KR101789792B1

KR101789792B1 - 철산염(vi) 금속산화수를 이용한 탈황폐수 처리장치 및 방법

Info

Publication number: KR101789792B1
Application number: KR1020170036088A
Authority: KR
Inventors: 유남종; 김영희
Original assignee: (주)일신종합환경; 한국동서발전(주)
Priority date: 2017-03-22
Filing date: 2017-03-22
Publication date: 2017-10-25

Abstract

본 발명은 탈황폐수처리장치 및 처리방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게 본 발명은 탈황폐수를 철산염(VI) 금속산화수로 처리하여 N-S 결합의 난분해성 물질을 분해하고, 질소인 처리장치로 인과 질소를 동시에 제거하는 탈황폐수 처리장치 및 방법에 관한 것이다.

Description

철산염(VI) 금속산화수를 이용한 탈황폐수 처리장치 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR DISPOSING DESULFURIZATION WASTE WATER USING FERRAT(VI) METAL OXIDATION WATER}

화력 발전소는 1980년대 후반 이후, 외국에 의존했던 화력발전소 설계기술을 국내에서 확보하고, 상용화되었으며 현재는 대한민국의 전체 발전 설비용량의 40%를 차지하고 있다. 또한, 화력발전소는 최근 신형 석탄 개발로 같은 규모시설에서 두 배 용량의 발전이 가능해져 주목을 받고 있다.

하지만, 화력 발전소는 심각해지는 환경문제로 인해 전세계적으로 환경오염에 대한 관심을 불러 일으켰고, 환경오염물질의 배출 기준이 강화됨에 따라 기존 발전소에 분진을 제거하는 집진기나 유황성분을 제거하는 탈황설비 등의 공해방지설비가 추가되거나 용량이 증설되고 있어 이에 따른 폐수 발생량 또한 증가하고 있다. 더욱 상세하게 화력 발전소는 석탄을 연료로 전기를 생산하여 CO₂, NO_x, SO_x, 분진 등의 오염물질이 발생하며, 이 중 NO_x, SO_x를 저감하기 위하여 배연탈질, 탈황설비를 설치하였으며, 이로 인하여 많은 양의 탈황 폐수를 발생해왔다.

탈황 폐수는 S₂O₆ ² ^- 성분으로 구성된 N-S 결합의 난분해성 화합물이 포함되어 일반적인 방법으로는 처리가 어려웠으며, 증발 농축법과 같이 에너지와 유지 관리 비용이 많이 소요되는 처리 방법이 적용되고 있다.

대한민국 등록특허 제10-1054036호에는 증발 농축법을 이용한 탈황폐수 처리방법을 개시하고 있다. 탈활 폐수 처리 방법으로 이용되고 있는 증발 농축법의 경우, 일반적으로 1000 m³/일을 기준으로 설치비가 약 230억, 연간운영비가 약 54억로 과도한 비용이 발생되고 있으며, 슬러지 처리 및 스케일 형성에 따른 유지 관리가 매우 어려운 실정이다.

본 발명은 탈황폐수 내 난분해성 화합물질을 분해하여 생물학적으로 처리가 가능한 물질로 변환시키고 생물학적으로 처리를 하여 탈황폐수의 난분해성 물질을 제거하는 탈황폐수 처리 장치 및 방법을 제공한다.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 상세한 설명의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 탈황 폐수 처리 장치가 제공된다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 탈황 폐수 처리 장치는 원수조로부터 공급되는 탈황폐수에 철산염(IV) 금속산화수를 주입하는 금속산화수 공급장치, 탈황폐수와 철산염(IV) 금속산화수를 혼합하고 반응하여 난분해성 COD 물질을 분해 처리하고, 부유 고형물질을 응집 처리하는 금속산화수 반응조, 탈황폐수와 철산염(IV) 금속산화수의 반응으로 응집된 부유 고형물질 응집 침전물 또는 반응하지 않은 철염이 침전되는 침전조, 침전조를 통과한 탈황폐수 침전 처리수에 산 또는 중화제를 주입하여 pH를 중성화하는 pH 조정조, pH 조정조에서 배출된 탈황폐수 내 잔류하는 철산염을 제거하는 여과조 및 여과조에서 배출된 탈황폐수 내 질소 및 인을 제거하는 질소인 처리장치를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 금속산화수 공급장치는 철염을 포함하는 제1저장조, 산화제를 포함하는 제2저장조, 강염기를 포함하는 제3저장조, 철염, 산화제, 강염기를 혼합하여 혼합 용액을 생성하는 혼합조 및 철염, 산화제, 강염기의 혼합 용액에 산소포화상태가 될 때까지 공기를 주입하고, 혼합 용액을 가열하여 30℃ 내지 80℃까지 상승하여 철산염(IV) 금속산화수를 제조하는 산화반응조를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 금속산화수 공급장치의 산화반응조는 산화반응조 내부의 혼합액에 공기, 산소, 순산소, 오존으로부터 선택되는 하나 이상을 공급하는 폭기장치, 산화반응조 내부의 혼합액의 온도를 조절하는 온도조절장치 및 상기 혼합액의 온도를 측정하는 온도측정센서를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 질소인 처리장치는 하부에 설치되어 여과조에서 배출된 탈황폐수를 충진된 모래여재에 상방향으로 분사하는 분산관, 상단에 설치되어 모래여재를 통과한 탈황폐수 처리수를 배출하는 방류수관, 상하 수직으로 설치되어 상기 탈황폐수의 오염물질이 흡착되어 바닥에 가라앉은 오염된 모래여재 및 오염수를 상부로 상승시키는 에어리프트관, 에어리프트관 상부에 설치되어 상부로 상승된 오염수를 집결하는 오염수 챔버, 오염수 챔버에 연결되어 집결된 오염수를 배출하는 오염수 관 및 오염물질이 흡착된 모래여재를 세정하는 모래여재 세정부를 포함하되, 모래여재는 탈황폐수 내 용존성 인의 물리화학적 처리를 위한 흡착수단을 코팅하여 간극을 통과하는 탈황폐수의 용존성 인을 흡착하여 처리하고, 표면에 탈질 미생물막이 형성되어 모래여재 사이의 간극을 통과하는 탈황폐수 내 질산성 질소를 탈질할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 질소인 처리장치로 폐수가 유입되기 전에 탄소원을 제공하는 1차 처리수조를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 탈황 폐수 처리 방법이 제공된다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 탈황 폐수 처리 방법은 금속산화수 공급장치에서 원수조로부터 공급되는 탈황폐수에 제조된 철산염(IV) 금속산화수를 주입하는 단계, 금속산화수 반응조에서 공급된 탈황폐수와 주입된 철산염(IV) 금속산화수를 혼합하고 반응하여 난분해성 COD 물질을 분해 처리하고, 부유 고형물질을 응집 처리하는 단계, 침전조에서 탈황폐수와 철산염(IV) 금속산화수의 반응으로 응집된 부유 고형물질 응집 침전물 또는 반응하지 않은 철염을 침전하는 단계, pH 조정조에서 침전조를 통과한 탈황폐수 침전 처리수에 산 또는 중화제를 주입하여 pH를 중성화하는 단계, 여과조에서 pH 조정조에서 배출된 탈황폐수 내 잔류하는 철산염을 제거하는 단계 및 질소인 처리장치에서 여과조에서 배출된 탈황폐수 내 질소 및 인을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 금속산화수 공급장치에서 원수조로부터 공급되는 탈황폐수에 제조된 철산염(IV) 금속산화수를 주입하는 단계에서, 금속산화수 주입율은 탈황폐수 용량 대비 0.8 내지 2 %일 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, pH 조정조에서 침전조를 통과한 탈황폐수 침전 처리수에 산 또는 중화제를 주입하여 pH를 중성화하는 단계는 산으로 염산 또는 황산을 사용하고, 잔류 하이포아염소산을 처리하기 위하여 중아황산나트륨을 사용할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 질소인 처리장치에서 여과조에서 배출된 탈황폐수 내 질소 및 인을 제거하는 단계는 하부에 설치된 분사관을 통하여 탈황폐수를 충진된 모래여재에 상방향으로 분사하는 단계, 상단에 설치된 방류수관으로 모래여재를 통과한 탈황폐수 처리수를 배출하는 단계, 상하 수직으로 설치된 에어리프트관을 통하여 상기 탈황폐수의 오염물질이 흡착되어 바닥에 가라앉은 오염된 모래여재 및 오염수를 상부로 상승시키는 단계, 상부로 상승된 오염수를 집결하는 단계, 집결된 오염수를 배출하는 단계 및 오염물질이 흡착된 모래여재를 세정하는 단계를 포함하되, 모래여재는 탈황폐수 내 용존성 인의 물리화학적 처리를 위한 흡착수단을 코팅하여 간극을 통과하는 탈황폐수의 용존성 인을 흡착하여 처리하고, 표면에 탈질 미생물막이 형성되어 모래여재 사이의 간극을 통과하는 탈황폐수 내 질산성 질소를 탈질할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 철산염(IV) 금속산화수를 포함하는 탈황폐수처리용 조성물을 제공하여 탈황폐수 내 난분해성 COD 물질을 분해하고 생물학적으로 분해가능한 질산성 질소(NO₃-N)형태로 전환시키며 오염물질을 제거하기 위한 응집제로서 사용 가능한 탈황 폐수 처리용 조성물을 제공할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 철산염(IV) 금속산화수를 주입하는 것으로 N-S 결합 난분해성 탈황폐수를 처리하며, 혐기성 미생물을 이용한 생물학적 처리를 통해 인과 질소를 처리하는 고도의 탈황폐수 처리방법을 제공할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 탈황 폐수 처리에 사용되고 있는 가열 및 냉각설비를 필요로 하지 않고, 처리 약품의 종류가 단순하여 경제적으로 매우 우수한 고도의 탈황폐수처리방법을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 탈황폐수처리장치를 설명하기 위한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 금속산화수 공급장치를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 질소인 처리장치를 나타낸 도면.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 탈황 폐수 처리 방법을 설명하기 위한 도면들.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 탈황 폐수 처리 방법에서 금속산화수 주입율에 따른 COD_Cr 제거율을 나타낸 그래프.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 탈황 폐수 처리 방법에서 금속산화수 주입율에 따른 T-N 제거율을 나타낸 그래프.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 탈황 폐수 처리 방법에서 금속산화수와 탈황폐수의 반응시간에 따른 COD_Cr 제거율을 나타낸 그래프.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 금속산화수와 탈황폐수의 반응시간에 따른 T-N 제거율을 나타낸 그래프.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하도록 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 탈황폐수 처리장치를 설명하기 위한 도면이다.

도 1을 참조하면, 탈황폐수 처리장치는 금속산화수 공급장치(100), 금속산화수 반응조(200), 침전조(300), pH 조정조(400), 여과조(500) 및 질소인 처리장치(600)를 포함한다.

금속산화수 공급장치(100)는 원수조로부터 공급되는 탈황폐수에 철산염(IV) 금속산화수를 주입한다. 여기서, 탈황폐수는 화력발전소의 탈황설비인 대기오염방지설비인 흡수탑에서 탈수설비의 배출수와 가스재열기배출수 등에 발생이 되는 폐수로서, 크게 NO₂와 SO₂화합물로 이루어진 N-S COD, 디티오산이온(S₂O₈ ^2-)에 의한 COD, 탈황흡수제로 석회석을 사용함으로써 생성되는 CaCO3-COD 및 유기물질에 의한 COD를 포함하며, 배기가스 중의 NO₂와 SO₂가 흡수탑 내의 산성조건과 수용액 상태에서 반응하여 형성된 N-S COD를 가장 많이 포함한다. 금속산화수 공급장치(100)는 이하 도 2에서 더욱 상세히 설명하기로 한다.

금속산화수 반응조(200)는 탈황폐수와 금속산화수를 혼합하고 반응시켜 난분해성 물질을 분해하고, 부유 고형물질을 응집 처리한다. 금속산화수 반응조(200)는 탈황폐수에 금속산화수를 주입하여 과산화된 금속산화수의 산소원자의 작용으로 탈황폐수 중 난분해성 N-S 화합물의 N과 S를 산화시켜 생물학적으로 분해가 가능한 질산성 질소(NO₃-N)형태로 전환시키며 환원된 철화합물로 폐수 내 부유 고형물질(Suspended Solid; SS)를 응집 제거한다. 금속산화수 반응조(200)는 금속산화수와 혼합 반응하여 처리된 탈황폐수 처리수를 침전조(300)로 배출한다.

침전조(300)는 금속산화수와 탈황폐수의 반응으로 응집 제거되어 생성된 침전물을 침전한다. 여기서, 침전물은 부유 고형물질 응집 침전물, 미반응 철염 등을 포함할 수 있다. 침전조(300)는 침전물로 이루어진 슬러지를 농축조(310)로 이송할 수 있고, 농축조(310) 사이에는 연결 파이프, 밸브 및 펌프가 구비될 수 있다. 침전조(300)는 이에 제한하는 것은 아니나, 경사판 침전조일 수 있다. 침전조(300)는 침전물을 제거한 상등액을 pH 조정조(400)로 이송한다.

pH 조정조(400)는 침전조(300)를 통과한 탈황폐수 침전 처리수의 pH를 중성화한다. pH 조정조(400)는 pH를 중성화하여 후술할 질소인 처리장치(600)에서 미생물이 생존 가능하도록 산도를 조절한다. pH 조정조(400)는 중화약품 저장조(410)로부터 pH를 중성화하기 위한 산 또는 중화제를 공급받는다. 여기서, 산은 염산 또는 황산일 수 있으며, 중화제는 잔류 하이포아 염소산을 처리하기 위하여 중아황산나트륨를 포함할 수 있다. pH 조정조(400)는 중성화한 탈황폐수를 여과조(500)로 이송한다.

여과조(500)는 pH 조정조(400)를 통과한 탈황폐수 내 잔류하는 철산염을 제거하는 장치이다. 여과조(500)는 이에 제한되는 것은 아니나 활성탄 여과조일 수 있다. 여과조(500)는 금속산화수 처리에 의해 잔류하는 탈황폐수 내 철산염 성분을 제거하여 미생물의 사멸을 저감하는 것으로, 질소인 처리장치(600)에 유입되기 전에 수행한다. 여과조(500)는 잔류 철산염 성분을 제거한 탈황폐수를 질소인 처리장치(600)로 이송한다.

질소인 처리장치(600)는 탈황폐수 내 질소 및 인을 제거하는 장치이다. 질소인 처리장치(600)는 모래여재 및 혐기성 미생물을 사용하여 질소 및 인을 분해하고 배출할 수 있는 형태로 변경시켜 제거한다. 질소인 처리장치(600)는 하부에 설치되어 여과조에서 배출된 탈황폐수를 충진된 모래여재에 상방향으로 분사하는 분산관, 상단에 설치되어 모래여재를 통과한 탈황폐수 처리수를 배출하는 방류수관, 상하 수직으로 설치되어 탈황폐수의 오염물질이 흡착되어 바닥에 가라앉은 오염된 모래여재 및 오염수를 상부로 상승시키는 에어리프트관, 에어리프트관 상부에 설치되어 상부로 상승된 오염수를 집결하는 오염수 챔버, 오염수 챔버에 연결되어 상기 집결된 오염수를 배출하는 오염수 관 및 오염물질이 흡착된 모래여재를 세정하는 모래여재 세정부를 포함할 수 있다. 여기서, 모래여재는 탈황폐수 내 용존성 인의 물리화학적 처리를 위한 흡착수단을 코팅하여 간극을 통과하는 탈황폐수의 용존성 인을 흡착하여 처리하고, 표면에 탈질 미생물막이 형성되어 모래여재 사이의 간극을 통과하는 탈황폐수 내 질산성 질소를 탈질할 수 있다. 질소인 처리장치(600)는 이하 도 3에서 더욱 상세히 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 탈황폐수 처리장치는 처리된 탈황폐수가 여과조(500) 이후 1차 처리수조(520)를 거쳐 질소인 처리장치(600)로 배출될 수 있다. 또한, 질소인 처리장치(600)에서 처리된 탈황폐수는 2차 처리수조(700)를 통하여 방류될 수 있다.

1차 처리수조(520)는 질소인 처리장치(600)에서 번식하는 미생물들의 생장을 위한 탄소원을 공급하기 하기 위한 탄소원 저장조(522)를 더 포함할 수 있다.

탄소원 저장조(522)는 질소인 처리장치(600)에서 무산소 상태의 미생물에 의한 탈질화가 이루어지므로 에너지원으로 필요한 탄소를 공급한다. 여기서, 탄소원은 메탄올, 에탄올, 아세트산, 메탄 등이 사용할 수 있으나, 질소인 처리장치(600)의 유입수와의 혼합 및 모래여재 내부로의 확산 등을 고려하여 메탄올 또는 에탄올을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 탄소원의 양은 유입수의 양에 따라 적절히 조절될 수 있으며, 25~30중량% 정도일 수 있다.

도 2는 본 발명의 금속산화수 공급장치를 설명하기 위한 도면이다.

도 2를 참조하면, 금속산화수 공급장치(100)는 제1 저장조(110), 제2 저장조(120), 제3 저장조(130), 혼합조(140), 금속산화수 산화반응조(150), 금속산화수 침전조(160)를 포함한다.

제1 저장조(110)는 철염을 저장하고 혼합조로 공급한다. 여기서, 철염은 FeCl₃을 포함할 수 있다. 제1 저장조(110)는 철염을 혼합조(140)로 이송한다.

제2 저장조(120)는 산화제를 저장하고 혼합조로 공급한다. 여기서, 산화제는 NaOCl을 포함할 수 있다. 제2 저장조(120)는 산화제를 혼합조(140)로 이송한다.

제3 저장조(130)는 강염기를 저장하고 혼합조로 공급한다. 여기서, 강염기는 NaOH를 포함할 수 있다. 제3 저장조(130)는 강염기를 혼합조(140)로 이송한다.

혼합조(140)는 제1 저장조(110), 제2 저장조(120) 및 제3 저장조(130)에서 공급된 철염, 산화제 및 강염기를 혼합한다. 혼합조(140)는 교반기를 포함할 수 있다.

금속산화수 산화반응조(150)는 철염, 산화제 및 강염기의 혼합 용액을 산화반응하여 철산염(IV) 금속산화수를 제조한다. 금속산화수 산화반응조(150)는 폭기장치(152), 온도조절장치(154) 및 온도측정센서(156)를 포함한다.

폭기장치(152)는 혼합조(140)에서 이송된 철염, 산화제 및 강염기의 혼합 용액에 산소를 공급한다. 폭기장치(152)는 금속산화수 반응조(150)와 연결된 연결파이프, 송풍기(151) 및 산기관(153)을 포함할 수 있다. 폭기장치(152)는 송풍기(151)를 작동시켜 금속산화수 산화반응조(150) 내의 혼합액에 공기, 산소, 순산소, 오존 등을 공급되어 산소포화상태가 되도록 한다. 이를 위해서 송풍기(151)는 별도의 산소탱크, 순산소탱크 및 오존탱크와 연결될 수 있다. 폭기장치(152)는 실온의 공기를 약 20시간 이상 주입하여 산소포화상태를 생성할 수 있다.

온도조절장치(154)는 금속산화수 반응조(150) 내의 혼합 용액의 온도를 조절한다. 온도조절장치(154)는 혼합액의 온도를 조절하기 위해 연결파이프, 밸브, 펌프 및 열교환기로 이루어진다. 온도조절장치(154)는 펌프를 작동하여 금속산화수 반응조(200) 내의 혼합액이 열교환기를 거치며 혼합액의 온도가 조절되도록 한다. 온도조절장치(154)는 혼합액의 온도를 30~80℃로 조절할 수 있다.

온도측정센서(156)는 혼합액에 온도를 측정한다. 온도측정센서(156)는 금속산화수 반응조(150)에 일정시간 동안 공기를 주입한 후 혼합액의 온도를 측정한다.

금속산화수 침전조(160)는 금속산화수의 산화반응 후 응집된 침전물을 중력을 이용하여 분리한다. 여기서, 침전물은 미반응 철염 등일 수 있다. 금속산화수 침전조(160)는 미반응 철염을 순환장치를 통해 금속산화수 산화반응조로 반송하여 금속산화수로 재사용할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 질소인 처리장치를 나타낸 도면이다.

도 3을 참조하면, 질소인 처리장치(600)는 분산관(610), 방류수관(620), 에어리프트관(630), 오염수 챔버(640), 오염수 관(650), 모래여재 세정부(660) 및 가스 배출관(670)을 포함한다.

분산관(610)는 금속산화수 반응조(200), pH 조정조(400) 및 여과조(500)를 통과한 유입수(601)가 질소인 처리장치(600)에 충진된 모래여재(602)에 분사하는 장치이다. 분산관(610)은 질소인 처리장치(600)의 조 하부에서 상방향으로 분사된다. 여기서, 모래여재(602)는 인을 포함하는 오염물질을 흡착한다. 모래여재(602)는 탈황폐수 내 용존성 인의 물리화학적 처리를 위한 흡착수단을 구비한다. 모래여재(602)는 흡착수단으로 코팅하여 간극을 통과하는 탈황폐수의 용존성 인을 흡착수단에 흡착한다. 용존성 인이 흡착된 모래여재(602)는 질소인 처리장치(600)의 아래방향으로 이동된다. 여기서, 흡착수단은 용존성 인에 특이적으로 흡착력을 갖는 것으로, 예를 들어 철수산화물일 수 있다. 또한, 모래여재(602)는 표면이나 공극에 미생물군이나 생물막을 형성할 수 있다. 모래여재(602)는 생물학적 처리조에서 폭기 과정을 통해 질산성 질소의 형태를 가지는 질소를 제거하며, 질소인 처리장치(600) 내 체류 시간에 따라 원하는 수준으로 질산성 질소를 제거할 수 있다. 표면에 미생물막이 형성된 모래여재(602)는 모래여재들 사이의 간극을 통과하는 탈황폐수(601) 내 질산성 질소를 탈질한다. 탈질된 질소 가스는 상방향으로 이동하여 가스 배출관(680)을 통해 대기중으로 방출된다. 따라서, 모래여재(602)는 흡착수단에 의해 유입수(601) 내 인을 제거함과 동시에, 탈질 미생물에 의해 질소를 제거할 수 있다.

방류수관(620)은 상방향으로 모래여재를 통과하며 질소 및 인이 처리된 탈황폐수 처리수를 배출한다. 방류수관(670)은 질소인 처리장치(600)의 상단에 설치된다.

에어리프트관(630)은 질소인 처리장치(600)에 수직으로 설치되어 압축 수단(632)에 의해 분사 공급되는 공기에 의해 오염물질이 흡착되어 가라앉은 모래여재(602)와 오염수를 질소인 처리장치(600)의 상부로 상승시킨다. 에어리프트관(620)은 상부로 이동하는 모래여재(602), 물 및 공기의 속도 차에 의해 모래여재(602)에 부착되어 있는 오염 물질을 분리하는 1차 세정 작용을 할 수 있다. 에어리프트관(120)은 수직관(631)에 오염된 모래여재(602)가 축적되는 것을 방지하기 위해 상부로 이송된 오염된 모래여재(602)의 일부가 배출될 수 있는 관통공(634)이 더 형성될 수 있으며, 관통공(634)을 통해 배출되는 모래여재(602)가 직하방으로 낙하되는 것을 방지하도록 수직관(631)에 확산판(636)이 부착될 수 있다.

오염수조(640)는 에어리프트관(630)을 통해 상승된 오염수가 집결된다. 오염수조(640)는 에어리프트관(630)의 상부에 설치되며, 오염수조(640)의 일 측에는 오염수의 수위를 조절하기 위한 오염수 웨어(642)가 설치될 수 있다.

오염수관(650)은 오염수 웨어(642)에서 월류한 오염수를 외부로 배출한다. 오염수관(650)은 오염수조(640)에 집결된 오염수를 배출하기 위해 오염수조(640)에 연결될 수 있다.

모래여재 세정부(660)는 지그재그 유로(662)에서 하방으로 낙하시킴으로써 1차 세정된 모래여재(602)를 2차로 세정한다. 여기서, 지그재그 유로(662)는 상부와 하부가 연결되어 오염수조(640)에서 낙하하는 모래여재(602)를 하부로 이동시키고, 하부에서 상승하는 처리수는 상부로 이동시킨다. 따라서, 지그재그 유로(662)에서 분리된 오염 물질은 상부로 이동하는 처리수와 함께 오염수조(640)로 이동된다. 이때, 지그재그 유로(662)를 통해 오염수조(640)로 유입되는 처리수의 양이 많아져 오염수관(650)을 통해 배출되는 오염수의 농도가 저하될 수 있다. 상술한 바와 같은 오염물 제거 효율 저하를 방지하기 위해, 지그재그 유로(662)는 하부에서 상승하는 처리수의 일부를 질소인 처리장치(600)로 재순환시키는 순환로(664)를 더 형성할 수 있다.

가스배출관(680)은 생물학적 처리에 따른 질소 가스가 배출된다. 가스배출관(680)은 질소인 처리장치(600)의 상단에 설치된다.

도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 탈황 폐수 처리 방법을 설명하기 위한 도면들이다.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 탈황폐수 처리방법은 단계 S410에서 원 수조에서 공급된 탈황폐수가 공급된다. 원 수조의 탈황폐수는 250 m³/일의 유량으로 금속산화수 반응조로 유입된다. 탈황폐수 원수는 pH 7의 상태로 예를 들면, COD_Mn은 50 mg/L, T-N은 60 mg/L, NO₃-N은 3 mg/L, SS는 20 mg/L, T-P는 7 mg/L 등을 포함할 수 있다.

단계 S420에서 금속산화수 공급장치(100)에서 금속산화수가 제조된다. 금속산화수 공급장치(100)는 철염, 산화제 및 강염기를 혼합한 후 산화 반응시켜 금속산화수 반응조(200)로 철산염(IV) 금속산화수를 공급한다. 금속산화수 공급장치(100)는 25% NaOH는 3.3 L/hr의 유량으로 강염기를 주입하고 제조된 철산염(IV) 금속산화수를 10.2 L/hr의 유량으로 금속산화수 반응조(200)로 주입할 수 있다.

단계 S430에서 금속산화수 반응조(200)에서 공급된 탈황폐수와 주입된 철산염(IV) 금속산화수를 혼합하고 반응하여 난분해성 물질을 분해하고, 부유 고형물질을 응집 처리된다. 금속산화수 반응조(200)는 탈황폐수와 철산염(IV) 금속산화수를 혼합시키고 반응시킨다. 여기서, 금속산화수 주입율은 탈황폐수 용량 대비 0.8 내지 2 %일 수 있다. 금속산화수와 반응을 마친 탈황폐수는 250 m³/일의 유량으로 침전조(300)로 이송될 수 있으며, 금속산화수 반응조(200)를 통과한 탈황폐수는 COD_Mn은 20 mg/L, T-N은 35 mg/L, NO₃-N은 30 mg/L, SS는 200 mg/L, T-P는 6 mg/L를 포함할 수 있다. 여기서, COD_Mn, T-N 농도는 금속산화수와의 반응을 통해 저감될 수 있다.

단계 S440에서 침전조(300)에서 탈황폐수와 철산염(IV) 금속산화수의 반응으로 응집된 부유 고형물질 응집 침전물 또는 반응하지 않은 철염을 침전한다. 침전조(300)를 통과한 탈황폐수는 COD_Mn은 20 mg/L, T-N은 35 mg/L, NO₃-N은 30 mg/L, SS는 50 mg/L, T-P는 6 mg/L를 포함할 수 있다. 침전조(300)에서 다량의 부유 고형물질(SS)이 제거될 수 있다. 다음, 침전조(300)를 통과한 탈황폐수는 240 m³/일의 유량으로 pH 조정조로 이송될 수 있다. 침전조(300)를 통과한 탈황폐수의 pH는 9일 수 있으며, 미생물이 생존할 수 없는 pH이므로 중성화하기 위한 pH 조정이 요구된다.

단계 S450에서 pH 조정조(400)에서 질소인 처리장치(600)의 생물학적 처리를 위해 침전 처리수에 산 또는 중화제를 주입하여 pH를 중성화한다. pH 조정조(400)는 예를 들면, 염산 또는 황산을 사용할 수 있으며, 잔류 하이포아염소산을 처리하기 위하여 중아황산나트륨을 더 사용할 수 있다. pH 조정조(400)를 통과한 탈황폐수는 240 m³/일의 유량으로 여과조(500)로 이송될 수 있다. pH 조정조를 통과한 탈황폐수는 pH 7의 상태로 COD_Mn은 20 mg/L, T-N은 35 mg/L, NO₃-N은 30 mg/L, SS는 50 mg/L, T-P는 6 mg/L를 포함할 수 있다.

단계 S460에서 여과조(500)에서 흡착을 통하여 잔류 철산염을 제거 처리한다. 여과조(500)는 철산 염 제거를 위하여 어떤 것도 가능하나, 예를 들어 활성탄을 이용할 수 있다. 여과조(500)를 통과한 탈황폐수는 COD_Mn은 15 mg/L, T-N은 35 mg/L, NO₃-N은 30 mg/L, SS는 17 mg/L, T-P는 6 mg/L를 포함할 수 있다. 여과조(500)는 철산염 및 부유 고형물질(SS)을 저감할 수 있다. 여과조(500)를 통과한 탈황폐수는 240 m³/일의 유량으로 1차 처리수조(520)로 이송될 수 있다.

도 5를 참조하면, 단계 S510에서 1차 처리수조(520)에서 질소인 처리장치(600) 내 미생물에게 탄소원을 제공한다. 1차 처리수조(520)는 탄소원 저장소와 연결되어 있어, 탄소원 저장소로부터 탄소원을 주입한다. 탄소원은 메탄올, 에탄올, 아세트산, 메탄 등이 사용될 수 있으나, 메탄올을 사용할 수 있다. 1차 처리수조(520)를 통과한 탈황폐수는 pH 7의 상태로, COD_Mn은 15 mg/L, T-N은 30 mg/L, NO₃-N은 27 mg/L, SS는 17 mg/L, T-P는 6 mg/L를 포함할 수 있다. 1차 처리수조(520)를 통과한 탈황폐수는 240 m³/일의 유량으로 질소인 처리장치(600)로 이송될 수 있다.

단계 S520에서 질소인 처리장치(600)에서 질소 및 인을 제거한다. 질소인 처리장치(600)에서 탈황폐수 내 질소 및 인을 제거하는 단계는 하부에 설치된 분사관을 통하여 탈황폐수를 충진된 모래여재에 상방향으로 분사하는 단계, 상단에 설치된 방류수관으로 모래여재를 통과한 탈황폐수 처리수를 배출하는 단계, 내부에 상하 수직으로 설치된 에어리프트관을 통하여 탈황폐수의 오염물질이 흡착되어 바닥에 가라앉은 오염된 모래여재 및 오염수를 상부로 상승시키는 단계, 상부로 상승된 오염수를 집결하는 단계, 집결된 오염수를 배출하는 단계 및 오염물질이 흡착된 모래여재를 세정하는 단계를 포함하되, 모래여재는 탈황폐수 내 용존성 인의 물리화학적 처리를 위한 흡착수단을 코팅하여 간극을 통과하는 탈황폐수의 용존성 인을 흡착하여 처리하고, 표면에 탈질 미생물막이 형성되어 모래여재 사이의 간극을 통과하는 탈황폐수 내 질산성 질소를 탈질할 수 있다. 질소인 처리장치(600)를 통과한 탈황폐수는 pH 7의 상태로, COD_Mn은 15 mg/L, T-N은 20 mg/L, NO₃-N은 17 mg/L, SS는 10 mg/L, T-P는 5 mg/L 포함할 수 있다. 질소인 처리장치(600)는 탈황폐수의 T-N, T-P을 저감할 수 있다. 질소인 처리장치(600)를 통과한 탈황폐수는 224 m³/일의 유량으로 2차 처리수조(700)로 이송될 수 있다. 2차 처리수조(700)로 이송된 탈황폐수는 일상 폐수조로 이송되거나, 방류될 수 있다.

이하, 상술한 본 발명의 일 실시 예에 따른 탈황폐수 처리 방법의 구체적인 조건 및 특징을 다음의 실시 예를 통해 상세히 설명한다.

실시 예 1

실시 예 1은 실험실 내에서 수행하는 스케일로 본 발명의 철산염(IV) 금속산화수를 통해 탈황폐수 내 난분해성 물질 처리 효율을 평가한 것이다.

실시 예 1은 철산염(IV) 금속산화수를 탈황폐수 내 주입율을 0.1%, 0.25%, 0.5%, 1.0%, 2.0%로 변화시켜 진행하였다. 주입 후 탈황폐수와의 반응시간은 급속교반(110rpm)에서 5분, 완속교반(50rpm)에서 20분 동안 동일하게 적용하였고, 5회 반복하였다. 철산염(IV) 금속산화수에 의한 COD 및 T-N 제거율은 하기 식 1을 통해 산출하였다.

[식 1]

((유입수 농도-처리수 농도) / 처리수 농도) *100

또한, 철산염(IV) 금속산화수에 의한 NO3-N 전환율은 하기 식 2를 통해 산출하였다.

[식 2]

(NO₃-N 농도 / 처리수 내 T-N 농도) *100

하기 [표 1] 내지 [표 5]를 참조하면, 주입률이 1.0 내지 2.0인 경우 CODCr, T-N의 제거율이 향상하고 NO3-N의 전환율이 우수한 것을 확인할 수 있다.

1회차
주입율(%)			0.10	0.25	0.50	1.0	2.0
원수	COD_Cr 농도(㎎/ℓ)		135
원수	T-N 농도(㎎/ℓ)		39
금속산화수	COD_Cr	농도(㎎/ℓ)	49.0	46.5	45.0	36.7	35.5
	COD_Cr	제거율(%)	63.7	65.6	66.7	72.8	73.7
	T-N	농도(㎎/ℓ)	29.0	30.0	29.0	23.0	21.0
	T-N	제거율(%)	25.6	23.1	25.6	41.0	46.2
	NO₃-N	농도(㎎/ℓ)	2.0	3.0	5.1	5.6	5.4
	NO₃-N	전환율(%)	6.9	10.0	17.6	24.3	25.7

2회차
주입율(%)			0.10	0.25	0.50	1.0	2.0
원수	COD_Cr 농도(㎎/ℓ)		109
원수	T-N 농도(㎎/ℓ)		35
금속 산화수	COD_Cr	농도(㎎/ℓ)	45.7	41.0	40.9	28.0	25.0
	COD_Cr	제거율(%)	66.1	69.6	69.7	79.3	81.5
	T-N	농도(㎎/ℓ)	29.0	29.0	23.0	21.0	21.0
	T-N	제거율(%)	25.6	25.6	41.0	46.2	46.2
	NO₃-N	농도(㎎/ℓ)	3.4	3.0	3.7	8.1	8.5
	NO₃-N	전환율(%)	11.7	10.3	16.1	38.6	40.5

3회차
주입율(%)			0.10	0.25	0.50	1.0	2.0
원수	COD_Cr 농도(㎎/ℓ)		104
원수	T-N 농도(㎎/ℓ)		39
금속산화수	COD_Cr	농도(㎎/ℓ)	51.4	48.6	41.3	24.5	22.0
	COD_Cr	제거율(%)	61.9	64.0	69.4	81.9	83.7
	T-N	농도(㎎/ℓ)	31.0	28.0	28.0	19.0	14.0
	T-N	제거율(%)	20.5	28.2	28.2	51.3	64.1
	NO₃-N	농도(㎎/ℓ)	2.6	2.4	3.1	5.8	6.4
	NO₃-N	전환율(%)	8.4	8.6	11.1	30.5	45.7

4회차
주입율(%)			0.10	0.25	0.50	1.0	2.0
원수	COD_Cr 농도(㎎/ℓ)		121
원수	T-N 농도(㎎/ℓ)		45
금속산화수	COD_Cr	농도(㎎/ℓ)	36.2	31.5	22.0	18.0	22.4
	COD_Cr	제거율(%)	73.2	76.7	83.7	86.7	83.4
	T-N	농도(㎎/ℓ)	34.0	28.0	24.0	15.0	14.0
	T-N	제거율(%)	12.8	28.2	38.5	61.5	64.1
	NO₃-N	농도(㎎/ℓ)	1.8	3.5	4.3	5.1	5.8
	NO₃-N	전환율(%)	5.3	12.5	17.9	34.0	41.4

5회차
주입율(%)			0.10	0.25	0.50	1.0	2.0
원수	COD_Cr 농도(㎎/ℓ)		113
원수	T-N 농도(㎎/ℓ)		39
금속산화수	COD_Cr	농도(㎎/ℓ)	51.2	45.4	39.1	19.6	17.6
	COD_Cr	제거율(%)	62.1	66.4	71.0	85.5	87.0
	T-N	농도(㎎/ℓ)	25.0	24.0	23.0	15.0	17.0
	T-N	제거율(%)	35.9	38.5	41.0	61.5	56.4
	NO₃-N	농도(㎎/ℓ)	3.6	3.2	3.9	7.3	7.1
	NO₃-N	전환율(%)	14.4	13.3	17.0	48.7	41.8

도 6은 철산염(IV) 금속산화수 주입율에 따른 COD_Cr 제거율을 나타낸 그래프로, [표 1] 내지 [표 5]를 도식화하여 나타낸 것이다. 도 6을 참조하면, 주입률 1%에서 COD_Cr 제거율의 증가율이 급격히 감소하였고, 주입률 1%에서 우수한 COD_Cr 제거율을 보였다.

도 7은 철산염(IV) 금속산화수 주입율에 따른 T-N 제거율을 나타낸 그래프로, [표 1] 내지 [표 5]를 도식화하여 나타낸 것이다. 도 7을 참조하면, 주입율 1%에서 T-N 제거율의 증가율이 급격히 감소하였음을 알 수 있고, 주입율 1%에서 우수한 T-N 제거율을 보인다.

실시 예 2

실시 예 2는 실시 예 1의 조건에서 철산염(IV) 금속산화수 주입율이 1%에서 우수한 것을 바탕으로 반응시간을 10분, 20분, 30분, 60분, 90분으로 변화시켜 진행하였다. 반응 시에는 급속교반(110 rpm), 완속교반(50 rpm)을 수행하였고 조건은 하기 [표 6]과 같다.

구 분	10분	20분	30분	60분	90분
급속교반 (110 rpm)	3분	5분	7분	10분	10분
완속교반(50 rpm)	7분	15분	23분	50분	80분

하기 [표 7] 내지 [표 11]을 참조하면, 반응시간이 30분인 경우 가장 CODCr, T-N의 제거율이 향상되었고 NO3-N의 전환율이 우수한 것을 확인할 수 있다.

1회차
반응시간(min)			10	20	30	60	90
원수	COD_Cr 농도(㎎/ℓ)		143
원수	T-N 농도(㎎/ℓ)		56
금속산화수	COD_Cr	농도(㎎/ℓ)	29.4	28.1	22.4	21.6	22.0
	COD_Cr	제거율(%)	79.4	80.3	84.3	84.9	84.6
	T-N	농도(㎎/ℓ)	30.0	29.4	24.5	25.0	24.8
	T-N	제거율(%)	46.4	47.5	56.3	55.4	55.7
	NO₃-N	농도(㎎/ℓ)	6.1	6.3	6.3	6.2	6.1
	NO₃-N	전환율(%)	20.3	21.4	25.7	24.8	24.6

2회차
반응시간(min)			10	20	30	60	90
원수	COD_Cr 농도(㎎/ℓ)		119
원수	T-N 농도(㎎/ℓ)		44
금속산화수	COD_Cr	농도(㎎/ℓ)	22.6	23.1	21.0	19.6	20.1
	COD_Cr	제거율(%)	84.2	83.8	85.3	86.3	85.9
	T-N	농도(㎎/ℓ)	21.1	20.6	20.1	20.3	19.9
	T-N	제거율(%)	62.3	63.2	64.1	63.8	64.5
	NO₃-N	농도(㎎/ℓ)	2.4	2.1	2.5	2.9	2.4
	NO₃-N	전환율(%)	11.4	10.2	12.4	14.3	12.1

3회차
반응시간(min)			10	20	30	60	90
원수	COD_Cr 농도(㎎/ℓ)		144
원수	T-N 농도(㎎/ℓ)		63
금속산화수	COD_Cr	농도(㎎/ℓ)	36.4	35.1	29.9	30.6	30.1
	COD_Cr	제거율(%)	74.5	75.5	79.1	78.6	79.0
	T-N	농도(㎎/ℓ)	24.7	24.8	24.1	23.2	21.2
	T-N	제거율(%)	55.9	55.7	57.0	58.6	62.1
	NO₃-N	농도(㎎/ℓ)	5.8	5.5	5.6	5.7	5.3
	NO₃-N	전환율(%)	23.5	22.2	23.2	24.6	25.0

4회차
반응시간(min)			10	20	30	60	90
원수	COD_Cr 농도(㎎/ℓ)		130
원수	T-N 농도(㎎/ℓ)		56
금속산화수	COD_Cr	농도(㎎/ℓ)	35.6	36.8	31.5	31.2	31.0
	COD_Cr	제거율(%)	75.1	74.3	78.0	78.2	78.3
	T-N	농도(㎎/ℓ)	19.6	19.1	18.1	18.1	18.1
	T-N	제거율(%)	65.0	65.9	67.7	67.7	67.7
	NO₃-N	농도(㎎/ℓ)	3.6	3.7	3.8	3.8	4.1
	NO₃-N	전환율(%)	18.4	19.4	21.0	21.0	22.7

5회차
반응시간(min)			10	20	30	60	90
원수	COD_Cr 농도(㎎/ℓ)		132
원수	T-N 농도(㎎/ℓ)		45
금속산화수	COD_Cr	농도(㎎/ℓ)	40.1	37.3	35.6	35.1	34.8
	COD_Cr	제거율(%)	72.0	73.9	75.1	75.5	75.7
	T-N	농도(㎎/ℓ)	26.8	26.5	25.1	24.8	24.9
	T-N	제거율(%)	52.1	52.7	55.2	55.7	55.5
	NO₃-N	농도(㎎/ℓ)	8.1	8.4	8.4	8.2	7.9
	NO₃-N	전환율(%)	30.2	31.7	33.5	33.1	31.7

도 8은 철산염(IV) 금속산화수와 탈황폐수의 반응시간에 따른 COD_Cr 제거율을 나타낸 그래프이고, 도 9는 철산염(IV) 금속산화수와 탈황폐수의 반응시간에 따른 T-N 제거율을 나타낸 그래프이다. 도 8 및 도 9는 [표 7] 내지 [표 11]를 도식화하여 나타낸 것이다.

도 8 및 도 9를 참조하면, 반응시간이 30분일 경우에 평균 COD_Cr 제거율이 80%를 초과하였고, 평균 T-N 제거율은 60%를 초과하였다. 평균 COD_Cr 제거율은 30분 반응하였을 때 약 80.4%이나, 90분 반응하였을 때 약 80.7%로, 약 0.3% 차이밖에 나지 않았다. T-N 제거율은 30분 반응하였을 때 약 60%이나, 60분 반응하였을 때 0.2%, 90분 반응하였을 때 1.1% 만 증가하였다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 철산염(IV) 금속산화수의 반응시간이 25 내지 80분일 수 있다. 그러나 25 내지 40분으로 반응할 때 경제성이 보다 우수하다.

본 발명의 실시 예 1 및 2의 생물학적 단계의 운전 조건은 하기 [표 12]와 같다. 무산소 조건에서 진행하였다. 반응기 내 교반은 120~200 rpm의 교반 속도를 유지하여 미생물이 유출되지 않도록 하였다. 총 10일간 실험하며 매일 동일한 시각에 1시간 동안 유출수를 채취한 후 분석을 진행하였다.

반응기 용량	HRT	MLSS	SRT	DO	pH
1 ℓ	12 hr	3,000 ~ 5,000 ㎎/ℓ	10 days	0.0~0.1 ㎎/ℓ	6.5~7.5

실시 예 1 및 2의 인, 질소 처리장치를 수행한 결과는 하기 [표 13]과 같다.

시간	COD _Cr	T-N	NO ₃ -N
탈황폐수 2차처리수	140	51	1.2
1 day	135	46	0.0
2 day	130	45	0.0
3 day	130	45	0.0
4 day	136	56	0.0
5 day	140	54	0.0
6 day	145	53	0.0
7 day	155	55	0.0
8 day	151	60	0.0
9 day	159	65	0.0
10 day	160	68	0.0

실험에 사용된 탈황폐수의 COD_Cr, T-N, NO₃-N의 농도는 각각 140, 51, 1.2mg/l였다. 무산소 조건이 유지된(DO 0.0~0.1mg/l) 상태에서 질소인 처리장치 내 미생물의 생물학적 반응에 의해 탈질 작용이 일어나며, 초기에는 유기물 및 질소가 제거되었으나 4일차부터 COD_Cr 및 T-N의 농도가 증가하였다. 이는 유입된 폐수 내 NO₃-N의 농도가 낮아 미생물들이 사멸한 것으로 보여졌으며, NO₃-N의 농도를 높여서 생물학적 공정에 유입해야 함을 확인할 수 있었다.

실시 예 3

실시 예 3은 실시 예 1 및 2의 결과를 바탕으로 실험실 내에서 연속식 실험에 의한 통합 공정 처리 효율을 평가한 것이다.

실시 예 3은 탈황폐수를 금속산화수로 처리한 후 pH 조정수에 미생물을 2일 동안 순응시킨 후 사용하였다. 인, 질소 처리장치의 유입수인 금속산화수 처리 후 pH 조정조를 통과한 탈황폐수는 실험 시작 전에 충분히 제조하여 준비해놓았다. pH 조정조를 통과한 탈황폐수는 유입펌프를 이용하여 83 ml/hr 유량으로 유입하였다. 유출수의 경우 반응기 HRT 12시간마다 유출수 흐름에서 시료를 채취하여 분석하였다. 연속식 흐름에 의한 통합 공정 처리 효율 평가의 인, 질소 처리장치 운전 조건은 하기 [표 14]와 같다.

반응기 용량	HRT	MLSS	SRT	DO	pH
1 ℓ	12 hr	3,700~4,500 ㎎/ℓ	5 day ~ 10 day	0.0~0.1 ㎎/ℓ	6.5~7.5

하기 표 15를 참조하면, 무산소 조건이 유지된(DO 0.0~0.1 mg/l) 상태에서 혐기성 미생물을 이용한 인, 질소 처리장치에 의해 탈질 작용이 일어나며 반응 초기에는 유기물 및 질소가 제거되었으나 연속처리 60hr 이후에 COD_Cr 및 T-N의 농도가 증가하였다. 이는 미생물의 사멸에 의한 결과로 사료되었다. NO₃-N의 농도가 높아졌음에도 사멸된 것은 pH 조정수의 염산으로부터 발생된 염소이온 농도가 10,000 mg/l를 초과하였기 때문일 수 있으므로, 염산을 황산으로 바꾸었다.

시간	COD _Cr	T-N	NO ₃ -N
탈황폐수 2차처리수	113	38	0.4
IEO 처리수	34	21	4.8
12 hr	25	13	0.0
24 hr	25	14	0.0
48 hr	23	12	0.0
60 hr	31	18	0.0
72 hr	32	19	0.0
84 hr	48	30	0.0
96 hr	50	29	0.0

표 16은 pH 조정제를 황산으로 바꾸었을 때의 연속식 실험에 의한 통합 공정 처리 효율을 평가한 것이다. pH 조정제를 황산으로 바꾸어도 60hr 이 후에 COD_CR과 T-N의 농도가 증가하였다. 본 발명의 철산염(IV) 금속산화수 제조시 NaOCl(12%)를 사용하는데, 미반응 하이포아염소산(HClO)이 잔류하게 될 경우 하기 식 3과 같은 반응식이 일어날 수 있다.

[식 3]

2HClO → 2HCl 十 O, 3HClO → 2HClO + HClO

식 3은 강한 산화작용을 나타내며, 유기불포화화합물의 2중결합에 첨가하여 클로로히드린을 만들고, 포화화합물을 염소화한다. 하이포아염소산은 표백, 소독, 살균제로 널리 이용되고 있으며, 이는 미생물을 사멸시킬 수 있다. 따라서 잔류 하이포아염소산을 처리하기 위해 중아황산나트륨을 이용하여 pH를 조정하였다.

시간	COD _Cr	T-N	NO ₃ -N
탈황폐수 2차처리수	107	45	0.3
IEO 처리수	29	23	4.7
12 hr	17	15	0.0
24 hr	16	13	0.0
48 hr	20	16	0.0
60 hr	34	26	0.0
72 hr	45	28	0.0
84 hr	60	30	0.0
96 hr	80	34	0.0

하기 표 17은 pH 조정제를 중아황산나트륨으로 바꾸었을 때의 연속식 실험에 의한 통합 공정 처리 효율을 평가한 것이다. pH 조정제를 중아황산나트륨으로 바꾸었을 때 잔류 OCI 이온이 제거되어 유출수의 T-N 농도가 안정적으로 20 mg/l 이하를 달성하였다. 중아황산나트륨과 NaOCl과의 반응식은 식 4와 같다.

[식 4]

ClO^- + H⁺ + NaHSO₃ → NaHSO₄ + HCl

다만, 중아황산나트륨의 투입량이 과다할 경우 pH조정제의 역할보다는 환원제로서의 역할로 사용되므로, 중아황산나트륨을 1차 투입한 후 추가적인 pH 조정은 적절하게 염산으로 진행하는 것이 바람직하다.

시간	COD _Cr	T-N	NO ₃ -N
탈황폐수 2차처리수	113	38	0.4
IEO 처리수	34	21	4.8
중아황산나트륨 투입량: 5.48 g/ℓ, pH 8.56 → 6.95
12 hr	20	15	0.0
24 hr	19	14	0.0
48 hr	15	16	0.0
60 hr	23	13	0.0
72 hr	16	16	0.0
84 hr	18	15	0.0
96 hr	20	12	0.0

표 18은 pH 조정시에 산화환원전위차(ORP)를 측정하여 250Mv 이하가 될 때까지 중아황산나트륨을 투입하고 추가 pH 조정은 염산(95%)을 이용하였을 때의 연속식 실험에 의한 통합 공정 처리 효율을 평가한 것이다. 그 결과, 총 질소 농도가 목표치인 20mg/l 이내로 달성되었다. 따라서 비용적인 측면과 처리효율 측면을 모두 고려하면 pH 조정 시에는 중아황산나트륨과 염산을 동시에 사용하는 것이 좋다.

시간	COD _Cr	T-N	NO ₃ -N
탈황폐수 2차처리수	115	41	0.4
IEO 처리수	38	25	5.6
중아황산나트륨 투입량: 2.77 g/ℓ, pH 8.65 → 7.54, / 염산 투입량: 0.1 ㎖/ℓ, pH 7.54 → 6.96
12 hr	29	19	0.9
24 hr	25	17	0.0
48 hr	23	18	0.0
60 hr	25	18	0.0
72 hr	26	17	0.0
84 hr	25	17	0.0
96 hr	24	17	0.0

실시 예 1 내지 3을 통해 철산염(IV) 금속산화수 처리를 통해 탈황폐수 내 N-S 결합을 분해하고, 혐기성 미생물을 이용한 생물학적 처리를 통해 질소 및 인을 분해하였고, 우수한 COD, T-N, SS, T-P 제거율을 가지는 것을 확인할 수 있었다.

이상의 설명으로부터, 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 이와 관련하여, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 금속산화수 공급장치
200: 금속산화수 반응조
300: 침전조
400: pH조정조
500: 여과조
600: 질소인 처리장치

Claims

탈황폐수 처리장치에 있어서,
원수조로부터 공급되는 탈황폐수에 철염, 산화제 및 강염기를 혼합한 혼합용역에 산소를 공급하고 미리 설정된 온도로 조절하여 제조된 철산염(IV) 금속산화수를 상기 탈황폐수 용량의 0.8% 내지 2% 비율로 주입하는 금속산화수 공급장치;
상기 탈황폐수와 상기 철산염(IV) 금속산화수를 혼합하고 25분 내지 80분동안 반응하여 난분해성 COD 물질을 분해 처리하고, 부유 고형물질을 응집 처리하는 금속산화수 반응조;
상기 탈황폐수와 상기 철산염(IV) 금속산화수의 반응으로 응집된 부유 고형물질 응집 침전물 또는 반응하지 않은 철염이 침전되는 침전조;
상기 침전조를 통과한 탈황폐수 침전 처리수에 중아황산나트륨을 1차 투입하여 미리 설정된 범위의 pH로 조정하고 염산을 주입하여 추가적으로 pH를 중성화하는 pH 조정조;
상기 pH 조정조에서 배출된 탈황폐수 내 잔류하는 철산염을 제거하는 활성탄 여과조; 및
상기 여과조에서 배출된 탈황폐수 내 질소 및 인을 제거하는 질소인 처리장치를 포함하는 탈황폐수 처리장치.
제1항에 있어서,
상기 금속산화수 공급장치는
상기 철염을 포함하는 제1저장조;
상기 산화제를 포함하는 제2저장조;
상기 강염기를 포함하는 제3저장조;
상기 철염, 산화제, 강염기를 혼합하여 혼합 용액을 생성하는 혼합조; 및
상기 철염, 산화제, 강염기의 혼합 용액에 산소포화상태가 될 때까지 공기를 주입하고, 상기 혼합 용액을 가열하여 30℃ 내지 80℃까지 상승하여 철산염(IV) 금속산화수를 제조하는 산화반응조를 포함하는 탈황폐수 처리장치.
제2항에 있어서,
상기 산화반응조는
산화반응조 내부의 혼합액에 공기, 산소, 순산소, 오존으로부터 선택되는 하나 이상을 공급하는 폭기장치;
산화반응조 내부의 혼합액의 온도를 조절하는 온도조절장치; 및
상기 혼합액의 온도를 측정하는 온도측정센서를 더 포함하는 탈황폐수처리장치.
제1항에 있어서,
상기 질소인 처리장치는
하부에 설치되어 상기 여과조에서 배출된 탈황폐수를 충진된 모래여재에 상방향으로 분사하는 분산관;
상단에 설치되어 상기 모래여재를 통과한 탈황폐수 처리수를 배출하는 방류수관;
상하 수직으로 설치되어 상기 탈황폐수의 오염물질이 흡착되어 바닥에 가라앉은 오염된 모래여재 및 오염수를 상부로 상승시키는 에어리프트관;
상기 에어리프트관 상부에 설치되어 상기 상부로 상승된 오염수를 집결하는 오염수 챔버;
상기 오염수 챔버에 연결되어 상기 집결된 오염수를 배출하는 오염수 관; 및
상기 오염물질이 흡착된 모래여재를 세정하는 모래여재 세정부를 포함하되,
상기 모래여재는 탈황폐수 내 용존성 인의 물리화학적 처리를 위한 흡착수단을 코팅하여 간극을 통과하는 탈황폐수의 용존성 인을 흡착하여 처리하고, 표면에 탈질 미생물막이 형성되어 모래여재 사이의 간극을 통과하는 탈황폐수 내 질산성 질소를 탈질하는 탈황폐수 처리장치.
제1항에 있어서,
상기 질소인 처리장치로 폐수가 유입되기 전에 탄소원을 제공하는 1차 처리수조를 더 포함하는 탈황폐수 처리장치.
탈황폐수 처리방법에 있어서,
금속산화수 공급장치에서 원수조로부터 공급되는 탈황폐수에 철염, 산화제 및 강염기를 혼합한 혼합용역에 산소를 공급하고 미리 설정된 온도로 조절하여 제조된 철산염(IV) 금속산화수를 상기 탈황폐수 용량의 0.8% 내지 2% 비율로 주입하는 단계;
금속산화수 반응조에서 상기 탈황폐수와 상기 철산염(IV) 금속산화수를 혼합하고 25분 내지 80분동안 반응하여 난분해성 COD 물질을 분해 처리하고, 부유 고형물질을 응집 처리하는 단계;
침전조에서 상기 탈황폐수와 상기 철산염(IV) 금속산화수의 반응으로 응집된 부유 고형물질 응집 침전물 또는 반응하지 않은 철염이 침전되는 단계;
pH 조정조에서 상기 침전조를 통과한 탈황폐수 침전 처리수에 중아황산나트륨을 1차 투입하여 미리 설정된 범위의 pH로 조정하고 염산을 주입하여 추가적으로 pH를 중성화하는 단계;
활성탄 여과조에서 상기 pH 조정조에서 배출된 탈황폐수 내 잔류하는 철산염을 제거하는 단계; 및
질소인 처리장치에서 상기 활성탄 여과조에서 배출된 탈황폐수 내 질소 및 인을 제거하는 단계를 포함하는 탈황폐수 처리방법.
삭제
제6항에 있어서,
상기 질소인 처리장치에서 상기 여과조에서 배출된 탈황폐수 내 질소 및 인을 제거하는 단계는
하부에 설치된 분사관을 통하여 상기 탈황폐수를 충진된 모래여재에 상방향으로 분사하는 단계;
상단에 설치된 방류수관으로 상기 모래여재를 통과한 탈황폐수 처리수를 배출하는 단계;
상하 수직으로 설치된 에어리프트관을 통하여 상기 탈황폐수의 오염물질이 흡착되어 바닥에 가라앉은 오염된 모래여재 및 오염수를 상부로 상승시키는 단계;
상기 상부로 상승된 오염수를 집결하는 단계;
상기 집결된 오염수를 배출하는 단계; 및
상기 오염물질이 흡착된 모래여재를 세정하는 단계를 포함하되,
상기 모래여재는 탈황폐수 내 용존성 인의 물리화학적 처리를 위한 흡착수단을 코팅하여 간극을 통과하는 탈황폐수의 용존성 인을 흡착하여 처리하고, 표면에 탈질 미생물막이 형성되어 모래여재 사이의 간극을 통과하는 탈황폐수 내 질산성 질소를 탈질하는 탈황폐수 처리방법.