KR102435095B1 - Abs 에멀젼 중합 방법 유래의 폐수를 정제하는 방법 - Google Patents
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Abstract
여과하는 단계, 산화제를 공급하는 단계, pH를 8 내지 12 사이로 상승시켜 침전물을 형성시키고 침전물을 분리하는 단계, 정화된 폐수를 막 생물반응기로 도입시키는 단계, 이산화탄소를 탈기시키기 위해 생물학적으로 처리된 폐수를 산성화하는 단계, 폐수를 연화 처리로 처리하는 단계, 이어서 pH를 증가시킨 뒤, 폐수를 역삼투 단위로 도입시켜 총 고형물 함량이 10ppm 미만이 되게 하는 단계를 포함하여, 아크릴로니트릴 부타디엔 스타이렌의 에멀젼 중합 공정 동안 생성된 폐수를 정제하는 방법. 이 방법을 수행하기에 적합한 장치.
Description
관련 출원
본 출원은 2015년 4월 7일에 출원된 "에멀젼 ABS 방법의 재활용수"라는 명칭의 미국 특허출원 62/144,127의 우선권 및 이익을 주장하며, 이 출원의 전문은 본원에서 임의의 모든 목적들에 참고로 인용된다.
기술분야
본 발명은 물 재활용(water recycling), 더 구체적으로 아크릴로니트릴-부타디엔-스타이렌의 생산에 사용된 물의 재활용에 관한 것이다.
아크릴로니트릴, 부타디엔 및 스타이렌 단량체로부터 유래되는 공중합체인 아크릴로니트릴-부타디엔-스타이렌(ABS)은 내충격성 및 인성이 우수하다. 특히, ABS 재료는 아크릴로니트릴과 스타이렌 중합체의 강도(strength) 및 강성(rigidity)과 폴리부타디엔 고무의 인성을 겸비한다. 이러한 ABS 재료의 대량 생산은 상당한 양의 폐 가스, 고형 폐기물 및 폐수를 생성할 수 있다.
스타이렌, 아크릴로니트릴 및 다수의 보조제를 필요로 하는 ABS 수지의 제조는 에멀젼, 현탁 또는 벌크/현탁 중합 공정과 같은 물 중심(water intensive) 공정을 통해 진행될 수 있다. 사실, ABS의 에멀젼 중합 공정은 이 반응과 이후 수지 분리 공정 동안 상당한 양의 물을 소비할 수 있다. 일반적으로 ABS 공정 폐수는 pH 조절을 위해 전처리될 수 있고 폐 고형물(waste solid)은 제거될 수 있다. 이 전처리 후, 폐수는 산업 폐수 처리 시설로 보내어 정제한 뒤, 급수기에 수용되어 배출될 수 있다. 하지만, 수자원은 점점 더 희귀해지고 세계적으로 가치가 높아짐에 따라 ABS 생산 시스템 내에서 공정 폐수를 재사용하기 위해 정제 및 재활용하는 것이 바람직하다. 중합 및 분리 과정에서 탈염(DM)수와 공정 수(process water)를 모두 사용하는 ABS 생산 시스템에서 수질은 절대적으로 중요할 수 있다. 재활용된 물을 사용하여 더욱 복잡하게도, 폐수는 중합체, 잔류 단량체 및 반응 공정 중에 소비되지 않은 여러 첨가제를 비롯한 다양한 성분으로 오염될 수 있다. 따라서, ABS 생산 설비의 폐수를 세정 및 재활용하기 위한 효율적인 시스템을 제공하는 것이 유익할 것이다.
본 명세서에 더 상세히 기술된 바와 같이, 본 발명은 ABS 중합 공정에 사용된 물을 재활용하기 위한 방법, 장치 및 시스템을 제공한다.
더욱 상세하게는, 본 발명은 ABS 생산 설비 유래의 폐수를 여과 시스템을 통해 유도하는 단계 및 이 폐수를 화학적 산화, 화학적 중화 및 침전, 생물학적 처리, 고도 산화, 알칼리도 제거, 경도 연마(hardness polishing) 및 정제를 포함하는 일련의 공정으로 처리하는 단계를 포함하여, 폐수를 재활용하는 방법을 기술한다. 특정 양태에 따르면, 일련의 공정 이후 폐수는 10ppm(parts per million) 미만 또는 약 10ppm 미만의 총 고형물 함량을 가질 수 있다.
에멀젼 중합 공정에 따른 ABS 공중합체 수지의 제조는 폐가스, 고형 폐기물 및 폐수를 생성할 수 있다. 에멀젼 중합 공정은 상당한 양의 공정 수(process water) 및 정제된 탈염수의 소비를 요구할 수 있다. ABS 공중합체 수지의 생산은 적용가능한 공정 전반에 걸쳐 다양한 단계에서 물을 필요로 할 수 있다. 에멀젼 중합은 폴리부타디엔 라텍스가 물 용매 및 부타디엔 단량체와 촉매(예컨대, 라디칼 개시제)의 사용으로 제조되는 제1 라텍스 단계를 포함할 수 있다. 폴리부타디엔은 물 용매에서 응집되어 라텍스 입자 크기를 증가시킬 수 있다. 후속 에멀젼 중합 공정에서, 생성된 폴리부타디엔 라텍스는 아크릴로니트릴 및 스타이렌 단량체가 계면활성제 및 라디칼 개시제의 존재하에 물 용매 중에서 그래프트(graft) 중합되어 ABS 라텍스를 제공할 수 있는 고무 기재일 수 있다. 그 다음, ABS 라텍스는 먼저 라텍스를 물 및 산과 같은 응고제의 혼합물에 노출시켜 습윤 ABS 수지 슬러리를 제공할 수 있는 분리 공정으로 처리될 수 있다. 이 슬러리는 탈수, 세척 및 다시 탈수될 수 있고, 그 다음 습윤 ABS 수지는 건조되어 최종 ABS 수지를 제공할 수 있다. 이러한 공정들(1차 에멀젼 중합, 그래프트 에멀젼 중합, 응집 및 분리)은 상당한 양의 정제(탈염)수와 공정 수를 소비할 수 있다. 실제로, 한 예에 따르면, 생산된 ABS 1.0kg당 0.2 내지 1.0 킬로그램(kg)의 DM수가 사용될 수 있다. 또한, 생산된 ABS kg당 1.0 내지 4.0kg의 공정수가 사용될 수 있다. 연간 300 킬로톤(kta)의 일반적인 규모의 ABS 시설을 기준으로, 연간 물 사용량은 총 15억 킬로그램에 이를 수 있다.
다양한 양태들에서, 생산 공정 전반에서 생성된 폐수를 재활용할 수 있는 ABS 생산 시스템은 본원에 개시된 공정들의 시스템에서 구현될 수 있다. 개시된 폐수 재활용 시스템은 여과 공정, 화학적 산화 공정, 화학적 중화 공정, 생물학적 처리 공정, 고도 산화 공정, 경수 연마 공정 및 역삼투 정제 공정을 포함할 수 있다.
본 발명은 이하 본 발명의 상세한 설명 및 여기에 포함된 실시예를 참조함으로써 보다 쉽게 이해될 수 있다.
아크릴로니트릴 부타디엔 스타이렌 생산
다양한 양태들에서, 본 발명은 개시된 폐수 재활용 시스템을 포함하는 아크릴로니트릴 부타디엔 스타이렌(ABS) 수지 제조 방법에 관한 것이다. 추가의 양태에서, ABS 수지 제조 방법은 개시된 폐수 재활용 시스템을 포함하도록 구성될 수 있다.
한 양태에서, 높은 고무 그래프트 ABS 공중합체 수지의 제조는 스타이렌 및 아크릴로니트릴 단량체가 회분식 또는 연속 중합 공정에서 폴리부타디엔 라텍스 고무 기재 상에 그래프트되는 중합 공정을 통해 진행될 수 있다. 여기서, 전구체 폴리 부타디엔 라텍스 고무는 부타디엔 단량체, 유화제 및 라디칼 개시제를 사용하는 유사한 에멀젼 중합 공정에 따라 제조될 수 있다. 추가의 양태에서, ABS 공중합체 수지는 스타이렌 아크릴로니트릴(SAN) 및 니트릴 고무(NBR)의 에멀젼 라텍스를 블렌딩함으로써 제조할 수 있다. 일 예에서, ABS 수지를 수득하기 위한 중합 공정은 ABS 라텍스 상을 통해 진행될 수 있다. ABS 라텍스 상은 추가 가공되어 원하는 ABS 수지를 제공할 수 있다.
다양한 양태에서, 높은 고무 그래프트 ABS 공중합체는 에멀젼, 현탁, 순차적 에멀젼-현탁, 벌크 및 용액 중합 공정을 포함하는 중합 공정에 의해 제조될 수 있다. 이들 방법은 중합 기술 분야, 구체적으로는 열가소성 수지의 충격 개질을 위한 다양한 높은 고무 그래프트 공중합체의 제조에 관한 기술 분야에 공지되어 있다. 특정 충격 개질제의 적합한 특정 양태는 임의의 전술한 중합 수단에 의해 제조될 수 있다. 바람직한 중합 공정은 수성 매질에서 진행될 수 있으며, 유화 및 현탁 방법을 포함한다. 고무계 부분을 제조하기에 바람직한 방법은 당업계에 교시된 바와 같은 에멀젼 중합에 의한 것일 수 있다.
한 예에서, 그래프트 고무 라텍스(예컨대, ABS 라텍스)를 제공하기 위한 그래프트(에멀젼) 중합은 반응기 시스템에 물 및 디엔 고무 라텍스(폴리부타디엔 라텍스)와 같은 기재를 충전하는 단계, 폴리부타디엔 라텍스에 적어도 하나의 스타이렌 및 하나의 아크릴로니트릴의 제1 부를 첨가하는 단계, 이 반응 시스템에 촉매(라디칼 개시제) 및 적어도 하나의 아크릴로니트릴 및 스타이렌 단량체들 중 적어도 하나의 제2 부를 소정의 시간 동안 첨가하는 단계, 및 폴리부타디엔 라텍스, 스타이렌 및 아크릴로니트릴의 촉매화된 반응 혼합물을 중합시키는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 그래프트 중합 방법은 그래프된 ABS 공중합체 수지의 형성을 촉진하기 위해 유화제를 포함할 수도 있다. 본원에 언급되듯이, 중합 공정용 용매로는 물이 사용될 수 있다. 제시된 연속 에멀젼 중합 공정에서, 물은 수성 매질로서 작용하기 위해 중합 반응기에 정상 속도로 유도될 수 있다. 이 물은 중합 공정에 영향을 미칠 수 있는 반응성 성분이 거의 없거나 또는 최소량이도록 정제 또는 탈염될 수 있다. 한 양태에서, 에멀젼 중합 공정의 물 용매는 에멀젼 공정을 위한 여타 시약들 중에서도 바람직한 라텍스, 미반응 단량체, 계면활성제를 포함할 수 있다. 생성된 라텍스(고무 기재 중간 또는 최종의 그래프트된 라텍스로서)의 분리 후, 여타 오염물 중에서도 미반응 단량체, 올리고머, 잔류 중합체, 무기물을 포함하는 에멀젼 중합 물 용매는 중합 공정, 예컨대 응집 동안 생성된 다른 폐수와 조합될 수 있다.
추가 양태들에서, HRG(높은 고무 그래프트) ABS는 약 50wt% 미만의 적어도 하나의 강성(rigid) 단량체, 예컨대 비닐 방향족 단량체, 아크릴 단량체, 비닐 니트릴 단량체 또는 이의 혼합물을, 약 50wt% 초과의 예형된 고무계 폴리디엔 기재, 예컨대 1,3-디엔 중합체 또는 이의 공중합체의 존재하에 그래프트 중합시켜 제조할 수 있다. 또한, HRG ABS는 50wt% 미만의 적어도 하나의 강성 단량체, 예컨대 비닐 방향족 단량체, 아크릴 단량체, 비닐 니트릴 단량체 또는 이의 혼합물을 50wt% 초과의 예형된 고무계 폴리디엔 기재, 예컨대 1,3-디엔 중합체 또는 이의 공중합체의 존재하에 그래프트 중합시켜 제조할 수 있다. 특히, 그래프트 공중합체는 50wt% 내지 90wt%의 고무계 기재 폴리디엔, 예컨대 폴리부타디엔 라텍스를 포함하여 그래프트 ABS 라텍스를 제공할 수 있다.
다른 관점에서, 에멀젼 중합 공정으로부터 생성된 ABS 라텍스는 염 또는 가성 산을 이용한 응집을 통해 추가 처리되어 산물 ABS 슬러리를 제공할 수 있다. 슬러리는 물, 습윤 ABS 수지 및 응고제를 포함할 수 있다. 응집 공정 동안 미세 미립자는 응집하거나 함께 덩어리지고, 슬러리의 상부에 축적되거나 바닥에 침전할 수 있다. 응집된 입자는 여과 또는 원심분리 공정을 통해 분리 또는 수거되어 물을 제거하고 산출 습윤 ABS 수지를 제공할 수 있다. 제거된 물은 폐기물(즉, 폐수로 지칭됨) 시설로 유도될 수 있다. 습윤 ABS 수지는 그 다음 정제수로 세척되어 응고제 잔류물을 제거하고 탈수되어 수지를 분리할 수 있고, "탈수" 액체는 폐기물(즉, 폐수) 시설로 진행된다. 마지막으로, ABS 수지는 가열 하에 건조되어 수분을 제거하고 최종 ABS 공중합체 수지를 제공할 수 있다. 한 양태에서, 중합 및 후속 분리 공정은 고무계 중합체 상에 적어도 약 30중량%의 강성 중합체 상이 화학적으로 결합 또는 그래프트된, 건조 분리된 높은 고무 그래프트 공중합체 수지를 제공할 수 있다. 또 다른 양태에서는 적어도 약 45중량%의 강성 중합체 상이 고무계 중합체 상에 화학 결합 또는 그래프트될 수 있다. 몇몇 양태들에서, 높은 고무 그래프트 ABS는 그래프트 중합체의 중량을 기준으로 약 95wt% 이하의 고무 함량을 보유할 수 있다. 몇몇 양태들에서, 중합 및 후속 분리 공정들은 적어도 30중량%, 적어도 45중량%, 또는 적어도 90중량%의 강성 중합체 상이 고무계 중합체 상에 화학 결합 또는 그래프트된 건조 분리된 높은 고무 그래프트 공중합체 수지를 제공할 수 있다. ABS 수지의 제조에는 생성된 ABS 수지 1.0kg당 0.2kg 이상의 물이 소비되었을 수 있다. 실제로, 한 예에 따르면, 생산된 ABS 1.0kg당 0.2kg 내지 1.0kg의 탈염(DM)수가 사용될 수 있다.
다양한 양태들에 따르면, ABS 수지의 제조 동안 사용된 물(폐수)은 ABS 생산 공정에서 재활용하기 위해 처리될 수 있다. 예를 들어, 폐수는 ABS 생산 공정 내로 재도입하기에 적합한 폐수를 제조하기 위한 일련의 공정들로 처리할 수 있다. 폐수를 재활용하는 시스템은 여과 공정, 화학적 산화 공정, 화학적 중화 공정, 생물학적 처리 공정, 고도 산화 공정, 알칼리성 제거 공정 및 역삼투 공정을 포함할 수 있다.
다양한 양태들에서, 제시된 ABS 시설은 급수기 내로 방출하기에 바람직하지 않거나 부적합한 다수의 다른 성분들 중에서도, 휘발성 유기 화합물, 고형물, 잔류 중합체, 미반응 단량체, 예컨대 스타이렌 및 아크릴로니트릴을 포함하는 미처리된 폐수를 생성할 수 있다. ABS 생산 시설은 이러한 미처리된 폐수를 시간당 평균 100㎥ 또는 시간당 약 100㎥의 유속으로 2,400㎥/일(CMD)의 1일 평균 유량으로 생산할 수 있다. 표준 유속은 200㎥/hr 또는 약 200㎥/hr이고, 60℃ 또는 약 60℃에서 최대 220㎥/hr 또는 약 220㎥/hr일 수 있다. ABS 시설의 미처리된 폐수는 pH가 2 내지 3 또는 약 2 내지 약 3일 수 있다. 미생물학적 오염물 및 화학적 오염물과 관련하여 미처리된 폐수는 각각 생물학적 산소요구량(BOD) 및 화학적 산화요구량(COD)의 수준을 보유할 수 있다. 한 예에서, 미처리된 폐수는 폐수 중의 유기 물질을 분해하기 위해 미생물이 필요로 하는 산소의 양에 해당하는 값인 600ppm 또는 약 600ppm의 BOD를 보유할 수 있다. 폐수에 존재하는 모든 화학물질(유기 또는 무기)의 총 척도를 의미할 수 있는 COD는 약 1,800 ppm일 수 있다. 존재하는 다른 요소들은 황산염(2,100ppm 또는 약 2,100ppm) 및 인(80ppm)을 포함할 수 있다. 2 내지 3의 pH에서, 폐수는 또한 총 용존 고형물(TDS)이 2,400ppm 또는 약 2,400ppm일 수 있다. 총 현탁된 고형물, 환언하면 폐수로부터 여과될 수 있는 고형물은 또한 1,000ppm 또는 약 1,000ppm의 양으로 미처리된 폐수에 존재할 수 있다. 다양한 추가 예들에서, 미처리된 폐수는 100ppm 미만 또는 약 100ppm의 칼슘 및 마그네슘 양이온 및 50ppm 미만 또는 약 50ppm 미만의 나트륨 및 칼륨 양이온을 보유할 뿐만 아니라 탄산칼슘으로서 존재하는 110ppm 미만 또는 약 110ppm 미만의 알칼리성을 보유할 수 있는 것으로 추정될 수 있다. 총 고형물 함량은 ASTM D1417-10, Standard Test Methods for Rubber Latices - Synthetic과 같은 표준 시험법에 따라 결정할 수 있다. ASTM D1417-10 표준 시험법은 폐수의 많은 특성들을 평가하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, pH, 표면장력, 점도 및 기계적 안정성은 ASTM D1417-10에 따라 관찰할 수 있다.
폐수 재활용 시스템
본 발명의 한 양태에 따르면, 폐수는 보유될 수 있는 정제수의 양을 최대화하는 방법들의 시스템으로 처리되었다. 이 시스템은 여과 공정, 화학적 산화 공정, 화학적 중화 공정, 생물학적 처리 공정, 고도 산화 공정, 알칼리성 제거 공정 및 역삼투 정제 공정을 포함할 수 있다. 각 공정은 전체 재활용수 시스템에서 고유의 단계를 수행할 수 있다.
여과
한 양태에서, 폐수 재활용 공정은 여과 공정 시스템을 포함할 수 있다. 이 여과 공정은 필터, 예컨대 불필요한 미립자를 분리하도록 설계된 여과 매체를 가진 자기-세정성 필터를 포함할 수 있다. 필터 매체는 금속 체를 포함할 수 있다. 여과 시스템은 ABS 생산 시설로부터 모든 폐수 공급 스트림을 수용하도록 구성될 수 있다. 한 예에서, 공정 필터는 체로 작용하여 보다 큰 입자가 관통하지 못하도록 할 수 있다. 필터 공정에서는 에멀젼 중합 공정 유래의 조합된 폐수 공급 스트림들이 체질되어 크기가 1mm 초과, 또는 약 1mm 초과인 미립자를 제거할 수 있다. 추가 예들에 따르면, 조합된 폐수 공급 스트림들은 50㎛ 초과 또는 약 50㎛ 초과, 100㎛ 초과 또는 약 100㎛ 초과, 200㎛ 초과 또는 약 200㎛ 초과, 또는 500㎛ 초과 또는 약 500㎛ 초과의 미립자를 제거하도록 체질될 수 있다. 특정 예에서, 에멀젼 중합 공정 유래의 조합된 폐수 공급 스트림들은 200㎛ 또는 약 200㎛만큼 작은 미립자를 제거하도록 체질될 수 있다. 본 발명의 다양한 관점에 따르면, 폐수 스트림에 존재하는 미립자는 특정 크기일 수 있다. 일반적으로, 미립자는 소정의 크기와 형태를 가진 고체이다. 이와 같이, 이러한 입자들의 크기는 다수의 적당한 기술에 따라 측정할 수 있다. 미립자 크기를 평가하는 기술의 예로는 광산란, 레이저 회절 광학 현미경법, 주사전자현미경법(SEM), 투과전자현미경법(TEM), 원자력 현미경법(AFM), 전기음향 기술을 포함할 수 있다. 입자 크기와 관련이 있는 시판 MESH 체 크기도 적용할 수 있으며 ISO 565(1990)에서와 같은 것을 참조한다. 추가 예로서, Thermo Scientific Genesys 20 분광광도계와 같은 분광광도계가 입자 크기를 측정하는데 사용될 수 있다.
한 관점에서, 여과 공정의 필터는 자기-세정성일 수 있다. 자기-세정성은 주기적으로 역세척하여 필터 표면에 축적된 임의의 고형물을 수세 및 우회시키는 필터의 능력을 의미할 수 있다.
화학적 산화
한 양태에 따르면, 폐수 재활용 시스템은 화학적 산화 공정을 포함할 수 있다. 다양한 양태에 따르면, 화학적 산화 공정은 여과된 폐수를 교반식 반응기 탱크로 유도하는 단계 및 산화제를 전달하도록 구성된 용량투입 시스템을 통해 과산화수소 또는 과황산나트륨을 도입시키는 단계를 포함할 수 있다. 한 예에 따르면, 상기 과산화물 및/또는 과황산염은 경질(내화성 또는 내열성) COD를 분해하여 COD를 생분해성 COD 등급으로 변환시키는데 사용될 수 있다. 본원에 언급된 바와 같이, 이러한 생분해성 등급의 COD를 제거하는 데에는 후속되는 생물학적 처리 공정이 사용될 수 있다.
추가 양태들에 따르면, 화학적 산화 공정은 추가로 용량투입 시스템, 폭기 분배기(aeration diffuser) 및 송풍기의 사용을 포함할 수 있다. 폭기 분배기는 산화 탱크를 통해 공기가 적당히 분배되도록 하는데 사용될 수 있다. 송풍기는 산화 공정을 유도하기 위해 다량의 공기(산소)를 공급할 수 있다. 또한, 교반식 반응기 탱크는 물 재활용 시스템의 하류에서 후속 구역으로 흐르는 흐름을 균형잡기 위한 평형화 탱크로서 작용하도록 구성될 수도 있다. 평형화 탱크로서, 이 탱크의 수준은 변동이 허용될 수 있다. 이러한 변동은 탱크 출구의 유속이 평형화될 수 있게 한다. 탱크의 출구 유속은 대략 일정한 속도로 유지될 수 있는 반면, 탱크 내로의 흐름은 변동될 수 있다.
화학적 중화
한 양태에 따르면, 개시된 폐수 재활용 시스템은 화학적 중화 및 침전 공정을 포함할 수 있다. 폐수는 가성 소다 및 소다 애쉬를 이용한 화학적 중화 및 침전 공정의 개시를 위해 탱크 반응기로 펌핑될 수 있다. 탱크 반응기는 콘크리트를 포함할 수 있다. 탱크 반응기에서, 가성 소다(수산화나트륨)는 물을 중화시키고 폐수의 pH를 8 내지 12 사이, 예컨대 10 또는 약 10으로 증가시키기 위해 도입될 수 있다. 반응기는 교반될 수 있다. 첨가된 가성 소다의 양은 유입되는 폐수의 pH에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 유입되는 폐수의 pH가 낮다면, 더 많은 가성 소다(pH 13 내지 14)가 필요할 수 있다. 몇몇 양태들에서, pH의 증가는 중금속, 인산염을 침전시킬 수 있고 약간의 COD 및 BOD가 존재한다. 한 예에서, 소다 애쉬는 탄산칼슘으로서 칼슘의 침전을 촉진하기 위해 첨가될 수 있다. 또 다른 예에서, 침전을 증진시키기 위해 그 다음 다중전해질(polyelectrolyte)이 사용될 수 있다. 다중전해질은 응집제로서 작용하여 작은 입자들이 응집하거나 덩어리지도록 유도할 수 있다. 최종 폐수 및 슬러지(침전물) 혼합물의 오버플로(overflow)는 정화기로 유도될 수 있다. 덩어리진 입자들은 더 무거워 정화기에서 가라앉을 수 있다. 정화기는 폐수를 지연시키고 입자 또는 침전물(슬러지)이 함께 덩어리져 가라앉게 하는 대용량의 용기를 제공할 수 있는 한편, 정화된 폐수는 나머지 폐수 재활용 시스템을 통해 유도될 수 있다. 언급한 바와 같이, 다중전해질은 큰 응집된 덩어리들의 침전을 촉진시킬 수 있다. 다중전해질이 없다면, 입자 또는 미립자는 대용량 용기의 상부에 현탁된 상태로 정착할 수 있다. 슬러지 또는 미립자가 상부 또는 표면에 남아있다면, 폐수의 흐름은 지속되어 나머지 폐수 처리 공정을 방해하거나 차단할 수 있다. 정화된 폐수 흐름은 정화기의 상부로부터 생물학적 처리 공정으로 유도될 수 있다. 몇몇 예들에서 정화기의 폐수는 또한 여과를 통해 미립자 및 슬러지로부터 분리될 수 있다. 기울여 따라낸 여액 폐수는 그 다음 재처리를 위해 재활용 시스템 내로 재도입될 수 있다.
생물학적 처리 공정
한 양태에서, 폐수 재활용 시스템은 생물학적 처리 공정을 포함할 수 있다. 또한, 폐수는 화학적 산화 및 중화 공정들에서 화학적으로 전처리된 후, 폐수는 생물학적 처리 서브시스템에서 생물학적 처리 공정으로 처리될 수 있다. 한 예에서, 생물학적 처리 공정은 폐수에 존재하는 상당한 양의 COD 및 BOD를 제거하도록 수행될 수 있다. 한 양태에서, 생물학적 처리 공정은 생물학적 처리 서브시스템, 여기서는 수중 막 모듈을 가진 막 생물반응기(MBR) 시스템을 통해 폐수를 유도하는 단계를 포함할 수 있다. 한 예에서, 막 생물반응기 시스템은 하나 이상의 생물반응기를 포함할 수 있다. 각 생물반응기는 공정 탱크 내에 꼭 맞도록 구성될 수 있다. 탱크에는 폭기를 위한 공기가 제공될 수 있고 수중 막 모듈을 포함할 수 있다. 각각 50% 역량을 가진 2개의 폭기 탱크가 제공될 수 있다. MBR 모듈에서는 각각 100% 역량을 가진 2개의 탱크가 제공될 수 있다.
한 관점에서, 생물학적 처리 공정 및 시스템의 작동 방법은 폐수-슬러지 혼합물을 폭기시키는 단계, 생산된 과잉 슬러지를 방출시키는 단계, 및 막 모듈을 재생시키는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 유입수는 화학적 전처리 공정으로부터 수용되고 막 생물반응기로 전달될 수 있다. 물 온도가 생물학적 공정에 허용되는 온도보다 높다면(아마도 화학적 전처리에서 유래될 것이다), 이 물은 반응기의 폐쇄된 냉각 시스템(열교환)에 의해 냉각될 수 있다. 한 예로서, 물은 38℃ 또는 약 38℃의 바람직한 조절 온도로 냉각될 수 있다. 냉각수는 먼저 분무 노즐의 폐쇄를 방지하기 위해 여과될 수 있다.
일단 막 생물반응기에서 유입수/슬러지 혼합물은 강하게 폭기될 수 있다. 폭기는 생물분해성 탄소의 호기적 환원이 일어나게 할 수 있다. 이러한 호기적 환원은 슬러지와 생물질이 움직이게 할 수 있다. 폭기 탱크로부터의 오버플로(overflow)는 MBR 탱크(각각 100% 역량일 수 있다)로 전달될 수 있다. 여액과 슬러지의 분리는 MBR 탱크 내에 설치된 막 모듈에 의해 달성될 수 있다. 한 예로서, 막 여과 모듈은 슬러지 내에 완전히 침지될 수 있다. 이 시스템에는 투과 펌프(permeate pump)가 배치되어 처리된 물을 회수하여 처리 공정의 후속 단계로 유도할 수 있다.
몇몇 양태들에서, 유입수/슬러지 혼합물의 폭기 동안 폭기 탱크에는 거품이 형성될 수 있다. 거품을 없애기 위한 한 예로서, 소포제 용량투입 시스템이 폭기 탱크 내에 도입될 수 있다. 추가 예로서, MBR 탱크 내에서 생물학적 제제의 생존 및 효율을 보조하기 위해 영양원 용량투입 시스템이 제공될 수 있다. 영양원의 수준은 폐수 재활용 시스템의 흐름에 정지 또는 유사한 중단이 있는 경우에는 감소될 수 있다. 소포 시스템 및 영양원 시스템에는 2개의 용량투입 펌프(1D/1SB) 및 하나의 용량투입 탱크가 구비될 수 있다.
다양한 추가 양태들에서, 과량의 슬러지는 생물학적 처리 공정 동안 생성될 수 있고, "과잉 슬러지"라 지칭될 수 있다. 생물학적 탱크에서 생성된 과잉 슬러지는 물 슬러지 혼합물 중에 현탁된 고형물의 조정가능한 값이 도달되면 방출될 수 있다. 한 예에 따르면, 과잉의 슬러지 배출물을 폭기 탱크로부터 직접 주기적으로 제거하기 위해 소크 트럭(soak truck)이 사용될 수 있다. 작동 중에 물-슬러지 혼합물에 현탁된 고형물의 일반적인 농도는 15,000 mg/l까지 달할 수 있다. 고형물의 조정은 매일 수작업 측정에 따른 작업 환경을 기반으로 할 수 있다.
한 양태에서, MBR 시스템은 최적의 기능을 유지하기 위해, 여과 막 모듈의 화학 세정을 수행할 수 있다. 평균적으로 폐수 처리 막의 재생 주기는 약 6개월일 수 있다. 유기 및/또는 무기 물질의 침착물은 여과 막 모듈의 표면에 축적될 수 있어, 막의 재생이 필요하다. 한 예로, 재생 주기는 막 여과 공정에 사용된 압력 차이와 액체 매질의 특징이 상당한 영향을 미칠 수 있다. 막 재생은 동일한 생물반응기 탱크에서 수행될 수 있고 별도의 시스템을 필요로 하지 않는다. 한 예로, 시스템을 화학적으로 세정하기 위하여 인라인 화학 용량투입 시스템이 제공될 수 있다.
고도 산화 시스템
한 관점에서, 폐수 재활용 시스템은 추가로 산화 공정을 포함할 수 있다. 고도 산화 공정은 폐수를 오존, UV 및 과산화수소로 처리하는 단계를 포함할 수 있다.
한 예로서, 폐수 스트림에 오존을 주입하기 위해 진보된 조절을 하는 오존 생성 시스템이 사용될 수 있다. 고성능 정지 혼합기 및 탱크는 혼합 시간을 제공하는데 사용될 수 있다. 혼합 시간은 또한 폐수 중의 COD/BOD 부하량을 감소시킬 수도 있다.
경도 연마 및 알칼리성 제거 시스템
한 양태에서, 폐수 재활용 시스템은 알칼리성 제거 공정을 포함할 수 있다. 알칼리성 제거 공정은 폐수의 경도가 변경되도록 구성될 수 있다. 폐수의 경도는 폐수에 존재하는 칼슘 및 마그네슘과 같은 무기물의 양을 의미할 수 있다. 한 예로서, 폐수는 먼저 황산과 같은 산에 의해 산성화되어 모든 중탄산염 또는 탄산염 알칼리성을 이산화탄소 기체로 변환시킬 수 있다. 이산화탄소 기체는 폭기 완충 탱크에서 제거될 수 있다. 알칼리성의 제거 시, 폐수는 하나 이상의 연수기로 유도될 수 있다. 연수기는 폐수에 남아 있는 경도 성분을 포획하도록 구성된 수지 층을 포함할 수 있다. 연수기의 역량이 소모되는 즉시, 이 연수기는 염화나트륨 용액으로 보충될 수 있는 한편 다른 연수기가 배치될 수 있다.
역삼투 공정
한 양태에서, 폐수 재활용 시스템은 역삼투 공정을 포함할 수 있다. 역삼투 공정은 다수의 단위 또는 삼투 챔버를 포함할 수 있다. 제1 단위는 1차 역삼투 단위(1차 RO)라고 지칭할 수 있고, 제2 단위는 염수 회수 단위일 수 있다. 일반적으로, RO 단위는 특수 막이 장착된 용기를 포함할 수 있다. 한 예에서, 폐수의 pH를 8 내지 12 사이, 예컨대 10 또는 약 10으로 조정하기 위해, 용기로 공급되는 폐수 스트림에 가성 소다를 도입시킬 수 있다. 다양한 양태에서, 상승된 pH는 높은 pH에서 고화할 수 있는 무기물 또는 때 형성 무기물에 기인하는 경도를 제거하기 처리된 폐수의 생물학적 및 유기 오염을 방지하는데 사용될 수 있다. 물때방지제(anti-scalant) 용량투입 펌프는 폐수 내로 물때방지 화학물질의 칭량된 용량을 전달하도록 구성될 수 있다. 이러한 물때방지 화학물질이 폐수에 도입된 후, 이 폐수를 1차 RO 시스템의 카트리지 필터로 유입시킬 수 있다. 이 폐수는 그 다음 1차 RO의 카트리지 필터 하우징 내에서 카트리지 필터를 통해 여과 처리될 수 있다. 카트리지 필터는 5 미크론 등급(rating)이 장착될 수 있고, 역삼투 트레인의 입구에 배치될 수 있다. 카트리지 필터는 매질 필터를 통해 통과되었을 수 있는 현탁된 고형물로부터 고압 펌프 및 역삼투 막을 보호할 수 있다. 예를 들어, 매질 필터 및 카트리지는 폐수를 RO 단위 내로 유도할 수 있는 1차 RO 단위 공급 펌프 전에 배치될 수 있다. 고압 펌프는 그 다음 여과 및 화학 처리된 원료 폐수를 고압에서 역삼투 막으로 유도할 수 있다. 한 예로, 가압된 폐수가 역삼투 막으로 공급될 때, 정제수는 막을 통해 통과할 수 있는 반면 염은 막의 가압면에 남아 있는다. 이러한 염을 포함하는 가압면은 염수면이라고 지칭될 수 있다. 1차 RO 단위로부터 수득되는 처리 및 정제된 물은 매니폴드(manifold)에서 수집될 수 있고, 그 뒤 저장 탱크로 유도될 수 있다. 특정 양태들에서, 처리된 폐수는 총 고형물 함량이 10ppm 미만 또는 약 10ppm 미만일 수 있다. 역삼투 막으로부터 거부된 모든 염수는 연속적으로 제거될 수 있다. 이 염수는 수집되어 염수 회수 역삼투 단위에서 처리될 수 있다. 한 예로, 1차 RO 단위 내로 유입되는 폐수의 10% 또는 약 10%는 산업 폐수 처리 시스템 또는 급수 본체로 처리되는 농축된 스트림으로서 RO 단위로부터 방출될 수 있다.
한 양태로, 1차 역삼투 단위 동안 수집된 염수는 염수 회수 역삼투 단위로 유도될 수 있다. 염수 회수 RO 단위에서는 거부된 염수로부터 추가의 물이 회수될 수 있다. 한 예로, 염수는 흐름 변동을 약화시키기 위한 완충 탱크로 이송될 수 있다. 또한, 물때방지제 용량투입 시스템은 염수 회수 RO 단위의 물때형성을 방지하기 위해 사용될 수도 있다. 이 완충 탱크 유래의 염수는 염수 회수 RO 단위 필터 공급 펌프로 공급될 수 있다. 이 필터 공급 펌프는 필터 하우징을 통해 펌프하여 임의의 미립자에 의한 손상으로부터 고압 염수 회수 RO 공급 펌프를 보호하는데 사용될 수 있다. 고압 펌프는 염수 회수 RO 단위로 공급할 수 있다. 예를 들어, 유입되는 폐수의 30% 또는 약 30%는 RO 단위로부터 농축된 증기로서 방출될 수 있다. 증기는 산업적 폐수 처리 시스템 또는 급수 본체로 처리될 수 있다.
방법
본 발명은 ABS 중합체 수지의 제조 동안 생성된 폐수를 재활용하도록 구성된 공정을 포함한다. 특정 공정들은 폐수를 재활용하는데 각각 별도의 기능을 수행하는 하나 이상의 공정들의 시스템으로 폐수를 처리하는 것에 관한 것일 수 있다. 이 방법은 전술한 모든 또는 임의의 공정들을 포함할 수 있다. 폐수를 재활용하는 1가지 방법은 기술된 시스템의 모든 공정들을 통해 폐수를 처리하는 것을 포함할 수 있다. 본원에 개시된 방법들은 여과, 화학적 산화, 화학적 중화 및 침전, 생물학적 처리, 고도 산화 시스템, 알칼리성 제거 시스템 및 역삼투를 포함할 수 있다.
본 발명은 정수 시스템을 통해 에멀젼 중합 동안 소비된 물을 재활용하는 방법에 관한 것이다. 1가지 방법은 회분식 에멀젼 중합 공정에 사용된 물을 재활용하기 위한 다수의 단계들을 포함할 수 있다. 한 예로서, 제1 단계는 ABS 단위 유래의 폐수를 여과 공정으로 배출시키는 것을 포함할 수 있다. 여과 공정은 폐수로부터 고체 미립자를 분리하도록 구성된 자기-세정성 필터를 포함할 수 있다. 그 다음, 폐수의 pH가 조정되는 화학적 산화 공정이 뒤따를 수 있다. 그 다음, 폐수는 pH를 8 내지 12, 또는 예컨대 10 또는 약 10으로 상승시켜 중금속, 인산염을 침전시키는 가성 소다에 의해 중화될 수 있다. 폐수는 그 다음 냉각되고, 폐수의 유기 부하량 및 미생물 수준을 감소시키도록 구성된 공정인 생물학적 처리 공정 탱크로 유도될 수 있다. 유기 부하량을 더욱 감소시키기 위하여 고도 산화를 수행할 수 있다. 그 다음, 폐수는 역삼투 공정 시스템으로 도입시킬 수 있다. 특정 양태들에 따르면, 본원에 개시된 방법들은 총 고형물 함량이 10ppm 미만 또는 약 10ppm 미만인 폐수를 제공할 수 있다.
본 발명의 양태들은 특정 법정 클래스, 예컨대 시스템 법정 클래스로 설명되고 권리주장될 수 있지만, 이는 단지 편의를 위한 것이고 당업자는 본 발명의 각 양태가 임의의 법정 클래스로 설명되고 권리주장될 수 있음을 이해할 것이다. 다른 분명한 표시가 없는 한, 본원에 제시된 임의의 방법 또는 양태는 각 단계들이 특정 순서로 수행되어야 함을 필요로 하는 것으로써 간주되어야 하는 것으로 생각해야 하는 것은 아니다. 따라서, 방법 청구항은 상세한 설명 또는 청구항에서 특정 순서로 단계들이 제한되어야 한다는 구체적인 기술이 없는 경우, 순서가 모든 면에서 추론되어야 한다는 것을 의도하는 것은 아니다. 이것은 단계의 배치 또는 작업 흐름에 관한 논리 문제, 문법적 구성 또는 구두점에서 파생된 명백한 의미, 또는 본 명세서에 기술된 양태들의 수 또는 유형을 비롯하여 해석을 위한 가능한 모든 암시적 근거를 포함한다.
양태들
개시된 시스템 및 방법들은 적어도 다음과 같은 양태들을 포함한다:
양태 1. 미처리(raw) 폐수 유입물을 여과 장치를 통해 유도하여 폐수 유입물로부터 고형물을 분리하되, 상기 여과 장치가 자기-세정성 필터를 포함하고 상기 미처리 폐수 중 적어도 일부는 에멀젼 중합 공정에서 유래되는 것인 단계; 여과된 폐수 유입물을 화학 전처리 공정으로 처리하여 여과된 폐수 유입물에 제1 산화제를 도입시켜 임의의 내화성 화학적 산소 요구량을 생물분해성 화학적 산소 요구량으로 분해시킨 뒤, 산화된 폐수 유입물에 제1 첨가제를 충전하여 pH를 10 또는 약 10으로 상승시켜 산화된 폐수 유입물에 침전물을 형성시키는 단계; 이 침전물을 산화된 폐수 유입물로부터 분리하여 모든 침전 입자를 제거하고, 분리된 폐수 유입물을 생물반응기를 통해 유도하여 분리된 폐수에 존재하는 탄소를 호기적으로 환원시켜, 생물학적으로 처리된 폐수를 제공하되, 상기 생물반응기는 활성화된 슬러지에 침지된 막 모듈을 포함하는 것인 단계; 생물학적으로 처리된 폐수를 산성화하여 중탄산염 또는 탄산염 알칼리성을 이산화탄소 기체로 변환시키고, 이 이산화탄소 기체는 폭기 완충 탱크에서 제거되는 단계; 산성화된 폐수 유입물을 연수 서브시스템을 통해 유도하여 산성화된 폐수에 존재하는 임의의 잔류 무기물을 제거하는 단계; 산성화된 폐수의 pH를 증가시키기 위해 제2 첨가제를 도입시키고 최종 폐수의 공급스트림을 역삼투 단위를 통해 유도하되, 이 폐수는 역삼투 단위의 막을 통한 흐름을 촉진하기 위해 가압되고, 역삼투 단위로부터 산출될 때 폐수의 총 고형물 함량은 10ppm 미만인 것인 단계를 포함하는 일련의 공정을 포함하는 폐수 재활용 시스템.
양태 2. 미처리 폐수 유입물을 여과 장치를 통해 유도하여 폐수 유입물로부터 고형물을 분리하되, 상기 여과 장치가 자기-세정성 필터를 포함하고 상기 미처리 폐수 중 적어도 일부는 에멀젼 중합 공정에서 유래되는 것인 단계; 여과된 폐수 유입물을 화학 전처리 공정으로 처리하여 여과된 폐수 유입물에 제1 산화제를 도입시켜 임의의 내화성 화학적 산소 요구량을 생물분해성 화학적 산소 요구량으로 분해시킨 뒤, 산화된 폐수 유입물에 제1 첨가제를 충전하여 pH를 10 또는 약 10으로 상승시켜 산화된 폐수 유입물에 침전물을 형성시키는 단계; 이 침전물을 산화된 폐수 유입물로부터 분리하여 모든 침전 입자를 제거하고, 분리된 폐수 유입물을 생물반응기를 통해 유도하여 분리된 폐수에 존재하는 탄소를 호기적으로 환원시켜, 생물학적으로 처리된 폐수를 제공하되, 상기 생물반응기는 활성화된 슬러지에 침지된 막 모듈을 포함하는 것인 단계; 생물학적으로 처리된 폐수를 산성화하여 중탄산염 알칼리성을 이산화탄소 기체로 변환시키고, 이 이산화탄소 기체는 폭기 완충 탱크에서 제거되는 단계; 산성화된 폐수 유입물을 연수 서브시스템을 통해 유도하여 산성화된 폐수에 존재하는 임의의 잔류 무기물을 제거하는 단계; 산성화된 폐수의 pH를 증가시키기 위해 제2 첨가제를 도입시키고 최종 폐수의 공급스트림을 역삼투 단위를 통해 유도하되, 이 폐수는 역삼투 단위의 막을 통한 흐름을 촉진하기 위해 가압되고, 역삼투 단위로부터 산출될 때 폐수의 총 고형물 함량은 10ppm 미만인 것인 단계를 포함하는 일련의 공정을 포함하는 폐수 재활용 시스템.
양태 3. 미처리 폐수 유입물을 여과 장치를 통해 유도하여 폐수 유입물로부터 고형물을 분리하되, 상기 여과 장치가 자기-세정성 필터를 포함하고 상기 미처리 폐수 중 적어도 일부는 에멀젼 중합 공정에서 유래되는 것인 단계; 여과된 폐수 유입물을 화학 전처리 공정으로 처리하여 여과된 폐수 유입물에 제1 산화제를 도입시켜 임의의 내화성 화학적 산소 요구량을 생물분해성 화학적 산소 요구량으로 분해시킨 뒤, 산화된 폐수 유입물에 제1 첨가제를 충전하여 pH를 10 또는 약 10으로 상승시켜 산화된 폐수 유입물에 침전물을 형성시키는 단계; 이 침전물을 산화된 폐수 유입물로부터 분리하여 모든 침전 입자를 제거하고, 분리된 폐수 유입물을 생물반응기를 통해 유도하여 분리된 폐수에 존재하는 탄소를 호기적으로 환원시켜, 생물학적으로 처리된 폐수를 제공하되, 상기 생물반응기는 활성화된 슬러지에 침지된 막 모듈을 포함하는 것인 단계; 생물학적으로 처리된 폐수를 산성화하여 탄산염 알칼리성을 이산화탄소 기체로 변환시키고, 이 이산화탄소 기체는 폭기 완충 탱크에서 제거되는 단계; 산성화된 폐수 유입물을 연수 서브시스템을 통해 유도하여 산성화된 폐수에 존재하는 임의의 잔류 무기물을 제거하는 단계; 산성화된 폐수의 pH를 증가시키기 위해 제2 첨가제를 도입시키고 최종 폐수의 공급스트림을 역삼투 단위를 통해 유도하되, 이 폐수는 역삼투 단위의 막을 통한 흐름을 촉진하기 위해 가압되고, 역삼투 단위로부터 산출될 때 폐수의 총 고형물 함량은 10ppm 미만인 것인 단계를 포함하는 일련의 공정을 포함하는 폐수 재활용 시스템.
양태 4. 미처리 폐수 유입물을 여과 장치를 통해 유도하여 폐수 유입물로부터 고형물을 분리하되, 상기 여과 장치가 자기-세정성 필터를 포함하고 상기 미처리 폐수 중 적어도 일부는 에멀젼 중합 공정에서 유래되는 것인 단계; 여과된 폐수 유입물을 화학 전처리 공정으로 처리하여 여과된 폐수 유입물에 제1 산화제를 도입시켜 임의의 내화성 화학적 산소 요구량을 생물분해성 화학적 산소 요구량으로 분해시킨 뒤, 산화된 폐수 유입물에 제1 첨가제를 충전하여 pH를 10 또는 약 10으로 상승시켜 산화된 폐수 유입물에 침전물을 형성시키는 단계; 이 침전물을 산화된 폐수 유입물로부터 분리하여 모든 침전 입자를 제거하고, 분리된 폐수 유입물을 생물반응기를 통해 유도하여 분리된 폐수에 존재하는 탄소를 호기적으로 환원시켜, 생물학적으로 처리된 폐수를 제공하되, 상기 생물반응기는 활성화된 슬러지에 침지된 막 모듈을 포함하는 것인 단계; 생물학적으로 처리된 폐수를 산성화하여 중탄산염 또는 탄산염 알칼리성을 이산화탄소 기체로 변환시키고, 이 이산화탄소 기체는 폭기 완충 탱크에서 제거되는 단계; 산성화된 폐수 유입물을 연수 서브시스템을 통해 유도하여 산성화된 폐수에 존재하는 임의의 잔류 무기물을 제거하는 단계; 산성화된 폐수의 pH를 증가시키기 위해 제2 첨가제를 도입시키고 최종 폐수의 공급스트림을 역삼투 단위를 통해 유도하되, 이 폐수는 역삼투 단위의 막을 통한 흐름을 촉진하기 위해 가압되고, 역삼투 단위로부터 산출될 때 폐수의 총 고형물 함량은 10ppm 미만인 것인 단계를 포함하는 일련의 공정으로 본질적으로 이루어지는 폐수 재활용 시스템.
양태 5. 미처리 폐수 유입물을 여과 장치를 통해 유도하여 폐수 유입물로부터 고형물을 분리하되, 상기 여과 장치가 자기-세정성 필터를 포함하고 상기 미처리 폐수 중 적어도 일부는 에멀젼 중합 공정에서 유래되는 것인 단계; 여과된 폐수 유입물을 화학 전처리 공정으로 처리하여 여과된 폐수 유입물에 제1 산화제를 도입시켜 임의의 내화성 화학적 산소 요구량을 생물분해성 화학적 산소 요구량으로 분해시킨 뒤, 산화된 폐수 유입물에 제1 첨가제를 충전하여 pH를 10 또는 약 10으로 상승시켜 산화된 폐수 유입물에 침전물을 형성시키는 단계; 이 침전물을 산화된 폐수 유입물로부터 분리하여 모든 침전 입자를 제거하고, 분리된 폐수 유입물을 생물반응기를 통해 유도하여 분리된 폐수에 존재하는 탄소를 호기적으로 환원시켜, 생물학적으로 처리된 폐수를 제공하되, 상기 생물반응기는 활성화된 슬러지에 침지된 막 모듈을 포함하는 것인 단계; 생물학적으로 처리된 폐수를 산성화하여 중탄산염 또는 탄산염 알칼리성을 이산화탄소 기체로 변환시키고, 이 이산화탄소 기체는 폭기 완충 탱크에서 제거되는 단계; 산성화된 폐수 유입물을 연수 서브시스템을 통해 유도하여 산성화된 폐수에 존재하는 임의의 잔류 무기물을 제거하는 단계; 산성화된 폐수의 pH를 증가시키기 위해 제2 첨가제를 도입시키고 최종 폐수의 공급스트림을 역삼투 단위를 통해 유도하되, 이 폐수는 역삼투 단위의 막을 통한 흐름을 촉진하기 위해 가압되고, 역삼투 단위로부터 산출될 때 폐수의 총 고형물 함량은 10ppm 미만인 것인 단계를 포함하는 일련의 공정으로 이루어지는 폐수 재활용 시스템.
양태 6. 미처리 폐수 유입물을 여과 장치를 통해 유도하여 폐수 유입물로부터 고형물을 분리하되, 상기 여과 장치가 자기-세정성 필터를 포함하고 상기 미처리 폐수 중 적어도 일부는 에멀젼 중합 공정에서 유래되는 것인 단계; 여과된 폐수 유입물을 화학 전처리 공정으로 처리하여 여과된 폐수 유입물에 제1 산화제를 도입시켜 임의의 내화성 화학적 산소 요구량을 생물분해성 화학적 산소 요구량으로 분해시킨 뒤, 산화된 폐수 유입물에 제1 첨가제를 충전하여 pH를 8 내지 12 사이로 상승시켜 산화된 폐수 유입물에 침전물을 형성시키는 단계; 이 침전물을 산화된 폐수 유입물로부터 분리하여 모든 침전 입자를 제거하고, 분리된 폐수 유입물을 생물반응기를 통해 유도하여 분리된 폐수에 존재하는 탄소를 호기적으로 환원시켜, 생물학적으로 처리된 폐수를 제공하되, 상기 생물반응기는 활성화된 슬러지에 침지된 막 모듈을 포함하는 것인 단계; 생물학적으로 처리된 폐수를 산성화하여 중탄산염 또는 탄산염 알칼리성을 이산화탄소 기체로 변환시키고, 이 이산화탄소 기체는 폭기 완충 탱크에서 제거되는 단계; 산성화된 폐수 유입물을 연수 서브시스템을 통해 유도하여 산성화된 폐수에 존재하는 임의의 잔류 무기물을 제거하는 단계; 산성화된 폐수의 pH를 증가시키기 위해 제2 첨가제를 도입시키고 최종 폐수의 공급스트림을 역삼투 단위를 통해 유도하되, 이 폐수는 역삼투 단위의 막을 통한 흐름을 촉진하기 위해 가압되고, 역삼투 단위로부터 산출될 때 폐수의 총 고형물 함량은 10ppm 미만인 것인 단계를 포함하는 일련의 공정을 포함하는 폐수 재활용 시스템.
양태 7. 양태 1 내지 6 중 어느 한 양태에 있어서, 미처리 폐수의 적어도 일부가 아크릴로니트릴 부타디엔 스타이렌의 에멀젼 중합 공정으로부터 유래되는 것인, 폐수 재활용 시스템.
양태 8. 양태 1 내지 7 중 어느 한 양태에 있어서, 자기-세정성 필터가 1mm 초과 크기의 입자를 배제하도록 구성되는, 폐수 재활용 시스템.
양태 9. 양태 1 내지 7 중 어느 한 양태에 있어서, 자기-세정성 필터가 약 1mm 초과 크기의 입자를 배제하도록 구성되는, 폐수 재활용 시스템.
양태 10. 양태 1 내지 7 중 어느 한 양태에 있어서, 자기-세정성 필터가 500㎛ 초과 크기의 입자를 배제하도록 구성되는, 폐수 재활용 시스템.
양태 11. 양태 1 내지 7 중 어느 한 양태에 있어서, 자기-세정성 필터가 약 500㎛ 초과 크기의 입자를 배제하도록 구성되는, 폐수 재활용 시스템.
양태 12. 양태 1 내지 11 중 어느 한 양태에 있어서, 제1 산화제가 과산화수소 또는 과황산나트륨을 포함하는 것인, 폐수 재활용 시스템.
양태 13. 양태 1 내지 12 중 어느 한 양태에 있어서, 제1 첨가제가 수산화나트륨을 포함하는 것인, 폐수 재활용 시스템.
양태 14. 양태 1 내지 13 중 어느 한 양태에 있어서, 탄산칼륨 침전물의 형성을 촉진하기 위해 제1 첨가제 외에 탄산나트륨이 첨가되는, 폐수 재활용 시스템.
양태 15. 양태 1 내지 14 중 어느 한 양태에 있어서, 침전물의 형성을 촉진하기 위해 제1 첨가제 외에 다중전해질이 첨가되는, 폐수 재활용 시스템.
양태 16. 양태 1 내지 15 중 어느 한 양태에 있어서, 침전물을 분리하는 것이 산화된 폐수 유입물을 정화기(clarifier)를 통해 유도하고, 정화기 내에 수집된 임의의 슬러지를 폐기하는 것을 포함하는 폐수 재활용 시스템.
양태 17. 양태 1 내지 16 중 어느 한 양태에 있어서, 분리된 폐수가 생물반응기 내로 도입되기 전에 냉각되는 폐수 재활용 시스템.
양태 18. 양태 1 내지 17 중 어느 한 양태에 있어서, 폭기 탱크가 생물반응기 내에 배치되어 분리된 폐수 유입물을 폭기시켜 분리된 폐수에 존재하는 탄소의 호기적 환원을 개시시키는, 폐수 재활용 시스템.
양태 19. 양태 1 내지 18 중 어느 한 양태에 있어서, 소포제가 생물반응기에 첨가되는, 폐수 재활용 시스템.
양태 20. 양태 1 내지 19 중 어느 한 양태에 있어서, 미생물 영양원이 생물반응기에 첨가되는, 폐수 재활용 시스템.
양태 21. 양태 1 내지 20 중 어느 한 양태에 있어서, 과량의 활성화된 슬러지가 생물반응기에서 생성되는, 폐수 재활용 시스템.
양태 22. 양태 1 내지 21 중 어느 한 양태에 있어서, 수중 막 모듈이 재생될 수 있는 폐수 재활용 시스템.
양태 23. 양태 1 내지 22 중 어느 한 양태에 있어서, 제2 산화제가 오존, 자외선 또는 과산화수소, 또는 이의 조합을 포함하는, 폐수 재활용 시스템.
양태 24. 양태 1 내지 23 중 어느 한 양태에 있어서, 생물학적으로 처리된 폐수를 산성화하는 것이 황산을 도입하는 것을 포함하는, 폐수 재활용 시스템.
양태 25. 양태 1 내지 24 중 어느 한 양태에 있어서, 연수 서브시스템이 수지 층을 포함하는, 폐수 재활용 시스템.
양태 26. 양태 1 내지 25 중 어느 한 양태에 있어서, 제2 첨가제가 수산화나트륨을 포함하는, 폐수 재활용 시스템.
양태 27. 양태 1 내지 26 중 어느 한 양태에 있어서, 역삼투 단위가 최종 폐수가 유도된 후, 역삼투 단위의 역삼투 막으로 유입되기 전에 가압되는 카트리지 필터 하우징을 포함하는, 폐수 재활용 시스템.
양태 28. 미처리 폐수 유입물을 여과 장치를 통해 유도하여 폐수 유입물로부터 고형물을 분리하되, 상기 여과 장치가 자기-세정성 필터를 포함하고 상기 미처리 폐수 중 적어도 일부는 에멀젼 중합 공정에서 유래되는 것인 단계; 여과된 폐수 유입물을 화학 전처리 공정으로 처리하여 여과된 폐수 유입물에 제1 산화제를 도입시켜 임의의 내화성 화학적 산소 요구량을 생물분해성 화학적 산소 요구량으로 분해시킨 뒤, 산화된 폐수 유입물에 제1 첨가제를 충전하여 pH를 10 또는 약 10으로 상승시켜 산화된 폐수 유입물에 침전물을 형성시키는 단계; 이 침전물을 산화된 폐수 유입물로부터 분리하여 모든 침전 입자를 제거하고, 분리된 폐수 유입물을 생물반응기를 통해 유도하여 분리된 폐수에 존재하는 탄소를 호기적으로 환원시켜, 생물학적으로 처리된 폐수를 제공하되, 상기 생물반응기는 활성화된 슬러지에 침지된 막 모듈을 포함하는 것인 단계; 생물학적으로 처리된 폐수를 산성화하여 중탄산염 또는 탄산염 알칼리성을 이산화탄소 기체로 변환시키고, 이 이산화탄소 기체는 폭기 완충 탱크에서 제거되는 단계; 산성화된 폐수 유입물을 연수 서브시스템을 통해 유도하여 산성화된 폐수에 존재하는 임의의 잔류 무기물을 제거하는 단계; 산성화된 폐수의 pH를 증가시키기 위해 제2 첨가제를 도입시키고 최종 폐수의 공급스트림을 역삼투 단위를 통해 유도하되, 이 폐수는 역삼투 단위의 막을 통한 흐름을 촉진하기 위해 가압되고, 역삼투 단위로부터 산출될 때 폐수의 총 고형물 함량은 10ppm 미만 또는 약 10 ppm 미만인 것인 단계를 포함하여, 아크릴로니트릴 부타디엔 스타이렌의 에멀젼 중합 공정 동안 생성된 미처리 폐수를 정제하는 방법.
양태 29. 미처리 폐수 유입물을 여과 장치를 통해 유도하여 폐수 유입물로부터 고형물을 분리하되, 상기 여과 장치가 자기-세정성 필터를 포함하고 상기 미처리 폐수 중 적어도 일부는 에멀젼 중합 공정에서 유래되는 것인 단계; 여과된 폐수 유입물을 화학 전처리 공정으로 처리하여 여과된 폐수 유입물에 제1 산화제를 도입시켜 임의의 내화성 화학적 산소 요구량을 생물분해성 화학적 산소 요구량으로 분해시킨 뒤, 산화된 폐수 유입물에 제1 첨가제를 충전하여 pH를 10 또는 약 10으로 상승시켜 산화된 폐수 유입물에 침전물을 형성시키는 단계; 이 침전물을 산화된 폐수 유입물로부터 분리하여 모든 침전 입자를 제거하고, 분리된 폐수 유입물을 생물반응기를 통해 유도하여 분리된 폐수에 존재하는 탄소를 호기적으로 환원시켜, 생물학적으로 처리된 폐수를 제공하되, 상기 생물반응기는 활성화된 슬러지에 침지된 막 모듈을 포함하는 것인 단계; 생물학적으로 처리된 폐수를 산성화하여 중탄산염 또는 탄산염 알칼리성을 이산화탄소 기체로 변환시키고, 이 이산화탄소 기체는 폭기 완충 탱크에서 제거되는 단계; 산성화된 폐수 유입물을 연수 서브시스템을 통해 유도하여 산성화된 폐수에 존재하는 임의의 잔류 무기물을 제거하는 단계; 산성화된 폐수의 pH를 증가시키기 위해 제2 첨가제를 도입시키고 최종 폐수의 공급스트림을 역삼투 단위를 통해 유도하되, 이 폐수는 역삼투 단위의 막을 통한 흐름을 촉진하기 위해 가압되고, 역삼투 단위로부터 산출될 때 폐수의 총 고형물 함량은 10ppm 미만 또는 약 10 ppm 미만인 것인 단계로 본질적으로 이루어져, 아크릴로니트릴 부타디엔 스타이렌의 에멀젼 중합 공정 동안 생성된 미처리 폐수를 정제하는 방법.
양태 30. 미처리 폐수 유입물을 여과 장치를 통해 유도하여 폐수 유입물로부터 고형물을 분리하되, 상기 여과 장치가 자기-세정성 필터를 포함하고 상기 미처리 폐수 중 적어도 일부는 에멀젼 중합 공정에서 유래되는 것인 단계; 여과된 폐수 유입물을 화학 전처리 공정으로 처리하여 여과된 폐수 유입물에 제1 산화제를 도입시켜 임의의 내화성 화학적 산소 요구량을 생물분해성 화학적 산소 요구량으로 분해시킨 뒤, 산화된 폐수 유입물에 제1 첨가제를 충전하여 pH를 10 또는 약 10으로 상승시켜 산화된 폐수 유입물에 침전물을 형성시키는 단계; 이 침전물을 산화된 폐수 유입물로부터 분리하여 모든 침전 입자를 제거하고, 분리된 폐수 유입물을 생물반응기를 통해 유도하여 분리된 폐수에 존재하는 탄소를 호기적으로 환원시켜, 생물학적으로 처리된 폐수를 제공하되, 상기 생물반응기는 활성화된 슬러지에 침지된 막 모듈을 포함하는 것인 단계; 생물학적으로 처리된 폐수를 산성화하여 중탄산염 알칼리성을 이산화탄소 기체로 변환시키고, 이 이산화탄소 기체는 폭기 완충 탱크에서 제거되는 단계; 산성화된 폐수 유입물을 연수 서브시스템을 통해 유도하여 산성화된 폐수에 존재하는 임의의 잔류 무기물을 제거하는 단계; 산성화된 폐수의 pH를 증가시키기 위해 제2 첨가제를 도입시키고 최종 폐수의 공급스트림을 역삼투 단위를 통해 유도하되, 이 폐수는 역삼투 단위의 막을 통한 흐름을 촉진하기 위해 가압되고, 역삼투 단위로부터 산출될 때 폐수의 총 고형물 함량은 10ppm 미만 또는 약 10 ppm 미만인 것인 단계를 포함하여, 아크릴로니트릴 부타디엔 스타이렌의 에멀젼 중합 공정 동안 생성된 미처리 폐수를 정제하는 방법.
양태 31. 미처리 폐수 유입물을 여과 장치를 통해 유도하여 폐수 유입물로부터 고형물을 분리하되, 상기 여과 장치가 자기-세정성 필터를 포함하고 상기 미처리 폐수 중 적어도 일부는 에멀젼 중합 공정에서 유래되는 것인 단계; 여과된 폐수 유입물을 화학 전처리 공정으로 처리하여 여과된 폐수 유입물에 제1 산화제를 도입시켜 임의의 내화성 화학적 산소 요구량을 생물분해성 화학적 산소 요구량으로 분해시킨 뒤, 산화된 폐수 유입물에 제1 첨가제를 충전하여 pH를 10 또는 약 10으로 상승시켜 산화된 폐수 유입물에 침전물을 형성시키는 단계; 이 침전물을 산화된 폐수 유입물로부터 분리하여 모든 침전 입자를 제거하고, 분리된 폐수 유입물을 생물반응기를 통해 유도하여 분리된 폐수에 존재하는 탄소를 호기적으로 환원시켜, 생물학적으로 처리된 폐수를 제공하되, 상기 생물반응기는 활성화된 슬러지에 침지된 막 모듈을 포함하는 것인 단계; 생물학적으로 처리된 폐수를 산성화하여 탄산염 알칼리성을 이산화탄소 기체로 변환시키고, 이 이산화탄소 기체는 폭기 완충 탱크에서 제거되는 단계; 산성화된 폐수 유입물을 연수 서브시스템을 통해 유도하여 산성화된 폐수에 존재하는 임의의 잔류 무기물을 제거하는 단계; 산성화된 폐수의 pH를 증가시키기 위해 제2 첨가제를 도입시키고 최종 폐수의 공급스트림을 역삼투 단위를 통해 유도하되, 이 폐수는 역삼투 단위의 막을 통한 흐름을 촉진하기 위해 가압되고, 역삼투 단위로부터 산출될 때 폐수의 총 고형물 함량은 10ppm 미만 또는 약 10 ppm 미만인 것인 단계를 포함하여, 아크릴로니트릴 부타디엔 스타이렌의 에멀젼 중합 공정 동안 생성된 미처리 폐수를 정제하는 방법.
양태 32. 양태 1 내지 6 중 어느 한 양태에 있어서, 제1 첨가제가 수산화나트륨 또는 수산화나트륨과 탄산나트륨의 조합을 포함하여 탄산칼슘 침전물의 형성을 촉진하는, 폐수 재활용 시스템.
양태 33. 양태 1 내지 6 중 어느 한 양태에 있어서, 제1 첨가제가 수산화나트륨 또는 수산화나트륨과 다중전해질의 조합을 포함하여 탄산칼슘 침전물의 형성을 촉진하는, 폐수 재활용 시스템.
양태 34. 양태 1 내지 19 중 어느 한 양태에 있어서, 소포제 또는 미생물 영양원, 또는 이의 조합이 생물반응기에 첨가되는, 폐수 재활용 시스템.
양태 35. 미처리 폐수 유입물을 여과 장치를 통해 유도하여 폐수 유입물로부터 고형물을 분리하되, 상기 여과 장치가 자기-세정성 필터를 포함하고 상기 미처리 폐수 중 적어도 일부는 에멀젼 중합 공정에서 유래되는 것인 단계; 여과된 폐수 유입물을 화학 전처리 공정으로 처리하여 여과된 폐수 유입물에 제1 산화제를 도입시켜 임의의 내화성 화학적 산소 요구량을 생물분해성 화학적 산소 요구량으로 분해시킨 뒤, 산화된 폐수 유입물에 제1 첨가제를 충전하여 pH를 10 또는 약 10으로 상승시켜 산화된 폐수 유입물에 침전물을 형성시키는 단계; 이 침전물을 산화된 폐수 유입물로부터 분리하여 모든 침전 입자를 제거하고, 분리된 폐수 유입물을 생물반응기를 통해 유도하여 분리된 폐수에 존재하는 탄소를 호기적으로 환원시켜, 생물학적으로 처리된 폐수를 제공하되, 상기 생물반응기는 활성화된 슬러지에 침지된 막 모듈을 포함하는 것인 단계; 생물학적으로 처리된 폐수를 산성화하여 중탄산염 또는 탄산염 알칼리성을 이산화탄소 기체로 변환시키고, 이 이산화탄소 기체는 폭기 완충 탱크에서 제거되는 단계; 산성화된 폐수 유입물을 연수 서브시스템을 통해 유도하여 산성화된 폐수에 존재하는 임의의 잔류 무기물을 제거하는 단계; 산성화된 폐수의 pH를 증가시키기 위해 제2 첨가제를 도입시키고 최종 폐수의 공급스트림을 역삼투 단위를 통해 유도하되, 이 폐수는 역삼투 단위의 막을 통한 흐름을 촉진하기 위해 가압되고, 역삼투 단위로부터 산출될 때 폐수의 총 고형물 함량은 10ppm 미만 또는 약 10 ppm 미만인 것인 단계로 이루어져, 아크릴로니트릴 부타디엔 스타이렌의 에멀젼 중합 공정 동안 생성된 미처리 폐수를 정제하는 방법.
양태 36. 미처리 폐수 유입물을 여과 장치를 통해 유도하여 폐수 유입물로부터 고형물을 분리하되, 상기 여과 장치가 자기-세정성 필터를 포함하고 상기 미처리 폐수 중 적어도 일부는 에멀젼 중합 공정에서 유래되는 것인 단계; 여과된 폐수 유입물을 화학 전처리 공정으로 처리하여 여과된 폐수 유입물에 제1 산화제를 도입시켜 임의의 내화성 화학적 산소 요구량을 생물분해성 화학적 산소 요구량으로 분해시킨 뒤, 산화된 폐수 유입물에 제1 첨가제를 충전하여 pH를 9 내지 11 사이로 상승시켜 산화된 폐수 유입물에 침전물을 형성시키는 단계; 이 침전물을 산화된 폐수 유입물로부터 분리하여 모든 침전 입자를 제거하고, 분리된 폐수 유입물을 생물반응기를 통해 유도하여 분리된 폐수에 존재하는 탄소를 호기적으로 환원시켜, 생물학적으로 처리된 폐수를 제공하되, 상기 생물반응기는 활성화된 슬러지에 침지된 막 모듈을 포함하는 것인 단계; 생물학적으로 처리된 폐수를 산성화하여 중탄산염 또는 탄산염 알칼리성을 이산화탄소 기체로 변환시키고, 이 이산화탄소 기체는 폭기 완충 탱크에서 제거되는 단계; 산성화된 폐수 유입물을 연수 서브시스템을 통해 유도하여 산성화된 폐수에 존재하는 임의의 잔류 무기물을 제거하는 단계; 산성화된 폐수의 pH를 증가시키기 위해 제2 첨가제를 도입시키고 최종 폐수의 공급스트림을 역삼투 단위를 통해 유도하되, 이 폐수는 역삼투 단위의 막을 통한 흐름을 촉진하기 위해 가압되고, 역삼투 단위로부터 산출될 때 폐수의 총 고형물 함량은 10ppm 미만 또는 약 10 ppm 미만인 것인 단계를 포함하여, 아크릴로니트릴 부타디엔 스타이렌의 에멀젼 중합 공정 동안 생성된 미처리 폐수를 정제하는 방법.
양태 37. 미처리 폐수 유입물을 여과 장치를 통해 유도하여 폐수 유입물로부터 고형물을 분리하되, 상기 여과 장치가 자기-세정성 필터를 포함하고 상기 미처리 폐수 중 적어도 일부는 에멀젼 중합 공정에서 유래되는 것인 단계; 여과된 폐수 유입물을 화학 전처리 공정으로 처리하여 여과된 폐수 유입물에 제1 산화제를 도입시켜 임의의 내화성 화학적 산소 요구량을 생물분해성 화학적 산소 요구량으로 분해시킨 뒤, 산화된 폐수 유입물에 제1 첨가제를 충전하여 pH를 8 내지 12 사이로 상승시켜 산화된 폐수 유입물에 침전물을 형성시키는 단계; 이 침전물을 산화된 폐수 유입물로부터 분리하여 모든 침전 입자를 제거하고, 분리된 폐수 유입물을 생물반응기를 통해 유도하여 분리된 폐수에 존재하는 탄소를 호기적으로 환원시켜, 생물학적으로 처리된 폐수를 제공하되, 상기 생물반응기는 활성화된 슬러지에 침지된 막 모듈을 포함하는 것인 단계; 생물학적으로 처리된 폐수를 산성화하여 중탄산염 또는 탄산염 알칼리성을 이산화탄소 기체로 변환시키고, 이 이산화탄소 기체는 폭기 완충 탱크에서 제거되는 단계; 산성화된 폐수 유입물을 연수 서브시스템을 통해 유도하여 산성화된 폐수에 존재하는 임의의 잔류 무기물을 제거하는 단계; 산성화된 폐수의 pH를 증가시키기 위해 제2 첨가제를 도입시키고 최종 폐수의 공급스트림을 역삼투 단위를 통해 유도하되, 이 폐수는 역삼투 단위의 막을 통한 흐름을 촉진하기 위해 가압되고, 역삼투 단위로부터 산출될 때 폐수의 총 고형물 함량은 10ppm 미만인 것인 단계를 포함하여, 일련의 공정을 포함하는 폐수 재활용 시스템.
실시예
본 발명의 상세한 양태들은 본원에 개시되고, 개시된 양태들은 다양한 형태로 구현될 수 있는 본 발명의 단순한 예시인 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 본원에 개시된 구체적인 구조 및 기능적 세부사항들은 제한값으로서 해석되어서는 안되고, 단지 본 발명을 이용하는 당업자에게 알려주기 위한 기준이다. 이하의 구체적 실시예들은 본 발명이 더욱 잘 이해될 수 있게 한다. 하지만, 이 실시예들은 단지 도움을 줄뿐이며, 어떤 제한을 암시하지 않는다.
한 예로, 미처리 폐수는 아크릴로니트릴 부타디엔 스타이렌(ABS)의 생산 동안 형성된다. 이 폐수의 평균유속은 1일 평균 유량 2,400 CMD인 경우 100㎥/hr이다. 이 폐수의 pH는 약 2 내지 3이다. 이 폐수 중의 BOD는 약 600ppm에 이르렀다. COD 양은 약 1,800ppm이었다. 황산염은 약 2,100ppm이었다. 인 함량은 약 80ppm이었다. 총 용존 고형물 TDS는 약 2,400ppm이었다. 총 현탁 고형물 TSS는 약 1,000ppm이었다. Ca+Mg는 약 100ppm에 이르렀다. Na+K는 약 50ppm에 이르렀다. 알칼리성은 CaCO3으로서 약 110ppm이었다. 이 생산 공정의 마지막에 물의 온도는 약 60℃였다.
미처리 폐수의 스트림을 먼저 자기-세정성 여과 시스템을 통해 여과했다. 여과된 폐수는 그 다음 과산화수소 또는 과황산나트륨으로 처리했다. 이 폐수를 수산화나트륨으로 화학적으로 중화시켜 용액에 침전물을 형성시키고 pH를 약 10으로 증가시켰다. 탄산나트륨을 첨가했다. 오버플로는 침전 입자를 제거하기 위해 정화기로 유도했다. 수득되는 폐수는 그 다음 막 생물반응기 시스템을 통해 처리하여 폐수 여액과 슬러지를 분리시켰다. 폐수 여액은 그 다음 산성화하여 모든 중탄산염 또는 탄산염 알칼리성을 이산화탄소로 변환시키고, 이 폐수는 연수기를 통해 유도하여 폐수에 존재하는 무기물을 완전히 제거했다. 그 다음, 수산화나트륨을 사용하여 최종 폐수의 pH를 약 10으로 증가시켰다. 그 다음, 폐수는 역삼투 시스템의 카트리지 필터를 통해 여과했다. 그 다음, 고압 펌프는 여과된 폐수를 고압에서 역삼투막으로 유도했다. 막을 통과하는 즉시 정제된 폐수를 수집했다.
표 1은 공정들의 시스템에 따라 재활용된 폐수에 대한 물 분석 결과이다.
| 분석 | 처리된 물 상태 |
| pH | 8.3 내지 8.6 |
| 온도 | < 50℃ |
| 칼슘(CaCO3으로서) | < 110 mg/l |
| 나트륨(Na로서) | < 78 mg/l |
| 총 알칼리성(CaCO3으로서) | < 80 mg/l |
| 황산염 | < 80 mg/l |
| 염화물 | < 30 mg/l |
| 철(Fe로서) | < 0.06 mg/l |
| 실리카 | < 0.52 mg/l |
| 잔류 염소 | 0.32 내지 1.0 mg/l |
| 현탁된 고형물 | 0 |
| 탁도 | <1.0 |
최종 물의 pH는 8.3 내지 8.6이었다. 온도는 50℃ 미만이다. 용존 고형물의 총량은 110mg/l 미만이다. 수중 칼슘(CaCO3으로서)은 78mg/l 미만이다. 나트륨(Na로서)은 30mg/l 미만이다. 총 알칼리성(CaCO3으로서)은 약 110ppm의 미처리 폐수 값으로부터 80mg/l 미만으로 감소했다. 황산염 함량은 2,100 ppm에서 80mg/l 미만으로 감소했다. 염화물(Cl로서)은 30mg/l 미만이다. 철(Fe로서) 함량은 0.06mg/l 미만이다. 무기 실리카는 0.52mg/l 미만이다. 잔류 염소는 약 0.32(또는 1.0)mg/l이다. 1,000ppm인 미처리 폐수의 총 현탁 고형물 함량 대비 현탁 고형물은 존재하지 않는다. 입자에 기인하는 물의 흐림에 해당하는 탁도는 1.0 비탁성 탁도 단위(NTU) 미만이다.
유입수의 약 10%는 산업적 폐수 처리 시스템 또는 급수 본체로 처리되는 농축된 스트림으로서 역삼투 단위로부터 배출된다. 따라서, 유입수의 약 90%는 ABS 단위 내부에서 재활용으로 이용할 수 있다.
정의
다른 표시가 없는 한, 본원에 사용된 모든 기술 용어 및 과학 용어는 본 발명이 속하는 당업계의 숙련된 자가 일반적으로 이해하고 있는 것과 같은 의미인 것이다. 본원에 설명된 것과 유사하거나 등가인 모든 방법 및 재료는 본 발명의 실시 또는 시험에 사용될 수 있지만, 방법 및 재료의 예가 여기에 설명된다. 본 명세서에 사용된 용어는 오로지 특정 양태들을 설명하기 위한 목적이지, 제한하려는 것이 아닌 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서와 청구범위에 사용된, "포함하는"이란 용어는 "이루어지는" 및 "본질적으로 이루어지는"이란 양태들을 포함할 수 있다. 다른 표시가 없는 한, 본원에 사용된 모든 기술 용어 및 과학 용어는 본 발명이 속하는 당업계의 숙련된 자가 일반적으로 이해하고 있는 것과 같은 의미인 것이다. 본 명세서와 이하 청구범위에서, 여기에 정의되는 다수의 용어들이 인용될 것이다.
본 명세서와 후속 청구범위에 사용된 바와 같이, 단수 표현들은 문맥에서 분명한 다른 표시가 없는 한 복수의 표현도 포함한다. 즉, 예를 들어, "케톤"이란 표현은 2종 이상의 케톤의 혼합물을 포함한다.
범위는 본원에서 "약" 하나의 특정값부터 및/또는 "약" 다른 특정값으로 표현될 수 있다. 이러한 범위가 표현될 때, 다른 양태는 하나의 특정값부터 및/또는 다른 특정값까지를 포함한다. 이와 마찬가지로, 값들이 선행사 '약'을 사용하여 근사치로 표현될 때, 특정 값은 다른 양태를 형성하는 것으로 이해될 것이다. 또한, 각 범위의 말단값들은 둘 다 다른 말단값과 관련될 수 있고, 독립적으로 다른 말단값과 관련될 수 있는 것으로 이해될 수 있다. 본원에 개시된 값들이 다수 존재하고, 각 값은 이 값외에 그 특정 값에 "약"으로 표현되어 개시되기도 한다는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, "10"이란 값이 개시된다면, "약 10"도 개시되는 것이다. 또한, 두 특정 단위 사이의 각 단위도 개시되는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 10과 15가 개시된다면, 그 다음 11, 12, 13 및 14도 개시되는 것이다.
본원에 개시된 각 재료들은 시판품이고(이거나) 이의 생산방법이 당업자에게 공지되어 있는 것이다.
Claims (15)
- 아크릴로니트릴 부타디엔 스타이렌의 에멀젼 중합 공정 동안 생성된 미처리 폐수를 정제하는 방법으로서,
미처리 폐수 유입물을 여과 장치를 통해 유도하여 상기 폐수 유입물로부터 고형물을 분리하여 여과된 폐수 유입물을 제공하는 단계로서, 상기 여과 장치가 자기-세정성(self-cleaning) 필터를 포함하고, 상기 미처리 폐수 중 적어도 일부는 에멀젼 중합 공정으로부터 유래되는 것인, 단계;
상기 여과된 폐수 유입물을 화학 전처리 공정으로 처리하는 단계로서, 상기 화학 전처리 공정에서 상기 여과된 폐수 유입물에 제1 산화제를 도입시켜 임의의 내화성 화학적 산소 요구량을 생물분해성 화학적 산소 요구량으로 분해시킴으로써 산화된 폐수 유입물을 제공하고, 그 다음 상기 산화된 폐수 유입물에 제1 첨가제를 충전하여 pH를 8 내지 12 사이로 상승시켜 상기 산화된 폐수 유입물에 침전물을 형성시키는 것인, 단계;
상기 침전물을 상기 산화된 폐수 유입물로부터 분리하여 모든 침전 입자를 제거하고, 상기 분리된 폐수 유입물을 생물반응기(bioreactor)를 통해 유도하여 상기 분리된 폐수에 존재하는 탄소를 호기적으로 환원시켜, 생물학적으로 처리된 폐수를 제공하는 단계로서, 상기 생물반응기는 활성화된 슬러지에 침지된 막 모듈을 포함하는 것인, 단계;
상기 생물학적으로 처리된 폐수를 산성화하여 중탄산염 또는 탄산염 알칼리성을 이산화탄소 기체로 변환시키고 산성화된 폐수 유입물을 제공하고, 상기 이산화탄소 기체는 폭기 완충 탱크에서 제거되는, 단계;
상기 산성화된 폐수 유입물을 연수 서브시스템을 통해 유도하여 상기 산성화된 폐수에 존재하는 임의의 잔류 무기물을 제거하는 단계; 및
상기 산성화된 폐수의 pH를 증가시키기 위해 제2 첨가제를 도입시키고 그 최종 폐수의 공급스트림을 역삼투 단위를 통해 유도하는 단계로서, 상기 폐수는 상기 역삼투 단위의 막을 통한 유동을 촉진하기 위해 가압되고, 상기 역삼투 단위로부터 배출될 때 상기 폐수의 총 고형물 함량은 10ppm 미만인, 단계
를 포함하는, 방법. - 제1항에 있어서, 상기 미처리 폐수의 적어도 일부는 아크릴로니트릴 부타디엔 스타이렌의 에멀젼 중합 공정으로부터 유래되는 것인, 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 자기-세정성 필터는 크기가 1 mm 초과인 입자를 배제하도록 형성된 것인, 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 산화제가 과산화수소 또는 과황산나트륨을 포함하는 것인, 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 첨가제가 수산화나트륨 또는 수산화나트륨과 다중전해질의 조합을 포함하여 탄산칼슘 침전물의 형성을 촉진하는 것인, 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 침전물을 분리하는 것이 상기 산화된 폐수 유입물을 정화기를 통해 유도하고, 상기 정화기에 수집된 임의의 슬러지를 폐기하는 것을 포함하는 것인, 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 분리된 폐수를 상기 생물반응기 내로 도입시키기 전에 상기 분리된 폐수가 냉각되는 것인, 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 분리된 폐수 유입물을 폭기시키기 위해 상기 생물반응기 내에 폭기 탱크를 배치하고, 이로써 상기 분리된 폐수에 존재하는 탄소의 호기적 환원을 개시하는 것인, 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 소포제, 미생물 영양원 또는 이의 조합이 상기 생물반응기에 첨가되는 것인, 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 침지된 막 모듈이 재생되는 것인, 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 폐수를 오존, 자외선, 또는 과산화수소, 또는 이의 조합을 포함하는 제2 산화제로 처리하는 것을 포함하는 산화 공정 단계를 포함하는, 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 연수 서브시스템이 수지 층을 포함하는 것인, 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2 첨가제가 수산화나트륨을 포함하는 것인, 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 역삼투 단위가 카트리지 필터 하우징을 포함하여, 상기 하우징을 통해 상기 최종 폐수가 유도되고 가압된 다음 상기 역삼투 단위의 역삼투 막으로 유입되는 것인, 방법.
- 미처리 폐수 유입물로부터 고형물을 분리하도록 형성되는 제1 여과 장치로서, 상기 제1 여과 장치는 여과된 폐수 유입물을 제공하는 자기-세정성 필터를 포함하고 상기 미처리 폐수의 적어도 일부가 에멀젼 중합 공정으로부터 유래되는 것인, 제1 여과 장치;
상기 여과된 폐수 유입물로 도입되어 임의의 내화성 화학적 산소 요구량을 생물분해성 화학적 산소 요구량으로 분해시켜 산화된 폐수 유입물을 제공하는 제1 산화제;
상기 산화된 폐수 유입물에 도입되어 pH를 8 내지 12 사이로 상승시켜 상기 산화된 폐수 유입물에 침전물을 형성하는 제1 첨가제;
상기 산화된 폐수 유입물로부터 상기 침전물을 분리하여 침전된 모든 입자를 제거하도록 구성된 제2 여과 장치;
상기 폐수에 존재하는 탄소를 호기적으로 환원시켜 생물학적으로 처리된 폐수를 제공하도록 구성되는 생물반응기로서, 활성화된 슬러지에 침지된 막 모듈을 포함하는, 생물반응기;
상기 생물학적으로 처리된 폐수에 첨가되어 중탄산염 또는 탄산염 알칼리성을 이산화탄소 기체로 변환시켜 산성화된 폐수를 형성시키는 산성화제, 및 상기 이산화탄소 기체를 제거하는 폭기 완충 탱크;
상기 산성화된 폐수에 존재하는 임의의 잔류 무기물을 제거하는 연수 서브시스템; 및
상기 산성화된 폐수의 pH를 증가시키도록 구성된 제2 첨가제; 및
증가된 pH를 갖는 상기 폐수가 유도되는 역삼투 단위로서, 상기 역삼투 단위로부터 배출되는 상기 폐수의 총 고형물 함량은 10ppm 미만인, 역삼투 단위
를 포함하는, 폐수 재활용 시스템.
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