 글리콜) 메틸 에테르 메타아크릴레이트, 폴리(에틸렌-코-프로필렌 글리콜) 에틸 에테르 메타아크릴레이트, 폴리(에틸렌-코-프로필렌 글리콜) 부틸 에테르 메타아크릴레이트, 폴리(에틸렌-코-프로필렌글리콜) 모노아크릴레이트, 폴리(에틸렌-코-프로필렌글리콜) 메틸 에테르 아크릴레이트, 폴리(에틸렌-코-프로필렌글리콜) 에틸 에테르 아크릴레이트 및 폴리(에틸렌-코-프로필렌글리콜) 부틸 에테르 아크릴레이트로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 폴리알킬렌글리콜계 전구체가 중합되어 형성된 폴리알킬렌글리콜계 중합체 분자 백본(backbone) 사이에 가교결합이 형성되어 있는 3차원 망목구조의 폴리알킬렌글리콜계 중합체를 포함할 수 있다(대한민국특허출원 제2004-0039227호 참조). 또한, 상기 미생물 고정화 담체(12-4)의 비중은 물의 비중 보다 큰, 1.01~3.0일 수 있다. 상기 담체의 비중이 1.01 미만이면 상기 담체(12-4)가 충진된 생물 반응기(12)를 이용한 폐수처리시 유입수 등에 의한 생물 반응기(12)내 담체(12-4)의 부피 팽창률이 증가하여 담체 충진률이 제한될 수 있고, 3.0을 초과하게 되면 세정시 물 등의 양이 상당량 증가하여 비경제적인 운전을 야기할 수 있다. 상기와 같은 비중 조절을 위해, 상기 미생물 고정화 담체(12-4)는 비중이 2~5인 무기충진제(미도시)를 포함할 수 있다. 상기 무기충진제의 비중이 2 미만이면 과량의 무기충진제가 첨가되어 비경제적일뿐만 아니라 미생물 고정화 담체(12-4)의 제조시 원료 혼합액에 대한 무기충진제의 비율이 높아 혼합이 어렵고, 5를 초과하 게 되면 상기 원료 혼합액내에 층분리가 이루어져서 균일한 물성을 얻기가 힘들다. 또한 상기 상기 미생물 고정화 담체(12-4)의 직경은 3~10mm일 수 있다. 또한, 상기 미생물 고정화 담체(12-4)의 충진률은 생물 반응기(12)의 총 부피를 기준으로 10~90%일 수 있다. 상기 담체의 충진률이 10부피% 미만인 경우에는 반응기 용적당 처리효율이 저하되어 비경제적이고, 90부피%를 초과하는 경우에는 유지관리가 어렵고 운전 용이성이 저하된다. 비중이 1.01~3.0인 미생물 고정화 담체(12-4)의 제조방법은 대한민국특허출원 제2008-0090493호 및 대한민국특허출원 제2008-0090496호에 상세히 개시되어 있다.

스크린(12-5)은 생물 반응기(12)의 상단부에 배치되어 미생물 고정화 담체(12-4)의 유출을 방지한다. 도 2에는 스크린(12-5)이 본체(12-1)의 상단 측벽에 약 45°의 각도로 경사지게 배치되어 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 형상의 스크린이 다양한 구조로 배치될 수 있다.

유출관(12-6)은 본체(12-1)의 적어도 일부를 관통하도록 배치되어 미생물 고정화 담체(12-4)에 의해 정화된 처리수를 배출시킨다.

또한, 도 1에는 비록 도시되어 있지 않지만, 이러한 생물 반응기(12)에는 DO(dissolved oxygen) 센서가 장착될 수 있다.

BR 처리수 저장조(13)는 생물 반응기(12)의 유출관(12-6)을 통해 배출된 BR 처리수를 저장한다. 또한, 도 1에는 비록 도시되어 있지 않지만, 이러한 BR 처리수 저장조(13)에는 TOC(total organic carbon) 센서가 장착될 수 있다. 이때, 상기 BR 처리수 중의 일부는 펌프(미도시)에 의해 반송라인을 통해 생물 반응기(12)로 반송 되어 재처리될 수도 있고, 도 1에서는 비록 도시되지 않았지만, 중화조(11)로 반송되어 유입수를 희석시킬 수도 있다. 이 경우, 상기 BR 처리수의 반송률은 유입수 유량의 1~3배, 예를 들어, 1.2~1.8배일 수 있다. 한편, 중화조(11)가 가득차 있는 경우에는 중화조(11)로 반송된 BR 처리수가 중화조(11)내로 유입되지 못하고 오버플로우되어 BR 처리수 저장조(13)로 재반송된다. BR 처리수 저장조(13)로부터 유출된 BR 처리수 중 전술한 바와 같이 생물 반응기(12) 또는 중화조(11)로 반송되지 않은 부분은 배수관(18)으로 보내어져 폐기되거나, MF 장치(14)로 보내어져 후처리된다. 구체적으로, TOC 농도가, 예를 들어, 2mg/L를 초과하는 고농도 BR 처리수(세정시 BR 세정수 포함)는 그 일부가 생물 반응기(12) 또는 중화조(11)로 반송되고 나머지 부분은 배수관(18)으로 보내어져 폐기된다. 한편, TOC 농도가, 예를 들어, 2mg/L 이하인 저농도 BR 처리수는 그 일부가 생물 반응기(12) 또는 중화조(11)로 반송되고 나머지 부분은 MF 장치(14)로 보내어져 후처리된다.

MF(micro-filtration) 장치(14)는 저농도 BR 처리수로부터 60㎛ 이상의 콜로이드 입자, 현탁질, 조류 및 박테리아 등의 오염물질을 제거하는 것으로, 50㎛의 공극 크기를 갖는 멤브레인(미도시)을 구비한다. 또한, 이러한 MF 장치(14)에는 압력계(미도시)가 장착될 수 있다. 또한, BR 처리수 저장조(13)와 MF 장치(14) 사이에는 저농도 BR 처리수를 MF 장치(14)로 주입하는 펌프(미도시)가 배치될 수 있다.

UF(micro filtration) 장치(15)는 MF 장치(14)로부터 배출된 처리수를 공급받아 상기 처리수로부터 0.01㎛ 이상의 입자를 제거한다. 이러한 UF 장치(15)는 0.01㎛의 공극 크기를 갖는 멤브레인(미도시)을 구비한다. 또한, 이러한 UF 장 치(15)에는 압력계(미도시) 및 TOC 측정기(미도시)가 장착될 수 있다.

UF 처리수 저장조(16)는 UF 장치(15)로부터 배출된 UF 처리수를 저장한다. 이때, 상기 UF 처리수 중의 TOC 농도가, 예를 들어, 1mg/L를 초과하는 고농도 UF 처리수 및 UF 장치(16)의 세정시 발생하는 UF 세정수는 각각 배수관(18) 및 배수관(18')으로 보내어져 폐기되고, 상기 농도가, 예를 들어, 1mg/L 이하인 저농도 UF 처리수는 RO 장치(17)로 보내어져 후처리된다.

RO 장치(17)는 저농도 UF 처리수로부터 분자량이 10~1000 정도인 작은 용질을 제거하는 것으로, 3~10Å의 공극 크기를 갖는 멤브레인(미도시)을 구비한다. 상기 RO 장치(17)로부터 RO 농축수와 RO 처리수가 배출되는데, 상기 RO 농축수는 배수관(18')으로 보내어지고, 상기 RO 처리수는 RO 처리수 저장조(19)로 보내어져 후술하는 반도체 또는 LCD 제조공정(도 2)으로 공급되어 재이용된다. 또한, 이러한 RO 장치(17)에는 압력계(미도시) 및 TOC 측정기(미도시)가 장착될 수 있다. 또한, UF 처리수 저장조(16)와 RO 장치(17) 사이에는 저농도 UF 처리수를 RO 장치(17)로 주입하는 펌프(미도시)가 배치될 수 있다. 또한, 세정시 RO 장치(17)에 세정약품을 주입하는 RO 세척 펌프(미도시)가 추가로 배치될 수 있다.

한편, 도 1에는 비록 도시되어 있지 않지만, 상기 MF 장치(14), UF 장치(15) 및/또는 RO 장치(17)는 멤브레인 재생을 위해 주기적인 세정이 필요하고, 이 때문에 상기 각 장치(12, 14, 15, 17)에는 세정제 주입장치가 추가로 구비될 수 있다. 다만, 상기 생물 반응기(12)는 유입수의 선속도(LV: linear velocity)를 조절함으로써 담체에 불순물이 부착하여 생기는 막힘(clogging) 현상을 방지할 수 있으므 로, 세정이 불필요하고 세정제 주입장치도 구비될 필요가 없다. 구체적으로, 상기 유입수가 상기 미생물 고정화 담체(12-4)로 통과할 때 상기 유입수의 선속도는 18~25m/hr일 수 있다. 상기 유입수의 선속도가 18m/hr 미만이면 미생물 고정화 담체(12-4)의 유동이 원활하지 않아서 막힘 현상이 발생할 우려가 있고, 25m/hr를 초과하면 미생물 고정화 담체(12-4)의 충진률이 작아져서 처리효율이 낮아진다.

또한, 유입수의 선속도는 하기 수학식 1에 의해 계산될 수 있다.

[수학식 1]

유입수의 선속도(m/hr) = Q/A

상기 식에서, Q는 유입수의 유량이고, A는 유입수의 흐름방향에 수직한 생물 반응기(12)의 내부 단면적이다.

상기와 같은 구성을 갖는 폐수처리장치(10)는 통상의 유기물질뿐만 아니라 TMAH와 같은 난분해성 유기물질을 분해하여 유입수 중의 TOC를 획기적으로 저감할 수 있다. 또한, 상기 폐수처리장치(10)에 채용된 미생물 고정화 담체(12-4)는 미생물이 담체(12-4)의 표면뿐만 아니라 공극내에 다량 고정화되어 있어서, 유입수의 흐름에 의해 담체(12-4)의 표면으로부터 떨어져 나가는 미생물의 양이 많지도 않고, 유입수 중의 독성 물질에 의해 사멸되는 미생물의 양도 많지 않아, 고농도, 예를 들어, 10mg/L 이상의 TOC를 함유하는 유입수도 효과적으로 처리할 수 있다. 또한, 상기 폐수처리장치(10)는 미생물 부착 활성탄 담체를 이용하는 종래기술에 비해 효율이 매우 높으므로, 상기 종래기술에 비해 장치의 크기도 줄일 수 있어 설치 부지 절감 효과도 기대할 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 따른 폐수처리장치(이하, 본 발명)와 종래기술의 기술적 특징 및 성능을 비교 산정하여 하기 표 1에 나타내었다.

[표 1]

항목		본 발명	종래기술	본 발명의 특징
담체	재질	폴리에틸렌글리콜	활성탄	가격 경쟁력은 유사
담체	미생물 유지 방식	고정	부착	미생물의 탈착 및 사멸 방지 가능
공정 *^1**	처리가능 TOC 농도 범위 (mg/L)	2~2,000	5~10	처리대상 폐수의 다양화 가능
	생물 반응기내에서의 수리학적 체류시간(HRT)	30분	36분	폐수 처리 속도 향상
	처리수 반송률 (유입수의 유량의 배수)	1.8배	2.8배	반송률 저감으로 인해 운전비 및 투자비 측면에서 유리
경제성 *^2**	투자비(공사비+기자재비)	63%	100%	투자비 37% 절감 가능
경제성 *^2**	부지면적(m²)	79%	100%	부지면적 21% 절감 가능

* 1: 유입수의 수리학적 체류시간(HRT)과 처리수 반송률로 생물 반응기의 설계가 이루어졌음.

* 2: 폐수처리량 160ton/day 기준

도 2는 도 1의 폐수처리장치를 채용한 반도체 또는 LCD 제조공정을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 상기 반도체 또는 LCD 제조공정은 전처리 블록(21), Make-up 블록(22), Polishing 블록(23), 생산라인(24), Reclaim 블록(25) 및 폐수처리장치(10)을 포함한다.

전처리 블록(21)은 공업 용수 중의 부유물, 유기물질, 용해 고형물을 제거한다.

Make-up 블록(22)은 전처리 블록(21)으로부터 배출된 처리수에 잔류하는 유기물질, 용해 고형물 등의 불순물을 추가로 제거한다.

Polishing 블록(23)은 Make-up 블록(22)으로부터 배출된 처리수에 잔류하는 미세 유기물질 등을 추가로 제거하여 초순수를 생산한다.

이때, Polishing 블록(23)으로부터 배출된 처리수 중의 TOC 농도가, 예를 들어, 5mg/L를 초과하는 고농도인 경우에는 그 처리수는 폐수처리장으로 보내어지고, 상기 농도가, 예를 들어, 5mg/L 이하의 저농도인 경우에는 그 처리수는 폐수처리장치(10)로 보내어져 전술한 바와 같이 재생된다.

상기 재생된 물은 전처리 블록(21)으로 반송된다.

이하, 바람직한 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세히 설명하지만, 본 발명이 이에 의해 제한되는 것은 아니다.

실시예

제조예 1: Pilot plant의 제작

도 1의 폐수처리장치와 유사한 구성을 갖는 pilot plant를 제작하였다. 제작된 pilot plant의 폐수처리용량은 160ton/day이며, 구체적인 구성은 하기 표 2와 같다.

[표 2]

구성요소	사양	재질 및/또는 제조사(모델명)
NaOH 저장 탱크	100 liter(직경 410mm X 높이 720mm)	PE(polyethylene)
HCl 저장 탱크	100 liter(직경 410mm X 높이 720mm)	PE(polyethylene)
NaOH 주입 펌프	0~25cc/min	PP(polypropylene)
HCl 주입 펌프	0~25cc/min	PP(polypropylene)
중화조	1m³(가로 1000mm X 세로 700mm X 높이 400mm)	FRP(fiber glass reinforced plastic)
교반기	90rpm	SUS 304
Air Blower	1.0Nm³/hr X 2000mmAq	Al 합금
생물 반응기	6.67m³/hr(직경 1039mm X 높이 3933mm)	SUS 304
BR 처리수 저장조	1m³(가로 1000mm X 세로 700mm X 높이 400mm)	FRP
생물 반응기로의 유입수 주입 펌프	10m³/hr X 20mH	SUS 316
BR 처리수 반송 펌프	19m³/hr X 20mH	SUS 316
MF 장치로의 저농도 BR 처리수 주입 펌프	11m³/hr X 40mH	SUS 304
MF 장치	● 1.25 m³/hr (직경 110mm X 높이 760mm) ● 폐수처리용량: 30ton/day	PP, Woongjin사의 pore　size 50 ㎛ Cartridge 타입의 MF module
UF 장치	● 1.25 m³/hr (가로1676mm X 세로 2340mm X 높이 1500mm) ● Permeate: 1.19 m³/hr　 ● 폐수처리용량: 30ton/day	CA(cellulose acetate), 데그라몽社의 Aquasource, pore size 0.01 ㎛ Hollow fiber 타입의 UF module
UF 처리수 저장조	1m³(가로 1000mm X 세로 700mm X 높이 400mm)	FRP
RO 장치로의 저농도 UF 처리수 주입 펌프	1m³/hr X 100mH	SUS 316
RO 세척 펌프	3m³/hr X 20mH	SUS 316
RO 장치	● 1.0 m³/hr (Recovery: 15%) ● Permeate: 0.15 m³/hr ● 폐수처리용량: 25ton/day	PA(poly amide), Toray社의 SU-720, Spiral wound 타입
pH 센서 *^1**	pH 0~14 측정 가능	천세산업, Mestar HS-1
DO 센서 *^2**	DO 0~40 mg/L 측정가능	하이테크, Q45D
TOC 측정기 *^3**	TOC 0.02 ~ 10 mg/L 측정 가능	GE, Sievers 900

*1, 2: 중화조와 생물 반응기에 각각 1개씩 설치됨.

*3: UF 장치 및 RO 장치에 각각 1개씩 설치됨.

제조예 2: 미생물 고정화 담체의 제조

먼저, 물 740ml에 수평균분자량 700의 폴리에틸렌글리콜 디아크릴레이트 수용액 (미원상사, 18w/v%, 상품명: MIRAMER M286) 180g(161ml), 중합개시제인 포타슘 퍼설페이트 수용액(동양제철화학, 0.25w/v%) 2.5g, 공업용 카올린(중국산 고령토 분말, 입자크기 100㎛ 미만) 395.6g을 반응기에 투입한 후, 상기 혼합액을 600rpm의 속도로 3분 정도 교반시켜 중합시켰다. 결과로서, 카올린이 분산되어 있는 폴리에틸렌글리콜 성분의 중합체를 얻었다.

이어서, 상기 반응기에 가교제인 소비톨 수용액(동양화학공업, 1.0w/v% 수용액) 10g을 첨가하고 1분간 교반시킨 후, 담체의 탄성을 증진시키기 위한 탄성 보강제인 소디움 테트라보레이트 데카하이드레이트(동양제철화학, STB, 0.16 w/v%) 수용액 1.6g, 및 라디칼 중합을 실온에서 가능케하는 중합촉진제인 N,N,N',N'-테트라메틸에틸렌디아민(일본 신요사, 0.25w/v% 수용액) 2.5g을 더 첨가하였다. 계속해서, 폴리에틸렌글리콜 디아크릴레이트의 중합체가 추후 담체로서 담지할 미생물의 생존환경에 적합하도록, 상기 반응기에 아세트산의 10%(w/v) 수용액을 적정량 혼합하여 상기 중합체를 pH 7로 중화시켰다. 이어서, 상기 반응기에 마이코박테리움 종 SMIC-1(Mycobactrium sp. SMIC-1, 수탁번호 KCTC 10947 BP) 및 활성 슬러지를 투입한 다음 약 30초 동안 균일하게 교반하였다. 이때, 미생물:활성 슬러지의 투입비율은 중량 기준으로 80%:20%로 하였다. 이렇게 하여 얻은 결과물을 주사기(syringe)를 이용하여 PVC 튜브에 채운 후 25℃의 항온조에서 약 10분 동안 숙성하였다. 숙성과정에서 졸상태의 반응 결과물이 겔상태로 고화되는데, 이를 주사기를 이용하여 압출하여 직경 약 4mm의 원통형의 고화된 고분자 겔담체를 얻고, 이를 4㎜ 간격으로 절단하여 미생물이 고정된 담체를 얻었다.

고정화시킨 미생물의 농도는 0.5%(w/v)로서 MLSS 농도가 5000mg/L인 미생물 및 활성 슬러지 혼합물을 원심분리기로 10배 농축시켜 100ml로 만들어서 중성의 pH 조건상에서 상기 반응기에 투입하였다.

실험예 1: 유입수의 채취 및 성상 분석

LCD 제조공정에서 재생수(reclaim수)를 주기적으로 6개월 동안 채취한 후, 상기 각 재생수에 함유된 유기물질을 분석하여 하기 표 3에 나타내었다. TOC의 농도는 TOC 측정기(GE, Sievers-900)를 사용하여 측정하였으며, 유기물질의 종류 및 각 유기물질의 농도는 IC(Dionex, ICS-3000), GC-MS (Agilent, Agilent 6890 + 5973N) 및 LC-MS (Agilent, HP 1200 HPLC)를 사용하여 측정하였다.

[표 3]

분석 항목	평균 농도(㎍/L)
TOC	9755±1061
TMAH	3495±250
IPA(isopropyl alcohol)	4790±1308
Acetone	339±200
Methanol	107±55
Ethanol	8±2
DGMME(diethyleneglycol monomethylether)	1955±609
DGMEE(diethyleneglycol monoethylether)	930±220
NMP(1-methyl-2-pyrrolidinone)	2380±727
Sulfolane	1170±370
APOL(1-amino-2-propanol)	385±77
TEG(tetraethylene glycol)	138±40

실험예 2: 미생물 고정화 담체의 부피 팽창률 및 유입수의 선속도(LV: linear velocity) 선정

상기 제조예 1에서 제조한 pilot plant의 생물 반응기와 같은 상향류식 반응기에서는 미생물 고정화 담체를 충진한 후 유입수의 유량에 따라 담체의 부피 팽창률이 달라지게 된다. 여기서, 담체의 부피 팽창률은 하기 수학식 2와 같이 계산될 수 있다.

[수학식 2]

담체의 부피 팽창률(%) = (H-H₀)/H₀ X 100(%)

상기 식에서, H₀는 유입수가 유입되지 않을 때 상기 생물 반응기에 충진된 담체의 높이이고, H는 유입수가 유입되었을 때 상기 생물 반응기에 충진된 담체의 최대 높이이다. 상기 생물 반응기와 같은 상향류식 반응기에서는 유입수의 유속이 빠를수록 담체의 부피 팽창률이 증가하게 된다.

상기 담체의 부피 팽창률은 전술한 유입수의 선속도(LV)에 의해 조절될 수 있고, 상기 담체의 부피 팽창률을 적절히 조절함으로써 담체에 불순물이 부착하여 생기는 막힘 현상을 방지할 수 있다.

상기 pilot plant를 이용하여 유입수의 선속도(LV)와 담체의 부피 팽창률 사이의 관계를 조사한 후, 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.　

[표 4]

유입수의 선속도(m/hr)	담체의 부피 팽창률(%)
15	3.0
17	9.0
19	14.0
20	15.8
22	20.0
25.6	30.0

한편, 담체의 최소 유동화 속도 이상이 되면 담체의 팽창이 일어나 상기 막힘 현상이 억제되는 것으로 알려져 있다. 수리계산상으로는 미생물 고정화 담체의 최소 유동화 속도가 14m/hr인 것으로 계산되었다. 그러나, 실제로 상기 pilot plant에서 실험한 결과 담체의 최소 유동화 속도는 22m/hr인 것으로 나타났다. 이러한 담체의 최소 유동화 속도는 생물 반응기에 설치된 사이트 글래스를 통해 담체의 유동 여부를 육안으로 관찰함으로써 이루어졌다.

상기 실험 결과로부터, 담체의 충진률을 높게 유지하여 폐수처리효율을 높이면서도 세정없이 막힘 현상을 억제할 수 있는 선속도가 22m/hr이상임을 알 수 있다.

실험예 3: 담체의 충진률에 따른 TOC 및 TMAH 제거율의 평가

상기 pilot plant에서 담체의 충진률은 TOC 및 TMAH 제거율에 많은 영향을 미칠뿐만 아니라 담체의 충진률에 따라 생물 반응기의 높이가 정해지고 경제적인 공정 설계가 이루어진다.

상기 pilot plant의 생물 반응기(폐수처리용량: 160 ton/day)에 서로 다른 담체 충진률(50%, 60%, 70%, 80%)로 충진하고, 수리학적 체류시간(HRT) 30분, 내부 반송률 1.8Q로 고정한 후, 각 담체 충진률에 대하여 180일 이상씩 운전하였다. 상기 각 운전마다 정상 상태에 도달한 이후에 측정한 TOC 제거율 및 TMAH 제거율을 하기 표 5에 나타내었다.

[표 5]

담체의 충진률(부피%)	TOC 제거율(중량%)	TMAH 제거율(중량%)
50	51±3	74±0
60	64±10	87±7
70	66±8	88±6
80	66±4	85±3

상기 표 5를 참조하면, 담체의 충진률을 높이면 TOC 및 TMAH 제거율이 증가하는 것으로 나타났다. 그러나, 담체의 충진률을 높임으로써 초기 투자비가 증가하는 단점이 있을 수 있으므로, 경제적이고 효율적인 TOC 및 TMAH의 제거를 위한 최적 담체 충진률이 존재한다.

실험예 4: 내부 반송률에 따른 TOC 및 TMAH 제거율의 평가

　상기 생물 반응기에서 내부 반송률은 유입되는 유입수를 희석시킬뿐만 아니라 반응기 내부를 통해 흐르는 전체 유량을 증가시킨다. 또한, 상기 내부 반송률을 조절함으로써 반응기 내부를 통해 흐르는 전체 유량을 조절하여 유입수 등의 선속도를 변화시킬 수도 있다.

상기와 같은 생물 반응기 3기에 각각 미생물 고정화 담체를 70부피%씩 충진하고, HRT=30분, 용존 산소농도 ≥ 1.5 mg/L로 유지한 상태에서 내부 반송률을 달리하여 각각 90일 이상씩 운전하였다.　 여기서, 반송률은 유입수 유량(Q)의 배수로 정하였고, 유입수 유량(Q)은 22.23mL/min이었다. 상기 각 운전마다 정상 상태에 도달한 이후에 측정한 TOC 제거율 및 TMAH 제거율을 하기 표 6에 나타내었다.

[표 6]

내부 반송률(Q의 배수)	TOC 제거율(중량%)	TMAH 제거율(중량%)
0.8배	66±8	82±7
1.8배	69±7	93±4
2.3배	68±3	92±7

상기 표 6을 참조하면, 내부 반송률이 증가할 때 TOC 및 TMAH 제거율이 무조건 증가하는 것은 아니라는 사실을 알 수 있다. 본 실시예에서는, 내부 반송률을 증가시키면 전력비가 증가하게 되므로 경제성을 고려하여 적정 내부 반송률을 정할 필요가 있다.

실험예 5: HRT에 따른 TOC 및 TMAH 제거율의 평가

상기 생물 반응기에서 수리학적 체류시간(HRT)이 짧을수록 동일한 부지 면적에서 처리하는 폐수의 용량이 커지게 된다. HRT가 감소할수록 단위 시간당 폐수처리용량도 증가하므로 경제적이다.

상기 pilot plant의 생물 반응기(폐수처리용량: 160 ton/day)에 담체 충진률 70부피%로 미생물 고정화 담체를 충진하고, 내부 반송률을 1.8Q로 고정시킨 후 HRT를 변화시켜가면서 TOC 및 TMAH 제거율을 측정하여, 그 결과를 하기 표 7에 나타내었다.

[표 7]

HRT(min)	TOC 제거율(중량%)	TMAH 제거율(중량%)
40	76±1	97±1
35	78±1	99±1
30	78±2	99±1
25	75±1	96±1
20	75±1	95±1

상기 표 7을 참조하면, HRT가 30분 이상인 경우에는 TOC 제거율은 크게 달라지지 않았지만, 난분해성 물질인 TMAH는 거의 완전히 제거되었음을 알 수 있다. 반면에, HRT가 25분인 경우 유출수내 TOC농도가 다소 높아지고 TMAH의 제거도 완벽히 이루어지지 않아 재이용을 위한 TOC 제거효율을 달성하기 위해서는 HRT가 30분 이상은 되어야 함을 알 수 있다.　

실시예 1: Pilot plant(미생물 고정화 담체 충진)를 이용한 폐수처리-MF 장치, UF 장치 및 RO 장치 작동시키지 않음

상기 제조예 1에서 제조한 pilot plant(처리용량: 160ton/day)의 생물 반응기에 상기 제조예 2에서 제조한 미생물 고정화 담체를 충진하고, 상기 pilot plant에 상기 실험예 1에서 채취한 재생수를 유입수로 공급하면서 상기 pilot plant를 약 8개월간 운전하였다. 이때, MF 장치, UF 장치 및 RO 장치는 작동시키지 않았으며, 운전 조건은 하기와 같았다.

● 미생물 고정화 담체의 충진률: 80부피%(자갈 10부피% 포함)

● 수리학적 체류시간(HRT): 30분

● 내부 반송률: 1.8Q(단, Q는 유입수의 유량)

● 용존 산소: 1.5 mg/L 이상으로 유지

상기 pilot plant를 운전하면서 상기 생물 반응기의 유입수 및 유출수 중의 TOC, TMAH 및 기타 유기물질의 농도를 각각 주기적으로 측정하여, TOC 및 TMAH 결과만을 도 3에 나타내고 정상 상태에 도달한 60일 이후의 모든 항목의 분석 결과를 하기 표 8에 별도로 나타내었다. 하기 표 8에서 괄호안의 숫자는 TOC 제거율 또는 TMAH 제거율을 의미한다.

비교예 1: Pilot plant(미생물이 부착된 활성탄 충진)를 이용한 폐수처리-MF 장치, UF 장치 및 RO 장치 작동시키지 않음

상기 제조예 2에서 제조한 미생물 고정화 담체 대신에 미생물이 부착된 활성탄(Kurita, 생물 활성탄)을 충진하고, 상기 활성탄의 충진률을 70부피%로, HRT를 36분으로, 내부 반송률을 2.8Q로, 생물 반응기의 부피를 667mL로, 처리용량을 32L/day로 변경한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 pilot plant를 운전하였다.

상기 pilot plant를 운전하면서 상기 생물 반응기의 유입수 및 유출수 중의 TOC 및 TMAH 농도를 각각 주기적으로 측정하여, TOC 및 TMAH 결과만을 도 3에 나타내고 정상 상태에 도달한 60일 이후의 모든 항목의 분석 결과를 하기 표 8에 별도로 나타내었다.

[표 8]

	재생수 (생물반응기로의 유입수)	실시예 1 (생물 반응기의 유출수)	비교예 1 (생물 반응기의 유출수)
TOC(㎍/L)	9755 ± 1061	1672 ± 826 (제거율: 83 ± 6 중량%)	5094 ± 896 (제거율: 48 ± 8 중량%)
TMAH(㎍/L)	3495 ± 250	0 ± 0 (제거율: 100 ± 0 중량%)	2590 ± 1057 (제거율: 26 ± 9 중량%)
IPA(㎍/L)	4790 ± 1308	2 ± 1	230 ± 357
Acetone(㎍/L)	339 ± 200	8 ± 8	766 ± 938
Methanol(㎍/L)	107 ± 55	2 ± 2	25 ± 38
Ethanol(㎍/L)	8 ± 2	1 ± 0	2 ± 2
DGMME(㎍/L)	1955 ± 609	260 ± 287	1053 ± 753
DGMEE(㎍/L)	930 ± 220	127 ± 65	360 ± 268
NMP(㎍/L)	2380 ± 727	100 ± 0	160 ± 122
Sulfolane(㎍/L)	1170 ± 370	100 ± 0	603 ± 455
APOL(㎍/L)	385 ± 77	50 ± 0	65 ± 19
TEG(㎍/L)	138 ± 40	67 ± 24	147 ± 72

도 3은 도 1의 폐수처리장치에 구비된 생물 반응기의 TOC 및 TMAH 제거효율을 처리시간별로 나타낸 그래프이다.

도 3 및 상기 표 8을 참조하면, 실시예 1에서 생물 반응기 유출수 중의 TOC 농도는 약 60일 후부터 1700ug/L 정도로 안정적으로 유지되었음을 알 수 있다. 또한, 실시예 1의 경우는 종래기술인 비교예 1의 경우에 비해 생물 반응기에서의 TOC및 TMAH 제거율이 약 40% 이상 높다는 사실을 알 수 있다. 또한, 실시예 1에서는 난분해성 유기물질인 TMAH가 생물 반응기를 거친 후 완전히 제거되었음을 알 수 있다.

실시예 2: Pilot plant(미생물 고정화 담체 충진)를 이용한 폐수처리-MF 장치, UF 장치 및 RO 장치 작동시킴

생물 반응기에서 배출된 유출수를 MF장치로 주입한 후, UF 장치 및 RO 장치 를 하기 표 9의 조건으로 작동시키고 상기 pilot plant를 운전하면서 상기 UF 장치의 유입수와 유출수 중의 TOC의 농도, 및 상기 RO 장치의 유출수 중의 TOC의 농도를 각각 주기적으로 측정한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 pilot plant를 운전하고 유기물질을 분석하였다. 또한, 상기 각각의TOC 농도의 측정 결과를 도 4에 나타내었다.

[표 9]

운전 변수	UF 장치	RO 장치
유입수량	1.25m³/hr	1.25m³/hr
처리수량	1.25m³/hr	0.19m³/hr
Flux *^1**	28~30 LMH	22~24 LMH
회수율 *^2**	-	14~15%

* 1: 유량/멤브레인의 단면적

* 2: 회수율 = 처리유량/유입유량

도 4는 도 1의 폐수처리장치의 TOC 및 TMAH 제거효율을 처리시간별 및 공정단계별로 나타낸 그래프이다.

도 4를 참조하면, UF 장치에서는 주로 부유 고형물이 제거되고 TOC 제거율은 높지 않은 반면, RO 장치에서는 TOC 제거율이 97% 이상임을 알 수 있다. 즉, RO 장치로부터 배출된 유출수 중의 TOC 농도는 100㎍/L 이하인 것으로 나타났다. 이 결과로부터 생물막 반응기, MF 장치, UF 장치 및 RO 장치를 직렬로 연결하여 폐수를 연속적으로 처리하게 되면 초순수 원수로서의 수질 기준을 충족시킬 수 있음을 알 수 있다.

이상에서 본 발명이 도면 및 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 폐수처리장치 11: 중화조

12: 생물 반응기(BR) 12-1: 본체

12-2: 유입관 12-3: 분산판

12-4: 미생물 고정화 담체 12-5: 스크린

12-6: 유출관 13: BR 처리수 저장조

14: MF 장치 15: UF 장치

16: UF 처리수 저장조 17: RO 장치

18, 18' 배수관 19: RO 처리수 저장조

20: 반도체 또는 LCD 제조공정 21: 전처리 블록

22: Make-up 블록 23: Polishing 블록

24: 생산라인 25: Reclaim 블록

Claims

TMAH(tetramethyl ammonium hydroxide) 분해성 미생물 고정화 담체가 충진된 생물 반응기;

상기 생물 반응기의 후단에 직렬 연결된 UF(ultra filtration) 장치; 및

상기 UF 장치의 후단에 직렬 연결된 RO(reverse osmosis) 장치를 구비하고,

상기 미생물 고정화 담체는 폴리알킬렌글리콜계 중합체 분자 백본(backbone) 사이에 가교결합이 형성되어 있는 3차원 망목구조를 갖는 졸 상태의 폴리알킬렌글리콜계 중합체 및 상기 TMAH 분해성 미생물의 혼합물이 겔 상태로 고화된 것으로,

상기 TMAH 분해성 미생물은 상기 미생물 고정화 담체의 표면 및 공극내에 고정화된(immobilized) 폐수처리장치.
제1항에 있어서,

상기 생물 반응기는,

본체;

상기 본체의 적어도 일부를 관통하도록 배치되어 유입수를 공급 받는 유입관;

상기 유입관의 상부에 배치되고 복수의 관통홀이 형성된 분산판;

상기 분산판의 상부에 충진된 미생물 고정화 담체; 및

상기 본체의 적어도 일부를 관통하도록 배치되어 상기 미생물 고정화 담체에 의해 정화된 처리수를 배출하는 유출관을 구비하는 폐수처리장치.
제2항에 있어서,

상기 본체는 원통형 또는 사각통형인 폐수처리장치.
제3항에 있어서,

상기 본체가 원통형인 경우, 상기 본체의 직경(D)과 높이(H)의 비율(D:H)은 1:1~1:2인 폐수처리장치.
제3항에 있어서,

상기 본체가 사각통형인 경우, 상기 본체의 면적(A)과 높이(H)의 비율(A:H)은 1:1~1:10인 폐수처리장치.
제2항에 있어서,

상기 분산판의 개구율은 1~10%인 폐수처리장치.
제1항에 있어서,

상기 생물 반응기의 상단부에 배치되어 상기 미생물 고정화 담체의 유출을 방지하는 스크린을 추가로 구비하는 폐수처리장치.
제2항에 있어서,

상기 생물 반응기의 전단에 배치되어 상기 생물 반응기로 유입되는 유입수의 pH를 제1값으로 조절하는 중화조를 추가로 구비하는 폐수처리장치.
제8항에 있어서,

상기 유출관으로 배출된 처리수의 일부를 상기 생물 반응기 또는 상기 중화조로 반송하는 반송라인을 추가로 구비하는 폐수처리장치.
제8항에 있어서,

상기 제1값은 7~10인 폐수처리장치.
삭제
제1항에 있어서,

상기 생물 반응기와 상기 UF 장치 사이에 직렬 연결된 MF(micro-filtration) 장치를 추가로 구비하는 폐수처리장치.
제1항에 있어서,

상기 미생물 고정화 담체는 마이코박테리움 종 SMIC-1(Mycobacterium sp. SMIC-1)(수탁번호 KCTC 10947 BP) 및 메틸로박테리움 엑스토쿠엔스 SMIC-1(Methylobacterium extorquens SMIC-1)(수탁번호 KCTC 10946 BP)로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 미생물을 포함하는 폐수처리장치.
제1항에 있어서,

상기 폴리알킬렌글리콜계 중합체는 폴리(에틸렌글리콜) 모노아크릴레이트, 폴리(에틸렌글리콜) 디아크릴레이트, 폴리(에틸렌글리콜) 모노메타아크릴레이트, 폴리(에틸렌글리콜) 디메타아크릴레이트, 폴리(에틸렌글리콜) 디비닐 에테르, 폴리(에틸렌글리콜) 에틸 에테르 메타아크릴레이트, 폴리(에틸렌글리콜) 메틸 에테르 아크릴레이트, 폴리(에틸렌글리콜) 메틸 에테르 메타아크릴레이트, 폴리(에틸렌글리콜) 페닐 에테르 아크릴레이트, 폴리(에틸렌글리콜) 우레탄 모노아크릴레이트, 폴리(에틸렌글리콜) 우레탄 디아크릴레이트, 폴리(에틸렌글리콜) 우레탄 메타아크릴레이트, 폴리(에틸렌글리콜) 우레탄 디메타아크릴레이트, 폴리(에틸렌글리콜) 우레탄 트리아크릴레이트, 폴리(에틸렌글리콜) 우레탄 트리메타아크릴레이트, 폴리(에틸렌-코-프로필렌글리콜) 모노메타아크릴레이트, 폴리(에틸렌-코-프로필렌 글리콜) 메틸 에테르 메타아크릴레이트, 폴리(에틸렌-코-프로필렌 글리콜) 에틸 에테르 메타아크릴레이트, 폴리(에틸렌-코-프로필렌 글리콜) 부틸 에테르 메타아크릴레이트, 폴리(에틸렌-코-프로필렌글리콜) 모노아크릴레이트, 폴리(에틸렌-코-프로필렌글리콜) 메틸 에테르 아크릴레이트, 폴리(에틸렌-코-프로필렌글리콜) 에틸 에테르 아크릴레이트 및 폴리(에틸렌-코-프로필렌글리콜) 부틸 에테르 아크릴레이트로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 폴리알킬렌글리콜계 전구체가 중합되어 형성된 폐수처리장치.
제1항에 있어서,

상기 미생물 고정화 담체의 비중은 1.01~3.0인 폐수처리장치.
제15항에 있어서,

상기 미생물 고정화 담체는 비중이 2~5인 무기충진제를 포함하는 폐수처리장치.
제1항에 있어서,

상기 미생물 고정화 담체의 충진률은 상기 생물 반응기의 총 부피를 기준으로 10~90%인 폐수처리장치.
유입수의 pH를 제1값으로 조절하는 단계;

상기 pH 조절된 유입수를 TMAH 분해성 미생물 고정화 담체로 제1속도로 통과시켜 처리수를 얻는 단계;

상기 처리수의 일부를 반송하여 상기 미생물 고정화 담체에 재통과시키는 단계; 및

상기 미생물 고정화 담체를 통과한 처리수의 나머지를 UF(ultra filtration) 장치 및 RO(reverse osmosis) 장치로 연속적으로 통과시켜 정화시키는 단계를 포함하고,

상기 미생물 고정화 담체는 폴리알킬렌글리콜계 중합체 분자 백본(backbone) 사이에 가교결합이 형성되어 있는 3차원 망목구조를 갖는 졸 상태의 폴리알킬렌글리콜계 중합체 및 상기 TMAH 분해성 미생물의 혼합물이 겔 상태로 고화된 것으로,

상기 TMAH 분해성 미생물은 상기 미생물 고정화 담체의 표면 및 공극내에 고정화된(immobilized) 폐수처리방법.
제18항에 있어서,

상기 제1값은 7~10인 폐수처리방법.
제18항에 있어서,

상기 제1속도는 18~25m/hr인 폐수처리방법.
삭제