KR20010012928A - 폐수 회수 처리 장치 - Google Patents

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이노우에시로
모모세쇼이치
코바카즈노리
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히다치 조센 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 폐수의 회수에 사용되는 화학 약품의 종류와 양을 최소화하여 폐기물의 양을 최소화하며 설치 면적을 많이 차지하는 설비를 배제시킨 콤팩트한 폐수 회수 처리 장치를 제공한다. 이 폐수 회수 처리 장치는 역침투 장치를 포함하며, 유기물은 함유하지만 불소는 함유하지 않은 산-알칼리계 폐수의 처리에 적합하며, 유기물을 함유한 산-알칼리계 폐수를 역침투에 의해 농축시키고, 이렇게 형성된 농축수를 증발 건조시키며, 역침투 막을 투과한 투과수를 회수하는 방식으로 폐수를 회수 처리한다. 이 폐수 회수 처리 장치는 역침투 장치의 상류에 배치되어 역침투 과정 중에 폐수로부터 스케일 성분이 분리되는 것을 방지하기 위해 폐수를 중화시키는 중화 장치와, 중화된 폐수를 생물 처리하는 생물 처리조를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

폐수 회수 처리 장치{SYSTEM FOR RECOVERING AND TREATING WASTE WATER}
유기물을 수 ppm 함유한 산-알칼리계 폐수를 회수하는 경우에는, 도 3에 도시된 바와 같이, 먼저 폐수가 중화조에서 중화된 후, 생물 처리조에서 유기물이 처리되어 분해되고 제거된다. 이어서, 그 생물 처리수는 한외여과(UF;限外濾過) 순환조를 경유하여 한외여과 장치로 공급되어, 그 생물 처리수 중에 함유되어 있으며 미생물이 주성분인 SS 성분이 제거된다. SS 성분이 제거된 생물 처리수는 재생식 이온 교환 장치에 공급되어 무기 이온이 제거된다. 무기 이온이 제거된 처리수는 폐수의 재순환수로서 또는 냉각탑 보급수로서 재이용된다.
도 3의 순서도에서, 각 도면 부호는 다음을 나타내고 있다.
51 : 회수 폐수
52 : 중화제
53 : 산소 용해조
54 : UF 순환조
55 : 공기
56 : 재생식 이온 교환 장치
나머지 도면 부호는 도 1에서와 동일하다.
불소 함유 폐수의 경우에는, 도 4에 도시한 바와 같이, 먼저 수산화칼슘이 반응조 내에 회수된 회수 폐수에 첨가되어 폐수가 일차로 처리된다. CaF2가 다음 반응식에 따라 형성되어,
Ca2++ 2F+→CaF2
침강조에서 침전되고, 이 침전물을 함유한 슬러지는 탈수기에 의해 제거된다. 다른 한편으로는, 일차로 처리된 처리수는 생물 처리조 내에서 유기물이 처리되어 분해되고 제거된다. 응집제 역할을 하는 황산알루미늄이 반응조 내의 생물 처리수에 추가로 첨가되어 고도한 처리가 행해진다. 불소 흡착 특성을 갖는 Al(OH)3가 다음 반응식에 따라 형성되어,
Al3++ 3OH →Al(OH)3
침강조에서 침전되어 불소를 흡착한다. 이 Al(OH)3을 함유한 슬러지는 탈수기에 의해 제거된다. 상기 고도한 처리가 행해진 처리수에 함유된 미량의 불소는 킬레이트 수지(chelate resin)가 충전된 흡착탑에서 흡착에 의해 제거된다. 그 처리수는 흡착탑으로부터 방류된다.
도 4의 순서도에서, 각 도면 부호는 다음을 나타내고 있다.
61 : 불소 함유 회수 폐수
62 : 수산화칼슘
63 : 침강조
64 : 탈수기
65 : 황산알루미늄
66 : 슬러지
67 : 방류
나머지 도면 부호는 도 1에서와 동일하다.
유기물을 수 ppm 함유한 산-알칼리계 폐수의 회수 처리 장치는 전술한 바와 같이 재생식 이온 교환 장치를 구비하고 있다. 이 재생식 이온 교환 장치에서는 이온의 흡착이 포화 상태에 도달하면 수지를 재생시킬 필요가 있다. 통상, 1당량의 이온을 제거하기 위해서는 그 2-3배 당량의 재생 약품이 사용된 다음 장치로부터 배출되고, 또한 다량의 재생 폐수가 배출된다. 그 결과, 그 폐수를 추가로 적절하게 처리할 필요가 있다.
유기물을 함유한 폐수의 회수 처리 장치에서는, 회수 폐수 중의 유기물에 의해 미생물이 활발하게 번식되기 때문에 또는 미생물의 대사생성물이나 균류가 누설되기 때문에, 하류에 배치된 막 분리 장치 또는 이온 교환 장치의 폐색과 같은 문제가 발생한다.
다른 한편으로는, 불소 함유 폐수의 처리에 사용되는 수산화칼슘이 미립자 형태로 되어 있어, 물에 용해되면 액상 반응에 의해 CaF2미립자를 생성한다. 폐수에 추가로 고도한 처리를 행하기 위해서는 물에 응집제를 첨가할 필요가 있다. 이러한 약품 첨가에 의해 생성된 슬러지를 분리하기 위해서는 응집조와 농축 장치 등의 설비가 필요한데, 이 설비는 설치 면적을 많이 차지한다. 처리수 중의 불소 농도를 폐수 규제치 이하로 감소시키기 위해서는, 중화제 역활을 하는 수산화칼슘과, 응집제 역할을 하는 황산알루미늄, 고분자 응집제 등이 과다하게 사용될 필요가 있으며, 그 결과 다량의 슬러지가 발생하고 방출하여야 할 폐기물의 양이 증가된다. 슬러지의 함수율은 탈수 후에도 약 80％로, 슬러지 중의 CaF2함유율은 통상 10％ 이하이다.
이렇게 얻어진 회수 처리수는 종래의 이온 교환 및 막 분리에 기초한 순수(純水) 제조 장치에 공급되는 원수(原水)로서 사용되기에는 여전히 처리가 불충분하다.
본 발명은 공업 폐수, 즉 유기물을 함유한 산-알칼리계 폐수의 회수 처리 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 말하자면, 비교적 저농도의 암모니아와 유기물을, 경우에 따라서는 불소를, 그리고 추가로 포스폰산을 함유하는 폐수, 특히 반도체나 액정 등의 전자 제품 또는 장치의 제조를 위해 공장에서 초고순도의 물을 사용하여 행해지는 습식 공정(wet process)으로부터 배출되는 폐수의 회수 처리 장치에 관한 것이다.
도 1은 실시예 1의 반도체 습식 공정을 보여주는 순서도.
도 2는 실시예 2의 반도체 습식 공정을 보여주는 순서도.
도 3은 유기물 함유 폐수의 종래의 회수 처리 과정을 보여주는 순서도.
도 4는 불소 함유 폐수의 종래의 회수 처리 과정을 보여주는 순서도.
본 발명의 목적은 폐수의 회수에 사용되는 약품의 종류와 양을 최소화하여 폐기물의 양을 감소시키고, 농축 장치와 같은 설치 면적을 많이 필요로 하는 설비가 배제된 콤팩트한 폐수 회수 처리 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 막 분리 장치 또는 이온 교환 장치가 미생물에 의해 폐색되는 경향이 없는 연속 처리 가능한 폐수 회수 처리 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 제1 폐수 회수 처리 장치는 역침투 장치를 포함하며, 유기물을 함유하지만 불소는 함유하지 않은 산-알칼리계 폐수의 처리에 적합하다. 이 제1 폐수 회수 처리 장치는 유기물을 함유한 산-알칼리계 폐수를 역침투에 의해 농축시키고, 이렇게 형성된 농축수를 증발 건조시키며, 역침투 막을 투과한 물을 회수한다. 이 제1 폐수 회수 처리 장치는 역침투 장치의 상류에 배치되어 역침투 과정에서 상기 폐수로부터 스케일 성분이 분리되는 것을 방지하기 위해 폐수를 중화시키는 중화 장치, 그리고 중화된 폐수를 생물 처리하는 생물 처리조가 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
제1 폐수 회수 처리 장치에서는, 불소를 함유하지 않은 폐수는 그 폐수가 역침투 장치에 의해 최대한 농축된 경우에 조차도 폐수로부터 스케일 성분이 분리되지 않도록(높은 용해도가 주어지도록), 역침투 장치의 상류 위치에서 가성 소다 수용액에 의해 중화된다. 중화된 폐수는 생물 처리조에서 유기물이 처리되어 분해되고 제거된다. 생물 처리조는 산소가 충분히 공급되어 있는 또는 산소가 충분히 공급되어 있는 유동식 활성탄 충전 층을 구비한다. 폐수 중에 함유된 암모니아는 생물 처리조 내에서 소화된다. 이 소화 과정 중에 폐수의 pH가 낮아지게 되어, 폐수가 가성 소다 수용액에 의해 중화된다. 생물 처리조로부터 흘러 나온 처리수 중에는 박테리아 세포가 주성분인 SS 성분이 함유되어 있으며, 이 SS 성분은 한외 여과(UF) 장치에서 제거된다. 사용되는 한외 여과(UF) 막으로는 박테리아 세균의 부착 또는 폐색을 방지하기에 적합한 특정 스페이서(spacers)를 구비한, 예를 들어 구리타 와터 인더스트리즈 리미티드(Kurita Water Industries, Ltd.)에서 제조한 프리프로쓰 UF 막(Preprox UF membrance)이 있다. 선택적으로, 생물 처리와 SS 성분 제거를 1개의 처리조에서 행하는 방법을 이용할 수도 있는데, 이 방법에서는 산소가 공급되는 유동식 활성탄 층의 정밀여과(MF) 막이 생물 처리조 내에 담겨져 있으며, 그 MF 막을 통해 폐수가 흡인되어 투과된다. SS 성분 제거 후 얻어진 생물 처리수는 용해도가 높고, 따라서 역침투(RO) 장치에 의해 그 생물 처리수가 극한까지, 예를 들어 처리량의 1/40 까지(처리량을 100으로한 경우 투과수 97.5, 농축수 2.5) 농축될 수 있다. 역침투(RO) 막으로는, 예를 들어 니토 덴코 코포레이션(Nitto Denko Corp.)에서 제조한 SE-10이 있다. 극한까지 농축된 농축수는 증발 건조 장치에 공급되어, 슬러지 성분이 증발 건조된다. 증발 건조 장치로는, 예를 들어 드럼식 건조 장치(drum dryer)가 있다. 역침투 막을 투과한 투과수는 회수되어 폐수의 재순환수나, 냉각탑 보급수 또는 증류법 순수 제조 장치용 원수로서 재이용된다.
본 발명에 의한 제2 폐수 회수 처리 장치는 역침투 장치를 포함하며, 유기물 외에도 불소를 함유한 산-알칼리계 폐수를 처리하기에 적합하다. 제2 폐수 회수 처리 장치는 유기물과 불소를 함유한 산-알칼리계 폐수를 역침투에 의해 농축시키고, 이렇게 형성된 농축수를 증발 건조시키며, 역침투 막을 투과한 투과수를 회수한다. 이 제2 폐수 회수 처리 장치는 역침투 장치의 상류에 배치되어 역침투 과정에서 상기 폐수로부터 스케일 성분이 분리되는 것을 방지하기 위해 폐수를 중화시키는 중화 장치와, 중화된 폐수를 생물 처리하는 생물 처리조와, 역침투에 의해 얻어진 농축수에 염화칼슘을 첨가하는 염화칼슘 첨가 장치, 그리고 역침투 막을 투과한 투과수 중의 불소 이온 제거용 흡착탑을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 제2 폐수 회수 처리 장치에 의해 처리되는 폐수에는 포스폰산이 추가로 함유되어 있다.
불소 함유 폐수는 이 제2 폐수 회수 처리 장치에서, 역침투 장치에 의한 농축 과정까지는 불소를 함유하지 않은 폐수에서와 동일하게 처리된다. 반응조가 증발 건조 장치의 상류에 설치되어 농축수 중에 CaCl2를 첨가한다. 따라서, 역침투 장치에 극한까지 농축된 농축수에, 불소의 농도와 대략 동량으로 염화칼슘 수용액이 첨가된다. 이 농축수 중의 불소는 반응조 내에서 용해도가 낮은 CaF2로 변환되고, 이렇게 생성된 CaF2는 증발 장치에 공급되어 다른 슬러지 성분과 함께 증발 건조된다. 농축 폐수 중에 함유된 불소의 형태는 NaF로부터 CaF2로 변환될 수 있으며, 이에 따라 건조 절차 및 건조 후의 슬러지의 취급이 용이해진다. 다른 한편으로는, 역침투 막을 투과한 투과수로부터 불소를 제거하기 위해, 역침투 장치 하류에 흡착제가 충전된 흡착탑이 설치된다. 흡착제로는, 예를 들어 킬레이트 수지 또는 지르코륨 흡착제가 있다. 킬레이트 수지에 의해 불소가 흡착 제거된 투과수는 회수되어, 폐수의 재순환수나 냉각탑용 보급수 또는 증류법 순수 제조 장치의 원수로서 재이용된다.
상기 제1 폐수 회수 처리 장치와 제2 폐수 회수 처리 장치에서는, 생물 처리조에서 바람직하게 유동층 생물 활성탄 방법(fluidized-bed biological activated carbon process)을 사용하고 있다. 생물 처리조의 내부에는 정밀여과(MF) 막이 설치되어 처리수가 역침투 장치로 공급되기 전에 처리수 중의 SS 성분을 분리시킨다.
본 발명에 따른 제3 폐수 회수 처리 장치는 증발 장치를 포함하며, 유기물을 함유하고 불소는 함유하지 않은 산-알칼리계 폐수의 처리에 적합하다. 이 제3 폐수 회수 처리 장치는 유기물을 함유한 산-알칼리계 폐수를 증발에 의해 농축시키고, 이렇게 형성된 농축수를 증발 건조시키며, 증기를 물 형태로 회수한다. 이 제3 폐수 회수 처리 장치는 증발 장치의 상류에 배치되어 증발 농축 과정에서 상기 폐수로부터 스케일 성분이 분리되는 것을 방지하기 위해 폐수를 중화시키는 중화 장치와, 그 중화된 폐수를 생물 처리하는 생물 처리조를 포함하는 것을 특징으로 한다.
제3 폐수 회수 처리 장치와 그 처리 절차는, 제1 폐수 회수 처리 장치의 역침투 장치가 증발 장치로 대체되어 있는 점을 제외하고는, 제1 폐수 회수 처리 장치에서와 기본적으로 동일하다. 이 제3 폐수 회수 처리 장치에는 생물 처리조 하류로 증발 장치 상류에 SS 분리 장치가 배치되어 있는데, 이 장치는 주로 가열에 의해 조작되며, 미생물로 인한 문제가 발생하지 않는다. SS 분리 장치는 이와 같이 생물 처리조의 하류에 배치되어 처리수 중의 SS 성분을 분리한다. SS 분리 장치로는, 예를 들어 아이엠 코포레이션(IM Corporation)에 의해 제조된 원심 스트레이너(centrifugal strainer)가 바람직하다. 유용한 증발 장치의 일 예로는 다중 효용 증발 장치와, 증기 압축식 증발 장치가 있다.
본 발명에 따른 제4 폐수 회수 처리 장치는 증발 장치를 포함하며, 유기물 외에도 불소를 함유한 산-알칼리계 폐수의 처리에 적합하다. 이 제4 폐수 회수 처리 장치는 유기물과 불소를 함유한 산-알칼리계 폐수를 증발 농축에 의해 농축시키고, 이렇게 형성된 농축수를 증발 건조시키며, 증기를 물 형태로 회수한다. 이 제4 폐수 회수 처리 장치는 증발 장치의 상류에 배치되어 증발 농축 과정에서 상기 폐수로부터 스케일 성분이 분리되는 것을 방지하기 위해 폐수를 중화시키는 중화 장치와, 중화된 폐수를 생물 처리하는 생물 처리조와, 증발 농축 과정으로부터 얻어진 농축수에 염화칼슘을 첨가하는 염화칼슘 첨가 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
제4 폐수 회수 처리 장치와 그 처리 절차는, 제2 폐수 회수 처리 장치의 역침투 장치를 증발 장치로 대체한 점을 제외하고는, 제2 폐수 회수 처리 장치에서와 기본적으로 동일하다. 또한, 제4 폐수 회수 처리 장치에서는 제3 폐수 회수 처리 장치와 동일하게, 생물 처리조 하류로 증발 장치 상류에 SS 성분을 제거하는 원심 스트레이너가 배치될 수 있으며, 사용되는 증발 장치로는, 예를 들어 다중 효용 증발 장치와, 증기 압축식 증발 장치가 있다.
제3 폐수 회수 처리 장치와 제4 폐수 회수 처리 장치에서는, 생물 처리조에서 바람직하게는 유동층 생물 활성탄 방법을 사용하고 있다. 생물 처리조의 내부에는 정밀여과(MF) 막이 설치되어 처리수가 역침투 장치로 공급되기 전에 처리수 중의 SS 성분을 분리시킨다. 제4 폐수 회수 처리 장치에는, 필요에 따라, 흡착탑이 설치되어 역침투 막을 투과한 투과수 중의 불소 이온을 제거한다.
제1, 제2, 제3 또는 제4 폐수 회수 처리 장치에서의 처리에 의해 얻어진 처리수는 회수되어, 공업용수 또는 수도용수와 혼합되어 증류법 순수 제조 장치의 원수로서 사용될 수 있다.
이하에, 본 발명의 실시예를 다량의 약품과 순수를 사용하여 반도체를 제조하는 습식 공정용 폐수 회수 처리 장치를 참조하여 상세히 후술한다. 그러나, 본 발명이 이들 실시예로만 한정되는 것은 아니다.
습식 공정으로부터 배출되는 폐수는, 묽은 폐수, 산-알칼리계 농축 폐수, 그리고 플루오르화수소산과 포스폰산을 함유한 폐수로 분리 회수된다. 표 1은 이들 폐수의 특성을 보여주고 있다.
반도체 습식 공정에 있어서의 수세 폐수의 특성
폐수 묽은 폐수 산-알칼리계 농축 폐수 플루오르화수소산-포스폰산 함유 폐수
수량 60 20 20
전도율(μS/㎝) 60 2200 800
TOC(ppm) 525 2200 2200
pH 2.8 2.3 2.7
주성분 H2SO4H2O2NH4OHHCl H2SO4H2O2NH4OHHCl HFNH4FH3PO4
수량, 즉 각 폐수의 양은 사용된 초순수의 양을 100으로 하여 추정한 수치이다.
실시예 1
도 1을 참조하면, 증류법 순수 제조 장치에 공급되는 원수는 기본적으로 이온 교환 장치와, 막분리 장치로 구성되는 순수 제조 장치와는 달리 조잡한(rough) 특성을 갖추고 있을 수 있으므로, 희석 폐수는 중화조에서 단지 pH만 조정된 다음 원수 탱크로 회수된다. 중화제로는 폐수의 용해도를 상당히 높이며, 증류법 순수 제조 장치의 농축 과정에서 스케일 성분이 분리되는 것을 방지하는 가성 소다 수용액이 사용된다.
산-알칼리계 농축 폐수는 우선 생물 처리조에서의 미생물의 활동을 저해하지 않도록 중화조에서 중화된다. 중화제로는 폐수의 용해도를 상당히 높이며 역침투 장치의 농축 과정에서 스케일 성분이 분리되는 것을 방지하는 가성 소다 수용액이 사용된다. 중화 후의 폐수의 전도율은 약 620 μS/㎝이다.
중화된 산-알칼리계 농축 폐수는 유기물(TOC)이 분해되고 암모니아가 소화되도록 생물 처리조에 공급된다. 생물 처리조의 저부에는 처리조 전체를 균일하게 폭기시키는 폭기용 노즐(aeration nozzle)이 설치되어 있다. 이 처리조에는 미생물을 그 위에 유지하는 담체(carrier)의 역할을 하는 활성탄이 내포되어 있는데, 이 활성탄은 폭기에 의해 처리조 내에서 유동하게 된다. 또한, 생물 처리조의 내부에는 생물 처리수로부터 SS 성분을 분리하고 나서 그 처리수를 역침투 장치로 공급하는 MF 막이 추가로 담겨 있다. MF 막은 그들 막 사이에 스페이서(spacers)를 보유하도록 형성된 평막이므로, 처리수는 막의 외측에 놓여져 막을 투과하여 스페이서를 통과하여 유동한 후 흡인 펌프에 의해 처리수 탱크로 이송된다. 생물 처리조에서의 암모니아 소화에 의해 pH가 낮아지므로, pH를 7로 조정하기 위해 가성 소다 수용액이 처리조에 첨가된다. SS 성분의 제거 후, 생물 처리수의 전도율은 약 660 μS/㎝이고, TOC는 약 660 ppb이다.
SS 성분 제거 후의 생물 처리수는 처리수 탱크로부터 역침투 장치에 공급되며, 이 역침투 장치에서 무기 이온의 약 99％가 제거된다. 역침투 막을 투과한 투과수의 회수율은 97.5％이며, 전도율이 160 μS/㎝이고, TOC는 약 550 ppb이다. 투과수는 원수 탱크에 회수된다.
처리수의 총 양의 2.5％에 달하는 농축수는 전도율이 약 22000 μS/㎝이고, TOC는 약 4850 ppb이며, 드럼식 건조 장치로 공급되어 증발 건조된다. 고체화된 건조 슬러지는 폐기물로서 처분된다.
플루오르화수소산과 포스폰산을 함유한 폐수는 역침투에 의해 처리되기 까지는 산-알칼리계 농축 폐수와 동일하게 처리된다. 각 처리 단계 후의 처리수의 특성은 다음과 같다. 중화 후의 폐수의 전도율은 약 110 μS/㎝이고, SS 성분 제거 후의 생물 처리수의 전도율은 약 150 μS/㎝이며 TOC는 약 660 ppb이고, 역침투 막을 투과한 투과수는 전도율이 약 50 μS/㎝이며 TOC는 약 550 ppb이고, 역침투(RO)에 의한 농축수는 전도율이 약 5000 μS/㎝, TOC는 약 4850 ppb이다. 역침투 막을 투과한 투과수에는 약 1 ppm의 불소 이온과 약 10 ppm의 포스폰산염 이온이 함유되어 있는데, 이들 이온은 역침투 장치 하류에 설치된 킬레이트 수지 흡착탑에서 흡착에 의해 제거되어 그 함량이 약 0.1 ppm으로 감소된다. 그 후, 투과수는 원수 탱크에 회수된다. 증발 건조 장치의 상류에는 반응조가 설치되어 있으며, 이 반응조 내에서 역침투에 의해 농축된 농축수에 CaCl2수용액이 첨가되어 농축수 중의 불소의 형태가 NaF로부터 CaF2로 변환되므로 건조 장치에 의한 농축수의 취급 및 건조된 슬리지의 취급이 용이해진다. 농축수 중에 함유된 불소는 반응조 내에서 용해도가 낮은 CaF2로 변환되고, 드럼식 건조 장치에 공급되어 다른 슬러지 성분과 함께 증발 건조된다. 고체화된 건조 슬러지는 폐기물로서 처분된다.
각 폐수 처리가 행해진 처리수는 원수 탱크에 회수되고, 보급용 공업용수와 혼합되며, 이 혼합물은 유동층 생물 활성탄 장치에 공급되고, 이 유동층 생물 활성탄 장치에서 상기 혼합물은 TOC가 약 160 ppb 정도가 될 때까지 분리 처리된다. 유동층 생물 활성탄 장치의 처리수의 수질은 전도율이 약 150 μS/㎝, TOC는 약 160 ppb인데, 이 정도면 증류법 순수 제조 장치의 급수 수질로는 충분하다. 생물 활성탄 장치의 처리수는 증류법 순수 제조 장치로 공급되어, 저항율이 15 ㏁·㎝이고, TOC가 10 ppb 정도인 1차 순수로 제조된다. 이 1차 순수는 서브시스템(subsystem)에 공급되어 저항율이 18.2 ㏁·㎝이고 TOC가 1 ppb 이하인 초순수로 제조되어, 반도체 제조용 습식 공정에 사용된다.
실시예 1의 과정을 보여주는 도 1의 순서도에서, 각 도면 부호는 다음을 나타낸다.
1 : 공장 전체 냉각탑
2 : 순수 장치 냉각탑
3 : 1차 순수 장치
4 : 가열 증기
4' : 증류법 순수 제조 장치
4" : 증기 드레인
5 : 서브시스템
6 : 순수 탱크
7 : 냉각수
8 : 저압 UV
9 : 폴리셔
10 : UF 막
11 : 초순수 순환 펌프
12 : 사용 지점
13 : 묽은 폐수 장치
14 : 급수 펌프
15 : 중화조
16 : 중화조
17 : 생물 처리조
18 : 흡인 펌프
19 : MF 막
20 : 폭기
21 : 처리수 탱크
22 : RO 펌프
23 : RO 막
24 : 플루오르화수소산-포스폰산 회수 장치
25 : 반응조
26 : 흡착탑
27 : 공업용수
28 : 증기
29 : 드럼식 건조 장치
30 : 증발 건조
31 : 산-알칼리계 폐수 회수 처리 장치(농축 폐기 액체)
32 : 원수 탱크
33 : 원수 펌프
34 : 활성탄 장치
실시예 2
도 2를 참조하면, 증류법 순수 제조 장치에 공급되는 원수는 기본적으로 이온 교환 장치와, 막분리 장치로 구성되는 순수 제조 장치와는 달리 조잡한 특성을 갖추고 있을 수 있으므로, 희석 폐수는 중화조에서 단지 pH만 조정된 다음 원수 탱크(raw water tank)로 회수된다. 중화제로는 폐수의 용해도를 상당히 높이며, 증류법 순수 제조 장치의 농축 과정에서 스케일 성분이 분리되는 것을 방지하는 가성 소다 수용액이 사용된다.
산-알칼리계 농축 폐수는 우선 생물 처리조에서의 미생물의 활동을 저해하지 않도록 중화조에서 중화된다. 중화제로는 폐수의 용해도를 상당히 높이며 역침투 장치의 농축 과정에서 스케일 성분이 분리되는 것을 방지하는 가성 소다 수용액이 사용된다. 중화 후의 폐수의 전도율은 약 620 μS/㎝이다.
중화된 산-알칼리계 농축 폐수는 유기물(TOC)이 분해되고 암모니아가 소화되도록 생물 처리조에 공급된다. 생물 처리조의 저부에는 처리조 전체를 균일하게 폭기시키는 폭기용 노즐이 설치되어 있다. 이 처리조에는 미생물을 그 위에 유지하는 담체의 역할을 하는 활성탄이 내포되어 있는데, 이 활성탄은 폭기에 의해 처리조 내에서 유동하게 된다.
생물 처리조에서의 암모니아 소화에 의해 pH가 낮아지므로, pH를 7로 조정하기 위해 가성 소다 수용액이 처리조에 첨가된다. SS 성분의 제거 후, 생물 처리수의 전도율은 약 660 μS/㎝이고, TOC는 약 660 ppb이다.
생물 처리수는 박테리아 세포가 주성분인 SS 성분을 함유하고 있으므로, 이 SS 성분을 원심 스트레이너에 의해 분리시킨다. 생물 처리조 하류에 배치된 이 원심 스트레이너는 주로 가열에 의해 조작되며, 이 원심 스트레이너가 SS 성분의 제거에 사용된 경우 미생물로 인한 문제는 발생하지 않는다.
SS 성분 제거 후의 생물 처리수는 처리수 탱크로부터 증발 장치로 공급되어, 이곳에서 거의 모든 불순물(이온 성분)이 농축된다. 회수율은 97.5％이다. 증발 장치로부터 흘러 나온 증류수의 특성은 전도율이 약 1.5 μS/㎝이고 TOC는 약 660 ppb이다. 이 증류수는 열교환기에서 약 35℃로 냉각되어 원수 탱크에 회수된다.
처리수의 총 양의 2.5％에 달하는 농축수는 전도율이 약 25000 μS/㎝이고, TOC는 약 5000 ppb이며, 드럼식 건조 장치로 공급되어 증발 건조된다. 고체화된 건조 슬러지는 폐기물로서 처분된다.
플루오르화수소산과 포스폰산을 함유한 폐수는 역침투에 의해 처리되기 까지는 산-알칼리계 농축 폐수와 동일하게 처리된다. 각 처리 단계 후의 처리수의 특성은 다음과 같다. 중화 후의 폐수의 전도율은 약 110 μS/㎝이고, SS 성분 제거 후의 생물 처리수의 전도율은 약 150 μS/㎝이며 TOC는 약 660 ppb이고, 증발 장치로부터 흘러 나온 증류수는 전도율이 약 0.5 μS/㎝이며 TOC는 약 66 ppb이고, 증발 장치로부터 배출된 농축수는 전도율이 약 5000 μS/㎝, TOC는 약 5000 ppb이다. 증발 장치로부터 나온 증류수는 약 0.03 ppm의 불소 이온이 함유되어 있는데, 이 이온은 약 35℃로 냉각되어 원수 탱크에 회수된다. 역침투 장치 하류에 설치된 킬레이트 수지 흡착탑에서 흡착에 의해 제거되어 그 함량이 약 0.1 ppm으로 감소된다. 그 후, 투과수는 원수 탱크에 회수된다. 증발 건조 장치의 상류에는 반응조가 설치되어 있으며, 이 반응조 내에서 증발 장치로부터 나온 농축수에 CaCl2수용액이 첨가되어 농축수 중의 불소의 형태가 NaF로부터 CaF2로 변환되므로 건조 장치에 의한 농축수의 취급 및 건조된 슬리지의 취급이 용이해진다. 증발 건조 장치로부터 나온 농축수 중에 함유된 불소는 반응조 내에서 용해도가 낮은 CaF2로 변환되고, 드럼식 건조 장치에 공급되어 다른 슬러지 성분과 함께 증발 건조된다. 고체화된 건조 슬러지는 폐기물로서 처분된다.
각 폐수 처리가 행해진 처리수는 원수 탱크에 회수되고, 보급용 공업용수와 혼합되며, 이 혼합물은 유동층 생물 활성탄 장치에 공급되고, 이 유동층 생물 활성탄 장치에서 상기 혼합물은 TOC가 약 160 ppb 정도가 될 때까지 분리 처리된다. 유동층 생물 활성탄 장치의 처리수의 수질은 전도율이 약 150 μS/㎝, TOC는 약 160 ppb인데, 이 정도면 증류법 순수 제조 장치의 급수 수질로는 충분하다. 유동층 생물 활성탄 장치의 처리수는 증류법 순수 제조 장치로 공급되어, 저항율이 15 ㏁·㎝이고, TOC가 10 ppb 정도인 1차 순수로 제조된다. 이 1차 순수는 서브시스템(subsystem)에 공급되어 저항율이 18.2 ㏁·㎝이고 TOC가 1 ppb 이하인 초순수로 제조되어, 반도체 제조용 습식 공정에 사용된다.
본 발명의 폐수 회수 처리에 사용되는 약품의 종류는 중화용의 가성 소다 수용액과, 플루오르화수소산 함유 폐수의 경우에 사용되는 염화칼슘 수용액으로, 종래의 폐수 처리에 사용된 것보다 그 수가 적다. 또한, 이들 약품은 수용액 형태로 되어 있어, 첨가시 취급이 용이하며, 반응 속도도 보다 빨라져, 약품을 과다하게 사용할 필요가 없게 된다. 따라서, 사용 약품의 비용이 낮아지고, 건조 슬러지의 배출량이 감소된다.
농축 장치와 같은 설치 면적을 많이 차지하는 설비를 사용할 필요가 없게 되어, 장치가 전체적으로 콤팩트해진다.
제3 폐수 회수 처리 장치와 제4 폐수 회수 처리 장치에서는, 생물 처리조의 하류에 사용된 기구가 주로 가열에 의해 조작되므로, 미생물로 인한 문제가 발생하지 않게 되고, 연속 운전이 가능해진다.
본 발명의 폐수 회수 처리 장치를 증류법 순수 제조 장치와 조합하여 사용함으로써 폐수를 순수로서 회수하여 재사용할 수 있다.
실시예 2의 과정을 보여주는 도 2의 순서도에서, 각 도면 부호는 다음을 나타낸다.
40 : 원심 스트레이너
41 : 증발기
42 : 열교환기
43, 44 : 냉각수
다른 도면 부호들은 도 1에서와 동일하다.
본 발명은 공업 폐수, 즉 유기물을 함유한 산-알칼리계 폐수의 회수 처리 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 말하자면, 비교적 저농도의 암모니아와 유기물을, 경우에 따라서는 불소를, 그리고 추가로 포스폰산을 함유하는 폐수의 회수 처리 장치에 관한 것이다. 본 발명은, 특히 반도체나 액정 등의 전자 제품 또는 장치의 제조를 위해 공장에서 초고순도의 물을 사용하여 행해지는 습식 공정(wet process)으로부터 배출되는 폐수의 회수 처리 장치에 관한 것이다.

Claims (12)

  1. 유기물을 함유한 산-알칼리계 폐수를 역침투에 의해 농축시키고, 이렇게 형성된 농축수를 증발 건조시키며, 역침투 막을 투과한 투과수를 회수하는 폐수 회수 처리 장치로서, 역침투 장치의 상류에 배치되어 역침투 과정에서 상기 폐수로부터 스케일 성분이 분리되는 것을 방지하기 위해 폐수를 중화시키는 중화 장치와, 중화된 폐수를 생물 처리하는 생물 처리조를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐수 회수 처리 장치.
  2. 유기물과 불소를 함유한 산-알칼리계 폐수를 역침투에 의해 농축시키고, 이렇게 형성된 농축수를 증발 건조시키며, 역침투 막을 투과한 투과수를 회수하는 폐수 회수 처리 장치로서, 역침투 장치의 상류에 배치되어 역침투 과정에서 상기 폐수로부터 스케일 성분이 분리되는 것을 방지하기 위해 폐수를 중화시키는 중화 장치와, 중화된 폐수를 생물 처리하는 생물 처리조와, 역침투에 의해 형성된 농축수에 염화칼슘을 첨가하는 염화칼슘 첨가 장치, 그리고 역침투 막을 투과한 투과수로부터 불소 이온을 제거하는 흡착탑을 포함하는 것을 특징으로 하는 폐수 회수 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서, 산-알칼리계 폐수는 포스폰산을 추가로 함유하는 것을 특징으로 하는 폐수 회수 처리 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 생물 처리조는 유동층 생물 활성탄 방법을 사용하는 것을 특징으로 하는 폐수 회수 처리 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 생물 처리조의 내부에는 처리수로부터 SS 성분을 분리하는 정밀여과 막이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 폐수 회수 처리 장치.
  6. 유기물을 함유한 산-알칼리계 폐수를 증발에 의해 농축시키고, 이렇게 형성된 농축수를 증발 건조시키며, 증기를 물 형태로 회수하는 폐수 회수 처리 장치로서, 증발 장치의 상류에 배치되어 증발 농축 과정에서 상기 폐수로부터 스케일 성분이 분리되는 것을 방지하기 위해 폐수를 중화시키는 중화 장치와, 중화된 폐수를 생물 처리하는 생물 처리조를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐수 회수 처리 장치.
  7. 유기물과 불소를 함유한 산-알칼리계 폐수를 증발에 의해 농축시키고, 이렇게 형성된 농축수를 증발 건조시키며, 증기를 물 형태로 회수하는 폐수 회수 처리 장치로서, 증발 장치의 상류에 배치되어 증발 농축 과정에서 상기 폐수로부터 스케일 성분이 분리되는 것을 방지하기 위해 폐수를 중화시키는 중화 장치와, 중화된 폐수를 생물 처리하는 생물 처리조, 그리고 증발 농축 과정으로부터 형성된 농축수에 염화칼슘을 첨가하는 염화칼슘 첨가 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐수 회수 처리 장치.
  8. 제7항에 있어서, 산-알칼리계 폐수는 포스폰산을 추가로 함유하는 것을 특징으로 하는 폐수 회수 처리 장치.
  9. 제6항 또는 제7항에 있어서, 생물 처리조는 유동층 생물 활성탄 방법을 사용하는 것을 특징으로 하는 폐수 회수 처리 장치.
  10. 제6항 또는 제7항에 있어서, SS 성분 분리 장치가 생물 처리조의 하류에 설치되어 처리수로부터 SS 성분을 분리하는 것을 특징으로 하는 폐수 회수 처리 장치.
  11. 제1항 내지 제10항에 따른 장치를 사용하는 것을 특징으로 하는 폐수 회수 처리 방법.
  12. 제11항에 따른 방법에 의해 회수 처리된 처리수를 보급수용 공업용수 또는 수도용수와 혼합하여, 증류법 순수 제조 장치의 원수(原水)로서 사용하는 것을 특징으로 하는 처리수 사용 방법.
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