KR101285931B1

KR101285931B1 - 폐수처리장치

Info

Publication number: KR101285931B1
Application number: KR20120057485A
Authority: KR
Inventors: 정봉교
Original assignee: 아시아환경 주식회사
Priority date: 2012-05-30
Filing date: 2012-05-30
Publication date: 2013-07-12

Abstract

본 발명은 폐수처리약품 사용량을 절감시킬 수 있으면서 처리비용을 절감하면서 처리효율성을 극대화할 수 있도록 한 폐수처리장치에 관한 것으로서;
고농도 암모니아성질소계 폐수를 일시 저장토록 하기 위한 집수조와, 상기 집수조로부터 이송된 폐수를 인산원과 반응시키기 위하여 설치되는 1반응조와, 상기 1반응조의 후방에 마그네슘원과 반응시켜서 MAP를 생성시키는 2반응조와, PH조정제를 투입하여 적절한 PH로 조정하기 위한 3반응조와, 응집제를 투입하여 응집시키기 위한 4반응조와, 상기 4반응조에서 발생 되는 응집물을 침전시켜 제거토록 하기 위한 MAP침전조와, 상기 MAP침전조의 상등수를 후속의 생물학적 처리시스템으로 이송시키기 위한 PH조정조와, 상기 MAP침전조의 MAP 침전물을 1반응조 또는 2반응조로 순환시키기 위한 순환라인과, 잉여의 MAP 침전물을 MAP 회수시설 또는 탈수시설로 이송하기 위한 탈수라인으로 폐수처리장치를 구성하고;
상기 순환라인에는 MAP 생성반응을 촉진시키기 위한 결정화 공정으로 MAP 침전물의 재이용할 수 있도록 산 투입에 의한 해리 반응을 얻을 수 있도록 하고, 해리 반응에 의하여 인산원과 마그네슘원을 순환 재이용하여 인산마그네슘 생성반응을 유도하고, MAP 생성 결정화 반응 이전에 MP 생성반응을 촉진시키기 위한 MP생성반응조를 더 설치하는 것이 특징이다.

Description

폐수처리장치{HYBRIDE MAP WASTE WATER TREATMENT SYSTEM}

본 발명은 폐수처리장치에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 고농도 암모니아성 질소(NH₄-N) 폐수처리에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 인산마그네슘 암모니움(Magnesium Ammonium Phosphate : MgNH₄PO₄ · 6H₂ O : 이하 MAP라 칭함) 생성반응에 의한 고농도 암모니아성 질소계 폐수를 처리함에 있어 사용약품을 절감하기 위한 MAP 침전물 순환공정에 별도의 인산마그네슘(Magnesium Phosphate : MgHPO₄ ·3H₂ O : 이하 MP라 칭함) 생성 반응조를 추가함으로써 주공정인 MAP 생성 반응조에서의 반응성을 높여서 전체 처리시스템을 최적화하고, 사용약품(마그네슘원 및 인산원)의 사용량을 최소화시킴으로써 운전경비의 절감은 물론 처리효율을 향상시킬 수 있도록 개선한 폐수처리장치의 제공에 관한 것이다.

종래의 일반적인 MAP 생성반응을 활용한 폐수 처리법은 고농도 암모니아성 질소를 함유한 폐수를 생물학적인 처리를 함에 있어 전처리 공정에 적용함으로써 프리암모니움(FA, Free Ammonium) 저해현상을 완화시키기 위한 목적으로 운용되고 있다.

상기와 같은 종래 기술이 적용된 폐수처리장치가 도 4에 도시되어 있으며 이를 살펴보면 다음과 같다.

종래 기술이 적용되는 폐수처리장치(10)는, 처리하고자 하는 원 폐수를 일시 저장토록 하기 위한 집수조(1)와, 상기 집수조(1)로부터 이송된 폐수를 화학약품( 인산원; PO₄)과 반응시키기 위한 1반응조(2)가 설치된다.

상기 1반응조(2)의 후방으로는 화학약품(마그네슘원; Mg)과 반응시켜서 MAP를 생성시키는 2반응조(3)와, PH조정제(Alkali)를 투입하여 적절한 PH로 조정하기 위한 3반응조(4), 응집제(Polymer)를 투입하여 응집시키기 위한 4반응조(5)가 설치된다.

상기 4반응조(5)에서 발생 되는 응집물을 침전시켜 제거토록 하기 위한 MAP 침전조(6)와, MAP 침전조(6)의 상등수를 후속의 생물학적 처리시스템으로 이송시키기 위한 PH조정조(7)와, 상기 MAP 침전조(6)의 MAP 침전물을 1반응조(2) 또는 2반응조(3)로 순환시키기 위한 순환라인(8)과, 잉여의 MAP 침전물을 MAP 회수시설 또는 탈수시설로 이송하기 위한 탈수라인(9)으로 구성된다.

상기와 같은 종래 기술이 적용된 폐수처리장치는, 마그네슘원(-Mg⁺²) : 암모니아성 질소(NH4⁺¹) : 인산원(PO₄ ^-3 )의 몰(mol)비는 1.0 ∼ 1.5 : 1 : 1을 기준하여 투입하게 되는데, 이들 마그네슘원(-Mg⁺²)과 인산원(PO₄ ^-3 )은 고가이고, 반응성을 높이기 위한 사용량이 많을 뿐만 아니라, 이로 인한 실제 운전비용이 높아지는 단점이 있기 때문에 실용화에 많은 문제점이 제기되고 있는 실정이다.

또한 종래의 MAP 처리법에서는 반응조를 한 개 또는 두 개 정도만 설치한 후 인산원과 마그네슘원을 동일 반응조에 투입하거나, 마그네슘원과 알칼리를 동일한 반응조에 투입함으로써 반응성이 낮아지게 된다.

그리고, 사용약품을 과용하여야 하는 문제점이 있었다고 판단하여 반응조를 효율적으로 분할 배치함으로써 문제점을 해결하고자 한다.화학약품 절감에 의한 운전경비 경감으로 위의 문제점을 해결하거나, 같은 양을 사용할 경우 처리효율을 대폭적으로 개선시킬 수 있도록 하고 져 하는 것이다.

고농도 유기성 질소가 배출되는 경우에는 HMAP 처리법 적용을 위하여 우선적으로 암모니아성 질소로의 전환시켜 주는 조작이 필요하고, 유기성 질소는 통성혐기 처리법으로 처리할 경우 쉽게 암모니아성 질소로 전환이 이루어지지만, 일부는 MLSS에 흡착하여 축적되고, 처리수를 다시 HMAP로 처리하더라도 일부는 상등 처리수와 함께 최종 단계의 생물학적 고도처리시스템으로 유입 처리된다.

최종 생물학적 고도처리시스템에서도 유기성 질소의 일부는 MLSS에 흡착 축적되고, 장기적인 축적에 의하여 유용미생물의 배양과 증식에 장애요소로 작용할 수 있고, 이렇게 될 경우 전체적인 처리효율의 저하현상이 나타날 수 있다.

이에 본 발명에서는 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 고농도 암모니아성질소계 폐수를 일시 저장토록 하기 위한 집수조와, 상기 집수조로부터 이송된 폐수를 인산원과 반응시키기 위하여 설치되는 1반응조와, 상기 1반응조의 후방에 마그네슘원과 반응시켜서 MAP를 생성시키는 2반응조와, PH조정제를 투입하여 적절한 PH로 조정하기 위한 3반응조와, 응집제를 투입하여 응집시키기 위한 4반응조와, 상기 4반응조에서 발생 되는 응집물을 침전시켜 제거토록 하기 위한 MAP침전조와, 상기 MAP침전조의 상등수를 후속의 생물학적 처리시스템으로 이송시키기 위한 PH조정조와, 상기 MAP침전조의 MAP 침전물을 1반응조 또는 2반응조로 순환시키기 위한 순환라인과, 잉여의 MAP 침전물을 MAP 회수시설 또는 탈수시설로 이송하기 위한 탈수라인으로 폐수처리장치를 구성하고;

상기 순환라인에는 MAP 생성반응을 촉진시키기 위한 결정화 공정으로 MAP 침전물의 재이용할 수 있도록 산 투입에 의한 해리 반응을 얻을 수 있도록 하고, 해리 반응에 의하여 인산원과 마그네슘원을 순환 재이용하여 인산마그네슘 생성반응을 유도하고, MAP 생성 결정화 반응 이전에 MP 생성반응을 촉진시키기 위한 MP생성반응조를 더 설치하여, 폐수처리약품 사용량을 절감시킬 수 있으면서 처리비용을 절감하면서 처리효율성을 극대화할 수 있는 목적 달성이 가능하다.

본 발명은 고농도 유기성 질소계 폐수를 산화제로 활용이 가능한 과산화수소계 폐수와 혼합하여 고도산화(AOP) 처리법 및 통성혐기성 미생물 처리법으로 처리할 경우 화학약품인 과산화수소를 별도로 사용하지 않을 뿐만 아니라 과산화수소계 폐수를 별도의 환원처리법으로 처리하지 않음으로 인한 경제적인 시설비 및 운영비 절감 효과를 가진다.

고농도 인산계 폐수를 고농도 암모니아성 질소계 폐수와 혼합하여 HMAP 법을 적용시킬 경우 PO₄ ^-3원으로 인산계 화학약품을 별도로 사용하지 않을 뿐만 아니라 인산계 폐수를 별도의 물리화학적 처리법으로 처리하지 않음으로 인한 경제적인 시설비 및 운영비 절감 효과를 가진다.

MAP 처리를 적용함에 있어 침전 MAP 슬러지 순환공정에 별도로 MP생성반응조를 추가함으로써 Mg⁺²원 및 PO₄ ^-3원의 화학약품 사용량을 절감하고, 최적화된 HMAP 처리법을 생물학적 고도처리시스템의 전처리 공정으로 채택 적용함으로 인한 경제적인 시설비 및 운영비 절감할 수 있고, HMAP 처리법의 채택 적용에 따라 생성되는 침전 MAP(일명 Struvite)는 향후 유기질 비료의 원료로 활용이 가능할 뿐만 아니라, MAP로부터 PO₄ ^-3 원을 회수할 수 있는 원료로도 이용이 가능하므로 고가의 해외 수입자원인 인광석의 대체 보완자원으로 활용할 수 있는 등 다양한 효과를 기대할 수 있다.

도 1은 본 발명의 기술이 적용된 폐수처리장치를 도시한 1 실시예를 도시한 구성도.
도 2는 본 발명의 기술이 적용된 폐수처리장치를 도시한 2 실시예를 도시한 구성도.
도 3은 본 발명의 기술이 적용된 폐수처리장치를 도시한 3 실시예를 도시한 구성도.
도 4는 종래 기술이 적용된 폐수처리장치를 도시한 구성도.

이하 첨부되는 도면과 관련하여 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 구성과 작용에 대하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 기술이 적용된 폐수처리장치를 도시한 1 실시예를 도시한 구성도, 도 2는 본 발명의 기술이 적용된 폐수처리장치를 도시한 2 실시예를 도시한 구성도, 도 3은 본 발명의 기술이 적용된 폐수처리장치를 도시한 3 실시예를 도시한 구성도로서 함께 설명한다.

통상적인 MAP 폐수처리장치(100)는, 처리하고자 하는 원 폐수(고농도 암모니아성 질소계)를 일시 저장토록 하기 위한 집수조(101)와, 상기 집수조(101)로부터 이송된 폐수를 화학약품(인산원; PO₄)과 반응시키기 위한 1반응조(102)가 설치된다.

상기 1반응조(102)의 후방으로는 화학약품(마그네슘원; Mg)과 반응시켜서 MAP를 생성시키는 2반응조(103)와, PH조정제(Alkali)를 투입하여 적절한 PH로 조정하기 위한 3반응조(104), 응집제(Polymer)를 투입하여 응집시키기 위한 4반응조(105)가 설치된다.

상기 4반응조(105)에서 발생 되는 응집물을 침전시켜 제거토록 하기 위한 MAP침전조(106)와, 상기 MAP침전조(106)의 상등수를 후속의 생물학적 처리시스템으로 이송시키기 위한 PH조정조(107)와, 상기 MAP침전조(106)의 MAP 침전물을 1반응조(102) 또는 2반응조(103)로 순환시키기 위한 순환라인(108)과, 잉여의 MAP 침전물을 MAP 회수시설 또는 탈수시설로 이송하기 위한 탈수라인(109)으로 구성된다.

본 발명의 1실시예로서는, 상기 MAP침전조(106)에서 1반응조(102) 또는 2반응조(103)로 MAP침전물을 순환시키기 위한 순환라인(108)에 MAP 생성반응을 촉진시키기 위한 결정화 공정으로 MAP 침전물의 재이용 할 수 있도록 산(Acid) 투입에 의한 해리 반응을 얻을 수 있도록 5반응조(110)와, 상기 5반응조(110)의 해리 반응에 의하여 인산원(PO₄ ^-3 )과 마그네슘원(-Mg⁺²)을 순환 재이용함으로써 인산마그네슘(MP) 생성반응을 유도하고, MAP 생성 결정화 반응 이전에 MP 생성반응을 촉진시키기 위한 6반응조(111)와 7반응조(112)로 구성되는 MP생성반응조(115)를 더 설치하여 화학약품 절감에 의한 운전경비를 경감하면서 같은 양을 사용할 경우 처리효율을 대폭적으로 개선 시킬 수 있도록 한다.

본 발명의 2실시예로서는, 고농도 암모니아성 질소계 폐수와 고농도 인산계 폐수가 함께 배출되는 전자, 반도체, 태양광 전지 산업에 적용하는 경우로서, 고농도 암모니아성 질소계 폐수와 인산계 폐수를 적절하게 혼합함으로써 인산원(-PO₄ )으로 H₃PO₄(인산)계 폐수를 활용하는 배출폐수 조합에 의하여 Hybride MAP(이하 HMAP라 칭함) 처리가능하도록 한 것이다.

즉, 1반응조(102)로는 고농도 암모니아성 질소계폐수를 공급하여 처리하고, 1반응조(102)의 전방에는 고농도 인산계 폐수를 공급받고, 순환라인(108)에 설치되는 MP생성반응조(115)를 경유하여 생성된 MP와 혼합되어 다시 1반응조(102)로 공급하할 수 있도록 인산마그네슘(Magnesium Ammonium Phosphate : MgNH₄PO₄ · 6H₂ O)인 MAP반응조(120)를 더 설치하여 처리할 수 있도록 한다.

본 발명의 3실시예로서는, 유기성 질소가 배출되는 전자, 반도체, 태양광 전지 산업에 적용의 경우로서 특히 TFT-LCD 공정 배출 폐수 중 총 질소는 거의가 유기성 질소의 형태로 배출되고, 고농도의 유기성 질소 및 암모니아성 질소를 후속 생물학적 고도처리(탈질 및 탈인)시스템으로 이송 처리는 곤란하므로 물리화학적 또는 생물학에 의한 전처리 후 이송 처리하도록 한다.

유기성 질소를 HMAP 처리법으로 직접 적용 처리는 곤란하므로 과산화수소(H₂O₂) 폐수를 활용하는 고도산화처리(Advanced Oxidation Process : 이하 AOP 라 칭함) 및 통성혐기성 처리를 수행하는 AOP처리조(130)를 더 설치하여 암모니아성 질소(NH₄-N)로 전환 시킨 다음, 인산원(-PO₄ )으로 H₃PO₄계 폐수를 활용하는 배출폐수 조합에 의하여 HMAP 처리법의 적용 처리 가능하도록 한다.

상기와 같은 본 발명의 기술이 적용된 폐수처리장치(100)를 이용하여 폐수를 처리하는 과정을 살펴보면 다음과 같다.

AOP처리조(130)를 통하여 고농도의 유기성 질소계 폐수와 최종 생물학적 고도처리시스템에서 이송되는 잉여슬러지를 고도산화처리제로 활용 가능한 과산화수소계 폐수와 혼합하여 알카리 AOP로 처리하기 위한 AOP처리과정과, 연하여 유기성 질소를 중점적으로 처리할 수 있는 통성혐기성 미생물처리과정을 통하여 유기성 질소를 암모니아성 질소로 전환시켜 줌으로서 HMAP 처리 가능하도록 한다.

상기 AOP처리조(130)에는 슬러지의 가용화 및 감량화를 위한 슬러지파쇄과정을 거치도록 하고, 이 과정에서 과도한 잉여슬러지가 발생할 경우에는 유기성슬러지농축탈수과정을 수행하도록 한다.

HMA의 인산원으로 활용 가능한 고농도 인산계 폐수는 MP생성반응조(115) 및 MAP반응조(120)에서 MP생성반응조(115)로 부터 이송되는 순환 MP 슬러지와 혼합되어 MP 결정화 성장을 유도한다.

대표되는 주 반응식 요약 : Mg⁺² + H⁺¹+ PO₄ ^-3 → MgHPO₄·3H₂O

생성된 MP는 1반응조(102)에서 통성혐기성 미생물처리를 수행하는 AOP처리조(130)로부터 이송되는 암모니아성 질소 폐수 및 추가적으로 투입되는 Mg⁺² 원과 혼합되어 MAP 생성 및 결정 성장반응이 유도되고, 이때 PH조건이 9 이하로 유지되면 미 반응된 Mg⁺²과 PO₄ ^-3원 상등수에 과다하게 잔류하게 될 수 있고, 특히 PO₄ ^-3원은 2차오염 유발의 원인이 될 수도 있기 때문에 PH조정조(107)에는 추가적으로 가성소다(NaOH) 등 알칼리제를 투입하여 PH조건을 9.5 ~ 10.5 범위로 조정함으로서 안정된 조건에서 추가적인 MAP 성장과 결정화를 유도하고, 3반응조(104)에는 고분자 응집제(Polymer) 투입에 의한 후록(Floc)의 성장을 유도함으로써 침전조(106)에서 안정되게 상등수와 MAP 침전물의 분리가 이루어지도록 한다.

위 공정의 MP는 MAP 결정화 촉진을 위한 종정의 역할을 겸하게 된다.

대표되는 주 반응식 요약 : Mg⁺² + NH₄ ⁺ + PO₄ ^-3 → MgNH₄PO₄.6H₂O

침전조(106)에서 분리된 상등 처리수는 오염물질의 설계 목표치를 충족시키기 위하여 최종 생물학적 고도처리시스템으로 이송하고, 침전 MAP 슬러지는 통상적으로 MAP 생성 결정화 촉진을 위한 종정으로 활용하기 위하여 1반응조(102)로 순환시키는 경우도 있으며, 침전 MAP 슬러지가 과다하게 발생 될 경우에는 MAP 회수 또는 불용물 농축 탈수를 위하여 탈수라인(109)으로 이송한다.

그러나 MAP(일명 Struvite)는 비교적으로 안정된 물질이기 때문에 종정 이외의 역할을 기대하기 어렵고, 유용성분 재이용을 통한 사용약품의 절감은 기대할 수 없다.

MP생성반응조(115)를 구성하는 5반응조(110)에는 MAP의 산(Acid) 분해반응을 통한 유용성분의 해리를 위하여 황산(H₂SO₄)을 투입하여 반응시킴으로써 해결하였고, 이때 사용하는 산은 현장의 여건에 따라서 염산(HCl) 등 기타의 산으로 대체 할 수도 있다.

MP생성반응조(115)를 구성하는 6반응조(111)에는 산(Acid) 분해 해리반응을 촉진하고 MP 생성 반응을 촉진시키기 위하여 해리반응에 의하여 생성된 PO₄ ^-3원의 부족분을 보충하기 위한 수단으로 인산(H₃PO₄)을 투입하여 해결하였고, 이때 사용하는 인산은 현장의 여건에 따라서 고농도 인산 폐수로 대체 할 수도 있다.

MP생성반응조(115)를 구성하는 7반응조(112)에는 5,6반응조(110,111)에서 산(Acid) 분해 해리반응에 의하여 증가된 Mg⁺²원 및 PO₄ ^-3원을 이용한 MP 생성 반응을 촉진시키기 위하여 해리반응에 의하여 생성된 Mg⁺²원의 부족분을 보충하고자 수산화마그네슘(Mg(OH)₂) 추가 투입으로 해결하였고, 이때 사용하는 Mg⁺²원은 현장의 여건에 따라서 염화마그네슘, 황산마그네슘, 산화마그네슘, 간수, 바닷물 등을 선택적으로 단독 또는 조합하여 대체 사용할 수도 있다.

100; 폐수처리장치 102; 1반응조
103; 2반응조 104; 3반응조
105; 4반응조 106; 침전조
107; PH조절조 108; 순환라인
109; 탈수라인 110; 5반응조
111; 6반응조 112; 7반응조
115; MP생성반응조 120; MAP반응조
130; AOP처리조

Claims

고농도 암모니아성질소계 폐수를 일시 저장토록 하기 위한 집수조와;
상기 집수조로부터 이송된 폐수를 인산원과 반응시키기 위하여 설치되는 1반응조와;
상기 1반응조의 후방에 마그네슘원과 반응시켜서 MAP를 생성시키는 2반응조와;
PH조정제를 투입하여 적절한 PH로 조정하기 위한 3반응조와;
응집제를 투입하여 응집시키기 위한 4반응조와;
상기 4반응조에서 발생 되는 응집물을 침전시켜 제거토록 하기 위한 MAP침전조와;
상기 MAP침전조의 상등수를 후속의 생물학적 처리시스템으로 이송시키기 위한 PH조정조와;
상기 MAP침전조의 MAP 침전물을 1반응조 또는 2반응조로 순환시키기 위한 순환라인과;
잉여의 MAP 침전물을 MAP 회수시설 또는 탈수시설로 이송하기 위한 탈수라인으로 폐수처리장치를 구성하고;
상기 순환라인에는 MAP 생성반응을 촉진시키기 위한 결정화 공정으로 MAP 침전물의 재이용할 수 있도록 산 투입에 의한 해리 반응을 얻을 수 있도록 하고, 해리 반응에 의하여 인산원과 마그네슘원을 순환 재이용하여 인산마그네슘 생성반응을 유도하고, MAP 생성 결정화 반응 이전에 MP 생성반응을 촉진시키기 위한 MP생성반응조를 더 설치하는 것을 특징으로 하는 폐수처리장치.
제 1 항에 있어서;
상기 1반응조로는 고농도 암모니아성 질소계폐수를 공급하여 처리하고;
상기 1반응조의 전방에는 고농도 인산계 폐수를 공급받고, MP생성반응조를 경유하여 생성된 MP와 혼합되어 다시 1반응조로 공급할 수 있도록 MAP반응조를 더 설치하는 것을 특징으로 하는 폐수처리장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서;
상기 1반응조로는 유기성 질소가 AOP처리조를 통하여 고도산화처리(Advanced Oxidation Process) 및 통성혐기성 처리를 수행하여 암모니아성 질소로 전환 시킨 다음, 인산원으로 인산계 폐수를 공급되게 하는 것을 특징으로 하는 폐수처리장치.