KR20000053172A - 수처리 공정 - Google Patents

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Abstract

화학적 환원성 용존 유기 및 무기 오염물과 입자 또는 콜로이드 형태의 현탁물을 함유하는 폐수 처리방법. 이러한 방법은 철 또는 제 1 철 시약에 의해 수행된 산화환원 환원반응을 촉매하는, Cu, Pd, Pt, Au, Ag, 및 Ni와 같은 촉진제 금속, 또는 이들 금속의 옥사이드, 설파이드 및 기타 불용성 화합물의 존재하에, 물을 금속 철 또는 제 1 철 이온(Fe2+), 또는 이들의 혼합물과 접촉시키는 단계를 포함한다. 최종 철 산화 산물로서 제 2 철(Fe3+)의 생성은 수성상으로부터 현탁 고체와 입상 고체의 동시 응집 및 침전을 허용한다. 주요 환원반응 외에, 시스템은 포스페이트 및 수소 설파이드와 같은 특정 표적 오염물의 동시 제거를 허용하는 현장 생성된 제 1 철 및 제 2 철 이온을 수반하는 다수의 2차 반응을 수행한다. 본 발명에 따른 처리의 순효과는 용해, 콜로이드 또는 입자 형태로 폐수 스트림에 존재하는 광범위의 탄소, 질소 및 기타 표적화 오염물의 감소 및 반응과 물리적 공정의 일반적으로 복잡한 세트를 통해 비-용이 생분해성 오염물의, ″연화″로 통칭되는 화학적 전환이다. 결과적으로, 통상적인 생물학적 처리에 앞서 또는 이와 병행하여 공정을 이행하면 자본 투자와 운영비면에서 생물학적 처리가 더욱 실행 가능하고 더욱 효율적이며 더욱 경제적이 되며, 또한 최종 방출수가 환경적인 요구조건과 더욱 부합하게 된다.

Description

수처리 공정{WATER TREATMENT PROCESS}
본 발명의 공정은 특히 고농도의 현탁 입자와 함께, 거대분자로 통칭되는 대분자량의 복잡한 유기 오염물 고농도를 함유하고 추후에 표준 생물학적 공정만을 사용해서는 완전히 처리하기가 곤란한, 목재, 목재 패널, 페이퍼-펄프 및 제지산업으로부터의 폐수, 및 무두질 공장, 모터 오일 또는 올리브 오일과 같은 폐유, 염색공장, 섬유, 직물 및 기타 산업으로부터의 유출물 처리에 특히 유리하다. 이러한 공정의 더욱 구체적인 적용은 통상적인 생물학적 방법에 의해 손쉽게 제거시킬 수 있는 질소질 및 할로겐화 유기 오염물의 환원성 절단이다. 본 공정의 다른 적용은 침전에 의해 손쉽게 제거시킬 수 있는 불용성 화합물 형태의 화학적 포획에 의한 나이트레이트, 나이트라이트 및 포스페이트와 같은 무기 종의 제거이다. 본원에서 제안되는 처리의 순효과는 주어진 폐수 스트림에 존재하는 오염물의 전체 로드의 감소 및 산화환원 반응의 일반적인 복잡한 세트를 통한 비-용이 생분해성 오염물의 화학적 전환(″연화″로 통칭)이며 이에 따라 스트림은 탈질화 및 활성 슬러지 시스템과 같은 통상적인 혐기성 및 호기성 생물학적 처리 공정에 의해 추후에 더욱 완전하고 더욱 효과적이며 저렴한 비용으로 처리된다.
목재 처리 및 제지와 같은 공업적 제조 공정의 다양한 단계에서, 다량의 물이 사용된다. 이러한 공정에 있어 물의 보존 또는 재사용에 상당한 개선이 이루어졌지만, 여전히 시스템으로부터 일정량의 폐수 방출이 필수이다. 가공 및 제조공장으로부터의 공정수 유출물은 종종 물, 용존 오염물 및 현탁액 중의 입상물질로 이루어진 유색의 혼탁하고 악취를 풍기는 액체이다. 이러한 공정 유출물을 다량 인접 스트림과 수괴로 버리면 후자의 오염을 일으킬 수 있고 그 중에서도 특히 물이 불쾌한 색과 냄새를 띠게 만든다.
산업폐수의 조성은 통상적으로 매우 복잡하며 종종 용존, 콜로이드 또는 입자 형태의 수십 종 또는 심지어 수백 종의 상이한 화학물질 종으로 구성되어 있다. 결과적으로, 특정 폐수 스트림의 전체적인 수질은 통상적으로, 공통 특성을 갖는 오염물(예를 들면, 탄소 화합물, 유기 질소, 현탁 고체, 유색, 유취 할로겐화 유기물, 모든 인, 모든 페놀 등)의 전 그룹의 전체 농도 및 생물종에 대한 특히 유해한 효과에 기인하여 특이적으로 표적화되는 개개 오염물(예를 들면, 각종 중금속 등)의 실제 농도를 나타내는 일괄 조성 파라미터를 병용하여 측정된다. 이러한 수질 마커 중에서, 산화성 탄소 유기 오염물의 전체 로드(소위 말하는 ″폐수강도″)는 가장 빈번하게 수질오염에 대한 주된 관심사를 이루며 따라서 대부분의 지역에서는 엄격히 규제되고 있다. 특정 폐수 시스템내 산화성 탄소 유기 오염물의 전체농도는 통상적으로 화학적 산소 요구량(COD) 및 생물학적 산소 요구량(BOD)으로 특징지어진다.
수성 샘플의 화학적 산소 요구량은 존재하는 모든 유기 탄소 오염물의 적어도 95%의 산화를 보장하는 표준반응 조건하에서 강력한 화학 산화제에 의한 유기 탄소 성분의 화학적 산화 중 산소 소비량의 측정치이다. 무기 종의 산화에 의한 간섭을 최소화하도록 주의를 기울일 때, COD를 이용하여 주어진 수성 시스템에 존재하는 유기 탄소의 총 농도를 비교적 정확하게 묘사할 수 있다.
수성 샘플의 생화학적 산소 요구량(BOD)은 호기성 미생물 배양에 의한 유기 탄소 성분의 생물학적 산화 중 산소 소비량의 측정치이며 수성 샘플을 일정시간 동안 적정 미생물 배양액과 접촉시키는 표준화 실험실 절차를 이용하여 측정된다. 생물학적 산화가 비교적 느린 과정이므로, 생성되는 BOD 값은 이용되는 접촉시간에 좌우된다. 5일간의 접촉기간이 통상적으로 사용되므로, ″5일 BOD 또는 BOD5″로 명명한다. 설파이드, 제 1 철, 및 환원된 형태의 질소(질소성 산소 요구량)와 같은 특정 무기 종의 동시 생물학적 산화에 의한 간섭을 최소화하도록 주의를 기울일 때, BOD는 주어진 수성 시스템에 존재하는 생분해성 유기 탄소의 전체 농도의 측정치로서 사용될 수 있다.
상기의 정의를 토대로, 주어진 폐수의 COD:BOD5비는 전체:생분해성 탄소 유기 오염물의 비를 나타내며 따라서 생분해성 지표로 사용될 수 있다. 높은 COD:BOD비는 활성 슬러지와 같은 통상적인 호기성 생물학적 처리 공정에 의해 처리될 수 없는 비-용이 생분해성 탄소 유기물이 고농도임을 암시한다.
비처리 산업폐수의 전형적인 COD 값은 400 내지 15,000 mg/L 범위인 반면, 상응하는 BOD5값은 80 내지 4,000 mg/L이다. 한편, 비처리 도시 하수에 대한 전형적인 COD 값은 400 내지 800 mg/L 범위이고 BOD5값은 150 내지 400 mg/L이다. 전형적인 산업폐수의 COD:BOD5비는 도시 하수에 대한 상응하는 값이고 따라서 통상적인 호기성 생물학적 공정에 의한 효과적인 추가처리를 허용하도록 산업 공정수 유출물의 예비처리를 위한 표적을 제공하는 2:1을 훨씬 초과함이 자명하다. 처리된 도시 유출물은 전형적으로 60 mg/L 부근의 COD 값을 갖고 BOD5는 15 mg/L을 갖는다(COD/BOD5=4:1).
통상의 생물학적 처리와는 별개로 공업제조 공정으로부터의 공정수 처리를 위한 다수의 물리화학적 공정이 제안되어 왔다. 여과법, 자외선, 퍼옥사이드 및 오존을 사용하는 개선된 산화, 역삼투, 다전해질, 석회 또는 알룸에 의한 침전, 용존 공기 부유, 탄소 흡착 등과 같은 이러한 비-생물학적 유출물 처리 공정은 그러한 스트림으로부터 용존 입상 오염물의 제거에는 효과적이지만 비교적 협소한 범위의 오염물만을 제거할 수 있어 부분적으로 효과적이거나 특히, 펄프 및 페이퍼 밀과 같이 다량의 폐수를 생성하는 공정으로부터의 산업 공정수 유출물 처리에 사용하기에는 엄청나게 고가이다. 다량의 화학약품의 비용, 높은 유지비 및 고가의 설비는 이들의 종종 제한된 범위와 함께 이들 제안된 해결책을 매력이 없게 만든다. 따라서, 효율이 높고, 광범위의 오염물을 제거할 수 있으며 여전히 낮은 투자비 및 운영비를 요하는 수처리 공정이 요망되어 왔다.
EP-A-0 151 120에는 수용액으로부터 중금속을 제거하는 방법에 대해 기재하고 있다. 이러한 방법은 중금속 이온과 수용액 자체에 형성되는 캐리어 침전물의 공침 단계를 포함한다.
염료제조 분야에서, 오염물을 포획하기 위해 제 2 철 하이드록사이드를 통해 오염수를 정제할 것을 제안하여 왔다. 금속 철은 1950년 이래로 응집제로서 제 2 철 하이드록사이드의 현장생산에 사용되어 왔다[참조문헌:Dr. H, Jung, Viersen, Ein Beitrag zur Reinigung der Abwasser der Textil und Lederindustrie(Niersverfahren). Ber. Abwassertechn. Vergg 3(1952)95; H.L. Bendel, Gerf Das PISTA -Eisungverfahren zur Wasser und Abwasserreinigung 72(1951)231]. 이러한 방법은 나중에 포기되었다.
문헌[참조:Korrespondenz Abwasser 3/87,page 238 서두]에는, pH 9에서 Fe(II) 및 칼슘 하이드록사이드를 사용하여 직물 산업으로부터의 유출물 탈색공정에 대해 기술되어 있다.
문헌[참조:IAWQ 1996, 2nd Specialized Conference on PRETREATMENT OF INDUSTRIAL WASTEWATERS″, Oct. 16-18, 1996, Athens, GREECE, H. Chua, etc. ″Decolorization of textile dyeing and finishing wastewater using electro-coagulation sequence pipe-reactors″]에는, 금속 철 전극이 있는 전기분해 셀에 의한 폐수중의 염료 탈색이 언급되어 있다. 전기분해 기구는 탈색을 위해 전류를 사용한다.
US 5 198 118에는 황동(Cu, Zn)을 함유하는 반응기에 이어 이온 교환 칼럼을 통해 폐수를 통과시킨 후 역삼투시키는 처리방법이 보고되어 있다.
US 4 548 718은 금속 시아나이드 착물과 유리 시아나이드 처리에 철과 황을 병용하는 것에 대해 기술하고 있다.
US 5 575 919에는 퍼옥사이드 존재하에 황 개질된 철 촉매를 사용하여 pH 5 내지 8.5에서 금속과 TOC를 제거하기 위한 수처리가 제안되어 있다.
US 5 411 664에는 Mg, Cu, Ni 및 Fe와 같은 다가 금속의 존재하에 할로겐화 유기 화합물을 환원시키고 분해하는 생물학적 공정에 대해 기술하고 있다.
US 4 194 973에서는 아릴-아조 또는 아릴-니트로 발색단을 환원분해하기 위하여 pH 5 내지 6.5에서 금속 철의 산화에 의해 현장 생성된 Fe(II)를 사용하고 있다. 이러한 방법은 또한 크롬을 침전시킨다. 이 방법은 폐수로부터 유기 로드를 제거하기 위해서가 아니라 탈색을 위해 생물학적 처리에 앞서 예비처리로서 적용된다.
전술한 바와 같이, 유출물 처리를 위한 이러한 각종 공정은 충분히 효율적이지 못하며, 대부분은 색, 시아나이드 및 금속과 같은 표적 오염물에 특이적으로 역점을 두고 있으며, 및/또는 상업적인 산업규모로 사용하기에는 비용이 너무 많이 든다.
본 발명은 수처리 공정, 좀더 구체적으로는 화학 환원성 용존 유기 및 무기 오염물과 입자 또는 콜로이드 형태의 현탁물을 함유하는 폐수 처리 공정에 관한 것이다.
본 발명에 따라, 철에 의한 환원반응을 촉진하는 원소 또는 화합물 형태의 촉진제 금속의 존재하에 물을 철과 접촉시킨 다음, 현탁 고체를 수성상으로부터 분리해 내는 단계를 포함하는, 오염물 함유 폐수 처리공정이 제공된다.
따라서, 오염수, 특히 화학적 환원성 용존 유기 및 무기 오염물 및 입자 또는 콜로이드 형태의 현탁물을 함유하는 오염수 처리공정이 제공되며, 이러한 공정은 물을 촉진제로서, 예를 들면, 철 또는 철 시약에 의해 수행된 산화환원 환원에 대한 촉매로서 작용하는 Cu, Pd, Pt, Au, Ag 및 Ni와 같은 촉진 금속의 존재하에 물을 금속 철 또는 제 1 철 이온(Fe2+), 또는 이의 혼합물과 접촉시키는 단계를 포함한다. 본 발명의 공정은 환원성 거대분자 물질을 함유하는 물의 처리에 특히 적당하다. 촉진 금속은 폐수중에 존재하는 오염물과의 착물형성 및/또는 수성상 중으로의 용해, 및 따라서 반응기로부터의 소실을 최소화하기 위하여, 쉐이빙, 스크랩 및 펠릿과 같은 순수 고체 금속, 또는 옥사이드 및 설파이드와 같은 금속의 불용성 화합물 형태로 존재할 수 있다. 촉진 금속은 Cu2+및 Ag2+와 같은 금속 양이온 적정 농도를 함유하는 수용액으로 금속 철을 예비처리 함으로써 금속 철 표면에 얇은 코팅층으로 침착될 수 있다.
철은 원소상 철, 철 화합물 또는 철광석 또는 천연광물 형태로 사용될 수 있다.
본 발명은 화학적 환원이 쉬운 용존 유기 및 무기 오염물과 입자 또는 콜로이드 형태의 현탁 입자를 함유하는 폐수의 효율적이고 실행적인 공정을 제공한다. 이러한 폐수의 예로는 무두질 공장, 염색공장, 섬유, 직물, 목재 및 제지산업 및 오일-오염(예를 들면, 모터 오일, 올리브 오일 등)수 스트림으로부터의 물 유출물을 들 수 있다. 이러한 유출물에 존재하는 용존 오염물의 종종 복잡한 화학 구조, 거대 분자량 및 산화 성질로 해서, 이러한 스트림은 통상적인 생물학적 폐수처리법으로는 보통 처리가 쉽지 않다. 한편, 이러한 유출물로부터 종종 고 로드의 입상물을 여과 또는 침강에 의해 제거하는 데는 통상적으로, 수성상으로부터 더욱 효과적으로 제거될 수 있는 거대 응집체로 소형 입자를 응집시키는 것을 촉진하기 위한 고가의 응집 보조제의 사용을 요한다.
본 발명에 따른 이러한 유출물 처리로 착물과 고 산화 용존 오염물이 화학적으로 환원되고 동시에, 추후에 추가 응집 보조제의 사용 없이 침강 또는 여과에 의해 용이하게 제거되는 현탁된 콜로이드상 및 입상 오염물이 응집된다. 처리의 전체적인 결과는 전체적인 탄소 및 질소 로드가 실질적으로 더 낮고, 현탁 고체의 농도가 실질적으로 더 낮으며 잔류 오염물 로드의 더 높은 생분해성을 암시하는 거의 항상 COD:BOD 비가 전형적으로 더 낮은 수성 스트림의 생성이다.
간헐적으로, 본원에서 기술된 공정에 의해 처리된 공정수 스트림은 추가처리 없이 제조공정에 재순환되고 재사용되기에 적당한 수질이다. 이러한 점은 다량의 물을 사용하는 제지산업 및 공정수 재순환이 종종 용존 공기 부유(DAF)와 같은 에너지 집약적 처리법의 사용을 수반하는 경우에 특히 중요하다. 그러나, 폐수 스트림의 천연 수괴로의 최종 폐기를 소망하는 경우, 통상적인 생물학적 처리법에 의한 추가처리가 통상적으로 요구된다. 이러한 경우에, 생물학적 처리에 앞서 또는 이와 병행하여 본 발명에 따른 공정을 폐수 스트림에 적용하면 생물학적 처리는 자본 투자와 운영비 면에서 더욱 실행 가능하고, 더욱 효율적이며 더욱 경제적이 되며, 또한 최종 방출수는 환경상의 요구조건과 더욱 부합되게 된다.
본 발명의 작동의 특정 이론에 구애됨이 없이, 공정은 금속 철이 그 자체는 제 1 철(Fe2+), 이어서 제 2 철(Fe3+) 이온으로 산화되는 환원제이고 반면에 오염물 분자상의 특정 친전자(″전자를 좋아하는″) 부위가 전자 수용체로 작용하여 환원되고 수소 이온(H+)과 전자의 동시 첨가에 의한 오염물의 부분 절단 메커니즘을 제공하는 산화환원 시스템을 수반하는 것으로 추정된다. 또한, 철 또는 제 1 철 이온과 접촉상태로 있는 촉진 금속의 존재는 이러한 철 이온으로부터 환원성 오염물로의 전자 전달에 요구되는 활성화 에너지를 감소시켜, 반응속도를 가속시키는 것으로 추측된다.
전체적인 반응도식은 다음과 같이 나타낼 수 있다.
반응식
Fe(s)- 2e- → Fe2+
Fe2+- e- → Fe3+
R1R2+ 2e- + 2H+→ R1H + R2H
상기식에서, R1R2는 두 그룹 R1과 R2간의 환원성 절단에 민감한 유기 분자이다.
중간체 철 산화 산물로서 과량 생성된 제 1 철 이온(Fe2+)은 용존 물질의 추가산화를 촉진할 수 있고, 사실상 황산 제 1 철과 같은 제 1 철 염은 촉진제 금속의 존재하에서 오염물의 화학적 환원을 위한 출발물질로서 당연히 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 방법에 있어서, 금속 철은 주로 폐수 중의 환원성 유기 오염물의 환원성 절단에 사용된다. 제 2 철(Fe3+)의 생성은 금속 철의 환원작용의 2차 효과에 불과하지만 생성된 제 2 철 이온온 편의상 폐수에 존재하는 현탁된 콜로이드상 및 입상 물질의 제거에서의 사용을 모색한다. 이러한 현탁 입자의 예로는 유출물이 목재 처리 및 제지산업으로부터 오는 경우, 목재 및 페이퍼 입자, 또는 피혁, 염료, 섬유 및 직물과 같은 기타 산업으로부터의 입상물질이 포함된다. 거대분자 오염물의 감소가 특히 중요하다. 이러한 현탁물질의 제거에는 전하 중화를 통한 입자 응집 및/또는 pH 7 내지 8.5에서 용이하게 형성되어 용액에서 침전되는 폐수에 존재하는 기타 금속의 불용성 하이드록사이드 및 불용성 제 1 철 및 제 2 철 하이드록사이드에 의한 포획이 수반된다. 결과적으로, 원치않는 금속 이온, 특히 원치않는 중금속 이온도 2차 효과로서 시스템에서 제거될 수 있다.
본 발명에 사용될 수 있는 촉진제 금속은 은, 니켈, 금, 백금 및 팔라듐을 포함한 통상적으로 귀금속으로 확인된 것들이지만 중요한 금속은 원소 주기율표의 동족에 속하지만 보통은 귀금속으로 취급되지 않는 구리이다. 다른 ″귀금속″, 예를 들면, 루테늄 또는 로듐이 사용될 수 있지만 실질적인 사용에는 지나치게 고가인 듯하다. 기타 금속 또한 반응을 촉진할 수 있다. 다른 금속이 적당한지 여부는 통상적으로 금속이 현저하게 반응성이지 않아야 하는 반응에 역효과를 주지 않는 지를 우선 입증함으로써 시험될 수 있다. 철/철 이온에 가능한 금속의 첨가는 이어서 철 단독과 비교하여 우수한 결과가 수득되는지 여부를 시사할 것이다.
활성화 또는 촉진 금속은 원소상 금속의 개개 입자 형태로 또는 추후 논의되는 바와 같이 표면에 또는 적어도 철의 표면 일부에 도금함으로써 포함시킬 수 있거나 금속 화합물로서 포함시킬 수 있다. 철의 활성 촉진용으로 유용한 활성화 금속의 화합물은 통상적으로 이용가능한 다수의 것들일 수 있다. 그러나, 화합물은 가장 바람직하게는 불용성 화합물, 특히 옥사이드 및 설파이드이다. 당해분야의 전문가는 특정 화합물 형태의 금속이 철을 활성화시킬 수 있을 거라는 가능성을 잘 알고 있으며 의심이 가면 간단한 시험으로 손쉽게 증명할 수 있다.
일반적으로, 상호 접촉하고 있는 둘 이상의 촉진 금속 및 철이 최저 분극 전위를 갖는 하나를 제외하고는 금속의 용해를 초래할 수 있으므로 단 하나의 촉진 금속만이 사용되게 된다. 그러나, 상이한 촉진 금속이 반응 시스템의 상이한 섹션에서 또는 심지어 동일 반응용기에서 사용될 수 있다.
활성화 금속:철의 비율은 촉진금속이 원소형태이냐 화합물 형태이냐에 따라 좌우될 수 있다. 통상적으로, 이러한 점은 원소형태로 측정된 금속:시스템내 원소상 철의 함량비, 즉 금속 화합물과 제 1 철 화합물의 맥락에서 금속 이온:제 1 철 이온의 비에 의해 측정될 것이다.
원소상 철의 중량을 기준으로 한 원소상 금속으로 측정한 촉진금속의 양은 극소량(촉매량) 내지 철의 50 중량%를 초과하는 양, 심지어는 1:1까지의 범위일 수 있다. 성분이 고체(예를 들면, 원소형태) 상태일 경우, 관련 인자는 접촉도, 즉, 촉진제 금속과 접촉하고 있는 철의 표면적일 수 있다. 상한이 얼마이든 간에 명백히 최종 시스템내에는 철의 유의량이 존재하여야 한다.
전술한 바와 같이, 촉진제 금속의 정확한 기능은 완전히 분명하지는 않다. 효과는 부분적으로는, 철의 환원 효과 증진 및 부분적으로는 원소상 철 →제 1 철 → 제 2 철 반응의 증진에 있을 수 있다. 중요한 점은 촉진제의 존재가 오염물 제거에 있어 철/제 1 철 이온의 효율을 증진한다는 점이다.
본 발명에 따른 처리는 공간 또는 시간 순서(각각 연속 처리 또는 뱃치식 처리)로 적용될 수 있는, 두 단계의 순서, 즉, 반응상, 이어서 뒤따르는 응집 고체 입자의 분리를 포함한다. 고체 입자의 제거는 가장 빈번하게는 침강에 의해 달성된다. 그럼에도 불구하고, 본 발명의 대안의 양태는 또한 여과 또는 부유와 같은 기타 적당한 분리기술을 사용할 수 있다.
설명되는 바와 같이 본 발명의 공정은 상이한 공업 공정 기원의 물 스트림 및 또한 하수 시스템으로부터의 폐수 등 광범위에 적용될 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 공정은 도시 하수, 목재 또는 목재 패널 산업, 제지 및 펄프 산업, 염료 처리, 섬유 또는 직물 산업, 무두질 공장, 천연 또는 합성 윤활제 또는 석유 기본 제품, 또는 식용유 제품의 생산으로부터의 유출물 처리에 사용될 수 있다. 본 발명의 공정은 오염물과 이의 물리적 형태에 따라 모든 오염수의 처리에서 동등하게 성공적일 수는 없다. 또한, 촉진 금속: 철의 비율은 한 시스템의 특정 성공에 영향을 미칠 수 있다. 그러나, 일반적으로, 본 발명의 시스템은 예를 들면, 제 1 철 화합물 또는 금속 철 자체를 사용하는 경우보다 물 또는 오염수 처리에 더욱 성공적일 것이다. 명백히, 특정 폐수의 경우, 최적의 이용가능한 오염제거 달성 조작을 위한 가장 성공적인 조건을 결정하기 위해 약간 간단한 시험이 필요할 수도 있다. 폐수가 콜로이드 또는 입자 형태의 불활성 현탁물질을 함유할 수 있는 한도까지, 이는 본 발명의 공정에 의해 달성되는 화학적 환원으로 생기는 특정 물질과 함께 공정의 작동에 의해 제거될 수 있다.
본 발명에서의 처리의 화학적 성질로 해서, 반응 중의 pH와 고체 분리 단계, 작동온도와 반응의 지속기간 및 고체 분리 단계와 같은 사용된 작동조건 세트는 처리의 전체 효율에 심각한 영향을 미칠 수 있다. 사실상, 사용된 작동 파라미터는 처리되는 특정 유출물에 맞추어야 할 것이다.
반응단계 중에 사용된 pH는 처리 중에 있는 폐수 스트림의 성질에 따라 고산성 내지 고알칼리성일 수 있다. 실질적인 제거를 위해서는 pH 9가 특히 유용하다. 그럼에도 불구하고, 고체 분리 단계 동안, 철이 수성상에서 최저 용해도를 보이는 것으로 알려져 있는 7 내지 8.5의 pH가 고체 분리 단계 중에 바람직하게 적용된다. 반응과 고체 제거를 위한 접촉시간은 유입 폐수내 용존 및 현탁 오염물의 정확한 성질 및 농도에 좌우된다. 반응 단계 중의 1 내지 180분의 접촉시간이 성공적으로 사용되었으며, 평균 접촉시간은 5 내지 20분이다. 후속 고체 분리에 사용된 체류시간은 사용되는 실제 기술에 따라 5 내지 180분 범위일 수 있다. 침강이 고체 분리 기술로 사용되는 본 발명의 특정 양태에서, 사용되는 전형적인 침강시간은 20 내지 60분이다. 사용되는 작동온도는 각종 화학반응의 동역학, 종의 용해도, 용액내 철과 기타 금속의 종형성 및 고체 입자 응집과 분리의 동역학에 영향을 미치며 주로 유입 폐수 스트림의 온도에 의해 결정된다. 5 내지 80℃의 작동온도가 성공적으로 사용되었다.
금속 철과 제 1 철 이온이 환원성 오염물의 환원에 완전히 이용되도록 보장하기 위해 가능한 한 반응기로부터 산소를 배제하는 것이 바람직하지만, 산소를 완전히 배제하기 위한 특수 수단을 강구할 필요는 없으며; 이러한 수단은 처리공정의 비용을 대폭 증가시키게 된다.
비록 재순환에 앞서 제지로부터의 공정수 처리와 같이, 본 발명의 공정이 독립형 처리로서 충분할 수 있는 특정 적용, 및 폐수 스트림을 천연 스트림 또는 수괴로 폐기하고자 하는 경우, 통상적인 호기성 및 혐기성 생물학적 방법에 의한 처리가 추후에(인근 도시 하수처리 시설내 현장에서 또는 현장외에서) 또는 본 발명의 공정과 병행하여 요구된다.
본 발명의 전형적인 양태에서, 본 발명의 공정은 생물학적 처리에 앞서 폐수 스트림의 예비처리에 적용된다. 작동양식(연속 유동 또는 뱃치) 및 시스템 구성 배치면에서 처리의 정확한 이행은 유입 폐수와 예비처리 대상의 성질에 따라 좌우된다. 일반적으로, 적용될 수 있는 다수의 시스템 배치가 존재한다.
본 발명을 첨부도면을 참조로하여 설명하며, 도 1은 생물학적 처리에 앞서 폐수의 예비처리를 위한 본 발명의 바람직한 양태에 따른 연속 유동 설비의 개략도를 나타낸다.
도 2는 OUR에 대한 본 발명에 따른 처리효과의 다이어그램을 나타낸다(비교 실시예 5).
본 발명에 따라 처리하고자 하는 폐수는 산업제조 공정에서 상이한 기원일 수 있다. 부분적인 폐수 스트림의 병합은 일반적으로 물의 순환이 혼합을 통해 보장되는 균일화 탱크에서 수행된다. 균일화 단계 후의 폐수의 pH는 일반적으로 8 내지 10이다.
도 1에 도시된 특정 처리 양태에서, 균일화 탱크(비도시)로부터의 물 A는 두 개의 반응기(10, 12), 각각 그 뒤에 침강에 의해 선행 반응기에서 응집된 고체의 분리를 위한 침강탱크(11,13)로 이루어진 4 개의 탱크(10,11,12,13)로 향한다. 하기의 논의를 단순화하기 위하여, 제 1 반응기-정화기 순서(10,11)을 1차 처리단계 또는 단계 1로 언급하고, 반면에 제 2 반응기-청화기 순서(12,13)를 주 처리단계 또는 단계 2로 언급한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 단계 2의 주 반응기(12)는 금속 철 고정층 타워를 포함한다.
공급물을 단계 2에서 최종 정화기(13)의 바닥으로부터 재순환된 제 2철 및 제 1 철 이온 및 탱크에 미리 로딩된 고체 형태의 촉진제(통상적으로 원소상 금속 형태)와 접촉되는 제 1 반응기(10)(단계 1)로 보낸다. 새로운 폐수가 촉진제 금속의 존재하에 주 반응기(12)(단계 2)로부터 재순환된 제 1 철 및 제 2 철 이온과 접촉되는 제 1 반응 단계를 처리순서에 편입시키면 유입 환원성 오염물의 화학적 연화, 미사용 폐수에 존재하는 콜로이드상 및 입상 현탁물의 응집과 제거 및 제 1 철 또는 제 2 철 이온과 반응하여 불용성 화합물을 형성할 수 있고 단계 1에서 정화기(11)내에 침강에 의해 제거되는, 수소 설파이드 및 포스페이트와 같은 특정 무기 오염물의 제거를 이끄는 환원 반응의 개시가 허용된다. 이러한 방식으로, 주어진 시스템 배치는 주 반응기 12(단계 2)에 생성된 제 1 철 및 제 2 철 이온의 불필요한 손실을 피하고, 따라서 부반응에서 부분적으로 손실되는 대신 주 반응기로 유입되는 환원성 유기 오염물의 환원성 절단 및 종종 두번째로 중요할 수 있는 입상 물질의 응집에 주로 사용될 단계 2에서 공급된 금속 철의 환원 및 응집능을 완전히 이용할 수 있게 한다. 제 1 반응 탱크(10)로부터의 배출구는 응집 고체의 최대 분획이 침강되고 슬러지 형태로 시스템으로부터 제거되면서 투명한 상등액이 주 반응기(12)(단계 2) 중으로 경사되는 제 1 정화기(11)로 향한다.
철/촉진제 혼합물과 오염물의 주 접촉은 주 반응기(12)(단계 2)내 고정층 타워에서 일어난다. 고정층은 쉐이빙, 스크랩, 필 또는 기타 유형의 펠릿 형태로 금속 철 입자를 함유한다. 이러한 철 폐기물의 사용은 유리하게 페기물 처리 공정비를 최소화한다. 그러나, 철 입자는 비교적 순수하여야 한다. 또한, 적당량의 촉진제가 층 전반에 걸쳐서 균일하게 분포되는 방식으로 층내 금속 철과 접촉된다.
주 반응기로부터의 액체는 오염물과 철/촉매 혼합물의 접촉을 성취하기 위해 철 층을 통해 연속적으로 펌핑된다. 층은 철로부터 환원성 오염물로의 높은 속도의 전자 유동을 달성하기 위하여 양호한 접촉 및 철층과 수성상 간의 충분히 큰 접촉면을 보장하도록 설계된다.
타워에서 배출되는 물은 반응산물 가운데서도 특히 제 1 철 및 제 2 철 이온과, 마찰에 의해 층으로부터 탈착되어 타워에서 씻겨나가는 소량의 미반응 금속 철 및 촉진제 고체 입자를 함유한다. 이러한 부분 반응되거나 완전 미반응된 철 종은 이어서 벌크 액체내 오염물 환원 반응을 촉진한다. 타워에서의 반응성 용해에 따라, 금속 철은 일정한 시간 간격에서 예를 들면, 시드 탱크(14,15)로부터 보충시킬 필요가 있다. 주 반응기(12)로부터의 배출구는 응집된 현탁 고체인 불용성 하이드록사이드가 침강하여 제 1 반응기(11)(단계 1) 중으로 재순환되는 최종 정화기(13)로 향하고 투명한 상등액 스트림(13)은 후속 생물학적 처리로 향하게 된다.
도 1에 개략적으로 도시된 처리 배치의 명백한 작동상의 장점에도 불구하고, 이는 본 발명 공정의 가능한 이행 중 하나에 불과하다. 도 1에서의 단계 2, 즉 침강이 뒤따르는 주 반응기는 시스템의 공학처리 단순화에 이용될 수 있다. 본 발명의 추가의 구체적인 양태는 균일화 탱크로부터의 액체를 재순환하는 단일 또는 다수의 철/촉진제 고정층 타워의 사용 또는 뒤에 단일 청청기가 뒤따르는 시리즈로 있는 이러한 타워의 캐스케이드의 사용을 포함할 수 있다. 다른 공정 배치는 여과, 부유 등, 및 이들의 조합과 같은 대안적의 입자 제거기술을 포함할 수 있다. 최종적으로, 본 발명의 공정은 폐수가 반응탱크 중으로 주기적으로 공급되고 특정 시간 동안 타워를 통해 액체의 재순환에 의해 달성되는 화학처리되는 순환성 뱃치식으로 적용될 수 있다. 반응 단계의 말미에, 타워를 통한 액체 펌핑이 중단되고 고체 침강이 특정 시간 동안 동일 탱크에서 일어나도록 한 후 슬러지를 탱크 바닥으로부터 및 투명한 상등액을 상부로부터 제거하여 완전한 사이클을 완료한다.
본 발명의 추가의 특정 양태에서, 본 발명의 공정은 동일 유닛에서 통상적인 생물학적 처리와 병행하여 적용될 수 있다. 앞서 논의된 생물학적 처리에 앞서 별도의 예비처리 적용으로, 유입 폐수와 처리 대상의 성질에 따라 다수의 가능한 시스템 배치가 존재한다.
본 발명의 특정 양태에서, 고정층은 철과 촉진제 외에도, 미생물 바이오필름의 부착과 성장을 위한 기질을 제공할 수 있는 충분한 표면적의 적당한 충진물을 함유할 수 있다. 호기성 조건하의 시스템 작동은 복잡한 산화 오염물을 환원시킬 수 있는 혐기성 미생물 배양액의 성장을 촉진하여, 동일 유닛에서 기능하는 동시 화학 및 생물학적 환원 메커니즘을 이용한다. 호기성 조건하의 이러한 타워의 작동은 호기성 미생물 배양액의 성장을 촉진하고, 철/촉진제 시스템에 의한 오염물의 동시 환원성 절단 및 동일 유닛에서 생성되는 더욱 용이한 생분해성 오염물의 생물학적 산화를 허용할 것이다. 활성탄 또는 기타 다공성 흡착제가 미생물 지지 매질로 사용되는 본 발명의 추가의 특정 양태에서, 리그닌 및 셀룰로스와 같은 복잡한 오염물은 흡착제 표면에 흡착되어 장기간 동안 타워에 잔류하게 될 것이고 이에 따라 철/촉진제 혼합물 및 미생물 배양액과 장기간 접촉이 이루어지게 되고 아마도 CO2및 물과 같은 최종 산화물로 더욱 완전히 분해되게 된다.
폐수 스트림에 존재하는 오염물의 동시 화학 및 생물학적 분해를 위한 본 발명의 추가의 특정 양태는 탈질화 또는 활성 슬러지 탱크와 같은 통상적인 생물학적 처리 순서로 특정 단계에서 액체를 재순환 처리하기 위해 철/촉진제 고정층 타워를 사용하는 것이다.
본 발명은 일련의 실시예에서 설명된다. 실시예에 설명된 포인트를 기준으로 하여 이들 실시예를 4 가지의 명백한 부류의 그룹으로 나눌 수 있다:
I. 관련 선행기술로부터의 결과와 비교
II. 상이한 유형의 산업폐수에 대한 처리 실행 가능성
III. 작동조건 범위하에서의 공정 실행 가능성
IV. 다운스트림 또는 병행적인 생물학적 처리 증진을 위한 공정 이행
하기 논의된 실시예의 개요를 표 1a 내지 1d에 나타내었다.
실시예 번호 토의 산업 코멘트
I 선행기술로부터의 결과와 비교
1 Fe(II) 대 Fe(II)/Cu 처리로부터의 잔류 COD 페이퍼 밀 표준에 비해 Cu 존재하에서 더 높은 COD 제거 효율
2 Fe 대 Fe/Ag 대 Fe/Cu 대 Fe/Ni 대 Fe/Au 처리로부터의 잔류 COD 재순환뉴스프린트 밀 표준에 비해 귀금속 존재하에서 더 높은 COD 제거 효율
3 Fe 대 Fe(II) 대 Fe(III) 대 Fe/Cu 처리로부터의 잔류 COD 및 생분해성 합판, 파티클 보드 제조 표준처리에 비해 귀금속 존재하에서 더 높은 COD 제거효율 및 잔류 생분해성
4 Fe(II) 대 Fe/Cu 처리로부터의 잔류 COD, BOD 및 COD:BOD 비 티슈 페이퍼 밀 표준 Fe(II) 처리에 비해 Cu 존재하에서 실질적으로 더 높은 COD, 그러나 더 낮은 BOD 제거효율, 결과적으로 실질적으로 더 낮은 COD:BOD 비
5 Fe(II)/Fe(III) 대 Fe/Cu 처리한 샘플에서의 산소 흡수율 합판, 파티클 보드 제조 더욱 용이하게 생분해된 오염물의 형성을 암시하는, Fe/Cu 존재하에서 처리한 샘플의 OUR의 현저한 향상
실시예 번호 토의 산업 코멘트
II. 상이한 유형의 산업폐수에 대한 처리 가능성
6 6.16.26.36.46.56.6 재순환뉴스프린트목재석유화학 제품염색공장식품가공하수 다수의 상이한 파라미터(COD, BOD, COD:BOD, SS, 색, 냄새, NH4, NO3, NO2, 페놀, AOX 등)에 대한 본 출원인의 처리의 효과를 나타냄. 모든 샘플에서 상이한 성질의 광범위 오염물의 동시제거를 보임
실시예 번호 토의 산업 코멘트
III. 작동조건 범위하에서 공정작업
7 pH 5.5, 7.0 및 10.5에서 Fe(II)/Cu 처리로부터의 잔류 COD, BOD, COD:BOD 및 색 재순환뉴스프린트 밀(드럼-여과 유출물) 모든 경우에서 실질적인 COD, BOD 및 색 제거 및 동시적인 COD:BOD 향상
8 5분 대 20분 대 1.5 시간의 접촉시간에서 Fe(II)/Cu 처리로부터의 잔류 COD 중간밀도 화이버보드 제조 COD 제거효율이 접촉시간에 따라 증가. 5분 정도의 적은 반응시간으로 50% 이상의 COD 제거 달성
9 1.3:1 대 2:1 대 4:1 w/w의 Fe:Cu로 Fe(II)/Cu 처리로부터의 잔류 COD 재순환뉴스프린트 밀 COD 제거효율에 대한 Fe:Cu 비의 효과없음
실시예 번호 토의 산업 코멘트
IV. 다운스트림 또는 병행 생물학적 처리 증진을 위한 공정이행
10 산업적 규모 적용: 생물학적 처리에 앞서 산업 공정수의 예비처리를 제공하기 위한 본 발명의 공정 개장효과 식품 가공공장 본 발명의 공정에 의한 예비처리 적용으로 생물학적 처리에 앞서 60% COD 제거가 이루어지고 따라서 후자의 역량을 유출물 수질의 저하없이 10에서 20 m3/d로 배가시킨다.
11 본 발명의 공정에 의한 병행처리 존재하 대 부재하 공정수 유출물의 시험규모 생물학적 처리 합판, 파티클 보드 제조로부터의 예비 정화 유출물 최종 유출물 COD는 50%까지 향상, 병행한 화학 및 생물학적 처리에 의해 달성된 압도적으로 더 낮은 NH4-N 및 페놀 수준
12 시험규모 적용: 완전한 생물학적 처리에 앞서 본 발명의 공정에 의한 예비처리를 이용함으로써 생성된 최종 유출물 수질 재순환뉴스프린트 밀원료 유출물 물의 제조공정으로의 재순환을 허용하는 매우 높은 최종 유출물 수질
I. 선행기술로부터의 결과와 비교
이러한 부류의 실시예는 고체 금속 형태의 촉진제 금속 촉매 또는 이를 함유하는 불용성 화합물을, 제 1 철(Fe2+) 염이 환원/응집용으로 사용되고 제 2 철(Fe3+) 염이 응집용으로 단독으로 사용되는 널리 이용되고 있는 표준 정수기술에 혼입시키면 처리 폐수의 COD 제거 및 생분해성 모두에서 공정 효율을 향상시킴을 설명한다. 처리 결과를 또한, 당해분야에서는 표준의 일반적인 정수법에는 사용되지 않고 침전이나 생물학적 산화에 의해 추후 제거될 수 있도록 특정 오염물의 환원성 분해용으로만 사용되는 금속 철을 단독으로 사용하여 수득된 것들과 비교한다.
실시예 1
드럼 여과에 의한 표준 1차 처리로부터의 공정수 유출물은 COD가 1,500 mg/L이다. 이러한 폐수 스트림의 샘플을 본 발명에 따라 하기와 같이 처리한다:
이러한 폐수 200 mL를 동일 용기에 넣고 상이한 양의 제 1 철(Fe2+) 염 및 금속 구리 쉐이빙을 각각의 용기에 가한다(표 2의 결과 참조). 용기를 마개를 닫고 5분간 진탕시킨다. 이어서, 각 용기내 용액의 pH를 8.5로 조정하고 처리 샘플을 20분간 정치시키면, 침강이 일어난다. 각 처리 샘플의 상등액 층을 분석한 결과 다음과 같은 결과가 수득되었다:
용기 번호 사용된 FeSO4(mg/L) 사용된Cu 중량(g) 최종 COD(mg/L) % COD 제거
1 90 0 1,300 14
2 90 100 850 44
3 0 100 1,330 12
제 1 철 이온과 금속 구리의 혼합물이 사용되는(용기 번호 2) 본 발명에 따른 처리로 제 1 철 이온 또는 금속 구리가 단독으로 사용되었을 때(용기 번호 1 및 3) 보다 최초의 폐수로부터 COD가 실질적으로 더 많이 제거된다.
실시예 2
출발물질로서 100% 재활용지를 이용하는 뉴스프린트 밀로부터의 공정수 유출물은 드럼 여과시 회색의 탁한 색, 강한 냄새 및 1,650 mg/L의 COD를 보인다. 이러한 폐수 스트림의 샘플을 본 발명에 따라 및 후술하는 바와 같이 금속 철 단독으로 처리한다:
이러한 폐수의 pH를 먼저 5.5로 조정한다. 이어서, 200 mL의 샘플을 각각 Cu, CuS, Ag, 및 Ni 그룹 중에서 선택된 상이한 촉진제 금속 또는 금속 설파이드와 함께 철 쉐이빙 200 g을 함유하는 4개의 동일 폐쇄 용기에 넣는다. 추가로 200 mL의 샘플을 철 쉐이빙 200 g만을 함유하는 5번째 동일 용기에 넣는다. 5개의 용기를 마개를 닫고 20분간 진탕시킨 후, 각 용액의 pH를 8.5로 조정하여 처리 샘플을 20분간 정치시키면 침강이 일어난다. 침강기간 말미에, 샘플내 상등액 층은 무취, 투명 및 거의 무색이 된다. 각각의 용기에서 다음과 같은 COD 제거효율이 달성되었다.
용기 번호 사용된 촉진제 % COD 제거
1 Cu 52
2 CuS 52
3 Ag 46
4 Ni 31
5 촉진제 없음 27
자명한 바와 같이, 본 발명에 따른 촉진제 금속의 반응기내 첨가(용기 번호 1 내지 4)로 금속 철 단독 사용에 의해 수득된 결과(용기 번호 5)에 비해 COD 제거효율이 더 높게된다. 촉진제 첨가로 생성된 실질적인 처리 증진은 Ni(용기 번호 4)의 경우 경미한 것에서부터 Cu 및 CuS(용기 번호 1과 2)의 경우 상당한 것에 이르기까지 걸쳐있다. 따라서, 사용된 촉진제의 성질이 또한 중요하다. 순수한 금속으로서 (용기 번호 1) 및 설파이드로서(용기 번호 2) Cu의 사용은 동일한 결과를 산출하였음에 주목하여야 한다. 그러나, CuS는 물에 더 불용성이고 폐수에 존재하는 오염물에 의한 착물 형성 및 가용화에 더욱 저항성이다.
실시예 3
목재 패널(합판, 파티클 보드, 둥근 목재 등) 제조공장으로부터의 병합 유출물은 COD가 14,480 mg/L인 유색용액에서 매우 혼탁하고 어두운 적색을 띤다. 이러한 유출물 샘플을 본 발명에 따른 공정 및 선행기술에 기초한 표준처리법으로 처리한다.
실시예 3.1
폐수의 pH를 먼저 9.5로 조정한 다음 샘플 200 mL를 Cu 쉐이빙 100 g과 함께 철 쉐이빙 200 g을 함유하는 용기에 넣는다. 용기의 마개를 닫고 5분간 진탕시킨 후 용액의 pH를 8.5로 조정한 다음 처리 샘플을 20분간 정치시켜 고체 입자를 침강시킨다. 침강기간 말미에, 상등액은 원료 샘플의 것에 비해 79% 제거에 대해 COD가 3,100 mg/L이었다.
비교 실시예 3.2
폐수의 pH를 9.5로 조정하고 샘플 200 mL를 금속 철이나 구리를 함유하지 않는 것을 제외하고는 실시예 3.1에서와 동일한 3개의 용기에 넣는다. FeCl390 mg/L를 제 1 용기에, FeSO490 mg/L를 제 2 용기에 및 금속 철 쉐이빙 100 g을 제 3 용기에 가한다. 용기를 마개를 닫고 5분간 진탕시킨 후 용액의 pH를 8.5로 조정한 다음 처리 샘플내 고체를 20분간 침강시킨다. 침강기간 말미에, 3개의 용액내 상등액은 COD가 다음과 같았다:
용기 번호 시약 용량 최종 COD(mg/L) % COD 제거
1 90 mg/L FeCl3 6,000 59
2 90 mg/L FeSO4 6,000 59
3 100 mg 금속 철 6,680 54
실시예 3.1과 3.2에서 수득된 결과를 비교함으로써, 본 발명에 따른 공정이 촉진제 부재하에 환원 및/또는 응집을 위한 표준형태로 철이 사용될 때보다 최초의 폐수로부터 현저히 높은 COD 제거를 함이 자명해진다.
또한, 별도로 각 샘플에 대해 측정된 산소 흡수율(OUR)로부터 자명해지는 바와 같이, 촉진제 존재하에 처리된 샘플은 촉진제 부재하에 처리된 것들보다 훨씬 더 강렬한 생물학적 활성을 보이는데 이는 전자에서(실시예 5 참조) 용이한 생분해성 오염물의 농도가 더 높다는 것을 시사한다. 이러한 점은 본 발명에 따른 샘플 예비처리가 소형의 생물학적 처리 설비를 요하게 될 뿐만 아니라 바이오매스에 의한 잔류 오염물의 더 수월한 동화, 및 따라서 최종 폐 스트림의 좀 더 높은 수질을 허용하므로 최종 폐기 전에 표준 생물학적 방법에 의한 후속 폐수처리에 중요하다.
실시예 4
다음과 같은 특성을 갖는, 페이퍼 밀로부터의 물의 혼합 샘플을 본 발명에 따라 처리한다.
COD = 1,500 mg/L
BOD = 475 mg/L
COD:BOD = 3.1:1
실시예 4.1
본 샘플의 pH를 10.5로 조정한다. 샘플을 7 m3용량의 탱크에 넣고, 여기에서 구리 쉐이빙 15 kg 및 폐수와 혼합한 철 쉐이빙 50 kg을 함유하는 160 L 용량의 고정층 타워를 타워를 통해 또는 약 25분간의 접촉시간 동안 재순환시킨다. 이어서, 샘플을 용액의 색이 Fe3+로 인해 갈색으로 될 때까지 약 25분(접촉시간) 동안 통기시킨다. 용액을 정치시키면 침강이 일어난다. 상부상은 무색, 투명, 무취이며 다음과 같은 특성을 보유한다:
COD = 470 mg/L(69% 제거)
BOD = 160 mg/L(67% 제거)
COD:BOD = 3:1
비교 실시예 4.2
갈색의 유취성 원료 폐수 샘플 250 mL를 pH 10.5로 조정한다. 이어서 이 샘플에 FeSO490 mg/L를 가한다. 혼합물을 25분간 교반하고 이어서 추가로 25분간 공기로 통기시킨다. 이어서, 혼합물을 정치시키면 침강이 일어나고, 이렇게 한 후 상부상을 수집한다. 생성되는 상부상의 특성은 다음과 같다:
COD = 1,133 mg/L(25% 제거)
BOD = 130 mg/L(73% 제거)
COD:BOD = 8.7:1
이러한 상부상은 또한 황색을 띤다.
본 실시예로부터, 정수에 철의 가장 널리 사용되고 환원 및 응집 모두 될 수 있는 형태인 Fe(II)의 적용에 대해 비교하였을 때, 본 발명에 따른 방법은 비교적 높은 COD 제거, 그러나 비교적 낮은 BOD 제거효율을 나타냄이 자명해진다. 이러한 사실은 전자보다 덜 생분해성 유기물을 제거하거나 최초의 폐수에 존재하는 비-생분해성 COD의 대분획을 생분해성 유기물로 화학적으로 변환시킴을 시사한다. 어느 경우에도, 양 방법 모두 생물학적 처리에 앞서 예비처리로서 사용되므로, 본 발명에 따라 처리된 샘플은 탄소질 유기 오염물(COD)의 더 낮은 전체 로드를 가질 뿐만 아니라 Fe(II) 염을 사용하는 표준방법에 의해 처리된 것보다 생물학적 처리에 앞서 생분해성 유기물(낮은 COD:BOD 비)의 고분획을 함유할 것이다. 이어서, 이는 소형 생물학적 처리 설비 및 그들내 바이오매스의 더욱 효과적인 작업으로 이동된다.
실시예 5
목재 패널 제조공장으로부터의 혼합 샘플은 어두운 갈색을 띠며 유취성이고 다음과 같은 특성을 지니며 본 발명에 따라 처리한다.
COD = 14,480 mg/L
BOD = 4,530 mg/L
실시예 5.1
본 샘플의 pH를 10.5로 조정한다. 샘플을 구리 쉐이빙 100 g과 혼합한 철 쉐이빙 200 g을 함유하는 폐쇄용기에 넣고 25분간 진탕시킨다. 이어서, 샘플을 25분간 통기시키고 정치시키면 침강이 일어난다. 이러한 상부상은 무색, 투명 및 무취하다.
비교 실시예 5.2
진한 갈색의 유취성 샘플 250 mL를 pH 10.5로 조정한 다음 철과 구리를 함유하지 않는 실시예 5.1의 것과 동일한 두 개의 빈 용기에 넣는다. 45 mg/L 양의 FeSO4를 제 1 용기에 가하고 45 mg/L의 FeCl3를 제 2 용기에 가한다. 두 용기 중의 용액을 25분간 교반한 다음, 추가로 25분간 공기와 혼합하고 최종적으로 20분간 정치시키면 침강이 일어나며, 두 용기내 상등액 층을 수집한다.
실시예 5.1에서(즉, Fe/Cu에 의해) 및 5.2에서(즉, Fe2+또는 Fe3+단독으로) 처리된 동량의 정화 샘플을 각각 미생물의 생물학적 활성 배양액에 의한 지방 도시 하수처리 공장으로부터의 예비 정화 도시 폐수 200 mL를 함유하는 3개의 용기(각 용기내 상이한 예비 처리 샘플)에 가한다. 예비 정화 도시 하수 200 mL만을 함유하는 제 4 용기를 실험용 표준으로 사용한다. 4개의 용기에는 어떠한 추가 식품도 가하지 않으며, 이렇게 하여 각 샘플내 바이오매스는 도시 하수, 및 이에 첨가된 3개의 예비처리 산업 폐기물 샘플에 존재하는 오염물만을 소비하여 성장할 수 있다. 실험은 4일간에 걸쳐서 수행되며 이 기간 동안 각 반응기내 바이오매스 호흡률은 각 샘플에서 성장하는 미생물에 의해 산소 흡수율(OUR)을 측정하는 표준기술을 이용하여 매일 측정된다. 방법은 각 반응기내 액상을 일정수준의 용존산소(DO)(약 6 mg/L)로 산소화한 다음 시간에 따른 수성상내 생물학적 활성의 결과로서 DO 소비를 모니터링 하는 것으로 이루어진다. 이어서, OUR(산소 흡수율)을 다음과 같이 계산해낸다:
OUR[mg DO/(mg M/O*h) = 산소 소비[mg DO/L] / 시간[h] x 미생물(M/O) 농도[mg/L]
이러한 측정 결과를 도 2에 도시하였으며 OUR의 예비처리 효과를 보여준다.
곡선 1a는 본 발명에 따라 처리한 폐수에 대해 수득한 OUR 파라미터(실시예 5.1)에 해당하고 곡선 1b와 1c는 환원/응집을 위해 통상적인 Fe(II), Fe(III) 처리한 샘플에 대해 달성된 OUR 파라미터를 나타낸다(비교 실시예 5.2). 최종적으로, 검은색 영역은 공백으로 활성화된 도시 슬러지 단독에 대해 측정된 OUR 파라미터에 해당한다.
촉매 존재하에 금속 철에 의한 환원성 절단 및 현장 생성된 Fe(III)에 의한 침전을 포함한, 본 발명에 따른 처리 후 수득된 OUR이 Fe(III) 또는 Fe(III)만으로 처리한 폐수에 대한 것보다 높다는 점을 쉽게 알 수 있다. 명백히, 본 발명의 공정에 따른 폐수처리로 미생물이 더 활성화된다. 이는 거대분자 폐기물의 선행 화학적 분해(환원성 절단)의 결과로서 미생물에 더욱 쉽게 이용될 수 있는 자양물을 반영한다.
II. 상이한 유형의 폐수에 대한 처리 가능성
본 실시예 그룹은 본 발명에 따른 공정이 보드를 가로지르는 처리기술로서, 즉, 상이한 기원의 산업폐수 범위로부터 광범위의 용존 및 현탁 유기 및 무기 오염물(예를 들면, 할로겐화 유기물, 염료 등과 같은 이중 일부는 구조가 지나치게 복잡하거나 지나치게 산화되어 표준 호기성 생물학적 처리 기술에 의해 손쉽게 분해되지 않는다) 제거에 사용될 수 있다.
실시예 6
다양한 급원으로부터의 폐수 200 mL를 각각 구리 쉐이빙 100 g과 혼합된 철 쉐이빙 200 g을 함유하는 동일 용기 중으로 가한다. 용기를 마개를 닫고 5분간 진탕시킨 다음 이들 각각의 용액 pH를 8로 조정하여 처리 샘플을 20분간 정치시키면 침강이 일어난다. 침강기간 말미에, 3개의 샘플의 상등액 층을 분석한 결과 하기 실시예에서 논의된 결과가 수득되었다.
실시예 6.1
출발물질로서 100% 재활용지를 사용하는 뉴스프린트 밀로부터의 원료 공정수 유출물
파라미터 처리 전 처리 후 % 제거
COD(mg/L) 2,892 485 84
BOD5(mg/L) 242 159 34
COD:BOD 비 12:1 3:1
현탁 고체(mg/L) 1,760 40 98
냄새 강함 무취
색/혼탁도;440 nm에서 Abs(황색)500 nm에서 Abs(적색)600 nm에서 Abs(청색) 회색/혼탁2.82.42.4 담황색/투명1.110.690.58 617176
NH4-N(mg/L) 0.2 0 100
NO3-N(mg/L) 8.25 1.45 83
NO2-N(mg/L) 2.15 0.25 88
PO4-P(mg/L) 6.6 1.25 81
페놀(mg/L) 21.5 3 86
실시예 6.2
목재 제품 제조로부터의 원료 공정수 유출물
파라미터 처리 전 처리 후 % 제거
COD(mg/L) 2,868 960 67
색/혼탁도 진한 녹색/혼탁 담갈색/투명
AOX(㎍/L) 3 1.3 57
PO4-P(mg/L) 18 3 83
페놀(mg/L) 12 6.4 47
실시예 6.3
합성 및 석유계 모터 오일로 오염된 가솔린 스테이션으로부터의 세척물
파라미터 처리 전 처리 후 % 제거
COD(mg/L) 1,040 240 77
BOD(mg/L) 6 4 33
COD:BOD 비 173:1 60:1
현탁 고체(mg/L) 180 120 33
PO4-P(mg/L) 8.1 5.0 38
페놀(mg/L) 3.3 2.9 13
실시예 6.4
목재 염색공장으로부터의 유출물
파라미터 처리 전 처리 후 % 제거
색/혼탁도:440 nm에서의 Abs(황색)500 nm에서의 Abs(적색)600 nm에서의 Abs(청색) 진한 핑크색/투명0.330.320.25 무색/투명0.120.100.05 637079
실시예 6.5
유제품 가공공장으로부터의 원료 공정 유출물
파라미터 % 제거
COD(mg/L) 86
BOD5(mg/L) 35
현탁 고체(mg/L) 88
NO3-N(mg/L) 100
NO3-N(mg/L) 75
PO4-P(mg/L) 91
페놀(mg/L) 91
비교 목적상, 환원 및 응집용 모두로 가장 일반적으로 사용되는 형태의 철인 Fe(II)의 특정 원료 공정 유출물에 대한 적용은 수성상으로부터의 지방 및 단백질 침전면에서 절대적으로 어떠한 효과도 미치지 않음에 주목하는 것이 중요하다. 대신, 본 발명의 목적은 처리 후 현탁 고체에서의 대폭적인 감소에 의해 자명해지는 바와 같이, 단백질과 지방의 실질적인 침전을 일으킬 수 있다.
실시예 6.6
도시 하수 처리 공장에 대한 병합 유입물
파라미터 처리 전 처리 후 % 제거
COD(mg/L) 1,410 155 89
BOD5(mg/L) 585 90 85
COD:BOD5비 2.4:1 1.7:1
현탁 고체(mg/L) 910 65 93
색/혼탁도:440 nm에서의 Abs(황색)500 nm에서의 Abs(적색)600 nm에서의 Abs(청색) 1.921.681.74 0.420.330.37 798079
NO3-N(mg/L) 2.5 0 100
NO2-N(mg/L) 3.5 1.5 57
PO4-P(mg/L) 22.6 7.5 67
페놀(mg/L) 1.8 1.4 32
실시예 6.1 내지 6.6에서 집합적으로 설명되는 바와 같이, 화학 반응 및 침강과 같은 물리적 메커니즘의 복잡한 네트워크의 동시작용에 의해, 본 발명에 따른 공정은 처리 후 실질적인 COD 감소에 의해 표시되는 바와 같이 수성상으로부터 광범위의 용존 및 현탁 탄소질 오염물을 제거할 수 있고(실시예 6.1 내지 6.3 및 6.5 내지 6.6), 처리 후 현저히 더 낮은 COD:BOD 비에 의해 암시되는 바와 같이 용이한 생분해성 탄소질 유기물 분획을 증가시킬 수 있으며(실시예 6.1, 6.3, 6.5, 6.6), 현탁 고체(실시예 6.1 내지 6.6), 색(실시예 6.1, 6.2, 6.4, 6.6), 냄새(실시예 6.1), 할로겐화 유기물(AOX)(실시예 6.2), 나이트라이트 및 나이트레이트(실시예 6.1, 6.5, 6.6) 및 포스페이트(실시예 6.1, 6.2, 6.3, 6.5 및 6.6)를 제거할 수 있다. 다수가 제거하기가 상당히 곤란하고 따라서 특수처리를 요하는(예를 들면, 색,
AOX, 나이트라이트 및 나이트레이트, 포스페이트 등) 상기 오염물 전부의 제거에 공정효율이 높다는 것이 특히 중요하다. 또한, 공정은 대부분의 미생물에 대한 유독성에 기인하여 생물학적 방법에 의해 처리하기가 매우 곤란하여 전세계 대부분의 지역에서 매우 엄격히 통제되고 있는 페놀을 고 효율(50 내지 90%)로 제거할 수 있다.
실시예 7
표준 드럼 여과에 의한 1차 처리 후 출발물질로서 100% 재활용지를 사용하는 뉴스프린트 밀로부터의 병합 공정수 유출물을 반응 단계 동안 3가지 상이한 pH에서 본 발명에 따른 공정에 의해 추가처리한다.
주어진 폐수의 3개의 200 mL 샘플을 각각 구리 쉐이빙 100 g과 혼합된 철 쉐이빙 200 g을 함유하는 동일 용기에 넣는다. 제 1 용기내 pH를 5.5로, 제 2 용기는 7로 및 제 3 용기는 10.5로 조정한다. 3개의 용기를 마개를 닫고 5분간 진탕시킨 후 이들 각각 중의 용액의 pH를 8로 조정한 다음 처리 샘플을 20분간 정치시키면 침강이 일어난다. 침강기간 말미에, 3개의 샘플의 상등액 층을 분석한 결과 다음과 같은 결과가 수득되었다:
파라미터 비처리 샘플 pH 5.5에서의 반응 pH 7.0에서의 반응 pH 10.5에서의 반응
값 (%) 제거 값 (%) 제거 값 (%) 제거
COD(mg/L) 1,656 800 52 900 46 1,120 33
BOD5(mg/L) 380 284 26 277 27 325 15
COD:BOD5 4.4:1 2.8:1 - 3.2:1 - 3.5:1 -
색/혼탁도:440 nm에서의 Abs 1.26 0.00 100 0.55 57 0.88 30
자명한 바와 같이, 반응상 동안 사용된 pH 값과는 무관하게, 본 발명에 따른 처리는 비처리 폐수에 존재하는 COD, BOD 및 색의 상당 분획을 제거하고 COD:BOD 비를 감소시키며, 즉, 다시 말하면, 폐수내 용이한 생분해성 오염물의 분획을 증가시킬 수 있다. 사실상, 관찰된 처리효율은 예상밖으로 높아, 사용된 초기 샘플이 측정 COD의 큰 원인이 되는 원료 유출물에 존재하는 현탁 고체의 최대 분획을 이미 제거시킨 드럼 여과에 의해 예비처리된 것으로 생각된다. 따라서, 이러한 특정 실시예에서, 본 발명의 공정은 주로 용존 오염물에 작용한다.
실시예 8
중간 밀도 화이버보드(MDF) 제조공장으로부터의 공정수 유출물(COD = 12,710 mg/L)을 반응 단계 동안 3가지 상이한 접촉시간을 이용하여 본 발명에 따른 공정으로 처리한다.
주어진 폐수의 3개의 200 mL 샘플을 각각 구리 쉐이빙 100 g과 혼합된 철 쉐이빙 200 g을 함유하는 동일 용기에 넣는다. 3개의 용기를 마개를 닫고 첫 번째 것은 5분간, 두 번째 것은 25분간 및 세 번째 것은 1.5 시간 진탕시킨다. 접촉기간 말미에 용기 중의 용액의 pH를 8로 조정한 다음 처리 샘플을 20분간 정치시켜 침강에 의해 고체 분리가 일어나도록 한다. 침강기간 말미에, 3개의 샘플의 상등액 층을 분석한 결과 다음과 같은 결과가 수득되었다:
용기 번호 접촉시간 최종 COD(mg/L) % COD 제거
1 5분 6,090 52
2 25분 5,303 58
3 1.5 시간 4,395 65
상기 결과로부터 자명한 바와 같이, 처리효율은 예상대로 반응상에 사용된 접촉시간에 따라 증가한다. 그럼에도 불구하고, 심지어는 매우 짧은 접촉시간에서도 50% 이상의 COD 제거효율이 수득되었으며, 이는 사실상, 금속 촉진제의 부재하에 금속 또는 이온 형태의 철에 의한 환원 및/또는 응집에 사용된 접촉시간이 전형적으로 시간 또는 일 단위임을 고려하면 놀라운 일이다. 이러한 사실은 공정이 더 작고 훨씬 더 다용도성 설비 배치로 이행될 수 있으므로 공업적 규모 적용 공학에 매우 중요하다.
실시예 9
출발물질로 100% 재활용지를 사용하는 뉴스프린트 밀로부터의 원료 유출물(COD = 2,890 mg/L)을 반응단계 동안 3가지 상이한 철:촉매 비를 사용함으로써 본 발명에 따른 공정으로 처리한다.
먼저 폐수의 pH를 10.5로 조정한다. 이어서, 제 1 용기에서는 Fe:Cu 비가 1.3:1, 제 2 용기에서는 2:1 및 제 3 용기에서는 4:1이 되도록, 상이한 양의 구리 쉐이빙과 혼합된 철 쉐이빙 200 g을 각각 함유하는 동일 용기에 넣는다. 이어서, 용기를 마개를 닫고 5분간 진탕시킨다. 접촉기간 말미에, 용기내 용액의 pH를 8로 조정한 다음 처리 샘플을 20분간 정치시켜 침강에 의한 고체분리가 일어나게 한다. 침강기간 말미에, 3개 샘플의 상등액 층을 분석한 결과 다음과 같다:
용기 번호 Fe:Cu 최종 COD(mg/L) % COD 제거
1 1.3:1 w/w 393 87
2 2:1 w/w 383 87
3 4:1 w/w 385 87
상기 결과로부터 자명한 바와 같이, 반응 중에 사용된 철:촉진제 비와는 무관하게, 처리 말미에 관찰된 COD 제거효율은 동일하다. 따라서, 처리효율은 사용된 철:촉진제 비에 의해 제한되지 않으며, 이는 사실상, 촉진제에 대한 이론, 즉, 시스템내 촉진제 금속의 촉매 기능을 지지한다.
IV. 다운스트림 또는 병행 생물학적 처리 증진을 위한 공정 이행
이러한 부류의 실시예는 호기성 생물학적 분해와 함께 다운스트림으로 또는 병행하여 제안된 처리의 사용을 설명하며 상이한 기원의 산업폐수의 완전 처리를 위한 이들의 병행을 이행하는 장점을 논의한다.
실시예 10
특히 몇몇 유제품을 제조하는 식품 가공 공장내 유출물 처리 설비는 85 m3용량 통기 탱크, 그 뒤에 15 m3용량 침강 탱크로 이루어진 활성 슬러지 라인에서 달성되는 통상적인 생물학적 처리가 뒤따르는 균일화 탱크로 구성된다. 처리설비는 COD = 3,800 mg/L, BOD = 1,430 mg/L인 평균 수질의 유입 폐수로 수십 년간 최대 역량 10 m3/일로 작동되어 왔으며 COD = 65 mg/L, BOD = 50 mg/L인 평균 수질의 유출물이 생산되었다.
최근에 와서 공장생산 규모 확대는 유출물 처리 설비로 향하는 폐수 유량의 20 m3/일로의 배가를 가져왔다. 설비는 새로운 작동 유량에 대해 심하게 설계가 낙후되어 있기 때문에, 처리된 폐수의 수질이 상당히 악화되고, 사실상 처리는 인근 강으로의 폐기에 대한 지역 유출물 허용한계를 충족시킬 수 없다.
이러한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 공정이 기존 처리 설비에 개장되어 생물학적 처리에 앞서 유입 폐수의 예비처리를 제공하는 것이다. 예비처리는 균일화 탱크 곁에 철과 구리 쉐이빙의 혼합물을 함유하는 1.5 m3용량의 타워를 설치하고 균일화 탱크로부터의 액체를 6 m3/h의 속도로 타워를 통해 재순환시킴으로써 달성된다. 균일화 탱크로부터의 유출물은 생성 고체가 분리되도록 침강 탱크로 향하고 이어서 정화 스트림은 기존 생물학적 처리 단계로 공급된다. 본 폐수 예비처리 적용으로 생물학적 처리 단계에 앞서 유입 COD 로드의 60%가 제거되고 설비에 의해 생성된 최종 유출물의 수질은 COD = 50 mg/L, BOD = 40 mg/L이었으며, 이는 다시 한번 유출물 허용한계 이하에 있게 되며, 놀랍게도, 이전에는 1/2 유출물 유량으로 달성되었던 것보다 약간 더 양호하다.
결론적으로, 생물학적 처리에 앞서 화학적 예비처리를 제공하기 위하여 본 발명에 따른 공정의 성능이 떨어지는 처리 설비로의 개장으로 설비로의 폐수 유입율을 배가하면서, 동시에, 사실상, 기존 생물학적 처리 단계의 공간-소비 및 더욱 비용이 많이 드는 확장에 의지하지 않고도 유사하고, 사실상 다소 더 양호한 처리 유출물 수질이 된다. 본 발명의 이러한 특정의 산업규모 양태에서, 공정배치는 반응기, 그 뒤에 침강 탱크만으로, 즉 도 1의 단계 2만으로 구성되며, 여기에서, 사실상, 반응 탱크는 설비의 기존 균일화 탱크로 대체된다.
본 실시예에서 처리된 특정 폐수가 실시에 6.5에서 논의된 것이며, 두 실시에 간의 차이는 적용규모, 즉 탁상규모(실시예 6.5) 대 실질적인 산업규모(본 실시예)라는 점에 주목하여야 한다. 본 발명의 성공적인 적용에 비해, 특정 폐수처리 적용에 표준 Fe(II) 처리의 적용은 현탁액에서 주로 단백질과 지방 덩어리를 구성하는 현탁 고체에는 무시할 만한 영향을 준다.
실시예 11
본 발명은 생물학적 처리에 앞서 예비처리로서 사용된다기 보다는, 생물학적 분해와 병행하여 화학적 예비처리를 제공하기 위하여 기존 생물학적 처리 라인내 일정 시점에서 사용될 수 있다.
일련의 시험장치 연속 유동 연구에서, 침강에 의한 1차 정화 후에 합판 및 파티클 보드 제조공장으로부터의 공정수 유출물은 탈질화, 활성 슬러지/정화, 질화, 및 마지막으로 혐기성 탈질화 배양액이 시간 경과에 따라 성장하도록 하는 모래 여과로 이루어진 완전 통상적인 생물학적 처리 라인에서 처리된다.
동일한 연구를 탈질화 탱크 내측에 철 및 구리 쉐이빙의 혼합물을 함유하는 타워를 설치하고 탱크 안의 액체를 타워를 통해 연속적으로 재순환시켜 화학적 및 생물학적 처리를 동시에 제공한 후에 동일 작동 조건하에서 반복한다. 탈질화 단계에서 존재하는 화학처리 타워 존재 및 부재하에 샌드 필터로부터 배출되는 최종 유출물의 수질을 하기 표에 유입 스트림의 것과 비교하였다:
파라미터 유입 예비정화 폐수 탈질화 탱크/생물학적 처리만 수행 탈질화 탱크/생물학적 및 화학적 처리 병행 최종 유출물/생물학적 처리만 수행 최종 유출물/생물학적 및 화학적 처리 병행
COD(mg/L) 4,500 3,148 2,675 900 400
BOD5(mg/L) 2,790 28 70 6 5
NH4-N(mg/L) 80 480 535 270 35
페놀(mg/L) 38 29 26 15 0.5
유입 폐수에 존재하는 오염물의 동시적인 화학적 및 생물학적 분해를 제공하기 위하여 기존의 통상적인 처리 설비에 본 발명에 따른 공정을 편입시킴으로써 설비에 의해 생성된 최종 유출물 수질의 현저한 향상이 일어남이 이들 결과로부터 자명하다. 특히, 통상적으로 특수처리를 요하는 특이적으로 표적화되고 엄격하게 통제되는 오염물인 페놀과 NH4-N의 제거량은 통상적인 생물학적 처리법에 본 발명을 병합시킴으로써 생물학적 처리법만으로 한 경우보다 압도적으로 더 높다.
본 발명의 이러한 특정 양태에서, 이행된 공정배치는 가장 단순하여 반응탑만으로 이루어질 수 있다. 탈질화 탱크는 반응 탱크로 작용한다. 또한, 유입 폐수 스트림이 통상적인 1차 침강에 의해 예비 정화되기 때문에, 화학처리를 생물학적 처리 순서에 편입시킴으로써 생성된 여분의 비-생물학적 슬러지 적재량이 시스템내 생물학적 슬러지에 비해 미량이며, 따라서 기존 처리 순서에 추가의 정화기를 편입시킬 필요가 없다.
실시예 12
제지에는 전형적으로 40 내지 75,000 m3/일 범위의 초대량의 물이 사용된다. 생산에 사용된 신선한 물은 통상적으로 인근의 강가나 호수에서 취수되는데 이들 강가나 호수는 동시에 동일 공장의 생산 라인으로부터의 공정수 유출물을 받아들인다. 결과적으로, 중간 처리 후 재순환 공정수는 새로운 수원과 관련한 작동비를 최소화하고 동시에 생산용 미사용 수원 역할을 하는 이러한 수괴의 오염을 경감시키기 위하여 이러한 산업에 가장 중요해진다. 재순환 목적의 수처리는 통상적으로 역삼투 및 흡착과 같은 고비용 처리기술을 수반한다.
출발물질로 100%재활용지를 사용하는 뉴스프린트 밀로부터의 원료 공정수 유출물 샘플 200 L를 수 시간 동안 정치시켜 고체 침강에 의한 1차 정화를 달성한다. 이어서, 샘플을 도 1에 도시한 것과 동일한 배치의 본 발명에 따른 예비처리에 0.5 L/h의 속도로 공급한 다음,
탈질화, 활성 슬러지/정화, 질화, 및 마지막으로 혐기성 탈질화 배양액이 시간 경과에 따라 성장하도록 하는 모래 여과를 수반하는 통상적인 생물학적 처리 라인에서 처리된다. 도 1에 도시된 4개의 탱크 각각(두 개의 반응기와 두 개의 침강 탱크)는 용량이 4 L이며, 반면에 주 반응 탱크내의 타워는 1 L이며 구리 쉐이빙 200 g과 혼합된 철 쉐이빙 약 600 g을 함유한다. 수득된 완전 처리 결과를 하기의 표에 나타내었다.
파라미터 원료 폐수 침강에 의한1차 정화 본 발명에 따른 공정 2차 처리
pH 7 7 8.5 8.1
COD(mg/L) 3,040 1,100 716 70
BOD5(mg/L) 324 260 7
COD:BOD5 9.4:1 2.7:1 10:1
SS(mg/L) 1,450 220 50 10
색/혼탁도:440 nm에서의 Abs 2.37 0.47 0.05
NO2-N(mg/L) 1.4 0.5 0.4
페놀(mg/L) 19.5 3.7 0.15
자명한 바와 같이, 통상적인 유출물 처리 설비에서(1차 정화에 이은 2차 처리) 1차 정화기와 2차 생물학적 처리 사이에 본 발명에 따른 예비처리를 이행함으로써 시스템은 생산으로 실질적으로 재순환될 수 있는 지극히 높은 수질의 유출수를 생성하게 된다. 이렇게 하여, 생물학적 처리단계로부터의 물 유출물의 재순환을 허용하도록 통상적으로 적용되는 에너지 집약적이고 일반적으로 더욱 고가의 최종 유출물 폴리싱 기술이 요구되지 않는다.

Claims (19)

  1. 철에 의한 환원반응을 촉진하는 원소형태 또는 화합물 형태의 촉진제 금속의 존재하에 물을 철과 접촉시킨 다음, 수성상으로부터 현탁 고체를 분리해 내는 단계를 포함하는, 오염물 함유 폐수 처리방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 사용되는 철이 고체 금속, 제 1 철 이온 또는 철-함유 천연광물 형태인 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 고체 금속 철이 쉐이빙, 트리밍, 필링, 스크랩, 파우더, 필, 펠릿 형태이거나 규칙 또는 불규칙형의 다공성 또는 비-다공성 입상 철 형태인 방법.
  4. 제 1 항 내지 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 금속 촉진제가 구리, 은, 니켈, 금, 백금 또는 팔라듐 중 하나인 방법.
  5. 제 1 항 내지 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 금속 촉진제가 입자 형태의 금속 형태로 또는 금속 철 표면에 침착된 금속층으로서 사용되는 방법.
  6. 제 1 항 내지 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 금속 촉진제가 촉진제 금속 원소를 함유하는 설파이드, 옥사이드 또는 기타 불용성 화합물 형태로 사용되는 방법.
  7. 제 1 항 내지 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 폐수가 산성 내지 알칼리성 범위의 pH에서 철/촉진제 금속 시스템과 접촉되는 방법.
  8. 제 1 항 내지 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 폐수가 pH 4 내지 11에서 철/촉진제 시스템과 접촉되는 방법.
  9. 제 1 항 내지 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 폐수가 2 내지 80℃의 온도에서 철/촉진제 시스템과 접촉되는 방법.
  10. 제 1 항 내지 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 폐수가 1 내지 180분의 접촉시간 동안 철/촉진제 시스템과 접촉되는 방법.
  11. 제 1 항 내지 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 폐수가 4 내지 90분의 접촉시간 동안 철/촉진제 시스템과 접촉되는 방법.
  12. 제 1 항 내지 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 금속이 금속 철이고 스트림이 제 1 철 및/또는 제 2 철 이온으로 예비처리되는 방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 제 1 철 이온이 원소상 철과의 반응 유출물로부터 유도되는 방법.
  14. 제 1 항 내지 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 방법이 생물학적 처리법에 앞서 또는 병행하여 오염 폐수의 부분처리에 사용되는 방법.
  15. 제 1 항 내지 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 방법이 연속 유동식 또는 순환 뱃치식으로 작동하는 시스템 배치로 이행되는 방법.
  16. 제 1 항 내지 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 방법이 재순환에 앞서 개개 공정수 스트림 또는 최종 폐기에 앞서 병합 폐수 스트림의 처리에 사용되는 방법.
  17. 제 1 항 내지 16 항 중 어느 한 항에 있어서, 물이 도시 하수인 방법.
  18. 제 1 항 내지 16 항 중 어느 한 항에 있어서, 물이 제지산업과 펄프산업, 목재 또는 목재 패널 산업, 염료처리, 섬유 및 직물산업, 무두질 공장, 천연 또는 합성 윤활제의 생산 또는 석유 기간 산업 또는 식용유 생산공장 기원인 방법.
  19. 제 1 항에 있어서, 폐수가 환원성 거대분자 물질을 함유하고 9 이상의 pH에서 원소형태 또는 화합물 형태로 구리 또는 귀금속과 결합된 철과 접촉되는 방법.
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