KR101214371B1

KR101214371B1 - 고농도 질소함유 폐수 처리방법

Info

Publication number: KR101214371B1
Application number: KR1020100026685A
Authority: KR
Inventors: 이미란
Original assignee: (주)대성그린테크
Priority date: 2010-03-25
Filing date: 2010-03-25
Publication date: 2012-12-21
Also published as: KR20110107522A

Abstract

본 발명은 염분농도가 높은 고농도 질소함유 수산물 가공폐수 처리방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수산물 가공폐수를 폐수저장조에서 제1유량조로 이송시켜 안정화와 균질화를 이루는 제1안정화단계와, 상기 제1유량조로부터 수산물 가공폐수를 전기분해하는 염분제거단계와, 상기 염분제거과정을 거친 수산물 가공폐수를 제올라이트흡착조로 이송하여 암모니아성질소를 분리하는 질소제거단계와, 상기 암모니아성 질소가 분리된 수산물 가공폐수를 제2유량조로 이송시켜 안정화와 균질화를 이루는 제2안정화단계와, 상기 제2유량조의 수산물 가공폐수를 SBR반응조로 이송하여 유기물제거, 잔류 암모니아성 질소의 질산화 및 자체탈질과정을 거치는 미생물처리단계와, 상기 SBR반응조를 거친 처리수를 방류하는 단계로 이루어진 것으로, 상기 염분제거단계는 일정양의 전류를 일정시간 동안 수산물 가공폐수에 가하여 최초 수산물 가공폐수에 함유되어 있는 염분을 일정량 제거하고, 상기 암모니아성질소 분리단계는 폐굴껍질과 제올라이트의 일정량이 혼합되어 조성된 혼합물을 이용하여 수산물 가공폐수에 함유되어 있는 암모니아성 질소와 중금속을 동시에 제거함으로써, SBR반응조에서의 미생물반응에 의한 수처리 효율을 높일 수 있도록 구성된 염분농도가 높은 고농도 질소함유 수산물 가공폐수 처리방법에 관한 것이다.

Description

고농도 질소함유 폐수 처리방법{TREATMENT METHOD OF WASTEWATER CONTAINING STRONG NITROGENOUS}

본 발명은 일반적인 생활오수와는 달리 유기물, 영양염의 농도가 높고, 유지방 및 어류 육질 분쇄 등으로 인하여 많은 부유물을 함유하고 있으며, 염분농도가 높아 산소포화농도가 감소하여 DO농도가 낮아져 산소부족에 따른 부패가 일어나고 그에 따른 부패취 발생 등의 악취가 발생하는 고농도 질소함유 폐수 처리방법에 관한 것이다.

질소와 인은 폐수를 처리하여 배출시 고려하여야 할 주요 영양염류들이다. 특히 질소를 포함한 유출수는 호수와 저수지의 부영양화를 가속시킬 수 있다. 얕은 하천에서 조류와 수생식물의 성장을 촉진시키고, 이는 수자원의 이용을 저해하게 된다. 지난 수십년간 하?폐수 처리공정의 수는 급격히 증가하였으며, 이중에서 많은 종류의 처리 공정이 질소화합물(nitrogen compound)을 다른 물질로 전환하거나, 제거하는 공정으로 지속적으로 개발되어 왔다. 질소 제거가 주목적이 아닌 다른 하폐수 처리공정들(water-treatment process)도 질소화합물을 포함한 고농도의 다른 화합물을 제거하는데 사용되고 있지만, 이와 같은 처리공정으로는 단지 적은 양만이 처리될 뿐 아니라, 특수한 형태의 질소화합물은 거의 제거되지 못하고 있다.

고농도 질소를 함유하는 산업폐수는 발생원 및 성상이 다양하기 때문에 하나의 정형화된 공정으로 모든 형태의 폐수를 처리할 수 없으므로 처리공정 구성에 앞서 폐수특성에 대한 기본적인 분류가 필요하며, 이에 따른 고농도 질소함유 산업폐수를 3가지 유형으로 분류하여 보면 다음의 표 1과 같다.

고농도 질소함유 산업폐수 유형분류

구분	특성	배출시설
1형	▷ BOD, TN의 농도가 모두 높고 C/N비가 9?32이며, 자체탈질이 가능한 폐수 ▷ 예) 석탄화합물제조 BOD 5,632mg/l, TN 595mg/l COD 2,489mg/l, SS 276mg/l BOD/N ratio 9.5	석탄화합물 부타디엔계 화학물질 살균/살충제/농업용화학품 화장품 치약
2형	▷ BOD, TN의 농도가 모두 높고 C/N비가 2?6이며, SS제거 목적의 응집침전 처리 시 부수적으로 발생되는 BOD 제거로 인해 자체탈질에 필요한 C/N 비를 유지하지 못하는 폐수 ▷ 예) 비료제조시설 BOD 809mg/l, TN 376mg/l COD 300mg/l, SS 1,200mg/l BOD/N ratio 2.2	비료/질소화합물 비철금속제련/정련/합금 산업용 가스 기초 무기화합물 고무 및 플라스틱 기타 섬유제품 가죽/모피가공/제품 유리/유리제품 석유화학계기초화합물 합성연료유연제/기타착색 합성수지/기타플라스틱
3형	▷ BOD 농도는 낮고 TN 농도가 높으며 C/N 비가 1 미만인 폐수 ▷ 예) 강관제조시설 BOD 68mg/l, TN 162mg/l COD 94mg/l, SS 95mg/l BOD/N ratio 0.4	금속주조 강관제조, 철강압연 등 비철금속제련/정련/합금 동압연압출/연신제품

상기 표 1에서 확인되는 바와 같이, 고농도 질소함유 폐수를 배출하는 업체의 상당부분이 폐수 2형에 속한다. C/N 비가 높은 폐수 1형의 경우 외부탄소원을 주입하지 않고 일반적인 생물학적 고도처리공정(MLE, A2/O, SBR 등)을 통해 질소제거가 가능하다. 한편, C/N 비가 역전된 폐수 3형은 주로 금속제품을 질산으로 세척하는 과정에서 발생하기 때문에 폐수 내 질소가 NO₃-N의 형태이므로 탈질전용 공정을 적용하면 처리가 가능하다. 그러나 폐수 2형의 경우 주로 NH₄-N 형태의 고농도 질소가 존재하기 때문에 질산화미생물 확보를 위한 반응조의 대용량화와 이에 따른 슬러지발생량 증가가 따르고, 낮은 C/N 비 때문에 저하되는 탈질효율을 상승시키기 위하여 고가의 외부탄소원(메탄올)을 반드시 투입하여야 한다. 따라서 폐수 2형을 배출하는 산업체는 기존의 생물학적처리방식을 적용할 경우 넓은 부지를 확보하고 다량의 슬러지처리와 고가의 외부탄소원 투입에 필요한 유지관리비의 상승 때문에 시설설치에 제약을 받는다. 또한 수질환경 보전측면에서 볼 때도 상당량의 고농도 질소함유 폐수가 2형에 속하기 때문에 빠른 기간 내에 현장에 적용 가능한 신규공정의 개발이 매우 절실한 시점이다.

본 발명은 폐수 2형에 속하는 고농도 질소함유 폐수 중 수산물 가공폐수를 그 처리대상으로 하며, 상기 수산물 가공폐수는 위판장 폐수 및 수산물 처리시설 폐수로 나눠볼 수 있다.

상기 수산물 처리시설은 어패류를 가공하여 식품을 제조하는 시설이기 때문에, 상기 처리시설로부터 발생하는 폐수는 주로 해동, 할복 후 내장 제거, 세척공정 등에서 발생된다. 이와 같이 발생된 폐수의 일반적인 성상은 다음의 표 2와 같다.

오염항목	BOD	COD	SS	T-N	T-P
농도(mg/ℓ)	1,912	1,444	1,189	228	21

우리나라는 환경부와 해양경찰청의 관할하는 부분이 해안선을 기준으로 나뉘어져 있으나 하수처리장 처리수가 모두 해양으로 유입되기 때문에 해양오염에 대한 관심이 높아지고 있다. 강으로 유입되는 하수나 하수처리장과 폐수처리장에서 배출되는 유출수 뿐만 아니라 각 해안지역에 위치하고 있는 위판장이나 수산물가공업에서 배출되는 폐수도 연안오염의 주요인자로 알려져 있다.

국내에서 운영 중인 위판장이나 수산물가공공장에는 폐수처리시설이 없거나 설치되었다고 하더라도 위판장 상황이 고려되지 않은 처리시설이 대부분이기 때문에 위판장의 폐수배출 특성을 고려한 공정의 설정 및 개선 방안 연구가 필요한 실정이다. 위판장 폐수는 고농도의 염분이 함유되어 있고 폐수의 발생이 불규칙적이며, 발생되지 않는 시기도 있기 때문에 연속식 생물학적 처리공법으로는 시설운영에 많은 문제점 있다.

위판장 폐수는 어획량과 종류에 따라 부하변동이 심하고 영양염류로 알려진 질소나 인이 포함되어 있고 염분농도도 높기 때문에 처리에 어려움이 있으나 미처리시 연안해역의 부영양화를 촉진시킬 수 있다. 따라서 위판장폐수는 유기물뿐만 아니라 영양염류의 제거를 위한 위판장 실정에 맞는 고도처리시설이 필요한 실정이다.

공개특허 10-2007-0121148(공개일자 2007년 12월 27일) 등록특허 10-0365314(등록일자 2002년 12월 05일)

상기의 문제를 해결하기 위하여, 본 발명은 염분농도가 높은 고농도 질소함유 수산물 가공폐수를 효율적으로 처리하기 위하여, 수산물 가공폐수에 포함되어 있는 염분을 효과적으로 줄임으로써 SBR반응조에서의 수처리 효과를 높이고, 또한 폐수에 포함되어 있는 중금속 등에 의한 수처리효과 저하문제를 해결하기 위하여, 제올라이트와 폐굴껍질의 혼합물에 의한 물리적 흡착과정을 거침으로써 암모니아성 질소 및 중금속의 처리효과를 높여주어 수산물 가공폐수를 효율적으로 처리할 수 있도록 고농도 질소함유 폐수 처리방법을 제공하고자 함을 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위하여,

본 발명은 수산물 가공과정에서 발생한 폐수를 폐수저장조에 임시 저장한 후 제1유량조로 이송시켜 공기를 지속적으로 주입하면서 수산물 가공폐수의 안정화와 균질화를 이루는 제1안정화단계와,

상기 제1유량조로부터 수산물 가공폐수를 전기분해조로 이송하여 전기분해에 의한 염분을 제거하는 염분제거단계와,

상기 염분제거과정을 거친 수산물 가공폐수를 제올라이트흡착조로 이송하여 물리적흡착에 의한 암모니아성질소를 분리하는 질소제거단계와,

상기 암모니아성 질소가 분리된 수산물 가공폐수를 제2유량조로 이송시켜 공기를 지속적으로 주입하여 수산물 가공폐수의 안정화와 균질화를 이루는 제2안정화단계와,

상기 제2유량조로부터 수산물 가공폐수를 SBR반응조로 이송하여 미생물에 의한 화학적 처리를 통해 유기물제거, 잔류 암모니아성 질소의 질산화 및 자체탈질과정을 거치는 미생물처리단계와,

상기 SBR반응조를 거친 처리수를 방류하는 단계로 이루어진 것으로,

상기 염분제거단계는 전기분해에 의해 수산물 가공폐수에 함유되어 있는 염분농도를 낮추는 것으로서, 10A ~ 20A의 전류를 50분 ~ 70분 동안 수산물 가공폐수에 가하여 최초 수산물 가공폐수에 함유되어 있는 염분의 20 ~ 30%를 제거하고,

상기 암모니아성질소 분리단계는 폐굴껍질 20 ~ 80wt%와 제올라이트 20 ~ 80wt%의 혼합으로 조성된 혼합물을 이용하여 수산물 가공폐수에 함유되어 있는 암모니아성 질소와 중금속을 동시에 제거함으로써, SBR반응조에서의 미생물반응에 의한 수처리 효율을 높일 수 있도록 구성된 고농도 질소함유 폐수 처리방법을 주요 기술적 구성으로 한다.

그리고, 상기 제올라이트는 750℃에서 하소한 고령토 5 ~ 10wt%를 1 ~ 4M NaOH 수용액 90 ~ 95wt%에 첨가하여 80 ~ 100℃에서 교반 합성한 합성물을 pH가 8 ~ 8.5가 되도록 HCl을 이용하여 pH를 조절하고, 이와 같이 pH가 조절된 합성물을 100 ~ 120℃에서 건조시켜 제조된 것이고,

상기 폐굴껍질은 ball mill로 분쇄하여 250㎛의 입경을 갖는 것으로, pH가 8 ~ 9인 것이다.

또한, 상기 SBR반응조는 pH 7.2 ~ 8.0, 용존산소농도 0.13 ~ 0.2mg/L, 반응조의 온도 15 ~ 30℃의 조건에서 질산화 반응이 이루어지는 것이며,

10 ~ 20mm 구형 바이오 세라믹 담체가 내부에 충진되어, 미생물의 부착 생장률을 높여줌으로써 질소제거효율을 높일 수 있도록 구성된 것으로, 상기 세라믹담체는 규조토(diatomite)와 제올라이트(Zeolite)를 1:1중량비율로 혼합한 광물질을 이용하여 600 ~ 1,000℃에서 고온소성하여 10 ~ 20mm 구형으로 제작한 것으로, 기공이 50 ~ 80㎛인 것임을 특징으로 한다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 염분농도가 높은 고농도 질소함유 수산물 가공폐수 처리방법은 최종적 SBR반응조의 미생물반응의 방해요소인 염분과 중금속 성분을 사전에 충분히 제거하여 줌으로써, 고농도 질소의 효율적인 처리가 이루어질 수 있어, 염분농도가 높은 고농도 질소함유 수산물 가공폐수를 효과적으로 처리할 수 있는 방법을 제공한다.

도 1은 본 발명의 염분농도가 높은 고농도 질소함유 수산물 가공폐수 처리방법에 따른 공정순서도.
도 2는 본 발명의 염분농도가 높은 고농도 질소함유 수산물 가공폐수 처리장치의 개략 구성도.

수산물 가공폐수는 수산물 가공 처리시설에서 어폐류를 가공하여 식품을 제조하는 과정에서 발생하는 것으로, 일반적인 대상원으로는 오징어, 명태, 게, 굴 이 있다. 오징어 가공?처리공정은 냉동 오징어의 해동, 할복, 탈피, 자숙, 세척, 침지, 조미, 건조 등의 과정을 거치게 되는데, 폐수는 주로 해동, 활복 후 냉동제거, 세척공정 등에서 많이 배출된다. 그 중에서도 해동공정에서 가장 많은 폐수가 배출된다. 명태 가공처리 공정은 박피, 수세, 배합, 성형, 건조 등을 거치게 되는데 수세 및 바닥청소에 의한 폐수가 많이 배출된다.

상기 수산물 가공폐수에는 상당히 높은 농도의 염분이 포함되어 있으며,염분농도가 높은 폐수는 산소포화농도가 감소하여 DO농도가 낮아지게 되므로 산소부족에 따른 부패가 일어나고 그에 따른 부패취 발생 등의 악취가 발생된다. 그리고 염분농도가 높으면 호염성 미생물만 폭기조에 증식이 가능하기 때문에 폭기조의 미생물상이 단순해진다. 그러므로 자연히 오염물질의 분해속도가 낮아져 처리효율이 감소된다.

또한, 상기 수산물 가공폐수에 포함되어 있는 성분 중 Ca은 경도에 영향을 미치고 경도성분은 용액에서 침전되어 scale을 일으킬 수 있다. Fe의 경우 물에 녹는 환원된 상태(Fe²⁺)나 물에 녹지 않는 산화된 형태(Fe³⁺)로 존재한다. 철의 농도가 높을 시에 산소와 결합하여 산화되어 pH에 영향을 미칠 수 있다. 또한 Al의 경우 철과 비슷한 반응을 하며 산소와 결합할 경우 불용성의 산화물이 만들어진다. Al, Fe 등의 금속은 음전하를 띄는 유기 콜로이드 성분과 혼합물을 형성할 수 있다. 이러한 유입수의 특성은 생물반응조에 악영향을 끼치게 된다. 따라서 이와 같은 양이온(중금속 성분)을 제거하여 줌으로써 생물반응조에 악영향을 미치는 방해요소를 제거하는 효과를 가지게 된다.

본 발명에서는 이와 같은 효과를 얻기 위해서, 제올라이트에 의한 물리적 흡착반응 전에 전기분해를 통한 염분의 농도를 낮추고, 또한 제올라이트 및 폐굴껍질의 혼합물에 의한 중금속 성분의 제거와 암모니아성 질소의 제거 과정을 거치게 된다.

상기의 기술 구성에 대한 구체적인 내용을 도면과 함께 살펴보고자 한다.

도 1은 본 발명의 염분농도가 높은 고농도 질소함유 수산물 가공폐수 처리방법에 따른 공정순서도로서, 도 2의 처리장치 구성과 함께 수산물 가공폐수의 처리공정에 대해 살펴보면 다음과 같다.

제1안정화단계

수산물 가공과정에서 발생된 폐수를 폐수저장조(10)에 임시저정한 후에 제1유량조(20)로 이송하고, 상기 제1유량조(20)로 이송된 수산물 가공폐수에는 지속적으로 공기가 공급됨으로써, 수산물 가공폐수의 안정화와 균질화를 이루게 된다.

상기 제1유량조(20)는 유입된 수산물 가공폐수가 12 ~ 21.6시간 동안 체류되도록 하며, 상기 제1유량조(20)의 구체적인 설계용량은 4.99㎥이다.

상기 제1유량조(20)의 내부 바닥면에는 공기의 공급을 위한 브로워가 설치되며, 상기 브로워의 용량(capacity)은 2,840rpm x 2.5kw인 것을 사용한다.

염분제거단계

수산물 가공폐수는 고농도의 염분을 함유하고 있으며, 폐수에 함유되어 있는 염분은 미생물반응조 내에서의 용존산소의 결핍, 수처리효율의 저하, 슬러지 침전성 불량의 문제를 발생시키게 된다. 따라서 수산물 가공폐수에 함유되어 있는 염분을 최대한 많이 제거하는 것이 바람직하다.

상기 제1유량조(2)로부터 공급된 고농도 염분 함유의 수산물 가공폐수의 염분 함량을 낮추기 위해, 전기분해과정을 거치게 된다.

상기 전기분해를 위한 전기분해조(30)에서는 50분 ~ 70분 동안 체류하는 수산물 가공폐수에 10A ~ 20A의 전류를 가하여, 최초 유입된 수산물 가공폐수 염분의 20 ~ 30%를 제거한다.

상기 전기분해조(30)의 전기 공급은 30V, 50A 용량의 정류기(Regulated D.C power supply)를 사용하여 전압기를 조절하여 필요한 전류밀도에 따른 전류를 공급한다. 양극판(Anode)는 알루미늄, 음극판은 스테인리스 스틸을 사용한다. 상기 스테인리스 스틸(stainless steel)은 10% 이상의 Cr, 7 ~ 20%의 Ni를 함유한 Fe-Cr-Ni 3원소 합금을 칭한다.

상기 염분제거는 염분농도가 높아질수록 동일 체류시간을 기준으로 볼때 염분농도가 낮을 때보다 제거효율이 낮다. 따라서, 고농도의 염분을 함유하고 있는 수산물가공 폐수는 더 많은 체류시간이 필요하다. 그리고 전기분해조(30)에서의 체류시간이 길어질수록 제거효율이 증가하고, 전류의 세기가 세어질수록 효율도 점차적으로 증가하나, 상기 체류시간은 수처리 시간이 너무 장기화되면 수처리 효율이 떨어질 수 있고, 전류의 세기가 세어지면 시간의 경과에 따른 수온이 지속적으로 상승하기 때문에 전류의 세기를 계속 높일 수 없다. 따라서, 50 ~ 70분 동안의 체류시간 동안 10A ~ 20A의 전류를 이용하여 전기분해를 하는 것이 바람직하다.

질소제거단계

상기 염분제거과정을 거친 수산물 가공폐수는 제올라이트흡착조(40)로 이송하여 물리적흡착에 의한 암모니아성질소를 분리한다.

상기 암모니아성질소 분리단계는 폐굴껍질 20 ~ 80wt%와 제올라이트 20 ~ 80wt%의 혼합으로 조성된 혼합물을 이용하여 수산물 가공폐수에 함유되어 있는 암모니아성 질소와 중금속을 동시에 제거함으로써 SBR반응조에서의 반응효과를 높이도록 구성된다.

상기 폐굴껍질은 ball mill로 분쇄하여 250㎛의 입경을 갖는 것으로, pH가 8 ~ 9인 것을 사용한다.

상기 폐굴껍질에 묻어있는 흙이나 모래성분, 염분을 제거하기 위해 40시간 동안 증류수로 깨끗이 세척한 후 자연 건조시키고 Ball mill로 분쇄하여 평균입경을 250㎛로 분쇄한 후, 건조기에서 105±2℃를 유지하면서 24시간동안 가열, 증발, 건조시켜 폐굴껍질이 흡습하지 않도록 데시케이터 속에서 항온 보관한 것을 사용한다.

상기 폐굴껍질은 37.8%의 Ca로 구성되어 있고, 93wt%가 CaCO₃로써 대부분이 CaCO₃로 구성되어 있다. 중금속을 함유하고 있는 폐수처리에 있어서 폐굴껍질을 첨가할 경우 다음의 식에 나타난 바와 같이 CO₂를 포함하고 있는 물과 반응하여 알칼리를 생성하므로 pH가 상승하게 된다.

굴껍질(CaCO₃) + CO₂ + H₂O ---> 굴껍질 + CO₂ ⁺ + CO₃ ^2-

CO₃ ² ^- + H₂O ---> HCO³ ^- + OH^-

굴껍질은 Ca, Mg, Na 등의 알칼리 생성물질을 함유하고 있으므로 수중에서 CaCO₃의 흡착, 이온교환반응 등의 표면화학적인 작용과 pH상승효과를 얻을 수 있다.

그리고, 이러한 현상으로 인하여 폐수 중의 중금속이 초기에는 침전을 생성하게 되고, 후기에는 흡착현상이 일어나게 된다.

상기 제올라이트는 750℃에서 하소한 0.6 ~ 31.6㎛ 입자크기의 고령토 5 ~ 10wt%를 1 ~ 4M NaOH 수용액 90 ~ 95wt%에 첨가하여 80 ~ 100℃에서 교반 합성한 합성물을 pH가 8 ~ 8.5가 되도록 HCl을 이용하여 pH를 조절하고, 이와 같이 pH가 조절된 합성물을 100 ~ 120℃에서 건조시켜 제조된 것을 사용한다.

상기 제올라이트는 광물학상 Na, Ca등을 함유하는 결정성 함수 알루미늄산규산염광물(aluminosilicate)로서 SiO₄사면체와 AlO₄사면체가 서로 1개씩 산소 원자를 공유하여 결합한 흡착제로서 원자구조상 입체망목 구조의 격자를 가지고 있다. 그 일부 구조의 움직임이 자유로와 흡착과 탈착이 가능한 수분을 함유하고 있으며, 양이온 교환성과 원자격자 간의 크기에 따라 가스체를 선택적으로 분리, 흡착하는 성질을 가지고 있다.

상기 제올라이트의 일반적인 화학식은 다음 식에서와 같이 나타낼 수 있다.

xDy [Al(x + 2y)Sin - (x + 2y)O₂n ]?mH₂O

여기서 M = 1가 양이온,

D = 2가 양이온

x, y, n, m = 분자수

그리고 상기 제올라이트는 용수 및 폐수처리에 광범위하게 사용되고 있지만 주로 이용되는 분야로는 물의 연수화(Softening), 탈염(Desalting), 암모니아 제거, 폐수의 중금속 처리 및 방사성 폐기물 처리 등이다.

상기 제올라이트의 암모니아 이온교환 반응식은 다음과 같다.

Z-Na⁺ + NH₄ ⁺ → Z-NH₄ ⁺ + Na⁺ (암모니아 이온교환)

상기 제올라이트의 주된 목적인 NH₄ ⁺의 제거 외에도 양이온(중금속 성분)을 제거함으로써 부수적으로 생물반응조에 악영향을 미치는 방해요인을 제거하는 효과를 얻을 수 있다.

상기 제올라이트흡착조(40)의 유입수량은 10㎥/DAY ÷ 24HR = 0.42㎥/HR이고, 여과 표면적은 0.42㎥/HR÷9.0 ㎥/㎡.HR = 0.047㎡이다. 그리고, 상기 제올라이트흡착조(4)에서의 수산물 가공폐수의 체류시간은 30 ~ 40분을 유지한다.

제2안정화단계

상기 암모니아성 질소가 분리되고, 중금속 성분이 제거된 수산물 가공폐수는 제2유량조(50)로 이송되어, 지속적으로 공급되는 공기를 사용하여 수산물 가공폐수의 안정화와 균질화를 이루게 된다.

상기 제2유량조(50)는 수산물 가공폐수가 1 ~ 13.8시간 동안 체류할 수 있도록 하고, 상기 최대 체류시간 13.8시간은 상기 제2유량조(50)의 설계용량 5.76㎥에 대해, (5.76㎥ × 24hr)/(10㎥/day) = 13.8hr와 같이 계산되어 산출된 시간이다.

미생물처리단계

상기 제2유량조(50)를 거친 수산물 가공폐수는 SBR반응조(60)로 이송하여 미생물에 의한 화학적 처리가 이루어져, 수산물 가공폐수에 포함되어 있는 유기물제거, 잔류 암모니아성 질소의 질산화 및 자체탈질과정을 거치게 된다.

상기 SBR은 한 개의 반응조내에 원수를 유입시켜서 반응 및 침전 후 처리수를 방류하는 생물학적 반응조로서 하나의 조가 폭기조, 침전조, 탈질산소조의 3가지 기능을 수행한다. SBR의 유입기간 동안 폐수가 반응조내의 미생물과 접촉하면서 반응조의 수면까지 채워지게 된다. 생물학적으로 질소를 제거하기 위해서는 첫번째가 NH₄ ⁺-N가 NO₃ ^--N로 산화되는 질산화반응이며, 두번째가 전자수용체로 NO₃ ^--N를 이용하여 질소가스로 방출시키는 탈질화반응이다.

상기 SBR반응조(60)의 pH, 용존산소농도, 수온은 생물학적 질산화반응에 영향을 미치는 인자로서, 상기 pH는 7.2 ~ 8.0를 유지하는 것으로, pH가 7.2 미만을 유지하게 되는 경우에는 질산화반응이 현저히 떨어지게 된다.

상기 용존산소농도 0.13 ~ 0.2mg/L을 유지하는 것으로, 0.13mg/L 미만에서는 탈질반응이 중지되고, 0.13mg/L을 초과하게 되는 경우에는 탈질 박테리아인 Pseudomonas가 방해를 받게 된다.

또한, 상기 수온은 온도 15 ~ 30℃를 유지하게 되며, 이는 탈질 박테리아의 활동성을 높일 수 있는 최적온도를 유지하기 위한 것이다.

상기 SBR반응조(60)의 내부에는 바이오 세라믹 담체가 설치되며, 상기 세라믹 담체에 의한 미생물의 서식공간을 제공하여 줌으로써, 탈질화반응을 높여주게 된다.

상기 바이오 세라믹 담체는 규조토(diatomite)와 제올라이트(Zeolite)를 1:1중량비율로 혼합한 광물질을 이용하여 600 ~ 1,000℃에서 고온소성하여 10 ~ 20mm 구형으로 제작한 것으로, 기공이 50 ~ 80㎛인 것이다.

상기 기공이 50 ~ 80㎛인 것은 미생물의 최적의 서식처를 제공하기 위한 것으로, 폐수처리에 사용되는 미생물의 크기가 보통 5㎛ 내외이기 때문에, 미생물의 서식처로는 10배 이상의 크기가 바람직하다.

10 ~ 20mm 구형 바이오 세라믹 담체가 내부에 충진되어, 미생물의 부착 생장률을 높여줌으로써 질소제거효율을 높일 수 있도록 구성된 것으로,

상기 세라믹담체는 규조토(diatomite)와 제올라이트(Zeolite)를 1:1중량비율로 혼합한 광물질을 이용하여 600 ~ 1,000℃에서 고온소성하여 10 ~ 20mm 구형으로 제작한 것으로, 기공이 50 ~ 80㎛인 것임을 특징으로 하는 염분농도가 높은 고농도 질소함유 수산물 가공폐수 처리방법.

이와 같은 세라믹담체의 투입에 의해 상기한 바와 같이, 암모니아 이온교환에 의한 질소제거효율이 극대화되며, 적절한 미세 기공의 크기에 의해 미생물 부착 성장 효과를 갖는다.

상기 SBR반응조(60)는 8 ~ 24간 동안의 운전조건을 가지며, MLSS(㎎/ℓ) 2,000 ~ 3,000, F/M비(㎏BOD/㎏MLSS/d) 0.15 ~ 0.5, 혐기지속시간 1.8 ~ 3.0hr, 호기지속시간 1.0 ~ 4.0hr을 갖는다.

상기 SBR 반응조에서의 수산물 가공폐수의 체류시간은 1일 ~ 1.44일이다.

상기 SBR 반응조의 필요공기량은 다음의 식에 의해 산출된다.

O₂(KG/DAY) : aLr + bSa

a : 제거BOD KG당 산소요구량 = 0.5(kg.O₂/kg.BOD)

Lr : BOD 제거량

= 10㎥/day × (510 - 10)ppm × 10^-3= 5.0kg/day

b : MLVSS의 산소요구량에 대한 내호흡계수 = 0.07kg/day2/kg-MLVSS.day)

Sa : MLVSS량(MLSS의 70%) = 14.4㎥×3,000㎎/ℓ×0.7×10^-3 = 2.71kg/day

O₂ = (0.5 × 5.0) + (0.07 × 3.02) = 3.26kg/day

표준상태에서 공기중 산소량은 0.277kg. 0₂/m³ 산기관의 산소 이용율은 8%, 이고, 가동시간은 20시간이다.

AIR = (2.71kg/day)/(0.277×0.08×20×60) = 0.11 × 1.2(여유율) = 0.123㎥/min이다.

본 발명에 따른 염분농도가 높은 고농도 질소함유 수산물 가공폐수 처리방법은 기존의 처리가 용이하지 않던 염분이 높은 농도로 함유되어 있는 수산물 가공폐수를 효율적으로 처리할 수 있는 방법을 제안함으로써, 수산물 가공업체 등에 사용함으로써 그 산업상 이용가능성이 높다.

10: 폐수저장조
20: 제1유량조
30: 전기분해조
40: 제올라이트흡착조
50: 제2유량조
60: SBR반응조

Claims

수산물 가공과정에서 발생한 폐수를 폐수저장조(10)에 임시 저장한 후 제1유량조(20)로 이송시켜 공기를 지속적으로 주입하면서 수산물 가공폐수의 안정화와 균질화를 이루는 제1안정화단계와,
상기 제1유량조(20)로부터 수산물 가공폐수를 전기분해조(30)로 이송하여 전기분해에 의한 염분을 제거하는 염분제거단계와,
상기 염분제거과정을 거친 수산물 가공폐수를 제올라이트흡착조(40)로 이송하여 물리적흡착에 의한 암모니아성질소를 분리하는 질소제거단계와,
상기 암모니아성 질소가 분리된 수산물 가공폐수를 제2유량조(50)로 이송시켜 공기를 지속적으로 주입하여 수산물 가공폐수의 안정화와 균질화를 이루는 제2안정화단계와,
상기 제2유량조(50)로부터 수산물 가공폐수를 SBR반응조(60)로 이송하여 미생물에 의한 화학적 처리를 통해 유기물제거, 잔류 암모니아성 질소의 질산화 및 자체탈질과정을 거치는 미생물처리단계와,
상기 SBR반응조(60)를 거친 처리수를 방류하는 단계로 이루어진 것으로,
상기 염분제거단계는 전기분해에 의해 수산물 가공폐수에 함유되어 있는 염분농도를 낮추는 것으로서, 10A ~ 20A의 전류를 50분 ~ 70분 동안 수산물 가공폐수에 가하여 최초 수산물 가공폐수에 함유되어 있는 염분의 20 ~ 30%를 제거하고,
상기 암모니아성질소 분리단계는 폐굴껍질 20 ~ 80wt%와 제올라이트 20 ~ 80wt%의 혼합으로 조성된 혼합물을 이용하여 수산물 가공폐수에 함유되어 있는 암모니아성 질소와 중금속을 동시에 제거함으로써, SBR반응조에서의 미생물반응에 의한 수처리 효율을 높일 수 있도록 구성된 것에 있어서,
상기 제올라이트는 750℃에서 하소한 0.6 ~ 31.6㎛ 입자크기의 고령토 5 ~ 10wt%를 1 ~ 4M NaOH 수용액 90 ~ 95wt%에 첨가하여 80 ~ 100℃에서 교반 합성한 합성물을 pH가 8 ~ 8.5가 되도록 HCl을 이용하여 pH를 조절하고, 이와 같이 pH가 조절된 합성물을 100 ~ 120℃에서 건조시켜 제조된 것임을 특징으로 하는 고농도 질소함유 폐수 처리방법.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 폐굴껍질은 ball mill로 분쇄하여 250㎛의 입경을 갖는 것으로, pH가 8 ~ 9인 것임을 특징으로 하는 고농도 질소함유 폐수 처리방법.
청구항 1에 있어서,
SBR반응조는 pH 7.2 ~ 8.0, 용존산소농도 0.13 ~ 0.2mg/L, 반응조의 온도 15 ~ 30℃의 조건에서 질산화 반응이 이루어지는 것임을 특징으로 하는 고농도 질소함유 폐수 처리방법.
청구항 1에 있어서,
SBR반응조는 10 ~ 20mm 구형 바이오 세라믹 담체가 내부에 충진되어, 미생물의 부착 생장률을 높여줌으로써 질소제거효율을 높일 수 있도록 구성된 것으로,
상기 세라믹담체는 규조토(diatomite)와 제올라이트(Zeolite)를 1:1중량비율로 혼합한 광물질을 이용하여 600 ~ 1,000℃에서 고온소성하여 10 ~ 20mm 구형으로 제작한 것으로, 기공이 50 ~ 80㎛인 것임을 특징으로 하는 고농도 질소함유 폐수 처리방법.