KR20000019613A

KR20000019613A - 스트루바이트 침전을 이용한 하,폐수 정화방법

Info

Publication number: KR20000019613A
Application number: KR1019980037801A
Authority: KR
Inventors: 소용신; 정몽규; 안용희; 박충서; 김태철; 송석룡; 석형기
Original assignee: 김형벽; 현대중공업 주식회사
Priority date: 1998-09-14
Filing date: 1998-09-14
Publication date: 2000-04-15

Abstract

본 발명은 스트루바이트〔Struvite(Mg NH₄PO₄)〕침전을 이용한 하,폐수 정화방법에 관한 것으로 고농도의 질소를 포함하는 하,폐수에서 생물학적 처리공정의 전처리로서 원수의 인위적인 희석,암모니아 탈기공정과는 달리 폐수에 존재하는 암모니아성 질소와 추가로 공급되는 인산염에 마그네슘(Mg²⁺)존재시 용해도가 최소인 pH 10.7에서 스트루바이트 결정을 형성하도록 함으로써 경제적으로 질소를 제거할수 있게 한 것으로 유입수(1)에서 암모니아 모니터(4)로 감지하고 분산제어 시스템(5)으로 마그네슘 저장탱크(10)와 인산염 저장탱크(11)에서 각각 속도가변형 정량펌프(12)로 스트루바이트 형성조(9)에 투입을 자동제어하고,pH저장조(6)에서도 pH 10.7로 조정하여 스트루바이트 형성조(9)로 보내 침전시켜 한외여과막(13)으로 여과한 후 농축액은 스트루바이트 저장조(14)로 저장시키고 투과수는 pH저장조(6')에서 pH를 중성영역으로 조절 최종 유출수(18)로 배출시켜 고농도의 질소를 함유한 유입수를 정화시킬수 있게한 것을 특징으로 하는 스트루바이트 침전을 이용한 하,폐수 정화방법.

Description

스트루바이트 침전을 이용한 하,폐수 정화방법

본 발명은 스트루바이트〔Struvite(NH₄MgPO₄)〕침전을 이용한 하,폐수 정화방법에 관한 것으로 고농도의 질소를 포함하는 하,폐수에서 생물학적 처리공정의 전처리로서 원수의 인위적인 희석,암모니아 탈기공정과는 달리 폐수에 존재하는 암모니아성 질소와 추가로 공급되는 인산염에 마그네슘(Mg²⁺)존재시 용해도가 최소인 pH 10.7에서 스트루바이트 결정을 형성하도록 함으로써 경제적으로 질소를 제거할수 있게 한 것이다.

종래에 고농도의 질소를 함유한 처리방법으로는 A²/O, UCT, VIP, MLE, 5-stage Bardenpho 와 같은 생물학적 고도처리공정은 고농도의 질소함유 폐수를 처리하기 위해 시설용량의 증대, 순환비의 증가, 공정의 위치변경 등 일련의 조작과 유기물질,질소 및 인의 비율(C:N:P)을 적정하게 유지시켜야 하는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 상기한 종래의 문제점을 개선하기 위한 목적으로 창출된 것으로 비중이 1.72이고 이 침전은 다소 물에 녹아서 용해도는 0.0195g/100g 이지만 암모니아수에는 녹기 어렵고 이것을 가열분해하면 2중인산마그네슘(Mg₂P₂O₇)이 되므로 그것을 닮으로써 인산과 마그네슘을 정량할수 있고 47-48℃에서 용액으로부터 1수화염인 입방체 결정을 얻을수 있는 것에 착안하여 가용성 인산염의 용액에 마그네시아 혼합액을 가하면 무색 결정(사방결정계)으로서 6수화염이 침전되는 인산-마그네슘-암모늄(Mg NH₄PO₄)을 이용한 것으로,

본 발명에서 일어날 수 있는 화학반응식은 다음과 같다

NH₄ ⁺⇔ NH_3(aq)+ H⁺;

log K_a= -9.3

PO₄ ^3-+ H⁺⇔ HPO₄ ^2-;

HPO₄ ^2-+ H⁺⇔ H₂PO₄ ^-;

H₂PO₄ ^-+ H⁺⇔ H₃PO₄;

Mg²⁺+ OH^-⇔ MgOH⁺;

Mg²⁺,NH₄ ⁺,PO₄ ^3-이온의 이온화 분율(Ionization Fractions)은

로 정의할수 있고 Mg NH₄PO₄의 용해도 적(Solubility Product)은

K_SO= {Mg²⁺} {NH₄ ⁺} {PO₄ ^3-}

=

γ_Mg ²⁺C_T,M2α Mg²⁺γ_{NH4 +}C_T,NH3α_{nh4 +}γ_{PO4 3-}C_T,PO4α_{PO4 3-}

C_T,MGC_T,NH3C_T,PO4

가 Mg²⁺,NH₄ ⁺-N,PO₄ ^3--P상태로 각기 측정된 농도라면 용해도 적을 다음식으로 표현할수 있다.

P_s는 pH의 함수이며 최소값은 (

α_Mg ²⁺

) ×(

α_{NH4 +}

)×(

α_{PO4 3-}

)값이 최대일 때 일어난다.

이때 최소의 용해도 적 값은 pH 10.7에서 일어난다.

도 1 은 본 발명에 있어 고농도 질소만을 함유시 적용하는 공정도.

도 2 는 본 발명에 있어 유기물과 질소화합물 함유시 적용하는 공정도.

도 3 은 본 발명에 있어 고농도의 유기물,질소화합물 및 인을 함유시

적용하는 공정도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

(1) : 유입수 (2) : 혐기성 소화조

(3)(3') : 고액분리기 (4) : 암모니아 모니터

(5) : 분산제어 시스템 (6)(6') : pH 저장조

(9) : 스트루바이트 형성조 (10) : 마그네슘염 주입탱크

(11) : 인산염 주입탱크 (12) : 속도가변형 정량펌프

(13) : 한외여과막(UF) (14) : 스트루바이트 저장조

(16) : 탈질조 (17) : 질산화조

(18) : 유출수

이하 발명의 요지를 첨부된 도면에 연계시켜 그 구성과 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1 은 본 발명에 있어 고농도 질소만을 함유시 적용하는 공정이고,도 2 는 본 발명에 있어 유기물과 질소화합물 함유시 적용하는 공정도이며,도 3 은 본 발명에 있어 고농도의 유기물,질소화합물 및 인을 함유시 적용하는 공정도이다.

고농도의 질소만을 함유한 유입수(1)에서 암모니아 모니터(4)로 감지하고 분산제어 시스템(5)으로 마그네슘 저장탱크(10)와 인산염 저장탱크(11)에서 각각 속도가변형 정량펌프(12)로 스트루바이트 형성조(9)에 투입을 자동제어하고,pH저장조(6)에서도 pH 10.7로 조정하여 스트루바이트 형성조(9)로 보내 침전시켜 한외여과막(13)으로 여과한 후 농축액은 스트루바이트 저장조(14)로 저장시키고 투과수는 pH저장조(6')에서 pH를 중성영역으로 조절 최종 유출수(18)로 배출한다.

그리고 유기물과 질소화합물을 함유한 유입수(1)에 있어서 상기한 공정에서 pH저장조(6')에서 유출수(18)로 배출되는 사이에 탈질조(16)와 질산화조(17)를 설치하여 내,외부순환을 통하여 생물학적 탈질을 유도하여 고액분리조(3)를 통해 유출수(18)로 배출한다.

또한 고농도의 유기물질,질소화합물 및 인을 함유한 유입수(1)가 혐기성 소화조(2)와 고액분리조(3')를 통해 스트루바이트 형성조(9),한외여과막(13) 및 탈질조(16)와 질산화조(17)를 통해 최종침전지인 고액분리조(3)에서 침전된 슬러지를 전단의 혐기성 소화조(2)로 반송하여 용출시킨다.

도면중 미설명 부호 (7)(7')는 수소이온농도 지시,제어기(pHIC),(8)은 가성소다 탱크,(15)는 산 저장조이다.

이와같이 구성된 본 발명은 비료제조 공정을 포함하는 화학공장에서 배출되는 순수 암모니아성 질소화합물에 대해 적용할수 있는 공정으로 도 1 에 도시된 바와같이 유입수(1)에 존재하는 암모니아성 질소를 암모니아 모니터(4)를 통해 감지한 후 당량비를 계산한 프로그램이 내장된 분산제어 시스템(5)으로 마그네슘염 저장탱크(10)와 인산염 저장탱크(11)에 저장된 마그네슘염,인산염 용액을 각각의 속도가변형 정량펌프(12)로 스트루바이트 형성조(9)에 투입량을 자동제어함과 동시에 pH저장조(6)에서는 산을, 가성소다 탱크(8)에서는 가성소다를 수소이온농도 지시,제어기(7)로 조정하여 pH가 10.7이 되도록하여 스트루바이트 형성조(9)로 보내서 스트루바이트 침전이 일어나게 되고 이 침전물이 한외여과막(13)을 통하여 농축된 농축액을 스트루바이트 저장조(14)에 저장하여 액비로 사용할수 있게 하고 한외여과막(13)에서 투과되는 투과수는 pH저장조(6')에서 산 저장조(15)의 산을 수소이온농도 지시,제어기(7')로 pH를 중성영역으로 조절하여 최종 유출수(18)로 배출시키는 것이다.

상기한 공정에서는 유기물질과 여분의 질소제거가 불가능하므로 유기물과 질소화합물이 함유된 유입수(1)는 도 2 에 도시된 바와같이 상기한 공정의 후단부에 설치된 pH저장조(6')에서 탈질조(16)와 질산화조(17) 및 고액분리조(3)에서 내부순환과 외부순환을 통하여 생물학적 탈질을 유도하여 유기물질과 여분의 질소를 제거하여 고액분리조(3)에서 최종적으로 유출수(18)를 배출시키는 것이다.

또한 고농도의 유기물질과 질소화합물 및 인을 함유한 유입수(1)는 도 3 에 도시된 바와같이 유입수(1)가 혐기성 소화조(2)에 유입되면 유입수(1) 내에 존재하는 암모늄기의 질소(NH₄ ⁺-N)와 인산기의 인(PO₄ ^3--P)이 유입수(1)내에 존재하는 유기물질을 소모하면서 용출된다.

혐기성 소화조(2)에서 고액분리조(3')를 통해 상기와 동일한 공정을 거치면서 혐기성 소화조(2)에서 용출된 인과 암모니성 질소를 후단의 스트루바이트 형성조(9)에서 평균적인 당량비를 설정한 후 부족분의 마그네슘염과 인산염을 마그네슘염 주입탱크(10)와 인산염 주입탱크(11)에서 공급받아 결정이 형성되도록 하고 여분의 유기물질과 질소는 pH저장조(6')의 후단의 탈질조(16)와 질산화조(17)를 이용하여 제거한다.

이와함께 유출수중에 존재하는 인농도를 감소시키기 위하여 탈질조(16)와 질산화조(17)의 후단에 설치된 최종침전지인 고액분리조(3)에 침전된 슬러지를 전단의 혐기성 소화조(2)로 반송하여 용출시킨다.

그러므로 본 발명은 하,폐수에 존재하는 고농도의 유기물질과 질소화합물 및 인을 pH 10.7에서 스트루바이트 결정을 형성하도록 하여 경제적으로 제거시킬수 있게 한 효과가 있으며 암모니아성 질소의 농도를 감지하여 분산제어 시스템 등의 자동제어장치로 약품의 주입 등을 자동화시켜 작업효율을 증대시킨 매우 유용한 방법을 창출한 것이다.

Claims

유입수(1)에서 암모니아 모니터(4)로 감지하고 분산제어 시스템(5)으로 마그네슘 저장탱크(10)와 인산염 저장탱크(11)에서 각각 속도가변형 정량펌프(12)로 스트루바이트 형성조(9)에 투입을 자동제어하고,pH저장조(6)에서도 pH 10.7로 조정하여 스트루바이트 형성조(9)로 보내 침전시켜 한외여과막(13)으로 농축액은 스트루바이트 저장조(14)로 저장시키고 투과수는 pH저장조(6')에서 pH를 중성영역으로 조절 최종 유출수(18)로 배출시켜 고농도의 질소를 함유한 유입수를 정화시킬수 있게한 것을 특징으로 하는 스트루바이트 침전을 이용한 하,폐수 정화방법.
제 1 항에 있어서,

pH저장조(6')의 후단에 탈질조(16)와 질산화조(17) 및 고액분리조(3)를 설치하여 내,외부순환을 통하여 생물학적 탈질을 유도하여 고액분리조(3)를 통해 유출수(18)로 배출시켜 유기물과 질소화합물을 함유한 유입수를 정화시킬수 있게한 것을 특징으로 하는 스트루바이트 침전을 이용한 하,폐수 정화방법.
제 1 항 내지 제 2 항에 있어서,

유입수(1)가 혐기성 소화조(2)와 고액분리조(3')를 통해 pH저장조(6),스트루바이트 형성조(9),한외여과막(13),pH저장조(6'),탈질조(16) 및 질산화조(17)를 통해 최종침전지인 고액분리조(3)에서 침전된 슬러지를 전단의 혐기성 소화조(2)로 반송,용출시켜 유출수(18)로 배출시켜 고농도의 유기물질,질소화합물 및 인을 함유한 유입수를 정화시킬수 있게한 것을 특징으로 하는 스트루바이트 침전을 이용한 하,폐수 정화방법.