KR20010084759A - 혐기-호기-응집방법에 의한 염색폐수 처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 염색폐수의 처리공정에 관한 것으로, (ⅰ)유입된 염색폐수를 중화조(100)에서 중화시키는 단계; (ⅱ)상기 중화조(100)에서 중화된 폐수를 혐기조(200)로 이송시켜 혐기성 미생물을 이용하여 염색폐수중의 난분해성 물질을 분해하는 단계; (ⅲ)상기 혐기조(200)에서의 1차 처리수를 폭기조(300)로 이송시켜 호기성 미생물을 이용하여 2차 처리하는 단계; (ⅳ)상기 폭기조(300)에서 처리된 2차 처리수를 응집조(400)로 유입시켜 양이온 유기응집제를 투입하여 최종 응집처리하는 단계; (ⅴ)상기 응집조(400)의 처리수를 침전조(500)로 유입시켜 침전된 슬러지와 최종처리수를 분리하여 배출시키는 단계로 이루어져, 기존 처리방법과 비교하여 처리효율이 뛰어나고 처리비용이 저렴한 것을 그 특징으로 한다.

Description

혐기-호기-응집방법에 의한 염색폐수 처리방법{Process of dyeing wastewater treatment by Anaerobic-Aerobic-Coagulation}

본 발명은 난분해성 색소화합물, PVA등과 같은 조염제가 다량 함유되어있는 염색폐수 처리방법에 관한 것으로서, 특히 고온이며 강알칼리성으로 적절한 운전관리가 어려울 뿐만 아니라 처리효율이 낮아 처리수의 수질이 불량하여 쾌적한 수질환경 달성에 큰 장애가 되고 있는 염색폐수를 혐기-호기-응집방법에 의하여 효율적으로 처리할 수 있게 된 염색폐수 처리방법에 관한 것이다.

현재까지 사용하고 있는 염색폐수 처리공정은 1차 물리화학적처리, 2차 생물학적처리로 이루어져 있지만 그 처리효율이 낮다. 이에 국내에서 효모를 이용하는 탈색방법, 특수균종을 적용한 염색폐수 처리방법등이 연구되고 있다. 한편, 혐기성 미생물을 이용한 고농도 폐수처리가 많이 연구되고 있지만 실제 염색폐수에 적용한 사례는 없었고 연구 결과 효율도 73∼82％정도로 낮은 실정이다.

이에 본 발명은 현재 염색폐수 처리기술의 문제점을 파악하여 독성이나 난분해성물질에 내성이 강한 혐기성 미생물을 연구, 개발하여 이 혐기성 미생물을 적용한 혐기성-호기성 처리 기술을 구성하고 염색폐수 후처리에 적절한 양이온 유기응집제를 개발하여 3차 처리에 적용하는 염색폐수 처리에 있어 고효율, 저비용 처리기술을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, (ⅰ)유입된 염색폐수를 중화조에서 중화시키는 단계; (ⅱ)상기 중화조에서 중화된 폐수를 혐기조로 이송시켜 혐기성 미생물을 이용하여 염색폐수중의 난분해성 물질을 분해하는 단계; (ⅲ)상기 혐기조에서의 1차 처리수를 폭기조로 이송시켜 호기성 미생물을 이용하여 2차 처리하는 단계; (ⅳ)상기 폭기조에서 처리된 2차 처리수를 응집조로 유입시켜 양이온 유기응집제를 투입하여 최종 응집처리하는 단계; (ⅴ)상기 응집조의 처리수를 침전조로 유입시켜 침전된 슬러지와 최종처리수를 분리하여 배출시키는 단계로 이루어져 있다.

종래에는 1차 물리화학적처리(응집.침전), 2차 생물학적처리(폭기)에 의한 처리공정으로 염색폐수에 대한 처리효율이 낮았으나 이 공정과 아울러 본 발명자가 연구 개발한 양이온 유기응집제를 적용한 결과 염색폐수 후처리에 효율이 높을 뿐만 아니라 부대약품비용의 절감 및 처리 후 슬러지 발생량이 기존 방식과 비교하여 15％미만이어서 슬러지처리비용을 절감하는 효과를 가져올 수 있었다.

도 1은 본 발명에 따른 고효율 염색폐수 처리공정도이고,

도 2는 본 발명에 따른 고효율 염색폐수 처리공정의 장치 구성도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

100 : 중화조

200 : 혐기조

300 : 폭기조

400 : 응집조

500 : 침전조

이하, 첨부된 예시도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 고효율 염색폐수 처리공정을 도시한 공정도로서, 염색폐수가 유입되어 집수조(미도시)를 거쳐 중화조(100)로 유입되면 황산(H₂SO₄) 등의 중화제를 이용하여 알카리성인 염색폐수를 중화시키고 이를 혐기조(200)로 이송시킨다. 상기 혐기조(200)에서는 난분해성 물질과 독성물질을 분해하는 혐기성 미생물을 이용하여 1차 분해하고, 1차로 분해된 폐수를 다시 폭기조(300)로 보내어 2차로 호기성 미생물을 이용하여 호기적 분해를 한다. 2차 처리수는 양이온 유기응집제를 투입하여 응집처리하는 응집조(400)에서 3차 처리되어 침전조(500)에서 응집입자인 슬러지와 최종처리수로 분리되어 슬러지와 최종처리수는 분리 배출된다.

상기 분해과정을 화학식으로 나타내어 상세히 설명하면 다음과 같다.

일반적으로 색소들은 골격이 되는 구조에 치환기가 바뀌면서 색깔이나 그 물질의 안정성 그리고 독성 등이 변화되기 때문에 분해과정에서 우선적으로 치환기나골격구조의 변형이 일어나야 한다. 즉 다음 반응식 1과 같은 혐기적 분해에 의하여 기본 구조의 결합이 끊어지고 후에 2차 호기적 분해에 의하여 이산화탄소 및 미생물체등으로 분해가 일어난다.

아조화합물의 혐기성 분해

상기 반응식 1에서 보는 바와 같이 아조화합물의 혐기성 분해과정에서 쉽게 관찰되는 물질이 아민화합물이다. 생성된 아민화합물은 호기적 분해로 연결된다. 또한 CH₃COOH + SO₄ ^-2→ CO₂+ S^-2와 CH₃OH + NO₃ ^-→ CO₂+ N₂에서와 같이 폐수중의 NO₃ ^-, NO₂ ^-, SO₄ ^-2등이 존재하여 혐기성 조건에서 환원반응이 일어나면서 유기물이 제거된다.

그러므로 색소를 사용하는 염색공업이나 섬유공업의 폐수처리에서 혐기성 처리는 꼭 필요한 단계라고 볼 수 있다. 즉 예를 들어 혐기성 조건에서 아조계화합물의 아조결합이 끊어지면 색깔만 없어지는 것 뿐만 아니라 COD도 같이 제거된다. 이어서 호기적 처리로 유기물을 더욱 철저하게 분해하며 유기물 부하량도 줄어들게 되는 것이다.

생물학적 혐기-호기처리는 난분해성물질을 종래의 처리방법과 비교하여 현저하게 효율적이지만 제거효율에 한계가 있으므로 색도 및 COD는 배출허용기준을 달성하기 위하여 3차 처리가 필수이다. 이에 일부에서는 염소계 산화법을 사용하여 색도를 제거한다. 이 염소계 산화법의 주요역할은 차아염소산나트륨(NaClO)의 표백작용이다. 그러나 이 방법은 탈색효과가 있지만 탈색율에 한계가 있거나 색이 복원되는 경우가 있으며, 유기성 오염물질은 완전히 분해되지 않고 유독한 유기염화물질(환경호르몬물질)이 생성되기 때문에 염소계 산화공법은 국제적으로 제한을 받고 있다.

차아염소산나트륨에 의한 탈색 및 환경호르몬물질 생성 과정

또한 종래의 응집침전방법은 COD 및 색도의 제거율이 낮고 응집제 사용량이 많으므로 약품비용이 많이 들고, 슬러지발생량도 많아 운전관리에 큰 부담이 된다. 이에 약품비용이 적게들고 운전관리가 용이한 염색폐수 특성에 효율적인 양이온 유기응집제를 연구, 개발하여 적용했다.

본 발명의 염료와 응집제 반응 메카니즘을 설명하면

① 대부분 용해성 염료분자구조는 -SO₃ ^-기가 있으므로 음이온성을 가지고 있다. 이 염료분자의 유기 발색집단을 A로 표시하며 염료분자는 간단히 A-SO₃ ^-Na로 쓴다.

② 제조한 응집제는 양이온성이기 때문에 간단히 N⁺R₄Cl^-로 쓴다.

③ 염료분자와 응집제의 반응은 다음 반응식 3과 같다.

A-SO₃ ^-Na + N⁺R₄Cl^----→ A-SO₃ ^-N⁺R₄↓ + Na⁺+ Cl^-

(수용성 염료) (양이온응집제) (불용성 응집침전물)

상기 양이온응집제는 포름알데하이드와 시아노구아니딘 및 암모늄클로라이드의 축합반응체인 시아노구아니딘-포름알데하이드의 중합체 등을 예로 들 수 있다.

상기 시아노구아니딘과 포름알데하이드의 중합체는 다음 반응식 4a, 4b로 제조할 수 있다.

상기 응집제 제조의 실시예는 다음과 같다.

[실시예]

시아노구아니딘과 포름알데하이드의 중합체의 제조

37%의 포름알데하이드를 무게비로 56%정도를 반응기에 주입하고, 교반상태에서 시아노구아니딘 25%와 암모늄클로라이드 45%를 투입하고 자연용해시킨다. 이때 초기 축합반응이 일어나 용액의 온도는 점차 자연적으로 50℃정도로 올라가게 된다. 이때 암모늄클로라이드 3%를 첨가하면 온도가 자연적으로 약 90℃정도로 올라가게 된다. 온도가 만약 올라가지 않으면 천천히 가열한다.

부가적으로 가열하여 92~96℃정도에서 2시간정도 유지시킨후 70℃정도로 냉각시키면 최종적으로 pH6 정도의 활성물질 함량 60%인 투명한 점액물질로 양이온 유기응집제인 시아노구아니딘과 포름알데하이드의 중합체가 제조된다.

도 2는 혐기-호기-응집방법에 의한 염색폐수 처리공정의 구성도로서, 염색폐수를 공급받아 중화조(100)에서는 황산(H₂SO₄) 등을 투입하여 알칼리성폐수를 중화시킨 후 혐기조공급펌프(210)를 가동시켜 혐기조(200)로 폐수를 투입한다. 폐수가 투입되면 혐기조(200)에서는 난분해성물질 및 독성물질에 내성이 강한 혐기성미생물을 이용하여 1차 분해하고, 1차 분해된 폐수는 폭기조(300)로 투입되며 여기서는 호기성 미생물을 이용하여 2차 처리한다. 폭기조(300)에서 처리된 처리수는 응집조(400)로 보내어 최종적으로 처리되는데 여기서는 염색폐수 후처리에 효과적인 양이온 유기응집제를 투입하여 응집조(400)내에 설치된 교반기(410)의 교반에 의해 화학적 응집처리가 이루어진다. 응집입자와 최종처리수를 분리하기 위하여 응집조(400)의 처리수는 침전조(500)로 유입되어 상징수는 최종처리수로 방류되고 하부의 침전된 슬러지는 폐기물로 처리한다.

본 발명의 혐기-호기-응집에 의한 염색폐수 처리효율을 하기 표 1에 정리하였다.

본 발명의 혐기-호기-응집에 의한 염색폐수 처리공정은 종래의 염색폐수 처리공정과 비교하여 처리효율이 상기 표 1에서와 같이 뛰어나며 응집에 사용하는 양이온 유기응집제는 염색폐수 후처리에 효과적인 특수 응집제로서 처리효율이 뛰어날 뿐만 아니라 약품비용의 절감효과와 슬러지발생량이 종래의 응집제와 비교하여 15％미만으로 줄어서 슬러지 처리비용절감 및 운전관리가 용이한 효과를 얻을 수 있다.

Claims (2)

1. 염색폐수 처리방법에 있어서,

   (ⅰ)유입된 염색폐수를 중화조(100)에서 중화시키는 단계;

   (ⅱ)상기 중화조(100)에서 중화된 폐수를 혐기조(200)로 이송시켜 혐기성 미생물을 이용하여 염색폐수중의 난분해성 물질을 분해하는 단계;

   (ⅲ)상기 혐기조(200)에서의 1차 처리수를 폭기조(300)로 이송시켜 호기성 미생물을 이용하여 2차 처리하는 단계;

   (ⅳ)상기 폭기조(300)에서 처리된 2차 처리수를 응집조(400)로 유입시켜 양이온 유기응집제를 투입하여 최종 응집처리하는 단계;

   (ⅴ)상기 응집조(400)의 처리수를 침전조(500)로 유입시켜 침전된 슬러지와 최종처리수를 분리하여 배출시키는 단계로 이루어진 고효율 염색폐수 처리공정.
2. 제1항에 있어서, 상기 양이온 유기응집제로 포름알데하이드와 시아노구아니딘 및 암모늄클로라이드의 축합반응체인 시아노구아니딘-포름알데하이드의 중합체를 포함하는 것을 특징으로 하는 고효율 염색폐수 처리공정.