KR102325120B1 - 불산 폐수 처리 방법 및 이를 위한 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 불산 폐수 처리 방법 및 이를 위한 장치로서, 보다 상세하게는 반도체를 제조하는 공정에서 사용하는 불산(hydrofluoric acid)이 포함된 불산 폐수를 액상의 소석회를 혼합하여 중화시키고, 중화된 폐수를 일정 시간 동안 체류시켜 중화 효율을 극대화함으로써 불산의 희석 효율을 높여 최종적으로 방류 가능한 함량을 가지도록 처리하는 불산 폐수 처리 방법 및 이를 위한 장치에 관한 것이다.

Description

불산 폐수 처리 방법 및 이를 위한 장치{Hydrofluoric acid wastewater treatment method and apparatus therefor}

본 발명은 불산 폐수 처리 방법 및 이를 위한 장치로서, 보다 상세하게는 반도체를 제조하는 공정에서 사용하는 불산(hydrofluoric acid)이 포함된 불산 폐수를 액상의 소석회를 혼합하여 중화시키고, 중화된 폐수를 일정 시간 동안 체류시켜 중화 효율을 극대화함으로써 불산의 희석 효율을 높여 최종적으로 방류 가능한 함량을 가지도록 처리하는 불산 폐수 처리 방법 및 이를 위한 장치에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 물질의 연마에 있어 화학적기계적연마(CMP)가 표준공정으로서 급부상하였는데, 좀 더 정확하게는 반도체 웨이퍼 상에 기능층을 침전시킨 다음, CMP를 통해 침전공정 중에 발생한 요철을 상쇄하는 것이다. 이때 화학적/기계적 활성 콜로이드연마제, 소위 슬러리는 반도체 웨이퍼와 연마표면 사이에 분포하며, 반도체 웨이퍼와 연마표면 사이의 상대적 이동에 의해, 반도체 웨이퍼 표면은 화학적으로 공격을 받아 연마된다.

이러한 연마공정에서 최적의 연마효과를 얻기 위해서는 미사용 슬러리를 반드시 연속적으로 연마표면에 공급해야 하며, 연마공정에서는 연마액과 더불어 연마로 인한 마모에서 발생한 불순물을 포함하는 폐수가 생성된다.

이때 생성되는 폐수는 흔히 연마공정을 제어하는 부가적 화학물질을 포함하는데, 포함되는 부가적 화학물질은 공정의 종류에 따라 달라지며 일반적으로 pH조절제, 산회제 또는 안정제로 구성된다.

특히 반도체 웨이퍼 또는 기판을 에칭하는 과정에서 농도 15중량% 정도의 불화수소산(이하, ‘불산’이라 한다.)이 사용되고 있는데, 이러한 불산은 통상 약 50 중량%의 고농도 불산을 순수(純水)로 희석하여 제조한다.

에칭 공정에서 사용하는 불산은 상술한 바와 같이 공정 중 발생하는 실리카 성분 또는 금속 성분을 포함하는 폐수가 되는데, 이러한 폐수는 반응에 이용되지 않은 불산을 다량 포함하고 있기 때문에 이를 회수하여 재이용하는 것이 바람직하다.

이를 위해 제안된 종래기술로는 일본 특허공개 제2003-12305호가 있는데 상기 종래기술은, 확산투석막을 이용한 방법으로 필터 또는 원심 분리 장치를 사용하여 불산 폐액에서 슬러지를 분리한 정제 원료에서 불산 폐액을 회수하고, 이어서 음이온 교환 필터를 이용한 확산 투석법을 통해 용해 성분인 금속이온이나 규불산 등의 불순물을 폐수로부터 제거하여 정제 불산을 얻는 것을 제안하였다.

그러나 상기 종래기술은 폐수에 함유된 불산의 회수율이 낮을 뿐만 아니라, 회수되는 불산의 순도가 높지 않아 재사용이 불가능하거나 재사용율이 매주 낮은 문제점이 있었다.

한편, 폐수를 회수한 후 이를 증류함으로써 불산의 순도를 높이는 방법이 제안되었으나, 증류법은 폐수에 함유되어 있는 용존금속에 의해 증류관을 포함한 연결관 내부에 스케일링이 발생하기 때문에 주기적으로 스케일링을 제거해야 하고, 이로 인해 연속적인 사용이 불가능할 뿐만 아니라 복잡한 회수장치가 필요한 문제점이 있었다.

일본 특허공개 제2003-12305호

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 제안된 것으로, 불산이 포함된 폐수에서 불순물 및 이물질을 제거하여 불산을 재사용함으로써 불산 구매 비용을 절감할 수 있는 불산 폐수 처리 방법 및 이를 위한 장치를 제공하는데 목적이 있다.

특히 본 발명은 폐수에 포함된 불순물을 제거하는 과정에서 중화제를 혼합한 후 일정 시간동안 체류시켜 중화제의 활동 효율을 높여 불순물의 제거율을 극대화할 수 있고, 연속적인 처리가 가능하여 다량의 불산이 포함된 폐수의 정화 처리가 가능한 불산 폐수 처리 방법 및 이를 위한 장치를 제공하는데 목적이 있다.

또한 본 발명은 GOS 공법 및 MBR 공법을 활용하여 폐수에 포함된 불순물을 제거함으로써 제거 효율이 높고 동작 안정성을 높여 유출 및 중독에 의한 사고 발생을 방지할 수 있는 불산 폐수 처리 방법 및 이를 위한 장치를 제공하는데 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 불산이 포함된 폐수를 1차반응조에 투입하여 가성소다(NaOH), 백반(ALUM), 중합체(POLYMER)를 순차적으로 투입하여 중화 및 응집시키고, 응집된 슬러지를 슬러지 농축조로 전달하는 1차반응단계;

상기 1차반응단계를 통해 중화된 폐수를 1차처리수조에 투입하고 중화제를 혼합하여 중화시키고, 중화된 폐수를 체류조로 전달한 후 체류시키는 1차처리단계;

상기 1차처리단계에서 체류조를 통해 체류된 폐수를 중화반응조에 투입하고, 상기 중화반응조에 수산화칼슘(Ca(OH)2)과 가성소다(NaOH)와 백반(ALUM)을 투입하여 폐수에 포함된 슬러지를 응집시키고, 응집된 슬러지를 슬러지 농축조로 전달하는 2차반응단계;

상기 2차반응단계를 통해 중화된 폐수를 3차반응조에 투입하고, 투입된 폐수에 산소를 공급하여 폐수에 포함된 불순물을 산화시키고, 불순물이 산화된 폐수를 오니침전조에 투입한 후 상기 오니침전조에 미생물을 투입하여 침전된 오니를 슬러지 농축조로 전달하는 3차반응단계;

상기 3차반응단계의 3차반응조를 통해 불순물이 산화되고 상기 오니침전조를 통해 오니가 침전된 폐수를 분리조에 투입하여 투입된 폐수에서 이물질을 걸러내고, 이물질이 걸러진 폐수를 4차반응조에 투입한 후 중화제를 혼합하여 불순물을 제거하는 4차반응단계;를 포함하고,

상기 1차처리단계에서는,

상기 1차처리수조에 중화된 폐수를 투입하고 투입된 폐수에 중화제를 투입하는 중화제투입단계와,

상기 1차처리수조와 연결된 체류조에 중화제가 투입된 폐수가 인입되며, 상기 체류조에 인입된 폐수를 체류시키는 폐수체류단계가 구비된 것을 특징으로 한다.

또한 상기 중화제투입단계는, 투입되는 폐수에 액상의 수산화칼슘(Ca(OH)2)을 혼합하되, 혼합하는 수산화칼슘은, 투입되는 폐수 중량 1톤(ton) 당 10 ~ 20 리터(ℓ)를 혼합하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 폐수체류단계는, 중화제가 투입된 폐수를 22 ~ 26 시간(hour) 범위 내에서 체류시키는 것을 특징으로 한다.

나아가 상기 4차반응단계이후에는, 상기 4차반응조와 연결된 여과용처리조에 불순물이 제거된 폐수가 투입되고, 상기 여과용처리조에 불순물을 제거하기 위한 중화제를 투입하고, 상기 여과용처리조와 연결된 여과조에 여과용처리조로부터 폐수를 전달하고, 상기 여과조에 연결된 필터를 통해 이물질을 필터링하고, 상기 필터에 연결된 방류조에 이물질이 필터링된 폐수가 전달되는 여과단계가 더 구비된 것을 특징으로 한다.

한편 본 발명에 따른 불산 폐수 처리 장치는,

불산이 포함된 폐수가 유입되는 유수분리조와,

상기 유수분리조와 연결되며 인입된 폐수에 산소를 공급하여 불순물을 산화시키는 1차집수조와,

상기 1차집수조와 연결된 1차중화조에 불순물이 산화된 폐수가 인입되고 인입된 폐수에 가성소다(NaOH)를 투입하고,

상기 1차중화조에 연결된 1차반응조에 상기 1차중화조로부터 폐수가 인입되고 인입된 폐수에 백반(ALUM)을 투입하고,

상기 1차반응조에 연결된 1차응집조에 상기 1차반응조로부터 폐수가 인입되고 인입된 폐수에 중합체(POLYMER)를 투입하여 폐수에 혼합된 슬러지를 응집시키고,

상기 1차응집조와 연결되며 인입된 폐수에서 슬러지를 상방으로 부상시키고, 부상(浮上)한 슬러지를 슬러지 농축조로 전달하는 가압부상조를 포함한 1차반응모듈;

상기 가압부상조와 연결되어 슬러지가 제거된 폐수가 인입되고 상기 폐수에 포함된 불순물을 중화시키기 위한 중화제를 혼합하는 1차처리수조와,

상기 1차처리수조와 연결되어 중화제가 혼합된 폐수를 체류시키는 체류조를 포함한 1차처리모듈;

상기 체류조와 연결되는 중화반응조가 구비되고 상기 중화반응조에 투입된 폐수에 수산화칼슘(Ca(OH)2)과 가성소다(NaOH)와 백반(ALUM)을 투입하고,

상기 중화반응조와 연결된 중화응집조에 상기 중화반응조로부터 폐수가 인입되고 인입된 폐수에 중합체(POLYMER)를 투입하고,

상기 2차응집조와 연결된 침전조에 상기 2차응집조로부터 폐수가 인입되고, 인입된 폐수에서 응집된 슬러지 하방으로 침전시키고 침전된 슬러지를 슬러지 농축조로 전달하는 2차반응모듈;

상기 침전조와 연결되어 상기 침전조로부터 전달된 폐수가 투입되고, 투입된 폐수에 산소를 공급하는 3차반응조와,

상기 3차반응조와 연결되어 상기 3차반응조로부터 전달된 폐수에 미생물을 투입하여 침전된 오니를 슬러지 농축조로 전달하는 오니침전조를 포함한 3차반응모듈;

상기 오니침전조와 연결되어 상기 오니침전조로부터 전달된 폐수에 포함된 이물질을 걸러내는 분리막이 구비된 분리조와,

상기 분리조와 연결되어 상기 분리조로부터 전달된 폐수에 산소를 공급하는 4차반응조와,

상기 4차반응조와 연결되어 상기 4차반응조로부터 전달된 폐수에 중화제를 혼합하는 4차중화응집조를 포함한 4차반응모듈;을 포함하되,

상기 1차처리수조는, 액상의 소석회(消石灰)와 산소를 투입된 폐수에 혼합하고,

상기 체류조는 소석회와 산소가 투입된 폐수를 22 ~ 26시간동안 체류시키는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 이루어진 본 발명은, 불산 폐수 처리 방법은 1차 내지 4차반응단계를 통해 폐수에 포함된 불순물을 응집하고 불순물을 제거하여 불산이 포함된 폐수에서 불순물을 제거하고, 이때 1차처리단계를 통해 중화제가 투입된 상태에서 일정시간 체류시켜 중화제와의 혼합 효율을 높여 불순물 제거 효율을 극대화한 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 불산 폐수 처리 방법을 도시한 블록도.
도 2는 본 발명에 따른 불산 폐수 처리 장치를 도시한 예시도.
도 3은 본 발명에 따른 불산 폐수 처리 장치의 1차반응모듈을 도시한 예시도.
도 4는 본 발명에 따른 불산 폐수 처리 장치의 1차처리모듈을 도시한 예시도.
도 5는 본 발명에 따른 불산 폐수 처리 장치의 2차반응모듈을 도시한 예시도.
도 6은 본 발명에 따른 불산 폐수 처리 장치의 3차반응모듈을 도시한 예시도.
도 7은 본 발명에 따른 불산 폐수 처리 장치의 4차반응모듈을 도시한 예시도.
도 8은 본 발명에 따른 불산 폐수 처리 장치의 여과모듈을 도시한 예시도.

이하, 상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부 도면을 참조한 실시 예에 대한 설명을 통하여 명백히 드러나게 될 것이다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 불산 폐수 처리 방법 및 이를 위한 장치의 바람직한 구현예를 설명하도록 한다.

먼저 본 발명에 따른 불산 폐수 처리 방법(S1)을 도 1 내지 도 8을 참조하여 살펴보면, 불산이 포함된 폐수를 1차반응조(14)에 투입하여 가성소다(NaOH), 백반(ALUM), 중합체(POLYMER)를 순차적으로 투입하여 중화 및 응집시키고, 응집된 슬러지를 슬러지 농축조로 전달하는 1차반응단계(S10)와,

상기 1차반응단계(S10)를 통해 중화된 폐수를 1차처리수조(21)에 투입하고 중화제를 혼합하여 중화시키고, 중화된 폐수를 체류조(22)로 전달한 후 체류시키는 1차처리단계(S20)와,

상기 1차처리단계(S20)에서 체류조(22)를 통해 체류된 폐수를 중화반응조(31)에 투입하고, 상기 중화반응조(31)에 수산화칼슘(Ca(OH)2)과 가성소다(NaOH)와 백반(ALUM)을 투입하여 폐수에 포함된 슬러지를 응집시키고, 응집된 슬러지를 슬러지 농축조로 전달하는 2차반응단계(S30)와,

상기 2차반응단계(S30)를 통해 중화된 폐수를 3차반응조(41)에 투입하고, 투입된 폐수에 산소를 공급하여 폐수에 포함된 불순물을 산화시키고, 불순물이 산화된 폐수를 오니침전조(42)에 투입한 후 상기 오니침전조(42)에 미생물을 투입하여 침전된 오니를 슬러지 농축조로 전달하는 3차반응단계(S40)와,

상기 3차반응단계(S40)의 3차반응조(41)를 통해 불순물이 산화되고 상기 오니침전조(42)를 통해 오니가 침전된 폐수를 분리조(51)에 투입하여 투입된 폐수에서 이물질을 걸러내고, 이물질이 걸러진 폐수를 4차반응조(52)에 투입한 후 중화제를 혼합하여 불순물을 제거하는 4차반응단계(S50)를 포함한다.

한편, 이하의 설명에서는 도 2 내지 도 8에 도시된 본 발명에 따른 불산 폐수 처리 장치(1)의 구체적인 구성을 포함하여 불산 폐수 처리 방법(S1)을 설명하도록 한다.

먼저 상기 1차반응단계(S10)는 불산이 함유된 폐수가 최초 투입되고 최초 투입된 폐수를 처리하는 단계이다.

이를 상세히 살펴보면 폐수에 포함된 기름성분을 분리하여 제거하고, 기름 성분이 제거된 폐수에 산소를 공급하여 폐수에 포함된 불순물을 산화시키고, 불순물이 산화된 폐수를 순서대로 중화, 반응, 응집 과정을 거쳐 불순물을 제거하고 슬러지를 응집한다.

이후 응집된 슬러지가 포함된 폐수를 가압부상조로 투입하여 슬러지를 표면으로 부상시키고, 부상한 슬러지는 슬러지 농축조로 전달한다.

여기서 기름 성분이 제거된 폐수에 산소를 공급하여 폐수에 포함된 불순물을 산화시키는 것은 알려진 바와 같이 GOS(Groon Oxidation System) 공법으로서, 글로우 고압방전방식으로 생성된 수화전자와 라디칼을 활성화해 유기물질을 산화시키는 공법이다. 즉해 화학적 산화를 통해 폐수를 태워 정화하는 것이며, GOS공법의 핵심은 산화력(살균, 소독, 탈취, 분해)이 강한 OH라디칼인데, OH라디칼은 불소 다음으로 강한 산화력을 가지고 있음에도 다른 화학원자와 결합 시 물이나 산소로 변환돼 날아간다. 그만큼 인체에 무해하고 안정적이다. 특히 폐수유량에 따라 대응이 쉽고 고농도의 축산 및 어판장폐수 등의 환경개선과 수질정화에 적합하고, 냄새와 악취제거에도 탁월하며, 축산분뇨처리시설과 가축분뇨처리장, 산업폐수처리설비 등에 범용으로 설치·활용할 수 있다는 장점을 가진다.

이러한 GOS 공법을 1차반응단계(S10)에서 적용함으로써 폐수에 포함된 불순물을 산화시키고 이후 1차중화조, 1차반응조, 1차응집조를 거치면서 폐수에 포함된 슬러지를 응집시킨다.

여기서 1차중화조에는 가성소다(NaOH)를 혼합하고, 1차반응조에는 백반(ALUM)을 혼합하고, 1차응집조에는 중합체(POLYMER)를 혼합하여 각각 폐수에 포함된 불순물 즉 슬러지를 응집시킨다.

이후 가압부상조를 통해 응집된 슬러지를 수면측으로 상승시키고 상승한 슬러지를 수거한 후 슬러지 농축조로 전달한다.

다음 1차처리단계(S20)는 본 발명의 핵심적인 특징으로서 상기 1차반응단계(S10)를 통해 중화된 폐수가 1차처리수조(21)에 투입되고, 1차처리수조(21)에 중화제를 투입한 후 혼합하여 폐수에 잔존하는 불순물을 중화시키고, 이후 중화된 폐수를 체류조(22)로 전달한 후 일정시간동안 체류시켜 중화제와 불순물의 혼합 효율을 높이는 단계이다.

본 발명은 1차처리단계(S20)를 통해 폐수에 포함된 불순물이 중화제에 노출되는 시간을 증가시키고, 이를 통해 다음 단계를 통해 불순물의 제거 효율을 극대화할 수 있다.

특히 본 발명에서 상기 1차처리단계(S20) 중 1차처리수조(21)에서 폐수와 혼합되는 중화제는 액상의 수산화칼슘(Ca(OH)2)을 혼합하고, 혼합하는 수산화칼슘은 투입되는 폐수 중량 1톤(ton) 당 10 ~ 20 리터(ℓ)를 혼합한다.

상기 액상의 수산화칼슘은 분말 형태의 수산화칼슘을 사용할 때 발생하는 작업자의 호흡기, 피부질환을 방지하고, 분진에 의한 작업 환경이 열악화되는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다.

본 발명에서 사용하는 액상의 수산화칼슘의 농도는 30~40(%)인 것으로, 농도가 30(%) 미만인 경우 불순물을 중화하는 효율이 낮은 문제점이 있고, 농도가 40(%) 초과하는 경우 불순물을 중화하는 효율은 높아지지만 점도가 낮아져 펌프로 이송하기 어려운 문제점이 있다.

따라서 본 발명에서는 액상 수산화칼슘을 폐수 중량 1톤(ton) 당 10~ 20리터(ℓ) 혼합하되, 혼합되는 액상 수산화칼슘의 농도는 30~40(%)인 것이 바람직하고, 상기 조건을 통해 폐수에 포함된 불순물이 제거되는 효율은 다음의 표 1에 기재하였다.

다음 표 1에서 원수는 불순물이 포함된 폐수를 지칭하는 것이다.

	BOD(mg/L)	COD(mg/L)	T-N(mg/L)	T-P(mg/L)
원수	120	150	68	10
1차반응단계 후	64.5	102.0	48.000	0.096
1차처리단계 후(액상 수산화칼슘 10ℓ투입시)	46.7	83.3	38.400	0.096
1차처리단계 후(액상 수산화칼슘 20ℓ투입시)	29.3	75.4	36.800	0.096
3차반응단계 후	16.2	25.4	26.8	0.144

상기 표 1에서 BOD(Biochemical Oxygen Demand)는 생화학적 산소 요구량이며, COD(Chemical Oxygen Demand)는 화학적 산소 요구량이며, T-N(Total Nitrogen)은 총 질소량이며, T-P(Total Phosphorus)는 총 인 량이다.

알려진 바와 같이, 상기 표 1에서 확인한 요소는 폐수발생농도 중 SS(부유물질량)을 제외한 요소를 확인한 것으로, 불순물이 포함된 폐수 즉 원수의 각 요소의 수치가 1차 반응단계 후 낮아지고, 특히 1차처리단계에서 혼합하는 액상 수산화칼슘의 양에 따라 각 요소의 수치가 크게 낮아지는 것을 확인할 수 있었다.

나아가 후술하는 3차반응단계 이후에는 정화된 폐수를 폐수종말처리장으로 보낼 수 있는 정도로 수치가 낮아진 것을 확인할 수 있으며, 이는 3차반응단계를 설명할 때 상세히 살펴보도록 한다.

상기와 같이 본 발명은 1차처리단계(S20)에서 중화제를 폐수에 혼합한 이후 일정시간 동안 체류조에 체류시켜 중화제의 활동 시간을 증가시켜 정화 효율을 높이는데, 여기서 체류조(22)에 체류하는 시간은 22~26시간(hour)이며, 바람직하게는 23~25시간(hour)이다. 이때 상기 체류조에서 22시간 미만으로 체류조에 체류시키는 경우 투입된 중화제와의 혼합 효율이 낮고 26시간 초과하는 경우 중화제와의 혼합 효율은 높으나 전체적인 공정의 시간이 길어짐으로써 공정 효율이 낮아지는 문제점이 있다.

한편 본 발명에서 상기 체류조를 다수 개 배치하여 다량의 폐수를 순차적으로 처리할 수 있는 것으로, 일예로 상기 체류조에서 폐수를 체류시키는 시간이 24시간(hour)이고, 상기 1차처리수조(21)에서 처리하는 용량이 1일(日) 50톤(ton)일 때 상기 체류조를 3개 배치하고 배치된 체류조에 8시간 간격으로 폐수를 투입하여 각각의 체류조에서 24시간 동안 체류시켜 대량의 폐수를 처리할 수 있는 것이다.

다음 상기 2차반응단계(S30)는 체류조(22)를 통해 일정 시간 동안 체류되면서 중화제와 혼합된 폐수를 중화반응조(31)에 투입하고, 중화반응조(31)에 수산화칼슘(Ca(OH)2)과 가성소다(NaOH)와 백반(ALUM)을 투입하여 폐수와 혼합한다.

여기서 중화반응조(31)에 투입되는 수산화칼슘은 분말 형태인 것도 사용 가능하나 상술한 바와 같이 분말 형태의 수산화칼슘을 사용하는 것에 비해 액상 수산화칼슘을 사용하는 것이 작업자의 안정성을 높일 수 있고 폐수와의 혼합율을 높일 수 있다.

상기 중화반응조에 투입되는 가성소다 및 백반은 종래의 수처리시스템에서 폐수를 정화시키기 위해 사용되는 물질로서 이에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.

이어서 상기 중화반응조(31)와 연결된 침전조(33)가 구비되어 중화반응조(31)로부터 투입된 폐수에 포함된 슬러지가 바닥측으로 침전하고, 침전된 슬러지는 슬러지 농축조로 전달된다.

다음 상기 3차반응단계(S40)는, 상기 2차반응단계(S30)를 통해 중화된 폐수를 3차반응조(41)에 투입하고, 투입된 폐수에 산소를 공급하여 폐수에 포함된 불순물을 산화시키고, 불순물이 산화된 폐수를 오니침전조(42)에 투입한 후 상기 오니침전조(42)에 미생물을 투입하여 침전된 슬러지를 슬러지 농축조로 전달하는 단계이다.

상기 3차반응조(41)는 투입된 폐수에 산소를 공급하여 폐수를 처리하는 것으로, 공지의 폭기조(Aeration Tank)로 이루어질 수 있다.

알려진 바와 같이 폭기조는 활성오니법을 이용한 폐수처리 시 이용되는 반응장치이며, 폭기란 하수처리시 사용되는 용어로서, 물속에 공기를 불어넣거나 공중에 물을 살포하여 물과 공기를 충분히 접촉시키는 것이다. 이러한 조작을 통하여 산화작용과 호기성 세균에 의한 소화작용을 촉진하게 되고, 미생물은 소화작용에 의해 탄산가스, 황화수소, 메탄가스 등을 제거한다.

따라서 3차반응단계(S40)에서 3차반응조(41)를 폭기조로 구성하고, 상기 3차반응조(41)와 연결된 오니침전조(42)에 폐수를 투입한다.

오니침전조(42)는 투입된 폐수에 미생물을 혼합하여 폐수에 함유된 오니를 침전시키는 것으로 침전된 오니는 슬러지 농축조로 전달한다.

상기 3차반응단계를 통과한 폐수는 상기 표 1에 기재된 바와 같이 폐수에 포함된 BOD, COD, T-N, T-P의 수치가 원수에 낮아진 상태이며, 이러한 수치를 갖는 폐수는 폐수종말처리장으로 보낼 수 있는 수치이다.

다음 4차반응단계(S50)는 상기 3차반응단계(S40)의 3차반응조(41)를 통해 불순물이 산화되고 상기 오니침전조(42)를 통해 오니가 침전된 폐수를 분리조(51)에 투입하여 투입된 폐수에서 이물질을 걸러내고, 이물질이 걸러진 폐수를 4차반응조(52)에 투입한 후 중화제를 혼합하여 불순물을 제거하는 단계이다.

즉 상기 4차반응단계(S50)는 상기 3차반응단계(S40)를 통해 불순물이 산화되고 오니가 침전된 폐수에서 이물질을 걸러내고, 이물질이 걸러진 폐수를 재차 4차반응조(52)에 투입하여 중화시키는 단계이다.

상기 4차반응단계(S50)는 상기 오니침전조(42)와 연결되어 오니침전조(42)로부터 전달된 폐수에 포함된 이물질을 걸러내는 분리막(511)이 구비된 분리조(51)와, 상기 분리조(51)와 연결되어 상기 분리조(51)로부터 전달된 폐수에 산소를 공급하는 4차반응조(52)와, 상기 4차반응조(52)와 연결되어 상기 4차반응조(52)로부터 전달된 폐수에 중화제를 혼합하는 4차중화응집조(53)를 통해 폐수에 포함된 이물질을 걸러내고 이물질이 걸러진 폐수에 다시 약품을 혼합하여 중화, 반응 및 응집시킨다.

이를 위해 4차반응조(52)는 폐수에 산소를 공급하는 폭기조로 구성될 수 있고, 상기 4차반응조(52)와 연결된 4차중화응집조(53)에는 상술한 2차응집조(32)에 투입되는 약품을 투입하여 폐수에 포함된 불순물을 응집시키고 응집된 슬러지는 슬러지 농축조로 전달한다.

그리고 상기 분리조(51)는 상기 3차반응단계(S40)를 구성하는 3차반응조(41)와 순환 라인을 갖도록 연결되어 분리조(51)에서 이물질이 걸러진 폐수를 상기 3차반응조(41)로 다시 공급하여 폭기 처리한 후 오니를 침전시켜 제거한 후 다시 분리조(51)로 투입하여 이물질을 필터링할 수 있다.

한편, 상기 분리조(51)는 분리막(Membrane)을 이용한 MBR(Membrane Bio Reactor)공법을 활용하는 것으로, MBR공법은 중력침전에 의한 고액분리를 막분리로 치환한 것으로, 분리막의 세공크기(수mm ~ 수십㎛)와 막표면 전하에 따라 원수 및 하,폐수 중에 존재하는 처리대상물질(유기, 무기 오염물질 및 미생물 등)인 부유 고형물을 거의 100% 제거 가능하며, 슬러지 침강성에 관계없이 안정저인 처리가 가능한 것이다.

또한 활성슬러지법에 비해 미생물 농도를 3~4배 높게 유지하는 것이 가능하며, 호기조 용양이 감소하고 유기물 분해가 효과적인 특징이 있고, 침전조가 필요 없고 농축조 부피 또한 감소되므로 공정의 소형화가 가능한 장점이 있다.

본 발명에서는 상기 분리조(51)를 MBR공법을 활용하도록 구성하여 폐수에 포함된 이물질을 걸러냄으로써 이물질의 여과가 효율적으로 이루어질 수 있도록 한다.

한편 본 발명은 상기 4차반응단계(S50) 이후에 여과단계(S60)가 더 포함될 수 있는데, 상기 여과단계(S60)는 상기 4차반응조(52)와 연결된 여과용처리조(61)에 불순물이 제거된 폐수가 투입되고, 상기 여과용처리조(61)에 불순물을 제거하기 위한 중화제를 투입하고, 상기 여과용처리조(61)와 연결된 여과조(62)에 여과용처리조로부터 폐수를 전달하고, 상기 여과조(62)에 연결된 필터(63)를 통해 이물질을 필터링하고, 상기 필터(63)에 연결된 방류조(64)에 이물질이 필터링된 폐수가 전달되는 단계이다.

상기 여과용처리조(61)는 상기 4차반응조(52)와 동일한 구성으로 이루어진 것으로, 상기 4차반응조(52)와 연결되어 폐수를 전달 받고, 전달받은 폐수에 공기를 투입한다.

그리고 상기 여과용처리조(61)와 연결된 여과조(62)는 여과용처리조(61)로부터 폐수를 전달 받아 보관하며, 연결된 필터(63)로 보관한 폐수를 일정한 속도로 전달한다.

상기 필터(63)는 상기 여과조(62)에서 전달받은 폐수에 포함된 이물질을 필터링하는 것으로, 다수 개가 병렬로 배치되어 폐수가 다수 개의 필터를 통과하면서 이물질이 필터링되도록 구성될 수 있다.

상기 필터(63)와 연결된 방류조(64)는 필터를 통과하면서 이물질이 걸러진 폐수가 방류 전 보관되는 것으로, 방류조(64)에는 방류에 필요한 펌프 및 유량계 등이 배치된다.

상기와 같이 이루어진 본 발명에 따른 불산 폐수 처리 방법은 1차 내지 4차반응단계를 단계를 통해 불산 폐수에 포함된 불순물을 산화, 응집 및 수거하여 제거하고, 이때 GOS공법 및 MBR공법을 활용하여 불산 폐수에 포함된 불순물을 제거할 수 있어 제거 효율이 높고, 나아가 1차처리단계를 통해 중화제가 혼합된 불산 폐수를 일정 시간 동안 체류시킴으로써 중화제의 효율을 극대화하여 불순물 제거 효율을 높일 수 있는 것이다.

한편, 본 발명에 따른 불산 폐수 처리 장치는 도 2 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 1차반응모듈(10)과, 1차처리모듈(20)과, 2차반응모듈(30)과, 3차반응모듈(40) 및 4차반응모듈(50)을 포함한다.

이하의 설명에서 상기 불산 폐수 처리 방법의 설명에서 설명한 구성에 대해서는 중복된 설명이기 때문에 상세한 설명은 생략하도록 한다.

상기 1차반응모듈(10)은 도 3에 도시된 바와 같이, 불산이 포함된 폐수가 유입되는 유수분리조(11)와,

상기 유수분리조(11)와 연결되며 인입된 폐수에 산소를 공급하여 불순물을 산화시키는 1차집수조(12)와,

상기 1차집수조(12)와 연결된 1차중화조(13)에 불순물이 산화된 폐수가 인입되고 인입된 폐수에 가성소다(NaOH)를 투입하고,

상기 1차중화조(13)에 연결된 1차반응조(14)에 상기 1차중화조(13)로부터 폐수가 인입되고 인입된 폐수에 백반(ALUM)을 투입하고,

상기 1차반응조(14)에 연결된 1차응집조(15)에 상기 1차반응조(14)로부터 폐수가 인입되고 인입된 폐수에 중합체(POLYMER)를 투입하여 폐수에 혼합된 슬러지를 응집시키고,

상기 1차응집조(15)와 연결되며 인입된 폐수에서 슬러지를 상방으로 부상시키고, 부상(浮上)한 슬러지를 슬러지 농축조(70)로 전달하는 가압부상조(16)를 포함한다.

상기 1차처리모듈(20)은 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 가압부상조(16)와 연결되어 슬러지가 제거된 폐수가 인입되고 상기 폐수에 포함된 불순물을 중화시키기 위한 중화제를 혼합하는 1차처리수조(21)와,

상기 1차처리수조(21)와 연결되어 중화제가 혼합된 폐수를 체류시키는 체류조(22)를 포함한다.

이때 상기 1차처리수조(21)와 상기 체류조(22)는 하나의 수조에서 격벽을 통해 구성된 형태로 도면 중 도시되었으나, 이는 1차처리수조에서 체류조로 폐수를 전달하기 용이하도록 한 하나의 실시예이며, 각각이 독립적으로 구성되고 구성된 각각의 수조를 연결관을 통해 연결하며, 상기 연결관의 일측에 펌프가 배치되는 형태로 구성될 수 있다.

여기서 상기 1차처리수조(21)는, 액상의 소석회(消石灰)와 산소를 투입된 폐수에 혼합하고, 상기 체류조(22)는 소석회와 산소가 투입된 폐수를 22 ~ 26시간동안 체류시키는 것으로, 이를 통해 중화제가 투입된 폐수의 정화 효율을 극대화할 수 있다.

상기 2차반응모듈(30)은 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 체류조(22)와 연결되는 중화반응조(31)가 구비되고 상기 중화반응조(31)에 투입된 폐수에 수산화칼슘(Ca(OH)2)과 가성소다(NaOH)와 백반(ALUM)을 투입하고,

상기 중화반응조(31)와 연결된 2차응집조(32)에 상기 중화반응조(31)로부터 폐수가 인입되고 인입된 폐수에 중합체(POLYMER)를 투입하고,

상기 2차응집조(32)와 연결된 침전조(33)에 상기 2차응집조(32)로부터 폐수가 인입되고, 인입된 폐수에서 응집된 슬러지 하방으로 침전시키고 침전된 슬러지를 슬러지 농축조(70)로 전달하도록 구성된다.

상기 3차반응모듈(40)은 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 침전조(33)와 연결되어 상기 침전조(33)로부터 전달된 폐수가 투입되고, 투입된 폐수에 산소를 공급하는 3차반응조(41)와,

상기 3차반응조(41)와 연결되어 상기 3차반응조(41)로부터 전달된 폐수에 미생물을 투입하여 침전된 오니를 슬러지 농축조(70)로 전달하는 오니침전조(42)를 포함한 것으로, 상기 오니침전조(42)에는 슬러지 농축조(70)로 오니를 전달하는 펌프와 반송펌프가 각각 구비된다.

상기 4차반응모듈(50)은 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 오니침전조(42)와 연결되어 상기 오니침전조(42)로부터 전달된 폐수에 포함된 이물질을 걸러내는 분리막(511)이 구비된 분리조(51)와,

상기 분리조(51)와 연결되어 상기 분리조(51)로부터 전달된 폐수에 산소를 공급하는 4차반응조(52)와,

상기 4차반응조(52)와 연결되어 상기 4차반응조(52)로부터 전달된 폐수에 중화제를 혼합하는 4차중화응집조(53)를 포함한 것으로, 여기서 상기 분리조(51)와 상기 3차반응조(41)를 연결하는 순환 라인(512)이 구비된다.

한편 도 8은 본 발명에 따른 여과모듈(60)을 도시한 것으로, 상기 4차반응모듈(50) 이후에 배치되어 폐수를 여과하는데, 이를 위해 상기 4차반응조(52)와 연결되고, 상기 4차반응조(52)에서 전달된 폐수에 공기 또는 중화제를 투입하여 폐수와 혼합하는 여과용처리조(61)와,

상기 여과용처리조(61)와 연결되어 공기 또는 중화제에 의해 정화된 폐수를 전달 받는 여과조(62)와,

상기 여과조(62)와 연결되어 정화된 폐수를 전달 받고, 전달 받은 폐수에 포함된 이물질을 필터링하는 필터(63)와,

상기 필터(63)와 연결되어 이물질이 제거된 폐수를 전달 받는 방류조(64)를 포함한다.

상기와 같이 이루어진 여과모듈(60)은 정화된 폐수를 최종 방류하거나 수거하는 것으로, 상기 방류조(64)에는 보관된 폐수의 BOD,COD,T-N,T-P 등과 같은 수치를 측정할 수 있는 센서(도면 중 미도시됨)가 더 구비될 수 있고, 폐수종말처리장으로 방류할 때 방류하는 양을 제어하기 위한 펌프 및 유량계가 배치될 수 있다.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

S1 : 본 발명에 따른 불산 폐수 처리 방법
S10 : 1차반응단계
S20 : 1차처리단계
S21 : 중화제투입단계 S22 : 폐수체류단계
S30 : 2차반응단계
S40 : 3차반응단계
S50 : 4차반응단계
1 : 본 발명에 따른 불산 폐수 처리 장치.
10 : 1차반응모듈
11 : 유수분리조 12 : 1차집수조
13 : 1차중화조 14 : 1차반응조
15 : 1차응집조 16 : 가압부상조
20 : 1차처리모듈
21 : 1차처리수조 22 : 체류조
30 : 2차반응모듈
31 : 중화반응조 32 : 2차응집조
33 : 침전조
40 : 3차반응모듈
41 : 3차반응조 42 : 오니침전조
50 : 4차반응모듈
51 : 분리조 52 : 4차반응조
53 : 4차중화응집조
60 : 여과모듈
61 : 여과용처리조 62 : 여과조
63 : 필터 64 : 방류조
70 : 슬러지 농축조

Claims (5)

1. 불산이 포함된 폐수를 1차반응조(14)에 투입하여 가성소다(NaOH), 백반(ALUM), 중합체(POLYMER)를 순차적으로 투입하여 중화 및 응집시키고, 응집된 슬러지를 슬러지 농축조로 전달하는 1차반응단계(S10);
   상기 1차반응단계(S10)를 통해 중화된 폐수를 1차처리수조(21)에 투입하고 중화제를 혼합하여 중화시키고, 중화된 폐수를 체류조(22)로 전달한 후 체류시키는 1차처리단계(S20);
   상기 1차처리단계(S20)에서 체류조(22)를 통해 체류된 폐수를 중화반응조(31)에 투입하고, 상기 중화반응조(31)에 수산화칼슘(Ca(OH)2)과 가성소다(NaOH)와 백반(ALUM)을 투입하여 폐수에 포함된 슬러지를 응집시키고, 응집된 슬러지를 슬러지 농축조로 전달하는 2차반응단계(S30);
   상기 2차반응단계(S30)를 통해 중화된 폐수를 3차반응조(41)에 투입하고, 투입된 폐수에 산소를 공급하여 폐수에 포함된 불순물을 산화시키고, 불순물이 산화된 폐수를 오니침전조(42)에 투입한 후 상기 오니침전조(42)에 미생물을 투입하여 침전된 오니를 슬러지 농축조로 전달하는 3차반응단계(S40);
   상기 3차반응단계(S40)의 3차반응조(41)를 통해 불순물이 산화되고, 상기 오니침전조(42)를 통해 오니가 침전된 폐수를 분리조(51)에 투입하여 투입된 폐수에서 이물질을 걸러내고, 이물질이 걸러진 폐수를 4차반응조(52)에 투입한 후 중화제를 혼합하여 불순물을 제거하는 4차반응단계(S50);를 포함하고,
   상기 1차처리단계(S20)에서는,
   상기 1차처리수조(21)에 중화된 폐수를 투입하고 투입된 폐수에 중화제를 투입하는 중화제투입단계(S21)와,
   상기 1차처리수조(21)와 연결된 체류조(22)에 중화제가 투입된 폐수가 인입되며, 상기 체류조(22)에 인입된 폐수를 체류시키는 폐수체류단계(S22)가 구비된 것을 특징으로 하는 불산 폐수 처리 방법.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 중화제투입단계(S21)는,
   투입되는 폐수에 액상의 수산화칼슘(Ca(OH)2)을 혼합하되,
   혼합하는 수산화칼슘은, 투입되는 폐수 중량 1톤(ton) 당 10 ~ 20 리터(ℓ)를 혼합하는 것을 특징으로 하는 불산 폐수 처리 방법.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 폐수체류단계(S22)는,
   중화제가 투입된 폐수를 22 ~ 26 시간(hour) 범위 내에서 체류시키는 것을 특징으로 하는 불산 폐수 처리 방법.
4. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 4차반응단계(S50)이후에는,
   상기 4차반응조(52)와 연결된 여과용처리조(61)에 불순물이 제거된 폐수가 투입되고, 상기 여과용처리조(61)에 불순물을 제거하기 위한 중화제를 투입하고,
   상기 여과용처리조(61)와 연결된 여과조(62)에 여과용처리조로부터 폐수를 전달하고, 상기 여과조(62)에 연결된 필터(63)를 통해 이물질을 필터링하고, 상기 필터(63)에 연결된 방류조(64)에 이물질이 필터링된 폐수가 전달되는 여과단계(S60)가 더 구비된 것을 특징으로 하는 불산 폐수 처리 방법.
5. 불산이 포함된 폐수가 유입되는 유수분리조(11)와,
   상기 유수분리조(11)와 연결되며 인입된 폐수에 산소를 공급하여 불순물을 산화시키는 1차집수조(12)와,
   상기 1차집수조(12)와 연결된 1차중화조(13)에 불순물이 산화된 폐수가 인입되고 인입된 폐수에 가성소다(NaOH)를 투입하고,
   상기 1차중화조(13)에 연결된 1차반응조(14)에 상기 1차중화조(13)로부터 폐수가 인입되고 인입된 폐수에 백반(ALUM)을 투입하고,
   상기 1차반응조(14)에 연결된 1차응집조(15)에 상기 1차반응조(14)로부터 폐수가 인입되고 인입된 폐수에 중합체(POLYMER)를 투입하여 폐수에 혼합된 슬러지를 응집시키고,
   상기 1차응집조(15)와 연결되며 인입된 폐수에서 슬러지를 상방으로 부상시키고, 부상(浮上)한 슬러지를 슬러지 농축조(70)로 전달하는 가압부상조(16)를 포함한 1차반응모듈(10);
   상기 가압부상조(16)와 연결되어 슬러지가 제거된 폐수가 인입되고 상기 폐수에 포함된 불순물을 중화시키기 위한 중화제를 혼합하는 1차처리수조(21)와,
   상기 1차처리수조(21)와 연결되어 중화제가 혼합된 폐수를 체류시키는 체류조(22)를 포함한 1차처리모듈(20);
   상기 체류조(22)와 연결되는 중화반응조(31)가 구비되고 상기 중화반응조(31)에 투입된 폐수에 수산화칼슘(Ca(OH)2)과 가성소다(NaOH)와 백반(ALUM)을 투입하고,
   상기 중화반응조(31)와 연결된 2차응집조(32)에 상기 중화반응조(31)로부터 폐수가 인입되고 인입된 폐수에 중합체(POLYMER)를 투입하고,
   상기 2차응집조(32)와 연결된 침전조(33)에 상기 2차응집조(32)로부터 폐수가 인입되고, 인입된 폐수에서 응집된 슬러지 하방으로 침전시키고 침전된 슬러지를 슬러지 농축조(70)로 전달하는 2차반응모듈(30);
   상기 침전조(33)와 연결되어 상기 침전조(33)로부터 전달된 폐수가 투입되고, 투입된 폐수에 산소를 공급하는 3차반응조(41)와,
   상기 3차반응조(41)와 연결되어 상기 3차반응조(41)로부터 전달된 폐수에 미생물을 투입하여 침전된 오니를 슬러지 농축조(70)로 전달하는 오니침전조(42)를 포함한 3차반응모듈(40);
   상기 오니침전조(42)와 연결되어 상기 오니침전조(42)로부터 전달된 폐수에 포함된 이물질을 걸러내는 분리막(511)이 구비된 분리조(51)와,
   상기 분리조(51)와 연결되어 상기 분리조(51)로부터 전달된 폐수에 산소를 공급하는 4차반응조(52)와,
   상기 4차반응조(52)와 연결되어 상기 4차반응조(52)로부터 전달된 폐수에 중화제를 혼합하는 4차중화응집조(53)를 포함한 4차반응모듈(50);을 포함하되,
   상기 1차처리수조(21)는, 액상의 소석회(消石灰)와 산소를 투입된 폐수에 혼합하고,
   상기 체류조(22)는 소석회와 산소가 투입된 폐수를 22 ~ 26시간동안 체류시키는 것을 특징으로 하는 불산 폐수 처리 장치.
   

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