KR100992117B1

KR100992117B1 - 산 및 염기성 폐수의 전처리방법 및 전처리장치

Info

Publication number: KR100992117B1
Application number: KR1020080096651A
Authority: KR
Inventors: 박용석; 이원식; 김왕태; 이재원; 김리나
Original assignee: 큐바이오텍 (주)
Priority date: 2008-10-01
Filing date: 2008-10-01
Publication date: 2010-11-04
Also published as: KR20100037357A

Abstract

본 발명은 황화합물 및 염을 고농도로 함유하는 산 및 염기성(Spent Caustic) 폐수의 전처리방법 및 전처리장치에 관한 것으로, 상기 전처리방법은 폐수에 황산을 가하여 pH 조절장치에서 pH 3 내지 5로 조절된 폐수를 유수분리장치에서 유수분리하는 단계; 오일이 분리된 폐수를 호기성 미생물이 식종된 반응조(QSBR)에서 일정 온도 및 용존산소 농도가 유지되도록 폭기시키며, 가성소다를 가하여 반응시키는 단계; 반응조에서 처리된 폐수 중 악취물질을 대기방지설비에서 제거시키는 단계; 반응조에서 처리된 폐수를 침전조로 이송하여 침전된 미생물 슬러지를 상기 반응조로 반송시키고, 상등수를 배출시키는 단계; 반응조에서 폐수를 연속적으로 공급하다가 폐수를 차단하고, 반응조의 용존산소 농도를 추적하여 미생물 활성을 진단하는 단계; 및 미생물 활성의 진단결과에 따라 폐수공급량을 조절하는 단계로 구성되므로, 독성폐수, 고농도 폐수를 포함한 산 및 염기성 폐수를 효율적으로 처리할 수 있을 뿐 아니라, 초기 투자비가 작고 운전비가 저렴하며 운전이 간단하고 화재 및 폭발의 위험성이 없다.

산 및 염기성 폐수, 독성폐수, 고농도폐수, 황화합물, Spent Caustic

Description

산 및 염기성 폐수의 전처리방법 및 전처리장치{Method for pre-treating spent caustic wastewater and device therefor}

본 발명은 독성폐수, 고농도 폐수를 포함한 산 및 염기성 폐수를 효율적으로 처리할 수 있을 뿐 아니라, 초기 투자비가 작고 운전비가 저렴하며 운전이 간단하고 화재 및 폭발의 위험성이 없는 산 및 염기성(Spent Caustic) 폐수의 전처리방법 및 전처리장치에 관한 것이다.

산 및 염기성 폐수(spent caustic wastewater)는 가솔린의 메록스 공정, 등유의 메록스 공정 및 LPG의 부식 스크러빙/메록스 공정 등에서 유래되며, 이러한 폐수는 설파이드, 카르보네이트 및 유기산들로 오염되어 있다.

즉, 원유 중 황화합물의 존재로 인하여, 가솔린, LPG 및 디젤 연료와 같은 정제된 생성물은 머캅탄 및 황화물을 포함한 황화합물을 함유한다. 이러한 황화합물은 냄새 억제를 위해 그리고 부식 문제를 방지하기 위해 탄화수소 생성물로부터 제거되어야 한다.

통상적인 정제 후 황제거 방법은 탄화수소 스트림을 농축 가성소다 용액과 접촉시키는 부식제 세척법이 있다. 가성소다는 황화수소와 반응하여 황화나트륨을 형성하고 머캅탄과 반응하여 소듐 머캅타이드를 형성한다.

정제에 사용된 전형적인 산 및 염기성 폐수는 10 내지 170g/L의 황화나트륨, 100 내지 1000ppm의 머캅탄 및 미량의 페놀 및 이황화물을 함유한다. 석유화학 산업에 사용된 부식성 폐수의 조성은 매우 유사하다.

이러한 산 및 염기성 폐수에 존재하는 황화합물은 제거되어야 하며, 이를 위한 산 및 염기성 폐수의 전처리 공정 및 전처리 장치의 개발이 시급한 실정이다.

이에, 본 발명자는 원유의 정제과정 중 탈황공정에서 주로 발생되는 산 및 염기성 폐수의 생물학적 전처리방법 및 전처리장치를 개발하고, 이러한 방법 및 장치가 기존의 것과 비교하여 초기 투자비가 작으며, 운전비가 저렴할 뿐 아니라, 운전이 간단하고 화재 및 폭발의 위험성이 없다는 점을 발견하여 본 발명을 완성한 것이다.

따라서, 본 발명의 목적은 투자비 및 운전비가 적게 들며, 운전이 간단하고 안전한 산 및 염기성 폐수의 생물학적 전처리방법 및 전처리장치를 개발하는 데에 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 폐수에 황산을 가하여 pH 조절장치에서 pH 3 내지 5로 조절한 폐수를 유수분리장치에서 오일 및 물로 분리하는 단계; 오일이 분리된 폐수를 호기성 미생물이 식종된 반응조(QSBR)에서 일정한 온도 및 용존산소 농도가 유지되도록 폭기시키며, 가성소다를 가하여 반응시키는 단계; 반응조에서 처리된 폐수 중 악취물질을 대기방지설비에서 제거하는 단계; 반응조에서 처리된 폐수를 침전조로 이송하여 침전된 미생물 슬러지를 상기 반응조로 반송시키고, 상등수를 배출시키는 단계; 반응조에서 폐수를 연속적으로 공급하다가 폐수를 차단하고, 반응조의 용존산소 농도를 추적하여 미생물 활성을 진단하는 단계; 및 미생물 활성의 진단결과에 따라 폐수공급량을 조절하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 산 및 염기성(Spent Caustic) 폐수의 전처리방법을 제공한다.

본 발명에 따른 전처리방법은 상기 유수분리기 또는 반응조에서 배출된 황화수소에 가성소다를 가하여 제거하는 단계를 추가로 포함하며, 상기 폐수의 유기물 용적부하가 5.0 내지 15 kgㅇCODcr/m³ㅇday인 것이 바람직하다.

또한, 상기 반응조의 온도는 별도의 열교환기와 냉각탑에 의해 28 내지 45℃로 조절되며, 상기 열교환기의 열교환 매체로 표준활성오니조의 슬러지액이 사용된다. 그리고, 상기 반응조는 0.5 내지 3.0 ppm의 용존산소 농도가 유지되도록 폭기장치가 구비될 수 있다.

또한, 상기 폐수의 차단, 미생물 활성진단, 폐수 유량 조절의 일련의 반응이 프로그램에 의해 자동으로 수행된다.

또한, 상기 폐수는 원유의 정제과정 중 탈황공정에서 배출된 것으로, 설파이드 농도가 2,000 ppm 이상 및 증발잔류물(Total Disolved Solid; TDS)이 30g/L 이상인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 폐수에 황산을 전처리하여 pH를 조절하는 pH 조절장치; pH가 조절된 폐수를 유수분리하며 황화수소를 배출하는 유수분리장치; 오일이 제거된 폐수를 수용하여 호기성 미생물로 처리하며, 가성소다를 가하여 반응시키는 반응조; 상기 반응조 내에 공기를 공급하는 블로워; 상기 블로워로부터 공기를 미세한 공기방울로 만드는 산기관; 상기 반응조 내에서 용존산소 농도를 유지하는 폭기장치; 상기 반응조에서 배출되는 악취물질을 제거시키는 대기방지설비; 상기 반응조 외부에 설치되어 반응조 내에서 미생물의 대사열로 인한 폐수의 온도상승을 방지하기 위한 열교환기와 냉각탑; 상기 반응조로부터 처리된 폐수를 유입받아 미생물 슬러지를 침전시키고, 이를 상기 반응조로 반송시키며, 상등수를 배출시키는 침전조; 및 상기 모든 장치를 모니터링하고 제어하는 컴퓨터 컨트롤 유닛을 포함하는 산 및 염기성(Spent Caustic) 폐수 전처리장치를 제공한다.

본 발명에 따른 전처리장치는 상기 유수분리장치 또는 반응조에서 배출되는 황화수소에 가성소다를 가하여 제거시키는 가성소다 스크러버 또는 바이오필터를 추가로 포함할 수 있다.

또한, 상기 반응조 내의 온도를 자동으로 조절하기 위한 온도센서를 더 포함할 수 있고, 상기 반응조에서 발생하는 거품을 제거하기 위한 거품센서 및 소포제 펌프를 더 포함할 수 있다.

본 발명에서 반응조의 미생물 활성을 자동으로 측정하는 기술은 별도의 시료채취 즉 샘플링이 필요하지 않고, 운전에 전혀 영향을 주지 않을 뿐더러, 아주 빠르고 정확하게 미생물 활성을 진단할 수 있게 하여 부식성 폐수를 고부하로 처리하는데 아주 유용한 기술이다.

본 발명의 미생물활성 진단기술을 개략적으로 설명하면 다음과 같다. 반응조에 서식하는 호기성 미생물들은 연속적으로 유입되는 산 및 염기성 폐수를 분해하기 위하여 물속에 녹아 있는 용존산소를 사용하고 있으며, 이로 인해 용존산소 농도는 항상 일정한 운전범위로 유지되어야 한다.

본 발명의 미생물활성 진단기술은 상기와 같은 원리에 착안하여 개발되었다. 실제 운전상황을 보면, 폭기량이 일정하고 폐수 유량이 일정할 때, 용조산소 농도는 일정한 값을 나타내고 있으며, 폐수 유량과 농도 변화에 따라 용존산소 농도가 변화하는 것을 알 수 있다.

폐수 유입부하(유량 x 농도)가 일정한 상태에서 용존산소농도가 변한다는 것은 미생물 활성이 변한다는 것을 의미한다. 본 발명의 장치에서는 운전 중에 폐수 유량을 자동으로 차단시키고 용존산소 농도를 추적함으로써 미생물활성을 진단하는 프로그램을 구현하였다.

폐수가 유입되고 일정한 용존산소농도를 나타내는 상황에서 갑자기 폐수를 차단하면 폐수 분해 과정에서 사용되던 산소가 더 이상 소비되지 않아 용존산소농도가 급격히 상승하는 현상이 발생하는데 이것은 미생물활성이 아주 양호함을 의미하고, 폐수를 차단해도 용존산소 농도가 상승하지 않는다면 반응조에는 아직도 처리되지 않고 남은 유기물들이 많이 존재한다는 것을 의미하므로 미생물활성이 좋지 않다는 것을 알 수 있다.

본 발명에서는 상기와 같은 일련의 동작을 Feed Cut Process 라고 부르고 있으며, 상기 프로세스는 폐수 차단, 용존산소농도 추적, 미생물활성 진단, 및 미생물활성에 따른 조치라는 일련의 과정을 포함하고 있으며 컴퓨터 컨트롤유닛의 프로그램으로 구현하여 자동으로 수행이 가능하도록 하였다.

본 발명에 따른 산 및 염기성 폐수의 생물학적 전처리방법 및 전처리장치은 종래 것과 비교하여 초기 투자비가 작으며, 운전비가 저렴할 뿐 아니라, 운전이 간 단하고 화재 및 폭발의 위험성이 없어 안전하여 원유의 정제과정 중 탈황공정에서 주로 발생하는 폐수의 전처리에 매우 유용하게 사용될 수 있다.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 폐수처리 장치는 배관형 혼합장치(In-Line Mixer;4) 등의 pH 조절장치, 유수분리장치(5), 반응조인 QSBR(6), 침전조인 QCF(Quick Clarifier;7) 및 전체 시스템을 제어하는 컴퓨터 컨트롤 유닛(미도시) 등으로 구성된다.

보다 상세하게는 산 및 염기성 폐수에 황산투입펌프(19b,19c)로부터 공급되는 황산으로 pH를 조절하는 배관형 혼합장치(4), pH가 조절된 폐수를 유수분리하는 유수분리장치(5), 반응조인 QSBR(6), 상기 유수분리장치 또는 상기 반응조로부터 유입되는 폐수에 가성소다투입펌프(20b,20c)를 통해 공급되는 가성소다를 처리하여 황화수소를 제거하는 가성소다스크러버(NaOH scrubber;15), 상기 가성소다스크러버(15) 또는 상기 반응조에서 배출되는 황화수소를 포함한 악취물질을 제거하는 바이오필터(18), 상기 QSBR(6)에 공기를 공급하는 블로워(10a), 블로워(10a)로부터 공급되는 공기를 미세한 공기방울로 만드는 산기관(10b), 대사열로 인한 QSBR(6) 내 온도상승을 방지하기 위한 별도의 열교환기(11)와 냉각탑(12), 반응조(6)의 미생물액을 열교환기(11)로 순환시키는 미생물순환펌프(13), 냉각탑(12)의 냉각수를 상기 열교환기(11)로 순환시키는 냉각수순환펌프(14), QSBR(6)에 설치된 pH센서(23a,23b), 용존산소센서(24a,24b), 온도센서(25a,25b) 및 거품센서(26a,26b), 상기 pH센서(23a,23b)에 의해 측정된 결과에 따라 자동적으로 반응조 또는 배관형 혼합장치의 pH를 적정범위로 맞추어 주기 위해 필요한 황산탱크(19a)와 가성소다탱크(20a) 및 황산투입펌프(19a)와 가성소다투입펌프(20b,20c), 미생물의 증식에 필요한 영양분을 보관하는 영양제 탱크(21a) 및 영양제투입펌프(21b), 거품센서(26a,26b)의 신호에 따라 QSBR(6) 내의 거품을 제거하기 위한 소포제탱크(22a) 및 소포제투입펌프(22b), QSBR(6)로부터 이송된 폐수내의 슬러지를 침강시키는 침전조인 QCF(7), QCF(7)내 침전된 미생물 슬러지를 QSBR(6)로 반송시키는 미생물반송 펌프(8) 등으로 구성된다.

도 1을 참조하여 본 발명에 따른 폐수 전처리방법을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다. 먼저, 산 및 염기성 폐수는 배관형 혼합장치(4)에 유입되어 황산투입펌프(19b,19c)를 통해 유입되는 황산으로 pH를 조절한 후, 유수분리장치(5) 내로 유입되어 유수분리된다.

이때, 유수분리장치에서 발생되는 황화수소 등의 악취가스는 가성소다스크러버(15)로 이동하여 제거될 수 있고, 더나아가 바이오필터(18)에서 악취가스가 제거될 수 있다.

오일이 제거된 폐수는 QSBR(6) 내로 유입되어 일정 시간동안 체류되고, QSBR(6) 내에 서식하고 있는 미생물들은 폐수 속에 녹아 있는 유기물을 분해하고 산화하며 증식한다. 이때, OSBR(6)에서 발생되는 황화수소 등의 악취가스는 바이오필터(18)에서 제거된다.

QSBR(6) 내는 블로워(10a) 및 산기관(10b)을 통해 공급되는 공기로 인해 격렬하게 폭기되고, 상기 폭기로 인해 미생물이 유기물을 산화하는데 필요한 산소가 공급될 뿐 아니라, QSBR(6) 전체가 균질화된다. 이때의 폭기량은 용존산소(DO) 농도가 0.5 내지 3 ppm이 유지되도록 조절한다. 이는 용존산소 농도가 너무 높으면 블로워(10a) 용량 대비 산소의 이용율이 떨어져 비경제적이기 때문이고, 반대로 용존산소 농도가 너무 낮으면 미생물이 폐수를 분해하는데 필요한 산소가 부족하여 폐수의 처리효율이 떨어지기 때문이다.

QSBR(6) 내에서 미생물에 의한 산화과정을 통해 유기물들은 이산화탄소와 물, 그리고 미생물 슬러지로 변환된다. 높은 용적부하로 인해 QSBR(6) 내의 온도가 상승할 경우 반응 중인 폐수 일부를 열교환기(11)로 보내 냉각시키고 다시 반응조(6)로 순환시킴으로써 과도한 온도 상승을 막는다.

이때의 반응조(6) 내의 미생물액 온도는 28 내지 45℃로 유지시킨다. 온도 가 너무 낮으면 미생물 활성이 떨어져 폐수의 처리효율이 낮아지고, 반대로 온도가 너무 높으면 활성이 급속히 감소하고 미생물이 사멸하게 된다.

QSBR(6)에서 처리된 폐수는 미생물 슬러지와 함께 QCF(7)로 이동되고, QCF(7)에서 슬러지와 상층액으로 분리된다. QCF(7)에서 슬러지 형태로 가라앉은 미생물들은 침전조 하부에 모여져 미생물 반송펌프(8)에 의해 QSBR(6)로 반송되기도 하고, 밸브 전환에 의해 다른 곳으로 인발되기도 한다.

반송된 미생물들은 반응조(6)에서 폐수를 분해하는 과정에 참여하게 되고, 인발된 미생물들은 소화조에서 소화되거나 기존의 표준활성오니조에서 소화가 된다. 그리고, 상층액은 다음 공정, 예컨대 표준활성오니조로 배출된다.

QSBR(6)의 미생물농도는(MLSS) 통상적으로 10,000 내지 17,000 ppm 이 적당하므로 미생물농도가 너무 상승하게 되면 침전조(7)에서 인발량을 증가시키고, 반대로 미생물농도가 너무 낮으면 인발을 하지 않고 반송량을 증가시켜 운전한다.

본 발명의 침전조(QCF;7)는 기존의 표준활성오니 공정의 침전조와 달리 상기와 같이 처리수와 미생물 슬러지를 분리하는 침전조(7) 고유의 기능을 수행하는 것 이외에 산기관(10b)을 이용한 폭기기능을 보유하고 있다.

침전조(7)로 유입되는 공기는 공기압 혹은 전기로 작동되는 밸브에 의하여 폭기시간이 조절된다. 폭기시간은 하루에 1회, 1회에 30분 정도 수행하는 것이 바람직하고 상황에 따라 회수와 시간을 컴퓨터 컨트롤 유닛으로 조절한다.

침전조(7)를 폭기하는 이유는 기존 표준활성오니 공정에 비해 미생물농도가 높고, 미생물활성도 높고, 온도도 높기 때문에 반응조(6)에서 침전조(7)로 넘어 온 미생물액은 침전조(7)를 쉽게 혐기상태로 만들고 혐기화 반응이 진행되어 미생물이 혐기소화되는 현상을 방지하기 위해서이다. 이때 침전조의 용존산소농도가 3 내지 7 ppm이 되도록 폭기하는 것이 바람직하다.

한편, 운전 중에는 전술한 바와 같이 폐수 유량을 자동으로 차단시키고 용존산소농도를 추적함으로써 미생물활성을 진단하는 프로그램이 가동된다. 폐수가 유입되고 일정한 용존산소농도를 나타내는 상황에서 갑자기 폐수를 차단하면 폐수 분해과정에서 사용되던 산소가 더 이상 소비되지 않아 용존산소농도가 급격히 상승하는 현상이 발생하는데 이것은 미생물활성이 아주 양호함을 의미하고, 폐수를 차단해도 용존산소농도가 상승하지 않는다면 반응조에는 아직도 처리되지 않고 남은 유기물들이 많이 존재한다는 것을 의미하므로 미생물활성이 좋지 않다는 것을 알 수 있다.

컴퓨터 컨트롤 유닛의 프로그램은, 운전자가 입력한 설정치보다 DOp가 감소하거나 또는 용존산소가 정상운전시 용존산소농도(DOn)보다 1.0이상 상승하는데 소요되는 상승시간(t-lag)이 길어지면 미생물활성이 저하되고 있다고 판단하고 음성이나 화상신호 통한 알람을 내보내고, 폐수 유입량을 자동으로 조절한다.

이와 같은 Feed Cut Process를 진행하면서 진단되는 미생물활성에 따라 폐수의 유입량을 조절하여 폐수 처리의 효율을 더욱 향상시키게 된다. 이러한 일련의 과정은 컴퓨터 컨트롤 유닛의 프로그램 자동으로 수행된다.

또한, 도 2에서 또다른 일실시예가 도시되어 있으며, 가성소다스크러버(15)가 생략된 것을 제외하고는 도 1과 동일한 구성을 포함한다.

본 발명에 따른 전처리공정 및 전처리장치는 종래 방법 및 장치에 비해 초기 투자비가 적으며, 운전비가 저렴하며, 운전이 간단하고 화재 및 폭발의 위험성이 없어 안전하다.

또한, 도 3에서는 본 발명에 따른 공정도를 상세하게 도시하고 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 좀 더 구체적으로 살펴보지만, 이에 본 발명의 범주가 한정되는 것은 아니다.

<실시예 1> 폐수 준비

본 실시예는 중국에 소재한 QPC 정유공장에서 발생하는 산 및 염기성 폐수(spent caustic wastewater)를 대상으로 본 발명을 적용한 사례이다. 먼저 폐수의 기본적인 특징은 하기 표 1과 같다.

폐수의 성상	디젤유 알칼리 잔류	촉매분해 휘발유 알칼리 잔류	가스 분리된 알칼리 잔류
pH	13	13	13
황화합물(S^2-)	1,002	5,345	618
COD	88,900	360,000	167,000
NH₃-N	3,957	4,113	4,896
히드록시벤젠(페놀)	6,702	80,886	25,351
수분 함량(톤/개월)	350-400	400
수분 함량(톤/일)	11.6-13.3	13.3
폐수 샘플	단일샘플	혼합샘플

<실시예 2> 폐수 전처리 장치의 운전 조건

본 실시예에서 사용한 본 발명에 따른 장치의 폐수 전처리 공정도는 도 4와 같고, 본 발명에 따른 장치의 운전 조건은 하기 표 2와 같다.

폐수 스트림	HCG	HCD	HCW	LCW
t/h	0.6	-	0.6	11.9
t/d	15.0	-	15.0	285.0
		88,900
ppmCOD	279,600	161,000	279,600	500
kgC/d	4,194	-	4,194	143

전처리, %	90%	94%	90%	80%
C1	27,000	9,400	27,000	100
kgC/d	405	-	405	29

QBR, %	75%	20%	75%	76%
C2	6,750	#DIV/0!	6,750	433
kgC/d	101	-	101	130

<실시예 3> 산처리 분석

본 실시예에 따른 장치를 이용하여 하기 표 3과 같이 실시예 1의 디젤유 폐수를 산처리하였다.

6N-HCl 주입량(ml)	pH 변화	첨가된 6N-HCl		산 노르말 (N)	비고
6N-HCl 주입량(ml)	pH 변화	투입비(%)	1L당 투입량(ml/L)	산 노르말 (N)	비고
-	13.2	-	-	-
1.0	13.2	0.5	5	0.03	염산떨어진 곳은 흰색결이 생김
1.0	13.2	1.0	10	0.06
3.0	13.1	2.5	25	0.15
6.0	13.0	5.5	55	0.33
6.0	12.8	8.5	85	0.51
6.0	11.5	11.5	115	0.69
2.0	8.7	12.5	125	0.75
1.0	8.2	13.0	130	0.78	상부 살색 SS 발생
1.0	7.8	13.5	135	0.81
0.5	7.4	13.8	138	0.83	상부갈색기름(점도높음) 하부액 살색 2(불투명)
1.0	6.4	13.0	130	0.78	산투입후 pH 감소했다가 천천히 상승
1.0	5.7	13.5	135	0.81
1.0	1.8	14.0	140	0.84	냄새(4) 상부갈색기름(점도,점성높음) 하부액 황색 1(불투명) pH 상승 거의 없음

이러한 산처리에 따른 CODcr 및 성상 변화를 하기 표 4에 나타내었다.

	원수	pH 7.4로 중화	pH swing 후 재중화 (pH 1.8 → 7.2)
CODcr (ppm)	161,000	9,408	2,424
CODcr 제거효율 (%)	0	94	98
색	갈색(4)	살색(2)	황색(1)
냄새	4.5	4.5	4.5
S^2-(ppm)	208	-	32
S^2-제거효율 (%)	0	-	85
SO₄ ^2-(ppm)	31,000	-	170
SO₄ ^2-제거효율 (%)	0	-	99
페놀 (ppm)	100	25	25
페놀 제거효율 (%)	0	75	75
비고	-	갈색기름층 약9.1%제거	기름층 제거후 액만 중화

또한, 본 실시예에 따른 장치를 이용하여 하기 표 5와 같이 실시예 1의 가솔린 폐수를 산처리하였다.

6N-HCl 주입량(ml)	pH 변화	첨가된 6N-HCl		산 노르말 (N)	비고
6N-HCl 주입량(ml)	pH 변화	투입비(%)	1L당 투입량(ml/L)	산 노르말 (N)	비고
-	13.2	-	-	-
6.0	13.3	3.0	30	0.18	염산떨어진 곳은 흰색결이 생김
12.0	13.4	9.0	90	0.54
12.0	13.3	15.0	150	0.90
12.0	13.1	21.0	210	1.26
6.0	12.8	24.0	240	1.44	탁도 조금 줄어들었음
12.0	12.7	30.0	300	1.80	불투명
6.0	11.8	33.0	330	1.98	불투명, 갈색(2)
6.0	11.1	36.0	360	2.16
6.0	10.7	39.0	390	2.34	상부 갈색기름 생성 시작
6.0	10.4	42.0	420	2.52	불투명, 황색(2)
6.0	9.8	45.0	450	2.70	불투명, 황색(3) 발열 심함
3.0	9.3	46.5	465	2.79	44℃
6.0	6.0	49.5	495	2.97	기름 5%, 황색(2), 불투명
3.0	1.2	51.0	510	3.06	색깔 변화 없음 기름 20ml 제거

이러한 산처리에 따른 CODcr 및 성상 변화를 하기 표 6에 나타내었다.

	원수	pH 6.0로 중화	pH swing 후 재중화 (pH 1.2 → 7.4)
CODcr (ppm)	279,600	27,680	25,120
CODcr 제거효율 (%)	0	90	91
색	진갈색(2)	황색(2)	황색(3)
냄새	5.0	5.0	5.0
S^2-(ppm)	3,467	480	33
S^2-제거효율 (%)	0	-	99
SO₄ ^2-(ppm)	4,000	-	2,600
SO₄ ^2-제거효율 (%)	0	-	35
페놀 (ppm)	50,000	6,250	5,000
페놀 제거효율 (%)	0	88	90
비고	-	냄새 아주 강함	냄새 아주 강함

<실시예 4> 운전 데이터

본 실시예에 따른 장치를 이용하여 도 4와 같은 공정으로 산 및 염기성 폐수를 전처리한 결과, 도 5에 도시된 바와 같이 독성폐수, 고농도 폐수를 포함한 산 및 염기성 폐수로부터 유해성분 예를들어, COD, 페놀, 황화합물 등을 효율적으로 처리할 수 있었다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 산 및 염기성 폐수 전처리장치를 도시한 것이고,

도 3은 본 발명에 따른 산 및 염기성 폐수 전처리공정의 개념도를 나타낸 것고,

도 4는 본 발명에 따른 산 및 염기성 폐수 전처리공정도를 나타낸 것이고,

도 5는 본 발명에 따른 산 및 염기성 폐수 전처리장치 및 공정을 이용한 운전 데이터를 나타낸 것이다.

<도면 부호에 대한 설명>

1: 폐수 저장탱크 2: 폐수 유입펌프

3: 컨트롤 밸브 4: 배관형 혼합장치

5: 유수분리장치 6: 반응조(QSBR)

7: 침전조 8: 미생물 반송펌프

9: 오일 저장탱크 10a: 블로워

10b: 산기관 11: 열교환기

12: 냉각탑 13: 미생물 순환펌프

14: 냉각수 순환펌프 15: 가성소다 스크럼버

16: 가성소다 순환펌프 17: 공기흡입펌프

18: 바이오필터 19a: 황산탱크

19b,19c: 황산투입펌프 20a: 가성소다탱크

20b,20c: 가성소다 투입펌프 21a: 영양제 탱크

21b: 영양제 투입펌프 22a: 소포제 탱크

22b: 소포제 투입펌프 23a,23b: pH 센서

24a,24b: DO 센서 25a,25b: 온도 센서

26a,26b: 거품 센서

Claims

폐수에 황산을 가하여 pH 조절장치에서 pH 3 내지 5로 조절한 폐수를 유수분리장치에서 오일 및 물로 분리하는 단계;

오일이 분리된 폐수를 호기성 미생물이 식종된 반응조(QSBR)에서 일정한 온도 및 용존산소 농도가 유지되도록 폭기시키며, 가성소다를 가하여 반응시키는 단계;

반응조에서 처리된 폐수 중 악취물질을 대기방지설비에서 제거하는 단계;

반응조에서 처리된 폐수를 침전조로 이송하여 침전된 미생물 슬러지를 상기 반응조로 반송시키고, 상등수를 배출시키는 단계;

반응조에서 폐수를 연속적으로 공급하다가 폐수를 차단하고, 반응조의 용존산소 농도를 추적하여 미생물 활성을 진단하는 단계; 및

미생물 활성의 진단결과에 따라 폐수공급량을 조절하는 단계

를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 산 및 염기성(Spent Caustic) 폐수의 전처리방법.
제 1항에 있어서, 상기 유수분리장치 또는 반응조에서 배출된 황화수소에 가성소다를 가하여 제거하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 산 및 염기성(Spent Caustic) 폐수의 전처리방법.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 반응조의 온도는 별도의 열교환장치와 냉각탑에 의해 28 내지 45℃의 온도로 조절되며, 상기 열교환장치의 열교환 매체로 표준활성오니조의 슬러지액이 사용되는 것을 특징으로 하는 산 및 염기성(Spent Caustic) 폐수의 전처리방법.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 반응조는 0.5 내지 3.0 ppm의 용존산소 농도가 유지되도록 폭기장치가 구비된 것을 특징으로 하는 산 및 염기성(Spent Caustic) 폐수의 전처리방법.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 폐수의 차단, 미생물 활성진단, 폐수 유량 조절의 일련의 반응이 프로그램에 의해 자동으로 수행되는 것을 특징으로 하는 산 및 염기성(Spent Caustic) 폐수의 전처리방법.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 폐수는 원유의 정제과정 중 탈황공정에서 배출된 것으로, 황화합물의 농도가 2,000 ppm 이상 및 증발잔류물(Total Disolved Solid; TDS)이 30g/L 이상인 것을 특징으로 하는 산 및 염기성(Spent Caustic) 폐수의 전처리방법.
폐수에 황산을 전처리하여 pH를 조절하는 pH 조절장치;

pH가 조절된 폐수를 유수분리하며 황화수소를 배출하는 유수분리장치;

오일이 제거된 폐수를 수용하여 호기성 미생물로 처리하며, 가성소다를 가하여 반응시키는 반응조;

상기 반응조 내에 공기를 공급하는 블로워;

상기 블로워로부터 공기를 미세한 공기방울로 만드는 산기관;

상기 반응조 내에서 용존산소 농도를 유지하는 폭기장치;

상기 반응조에서 배출되는 악취물질을 제거시키는 대기방지설비;

상기 반응조 외부에 설치되어 미생물 영양제 및 가성소다를 반응조로 공급하는 공급장치;

상기 반응조 외부에 설치되어 반응조 내에서 미생물의 대사열로 인한 폐수의 온도상승을 방지하기 위한 열교환기와 냉각탑;

상기 반응조로부터 처리된 폐수를 유입받아 미생물 슬러지를 침전시키고, 이를 상기 반응조로 반송시키며, 상등수를 배출시키는 침전조; 및

상기 모든 장치를 모니터링하고 제어하는 컴퓨터 컨트롤 유닛

를 포함하는 산 및 염기성(Spent Caustic) 폐수 전처리 장치.
제 7항에 있어서, 상기 대기설비장치는 유수분리장치 또는 반응조에서 배출되는 황화수소에 가성소다를 가하여 제거시키는 가성소다 스크러버 또는 바이오필터인 것을 특징으로 하는 산 및 염기성(Spent Caustic) 폐수 전처리 장치.
제 7항에 있어서, 상기 반응조 내의 온도를 자동으로 조절하기 위한 온도센 서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 산 및 염기성(Spent Caustic) 폐수 전처리 장치.
삭제
제 7항에 있어서, 상기 반응조에서 발생하는 거품을 제거하기 위한 거품센서 및 소포제 펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 산 및 염기성(Spent Caustic) 폐수 전처리 장치.