KR102652947B1 - 수처리 시스템 및 수처리 방법 - Google Patents
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Abstract
난분해성 물질의 제거가 가능하면서 비용면에서 효율적인 수처리 방법 및 수처리 시스템을 제공한다. 수처리 방법은, i) 원수가 유입되는 제1 단계, ii) 원수를 제1 원수 및 제2 원수로 분기하는 제2 단계, iii) 제1 원수를 산성화하는 제3 단계, iv) 산성화된 제1 원수에 염소계 산화제를 주입하여 산화시키는 제4 단계, v) 산화된 제1 원수에 응집제를 주입하여 무기성 플록(floc)을 형성하는 제5 단계, 및 vi) 무기성 플록이 형성된 제1 원수를 제2 원수에 혼합하는 제6 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 수처리 시스템 및 수처리 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 원수를 분기하고 그 일부에 산화제 및 무기 응집제를 주입해 유기물의 산화를 촉진하고 이를 혼합해 강화 응집을 유도하는 수처리 시스템 및 수처리 방법에 관한 것이다.
난분해성 유기물은 일반적인 물리, 화학 및 생물학적 수처리 공정으로 분해되지 않는 물질이다. 난분해성 유기물로는 염색 폐수, 제지 폐수, 축산 폐수, 마약류, 농약류, 내분비계 교란 물질, 항생제 등의 의약 물질 등의 다양한 인위적 발생원과 천연 유기 물질(natural organic materials, NOMs) 등 자연계에서 발생되는 물질 등을 예로 들 수 있다. 이러한 난분해성 유기물은 공공 수역에서는 쉽게 분해되지 않고 생물 농축으로 어류 등의 수생 고등 생물에 축적될 수 있다. 또한, 직접적으로 수계 생물의 기형, 성비 교란, 질병에 의한 폐사 등의 건강성을 악화시킨다.
다양한 산업체에서 배출되는 화학 약품은 종래의 활성 슬러지 공법이나 응집, 침전, 흡착 공정에서 제거되지 않고 방류수에 포함되어 공공 수역으로 유출된다. 수중의 각종 염료, 휴믹 물질, 알콜류 등의 난분해성 물질은 하폐수 처리수시 색도 또는 TOC (total organic carbon, 총유기탄소)를 증가시키고, 정수 처리시의 소독 공정에서 THMs (total trihalomethanes, 트리할로메탄) 등의 소독 부산물을 생성한다. 한편, 용존 상태의 유기성 인은 높은 전기적 안정성을 가져서 무기성 인에 비해 응집에 의해 잘 제거되지 않는다. 따라서 이들을 제거하기 위한 방법이 필요하다.
한국등록특허 제2,375,244호
난분해성 물질의 제거가 가능하면서 비용면에서 효율적인 수처리 시스템을 제공하고자 한다. 또한, 난분해성 물질의 제거가 가능하면서 비용면에서 효율적인 수처리 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 수처리 방법은, i) 원수가 유입되는 제1 단계, ii) 원수를 제1 원수 및 제2 원수로 분기하는 제2 단계, iii) 제1 원수를 산성화하는 제3 단계, iv) 산성화된 제1 원수에 염소계 산화제를 주입하여 산화시키는 제4 단계, v) 산화된 제1 원수에 응집제를 주입하여 무기성 플록(floc)을 형성하는 제5 단계, 및 vi) 무기성 플록이 형성된 제1 원수를 제2 원수에 혼합하는 제6 단계를 포함한다.
제2 단계에서, 원수의 양이 1Q인 경우, 제1 원수의 양은 0.2Q 내지 0.4Q일 수 있다. 여기서, Q(m3/day)는 1일 동안 유입되는 원수의 유량을 의미한다.
제4 단계에서, 산화제는 염소계 산화제이고, 염소계 산화제는 차아염소산나트륨 및 이산화염소로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 물질일 수 있다. 산성화된 제1 원수에 함유된 염소계 산화제의 농도는 1mgCl-/L 내지 20mgCl-/L일 수 있다. 제4 단계에서, 산화제는 과산화수소, 오존, 및 과망간산칼륨으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 물질일 수 있다.
제3 단계는, 제1 원수에 황산 및 염산으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 산을 첨가하여 제1 원수의 pH를 3 내지 4로 조절할 수 있다. 제3 단계 내지 제5 단계는 5분 이내로 이루어질 수 있다. 바람직하게는, 제3 단계 내지 제5 단계는 1분 내지 5분 동안 머무를 수 있다. 제3 단계 및 제4 단계는 동시에 이루어질 수 있다.
제5 단계에서, 응집제는 염화 제1철, 염화 제2철, 폴리 황산철, 알럼, 및 폴리염화알루미늄(PAC)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리 방법은 제5 단계와 제6 단계 사이에 20mg Al3+/L 이하 또는 20mg Fe3+/L 이하의 응집제를 제2 원수에 주입하는 단계를 더 포함할 수 있다. 제6 단계에서, 제1 원수를 제2 원수에 혼합하여 제공되는 처리 원수의 pH는 6.0 이상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 수처리 시스템은, i) 원수로부터 분기된 제1 원수 및 제2 원수 중 제1 원수가 유입되어 산성화되고 주입된 산화제에 의해 산화되는 산성조건 염소산화조, ii) 산성조건 염소산화조와 연결되고, 제1 원수에 응집제가 주입되어 무기성 플록이 형성되는 산화혼화조, iii) 산화혼화조와 연결되고, 제1 원수와 제2 원수가 혼합된 처리 원수를 제공하는 산화응집조, 및 iv) 산화응집조와 연결되고, 처리 원수에 포함된 부유 고형물을 분리 제거하는 고액분리조를 포함한다.
원수의 양이 1Q인 경우, 제1 원수의 양은 0.2Q 내지 0.4Q일 수 있다. 여기서, Q(m3/day)는 1일 동안 유입되는 원수의 유량을 의미한다. 제1 원수는 산성조건 염소산화조 및 산화혼화조에 5분 이내로 머무를 수 있다. 바람직하게는, 제1 원수는 산성조건 염소산화조 및 산화혼화조에 1분 내지 5분 동안 머무를 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리 시스템은 20mg Al3+/L 이하 또는 20mg Fe3+/L 이하의 응집제를 제2 원수에 주입하는 응집제 저장조를 더 포함할 수 있다.
전체 원수에 대한 산화-응집 반응에 비해 약품 사용량을 절감할 수 있다. 또한, 난분해성 유기물을 저비용으로 효율적으로 제거하면서 총 인의 응집 효율을 향상시킬 수 있다. 그리고 처리 원수와 미처리 원수를 혼합하여 난분해성 유기물과 총인의 응집 효율을 향상시키면서 미립자 제거 효율을 향상시킬 수 있다. 그리고 색도, TOC, 총인의 제거율을 향상시킬 수 있다. 강화 응집에 의해 색도 제거 비용을 반 정도로 줄일 수 있다. 동일한 응집 약품량의 주입 조건에서 총인 제거율을 25% 정도 향상시킬 수 있다. 염소계 산화제에 의한 미립자 표면 산화로 응집효율을 향상시켜 5mg/L 이하의 저농도 SS를 유지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리 방법의 개략적인 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리 시스템의 개략적인 도면이다.
도 3은 본 발명의 실험예 1과 종래기술의 비교예 1 내지 비교예 3의 개략적인 실험 공정들을 나타낸 도면들이다.
도 4는 본 발명의 실험예 2와 종래기술의 비교예 4의 개략적인 실험 공정들을 나타낸 도면들이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리 시스템의 개략적인 도면이다.
도 3은 본 발명의 실험예 1과 종래기술의 비교예 1 내지 비교예 3의 개략적인 실험 공정들을 나타낸 도면들이다.
도 4는 본 발명의 실험예 2와 종래기술의 비교예 4의 개략적인 실험 공정들을 나타낸 도면들이다.
여기서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리 방법의 개략적인 순서도이다. 도 1의 수처리 방법은 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 수처리 방법을 다르게 변형할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리 시스템(100)을 개략적으로 나타낸다. 도 2의 수처리 시스템(100)의 구조는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 수처리 시스템(100)을 다르게 변형할 수 있다. 도 2에서는 산성조건 염소산화조(10), 산화혼화조(20), 산화응집조(30) 고액분리조(40) 및 응집제 저장조(50)가 각각 별개로 위치하는 것으로 도시하였지만, 이와는 달리 pH 조절이 가능한 단일 수조로 운영할 수 있다. 이하에서는 도 2를 참조하여 도 1의 수처리 방법의 각 단계들을 설명한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리 방법은, 원수가 유입되는 단계(S10), 원수를 제1 원수 및 제2 원수로 분기하는 단계(S20), 제1 원수를 산성화하는 단계(S30), 산성화된 제1 원수에 염소계 산화제를 주입하여 산화시키는 단계(S40), 산화된 제1 원수에 응집제를 주입하여 무기성 플록을 형성하는 단계(S50), 그리고 무기성 플록이 형성된 상기 제1 원수를 상기 제2 원수에 혼합하는 단계(S60)를 포함한다. 이외에, 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리 방법은 다른 단계들을 더 포함할 수 있다.
먼저, 단계(S10)에서는 원수가 유입된다. 원수로서 염색 공장 폐수, 산업계 방류수 또는 산업계 폐수를 사용할 수 있다. 이외에, 다른 수처리가 필요한 오염수를 원수로 사용할 수 있다.
단계(S20)에서는 원수를 제1 원수 및 제2 원수로 분기한다. 여기서, 원수의 양을 1Q라고 하는 경우, 제1 원수의 양은 0.2Q 내지 0.4Q일 수 있다. 그 결과, 제2 원수의 양은 0.6Q 내지 0.8Q일 수 있다. 여기서, Q(m3/day)는 1일 동안 유입되는 원수의 유량을 의미한다. 제1 원수의 양이 너무 적은 경우, 제1 원수에서 산성 산화반응으로 입자 표면의 생물막이 산화되어 응집반응을 촉진하는 입자성 물질이 충분하지 않아 제2 원수와 혼합될 경우 응집반응이 미흡한 문제점이 있다. 또한, 제1 원수의 양이 너무 많은 경우, 제1 원수를 산성조건으로 유지하기 위한 약품 주입량이 증가하는 문제점이 있다. 따라서 제1 원수의 양을 전술한 범위로 조절한다.
본 발명의 일 실시예에서는 전체 원수를 대상으로 산화-응집 반응을 하는 것에 비해 원수를 분할하여 산화-응집 반응을 실시하여 약품 사용량을 절감할 수 있다. 또한, 제1 원수를 산성 조건의 염소계 산화 및 응집 전처리한 후 이를 미처리한 제2 원수와 혼합하여 난분해성 유기물과 총인의 응집효율 향상과 미립자 제거율을 향상시킬 수 있다.
도 1의 단계(S30)에서는 제1 원수를 산성화한다. 즉, 도 2의 산성조건 염소산화조(10)에서 제1 원수에 황산 또는 염산을 첨가한다. 이러한 산의 첨가에 따라 제1 원수의 pH를 3 내지 4로 조절한다. 제1 원수의 pH가 너무 낮은 경우, pH 조절 약품 주입량 증가에 따라 경제성이 저하하고 작업자가 강산에 노출되어 안전 위험성이 증대된다. 반대로, 제1 원수의 pH가 너무 높은 경우, 산화력의 약화에 따라 미생물 피막의 산화 반응이 저해되어 후속 공정의 응집 반응이 약화된다. 따라서 제1 원수의 pH를 전술한 범위로 조절하여 후속 공정에서의 반응을 촉진시킨다.
단계(S40)에서는 산성화된 제1 원수에 염소계 산화제를 주입하여 산화시킨다. 즉, 제1 원수에 함유된 미립자 표면에 형성된 생물막을 염소계 산화제에 의해 산화 분해시킨다. 염소계 산화제에 의한 염소 산화 처리에 의해 미립자는 그 결합력 및 응집력이 향상되어 후속 공정에서 크고 강한 플록의 형성을 유도할 수 있다. 또한, 제1 원수의 산화력도 향상된다.
한편, 단계(S40)는 단계(S30)와 동시에 이루어지거나 순차적으로 이루어질 수 있다. 즉, 단계(S40)를 단계(S30)의 약산성 공정과 동시에 진행해도 무방하다. 단계(S40)는 도 2의 산성조건 염소산화조(10)에서 이루어질 수 있다. 차아염소산나트륨 또는 이산화염소 등의 염소계 산화제를 사용하거나 과산화수소, 오존 또는 과망간산칼륨 등의 강산화 물질을 사용할 수 있다. 산성화된 제1 원수에 함유된 상기 염소계 산화제의 농도는 1mgCl-/L 내지 20mgCl-/L일 수 있다. 염소계 산화제의 농도가 너무 낮은 경우, 산화력이 충분하지 못하다. 반대로, 염소계 산화제의 농도가 너무 높은 경우, 최종 처리수의 잔류염소 농도가 높아 방류하기 전 잔류 염소 저감 공정이 필요하다. 따라서 염소계 산화제의 농도를 전술한 범위로 조절한다.
다음으로, 도 1의 단계(S50)에서는 산화된 제1 원수에 응집제를 주입하여 무기성 플록을 형성한다. 크고 강한 무기성 플록이 형성될 수 있다. 응집제로는 염화 제1철, 염화 제2철, 폴리 황산철, 알럼, 또는 폴리염화알루미늄(PAC)을 사용할 수 있다. 응집제는 도 2의 응집 혼화조(20)에서 제1 원수에 주입될 수 있다. 응집제는 염소계 산화 물질(HOCl)의 산화 반응에 의해 응집력이 향상된다. 산화 반응으로 응집력이 향상된 응집제와 염소계 산화 물질에 의해 입자 표면의 유기성 피막이 산화되어 전기적으로 중화된 입자가 활발한 응집 반응을 진행하여 무기 응집제의 응집력을 향상시킬 수 있다. 산화 혼화조(20)에서는 생성된 플록과 중화된 미립자 등의 응집이 본격적으로 진행된다.
바람직하게는, 단계(S30) 내지 단계(S50)의 산화 혼화 공정의 소요 시간은 5분 이하일 수 있다. 즉, 제1 원수는 도 2의 산성조건 염소산화조(10) 및 산화혼화조(20)에 5분 이내로 머무를 수 있다. 단계(S30) 내지 단계(S50)의 실시 시간이 너무 긴 경우, 입자 표면 생물막의 산화 반응으로 생성된 유기물의 과도한 산화 반응으로 응집이 어려운 저분자 물질의 생성이 증가한다. 또한, 단계(S30) 내지 단계(S50)의 실시 시간이 너무 짧은 경우, 후속 공정에서 산화제와 응집제의 혼화 반응이 잘 이루어지지 않을 수 있다. 수리학적 체류시간(hydrolic retention time)도 너무 짧다. 따라서 단계(S0) 내지 단계(S50)를 전술한 소요 시간으로 실시한다. 바람직하게는, 단계(S30) 내지 단계(S50)를 1분 내지 5분으로 실시한다. 그 결과, 제1 원수는 급속 혼화를 통해 형성된 응집핵, 산화된 무기 응집제 및 염소계 산화 물질을 함유한다.
단계(S60)에서는 무기성 플록이 형성된 제1 원수를 제2 원수에 혼합한다. 즉, 도 2의 산화응집조(30)에서 제1 원수와 제2 원수의 혼합이 이루어진다. 종래에는 전체 처리수를 대상으로 pH 5.0 정도의 강화 응집 반응이 진행되었으나 본 발명의 일 실시예에서는 약품 비용을 절감하고 반응 종료 후에 제공되는 원수의 pH를 6.0 이상으로 유지할 수 있다. 그 결과, 원수를 중성 상태로 만들기 위해 사용되는 알칼리성 약품 요구량이 감소하여 친환경적인 운용이 가능하다.
무기성 플록과 강한 산화력을 가진 제1 원수를 미처리된 제2 원수와 혼합하여 산성 조건에서 향상된 염소 화합물의 산화력에 의한 색도 등의 난분해성 물질 산화, 미립자 표면의 생물막 산화, 강한 플록에 의한 응집핵 형성이 가능하다. 그 결과, 난분해성 물질의 산화 및 응집이 가능하며, 총 인 및 미립자를 응집 반응에 의해 효율적으로 제거할 수 있다.
20mg Al3+/L 이하 또는 20mg Fe3+/L 이하의 미량의 응집제를 제2 원수에 추가로 주입할 수도 있다. 즉, 도 2의 응집제 저장조(50)를 통해 응집제를 제2 원수에 추가로 주입한다. 이러한 공정은 단계(S40)와 단계(S60) 사이에 이루어질 수 있다. 미량의 응집제는 처리 원수의 응집 효율을 향상시킬 수 있다. 한편, 이와는 달리 별도의 응집제를 주입하지 않고, 제1 원수에 잔존하는 응집제, 잔류 산화제 및 잔류 염소의 화학 반응을 통해 산화 반응 및 응집 반응을 진행할 수도 있다.
한편, 도 2의 고액분리조(40)에서는 크고 강하게 형성된 플록이 물과 분리된다. 그 결과, 원수의 침강성이 향상되므로, 고액분리조(40)에서의 고액 분리가 용이하다. 따라서 부유 고형물이 적은 처리수를 얻을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는 난분해성 유기물을 효율적으로 제거할 수 있다. 난분해성 유기물은 일반적인 물리, 화학 및 생물학적 수처리 공정으로 분해되지 않는 물질이다. 예를 들면, 난분해성 유기물로서, 염색 폐수, 제지 폐수, 축산 폐수, 항생제 등의 의약물질, 마약류, 농약류, 내분비계 교란 물질 등의 다양한 인위적 발생원과 천연 유기 물질(NOMs) 등 자연계에서 발생되는 물질을 예로 들 수 있다. 이러한 난분해성 유기물은 공공수역에서 쉽게 분해되지 않으며 생물 농축으로 어류 등의 수생 고등생물에 축적될 수 있다. 또한, 직접적으로 수계 생물의 기형, 성비 교란, 질병에 의한 폐사 등을 일으킨다. 최근에 산업체에서 배출되는 난분해성 유기물은 종래의 활성 슬러지 공정이나 응집, 침전, 흡착 공정에서 제거되지 않고 방류수에 포함되어 공공 수역으로 유출되는 문제점이 있다. 종래에 난분해성 유기물을 제거하기 위해서는 장치 설치비와 유지 관리비가 크게 소요되었으며, 전문적인 조작 기술이 필요한 문제점이 있었다. 본 발명의 일 실시예에서는 처리 원수와 미처리 원수를 혼합하는 방법을 통해 난분해성 유기물을 효율적으로 처리할 수 있다.
이하에서는 실험예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명한다. 이러한 실험예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다.
염색 공장의 폐수 처리 실험
실험예 1
염색 공장의 폐수를 원수로 하여 실험하였다. 원수의 30%에 대해 염소 산화조에서 황산을 주입하여 산성 조건을 유지하면서 농도 5mg/L의 차아염소산나트륨을 주입하였다. 산성 조건의 염소 산화조의 pH는 3.5이었다. 그 다음으로, 폴리황산철(10mg Fe/L)의 응집제를 주입하였다. 그리고 이를 1분간 300rpm으로 급속 혼화시키고 잔여 원수 70%와 혼합하여 9분 동안 100rpm으로 완속 교반하였다. 유입 원수 기준으로 10분 동안 반응을 진행하였다. 원수의 최종 pH는 6.5이었다.
비교예 1
염색 공장의 폐수를 원수로 하여 실험하였다. 원수 전체를 대상으로 pH 조정없이 전염소처리 후 응집 공정을 실시하였다. 종래의 전형적인 전염소산화와 응집 반응을 조합한 공정을 사용하였다. 황산은 별도로 주입하지 않았다. 유입 원수 기준으로 10분 동안 반응을 진행하였다.
비교예 2
염색 공장의 폐수를 원수로 하여 실험하였다. 원수 전체에 대해 산성 조건에서 전염소 처리 및 응집제를 주입하여 10분간 응집하는 공정을 실시하였다. 황산(최종 pH 6.0), 폴리황산철(10mg Fe/L) 및 차아염소산(농도 5mg/L)을 주입하였다. 유입 원수 기준으로 10분 동안 반응을 진행하였다.
비교예 3
염색 공장의 폐수를 원수로 하여 실험하였다. 원수의 30%를 차아염소산나트륨과 응집제에 1분간 노출시키고 남은 원수 70%와 혼합한 후 황산을 추가로 주입하여 산성 상태로 만들어 9분 동안 응집하였다. 황산(최종 pH 6.0), 폴리황산철(10mg Fe/L) 및 차아염소산(농도 5mg/L)을 주입하였다. 염소 산화조의 pH는 7.0으로서 중성을 유지하였으며, 유입 원수 기준으로 10분 동안 반응을 진행하였다.
도 3은 전술한 실험예 1과 비교예 1 내지 비교예 3의 실험 공정들을 개략적으로 나타낸다. 도 3의 실험 공정들은 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다.
실험 결과
전술한 실험예 1 및 비교예 1 내지 비교예 3에 따른 실험 결과를 아래의 표 1에 나타낸다. 괄호안의 숫자는 해당 물질의 제거율을 나타낸다.
[표 1]
실험예 1에서는 비교예 1 내지 비교예 3에 비해 색도 제거율이 가장 높게 나타났다. 예를 들면, 실험예 1에서는 비교예 2에 비해 색도 제거율이 5% 높게 나타났으며, 비교예 1 내지 비교예 3에 비해 각각 총인 제거율이 각각 24.5%, 24.7% 및 20.7% 향상되었다.반응 종료 후에 고액 분리조에 남아있는 총잔류 염소는 실험예 1과 비교예 1 내지 비교예 3에서 각각 2.7mg/L, 3.2mg/L, 1.8mg/L 및 2.5mg/L로 나타났다. 유리잔류염소는 실험예 1과 비교예 1 내지 비교예 3에서 각각 0.0mg/L, 2.1mg/L, 0.6mg/L, 1.5mg/L로서 실험예 1에서 가장 낮게 나타났다. 또한, 유리잔류염소가 총잔류염소에서 차지하는 비율은 실험예 1과 비교예 1 내지 비교예 3에서 각각 0.0%, 65.6%, 33.3% 및 60.0%로서 실험예 1에서 확연히 낮았다. 이는 실험예 1의 인위적 산성 조건에서 주입된 차아염소산이 산화력이 강한 HOCl로서 유기물을 산화시키거나 원수의 암모니아성 질소와 반응하여 트리클로라민으로 존재하는 것으로 추정된다. 이와는 달리, 산성 염소 산화 공정이 존재하지 않는 비교예 1 내지 비교예 3에서는 주입된 차아염소산이 HOCl과 산화력이 약한 OCl- 이온으로 존재하거나 부분적으로 디클로라민 형태로 변화하는 것으로 추정된다. 즉, 산화력이 강한 HOCl은 유기물 산화 또는 트리클로라민 형성에 이용되고, 상대적으로 산화력이 약한 OCl-는 느린 산화 반응이 일어나 유리 잔류 염소로 남는다.
산업계 방류수 처리 실험
실험예 2
산업계 방류수를 원수로 하여 실험하였다. 응집제로서, 폴리염화알루미늄(PAC)를 사용한 것으로 제외하고는 실험예 1과 그 실험 조건이 동일하였다.
비교예 4
산업계 방류수를 원수로 하여 실험하였다. 응집제로서, 폴리염화알루미늄(PAC)를 사용한 것으로 제외하고는 비교예 2와 그 실험 조건이 동일하였다. 주입 약품과 반응 시간은 전부 실험예 2와 동일하게 유지하였다. 황산 주입량(반응 종료후 pH 6.5), PAC 10mg Al/L, 차아염소산 2.5mg/L을 사용하였고, 전체 반응시간은 10분으로 유지하였다.
도 4는 전술한 실험예 2와 비교예 4의 실험 공정들을 개략적으로 나타낸다. 도 4의 실험 공정들은 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다.
실험 결과
실험예 2와 비교예 4의 실험 결과를 요약하여 아래의 표 2에 나타낸다.
[표 2]
실험예 2에서의 색도 제거율은 40.4%로서 비교예 4에 비해 6.6% 높으면서 색도 제거 단가는 16% 저렴하였다. 한편, 비교예 4에서는 원수 전량을 교반해야 되나 실험예 2에서는 원수의 30%만 교반하면 되므로 혼화 에너지를 50% 이상 절감할 수 있었다.
산업계 폐수 처리 실험
실험예 3
pH는 6.5의 산업계 폐수에 PAC 10.0mg Al/L과 차아염소산나트륨 5.0 mg/L이 사용되었으며, 산성 염소산화조에는 전체 원수의 30%를 주입하고 pH는 5.0으로 유지하였다. 전체 반응시간은 10분으로 하였다.
비교예 5
pH 5.0의 산업계 폐수에 산업계 활성슬러지 30mg/L 및 PAC 10.0mg Al/L를 주입하여 강화 응집하였다. 전체 반응시간은 10분으로 하였으며, 등록특허 제2375244호를 모의하여 실험을 진행하였다. 강화 응집에서는 응집제와 응집대상 오염물질간의 응집 반응을 향상시키기 위해 응집제 주입량 증가, pH 조절, 응집 보조제 주입 등의 방법으로 응집 성능을 향상시킨다. 강화 응집은 용존 유기물 제거를 목표로 하며, 용존 유기물의 특성, 수온, 응집제와의 반응 기작 등에 따라 사용되며, pH는 5.0 정도로 유지된다.
실험 결과
전술한 실험예 3 및 비교예 5에 따른 실험 결과를 아래의 표 3에 나타낸다.
[표 3]
표 3에 나타낸 바와 같이, 색도 제거율은 실험예 3에서 41%이고, 비교예 4에서 19.9%로서, 실험예 3에서 21.1% 더 높았다. 한편, 실험예 3에서의 색도제거단가는 비교예 5의 색도제거단가의 30.7%로서 매우 저렴하였다. 따라서 실험예 3이 비교예 5에 비해 색도 제거율 및 색도 제거 단가에서 모두 우수함을 알 수 있었다. 비교예 5의 강화 응집 방법은 산화 반응과 결합하거나 응집 보조제를 주입하는 등의 방법들은 소요 비용이 많아 범용적으로 사용하기 어렵다. 실험예 3에서는 종래의 전체 원수에 대해 진행된 비교예 5의 pH에 비해 높은 pH를 가지므로, 중성 상태로 만들기 위한 알칼리성 약품 요구량이 감소하여 좀더 친환경적이다.본 발명을 앞서 기재한 바에 따라 설명하였지만, 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.
10. 산성조건 염소산화조
20. 산화혼화조
30. 산화응집조
40. 고액분리조
50. 응집제 저장조
100. 수처리 시스템
20. 산화혼화조
30. 산화응집조
40. 고액분리조
50. 응집제 저장조
100. 수처리 시스템
Claims (16)
- 원수가 유입되는 제1 단계,
상기 원수를 제1 원수 및 제2 원수로 분기하는 제2 단계,
상기 제1 원수를 산성화하는 제3 단계,
상기 산성화된 제1 원수에 산화제를 주입하여 상기 제1 원수에 함유된 미립자의 표면에 형성된 생물막을 산화 분해시키는 제4 단계,
상기 산화된 제1 원수에 응집제를 주입하여 상기 미립자와 응집 반응시켜서 응집핵을 포함하는 제1 원수를 제공하는 제5 단계, 및
미처리된 상기 제2 원수에 상기 제1 원수를 혼합하여 상기 제2 원수에 포함된 난분해성 물질이 산화 및 응집된 부유 고형물을 제거하는 제6 단계
를 포함하고,
상기 제3 단계 내지 상기 제5 단계는 1분 내지 5분 이내로 이루어지는 수처리 방법. - 제1항에서,
상기 제2 단계에서, 상기 원수의 양이 1Q인 경우, 상기 제1 원수의 양은 0.2Q 내지 0.4Q인 수처리 방법.
여기서, Q(m3/day)는 1일 동안 유입되는 상기 원수의 유량을 의미함. - 제1항에서,
상기 제4 단계에서, 상기 산화제는 염소계 산화제이고, 상기 염소계 산화제는 차아염소산나트륨 및 이산화염소로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 물질이고, 상기 산성화된 제1 원수에 함유된 상기 염소계 산화제의 농도는 1mgCl-/L 내지 20mgCl-/L인 수처리 방법. - 제1항에서,
상기 제4 단계에서, 상기 산화제는 과산화수소, 오존, 및 과망간산칼륨으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 물질인 수처리 방법. - 제3항 또는 제4항에서,
상기 제3 단계는, 상기 제1 원수에 황산 및 염산으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 산을 첨가하여 상기 제1 원수의 pH를 3 내지 4로 조절하는 수처리 방법. - 삭제
- 삭제
- 제1항에서,
상기 제3 단계 및 상기 제4 단계는 동시에 이루어지는 수처리 방법. - 제1항에서,
상기 제5 단계에서, 상기 응집제는 염화 제1철, 염화 제2철, 폴리 황산철, 알럼, 및 폴리염화알루미늄(PAC)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 물질을 포함하는 수처리 방법. - 제9항에서,
상기 제5 단계와 상기 제6 단계 사이에 20mg Al3+/L 이하 또는 20mg Fe3+/L 이하의 응집제를 상기 제2 원수에 주입하는 단계를 더 포함하는 수처리 방법. - 제1항에서,
상기 제6 단계에서, 상기 제1 원수를 상기 제2 원수에 혼합하여 제공되는 처리 원수의 pH는 6.0 이상인 수처리 방법. - 원수로부터 분기된 제1 원수 및 제2 원수 중 상기 제1 원수만 유입되어 산성화되고 주입된 산화제에 의해 상기 제1 원수에 함유된 미립자의 표면에 형성된 생물막을 산화 분해시키는 산성조건 염소산화조,
상기 산성조건 염소산화조와 연결되고, 상기 제1 원수에 응집제를 주입하여 상기 미립자와 응집 반응시켜서 응집핵을 포함하는 제1 원수를 제공하는 산화혼화조,
상기 산화혼화조와 연결되어 상기 제1 원수를 제공받아 미처리된 상기 제2 원수에 상기 제1 원수를 혼합하여 상기 제2 원수에 포함된 난분해성 물질을 산화 및 응집시킨 처리 원수를 제공하는 산화응집조, 및
상기 산화응집조와 연결되고, 상기 처리 원수로부터 상기 난분해성 물질이 산화 및 응집된 부유 고형물을 분리 제거하는 고액분리조
를 포함하고,
상기 제1 원수는 상기 산성조건 염소산화조 및 상기 산화혼화조에 1분 내지 5분 동안 머무르는 수처리 시스템. - 제12항에서,
상기 원수의 양이 1Q인 경우, 상기 제1 원수의 양은 0.2Q 내지 0.4Q인 수처리 시스템.
여기서, Q(m3/day)는 1일 동안 유입되는 상기 원수의 유량을 의미함. - 삭제
- 삭제
- 제12항에서,
20mg Al3+/L 이하 또는 20mg Fe3+/L 이하의 응집제를 상기 제2 원수에 주입하는 응집제 저장조를 더 포함하는 수처리 시스템.
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