KR101214991B1 - 염색폐수처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 염색공정에서 발생되는 염색폐수에 대한 처리방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 오존, MBBR, MBR, 막분리를 적용하여 염색폐수처리에 대한 비용, 시간, 공간을 대폭 절약하면서도, 효율적임은 물론, 고도의 수질개선으로 재이용이 가능케 한 염색폐수처리방법을 제공한다
본 발명에 따른 염색폐수처리방법은, 염색폐수에 오존을 투입하여 오존에 의한 산화분해반응으로 염색폐수에 포함된 난분해성 물질을 분해성 물질로 변환시키는 오존산화처리단계와; 상기 오존산화처리단계를 거친 처리수를 유동성 담체가 충진된 부유메디아 생물반응기(Moving Bed Bio Reactor, MBBR)를 이용하여 염색폐수에 포함된 불순물을 미생물에 의해 제거시키는 생물학적처리단계와; 상기 생물학적처리단계를 거친 처리수를 호기반응조에 정밀여과법(Micro Filtration, MF)을 적용한 분리막생물반응기(Membrane bioreator, MBR)를 이용하여 선단에서 미처리된 염색폐수에 포함된 불순물을 호기반응에 의한 미생물에 의해 재차 제거함과, 동시에 미생물에 의해 제거되지 못하는 이물질을 MF분리막으로 제거시키는 복합분리막처리단계와; 상기 복합분리막처리단계를 거친 처리수를 역삼투법(Roverse osmosis, RO)을 이용하여 정밀여과법에서 미처리된 염색폐수에 포함된 이물질을 RO분리막으로 재차 제거시키는 분리막처리단계;를 거쳐서 완성됨을 특징으로 하는 염색폐수처리방법을 제안한다.

Description

염색폐수처리방법{Method For Treating Waste Water}

본 발명은 염색공정에서 발생되는 염색폐수에 대한 처리방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 오존, MBBR, MBR, 막분리를 적용하여 염색폐수처리에 대한 비용, 시간, 공간을 대폭 절약하면서도, 효율적임은 물론, 고도의 수질개선으로 재이용이 가능케 한 염색폐수처리방법을 제공한다

일반적인 섬유염색 산업폐수는 섬유에 염료를 부착시키는 염색공정의 과정에서 다량의 물을 소비하며 폐수배출량이 많은 특징이 있고, 이렇게 발생하는 폐수는 고온, 고알칼리성이며, 색소화합물, 조염제, 계면활성제, 기타 각종 고분자 유기화합물 등과 같은 난분해성 물질을 함유하고 있으며, 사용하는 섬유의 종류나 염료에 따라 용수사용량과 폐수의 성상이 일정하지 않고, 고농도의 SS, 색도, COD, 오염부하물질, 등을 다량 함유하고 있으며, 계절별, 유행 별로 폐수처리장으로 유입되는 폐수의 유기물질의 농도변화가 매우 심해 처리에 큰 어려움을 겪고 있다.

이러한 염색폐수의 처리는 일반적으로 응집제의 투입에 의해 폐수에 포함된 불순물들을 응집, 교반, 침전시키는 물리화학적 처리단계, 상기에서 침전되고 남은 처리수를 수중폭기에 의한 산소의 공급으로 미생물에 의해 호기 반응을 시키는 생물학적 처리단계, 상기에서 호기 반응된 처리수를 다시 재침전시키는 재침전처리단계를 거치게 한 것이 대부분이었다.

그러나, 종래의 처리방법은 많은 양의 슬러지를 발생시키며, 염색폐수에 함유된 염료나 폴리비닐알콜과 같은 난분해성 물질들은 미분해된 상태로 지나치게 되고, 때때로 처리한 유출수는 높은 COD와 색도를 함유하고 있었으며, 응집 및 침전에 필요한 공간과 그에 대한 반응시간이 상당히 오래 걸리며, 다양한 화학약품의 첨가로 2차 오염물질이 생성될 수 있는 문제점과, 색도가 제대로 제거되지 못해 고농도에 대한 수질개선이 어려워 염색폐수 방류수를 다시 재이용할 수 없는 문제점이 있었다.

하여, 본 발명은 성상이 일정하지 않고, 고농도의 SS, 색도, COD, 오염부하물질, 난분해성 물질을 다량 함유하고 있는 염색폐수에 대한 처리를 응집, 침전, 반응, 등을 하지 않고도, 보다 효율적이면서 고도의 수질개선을 도모할 수 있는 염색폐수처리방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 염색폐수에 오존을 투입하여 오존에 의한 산화분해반응으로 염색폐수에 포함된 난분해성 물질을 분해성 물질로 변환시키는 오존산화처리단계와;

상기 오존산화처리단계를 거친 처리수를 유동성 담체가 충진된 부유메디아 생물반응기(Moving Bed Bio Reactor, MBBR)를 이용하여 염색폐수에 포함된 불순물을 미생물에 의해 제거시키는 생물학적처리단계와;

상기 생물학적처리단계를 거친 처리수를 호기반응조에 정밀여과법(Micro Filtration, MF)을 적용한 분리막생물반응기(Membrane bioreator, MBR)를 이용하여 선단에서 미처리된 염색폐수에 포함된 불순물을 호기반응에 의한 미생물에 의해 재차 제거함과, 동시에 미생물에 의해 제거되지 못하는 이물질을 MF분리막으로 제거시키는 복합분리막처리단계와;

상기 복합분리막처리단계를 거친 처리수를 역삼투법(Roverse osmosis, RO)을 이용하여 정밀여과법에서 미처리된 염색폐수에 포함된 이물질을 RO분리막으로 재차 제거시키는 분리막처리단계;를 거쳐서 완성됨을 특징으로 하는 염색폐수처리방법을 제안한다.

상기와 같이 된 본 발명은, 우선 오존산화처리단계를 먼저 행함으로써 염색폐수에 대한 처리의 효율성을 극대화할 수 있고, 이로 인해 생물학적처리단계로의 진행이 원활해 짐은 물론, 생물학적처리단계에서 염색폐수에 포함된 고농도의 SS, 색도, COD, 오염부하물질, 등의 불순물들을 미생물에 의해 대부분 제거할 수 있으며, 이때 미생물로 처리되지 못하는 이물질은 분리막으로 여과함으로써 고도의 수질개선을 도모할 수 있어 염색수로써 재이용 가능한 효과가 있다.

또한, 본 발명은 종래와 같이 염색폐수에 대한 처리를 응집, 침전, 반응, 등을 하지 않고, 오존, 생물학적 담체, 막분리를 이용하여 연속적으로 처리함으로써, 염색폐수의 처리에 대한 시간, 공간, 비용을 대폭 절약하면서도 보다 효율적이고, 깨끗한 방류수를 제공할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 블록도
도 2는 본 발명의 또 다른 예를 나타낸 블록도
도 3은 본 발명의 또 다른 예를 나타낸 블록도
도 4는 본 발명의 또 다른 예를 나타낸 블록도

이하, 첨부된 도면과 함께 본 발명을 설명하면 다음과 같다. 다만 본 발명을 설명함에 있어 선등록된 공지기술 및 통상적 기술에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 흐릴 수 있어 생략 또는 간단한 명칭 등으로 대체한다.

본 발명은 도1과 같이, 크게 오존산화처리단계; 생물학적처리단계; 복합분리막처리단계; 분리막처리단계;로 나누어진다.

이하, 상기의 각 단계에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다.

우선, 오존산화처리단계는, 염색폐수에 오존을 투입하여 오존의 투입에 의한 산화분해반응으로 염색폐수에 포함된 난분해성 물질을 분해성 물질로 변환시키기 위함이다.

이러한, 오존산화는 대표적인 고도처리 기술의 하나로써, 오존이 가진 강한 산화 분해작용으로 염색폐수에 포함된 오염물질을 살균, 표백, 탈취, 철과 망간의 제거, 시안 화합물, 페놀, 세제 등을 분해한다. 오존산화는 오존과 오염물질의 접촉성, 반응시간에 의해 처리효율이 큰 차이를 있으며, 이는 오존의 기포크기 조절을 통해 조절이 가능하다. 오존 기포의 크기는 다양한 방법을 통해 조절할 수 있으나, 통상 오존을 물속으로 주입하는 방식을 조절하여 제어하는 것이 일반적이며, 주입방식은 크게 산기방식과 벤츄리방식으로 적용할 수 있다.

여기에서, 오존산화의 적용은 산기방식과 벤츄리방식을 들 수 있는데, 산기방식은 아래 그림과 같이, 디퓨저(Diffuser)타입이 바람직하다.

디퓨즈타입은 수조 하부의 오존을 함유한 공기가 배관을 통한 디퓨저의 작은 기공을 통해 오존공기를 미세화시켜 접촉시키도록 함으로써 가능한데, 이때 디퓨저는 미세기공이 형성되도록 함이 유리하며, 공급배관을 수조 하부에 형성하면, 동력의 소모 없이 오존가스를 높은 효율로 산기 시킬 수 있고, 이때 수조의 수두가 5m 이상 높게 함이 바람직하다.

벤츄리방식은 아래 그림과 같은 인젝터(Enjector)타입이 바람직한데,

인젝터타입은 펌프의 압력을 이용하여 오존화된 가스를 진공상태의 인젝터 내부로 흡입시켜 물과 산기 시키도록 함으로써 가능하다. 이는 수조의 수두에 영향이 적으므로 수조가 낮은 수두압이 적은 접촉지에서 사용이 용이하다. 그러나, 디퓨저방식에 비해 펌프동력이 들어가고 인젝터의 정확한 선정이 필요하다.

이하, 상기를 토대로 오존산화의 적용에 대한 벤츄리타입과 디퓨져타입의 오존전달속도상수(Ozone transfer rate constant)를 결정하는 실험 예가 아래와 같다.

이 실험에서는 오존 주입시 벤츄리타입과, 디퓨져타입에 따른 오존전달효율이 미치는 영향을 알아보기 위하여 각 주입 방식별 오존전달속도상수(oxygen transfer rate constant, KLa)를 결정하였고, 기상으로부터 액상으로의 오존전달속도(oxygen transfer rate)는 아래의 수식과 같다.

이를 적분하면,

상기의 수식에서 C(t)는 시간에 따른 용존오존농도, KLa는 오존전달 속도상수(1/hr), Cs는 포화시의 O3 농도(mg/L), C는 수용액중의 용존오존농도(mg/L)이다.

위의 수식을 이용해 KLa 값을 결정하였고, 염색폐수에 대한 오존전달계수를 확인하기 위해 황산을 주입시켜 PH를 7정도로 조정한 후 질소가스를 주입하여 용존오존를 완전히 제거한 후 25℃에서 공기유량을 1500ml/min으로 고정한 다음, 디퓨저타입과 인젝터타입을 적용한 시간에 따른 용존오존변화와 오존전달계수 값을 구한 것이 아래 표와 같다.

	디퓨저	벤츄리
K La (20) hr -	0.1408	0.315
오존용해량(N) (g3 / hr)	0.49	1.11

상기의 표를 통해 알 수 있듯이, 주입방식에 따른 처리효율을 시험한 결과, 산기방식보다는 벤츄리방식이 안정적이었고 처리효율이 높음을 증명할 수 있었다.

이는, 벤츄리방식이 산기방식에 비해 발생되는 오존의 크기가 미세하고(0.1mm 이하) 용존전달계수가 크기 때문에 오염물질과의 접촉성이 상대적으로 높기 때문이나, 벤츄리방식의 주입방법은 처리되는 유량이 적은 경우(배관내의 유속이 낮은 경우)에는 원활한 오존 주입이 이루어지지 않은 문제점도 있었다. 이는 배관내의 유속이 높을 때와 비교하여 유속이 낮을 경우에는 상대적으로 압력이 증가하게 되어 오존의 용해성이 낮아지기 때문이다. 그러므로, 벤츄리방식을 통해 오존을 주입할 경우에는 일정수준 이상의 유량과 유속을 확보하는 것이 중요하다.

더불어, 오존산화의 반응시간은 단계적으로 반응시간을 조절하여 시험한 결과, 10min 내외에서 가장 안정적이고 경제적이었고, 오존산화는 반응시간이 길어질수록 높은 처리효율을 나타내었지만 일정수준 이상의 반응시간에서는 처리효율의 증가 폭이 상쇄되어 공정의 경제성과 운전성 측면에서는 오히려 악영향을 미칠 우려도 있다.

따라서, 염색폐수에 대한 오존산화는 벤츄리타입의 적용이 바람직하되, 반응시간을 적절하게 조절하여야 함에 유의하여야 한다.

특히, 본 발명은 오존산화처리단계를 전단에 수행한 다음에 후단에 생물학적처리단계를 수행하게 되는데, 그 이유에 대한 설명을 하면 다음과 같다.

우선, 오존산화를 생물학적 처리의 후단에 적용할 수도 있다. 그 대표적인 예가, "등록특허 제10-1047030호"의 "혐기-호기 바이오필터와 오존 후처리 공정을 이용한 염색폐수의 처리장치 및 방법"에 기술되어 있는데, 선등록특허와 같이 오존산화가 미생물 처리공정의 후단에 적용되는 것과, 본 발명과 같이 미생물 처리공정의 전단에 적용되는 것은 확연한 차이가 있다.

이는, 처리염색폐수에 난분해성 물질이 다량 포함되어 있다는 것과 상당한 연관관계를 가지는 것으로, 선등록특허와 같이 오존산화가 후단에 위치되면, 본 공정인 혐기-호기 바이오필터 공정에서 미처리된 색도와 COD의 제거효율만 높일 수 있는 정도에 불과하였고, 상기 오존산화에 의한 분해작용으로 후단에 별도의 후처리공정이 동원되어야 하는 문제점도 수반된다.

따라서, 본 발명은 오존산화가 생물학적 처리공정의 선단에 오게 됨으로써, 오존의 강력한 산화력으로 인해 염색폐수에 포함된 난분해성이 분해성 물질로 분해 또는 전환이 되고, 이에 의해 후단의 생물학적 처리공정에서 미생물에 의해 오염물질을 최종적으로 분해시키기 때문에 보다 안정적인 처리가 가능한 것이다.

반면, 선등록특허와 같이 오존산화가 생물학적 처리공정의 후단에 적용되는 경우, 미생물이 손쉽게 이용할 수 있는 형태의 물질이 염색폐수에 상대적으로 적게 포함되어 있어 오히려 미생물의 성장방해를 초래하는 결과를 낳는다.

이하, 오존산화와 생물학적 처리의 적용에 따른 색도변화를 실험한 결과가 아래와 같다.

아래 그림은 오존산화 후 생물학적 처리시 색도변화를 나타낸 것이고,

아래 그림은 생물학적 처리 후 오존산화 처리시 색도변화를 나타낸 것이다.

상기의 비교그림에서 알 수 있듯이, 오존산화가 생물학적 처리의 전에 행하는 경우 색도가 300C.U 사이이나, 오존산화를 생물학적 처리의 후에 행하는 경우 색도가 500C.U임을 비교할 때 현저한 차이가 남을 증명할 수 있었다

다음으로, 생물학적처리단계는, 오존산화처리단계를 거친 처리수를 유동성 담체가 충진된 부유메디아 생물반응기(Moving Bed Bio Reactor, MBBR)를 이용하여 염색폐수에 포함된 불순물을 미생물에 의해 제거시키기 위함이다.

이러한, 생물학적처리단계는 앞서 언급된 바와 같이 염색공정에서 배출되는 염색폐수는 다량의 난분해성 오염물질을 함유하고 있기 때문에 난분해성 오염물질로 인해 전체 처리공정의 부하를 상승시킬 뿐만 아니라, 본 발명의 후단에 적용되는 막여과 공정에 치명적인 문제점을 유발시키게 된다. 그러므로 효과적이고 안정적인 처리공정을 운영하기 위해서는 염색폐수에 포함되어 있는 난분해성 오염물질을 효과적으로 제어할 수 있는 기술의 적용이 필요하며, 이러한 난분해성 오염물질의 제어는 생물학적 처리공법이 가장 경제적이고 적합하다.

그러나, 생물학적 처리공법의 일 예로 활성슬러지 처리기술은 배경기술과 같이 염색공정 염색폐수를 제어하는데 다소 한계가 있기 때문에 다른 생물학적 처리기술의 적용이 불가피하다.

이에, 본 발명은 유동성 담체가 충진된 부유메디아 생물반응기(MBBR)를 제안하며, 부유메디아 생물반응기는 담체에 의한 미생물의 활동성을 극대화시킴으로써 오염물질의 고도처리가 가능하다.

상기에서, 생물학적처리단계는, 유동성 담체가 충진된 부유메디아 생물반응기(Moving Bed Bio Reactor, MBBR)를 적용한 혐기조와 호기조를 순차적으로 이용하여 염색폐수에 포함된 불순물을 미생물에 의해 제거시킴이 더욱 바람직하다.

이렇게 하면, 혐기와 호기로 구분된 반응조건으로 인해 미생물의 난분해성 오염물질에 대한 분해능력이 더욱 향상되는데, 이는 혐기조건에서 색도를 유발하는 물질의 분자연결고리가 미생물의 대사활동에 의해 끊어지기 때문이다.

따라서, 유동성 담체와 공기주입의 여부를 통해 미생물과 오염물질의 접촉성과 반응시간이 더 좋아져 효율적인 처리가 가능해 진다.

다음으로, 복합분리막처리단계는, 생물학적처리단계를 거친 처리수를 호기반응조에 정밀여과법(Micro Filtration, MF)을 적용한 분리막생물반응기(Membrane bioreator, MBR)를 이용하여 선단에서 미처리된 염색폐수에 포함된 불순물을 호기반응에 의한 미생물에 의해 재차 제거함과, 동시에 미생물에 의해 제거되지 못하는 이물질을 MF분리막으로 제거시키기 위함이다.

상기의 MBR공법은 기존의 생물학적 활성슬러지공법을 기초로 후단에 정밀여과법(MF)을 적용한 기술로 안정적인 처리효율을 확보할 수 있다.

이는, 특히 후단에 적용되는 분리막처리단계의 오염부하를 최소화함으로써, 분리막처리단계에서 더욱 안정적이고 효율적인 처리를 위해서 설치된다.

다음으로, 분리막처리단계는, 복합분리막처리단계를 거친 처리수를 역삼투법(Roverse osmosis, RO)을 이용하여 정밀여과법에서 미처리된 염색폐수에 포함된 이물질을 RO분리막으로 재차 제거시키기 위함이다.

이는, 최종적으로 맑은 상태의 물을 생성할 수가 있어 염색폐수의 후처리를 배제할 수 있고, 바로 방류 또는 염색폐수의 재이용을 가능케 하기 위해 설치된다.

이하, 본 발명의 또 다른 예를 설명하면 다음과 같다.

도2와 같이, 본 발명에서 오존산화처리단계의 선단에 교반기가 구비된 일정크기의 반응조를 구비한 다음, 상기 반응조 내의 폐수를 펌프를 통해 출수하여서 일정의 유량으로 오존산화처리단계로 공급하는 유량조정장치와, 상기 유량조정장치의 반응조에 PH측정기를 설치하고, 상기 PH측정기에 의해 PH조정조의 PH조정제를 펌프를 통해 PH7로 조정토록 하는 PH조정장치를 설치한 유량조정 및 PH조정처리단계;를 부가할 수 있다.

이렇게 하면, 일정의 유량조절로 오존산화를 더욱 안정적으로 적용할 수 있게 되고, 높은 염기성을 갖는 염색폐수를 PH를 낮춰 분해 및 반응의 효율성을 더욱 극대화할 수 있게 된다.

또한, 도3과 같이, 본 발명에서 복합분리막처리단계의 후단에 일정크기의 반응조에 활성탄 또는 영가철 또는 활성탄과 영가철을 혼합한 것 중 어느 하나를 충진하여 전단에서 제거되지 않은 폐수에 포함된 입자성 물질과 일부 용해성물질을 제거되도록 한 흡착처리단계;를 부가할 수 있다.

이렇게 하면, RO분리막의 부하를 더욱 줄일 수 있음은 물론, 복합분리막처리단계의 안정적인 운영을 보장할 수 있게 된다.

따라서, 상기를 감안한 본 발명의 가장 이상적인 염색폐수처리방법은, 도4와 같이, 유량조정 및 PH조정처리단계 -> 오존산화처리단계 -> 생물학적처리단계 -> 복합분리막처리단계 -> 흡착처리단계 -> 분리막처리단계로 이루어짐이 가장 이상적이고, 이를 기반으로 염색폐수의 농도, 이물질, 수질의 정도에 따라 각 단계를 선택적으로 적용하여 사용하면 그 효율성을 극대화할 수 있다.

이상과 같이 본 발명을 설명하였으나, 본 발명의 설명을 위해서 제시한 도면은 블록도로 써 특징을 부각시키고자 구체적인 장치나 구조 등, 방법 이외의 것은 본 발명의 요지를 흐릴 수 있어 간단하게 도시하였다. 이에 해당기술분야의 당업자라면 본 발명의 요지를 충분히 파악할 수 있을 것으로 보이고, 이를 기반으로 본 발명과 동일 또는 유사하게 다양한 수정 및 변경이 가능할 것이나, 본 발명의 사상 내지 영역으로부터 벗어나지 못한다면 모두 본 발명의 권리범위 내에 포함될 것이다.

Claims (5)

1. 통상의 염색폐수처리방법에 있어서,
   염색폐수에 오존을 투입하여 오존에 의한 산화분해반응으로 염색폐수에 포함된 난분해성 물질을 분해성 물질로 변환시키는 오존산화처리단계와;
   상기 오존산화처리단계의 선단에 교반기가 구비된 일정크기의 반응조를 구비한 다음, 상기 반응조 내의 폐수를 펌프를 통해 출수하여서 일정의 유량으로 오존산화처리단계에 공급하는 유량조정장치와, 상기 유량조정장치의 반응조에 PH측정기를 설치하고, 상기 PH측정기에 의해 PH조정조의 PH조정제를 펌프를 통해 PH7로 조정토록 하는 PH조정장치를 설치한 유량조정 및 PH조정처리단계와;
   상기 오존산화처리단계를 거친 처리수를 유동성 담체가 충진된 부유메디아 생물반응기(Moving Bed Bio Reactor, MBBR)를 이용하여 염색폐수에 포함된 불순물을 미생물에 의해 제거시키는 생물학적처리단계와;
   상기 생물학적처리단계를 거친 처리수를 호기반응조에 정밀여과법(Micro Filtration, MF)을 적용한 분리막생물반응기(Membrane bioreator, MBR)를 이용하여 선단에서 미처리된 염색폐수에 포함된 불순물을 호기반응에 의한 미생물에 의해 재차 제거함과, 동시에 미생물에 의해 제거되지 못하는 이물질을 MF분리막으로 제거시키는 복합분리막처리단계와;
   상기 복합분리막처리단계를 거친 처리수를 역삼투법(Roverse osmosis, RO)을 이용하여 정밀여과법에서 미처리된 염색폐수에 포함된 이물질을 RO분리막으로 재차 제거시키는 분리막처리단계;를 거쳐서 완성됨을 특징으로 하는 염색폐수처리방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제

Images