KR101444185B1 - 금속가공 오일폐수의 처리방법 - Google Patents

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Abstract

공업용수로 재이용할 수 있도록 금속가공 오일폐수를 연속식 디스크형 원심분리기를 사용한 여과 전처리 단계, 정밀여과 단계, 중공사막으로 여과하는 단계, 멀티 미디어 필터 여과 단계 및 역삼투막으로 여과하는 단계의 공정으로 처리하는 방법으로서, 여과 전처리 단계에서 공정이 간소화되고, 오일과 SS의 동시 제거가 가능하며, 입자크기가 작은 유화 오일도 용이하게 제거되며, 설비의 설치 면적이 줄어들고 설비의 운전과 조작이 간편하며 별도의 세척 작업이 필요하지 않아서 운전 및 유지 관리 비용이 절감될 수 있으며, 연속 작업이 가능하며, 여과 전처리 단계에서 SS와 오일성분의 제거 효율이 우수하므로 오염 부하를 감소시켜서 분리막을 사용한 여과 단계에서 분리막 여과 처리시 유량 변화없이 장시간 연속 운전을 가능하게 하고 분리막의 수명을 연장한다.

Description

금속가공 오일폐수의 처리방법{a method of treating oil wastewater in metalworking fluid}
본 발명은 오일폐수의 처리방법에 관한 것으로서, 좀 더 상세하게는 금속 가공 과정에서 발생하는 다양한 성분을 지닌 고농도 오일폐수를 공업용수로 재이용하기 위하여 처리단계별 부하를 감소시키고 철(Fe)과 같은 금속까지도 제거 가능한 처리방법에 관한 것이다.
기계공업의 금속 가공 공정에서는 기계장치나 기계부품의 절삭 가공, 냉간 압연 강판의 제조, 금속 선재의 신선 가공을 위하여 절삭유, 압연유, 신선유 등과 같은 각종 금속 가공유를 사용하고 있다.
상기 금속 가공유는 사용과정에서 오염되므로 폐기처리되어야 하는데, 예를 들면, 절삭 가공에서는 필연적으로 절삭분(切削粉)이 발생하고 이렇게 발생한 절삭분은 절삭유에 섞여 절삭액 용기 내에서 침적되어 절삭액을 오염시키고, 연마재와 함께 절단 가공면에 공급되어 절단 가공 품질을 나쁘게 하는 문제가 발생한다.
따라서 일정기간 사용하여 성능이 저하된 절삭액은 폐기처분하게 되는데, 폐 절삭액은 절삭분과 절삭유를 함유하므로 소각 처리할 경우 대기오염이 발생할 수 있고, 단순 매립의 경우에는 심각한 토양 오염이 우려된다.
또한 금속 가공유를 사용하여 가공이 완료된 금속을 세정하면 세정 폐수가 발생하는데, 상기 세정폐수는 금속 가공유와 금속 가공 과정에서 발생하는 금속과 먼지 등 불순물을 함유하므로 상기와 같은 오염문제가 상존하고 있다.
금속 가공유를 포함한 금속 가공 폐수에서 물과 다른 물질을 분리하기 위하여 유수분리 장치 이용, 응집제 사용, 오존 산화 후 가압 부상 등 다양한 방법이 제시되고 있다.
유수분리란 중력장에서 오일과 물의 비중차에 의해 물속에 함유되어 있는 유분 또는 오일 속의 수분이 분리되는 것을 말하며, 오일은 물보다 가벼우므로 떠올라 응결하여 오일과 물의 2액상으로 분리되는 것으로 이것을 부상분리(浮上分離)라고 한다.
유수분리기는 입자크기가 약 50~150 ㎛의 유리 오일(Free Oil)을 분리 처리하는 단순 중력 분리식 유수분리장치와, 이보다 입자의 크기가 작은 유화 오일(Emulsion Oil)과 부착성 오일을 처리하는 가압식 부상 분리장치로 구별되어 사용되고 있다.
하지만 오일의 입자 크기가 큰 유리 오일은 비교적 쉽게 분리되지만 크기가 작은 유화 오일은 제거가 어렵고 부상 응결 분리에 장시간이 소요되므로 효율이 낮은 단점과 장치 전체의 부피가 증가하는 문제점이 있다.
응집제를 사용하는 방법은, 유입되는 원수에 응집제를 첨가하고 혼합하여 부상되지 않고 가라앉은 슬러지를 배출하고 응집된 오일은 물과 오일의 밀도차에 의해 스컴 형태로 배출하는데, 응집제 사용에 따라 운전비용이 증가하고 약품처리에 의한 2차 오염 유발되는 문제점이 있다.
오존 산화는 폐수에 함유된 오염물질을 오존 산화 기술로 무약품 처리하는 것으로서, 오존이 분해될 때 생기는 산소 및 수산화기에 의해 유기물이 산화 분해되는 원리를 이용한 것이다.
하지만 오존 산화 방법은 오존발생기, 오존접촉탱크, 용존공기부상장치, 압력식여과장치 등의 많은 장치가 필요하며, 무기물의 제거는 용이하지 않은 단점이 있다.
한편 폐수를 처리하는 방법으로서 첫 단계는 여과기를 사용하여 오염 물질을 거르는 것으로서 입자상의 오염물질이 물리적 방법에 의해 제거되지만 오염물질이 물에 녹아 있는 경우에는 물리적으로 걸러낼 수가 없다.
이 때문에 화학약품과 결합시켜 오염물질을 분해하는 화학적 처리방법이 사용되지만, 그래도 분해되지 않거나 화학반응으로 새롭게 만들어진 오염물질이 처리수 속에 녹아 있을 수 있다.
이때는 미생물을 처리수에 넣어 분해하는 생물학적 처리방법이 마지막으로 사용된다.
하지만 분리막을 이용한 폐수 처리는 이 모든 처리과정을 한 번에 해결할 수 있는 장점이 있다.
따라서 여러 공정을 거치지 않아도 되고 장치가 간소하며 넓은 설치 장소가 필요하지 않으며, 안정적인 처리수질 확보, 경제성 및 청정기술이라는 면에서 분리막을 사용한 처리방법이 많이 이용되고 있다.
그러나 분리막을 사용한 처리는 분리막 표면에 각종 슬러지, 금속입자, 무기물, 유리 오일, 유화 오일에 의한 막이 형성되어 분리막을 오염시키는 막의 파울링 현상에 의해 분리능력이 감소된다.
이를 극복하기 위해 주기적으로 분리막을 역세척하고 있는데, 상기 역세척은 차압이 많이 상승했을 때 약품을 이용한 세정을 실시한다.
하지만 상기 역세척은 주기가 짧아 분리막의 운전 효율이 낮아지고 분리막이 손상되는 문제점이 있다.
상기 문제점을 해결하기 위해 분리막을 사용한 처리 전에 전처리 공정을 수행하는 것이 한국공개특허공보 제2003-0083651에 기재되어 있다.
상기 전처리 공정은 유리 오일과 SS(Suspended Solids) 성분을 제거하기 위한 유수분리, 금속 및 비금속 찌꺼기 등 비교적 입자가 큰 물질 등을 제거하는 프리코트 필터, 프리코트 필터를 통과한 5 ㎛ 이상의 오염 물질을 제거하는 마이크로 필터를 사용하는 다단계 처리방법이다.
그러나 상기 다단계 처리방법은 여러 공정을 수행하여야 하고 유수분리조의 설치를 위해 넓은 면적과 장시간 운전이 필요하며, 필터 공정에서 수명이 저하된 필터를 역세척하거나 교체함으로써 운전 작업이 많아지거나 운전비용이 증대하여 경제적이지 못한 문제점이 있다.
또한, 상기 세정폐수에 이용되는 원수는 지하수를 이용하는 경우가 많은데, 지하수에는 철과 망간과 같은 무기물이 많으며, 세정폐수 역시 철과 같은 금속류를 많이 함유하고 있어, 공업용수로 재사용하기 위해서는 철과 망간 성분의 제거가 필요한데, 제거율을 향상시키기 위해서는 최종필터로서 배제율이 높은 역삼투막을 사용하여야 하고 이 최종필터의 부하가 증대하여 여과효율이 저하되는 문제점이 있다.
또한, 절삭유, 압연유, 신선유 등과 같은 각종 금속 가공유를 포함한 금속 가공 폐수는 금속 가공유가 오일 성분이외에 동식물성 유지, 지방산에스테르, 계면활성제, 방청제, 분산제, 점도유지향상제, 산화방지제, 녹방지제 등의 다양한 조성이 조합되어 있어 즉, 다양한 분자량의 유기물 및 무기물이 오염물로 혼재되어 있어 이들 오염물을 모두 여과하기 위해서는 오염물질별로 여과효과가 우수한 방식으로 여과가 요구되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 금속가공 오일폐수에서 오염물질의 제거율을 증대하고 필터에 가해지는 부하를 감소시켜 다량의 오일폐수를 단시간에 처리하고 필터의 교체와 같은 유지 관리 비용을 저감할 수 있는 처리방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 금속가공 과정에서 발생하는 오일폐수를 연속식 디스크형 원심분리기를 사용하여 전처리하는 전처리 단계; 상기 전처리된 오일폐수를 뎁스필터로 여과하여 입자상 고형물질을 제거하는 정밀여과 단계; 상기 뎁스필터로 여과된 오일폐수를 중공사막으로 여과하는 단계; 상기 중공사막으로 여과된 오일폐수를 멀티 미디어 필터로 여과하는 단계; 및 상기 멀티 미디어 필터로 여과된 오일폐수를 역삼투막으로 여과하는 단계를 포함한 금속가공 오일폐수의 처리방법을 제공한다.
본 발명에 따르면 다양한 오염물질을 고농도로 포함한 금속가공 오일폐수를 오염물질별로 선택적으로 여과하는 다단계 처리방법을 이용함으로써 오염물질 제거 효과가 우수하고 공업용수로 재이용이 가능해 진다.
본 발명에 따르면 중공사막으로 여과하기 전에 뎁스필터로 여과하고, 역삼투막으로 여과하기 전에 멀티 미디어 필터로 여과함으로써 분리막으로 여과하는데 있어 오염물질의 부하를 감소시켜 처리 유량을 증대시키고 역세척 주기를 연장하여 운전 및 유지 관리 비용이 절감될 수 있다.
여과 전처리 단계에서 오일과 SS 및 각종 오염물질을 동시에 제거할 수 있으며, 또한 입자크기가 작은 유화 오일도 용이하게 제거한다.
여과 전처리 단계에서 오염물질의 제거 효율이 우수하므로 다음 분리막 여과 단계에서 처리하여야 할 오염 부하를 감소시키고 분리막 여과에서 오일에 의한 막 오염 발생을 감소시켜 분리막의 제거 효율을 높이며, 장시간 동안 처리 유량의 감소 없이 연속 운전이 가능하여 분리막의 수명이 연장된다.
본 발명에 따르면 다단계 처리공정의 특정 공정에서 부하가 집중되지 않으므로 투입에서 최종 처리수에 이르기까지 연속운전이 가능해지다.
도 1은 본 발명의 금속가공 오일폐수의 처리방법에 대한 공정 흐름도이다
도 2는 본 발명의 전처리용 디스크형 원심분리기의 개념도이다.
도 3은 본 발명의 디스크 바울의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 디스크 바울 사이에서 오일폐수 및 침강성 입자의 흐름도이다.
본 발명의 금속가공 오일폐수 처리방법의 첫번째 단계는, 양호한 수질의 공업용수로 재이용 가능하도록 오일폐수를 처리할 수 있는 분리막을 이용한 처리 이전에 상기 분리막에 가해지는 부하를 감소시키고 오일을 미리 제거하여 고농도의 오일을 저농도화하고 안정적 운전을 하기 위하여, 연속식 디스크형 원심분리기를 사용하여 오일폐수를 여과 전처리하는 것이다.
원심분리기는 원심력을 이용하여 입자의 크기와 밀도에 따라 혼합물을 분리하는 기계로서 바스켓형, 스크류 데칸트형, 디스크형으로 크게 구분된다.
일반적으로 많이 사용되는 바스켓형 원심분리기는 고액분리를 하지만, 고형 성분인 슬러지의 분리와 탈수가 주로 이루어짐에 따라, 분리막 오염의 주된 성분인 오일의 제거에는 큰 효과가 없고 배치식 운전으로 작업 효율이 저하되고 있다.
스크류 데칸트형 원심분리기는, 과거 원심분리가 3상 물성의 분리 공정에서 2상 분리 후 다시 2상 분리 공정으로 적용했으나 이 번거로운 공정을 해소하여 수분, 슬러지 및 오일의 3중 분리를 가능하게 한 장치이지만, 여전히 미세 입자 오일의 분리 효율이 높지않은 문제점이 있다.
디스크형 원심분리기는 도 2에서와 같이 원심분리기 내의 분리 공간에 도 3과 같은 원뿔 구조의 디스크 바울을 일정한 간격으로 다층 적재하여 장착한 것으로서 액상 속에 잔존하는 마이크론 단위의 미세 미립자까지도 분리 가능하다.
오염된 고농도 오일폐수가 디스크형 원심분리기에 투입되어 디스크형 바울이 고속 회전하게 되면 원심력에 의해서 상기 오일폐수 중에서 입자의 크기와 밀도가 큰 물질인 침강성 입자들의 층이 원심분리기의 회전축에서 가장 먼 회전체 벽면에 형성되고 슬러지로서 배출되어 제거된다.
이때 오일폐수 속의 오일은 고속 회전에 의한 강한 난류에 의해 디스크 판 및 상기 침강성 입자들과 충돌하면서 유화상태가 깨지면서 물과 오일의 성분 분리가 일어남과 동시에 분리된 오일이 상호 응집되어 입자의 크기가 150 ㎛ 이상의 유리 오일로 변환되고, 이 변환된 유리 오일은 상기 침강성 입자들과 함께 회전체 벽면으로 이동하여 슬러지로서 제거된다.
오염된 고농도 오일폐수의 오일 유화 상태가 깨져 분리되기 위한 원심분리기 내의 디스크 바울의 경사 각도(19)는 30 ~ 60˚가 바람직하다.
상기 경사 각도가 너무 낮으면 원심력에 의해 분리되는 침강성 입자들이 디스크 바울의 경사면과 접촉하고 상기 경사면을 따라 흘러내리면서 상기 벽면 방향으로 발생하는 침전 속도가 저하되며, 유화 오일 깨짐에 의해 발생 된 유리 오일이 침강성 입자와 함께 침전되는 속도가 줄어들어 오일의 분리효과가 줄어들며, 원심분리기로 피처리수의 인입량이 줄어들고 처리 유량이 작아지게 되며, 자체 세척(self-cleaning) 효율이 나빠지게 된다.
상기 각도가 너무 크면 침강성 입자와 유화 오일의 충돌에 의한 유화 오일 깨짐 효과의 발생이 어려워져서 유리 오일로 전환되어 분리되기 어렵고 또한 분리 가능한 입자의 크기가 커져 분리 효율이 감소하게 된다.
본 발명에서 원심력을 일으키기 위한 회전 중심축으로부터의 디스크 바울의 외경 반지름(17)은 90 ~ 120 mm이고 디스크 바울의 내경 반지름(18)은 60 ~ 90 mm인 것이 바람직하다.
상기 외경 반지름이 90 mm 미만이면 디스크의 단면적이 작아져 많은 용량의 폐수를 처리하기 어렵고, 120 mm 초과하면 기계의 크기가 커져서 경제성 면에서 바람직하지 못하다.
상기 디스크 바울 사이의 간격은 2 ~ 4 mm가 바람직하다. 상기 간격이 2 mm미만이면 침강성 입자가 디스크의 경사면을 따라 하향 침전하기 어려워서 분리 속도가 늦어지고 디스크 사이의 자체 세척 효과가 감소하며, 상기 간격이 4 mm를 초과하면 침강성 입자와 유화 오일 사이에 충돌이 줄어들어 유화 오일이 깨지기 어려워 오일의 분리 및 제거가 어렵다.
상기 디스크 바울의 갯수는 처리할 오일폐수의 유량에 의해 결정되는데 시간당 2톤을 처리하기 위해서는 90 ~ 200 개가 필요하다.
본 발명의 디스크 바울의 회전속도는 9000 ~ 12000 rpm이 바람직하다.
상기 회전속도가 9000 rpm 미만의 경우에는 오일폐수의 난류 발생에 의한 유화 오일의 충돌 효과가 감소 되어 오일이 유화상태에서 깨져 분리되고 어려울 뿐만 아니라 분리된 오일과 SS의 제거 및 COD 감소가 어렵고, 12000 rpm 초과의 경우에는 경제성 면에서 바람직하지 못하다.
본 발명의 디스크형 원심분리기는 연속식인 것이, 본 발명의 전처리 단계 이후에 정밀여과 단계로 상기 전처리된 오일폐수를 연속적으로 공급하여 운전할 수 있어 바람직하다.
본 발명의 두번째 단계는, 상기 전처리된 오일폐수를 뎁스필터(Depth Filter)로 여과하여 입자상 고형물질을 제거하는 정밀여과 단계이다.
이때, 상기 뎁스필터는 입자제거등급은 0.5 ~ 150 ㎛인 것이 바람직한데, 상기 입자제거등급이 0.5 ㎛ 미만이면 입자상 고형물질의 제거율은 향상되나 소정 압력에서 처리 유량이 급격히 감소하므로 상기 전처리된 오일폐수를 연속적으로 처리하기 위해서는 뎁스필터의 사용량을 늘려야 하므로 경제적으로 바람직하지 않으며, 상기 입자제거등급이 150 ㎛를 초과하면 입자상 고형물질의 제거율이 저하되어 이후 단계인 중공사막으로 여과하는 단계에서 부하가 증가하여 처리 유량이 감소할 수 있어 바람직하지 못하다.
또한, 상기 뎁스필터로 여과할 때에 여과 처리 유량이 1 ~ 3 톤/시간인 것이 연속식 디스크형 원심분리기로부터 배출되는 전처리된 오일폐수를 연속적으로 처리할 수 있어 바람직하다.
본 발명의 세번째 단계는 상기 입자상 고형물질이 제거된 오일폐수를 분리막인 중공사막으로 여과함으로써, 오일 성분을 완전히 제거하고 SS, 철(Fe) 및 COD를 감소시킨다.
중공사막은 고분자 재질의 분리막으로서 막(膜)내에 극미세 기공을 가지며, 압력을 추진력으로 하여 용액 중에 분자량이 큰 고분자 물질이나 콜로이드상 물질은 통과시키지않고 물이나 작은 물질은 통과시키는 막이다.
분리막은 제거 또는 분리해야 할 물질의 종류에 따라 극미세 기공의 조절에 의해 제거 또는 분리를 효과적으로 할 수 있으며 적은 설치면적으로 다량의 유체를 효율적으로 처리할 수 있으나, 분리막 표면에서 오일 또는 제거 대상 물질로 인해 발생하는 오염에 의해 극미세 기공이 막히면서 유량이 감소하는 문제가 있다. 이를 해결하기 위해 분리막을 주기적으로 역세척을 실시하는데 이로 인해 분리막의 손상으로 인한 분리막 수명이 감소 되고, 오일에 의한 오염인 경우에는 역세척하여도 오일이 막 표면에서 쉽게 탈착되지 않는 문제점이 있다.
본 발명에 사용되는 중공사 분리막은 오일을 함유한 다량의 유체를 처리하기 위해 폴리비닐리덴플루오로라이드(PVDF), 폴리아크릴로니트릴(PAN) 또는 폴리에테르술폰(PES)과 같이 분리막을 제조할 수 있는 고분자 재질로서 친수화되어 있으며, 세공의 평균 크기가 0.02 ~ 0.20 ㎛인 중공사막 형태의 것을 사용한다.
상기 친수화된 고분자 재질 및 중공사 형태의 막을 사용함으로써 물의 침투가 용이하여 다량의 유체를 처리할 수 있다.
상기 세공의 크기와 분획분자량에 의해 전처리 단계에서 오일의 유화상태가 깨져서 입자의 크기가 커진 유리 오일을 완전히 제거할 수 있으므로, 다음 단계에서 역삼투막 모듈을 통과하는 공정의 역삼투막이 오일에 의한 오염이 억제되어서 역삼투막의 세척 주기를 연장할 수 있고 유량의 변화없이 장시간 운전이 가능하다.
또한, 오일폐수 내의 SS와 COD를 감소시키고 장시간 사용하여도 유량 변화가 일어나지 않는다.
상기 세공의 평균 크기가 0.02 ㎛ 미만이면 처리 유량이 감소하고 0.20 ㎛ 초과하면 유리 오일을 완전히 제거할 수 없으며 SS의 감소율 및 COD의 감소율(SS 제거로 인한 감소)이 줄어들어 바람직하지 못하다.
본 발명의 중공사막으로 여과는 중공사의 형태를 사용함으로써 표면적이 커져 처리 유량이 증대하며 유화오일과 각종 오염물질에 의한 막오염을 제거하기 위한 역세척이 용이한 장점이 있다.
상기 중공사막으로 여과하는 단계에서 오일폐수 중의 유화 오일은 대부분 제거될 수 있다.
반면에 입자성 고형분, 각종 금속, 각종 무기물 및 고분자량 유기물의 많이 제거되어도 공업용수로 사용하기에는 충분하지 않으므로, 아직 잔존하는 오염물질을 좀더 제거하고 COD를 낮추고, 색깔 제거와 탁도 향상 효과를 위해 분리막인 역삼투막으로 여과가 필요하다.
그러나 역삼투막으로 여과하는 경우, 상기 효과를 구현하기 위해서는 부하가 많이 걸려 소정압력에서 시간이 많이 소요되거나 역삼투막의 사용량이 증가하며, 운전시간 경과에 따라 처리유량이 감소하고 운전압력을 증가시키거나 역세척을 자주 하여야 하는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 네번째 단계는, 상기 중공사막으로 여과된 오일폐수를 멀티 미디어 필터로 여과하는 단계이다.
이때, 상기 멀티 미디어 필터의 필터 미디어는 범(BIRM, Burgess Iron Removal Media) 및 활성탄이다.
범은 알루미나 실리케이트에 이산화망간이 함유되어 있어 철, 망간, 철 또는 망간 화합물과 반응을 촉진하는 불용성 촉매로서, 용존 함유된 철, 망간, 철 또는 망간 화합물을 물에 녹지 않는 수산화철과 수산화망간으로 변화시켜 침전 여과한다.
침전된 수산화철과 수산화망간은 역세 과정을 통해 쉽게 제거되며 촉매로 사용된 범은 소모없이 계속 사용될 수 있다.
이렇게 범은 계속 재사용하여도 효과가 저하되지 않으며, 광범위한 온도 변화조건에서도 우수한 성능을 발휘하며, 재생에 화학약품이 필요치 않으며 주기적인 역세를 하여 주는 것만으로도 충분한 경제성이 탁월한 소재이다.
활성탄은 흡착소재로 가장 많이 사용하는 재료 중의 하나로서 목재, 갈탄, 무연탄 또는 야자껍질 등을 원료로 하여 제조되는 무정형탄소의 집합체이며, 활성화 과정에서 분자크기 정도의 미세 세공이 잘 형성되어 큰 내부 표면적을 가지는 흡착체이다. 기체나 습기를 흡수시키는데 사용되며, 그밖에 용제의 회수제와 가스의 정제용 또는 탈색제로 이용된다.
본 발명에서 활성탄은 탁도를 저하하여 투명한 색깔을 나타내도록 하고 저분자량 유기물을 일부 제거하여 본 발명의 마지막 단계인 역삼투막으로 여과하는 단계에서 오염물 부하를 저감시킬 수 있다.
세정폐수에 이용되는 원수는 지하수를 이용하는 경우가 많은데, 지하수에는 철과 망간과 같은 무기물이 많으며, 금속 가공 과정에서도 철과 망간과 같은 무기물이 많이 배출되는데, 이로 인하여 금속 가공 오일폐수에서는 철분과 망간 등과 같은 물질에 의해 붉은 산화철을 다량 존재하며 탁도가 높아 진한 색깔을 나타낸다.
본 발명의 멀티 미디어 필터로 여과하는 단계에서 상기 중공사막으로 여과된 오일폐수를 필터 미디어가 범인 층과 활성탄인 층을 연속적으로 통과시킴으로써, 오일폐수에서 철, 망간, 붉은 산화철 등 금속 무기물 및 착색물질을 제거하고 탁도를 저하하며 저분자량 유기물을 제거하여 투명한 색깔의 폐수로 만들 수 있다.
본 발명에 사용되는 활성탄과 범은 분말상으로 평균 직경이 3 ~ 10 ㎛인 것이 바람직한데, 상기 직경이 3 ㎛ 미만이면 접촉 표면적이 증가하여 오염물질의 제거가 많아질 수 있으나 처리 유량이 감소하며, 10 ㎛를 초과하면 유체와 접촉 면적이 작아져 철과 망간의 제거와 탁도 저하가 불충분해져 후술하는 역삼투막으로 여과하는 단계에서 오염물질의 부하가 저감되지 못하여 처리 유량이 감소하는 등과 같은 여과효율의 저하가 발생할 수 있어 바람직하지 못하다.
본 발명의 마지막 단계는 상기 멀티 미디어 필터로 여과된 오일폐수를 역삼투막으로 여과하여, SS, 중금속, 유기물질 등을 배제함으로써 오염도와 COD가 극히 낮아진 수질로 만들어 공업용수로 재이용을 할 수 있는 처리수를 제공하는 것이다.
상기 단계들을 통과한 오일폐수의 오일은 완전히 배제되었으나 COD는 아직 공업용수로 재이용되기에 불충분하다. 이는 상기 중공사막 및 멀티 미디어 필터로 여과는 COD에 영향을 미치는 분자량이 작은 고분자 물질, 유기물 및 제1철염 등과 같은 염(鹽)의 제거는 충분하지 않기 때문이다.
역삼투막은 고압을 이용하여 고분자 물질, 유기물 및 염을 모두 배제할 수 있으며, 역삼투막은 반투막으로서 세공의 평균 크기가 4 ~ 11 Å 범위로서, 용매 분자와 비슷한 크기의 용질분자가 혼합된 용액에서도 선택적으로 용매분자만을 투과시킬 수 있어 염의 분리가 가능하나, 오염물질에 의한 부하가 클 경우 운전 압력이 상승되거나 여과 시간이 증대되거나 세척주기가 짧아지고 다른 분리막과 같이 오염과 막 세척에 의한 막의 손상이 쉬운 단점이 있다.
본 발명에서는 염의 분리를 위해 방향족 폴리아미드로 이루어진 고분자재질로서 염 배제율이 95.0~99.8 % 인 역삼투막을 사용한다.
상기 역삼투막의 재질은 방향족 폴리아미드로 이루어진 고분자재질로서 친수성을 가지므로 물의 침투가 용이하여 다량의 유체를 처리할 수 있어 바람직하다.
상기 염 배제율이 95.0 % 미만이면 COD 감소가 작아지므로 공업용수로 재이용하기 어렵고 99.8 % 초과하면 처리유량이 감소함에 따라 운전 압력을 증대시킴으로써 역삼투막의 수명이 단축된다.
상기 역삼투막 모듈을 통과시킴으로써 유기물 및 염이 배제되어 COD가 공업용수로 재이용될 수 있는 수준으로 감소하고 오일에 의한 막 오염이 발생하지 않아 역세척 주기가 길어져서 상기 역삼투막의 수명이 증대된다.
이하에 본 발명을 실시예에 의해 구체적으로 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 치환 및 균등한 타 실시예로 변경할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.
< 실시예 >
압연공정에서 발생한 고농도 금속가공 오일폐수의 전처리를, 디스크 바울 갯수가 100개, 디스크 바울의 간격이 2 mm, 디스크 바울 경사각도가 50˚, 디스크 바울의 외경 반지름 100 mm, 내경 반지름은 60 mm가 되도록 구조를 조정한 디스크형 원심분리기에서 디스크 바울의 회전속도를 10000 rpm으로 운전함으로써 실시하고 시간당 1.5톤을 처리하였다.
상기 전처리된 오일폐수를 뎁스필터(SYP 카트리지 필터, 입자제거등급 100 ㎛, (주)시노펙스, 한국)를 이용하여 시간당 1.5톤의 유량으로 여과하였다.
상기 뎁스필터로 여과된 오일폐수를 중공사막(HUF3050, 분획분자량 300000, 막면적 7.8m2, (주)시노펙스, 한국)으로 여과하였다.
상기 중공사막으로 여과된 오일폐수를 멀티 미디어 필터(평균 입자 크기가 5 ㎛인 범 및 활성탄이 2층으로 충전된 필터)를 이용하여 시간당 1.5톤의 유량으로 여과하였다.
상기 멀티 미디어 필터로 여과된 오일폐수를 역삼투막(RE16040-FLR, 염배제율 99.6 %, 웅진케미칼, 한국)으로 여과하였다. 이때, 상기 역삼투막을 운전 압력 10 bar로 운전하여 공업용수로 재활용 가능한 처리수를 얻었다.
< 비교예 1 >
상기 실시예에서 전처리를 백필터(입자제거등급 200 ㎛, 직경 160 mm, 길이 500 mm, 가지카 코퍼레이션, 일본)를 사용하여 운전 압력 1.0 bar로 처리한 것을 제외하고는 실시예와 동일한 방법을 사용하여 처리수를 얻었다.
< 비교예 2 >
상기 실시예에서 전처리를 스크류 데칸트형 원심분리기(길이 1800 mm, 넓이 1200 mm, 높이 700 mm, 회전속도 4000 rpm, (주)부성엔지니어링, 한국)를 사용한 것을 제외하고는 실시예와 동일한 방법을 사용하여 처리수를 얻었다.
< 비교예 3 >
상기 실시예에서 상기 멀티 미디어 필터로 여과하는 단계를 삭제한 것을 제외하고는, 실시예와 동일한 방법을 사용하여 처리수를 얻었다.
< 비교예 4 >
상기 실시예에서 상기 뎁스필터 및 멀티 미디어 필터로 여과하는 단계를 삭제한 것을 제외하고는, 실시예와 동일한 방법을 사용하여 처리수를 얻었다.
< 시험예 >
상기 실시예, 비교예 1 내지 4의 오일폐수에 대하여 아래 항목에 대하여 평가하여 그 결과를 아래 표 1에 나타내었다.
(1) 오일 : AAS(원자흡수분광계)
(2) SS : 여과잔류물 무게측정법
(3) 철(Fe) : X-ray
(4) COD : KMnO4 소비량 측정
상기 실시예, 비교예 1 내지 4에서 중공사막으로 여과하는 단계 및 역삼투막으로 여과하는 단계의 운전 압력을 1.5 bar로 하여 유량 변화 결과를 아래 표 2 및 3에 나타내었다.
수질 오염도(단위: ppm)
구분 오일 SS Fe COD
금속가공 오일폐수 5328 3951 573 8934
실시예 전처리수 2374 3847 402 7522
정밀여과 후 2269 2632 197 6501
중공사막여과 후 40 2.8 4.8 106
MMF여과 후 7 0.5 0.9 67
RO여과 후 0 0.1 0.1 9
비교예 1 전처리수 4288 2725 401 8012
중공사막여과 43 4.4 6.1 10210
RO여과 후 0 1.3 3.4 65
비교예 2 전처리수 3922 5520 510 7929
정밀여과 후 3488 2873 355 6897
중공사막여과 52 5.1 7.9 250
MMF여과 후 8 2.4 4.2 119
RO여과 후 0 0.9 1.1 65
비교예 3 전처리수 2441 3750 388 7666
정밀여과 후 2187 2891 249 5678
중공사막여과 35 12.8 75 562
RO여과 후 0 0.6 2.9 105
비교예 4 전처리수 2261 3799 471 7823
중공사막여과 후 40 37 128 843
RO여과 후 0 0.8 3.2 117
MMF: 멀티 미디어 필터
RO: 역삼투
중공사막으로 여과하는 단계에서 유량 변화(단위: 리터/분)
구분 시작 1일 경과 후 3일 경과 후 7일 경과 후 9일 경과 후
실시예 1.90 1.90 1.90 1.89 1.81
비교예 1 1.87 1.45 0.75 0.25 0.01
비교예 2 1.92 1.05 0.55 0.12 0.01
비교예 3 1.93 1.90 1.43 1.10 0.70
비교예 4 1.89 1.88 0.84 0.21 0.01
역삼투막으로 여과하는 단계에서 유량 변화(단위: 리터/분)
구분 시작 1일 경과 후 3일 경과 후 7일 경과 후 9일 경과 후
실시예 1.82 1.80 1.80 1.88 1.71
비교예 1 1.78 1.35 0.65 0.20 0.01
비교예 2 1.79 1.15 0.57 0.17 0.01
비교예 3 1.81 1.77 1.37 0.88 0.53
비교예 4 1.82 1.81 0.81 0.23 0.01
상기 표 1로부터 실시예의 처리수 수질 오염도는 매우 낮은 상태로서 공업용수로 재활용되기에 충분함을 알 수 있는데, 이는 비교예와 비교하여 실시예가 연속식 디스크형 원심분리기로 전처리하는 단계부터 시작하여 본 발명의 처리단계를 거치면서 각종 오염물질을 효과적으로 여과하였음를 알 수 있다.
상기 표 2 및 3으로부터 실시예는 중공사막 또는 역삼투막으로 여과하는 단계에서 유량 변화가 거의 없이 운전 가능하나 비교예는 급격한 막 오염에 의해 유량 감소로 운전이 불가능하였다. 즉, 실시예에 의한 방법이 중공사막 및 역삼투막의 오염 부하를 감소시켜서 지속적으로 장기간 연속 운전할 수 있음을 알 수 있었다.
11: 오일폐수 투입구 12: 회전축
13: 회전체 14: 디스크 바울
15: 오염물질 배출구 16: 전처리수 배출구
17: 디스크 바울의 외경 반지름 18: 디스크 바울의 내경 반지름
19: 디스크 바울의 경사각도

Claims (7)

  1. 금속가공 과정에서 발생하는 오일폐수를 연속식 디스크형 원심분리기를 사용하여 전처리하는 전처리 단계;
    상기 전처리된 오일폐수를 뎁스필터로 여과하여 입자상 고형물질을 제거하는 정밀여과 단계;
    상기 뎁스필터로 여과된 오일폐수를 중공사막으로 여과하는 단계;
    상기 중공사막으로 여과된 오일폐수를 멀티 미디어 필터로 여과하는 단계; 및
    상기 멀티 미디어 필터로 여과된 오일폐수를 역삼투막으로 여과하는 단계;를
    포함한 금속가공 오일폐수의 처리방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 연속식 디스크형 원심분리기는 디스크 바울의 경사각도가 30 ~ 60˚이고, 디스크 바울의 수량이 90 ~ 200 개이며, 디스크 바울의 회전속도가 9000 ~ 12000 rpm인 것을 특징으로 하는 금속가공 오일폐수의 처리방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 뎁스필터는 입자제거등급이 0.5 ~ 150 ㎛이며, 상기 뎁스필터를 이용하여 여과시 처리 유량은 1 ~ 3 톤/시간인 것을 특징으로 하는 금속가공 오일폐수의 처리방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 중공사막은 분리막을 제조할 수 있는 고분자 재질로서 친수화되어 있으며, 세공의 평균 크기가 0.02 ~ 0.20 ㎛인 것을 특징으로 하는 금속가공 오일폐수의 처리방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 멀티 미디어 필터의 필터 미디어는 범(BIRM) 및 활성탄인 것을 특징으로 하는 금속가공 오일폐수의 처리방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 범 및 활성탄은 분말이며, 상기 분말의 평균 크기는 3 ~ 10 ㎛인 것을 특징으로 하는 금속가공 오일폐수의 처리방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 역삼투막은 방향족 폴리아미드로 이루어진 고분자재질로서 염 배제율이 95.0 ~ 99.8 % 인 것을 특징으로 하는 금속가공 오일폐수의 처리방법.
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