KR20010048957A - 난분해성 폐수의 처리방법 - Google Patents

난분해성 폐수의 처리방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 난분해성 폐수의 처리방법에 관한 것으로, 전원이 공급되는 양극과 음극이 구비된 반응조로 유입된 폐수중의 난분해성 유기물질을 전기 분해시키는 제1전기분해단계; 유기물질 및 영양소 제거를 위한 생물학적처리단계; 전원이 공급되는 양극과 음극이 구비된 또다른 반응조에서 미처리된 난분해성 유기물질 및 질소 등을 전기 분해시키는 제2전기분해단계;로 이루어진 폐수처리방법을 그 구성으로 하여 단시간에 효율적으로 난분해성 폐수를 처리할 수 있게 하는 것이다.

Description

난분해성 폐수의 처리방법 {Method for treating unresolvable wastewater}
본 발명은 전기분해를 통한 난분해성 폐수의 처리방법에 관한 것이다.
침출수 등, 다량의 난분해성 유기물질과 고농도 질소를 함유한 폐수의 처리는 화학적 응집에 의한 전처리를 행한 후 생물학적 처리를 행하는 방법이 대부분으로 화학적 응집처리를 하는 경우 약품소요량 및 슬러지 발생량이 많아 소요되는 비용이 높고, 또한 이러한 방법에 의해서는 질소의 제거가 어려운 단점이 있다.
전기, 화학적 방법을 사용한 폐수처리방법은 많이 연구되어 왔으나, 기존의 방법은 전극에서 철이온(Fe2+,Fe3+), 알루미늄이온(Al3+)을 방출하여 이 양이온이 유기물질 및 인과 흡착하여 폐수처리가 이루어짐으로 인해 전극이 손실되므로 전극의 교체가 필요하며, 침전 슬러지가 생성되어 슬러지의 처분문제가 발생한다. 또한 양이온에 의한 폐수처리이므로 암모니아성 질소(NH4 +-N)등의 양이온성 오염물은 처리하지 못하여 질소제거 효과가 충분하지 못하다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하여 전기분해를 통해 생물학적 처리가 어려운 난분해성 폐수의 적절한 처리방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 전원이 공급되는 양극과 음극이 구비된 반응조로 유입된 폐수중의 난분해성 유기물질을 전기 분해시키는 제1전기분해단계; 유기물질 및 영양소 제거를 위한 생물학적처리단계; 전원이 공급되는 양극과 음극이 구비된 또다른 반응조에서 미처리된 난분해성 유기물질 및 질소 등을 전기 분해시키는 제2전기분해단계;로 이루어진 난분해성 폐수의 처리방법을 제공한다.
상기 제1, 제2전기분해단계에서 이리듐에 티타늄이 전착된 불용성 극판을 양극으로 하여 전기분해 하는 것이 바람직하고, 상기 제1, 제2전기분해단계에서 사용되는 양극을 울퉁불퉁한 거친 판형태 또는 망형태로 하는 효율적이다.
본 발명에 의해 슬러지의 발생이 없고, 응집에 의해서 제거되지 않는 질소의 제거에도 효과적인 난분해성 폐수의 처리방법을 제공할 수 있다.
도 1a는 전류밀도와체류시간 및 전극간격에 따른 CODCr제거율과의 관계 그래프,
도 1b는 전류밀도, 체류시간 및 전극간격에 따른 암모니아성 질소 제거율과의 관계 그래프,
도 2는 본 발명의 폐수처리방법에 이용되는 생물학적 처리조의 구성도,
도 3은 본 발명에 의한 폐수처리 방법을 나타낸 흐름도이다.
*도면의 주요한 부분에 대한 부호의 설명*
51 : 무산소조 52 : 호기조
61 : pH 및 염소이온조정조 62 : 제1전기분해단계
63 : 폭기조 64 : 생물학적 처리단계
65: 제2전기분해단계
폐수를 전기분해하면 수산화이온, 하이포아염소산, 및 발생기 산소 등이 생성되는데 이들 산화성 물질이 유기물질에 작용하여 산화작용을 일으킴으로 인해 유기물질이 제거된다.
폐수에 함유된 유기물질이 난분해성인지 아닌지는 통상 생물학적 산소 요구량(BOD)과 화학적 산소요구량(COD)의 비를 기준으로 판단된다. BOD/COD가 0.5 이하이면 난분해성 유기물질의 함량이 높다고 판단되며, 0.2 이하이면 생물학적 처리가 불가능하다고 판단된다. 0.8 이상인 경우가 생물학적 처리에 적당한 폐수이다. 본 발명에서는 난분해성폐수의 처리정도를 BOD와 CODCr수치에 의해서 판단하게 된다.
본 발명에 의한 난분해성 폐수를 처리하는 방법은 전기분해를 통하여 난분해성 유기물을 분해성 유기물로 변환시킨 후, 생물학적 처리방법을 통하여 유기물과 질소를 제거하고, 다시 한번 전기분해로 남아있는 난분해성 유기물을 제거하여 짧은 시간내에 효과적으로 난분해성 폐수를 처리하도록 하고 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 전기분해에 의한 난분해성 폐수처리방법을 보다 상세히 설명한다.
우선 본 발명에서 사용하는 전기분해는 양극판과 음극판이 구비된 반응기내에 폐수를 유입하여 이를 교반하면서 각 극판에 전원을 인가함으로써 이루어지는 방법을 이용한다.
이리듐에 티타늄이 전착된, 망형태 또는 울퉁불퉁한 판형태의 불용성 극판을 양극으로 사용하는 것이 바람직하고, 환원반응이 주로 발생하는 음극판은 철, 스테인레스 스틸 등의 도전성 재질을 사용한 판형태 또는 망형태의 극판을 사용하는 것이 바람직하다.
전극간의 적당한 간격을 알아보기 위해 전류밀도는 4 A/dm2, 체류시간은 6시간으로 고정한 조건에서 전극간격 5-20mm의 범위에서 5mm 간격으로 변화하면서 CODCr, BOD, CODCr/BOD를 측정하여 그 결과를 도 1a, 1b에 나타내었다. 도 1a는 전류밀도와체류시간 및 전극간격에 따른 CODCr제거율과의 관계 그래프, 도 1b는 전류밀도, 체류시간 및 전극간격에 따른 암모니아성 질소 제거율과의 관계 그래프로서, 그래프상에 표현된 바와 같이 양극과 음극간의 간격을 5 내지 10mm로 하는 경우 처리효율이 높으나 실제 적용에 있어서는 5mm 간격의 경우 제작의 어려움과 부유물질 등의 음극판 부착에 의한 대전현상으로 불꽃방전이 발생하는 등의 문제점이 있으므로 10 mm의 간격으로 하는 것이 가장 바람직하다.
도 2는 본 발명에서 전기분해 처리수를 생물학적으로 처리하기 위한 생물학적 처리조의 구성도로서, 기존의 생물학적 영양소 제거공정인 무산소조(51), 호기조(52)를 이용하여 전기분해수를 처리하도록 하여 전기분해조에서 분해성으로 변환된 유기물질 및 질소를 제거하도록 하고 있다. 보다 구체적으로는 무산소조(51)에서는 탈질반응이 일어나 질산성 질소가 제거되며 호기조(52)에서는 암모니아성 질소를 질산성 질소로 변환시킴과 동시에 탄소성 유기물질의 미생물에 의한 분해가 이루어 진다.
본 발명의 폐수처리방법은 상기 전기분해조와 생물학적 처리조를 병행 설치함으로써 실현된다.
도 3은 본 발명에 의한 폐수처리 방법을 나타낸 흐름도이다.
난분해성 폐수를 제1전기분해단계(61)에서 처리하여 난분해성 유기물질을 생물학적으로 처리할 수 있는 분해성 유기물질로 변환시킨다. 제1전기분해단계(61)에서는 질소성분과 유기물질의 제거도 이루어지나 난분해성 유기물질의 변환이 주된 목적이다. 이 단계에서 도 1에 도시된 전기분해조가 사용된다.
제1전기분해단계(61)에서 생물학적 처리에 적합하도록 처리된 유출수는 생물학적 처리단계(62)를 거치면서 유기물질과 질소가 제거된다. 이 단계에서 도 2에 도시된 생물학적 처리조가 사용된다.
생물학적 처리단계(62) 다음으로 제2전기분해단계(63)를 거치도록 하여 남아 있는 난분해성 유기물질과 질소등의 오염물을 제거하여 단시간에 효과적으로 난분해성 폐수를 처리할 수 있다.
다음은 쓰레기 매립장에서 발생한 침출수를 사용하여 본 발명을 적용한 실시예이다.
제1전기분해단계는 전류밀도 6 A/dm2, 체류시간 4시간, 전극간격 10 mm의 조건으로 실행되었다.
제1전기분해단계에 의한 처리 결과는 표 1과 같다.
제1전기분해단계에서의 수질처리결과
수질항목 단위 유입수 유출수
pH - 7.21 7.01
SS mg/L 2370 1200
CODCr mg/L 24162 10123
BOD mg/L 10188 7651
총질소(TN) mg/L 2168 1283
암모니아성질소(NH4 +-N) mg/L 1554 819
총인(TP) mg/L 18.4 9.5
염기도(Alkalinity) mg/L 6650 2853
Cl- mg/L 8715 2939
실시예의 제1전기분해단계에서는 화학적 산소요구량(CODCr)이 약 24,000 mg/L에서 약 10,000 mg/L로 59% 정도 제거되는 반면, 생물학적 산소요구량(BOD)은 약 10,000 mg/L에서 약 7,000 mg/L로 32% 정도 제거되었다. 생물학적 산소요구량의 감소가 화학적 산소요구량의 감소에 비해 적은 이유는 난분해성 유기물이 전기분해 반응에 의해 분해가능한 유기물로 변환되었기 때문이다. 제1전기분해반응에 의해 BOD/CODCr비는 약 0.42에서 약 0.7로 생물학적 처리에 적합한 수질로 변환되었으며 생물학적 처리에 악영향을 미치는 염소이온의 농도도 감소되었다.
표 1의 수질처리 결과에 의하면 전기분해에 의해서 침출수 내의 유기물뿐만 아니라 인과 질소성분도 제거되는 효과가 있음을 알 수 있다.
제1전기분해단계에서 유출된 처리수에 포함된 유기물질은 CODCr기준으로 약 약 10,000 mg/L, 총질소는 약 1,300 mg/L로서 아직도 그 농도가 높다. 이를 생물학적 처리단계로 유입하여 무산소조, 호기조를 통해 생물학적으로 처리한 결과는 표 2와 같다. 대비를 위해 활성슬러지공법에 적용했을 때의 처리결과를 상단에 기재하였고, 그아래에 무산소조와 호기조의 비를 1:1로 하였을 때의 결과 및 3:5로 하였을 때의 결과를 기재하였다.
무산소-호기공법 처리결과
체류시간(day) CODCr BOD 총질소 암모니아성질소 질산성질소 총인 PO4-P
Aerobic batch 9877 7928 1309 710 12.3 11.9 7.2
105 27112514 624174 496530 186153 146.6188.4 3.84.2 1.92.2
MLE(1:1) 10091 7171 1276 838 5.7 10.7 7.2
10532 2723306937434612 100145435743 122177390517 68139345427 34.041.115.324.5 3.82.84.35.1 0.90.71.42.1
MLE(3:5) 10402 7855 1263 910 10.6 10.3 6.2
543 291332234019 163419612 164252307 123205249 9.018.634.3 3.34.45.2 0.81.01.1
MLE(무산소조:호기조), 단위:mg/L
CODCr제거율은 64.5%, BOD 제거율은 98%, 총질소 제거율은 70%, 암모니아성 질소 제거율은 77%로 나타났다. 본 생물학적 처리단계에 의해 생물학적으로 분해가능한 유기물질은 대부분 제거되었으며, 암모니아성 질소의 제거율도 높음을 알 수 있다.
선행된 제1전기분해처리단계에 의해 난분해성 폐수가 생물학적 처리에 적합하게 되어 생물학적 처리단계의 처리효율을 높이고 있으며, 기존 전기분해 반응의 단점인 잔류염소이온 및 염소의 농도를 낮추어 생물학적 처리에 악영향이 없도록 하였다.
그리고, 제1전기분해단계에서 유출된 처리수를 별도로 활성슬러지 공법 및 MLE공정의 반응조 부피비 3:5로 하여 체류시간에 따른 처리결과는 표3과 같다.
2차 전기분해 결과
체류시간(HRT) SS CODCr BOD 총질소 암모니아성질소 질산성질소 총인 염기도 염소
부피비 무산소조:호기조=1:1
00.51234 27312172.044.140.228.1 35001794.91230.81084.0820.5410.3 14653.330.010.19.35.2 406.4281.3198.9135.1122.780.5 194.3150.4129.0104.282.461.5 14.2715.4716.0717.9219.5218.49 3.010.840.650.520.450.09 1941.01864.01488.01440.01370.01274.0 275423102289218619491864
부피비 무산소조:호기조=3:5
1234 25268.040.338.127.7 3482.11471.8980.5520.5365.0 169.333.313.07.64.1 358.5188.4112.659.238.4 127.990.457.328.419.2 17.5015.8717.3510.5311.33 2.742.101.461.040.83 184015321200980740 29872365234423212351
HRT 0:유출수농도, 전류밀도:6A/dm2, 전극간격:10mm
생물학적 처리단계에서 분해가능한 유기물질은 상당량 제거되었으나 CODCr은 3500 mg/L로 아직도 난분해성 유기물질이 상당량 존재하고 있다. 따라서 본 발명에서는 제2전기분해단계에 의해 잔존하는 난분해성 유기물질 및 질소 등의 오염물을 제거하도록 하고 있다.
제2전기분해단계에 의해 CODCr, BOD 및 암모니아성 질소 양을 낮추어 처리수의 수질을 방류기준 이하로 맞출 수 있다.
본 발명의 난분해성 폐수처리방법에 의해 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
화학적 처리방법에 비해 소요부지 및 운전비용을 절감할 수 있고, 화학적 처리방법에 의하는 경우 발생하는 다량의 슬러지가 발생되지 않으며, 난분해성 폐수처리의 확실성과 안정성을 보장할 수 있는 효과가 있다.
그리고, 기존 전기분해방법에 비해 전력비 절감 및 처리의 고도화를 이룰 수 있다.

Claims (3)

  1. 전원이 공급되는 양극과 음극이 구비된 반응조로 유입된 폐수중의 난분해성 유기물질을 전기 분해시키는 제1전기분해단계;
    유기물질 및 영양소 제거를 위한 생물학적처리단계;
    전원이 공급되는 양극과 음극이 구비된 또다른 반응조에서 미처리된 난분해성 유기물질 및 질소 등을 전기 분해시키는 제2전기분해단계;로 이루어진 난분해성 폐수의 처리방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1, 제2전기분해단계에서 이리듐에 티타늄이 전착된 불용성 극판을 양극으로 하여 전기분해 함을 특징으로 하는 난분해성 폐수의 처리방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1, 제2전기분해단계에서 사용되는 양극을 울퉁불퉁한 거친 판형태 또는 망형태로 함을 특징으로 하는 난분해성 폐수의 처리방법.
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