KR102129942B1 - 폐수 처리 장치 및 폐수 처리 방법 - Google Patents

폐수 처리 장치 및 폐수 처리 방법 Download PDF

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Abstract

폐수 처리 장치 및 폐수 처리 방법이 개시된다. 개시된 폐수 처리 장치는 폐수 중의 불소이온 및 인산이온을 제거하도록 구성된 전단 장치 및 상기 전단 장치 유출물 중의 황산이온을 제거하도록 구성된 후단 장치를 포함한다.

Description

폐수 처리 장치 및 폐수 처리 방법{Wastewater treatment apparatus and wastewater treatment method}
폐수 처리 장치 및 폐수 처리 방법이 개시된다. 보다 상세하게는, 폐수 중의 불소이온, 인산이온 및 황산이온을 효과적으로 제거할 수 있는 폐수 처리 장치 및 폐수 처리 방법이 개시된다.
기존에는 통상적으로 소석회를 주입하여 전자폐수 중의 무기이온을 제거하여 왔다.
그러나, 이러한 방법으로는 불소이온 및 인산이온은 제거가 가능하나, 황산이온은 2,000 mg/L 이하로 제거하기가 어려운 문제점이 있다.
따라서, 전자폐수 중의 불소이온 및 인산이온뿐만 아니라 황산이온도 효과적으로 제거할 수 있는 폐수 처리 기술의 필요성이 대두되고 있다.
본 발명의 일 구현예는 폐수 중의 불소이온, 인산이온 및 황산이온을 효과적으로 제거할 수 있는 폐수 처리 장치를 제공한다.
본 발명의 다른 구현예는 폐수 중의 불소이온, 인산이온 및 황산이온을 효과적으로 제거할 수 있는 폐수 처리 방법을 제공한다.
본 발명의 일 측면은,
폐수 중의 불소이온 및 인산이온을 제거하도록 구성된 전단 장치; 및
상기 전단 장치 유출물 중의 황산이온을 제거하도록 구성된 후단 장치를 포함하는 폐수 처리 장치를 제공한다.
상기 전단 장치는, 폐수를 저장하도록 구성된 제1 원수조, 제1 약품을 이용하여 상기 제1 원수조 유출물 중의 불소이온 및 인산이온을 제거하도록 구성된 제1 반응조, 제3 약품을 이용하여 상기 제1 반응조 유출물 중의 중금속 및 입자성 물질을 응집시키도록 구성된 제3 반응조, 및 상기 제3 반응조에서 형성된 응집물을 침전시켜 슬러지 형태로 외부로 배출시키도록 구성된 제1 침전조를 포함할 수 있다.
상기 제1 약품은 소석회를 포함하고, 상기 제3 약품은 고분자 응집제를 포함할 수 있다.
상기 폐수 처리 장치는 상기 제1 반응조 및 상기 제3 반응조 사이에 배치된 것으로, 제2 약품을 이용하여 상기 제1 반응조 유출물 중의 불소이온을 추가로 제거하도록 구성된 제2 반응조를 더 포함할 수 있다.
상기 제2 약품은 불소제거제를 포함할 수 있다.
상기 후단 장치는, 상기 전단 장치 유출물을 저장하도록 구성된 제2 원수조, 제4 약품 및 제5 약품을 이용하여 상기 제2 원수조 유출물 중의 황산이온을 제거하도록 구성된 제4 반응조, 상기 제4 약품 및 제6 약품을 이용하여 상기 제4 반응조 유출물 중의 황산이온을 추가로 제거하도록 구성된 제5 반응조, 제7 약품을 이용하여 상기 제5 반응조 유출물 중의 중금속 및 입자성 물질을 응집시키도록 구성된 제6 반응조, 상기 제6 반응조에서 형성된 응집물을 침전시켜 슬러지 형태로 외부로 배출시키도록 구성된 제2 침전조, 및 제8 약품을 이용하여 상기 제2 침전조 유출물의 pH를 제1 값으로 조절하도록 구성된 중화조를 포함할 수 있다.
상기 폐수 처리 장치는 열교환기를 포함하지 않을 수 있다.
상기 제4 약품은 소석회를 포함하고, 상기 제5 약품은 산성 알루미늄 화합물을 포함하고, 상기 제6 약품은 알칼리성 알루미늄 화합물을 포함하고, 상기 제7 약품은 고분자 응집제를 포함하고, 상기 제8 약품은 이산화탄소 가스를 포함할 수 있다.
상기 후단 장치는, 상기 전단 장치 유출물을 저장하도록 구성된 제2 원수조, 상기 제2 원수조 유출물을 제1 온도로 냉각시키도록 구성된 열교환기, 제4 약품 및 제6 약품을 이용하여 상기 열교환기에 의해 냉각된 상기 제2 원수조 유출물 중의 황산이온을 제거하도록 구성된 제5 반응조, 제7 약품을 이용하여 상기 제5 반응조 유출물 중의 중금속 및 입자성 물질을 응집시키도록 구성된 제6 반응조, 상기 제6 반응조에서 형성된 응집물을 침전시키도록 구성된 제2 침전조, 및 제8 약품을 이용하여 상기 제2 침전조 유출물의 pH를 제1 값으로 조절하도록 구성된 중화조를 포함할 수 있다.
상기 제1 온도는 20~25℃일 수 있다.
상기 폐수 처리 장치는 상기 각 반응조 및 중화조에 설치된 pH 센서를 더 포함할 수 있다.
상기 폐수 처리 장치는 상기 각 pH 센서의 자동 세척 장치를 더 포함할 수 있다.
상기 폐수 처리 장치는 상기 제4 반응조에 소포제가 더 투입되도록 구성될 수 있다.
상기 각 침전조는 센터웰을 포함하고, 상기 폐수 처리 장치는 상기 센터웰 내부에 소포수가 살포되도록 구성될 수 있다.
상기 폐수 처리 장치는 상기 각 침전조에 연통된 슬러지 이송 배관을 더 포함하고, 상기 슬러지 이송 배관은 직관으로 구성될 수 있다.
상기 폐수 처리 장치는 상기 각 슬러지 이송 배관의 오토 플러싱 장치를 더 포함할 수 있다.
상기 폐수 처리 장치는 상기 제1 침전조에서 배출된 슬러지 중의 일부를 상기 제1 반응조로 반송하도록 구성된 제1 슬러지 반송관을 더 포함할 수 있다.
상기 폐수 처리 장치는 상기 제2 침전조에서 배출된 슬러지 중의 일부를 상기 제4 반응조로 반송하도록 구성된 제2 슬러지 반송관을 더 포함할 수 있다.
상기 폐수 처리 장치는 서로 인접한 두 개의 조가 병렬로 배치된 2개의 배관으로 서로 연통되고, 상기 2개의 배관은 택일적으로 사용되도록 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 측면은,
폐수 중의 불소이온 및 인산이온을 제거하도록 구성된 전단 공정(S10); 및
상기 전단 공정 유출물 중의 황산이온을 제거하도록 구성된 후단 공정(S20)을 포함하고,
상기 전단 공정(S10)은,
제1 약품 및 제2 약품 중 적어도 하나를 이용하여 상기 폐수 중의 불소이온 및 인산이온을 제거하는 단계(S10-1);
제3 약품을 이용하여 상기 단계(S10-1) 유출물 중의 중금속 및 입자성 물질을 응집시키는 단계(S10-2); 및
상기 단계(S10-2)에서 형성된 응집물을 침전시켜 슬러지 형태로 외부로 배출시키는 단계(S10-3)를 포함하고,
상기 후단 공정(S20)은,
제4 약품 및 제5 약품을 이용하여 상기 전단 공정(S10) 유출물 중의 황산이온을 제거하는 단계(S20-1);
상기 제4 약품 및 제6 약품을 이용하여 상기 단계(S20-1) 유출물 중의 황산이온을 추가로 제거하는 단계(S20-2);
제7 약품을 이용하여 상기 단계(S20-2) 유출물 중의 중금속 및 입자성 물질을 응집시키는 단계(S20-3);
상기 단계(S20-3)에서 형성된 응집물을 침전시켜 슬러지 형태로 외부로 배출시키는 단계(S20-4); 및
제8 약품을 이용하여 상기 단계(S20-4) 유출물의 pH를 제1 값으로 조절하는 단계(S20-5)를 포함하는 폐수 처리 방법을 제공한다.
본 발명의 또 다른 측면은,
폐수 중의 불소이온 및 인산이온을 제거하도록 구성된 전단 공정(S10);
상기 전단 공정(S10) 유출물을 제1 온도로 냉각시키는 열교환 공정(S15); 및
상기 전단 공정 유출물 중의 황산이온을 제거하도록 구성된 후단 공정(S20)을 포함하고,
상기 전단 공정(S10)은,
제1 약품 및 제2 약품 중 적어도 하나를 이용하여 상기 폐수 중의 불소이온 및 인산이온을 제거하는 단계(S10-1);
제3 약품을 이용하여 상기 단계(S10-1) 유출물 중의 중금속 및 입자성 물질을 응집시키는 단계(S10-2); 및
상기 단계(S10-2)에서 형성된 응집물을 침전시켜 슬러지 형태로 외부로 배출시키는 단계(S10-3)를 포함하고,
상기 후단 공정(S20)은,
상기 제4 약품 및 제6 약품을 이용하여 상기 열교환 공정(S15) 유출물 중의 황산이온을 제거하는 단계(S20-2);
제7 약품을 이용하여 상기 단계(S20-2) 유출물 중의 중금속 및 입자성 물질을 응집시키는 단계(S20-3);
상기 단계(S20-3)에서 형성된 응집물을 침전시켜 슬러지 형태로 외부로 배출시키는 단계(S20-4); 및
제8 약품을 이용하여 상기 단계(S20-4) 유출물의 pH를 제1 값으로 조절하는 단계(S20-5)를 포함하는 폐수 처리 방법을 제공한다.
본 발명의 구현예들에 따르면, 폐수 중의 불소이온, 인산이온 및 황산이온을 효과적으로 제거할 수 있는 폐수 처리 장치 및 폐수 처리 방법이 제공될 수 있다. 특히, 폐수 처리 장치 및 폐수 처리 방법은 폐수 중의 황산이온을 200mg/L 이하로 대폭 저감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 구현예에 따른 폐수 처리 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 제2 구현예에 따른 폐수 처리 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 구현예들에 따른 폐수 처리 장치를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 구현예에 따른 폐수 처리 장치(100)를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 구현예에 따른 폐수 처리 장치(100)는 전단 장치(110) 및 후단 장치(120)을 포함한다.
전단 장치(110)는 폐수(WW) 중의 불소이온(F-) 및 인산이온(PO4 3-)을 제거하도록 구성될 수 있다.
폐수(WW)는 반도체 및 LCD 제조공정 등 전자산업에서 배출된 전자폐수일 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 폐수(WW)는 3~9의 pH, 30~1,000mg/L의 불소이온(F-), 30~200mg/L의 인산이온(PO4 3-) 및 1,000~4,000mg/L의 황산이온(SO4 2-)을 포함할 수 있다.
구체적으로, 전단 장치(110)는 제1 원수조(111), 제1 반응조(112), 제2 반응조(113), 제3 반응조(114) 및 제1 침전조(115)를 포함할 수 있다.
제1 원수조(111)는 폐수(WW)를 저장하도록 구성될 수 있다.
제1 원수조(111) 유출물은 펌프(P1)에 의해 펌핑되어 제1 반응조(112)로 공급될 수 있다.
제1 반응조(112)는 제1 약품(C1)을 이용하여 제1 원수조(111) 유출물 중의 불소이온 및 인산이온을 제거하도록 구성될 수 있다.
제1 약품(C1)은 소석회(Ca(OH)2)를 포함할 수 있다.
제1 약품(C1)이 소석회(Ca(OH)2)인 경우, 제1 반응조(112)에서는 하기 반응들이 일어날 수 있다.
[반응식 1]
H3PO4 + Ca(OH)2 → CaHPO4 + 2H2O
[반응식 2]
2HF + Ca(OH)2 → CaF2 + 2H2O
또한, 제1 반응조(112)는 그 유출물이 20mg/L 이하의 불소이온 및 1mg/L 이하의 인산이온을 함유하도록 폐수(WW) 중의 불소이온 및 인산이온을 제거할 수 있다.
제2 반응조(113)는 제2 약품(C2)을 이용하여 제1 반응조(112) 유출물 중의 불소이온을 추가로 제거하도록 구성될 수 있다.
제2 약품(C2)은 불소제거제를 포함할 수 있다.
상기 불소제거제는 소석회, 액반(Al2(SO4)3), 폴리염화알루미늄(PAC: poly aluminum chloride) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
제2 약품(C2)이 소석회(Ca(OH)2)인 경우, 제2 반응조(113)에서는 상기 반응식 2와 같은 반응이 일어날 수 있다.
제2 약품(C2)이 액반(Al2(SO4)3)인 경우, 제2 반응조(113)에서는 하기 반응이 일어날 수 있다.
[반응식 3]
3F- + Al3+ → AlF3
또한, 제2 반응조(113)는 그 유출물이 10mg/L 이하의 불소이온을 함유하도록 폐수(WW) 중의 불소이온을 제거할 수 있다.
또한, 제2 반응조(113)는 생략될 수 있다.
제3 반응조(114)는 제3 약품(C3)을 이용하여 제1 반응조(112) 유출물(즉, 제2 반응조(113)가 생략된 경우) 또는 제2 반응조(113) 유출물(즉, 제2 반응조(113)가 존재하는 경우) 중의 중금속 및 입자성 물질(이는 불화물 또는/및 인산염을 포함함)을 응집시키도록 구성될 수 있다.
제3 약품(C3)은 고분자 응집제를 포함할 수 있다.
상기 고분자 응집제는 폴리아크릴아미드(PAA), 알긴산나트륨, 폴리아크릴산나트륨, 말레이트 코폴리머, 폴리아크릴아미드의 부분 가수분해물 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
제1 침전조(115)는 제3 반응조(114)에서 형성된 응집물을 침전시켜 슬러지 형태로 외부로 배출시키도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 제1 침전조(115)에서 형성된 침전물은 펌프(P2)에 의해 펌핑되어 슬러지(S1)의 형태로 제1 침전조(115)의 외부로 배출될 수 있다.
제1 침전조(115)의 상등액은 불소이온과 인산이온이 제거된 1차 처리수(TW1) 또는 전단 장치(110) 유출물로 지칭되고, 펌프(P3)에 의해 펌핑되어 후단 장치(120)(구체적으로, 제2 원수조(121))로 공급될 수 있다.
후단 장치(120)는 제2 원수조(121), 제4 반응조(122), 제5 반응조(123), 제6 반응조(124), 제2 침전조(125) 및 중화조(126)를 포함할 수 있다.
제2 원수조(121)는 전단 장치(110) 유출물(또는 1차 처리수(TW1))을 저장하도록 구성될 수 있다.
제2 원수조(121) 유출물의 온도는 30℃ 이상(예를 들어, 30~33℃)일 수 있다.
제4 반응조(122)는 제4 약품(C4) 및 제5 약품(C5)을 이용하여 제2 원수조(121) 유출물 중의 황산이온을 제거하도록 구성될 수 있다.
제4 약품(C4)은 알칼리성 물질일 수 있다.
제4 약품(C4)은 소석회(Ca(OH)2)를 포함하고, 제5 약품(C5)은 산성 알루미늄 화합물을 포함할 수 있다. 다만, 제5 약품(C5)은 알루미늄 금속을 포함하지 않을 수 있다.
상기 산성 알루미늄 화합물은 염화알루미늄(AlCl3)을 포함할 수 있다.
예를 들어, 제4 반응조(122)에서는 하기 반응이 일어나 에트링자이트(ettringite: Ca6Al2(SO4)3(OH)12·26H2O)가 생성될 수 있다.
[반응식 4]
2Al3+ + 6Ca2+ + 3SO4 2- + 38H2O → Ca6Al2(SO4)3(OH)12·26H2O + 12H+
제4 반응조(122)에서, 제4 약품(C4)으로서 상술한 알칼리성 물질을 사용하는 이유는 다음과 같다: 즉, 상기 반응식 4로 표시되는 에트링자이트 형성 반응은 높은 pH(예를 들어, pH 12.5 이상)에서 잘 일어난다. 따라서, 제4 반응조(122)의 피처리수(즉, 제2 원수조(121) 유출물)의 pH를 높이기 제4 약품(C4)으로서 상술한 알칼리성 물질을 사용하는 것이다.
이하, 제4 반응조(122)의 작용 및 효과를 상세히 설명한다.
제4 반응조(122)에서, 제5 약품(C5)으로서 상술한 산성 알루미늄 화합물을 사용하는 이유는 다음과 같다: 즉, 상술한 바와 같이 상기 반응식 4로 표시되는 에트링자이트 형성 반응은 높은 pH(예를 들어, pH 12.5 이상)에서 잘 일어난다. 그런데, 제4 반응조(122)의 피처리수(즉, 제2 원수조(121) 유출물)의 온도는 30℃ 이상의 고온이고, 이렇게 높은 온도에서는 알칼리성 물질인 제4 약품(C4)(예를 들어, 소석회)의 용해도가 낮아지게 된다. 따라서, 제4 약품(C4)의 투입량을 일정하게 할 경우에는 피처리수의 pH가 낮아지게 되고, 이렇게 낮은 pH에서는 제5 약품(C5)으로서 알칼리성 알루미늄 화합물(예를 들어, 알루미늄산나트륨)을 사용할 경우에는 에트링자이트 형성 반응이 잘 일어나지 않아 황산이온의 제거율이 떨어지게 된다. 그러나, 제5 약품(C5)으로서 산성 알루미늄 화합물(예를 들어, 염화알루미늄)을 사용할 경우에는 12.5 이하의 낮은 pH(예를 들어, pH 11~12)에서도 에트링자이트 형성 반응이 잘 일어나는데, 이것이 제5 약품(C5)으로서 상술한 산성 알루미늄 화합물을 사용하는 이유이다. 한편, 제4 약품(C4)의 투입량을 증가시켜 피처리수의 pH를 12.5 이상으로 증가시키는 방법은, 제4 약품(C4)의 과량 투입을 초래하여 처리수의 수질을 불안정하게 만들기 때문에 채택되기가 어렵다.
제5 반응조(123)는 제4 약품(C4) 및 제6 약품(C6)을 이용하여 제4 반응조(122) 유출물 중의 황산이온을 추가로 제거하도록 구성될 수 있다.
제4 약품(C4)은 소석회(Ca(OH)2)를 포함하고, 제6 약품(C6)은 알칼리성 알루미늄 화합물을 포함할 수 있다.
상기 알칼리성 알루미늄 화합물은 알루민산나트륨(NaAlO2)을 포함할 수 있다.
예를 들어, 제5 반응조(123)에서는 상기 반응식 4와 같은 반응이 일어나 에트링자이트(ettringite: Ca6Al2(SO4)3(OH)12·26H2O)가 생성될 수 있다.
이하, 제5 반응조(123)의 작용 및 효과를 상세히 설명한다.
먼저, 제5 반응조(123)에서, 제4 약품(C4)으로서 상술한 알칼리성 물질을 사용하는 이유는 제4 반응조(122)에서 제4 약품(C4)으로서 상술한 알칼리성 물질을 사용하는 이유와 동일하다.
제5 반응조(123)에서, 제6 약품(C6)으로서 상술한 알칼리성 알루미늄 화합물을 사용하는 이유는 다음과 같다: 즉, 제5 반응조(123)를 생략할 경우, 제4 반응조(122)에서 제5 약품(C5)으로서 산성 알루미늄 화합물(예를 들어, 염화알루미늄)만을 사용하여 후술하는 최종 처리수(TW2) 중의 황산이온의 함량을 목표 수준(예를 들어, 200mg/L 이하)으로 감소시키기 위해서는 산성 알루미늄 화합물의 투입량을 상당한 수준으로 증가시켜야 한다. 그런데, 이 경우에는 상기 산성 알루미늄 화합물에서 유래하는 유독 성분(예를 들어, Cl)으로 인해 장치 부식 등의 문제가 발생할 수 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 제4 반응조(122) 외에 제5 반응조(123)가 더 존재하는 것이다. 즉, 제5 약품(C5)으로서 산성 알루미늄 화합물을 사용함으로써 30℃ 이상의 고온 및 12.5 이하의 낮은 pH 조건하에서 에트링자이트 형성 반응을 촉진시키고, 제6 약품(C6)으로서 알칼리성 알루미늄 화합물을 사용함으로써 제5 약품(C5)으로서 산성 알루미늄 화합물의 과량 투입을 억제하면서 추가적인 에트링자이트 형성 반응을 도모하는 것이다.
제6 반응조(124)는 제7 약품(C7)을 이용하여 제5 반응조(123) 유출물 중의 중금속 및 입자성 물질(이는 에트링자이트를 포함함)을 응집시키도록 구성될 수 있다.
제7 약품(C7)은 제3 약품(C3)과 동일한 것일 수 있다.
제2 침전조(125)는 제6 반응조(124)에서 형성된 응집물을 침전시켜 슬러지 형태로 외부로 배출시키도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 제2 침전조(125)에서 형성된 침전물은 펌프(P4)에 의해 펌핑되어 슬러지(S2)의 형태로 제2 침전조(125)의 외부로 배출될 수 있다.
중화조(126)는 제8 약품(C8)을 이용하여 제2 침전조(125) 유출물의 pH를 제1 값으로 조절하도록 구성될 수 있다.
중화조(126) 유출물은 최종 처리수(TW2)로 지칭될 수 있다.
상기 제1 값은 7.0~8.0일 수 있다.
제8 약품(C8)은 이산화탄소 가스를 포함할 수 있다.
또한, 폐수 처리 장치(100)는 열교환기를 포함하지 않을 수 있다. 즉, 폐수 처리 장치(100)는 열교환기가 불필요하다는 이점을 갖는다.
또한, 폐수 처리 장치(100)는 각 반응조(112~114, 122~124) 및 중화조(126)에 설치된 pH 센서(미도시)를 더 포함할 수 있다.
또한, 폐수 처리 장치(100)는 상기 각 pH 센서의 자동 세척 장치(미도시)를 더 포함할 수 있다. 상기 자동 세척 장치는 상기 각 pH 센서에 스케일이 형성되는 것을 방지하는 역할을 수행한다.
또한, 폐수 처리 장치(100)는 제4 반응조(122)에 소포제가 더 투입되도록 구성될 수 있다. 제4 반응조(122)에 소포제가 투입되는 이유는 다음과 같다: 즉, 폐수(WW)내에는 NH4 +가 고농도로 녹아 있으며, 에트링자이트 형성 반응을 위해 pH를 높일 경우 NH3 형태로 탈기가 진행되며, 이때 미세기포가 슬러지에 부착하여 에트링자이트의 침전을 방해하게 되는데, 이를 방지하기 위하여 소포제가 투입된다.
상기 소포제는 당해 기술분야에서 잘 알려진 임의의 소포제일 수 있다. 예를 들어, 상기 소포제는 실리콘계 소포제를 포함할 수 있다.
침전조(115, 125)는 센터웰(미도시)을 포함하고, 폐수 처리 장치(100)는 상기 센터웰 내부에 소포수가 살포되도록 구성될 수 있다. 상기 센터웰 내부에 소포수가 살포되는 이유는 다음과 같다: 즉, 폐수(WW)내에는 NH4 +가 고농도로 녹아 있으며, 에트링자이트 형성 반응을 위해 pH를 높일 경우 NH3 형태로 탈기가 진행되며, 이때 발생한 기포에 의해 슬러지가 부상하여 침전조 센터웰 내부에 축척되는 현상이 발생하는데, 이를 방지하기 위해서 기포를 물리적으로 파괴시키기 위해 상기 센터웰 내부에 소포수를 살포하는 것이다.
또한, 폐수 처리 장치(100)는 침전조(115, 125)에 연통된 슬러지 이송 배관(미도시)을 더 포함하고, 상기 슬러지 이송 배관은 직관으로 구성될 수 있다. 이는, 상기 슬러지 이송 배관이 곡관으로 구성될 경우에 발생하는 배관 막힘 현상을 방지하기 위한 것이다.
또한, 폐수 처리 장치(100)는 상기 각 슬러지 이송 배관의 오토 플러싱 장치(미도시)를 더 포함할 수 있다. 상기 오토 플러싱 장치는 상기 각 슬러지 이송 배관에 스케일이 형성되는 것을 방지하는 역할을 수행한다.
또한, 폐수 처리 장치는 제1 침전조(115)에서 배출된 슬러지 중의 일부를 제1 반응조(112)로 반송하도록 구성된 제1 슬러지 반송관(미도시)을 더 포함할 수 있다. 이는 제1 약품(C1), 제2 약품(C2) 및 제3 약품(C3)의 사용량을 절감하기 위한 것이다.
또한, 폐수 처리 장치(100)는 제2 침전조(125)에서 배출된 슬러지 중의 일부를 제4 반응조(122)로 반송하도록 구성된 제2 슬러지 반송관(미도시)을 더 포함할 수 있다. 이는 제4 약품(C4), 제5 약품(C5) 및 제6 약품(C6)의 사용량을 절감하기 위한 것이다.
또한, 폐수 처리 장치(100)는 서로 인접한 두 개의 조가 병렬로 배치된 2개의 배관으로 서로 연통되고, 상기 2개의 배관은 택일적으로 사용되도록 구성될 수 있다. 이는 "배관 이중화"라고 지칭될 수 있으며, 2개의 배관을 병렬로 설치하여 1개를 먼저 사용하고, 이렇게 먼저 사용된 배관을 유지보수하는 동안 나머지 배관을 사용하기 위한 것이다.
도 2는 본 발명의 제2 구현예에 따른 폐수 처리 장치(200)를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 제2 구현예에 따른 폐수 처리 장치(200)는 전단 장치(210) 및 후단 장치(220)을 포함한다.
전단 장치(210)는 폐수(WW) 중의 불소이온(F-) 및 인산이온(PO4 3-)을 제거하도록 구성될 수 있다.
전단 장치(210)는 제1 원수조(211), 제1 반응조(212), 제2 반응조(213), 제3 반응조(214) 및 제1 침전조(215)를 포함할 수 있다.
폐수(WW)의 종류 및 수질은 상술한 폐수 처리 장치(100)의 폐수(WW)의 종류 및 수질과 동일하고, 전단 장치(210)의 구성 및 작용은 상술한 폐수 처리 장치(100)의 전단 장치(110)의 구성 및 작용과 동일하므로, 여기에서는 이들에 대한 자세한 설명을 생략하기로 한다.
후단 장치(220)는 제2 원수조(221), 열교환기(222), 제5 반응조(223), 제6 반응조(224), 제2 침전조(225) 및 중화조(226)를 포함할 수 있다.
제2 원수조(221), 제5 반응조(223), 제6 반응조(224), 제2 침전조(225) 및 중화조(226)의 구성 및 작용은 상술한 폐수 처리 장치(100)의 제2 원수조(121), 제5 반응조(123), 제6 반응조(124), 제1 침전조(125) 및 중화조(126)의 구성 및 작용과 각각 동일하므로, 여기에서는 이들에 대한 자세한 설명을 생략하기로 한다.
열교환기(222)는 제2 원수조(221) 유출물을 제1 온도로 냉각시키도록 구성될 수 있다. 이러한 열교환기(222)의 종류는 특별히 한정되지 않는다.
상기 제1 온도는 20~25℃일 수 있다.
이하, 열교환기(222)의 작용 및 효과를 상세히 설명한다.
열교환기(222)는 제2 원수조(221) 유출물을 냉각시켜 제4 약품(C4)의 용해도를 증가시킴으로써 제2 원수조(221) 유출물의 pH를 증가시키는 역할을 수행한다. 이에 따라, 제2 원수조(221) 유출물의 pH가 12.5 이상으로 증가하여 낮은 pH에서도 에트링자이트 형성 반응을 잘 일으키는 산성 알루미늄 화합물을 곧이 사용할 필요 없이 제6 약품(C6)으로서 알칼리성 알루미늄 화합물만을 사용할 수 있게 된다. 즉, 폐수 처리 장치(200)에서는 열교환기(222)의 존재로 인해 도 1의 폐수 처리 장치(100)의 필수 구성인 제4 반응조(122)가 생략될 수 있는 이점을 갖는다.
폐수 처리 장치(100)에서는 설명되었으나, 폐수 처리 장치(200)에서 설명되지 않은 내용들은 폐수 처리 장치(100)에서 설명된 내용들과 동일한 것으로 간주될 수 있다.
이하, 본 발명의 구현예들에 따른 폐수 처리 방법을 상세히 설명한다.
<제1 구현예에 따른 폐수 처리 방법>
본 구현예에 따른 폐수 처리 방법은 폐수 중의 불소이온 및 인산이온을 제거하도록 구성된 전단 공정(S10) 및 상기 전단 공정 유출물 중의 황산이온을 제거하도록 구성된 후단 공정(S20)을 포함한다.
상기 전단 공정(S10)은 제1 약품 및 제2 약품 중 적어도 하나를 이용하여 상기 폐수 중의 불소이온 및 인산이온을 제거하는 단계(S10-1), 제3 약품을 이용하여 상기 단계(S10-1) 유출물 중의 중금속 및 입자성 물질을 응집시키는 단계(S10-2), 및 상기 단계(S10-2)에서 형성된 응집물을 침전시켜 슬러지 형태로 외부로 배출시키는 단계(S10-3)를 포함할 수 있다.
상기 제1 약품, 상기 제2 약품 및 상기 제3 약품은 각각 도 1의 폐수 처리 장치(100)에서 설명된 제1 약품(C1), 제2 약품(C2) 및 제3 약품(C3)과 동일한 것일 수 있다.
상기 후단 공정(S20)은 제4 약품 및 제5 약품을 이용하여 상기 전단 공정(S10) 유출물 중의 황산이온을 제거하는 단계(S20-1), 상기 제4 약품 및 제6 약품을 이용하여 상기 단계(S20-1) 유출물 중의 황산이온을 추가로 제거하는 단계(S20-2), 제7 약품을 이용하여 상기 단계(S20-2) 유출물 중의 중금속 및 입자성 물질을 응집시키는 단계(S20-3), 상기 단계(S20-3)에서 형성된 응집물을 침전시켜 슬러지 형태로 외부로 배출시키는 단계(S20-4), 및 제8 약품을 이용하여 상기 단계(S20-4) 유출물의 pH를 제1 값으로 조절하는 단계(S20-5)를 포함할 수 있다.
상기 제4 약품, 상기 제5 약품, 상기 제6 약품, 상기 제7 약품 및 상기 제8 약품은 각각 도 1의 폐수 처리 장치(100)에서 설명된 제4 약품(C4), 제5 약품(C5), 제6 약품(C6), 제7 약품(C7) 및 제8 약품(C8)과 동일한 것일 수 있다.
상기 제1 값은 7.0~8.0일 수 있다.
<제2 구현예에 따른 폐수 처리 방법>
본 구현예에 따른 폐수 처리 방법은 폐수 중의 불소이온 및 인산이온을 제거하도록 구성된 전단 공정(S10), 상기 전단 공정(S10) 유출물을 제1 온도로 냉각시키는 열교환 공정(S15), 및 상기 전단 공정 유출물 중의 황산이온을 제거하도록 구성된 후단 공정(S20)을 포함한다.
상기 제1 온도는 20~25℃일 수 있다.
상기 전단 공정(S10)은 제1 약품 및 제2 약품 중 적어도 하나를 이용하여 상기 폐수 중의 불소이온 및 인산이온을 제거하는 단계(S10-1), 제3 약품을 이용하여 상기 단계(S10-1) 유출물 중의 중금속 및 입자성 물질을 응집시키는 단계(S10-2), 및 상기 단계(S10-2)에서 형성된 응집물을 침전시켜 슬러지 형태로 외부로 배출시키는 단계(S10-3)를 포함할 수 있다.
상기 제1 약품, 상기 제2 약품 및 상기 제3 약품은 각각 도 1의 폐수 처리 장치(100)에서 설명된 제1 약품(C1), 제2 약품(C2) 및 제3 약품(C3)과 동일한 것일 수 있다.
상기 후단 공정(S20)은 상기 제4 약품 및 제6 약품을 이용하여 상기 열교환 공정(S15) 유출물 중의 황산이온을 제거하는 단계(S20-2), 제7 약품을 이용하여 상기 단계(S20-2) 유출물 중의 중금속 및 입자성 물질을 응집시키는 단계(S20-3), 상기 단계(S20-3)에서 형성된 응집물을 침전시켜 슬러지 형태로 외부로 배출시키는 단계(S20-4), 및 제8 약품을 이용하여 상기 단계(S20-4) 유출물의 pH를 제1 값으로 조절하는 단계(S20-5)를 포함할 수 있다.
상기 제4 약품, 상기 제6 약품, 상기 제7 약품 및 상기 제8 약품은 각각 도 1의 폐수 처리 장치(100)에서 설명된 제4 약품(C4), 제6 약품(C6), 제7 약품(C7) 및 제8 약품(C8)과 동일한 것일 수 있다.
상기 제1 값은 7.0~8.0일 수 있다.
이하, 실시예들을 들어 본 발명에 관하여 더욱 상세히 설명하지만, 본 발명이 이러한 실시예들에 한정되는 것은 아니다.
실시예
실시예 1: 폐수 처리 장치의 제작 및 폐수 처리
도 1의 폐수 처리 장치(100)와 동일한 구성을 갖는 폐수 처리 장치를 제작하였다. 이후, 상기 제작된 폐수 처리 장치를 이용하여 폐수 처리를 실시하였다. 이 경우, 제2 원수조(121) 유출물의 온도는 약 32℃이었다. 또한, 제4 반응조(122) 유출물의 pH가 약 10.5로 유지되도록 제4 약품(C4)의 투입량을 조절하였다. 또한, 사용된 약품들의 종류는 하기 표 1과 같았다.
실시예 2: 폐수 처리 장치의 제작 및 폐수 처리
도 2의 폐수 처리 장치(200)와 동일한 구성을 갖는 폐수 처리 장치를 제작하였다. 이후, 상기 제작된 폐수 처리 장치를 이용하여 폐수 처리를 실시하였다. 이 경우, 열교환기(222) 유출물은 약 23℃이었다. 또한, 제5 반응조(222) 유출물의 pH가 약 12.5로 유지되도록 제4 약품(C4)의 투입량을 조절하였다. 또한, 사용된 약품들의 종류는 제5 약품(C5)을 사용하지 않은 것으로 제외하고는 하기 표 1과 같았다.
비교예 1: 폐수 처리 장치의 제작 및 폐수 처리
열교환기(222)를 생략한 것을 제외하고는, 도 2의 폐수 처리 장치(200)와 동일한 구성을 갖는 폐수 처리 장치를 제작하였다. 이후, 상기 제작된 폐수 처리 장치를 이용하여 폐수 처리를 실시하였다. 이 경우, 제2 원수조(221) 유출물의 온도는 약 32℃ 이었다. 또한, 제5 반응조(222) 유출물의 pH가 약 12.5로 유지되도록 제4 약품(C4)의 투입량을 조절하였다. 또한, 사용된 약품들의 종류는 제5 약품(C5)을 사용하지 않은 것으로 제외하고는 하기 표 1과 같았다.
제1 약품 내지 제8 약품(C1~C8)
C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8
소석회 PAC PAA 소석회 AlCl3 NaAlO2 PAA CO2 가스
평가예
실시예 1~2 및 비교예 1에서 제작된 각각의 폐수 처리 장치를 이용하여 폐수 처리를 실시한 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
실시예 1 실시예 2 비교예 1
폐수
수질		 불소이온
(mg/L)		 600 600 600
인산이온
(mg/L)		 115 115 115
황산이온(mg/L) 2,200 1,900 2,000
최종 처리수
수질		 불소이온
(mg/L)		 15
(제거율: 97.5%)		 15
(제거율: 97.5%)		 15
(제거율: 97.5%)
인산이온
(mg/L)		 <1.0
(제거율: 99% 이상)		 <1.0
(제거율: 99% 이상)		 <1.0
(제거율: 99% 이상)
황산이온(mg/L) ≤ 200
(제거율: 90% 이상)		 ≤ 200
(제거율: 89% 이상)		 850
(제거율: 58%)
상기 표 2를 참조하면, 실시예 1~2에서 제작된 폐수 처리 장치는 비교예 1에서 제작된 폐수 처리 장치 대비 불소이온 및 인산이온 제거율은 비슷하지만, 황산이온 제거율은 현저히 높은 것으로 나타났다.
또한, 실시예 1~2에서 제작된 폐수 처리 장치는 비교예 1에서 제작된 폐수 처리 장치에 비해 소석회 투입량이 적고, 이에 따라 슬러지 발생량도 적은 것으로 나타났다. 구체적으로, 실시예 1에서 제작된 폐수 처리 장치는 수온(즉, 피처리수의 온도)이 높기는 하지만 소석회 투입량이 과다 투입이 되지 않도록 조절된 상태에서도 에트릴자이트 형성 반응이 촉진됨으로써 결과적인 소석회 투입량이 적고, 이에 따라 슬러지 발생량도 적은 것으로 나타났다. 또한, 실시예 2에서 제작된 폐수 처리 장치는 피처리수의 온도가 낮아 pH 조절이 용이하여 소석회 주입량이 적고, 이에 따라 슬러지 발생량도 적은 것으로 나타났다. 반면에, 비교예 1에서 제작된 폐수 처리 장치는 pH 조절 불량으로 소석회 과다투입을 초래하여 슬러지 발생량이 증가하는 것으로 나타났다.
본 발명은 도면 및 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 구현예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100, 200: 폐수 처리 장치 110, 210: 전단 장치
120, 220: 후단 장치 111, 121, 211, 221: 원수조
112~114, 122~124, 212~214, 223~224: 반응조
115, 125, 215, 225: 침전조 126, 226: 중화조
C1~C8: 약품 P1~P4: 펌프
S1, S2: 슬러지 TW1, TW2: 처리수

Claims (23)

  1. 폐수 중의 불소이온 및 인산이온을 제거하도록 구성된 전단 장치; 및
    상기 전단 장치 유출물 중의 황산이온을 제거하도록 구성된 후단 장치를 포함하고,
    상기 후단 장치는,
    상기 전단 장치 유출물을 저장하도록 구성된 제2 원수조;
    제4 약품 및 제5 약품을 이용하여 상기 제2 원수조 유출물 중의 황산이온을 제거하도록 구성된 제4 반응조;
    상기 제4 약품 및 제6 약품을 이용하여 상기 제4 반응조 유출물 중의 황산이온을 추가로 제거하도록 구성된 제5 반응조;
    제7 약품을 이용하여 상기 제5 반응조 유출물 중의 중금속 및 입자성 물질을 응집시키도록 구성된 제6 반응조;
    상기 제6 반응조에서 형성된 응집물을 침전시켜 슬러지 형태로 외부로 배출시키도록 구성된 제2 침전조; 및
    제8 약품을 이용하여 상기 제2 침전조 유출물의 pH를 제1 값으로 조절하도록 구성된 중화조를 포함하는 폐수 처리 장치.
  2. 폐수 중의 불소이온 및 인산이온을 제거하도록 구성된 전단 장치; 및
    상기 전단 장치 유출물 중의 황산이온을 제거하도록 구성된 후단 장치를 포함하고,
    상기 후단 장치는,
    상기 전단 장치 유출물을 저장하도록 구성된 제2 원수조;
    상기 제2 원수조 유출물을 제1 온도로 냉각시키도록 구성된 열교환기;
    제4 약품 및 제6 약품을 이용하여 상기 열교환기에 의해 냉각된 상기 제2 원수조 유출물 중의 황산이온을 제거하도록 구성된 제5 반응조;
    제7 약품을 이용하여 상기 제5 반응조 유출물 중의 중금속 및 입자성 물질을 응집시키도록 구성된 제6 반응조;
    상기 제6 반응조에서 형성된 응집물을 침전시키도록 구성된 제2 침전조; 및
    제8 약품을 이용하여 상기 제2 침전조 유출물의 pH를 제1 값으로 조절하도록 구성된 중화조를 포함하는 폐수 처리 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 전단 장치는,
    폐수를 저장하도록 구성된 제1 원수조;
    제1 약품을 이용하여 상기 제1 원수조 유출물 중의 불소이온 및 인산이온을 제거하도록 구성된 제1 반응조;
    제3 약품을 이용하여 상기 제1 반응조 유출물 중의 중금속 및 입자성 물질을 응집시키도록 구성된 제3 반응조; 및
    상기 제3 반응조에서 형성된 응집물을 침전시켜 슬러지 형태로 외부로 배출시키도록 구성된 제1 침전조를 포함하는 폐수 처리 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 약품은 소석회를 포함하고, 상기 제3 약품은 고분자 응집제를 포함하는 폐수 처리 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제1 반응조 및 상기 제3 반응조 사이에 배치된 것으로, 제2 약품을 이용하여 상기 제1 반응조 유출물 중의 불소이온을 추가로 제거하도록 구성된 제2 반응조를 더 포함하는 폐수 처리 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2 약품은 불소제거제를 포함하는 폐수 처리 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    열교환기를 포함하지 않는 폐수 처리 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제4 약품은 소석회를 포함하고, 상기 제5 약품은 산성 알루미늄 화합물을 포함하고, 상기 제6 약품은 알칼리성 알루미늄 화합물을 포함하고, 상기 제7 약품은 고분자 응집제를 포함하고, 상기 제8 약품은 이산화탄소 가스를 포함하는 폐수 처리 장치.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 제4 약품은 소석회를 포함하고, 상기 제6 약품은 알칼리성 알루미늄 화합물을 포함하고, 상기 제7 약품은 고분자 응집제를 포함하고, 상기 제8 약품은 이산화탄소 가스를 포함하는 폐수 처리 장치.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 제1 온도는 20~25℃인 폐수 처리 장치.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 각 반응조 및 중화조에 설치된 pH 센서를 더 포함하는 폐수 처리 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 각 pH 센서의 자동 세척 장치를 더 포함하는 폐수 처리 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제4 반응조에 소포제가 더 투입되도록 구성된 폐수 처리 장치.
  14. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제2 침전조는 센터웰을 포함하고, 상기 센터웰 내부에 소포수가 살포되도록 구성된 폐수 처리 장치.
  15. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제2 침전조에 연통된 슬러지 이송 배관을 더 포함하고, 상기 슬러지 이송 배관은 직관으로 구성된 폐수 처리 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 슬러지 이송 배관의 오토 플러싱 장치를 더 포함하는 폐수 처리 장치.
  17. 제3항에 있어서,
    상기 제1 침전조에서 배출된 슬러지 중의 일부를 상기 제1 반응조로 반송하도록 구성된 제1 슬러지 반송관을 더 포함하는 폐수 처리 장치.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 제2 침전조에서 배출된 슬러지 중의 일부를 상기 제4 반응조로 반송하도록 구성된 제2 슬러지 반송관을 더 포함하는 폐수 처리 장치.
  19. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    서로 인접한 두 개의 조는 병렬로 배치된 2개의 배관으로 서로 연통되고, 상기 2개의 배관은 택일적으로 사용되도록 구성된 폐수 처리 장치.
  20. 폐수 중의 불소이온 및 인산이온을 제거하도록 구성된 전단 공정(S10); 및
    상기 전단 공정 유출물 중의 황산이온을 제거하도록 구성된 후단 공정(S20)을 포함하고,
    상기 전단 공정(S10)은,
    제1 약품 및 제2 약품 중 적어도 하나를 이용하여 상기 폐수 중의 불소이온 및 인산이온을 제거하는 단계(S10-1);
    제3 약품을 이용하여 상기 단계(S10-1) 유출물 중의 중금속 및 입자성 물질을 응집시키는 단계(S10-2); 및
    상기 단계(S10-2)에서 형성된 응집물을 침전시켜 슬러지 형태로 외부로 배출시키는 단계(S10-3)를 포함하고,
    상기 후단 공정(S20)은,
    제4 약품 및 제5 약품을 이용하여 상기 전단 공정(S10) 유출물 중의 황산이온을 제거하는 단계(S20-1);
    상기 제4 약품 및 제6 약품을 이용하여 상기 단계(S20-1) 유출물 중의 황산이온을 추가로 제거하는 단계(S20-2);
    제7 약품을 이용하여 상기 단계(S20-2) 유출물 중의 중금속 및 입자성 물질을 응집시키는 단계(S20-3);
    상기 단계(S20-3)에서 형성된 응집물을 침전시켜 슬러지 형태로 외부로 배출시키는 단계(S20-4); 및
    제8 약품을 이용하여 상기 단계(S20-4) 유출물의 pH를 제1 값으로 조절하는 단계(S20-5)를 포함하는 폐수 처리 방법.
  21. 폐수 중의 불소이온 및 인산이온을 제거하도록 구성된 전단 공정(S10);
    상기 전단 공정(S10) 유출물을 제1 온도로 냉각시키는 열교환 공정(S15); 및
    상기 전단 공정 유출물 중의 황산이온을 제거하도록 구성된 후단 공정(S20)을 포함하고,
    상기 전단 공정(S10)은,
    제1 약품 및 제2 약품 중 적어도 하나를 이용하여 상기 폐수 중의 불소이온 및 인산이온을 제거하는 단계(S10-1);
    제3 약품을 이용하여 상기 단계(S10-1) 유출물 중의 중금속 및 입자성 물질을 응집시키는 단계(S10-2); 및
    상기 단계(S10-2)에서 형성된 응집물을 침전시켜 슬러지 형태로 외부로 배출시키는 단계(S10-3)를 포함하고,
    상기 후단 공정(S20)은,
    제4 약품 및 제6 약품을 이용하여 상기 열교환 공정(S15) 유출물 중의 황산이온을 제거하는 단계(S20-2);
    제7 약품을 이용하여 상기 단계(S20-2) 유출물 중의 중금속 및 입자성 물질을 응집시키는 단계(S20-3);
    상기 단계(S20-3)에서 형성된 응집물을 침전시켜 슬러지 형태로 외부로 배출시키는 단계(S20-4); 및
    제8 약품을 이용하여 상기 단계(S20-4) 유출물의 pH를 제1 값으로 조절하는 단계(S20-5)를 포함하는 폐수 처리 방법.
  22. 제20항 또는 제21항에 있어서,
    상기 제1 값은 7.0~8.0인 폐수 처리 방법.
  23. 삭제
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