KR101761129B1 - 폐수 처리 장치 및 폐수 처리 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 폐수 처리 장치 및 폐수 처리 방법에 대한 것이다.
본 발명에 따른 폐수 처리 장치는 에탄올 아민, 고농도 질소 및 고농도 COD 성분 함유 폐수를 저비용으로 처리할 수 있다.

Description

폐수 처리 장치 및 폐수 처리 방법 {Waste water treatment system and the method of waste water}
본 발명은 폐수 처리 장치 및 폐수 처리 방법에 대한 것이다.
보다 구체적으로, 본 발명은 에탄올 아민, 고농도 질소 및 고농도 COD 성분 함유 폐수를 효과적으로 처리할 수 있는 폐수 처리 장치 및 폐수 처리 방법에 대한 것이다.
에탄올아민(Ethanolamine; HO-CH2-CH2-NH2, 이하 ETA라 함)은 보일러나 발전소의 배관라인 부식억제제로 폭넓게 사용되고 있다. 그러나 사용 후의 에탄올 아민은 자체적으로 높은 화학적 산소요구량(COD)와 질소성 오염 물질(T-N; 총질소(total nigtrogen))를 함유하고 있다. ETA가 가지고 있는 에탄올(Ethanol) 성분은 화학적 산소요구량을 유발시키고, 아민(Amine)은 질소성 오염 물질을 유발시킨다.
그러나 에탄올 아민은 에탄올과 아민으로 분해되는 데 매우 큰 저항성을 가지고 있다. 미생물에 의한 처리는 물론이고, 현재까지 물리화학적인 처리에 의해서도 분해가 잘 이루어지지 않는 것으로 알려져 있다.
현재 사용 후의 에탄올 아민은 이러한 큰 분해의 저항성으로 인하여 소각에 의해 처리되고 있다. 그러나 에탄올 아민을 함유하는 폐수의 소각에 의한 처리는 물을 증발시키기 위한 높은 에너지가 소요된다. 또, 소각 시 발생되는 암모니아(NH3) 가스는 대기오염을 방지하기 위하여 다시 포집하여 처리하여야 하는 문제를 가지고 있기 때문에 고비용이 소요되고 2차 오염을 유발시킬 우려가 있다.
한편, 기존에 고농도 질소 및 고농도 COD 성분 함유 폐수는 소정의 내부 반송을 수행하는 완전 혼합 흐름형 반응조에서 처리되거나, 유체의 흐름을 폐수의 유입 방향으로 유도하는 관형 흐름 반응조에서 처리되거나, 또는 관형 흐름 반응조의 시스템을 적용한 산화구(Oxidation Ditch) 등으로 처리될 수 있으나, 이러한 처리 방식들은 시스템적 안정성과 낮은 질소 및 COD 성분 처리 효율 등의 당면 문제가 있다.
따라서, 고농도의 질소 및 고농도 COD 성분 함유 폐수를 처리하는데 보다 효과적인 폐수 처리 시스템을 설계하는 것이 필요한 실정이다.
(특허 문헌 1) 대한민국 공개특허 공보 1995-0058561
본 발명은 에탄올 아민, 고농도 질소 및 고농도 COD 성분 함유 폐수를 효과적으로 처리할 수 있는 폐수 처리 장치 및 폐수 처리 방법에 대한 것이다.
본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위해 안출된 것으로써, 폐수 처리 장치 및 폐수 처리 방법에 대한 것이다.
상기 폐수 처리 장치는 나노 0가 철, 과산화수소 및 오존을 공급하여, 폐수 내 에탄올 아민 및 COD 성분을 처리하는 전처리조; 및 상기 전처리조의 후단에 배치되어, 활성 슬러지에 의한 폐수 처리를 수행하는 관형 흐름형 반응조를 포함한다. 또한, 상기 관형 흐름형 반응조는 적어도 두 개의 격벽으로 이루어지는 격벽부에 의해 완전 분리된 제 1 내지 제 3 반응 영역을 포함하며, 상기 제 1 내지 제 3 반응 영역은 각각 폐수의 유입 방향으로부터 순차적으로 배치되어 있는 혐기 영역, 무산소 영역 및 호기 영역이다.
하나의 예시에서, 상기 폐수 처리 장치는 상기 제 1 반응 영역과 상기 제 2 반응 영역의 사이에 존재하고, 적어도 두 개의 격벽으로 이루어지는 격벽부에 의해 완전 분리된 제 4 반응 영역 및 제 5 반응 영역을 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 제 4 및 제 5 반응 영역은 호기 영역일 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 폐수 처리 장치는 상기 호기 영역의 후단에 배치되고, 상기 격벽부 내에 존재하는 탈질 영역을 더 포함할 수 있다.
상기 폐수 처리 방법은 나노 0가 철, 과산화수소 및 오존을 전처리조 내로 공급하여, 폐수 내 에탄올 아민 및 COD 성분을 처리하는 전처리 단계; 및 관형 흐름형 반응조 내에서 활성 슬러지에 의한 폐수 처리를 수행하는 단계를 포함한다. 상기 관형 흐름형 반응조는 적어도 두 개의 격벽으로 이루어지는 격벽부에 의해 완전 분리된 제 1 내지 제 3 반응 영역을 포함하고, 상기 제 1 내지 제 3 반응 영역은 각각 폐수의 유입 방향으로부터 순차적으로 배치되어 있는 혐기 영역, 무산소 영역 및 호기 영역이다.
하나의 예시에서, 상기 폐수 처리 방법의 활성 슬러지에 의한 폐수 처리를 수행하는 단계는, 상기 제 1 반응 영역에서 폐수 내 과산화 수소의 분해 및 COD 성분의 처리를 수행하는 제 1 단계; 상기 제 2 반응 영역에서 탄소 공급원에 의해 폐수 내 질산성 질소의 탈질을 수행하는 제 2 단계; 및 상기 제 3 반응 영역에서 상기 제 2 단계를 위해 투입된 탄소 공급원을 제거하여 폐수 내 잔류 COD 성분의 처리를 수행하는 제 3 단계를 포함할 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 폐수 처리 방법의 상기 관형 흐름형 반응조는 상기 제 1 반응 영역과 상기 제 2 반응 영역의 사이에 존재하고, 적어도 두 개의 격벽으로 이루어지는 격벽부에 의해 분리된 제 4 반응 영역 및 제 5 반응 영역을 더 포함하고, 상기 제 4 및 상기 제 5 반응 영역은 호기 영역일 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 폐수 처리 방법의 상기 활성 슬러지에 의한 폐수 처리를 수행하는 단계는, 상기 제 4 및 제 5 반응 영역에서 COD 성분의 처리 및 암모니아성 질소의 질산화를 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 폐수 처리 방법은 상기 호기 영역의 후단에 배치되고, 상기 격벽부 내에 존재하는 탈질 영역에서 질산성 질소의 탈질을 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 활성 슬러지에 의한 폐수 처리를 수행하는 반응조 이전에, 고도 산화 처리를 수행할 수 있는 전처리조를 배치함으로써, 에탄올 아민 및 고농도 COD 함유 폐수를 보다 효과적으로 처리할 수 있는 폐수 처리 장치 및 폐수 처리 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 관형 흐름 반응조(Plug Flow Reactor)의 장점과 완전 혼합 흐름 반응조 (Completely Mixed Flow Reactor)를 혼합 설계하여 제작된 반응조를 전처리조의 후단에 배치함으로써, 고농도 질소 및 고농도 COD 함유 폐수를 보다 효과적으로 처리할 수 있는 폐수 처리 장치 및 폐수 처리 방법을 제공할 수 있다.
더욱이, 본 발명에 따른 폐수 처리 장치 및 폐수 처리 방법은 경제적인 비용으로 에탄올 아민, 고농도 질소 및 고농도 COD 성분 함유 폐수를 처리할 수 있는 이점이 있다.
물론, 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은, 본 발명에 따른 폐수 처리 장치의 일 모식도를 나타낸 것이다.
도 2는, 본 발명에 따른 폐수 처리 장치 내 전처리조에 대한 일 모식도이다.
도 3 및 도 4는, 본 발명에 따른 폐수 처리 장치 내 관형 흐름형 반응조에 대한 일 모식도이다.
이하, 본 발명에 대하여, 도면 및 예시를 들어 보다 구체적으로 설명한다.
본 명세서에서, 단수의 표현은 달리 명시하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.
한편, 본 명세서에서 사용되는 용어의 정의는 다음과 같다.
본 명세서에서 용어 「COD 성분」은 과망간산 칼륨(KMnO4) 또는 중크롬산칼륨(KrCr2O7) 등의 산화제에 의해 산화되어 적정 화학적 산소 요구량(Chemical Oxygen Demand)이 요구되는 폐수 내 유기물 등과 같은 피 산화성 물질을 의미한다.
본 명세서에서 용어 「관형 흐름형 반응조」는, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 관형 흐름 반응조(Plug Flow Reactor)와 유사하게 반응기의 길이 방향으로 폐수의 유입 및 유출이 진행되는 반응조를 의미한다. 특히, 본 발명에 따른 관형 흐름형 반응조는 후술하는 완전 분리된 반응 영역이 반응조의 길이 방향에 따라 개별적인 영역을 형성한 상태로 존재한다.
본 명세서에서 용어 「완전 분리된 반응 영역」은, 완전 혼합 흐름 반응조(Completely Mixed Flow Reactor)와 동일한 역할을 수행하는 영역을 의미하는 것으로써, 해당 완전 분리된 영역에서 완전 혼합 흐름 반응조(Completely Mixed Flow Reactor)와 동일하게 균일한 폐수의 농도 분포를 가지고, 각각 독립적으로 탈질, 질산화, 또는 COD 제거 등의 공정이 수행되는 반응 영역을 의미한다.
본 명세서에서 용어 「혐기 영역」은, 유리 산소 분자 및 질산화 이온과 같은 결합형 산소가 존재하지 않는 영역을 의미하는 것으로써, 구체적으로 생물학적 폐수 처리 장치의 혐기조의 역할을 수행하는 영역을 의미한다.
본 명세서에서 용어 「호기 영역」은, 유리 산소 분자가 존재하는 영역을 의미하는 것으로써, 구체적으로 생물학적 폐수 처리 장치의 호기조의 역할을 수행하는 영역을 의미한다.
본 명세서 에서 용어 「무산소 영역」은 상기 혐기 영역과 호기 영역의 중간 상태로써, 유리 산소 분자는 존재하지 않지만, 결합형 산소는 존재하는 영역을 의미하는 것으로써, 구체적으로 생물학적 폐수 처리 장치의 무산소조의 역할을 수행하는 영역을 의미한다.
본 명세서에서 용어 「고농도 COD 함유 폐수」는 CODcr 농도가 3,000mg/l 이상인 폐수를 의미한다.
본 명세서에서 용어 「고농도 질소 함유 폐수」는 총 질소(T-N) 혹은 암모니아성 질소의 농도가 2,000mg/l 이상인 폐수를 의미한다.
본 발명은 폐수 처리 장치 및 폐수 처리 방법에 대한 것이다. 본 발명에 따른 폐수 처리 장치를 이용하면 에탄올 아민, 고농도 질소 및 고농도 COD 성분을 함유하는 폐수를 저비용으로 효과적으로 처리할 수 있다.
구체적으로, 본 발명자는 활성 슬러지에 의한 폐수 처리를 수행하는 반응조 이전에, 고도 산화 처리를 수행할 수 있는 전처리조를 배치함으로써, 에탄올 아민 및 고농도 COD 함유 폐수를 보다 효과적으로 처리할 수 있도록 하였다.
또한, 본 발명자는 관형 흐름 반응조(Plug Flow Reactor) 및 완전 혼합 흐름 반응조(Completely Mixed Flow Reactor)를 혼합 설계하여 제작된 반응조를 전처리조의 후단에 배치함으로써, 고농도 질소 및 고농도 COD 함유 폐수를 보다 효과적으로 처리할 수 있도록 하였다.
도 1은 본 발명에 따른 폐수 처리 장치를 개략적으로 도시한 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 폐수 처리 장치는 전처리조(100) 및 활성 슬러지에 의한 폐수 처리를 수행하는 관형 흐름형 반응조(200)를 포함한다.
상기 전처리조(100)는 고도 산화 처리(Advanced Oxidation Process, AOP)를 수행하는 구성으로서, 구체적으로 전처리조에서는 폐수 내 에탄올 아민 및 COD 성분을 처리한다.
본 발명에 따른 전처리조에는 과산화수소 및 오존이 나노 0가 철과 함께 공급된다. 따라서, 에탄올 아민 함유 폐수를 효과적으로 처리할 수 있을 뿐만 아니라, 일정량의 COD 성분을 사전에 처리함으로써, 후단에 배치된 관형 흐름형 반응조에서 고농도 COD 성분을 처리함에 있어 유발될 수 있는 운전부하를 줄일 수 있다. 나아가, 상기 두 성분의 조합에 따라, COD 성분 및 에탄올 아민 처리의 시너지 효과를 얻을 수 있다.
전처리조에는 과산화수소가 공급된다. 상기 과산화수소는 나노 0가 철을 촉매로 에탄올 아민 내 아민기(NH2)를 암모니아로 분해시킬 수 있다.
구체적으로, 상기 과산화 수소는 함께 투입되는 나노 0가 철과 함께 하기 반응식 1 내지 3의 반응을 수행하여 OH 라디칼을 형성하고, 형성된 OH 라디칼은 에탄올 아민과 함께 하기 반응식 4 내지 6의 반응을 수행하여 에탄올 아민 내 아민기를 암모니아로 분해시킬 수 있다.
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상기 반응식 1 내지 6에서 알 수 있듯이, 전처리조 내의 에탄올 아민은 과산화 수소 및 나노 0가 철에 의해서 암모니아(NH3), 산소분자(O2) 및 CH2CHO 화합물로 분해될 수 있다. 또한, 에탄올 아민에서 분해된 상기 물질들은 오존이나 후술하는 활성 슬러지에 의한 폐수 처리 공정에 의해 질소, 물 및 이산화 탄소 등으로 분해될 수 있다.
상기에서 나노 0가 철은, 예를 들면 1nm 내지 100nm 범위 내의 직경을 가질 수 있다. 직경이 100nm 이상이 되는 경우에는, 반응성이 떨어져 OH 라디칼을 형성하는데 어려움이 있고, 직경이 1nm 미만인 경우에는, 제조 비용과 시간에 많이 소요되어 바람직하지 않다.
또한, 나노 0가 철과 과산화수소의 함량을 상대적으로 다르게 조절함에 따라 에탄올아민의 분해율을 제어할 수 있다. 예를 들어, 나노 0가 철의 함량을 일정하게 유지할 경우, 과산화수소의 농도의 변화 없이 상기 과산화수소의 함량이 증가하면, 에탄올아민의 분해율이 증가된다. 또는, 과산화수소의 농도와 함량이 일정할 경우, 나노 0가철의 함량이 증가함에 따라 에탄올아민의 분해율이 증가할 수 있다.
전처리조에는 상기 과산화수소와 함께 오존이 공급된다. 상기 오존은 나노 0가 철을 촉매로 폐수 내 COD 성분을 효과적으로 제거할 수 있다. 상기와 같이, 전처리조에 오존을 공급함으로써, 전처리조 후단에 배치되어 있는 활성 슬러지에 의한 폐수 처리를 수행하는 반응조의 COD 성분 처리 부하를 줄일 수 있다. 또한, 전처리조에 과산화수소와 함께 오존을 공급함으로써, COD 성분 및 에탄올 아민의 제거 효율을 극대화시킬 수 있다.
상기 전처리조는 전술한 기능을 구현하기 위한 해당 구성을 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 전처리조(100)는 도 2에 도시된 바와 같이, 에탄올 아민, 고농도 질소 및 고농도 COD 성분 함유 폐수가 유입되는 폐수 유입부(101)와 전술한 각 성분이 공급될 수 있도록 하는 나노 0가 철 공급부(102), 과산화수소 공급부(103) 및 오존 공급부(104)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 전처리조는 교반부(105)를 포함하여, 전술한 성분들의 고른 교반을 도모할 수 있다.
본 발명에 따른 폐수 처리 장치는 또한, 활성 슬러지에 의한 폐수 처리를 수행하는 관형 흐름형 반응조를 포함한다. 상기 관형 흐름형 반응조는 상기 전처리조의 후단에 배치된다.
상기 관형 흐름형 반응조에서는 폐수 내 고분자 유기물을 저분자 물질로 변환시키는 공정인 생물학적 폐수 처리가 수행된다.
특히, 본 발명에 따른 상기 관형 흐름형 반응조는 반응조의 길이 방향으로 폐수의 유입 및 유출을 유도하는 관형 흐름 반응기(Plug Flow reactor)의 특성을 가짐과 동시에 혐기조, 무산소조 및 호기조의 역할을 수행하는 완전 혼합 영역을 길이 방향에 따라 위치시킴으로써, 이상적인 처리 공정인 관형 흐름 반응조(Plug Flow Reactor)의 장점 및 공정 운영상의 이점을 가지는 완전 혼합 흐름 반응조(Completely Mixed Flow Reactor)의 특성을 모두 가질 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 상기 관형 흐름 반응조는 소정의 탈질 영역을 포함함으로써, 고농도의 질소 함유 폐수도 효과적으로 처리할 수 있는 이점이 있다.
즉, 본 발명의 상기 관형 흐름형 반응조는, 도 3에 도시된 바와 같이, 적어도 두 개의 격벽으로 이루어지는 격벽부(201)에 의해 완전 분리된 제 1 내지 3 반응 영역(202,203,204)을 포함한다. 또한, 상기 제 1 내지 제 3 반응 영역(202,203,204)은 각각 폐수의 유입 방향으로부터 순차적으로 배치되어 있는 혐기 영역, 무산소 영역 및 호기 영역이다.
상기 제 1 반응 영역(202)은 전처리조(100)에 바로 인접하여 위치하고 혐기조의 역할을 수행하는 혐기 영역이다.
상기 제 1 반응 영역(202)에서는 COD 성분을 제거하여 고분자 유기물을 저분자 물질로 변환시키는 공정이 수행될 수 있다. 또한, 상기 제 1 반응 영역(202)에서는 전처리조(100)에서 공급된 잔류 과산화수소를 분해시키는 공정이 수행될 수 있고, 이를 통해, 후속 처리 공정의 부하를 최소화할 수 있다. 한편, 상기 제 1 반응 영역에서는 전술한 공정들이 원활하게 진행될 수 있도록 하기 위해 교반기를 이용한 교반이 수행될 수 있다.
상기 제 2 반응 영역(203)은 상기 제 1 반응 영역(202)의 후단에 위치하고, 무산소조의 역할을 수행하는 무산소 영역이다.
상기 제 2 반응 영역(203)에서는 탈질 세균에 의한 탈질 공정이 수행될 수 있다.
구체적으로, 상기 제 2 반응 영역(203)에서는 Pseudomonas, Micrococcus, Achromobacter 또는 Bacillus 등과 같은 탈질 세균에 의한 질산화호흡 또는 아질산호흡에 의한 질산성 질소의 환원이 일어나, NO3 --N 이나 NO2 --N이 질소 가스(N2)로 환원될 수 있다. 이 때, 제 2 반응 영역(203)에는 메탄올 등의 탄소 공급원이 되어 상기 질산화 과정의 에너지원으로 이용될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 폐수 처리 장치는 관형 흐름형 반응조(200)의 상기 제 2 반응 영역(202)에 탄소 공급원을 제공하는 탄소 공급부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 한편, 상기 제 2 반응 영역에서는 전술한 공정들이 원활하게 진행될 수 있도록 하기 위해 교반기를 이용한 교반이 수행될 수 있다.
상기 제 3 반응 영역(203)은 상기 제 2 반응 영역(202)의 후단에 위치하고, 호기조의 역할을 수행하는 호기 영역이다.
상기 제 3 반응 영역(203)에서는 잔류 COD 성분의 제거가 수행될 수 있다.
구체적으로, 상기 제 3 반응 영역(203)에서는 산소의 주입 하에, 상기 제 2 반응 영역(202)에서 공급되는 탄소 공급원을 제거하여 잔류하는 COD 성분을 제거하는 공정이 수행될 수 있다. 또한, 상기 제 3 반응 영역(203)에서는 암모니아성 질소(NH4 +-N)의 질산화 공정이나 인의 섭취 공정 등이 수행될 수 있다.
본 발명에 따른 폐수 처리 장치는 또한, 호기조의 역할을 수행하는 영역을 더 포함하여, COD 성분의 제거 및 암모니아성 질소(NH4 +-N)의 질산화 공정 등이 수행될 수 있다.
구체적으로 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 폐수 처리 장치는 상기 제 1 반응 영역(202)과 제 2 반응 영역(203)의 사이에 존재하는 제 4 반응 영역(205) 및 제 5 반응 영역(206)을 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 제 4 및 제 5 반응 영역(205,206)은 호기 영역일 수 있다. 상기 제 4 및 제 5 반응 영역(205,206)은 적어도 두 개의 격벽으로 이루어지는 격벽부(201)에 의해 완전 분리되어 있다.
상기 제 4 및 제 5 반응 영역(205,206)에서는 질산화 미생물이 우점종이 되어, COD 성분의 제거 및 암모니아성 질소(NH4 +-N)의 질산화 공정이 수행될 수 있다. 상기 제 4 및 제 5 반응 영역(205,206) 내에서 수행되는 상기 공정들은 상기 제 3 반응 영역(203)과 마찬가지로 산소의 주입 하에 수행될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 폐수 처리 장치는 필요에 따라, 상기 제 4 및 제 5 반응 영역과 동일한 기능을 수행할 수 있는 호기 영역을 추가로 포함할 수 있으며, 그 영역의 수는 시스템의 운영적 측면을 고려하여 당업자가 자유롭게 선택할 수 있다.
본 발명에 따른 폐수 처리 장치는 또한, 격벽부 내에 존재하는 탈질 영역을 더 포함할 수 있다.
구체적으로 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 폐수 처리 장치는 호기 영역의 후단에 배치되고, 상기 격벽부(201) 내에 존재하는 탈질 영역(201a)을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 폐수 처리 장치는, 전술한 바와 같이, 호기 영역 후단에 배치되어 있는 탈질 영역(201a)을 포함함으로써, 호기 영역을 통과한 폐수의 부하를 줄여줄 수 있고, 탈질 세균에 의한 COD 성분의 제거도 동시에 이룰 수 있는 이점이 있으며, 고농도 질소 함유 폐수를 효과적으로 처리할 수 있다.
보다 구체적으로, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 폐수 처리 장치는 완전 혼합 흐름을 유도하는 격벽부(201) 중 호기 영역(제 3 내지 제 5 반응 영역)의 후단에 존재하는 격벽부 내에 탈질 영역(201a)을 포함할 수 있다. 한편, 탈질 영역 내 폐수의 체류시간이 호기 영역 내 폐수의 체류시간보다 상대적으로 작지만, 탈질 속도가 질산화 속도보다 월등히 빠르기 때문에 질산화 및 탈질의 균형을 맞출 수 있고, 나아가 미처 탈질이 이루어 지지 않은 질산성 질소는 무산소 영역인 제 2 반응 영역 내의 탈질 공정에 의해 완전한 탈질이 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 폐수 처리 장치에서, 격벽부(201)는 적어도 두 개의 격벽으로 이루어져 있다. 상기 격벽부(201) 내 격벽의 개수는 두 개 이상이면 특별히 제한되는 것은 아니다. 따라서, 전술한 격벽부의 기능인 완전 혼합 흐름의 형성 및 탈질 영역의 형성 기능을 저해하지 않는 범위 내에서, 당업자는 격벽부(201) 내 격벽의 개수 및 위치를 조절할 수 있다.
본 발명에 따른 폐수 처리 장치는 또한, 호기 영역에 해당하는 제 3 내지 5 반응 영역에 산소를 제공하기 위한 송풍장비(미도시)를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 폐수 처리 장치는 전술한 구성 이외에도 이 기술분야에서 공지된 구성, 예를 들면 침전조 등을 추가로 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 폐수 처리 장치는, 전술한 구성들을 포함하여, 에탄올 아민, 고농도 질소 및 고농도 COD 성분 함유 폐수를 효과적으로 처리할 수 있다.
본 발명은 또한, 폐수 처리 방법에 대한 것이다. 본 발명에 따른 폐수 처리 방법은 전술한 폐수 처리 장치를 이용하여 수행되는 것으로써, 에탄올 아민, 고농도 질소 및 고농도 COD 성분 함유 폐수를 저비용으로 처리할 수 있는 방법에 대한 것이다.
상기 폐수 처리 방법은 나노 0가 철, 과산화수소 및 오존을 전처리조 내로 공급하여, 폐수 내 에탄올 아민 및 COD 성분을 처리하는 전처리 단계; 및 관형 흐름형 반응조 내에서 활성 슬러지에 의한 폐수 처리를 수행하는 단계를 포함한다. 또한, 상기 관형 흐름형 반응조는 적어도 두 개의 격벽으로 이루어지는 격벽부에 의해 완전 분리된 제 1 내지 제 3 반응 영역을 포함하고, 상기 제 1 내지 제 3 반응 영역은 각각 폐수의 유입 방향으로부터 순차적으로 배치되어 있는 혐기 영역, 무산소 영역 및 호기 영역이다.
본 발명에 따른 폐수 처리 방법은, 폐수 내 에탄올 아민 및 COD 성분을 처리하는 전처리 단계를 포함한다. 상기 전처리 단계는 나노 0가 철, 과산화수소 및 오존을 전처리조 내로 공급하여 수행된다.
본 발명에 따른 상기 전처리 단계를 거치는 경우, 폐수 내 에탄올 아민이 전술한 화학식 1 내지 6에 따라 최종적으로 암모니아(NH3), 산소분자(O2) 및 CH2CHO 화합물로 분해되고, 상기 분해된 물질들은 오존이나 활성 슬러지에 의한 폐수 처리 공정에 의해 질소, 물 및 이산화 탄소 등으로 분해될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 폐수 처리 방법을 이용하는 경우, 폐수 내 에탄올 아민을 효과적으로 처리할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 상기 전처리 단계를 거치는 경우, 전처리조 후단에 배치되어 있는 활성 슬러지에 의한 폐수 처리를 수행하는 반응조의 COD 성분 처리 부하를 줄일 수 있다. 더욱이, 상기 전처리 단계를 거치는 경우, COD 성분 및 에탄올 아민의 제거 효율을 극대화시킬 수 있다.
구체적으로, 상기 전처리 단계는 전술한 도 2와 같은 전처리조에서 수행될 수 있으며, 나노 0가 철, 과산화수소 및 오존을 전처리조 내로 공급하는 것을 포함한다. 상기 나노 0가 철, 과산화수소 및 오존은, 적정 함량 비율로 전처리조 내로 공급될 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 전처리 단계는 나노 0가 철 0.01g 내지 2g, 과산화 수소 10ml 내지 200ml 및 오존 0.01 mg/l 내지 100mg/l를 전처리조 내로 공급하는 것을 포함할 수 있다. 상기 공급 비율은, 예를 들면 폐수 내 에탄올 아민의 농도 및 COD 성분의 농도 등을 고려하여 조절될 수 있다. 상기와 같은 전처리 단계를 거치는 경우, COD 농도는 최대 60% 내지 70%까지 감소할 수 있고, 에탄올 아민의 농도는 최대 99%까지 감소할 수 있다.
상기 전처리 단계는 또한, 전술한 성분들이 고르게 교반 될 수 있도록 교반기를 이용하여 교반하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 폐수 처리 방법은, 관형 흐름형 반응조 내에서 활성 슬러지에 의한 폐수 처리를 수행하는 단계를 포함한다.
상기 관형 흐름형 반응조는, 도 3에 도시된 것과 같이, 적어도 두 개의 격벽으로 이루어지는 격벽부에 의해 완전 분리된 제 1 내지 제 3 반응 영역을 포함하고, 상기 제 1 내지 제 3 반응 영역은 각각 폐수의 유입 방향으로부터 순차적으로 배치되어 있는 혐기 영역, 무산소 영역 및 호기 영역이다.
본 발명에 따른 폐수 처리 방법은 상기와 같은 관형 흐름형 반응조를 이용함으로써, 고농도 질소 및 고농도 COD 성분 함유 폐수를 효과적으로 처리할 수 있다.
구체적으로, 상기 활성 슬러지에 의한 폐수 처리를 수행하는 단계는 상기 제 1 반응 영역에서 폐수 내 과산화 수소의 분해 및 COD 성분의 처리를 수행하는 제 1 단계; 상기 제 2 반응 영역에서 탄소 공급원에 의해 폐수 내 질산성 질소의 탈질을 수행하는 제 2 단계; 및 상기 제 3 반응 영역에서 상기 제 2 단계를 위해 투입된 탄소 공급원을 제거하여 폐수 내 잔류 COD 성분의 처리를 수행하는 제 3 단계를 포함할 수 있다.
상기 제 1 단계는, 혐기조의 역할을 수행하는 혐기 영역인 제 1 반응 영역(202)에서 진행되며, 폐수 내 과산화 수소의 분해 및 COD 성분의 처리를 수행하는 것을 포함할 수 있다. 상기 제 1 단계를 거치는 경우, 잔류 과산화수소로 인한 후속 처리 공정의 부하를 최소화할 수 있고, 고분자 유기물을 저분자 성분으로 변환시킬 수 있다.
상기 제 2 단계는, 무산소조의 역할을 수행하는 무산소 영역인 제 2 반응 영역(203)에서 진행되며, 탄소 공급원에 의해 폐수 내 질산성 질소의 탈질을 수행하는 것을 포함할 수 있다. 상기 탈질 공정을 수행하는 경우, 질산성 질소의 환원이 일어나, NO3 --N 이나 NO2 --N이 질소 가스(N2)로 환원될 수 있다. 이 때, 제 2 반응 영역(203)에는 메탄올 등의 탄소 공급원이 되어 상기 질산화 과정의 에너지원으로 이용될 수 있다.
상기 제 3 단계는, 호기조의 역할을 수행하는 호기 영역인 제 3 반응 영역(203)에서 진행되며, 상기 제 2 단계를 위해 투입된 탄소 공급원을 제거하여 폐수 내 잔류 COD 성분의 처리를 수행하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 폐수 처리 방법에 이용되는 관형 흐름형 반응조는 또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 반응 영역과 상기 제 2 반응 영역의 사이에 존재하고, 적어도 두개의 격벽으로 이루어지는 격벽부에 의해 완전 분리된 제 4 반응 영역 및 제 5 반응 영역을 더 포함하고, 상기 제 4 및 상기 제 5 반응 영역은 호기 영역일 수 있다. 이 경우, 상기 활성 슬러지에 의한 폐수 처리를 수행하는 단계는, 상기 제 4 반응 영역 및 상기 제 5 반응 영역에서 COD 성분의 처리 및 암모니아성 질소의 질산화를 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제 1 내지 제 3 단계와, 상기 COD 성분의 처리 및 암모니아성 질소의 질산화 단계의 공정 순서는, 관형 흐름형 반응조 내 제 1 내지 제 5 반응 영역의 위치에 따라 결정될 수 있다.
구체적으로, 본 발명에 따른 폐수 처리 방법이 도 4에 도시된 바와 같은 구조의 관형 흐름형 반응조를 이용하여 수행되는 경우, 상기 폐수 처리 방법은 순차적으로 제 1 단계; 제 4 및 제 5 반응 영역에 수행되는 COD 성분의 처리 및 암모니아성 질소의 질산화 단계; 제 2 단계; 및 제 3 단계가 수행될 수 있다.
본 발명에 따른 폐수 처리 방법은 또한, 상기 호기 영역의 후단에 배치되고, 상기 격벽부 내에 존재하는 탈질 영역에서 질산성 질소의 탈질을 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 질산성 질소의 탈질을 수행하는 단계는, 완전 혼합 흐름을 유도하는 격벽부(201) 중 호기 영역(제 3 내지 제 5 반응 영역)의 후단에 존재하는 격벽부 내에 탈질 영역에서 수행될 수 있다. 상기 격벽부의 탈질 영역에서 수행되는 탈질 공정에 의해, 호기 영역을 통과한 폐수의 부하를 줄여줄 수 있고, 탈질 세균에 의한 COD 성분의 제거도 동시에 이룰 수 있으며, 고농도 질소 함유 폐수를 효과적으로 처리할 수 있다.
본 발명에 따른 상기 폐수 처리 방법을 이용하는 경우, CODcr 3,000mg/l 이상 및 총질소 (T-N) 2,000mg/l 이상의 고농도 폐수를 CODcr을 100mg/l 이하 및 총 질소를 10mg/l 이하로 처리할 수 있다.
100 : 전처리조
101 : 폐수 유입부
102 : 나노 0가 철 공급부
103 : 과산화수소 공급부
104 : 오존 공급부
105 : 교반부
200 : 관형 흐름형 반응조
201 : 격벽부
201a : 탈질 영역
202 : 제 1 반응 영역
203 : 제 2 반응 영역
204 : 제 3 반응 영역
205 : 제 4 반응 영역
206 : 제 5 반응 영역

Claims (8)

  1. 나노 0가 철, 과산화수소 및 오존을 공급하여, 폐수 내 에탄올 아민 및 COD 성분을 처리하는 전처리조; 및
    상기 전처리조의 후단에 배치되어, 활성 슬러지에 의한 폐수 처리를 수행하는 관형 흐름형 반응조를 포함하고,
    상기 관형 흐름형 반응조는, 적어도 두 개의 격벽으로 이루어지는 격벽부에 의해 완전 분리된 제 1 내지 제 3 반응 영역; 및 상기 제 1 반응 영역과 상기 제 2 반응 영역의 사이에 존재하고, 적어도 두 개의 격벽으로 이루어지는 격벽부에 의해 완전 분리된 제 4 반응 영역 및 제 5 반응 영역을 포함하며,
    상기 제 1 내지 제 3 반응 영역은 각각 폐수의 유입 방향으로부터 순차적으로 배치되어 있는 혐기 영역, 무산소 영역 및 호기 영역이고,
    상기 제 4 및 제 5 반응 영역은 호기 영역이며,
    상기 호기 영역의 후단에 배치되고, 상기 격벽부 내에 존재하는 탈질 영역을 더 포함하는 폐수 처리 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 나노 0가 철, 과산화수소 및 오존을 전처리조 내로 공급하여, 폐수 내 에탄올 아민 및 COD 성분을 처리하는 전처리 단계;
    적어도 두 개의 격벽으로 이루어지는 격벽부에 의해 완전 분리된 제 1 내지 제 3 반응 영역을 포함하고, 상기 제 1 반응 영역과 상기 제 2 반응 영역의 사이에 존재하고, 적어도 두 개의 격벽으로 이루어지는 격벽부에 의해 완전 분리된 제 4 반응 영역 및 제 5 반응 영역을 포함하며, 상기 제 1 내지 제 3 반응 영역은 각각 폐수의 유입 방향으로부터 순차적으로 배치되어 있는 혐기 영역, 무산소 영역 및 호기 영역이고, 상기 제 4 및 제 5 반응 영역은 호기 영역인 관형 흐름형 반응조 내에서 활성 슬러지에 의한 폐수 처리를 수행하는 단계; 및
    상기 호기 영역의 후단에 배치되고, 상기 격벽부 내에 존재하는 탈질 영역에서 질산성 질소의 탈질을 수행하는 단계
    를 포함하는 폐수 처리 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    활성 슬러지에 의한 폐수 처리를 수행하는 단계는,
    상기 제 1 반응 영역에서 폐수 내 과산화 수소의 분해 및 COD 성분의 처리를 수행하는 제 1 단계;
    상기 제 2 반응 영역에서 탄소 공급원에 의해 폐수 내 질산성 질소의 탈질을 수행하는 제 2 단계; 및
    상기 제 3 반응 영역에서 상기 제 2 단계를 위해 투입된 탄소 공급원을 제거하여 폐수 내 잔류 COD 성분의 처리를 수행하는 제 3 단계를 포함하는 폐수 처리 방법.
  6. 삭제
  7. 제 4항에 있어서,
    상기 활성 슬러지에 의한 폐수 처리를 수행하는 단계는,
    상기 제 4 및 제 5 반응 영역에서 COD 성분의 처리 및 암모니아성 질소의 질산화를 수행하는 단계를 더 포함하는 폐수 처리 방법.
  8. 삭제
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