KR20060102762A - 스트루바이트(ｓｔｒｕｖｉｔｅ) 결정화 방법에 의한산업폐수의 질소처리장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스트루바이트(struvite) 결정화 방법에 의하여 고농도 질소 및 인을 함유한 폐수를 처리하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 스트루바이트 결정화 방법을 수행하는데 있어, 폐수 속에 함유되어 있는 불순물을 제거하고 스트루바이트 결정화 방법에 의해 질소 및 인 처리 효율이 향상되는 폐수처리 방법 및 장치에 관한 것으로, 상기 문제를 해결하기 위해서는 철염, Alum 및 기타 응집제를 이용하여 스트루바이트 결정화를 방해하는 성분들을 제거한 후 스트루바이트 결정화 방법을 적용해야 하며, 이를 위해 본 폐수처리장치는 유량조정조, 응집조, 1차 침전조, 스트루바이트 결정화 반응조, 2차 침전조로 구성되며, 스트루바이트 결정화 반응을 방해하는 성분들을 응집을 통하여 1차적으로 제거하고 이를 통해 후속되는 스트루바이트 결정화 공정에서 질소와 인의 제거효율을 높이는 것을 특징으로 한다.

스트루바이트, 결정화, 질소, 인, 폐수처리.

Description

스트루바이트(ｓｔｒｕｖｉｔｅ) 결정화 방법에 의한 산업폐수의 질소처리장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR REMOVING NITROGEN BY THE STRUVITE CRYSTALLIZING METHOD}

도 1은 본 발명에 따른 응집이 후속되는 스트루바이트 결정화 효율에 미치는 영향을 도시한 그래프.

도 2는 본 발명에 따른 응집과 스트루바이트 결정화 방법을 이용한 질소 및 인 제거 공정의 계략도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 유량조정조 2 : 응집조

3 : 1차 침전조 4 : 스트루바이트(struvite) 결정화 반응조

5 : 2차 침전조 6 : 스트루바이트 반송라인

본 발명은 스트루바이트(struvite) 결정화 방법에 의하여 고농도 질소 및 인을 함유한 폐수를 처리하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 스트루바이트 결정화 방법을 수행하는데 있어 폐수 속에 함유되어 있는 불순물을 제거하고 스트루바이트 결정화 방법에 의해 질소 및 인 처리 효율이 향상되는 폐수처리 방법 및 장치에 관한 것으로, 상기 문제를 해결하기 위해서는 철염, Alum 및 기타 응집제를 이용하여 스트루바이트 결정화를 방해하는 성분들을 제거한 후 스트루바이트 결정화 방법을 적용해야 하며, 이를 위해 본 폐수처리장치는 유량조정조, 응집조, 1차 침전조, 스트루바이트 결정화 반응조, 2차 침전조로 구성되며, 스트루바이트 결정화 반응을 방해하는 성분들을 응집을 통하여 1차적으로 제거하고 이를 통해 후속되는 스트루바이트 결정화 공정에서 질소와 인의 제거효율을 높이는 것을 특징으로 한다.

일반적으로, 폐수에 포함되어 있는 영양염류(N, P) 자체는 무기성 원소이나, 이들이 하천이나, 연안바다, 호소(호수 및 저수지)등으로 유입되어 조류의 성장을 촉진시켜 부영양화 현상을 발생시킨다.

또한, 폐수에 포함되어 있는 영양염류가 연안바다로 유입되었을 때는 적조현상의 원인이 되며, 심하면 수저부에서 부패하고 악취가 발생하여 수질오염을 촉진시키는 원인으로 작용됨에 따라, 이러한 영양염류는 하천이나 호소로 유입되기 전에 제거되어야 할 물질이다.

폐수에 함유된 질소 및 인과 같은 영양염류 처리를 위한 공정들로는 물리· 화학적인 처리 방법과 생물학적인 처리 방법이 있다.

우선, 물리·화학적인 처리 방법에 있어서는 암모니아 탈기법, 선택적 흡착 방법을 이용하는 이온교환법, 소석회 및 응집제를 사용하여 인을 침전시키는 방법 및 질소와 인을 동시에 침전시키는 스트루바이트(struvite)형성의 침전법 등이 이용되고 있다. 일반적으로 물리적인 방법은 처리 효율이 낮고 화학적 처리 방법은 약품비 및 운전상에 요구되는 환경이 특정적이어서 그 운영에 어려움이 있는 단점이 있으나, 산업폐수의 경우 일부 특정 폐수를 제외하고는 독성 및 기타 다른 요인으로 인하여 생물학적인 처리가 어렵기 때문에 불가피하게 물리·화학적인 처리법을 선택하는 경우가 많다. 독성물질을 함유하고 있는 산업폐수의 질소를 제거하는데에 있어 유럽 및 선진국에서 많이 사용하고 있는 방법중 스트루바이트 결정화 방법이 있으나 경제성 및 새로운 기술을 받아들임에 있어 발생하는 보수성으로 인해 우리나라에서는 아직 실용화되고 있지 않은 실정이다.

한편, 생물학적 처리 방법에 있어서는, 질소의 경우 용존상태에 있는 암모니아성 질소와 유기 질소를 호기성 조건에서 질산화균(i.e.Nitrosomonas & Nitrobacter)에 의해 질산화(암모니아를 질산염형태로 변형)시키고, 질산염을 탈질산화균(ie., Pseudomonas, Paracoccus denitrifiers)에 의해 무산소 조건에서 산소대신 전자수용체로서 이용하게 하여 질소 기체로 변환하여 대기중으로 방출(탈질산화)시켜 제거하고 있다. 인의 경우 폐수를 교대로 혐기성 조건과 호기성 조건하에 유지시켜 혐기성 조건에서는 인 제거 미생물(ie., Acinetobacter)로부터 인을 방출시키고, 후속되는 호기성 조건에서는 미생물이 인을 과다 섭취하도록 한 다음, 미 생물을 일정량씩 제거시키는 방식으로 폐수중의 인을 제거한다. 따라서, 생물학적 질소 및 인의 제거 공정은 혐기성 - 호기성 - 혐기성 - 호기성 반응조를 적절히 분리 배치하여 각 반응조의 특성에 따라 호기성 반응조에서는 유기물 산화 및 질산화 반응과 미생물이 인을 섭취하도록 유도하고 혐기성 및 무산소 반응조에서는 질산성 질소를 질소가스로 변형시켜 대기중으로 방출시키는 탈질반응과 인의 방출을 유도한다. 하지만 산업폐수의 경우 중금속과 같은 독성물질을 함유하고 있고 폐수내에 유기물, 질소 및 인의 비율이 적절하지 않기 때문에 질산화 반응의 유도가 어려운 것은 물론이고 탈질 및 인 제거를 효과적으로 기대하기가 어려운 실정이다.

생물학적인 처리가 어려우면서, 특히 폐수내에 함유되어 있는 질소를 효과적으로 제거하는 방법으로는 상기에서 언급한 바와 같이 스트루바이트 결정화 방법에 의하여 폐수내의 질소를 스트루바이트 결정 형태로 침전 제거하는 방법이 있으나 폐수내에 스트루바이트 결정화를 방해하는 성분이 존재할 경우 이에 대해 효과적으로 적절히 질소를 제거할수 있는 대안이 없는 것이 현 기술 수준이다.

본 발명은 생물학적인 처리가 어렵고 질소 및 인을 고농도로 함유하고 있으며, 특히 폐수에 스트루바이트 결정화 반응을 방해하는 성분이 있어 화학적인 방법으로도 처리가 어려운 폐수를 효과적으로 처리할 수 있는 방법을 제공하는데 있다.

특히, 본 발명은 스트루바이트(struvite) 결정화 방법에 의해 짧은 시간에 질소를 효율적으로 제거하는 것은 물론 응집 공정을 스트루바이트 결정화 공정 전 단에 두어 스트루바이트 결정화 반응시 방해성분으로 작용하는 성분들을 선 응집을 통하여 제거함으로서 스트루바이트 결정화 반응조에서 질소 및 인 제거효율을 높이는 것이 핵심이며, 이를 위한 구체적 수단으로,

응집조(2)를 스트루바이트(struvite) 결정화 반응조(4) 전단에 배치시킴으로서 스트루바이트 결정화 반응을 방해하는 성분을 응집조(2)에서 제거하여 스트루바이트 결정화 반응조(4)에서의 결정화 반응시 불순물의 방해 없이 결정화 반응을 진행시켜 질소 및 인 제거효율의 향상을 가져오게 하는 장치 및 방법을 제공하고자 한다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은,

직렬로 배치된 유량조정조(1), 응집조(2), 1차 침전조(3), 스트루바이트(struvite) 결정화 반응조(4), 2차 침전조(5)로 구성되었으며, 2차 침전조(5)에 쌓인 스트루바이트 결정은 스트루바이트 반송라인(6)을 따라 스트루바이트 결정화 반응조(4)로 유입되어 유입폐수가 처리되는 구성을 갖는다.

이하, 상기 내용을 도2를 참조하여, 본 발명에 따른 구성을 보다 구체적으로 살펴보도록 한다.

본 발명에서 유입폐수는 유량조정조(1)로 유입된다.

유량조정조(1)는 유량변화가 심한 폐수의 완충 저장 탱크 역할을 하며, 응집조(2)로 유입되는 폐수의 양을 최대한 일정하게 유지시켜 주는 역할을 한다.

응집조(2)에서는 외부에서 철염, Alum(백반) 및 기타 응집제를 주입하여 폐수에 함유된 스트루바이트 결정화 반응을 저해하는 성분을 제거하게 된다. 응집조(2)에서 불순물이 제거된 상등액은 1차 침전조(3)로 유입된다. 응집조(2)에서의 응집 반응은 연속 또는 회분식으로 운영 가능하도록 공정을 구성한다.

1차 침전조(3)로 유입된 상등액은 스트루바이트 결정화 반응조(4)로 유입된다.

스트루바이트 결정화 반응조(4)에서는 스트루바이트 결정화 반응을 통해 1차 침전조(3)에서 연속 또는 회분식으로 유입된 상등액에 함유된 질소 및 인을 제거하게 되며, 이때 응집조(2)에서 스트루바이트 결정화 반응을 방해하는 성분이 응집과정을 통해 제거되었기 때문에 결정화 반응에 의한 질소 및 인 제거 효율을 크게 향상 시킬 수 있다. 철강제조공정에서 발생하는 코크스 폐수를 사용하여 실험을 한 결과 원 폐수를 응집과정을 거치지 않은 채 단순히 스트루바이트 결정화 공법을 적용하였을때 단지 약 9%의 암모니아성 질소 제거 효율이 관찰된 반면 원 폐수를 철염 주입을 이용하여 응집을 한 후 스트루바이트 결정화 공법을 적용하였을때 최대 약 72%의 제거효율이 관찰되어 전처리로서 응집 공정을 도입하였을때 처리효율이 약 63% 향상되는 것을 알 수 있었다(도 1). 스트루바이트 결정화 반응조(4)에서 스트루바이트 결정화 반응을 수행할 때 외부에서 마그네슘(Mg) 및 인(P)을 주입하게 되며 이때 마그네슘원은 바닷물 및 소금제조 공정시 발생되는 간수로 대체 가능하 다. 스트루바이트 결정화 반응이 끝난 혼합액은 2차 침전조(5)로 유입된다.

2차 침전조(5)로 유입된 혼합액은 고액분리 과정을 거치게 되며 상등액은 방류되고 스트루바이트 결정은 침전되게 되며 침전된 스트루바이트 결정의 일부는 스트루바이트 반송라인(6)을 따라 스트루바이트(struvite) 결정화 반응조로 유입되어 스트루바이트 결정화 반응조(4)에서 질소 및 인 제거효율을 더욱 향상시키게 된다.

전술한 바와 같이 생물학적인 처리가 어렵고 스트루바이트 결정화 반응시 결정화 반응을 방해하는 성분을 함유하며, 고농도의 질소, 인 및 불소를 함유한 폐수에 본 발명에 따른 공정을 적용시킬 경우 기존에 생물학적인 처리는 물론 화학적인 방법에 의해서도 처리가 어려운 폐수내의 질소와 인 처리 효율을 크게 향상시킬 수 있다. 특히, 결정화시 주입되는 마그네슘(Mg)원은 자연재인 소금제조공정시 발생되는 간수 및 바닷물을 이용할 수 있다는 장점을 가지고 있다.

Claims (6)

1. 유입폐수의 유량 및 부하율을 일정하게 조정해주는 유량조정조(1)와,

   유량조정조(1)와 연결되며 스트루바이트 결정화 반응시 결정화 반응을 방해하는 성분을 응집 반응을 통해 제거하는 응집조(2)와,

   응집조(2)와 연결되며 고액분리를 수행하는 1차 침전조(3)와,

   1차 침전조(3)와 연결되며 대부분의 스트루바이트 결정화 반응에 의해 질소 및 인을 제거하는 스트루바이트 결정화 반응조(4)와,

   스트루바이트 결정화 반응조(4)와 연결되며 고액분리를 수행하고, 스트루바이트 결정화 반응조(4)에서의 질소 및 인 제거효율을 높이기 위해 침전된 슬러지를 스트루바이트 반송라인(6)을 통해 스트루바이트 결정화 반응조(4)로 이송하는 2차 침전조(5)로 구성됨을 특징으로 하는 스트루바이트(struvite) 결정화 방법에 의한 산업폐수의 질소처리장치.
2. 폐수가 유량조정조(1)로 유입되는 단계;

   유량조정조(1)로부터 폐수의 양이 일정하게 유입된 응집조(2)에서, 폐수에 함유된 스투루바이트 결정화 반응을 저해하는 성분 제거 단계;

   응집조(2)에서 불순물이 제거된 상등액이 1차 침전조(3)으로 유입되는 단계;

   1차 침전조(3)로 유입된 상등액이 스트루바이트 결정화 반응조(4)로 유입되 고, 스트루바이트 결정화 반응조(4)에서는 스트루바이트 결정화 반응을 통해 1차 침전조(3)에서 연속 또는 회분식으로 유입된 상등액에 함유된 질소 및 인을 제거하는 단계;

   스트루바이트 결정화 반응이 끝난 폐수를 2차 침전조(5)로 유입하는 단계;

   2차 침전조(5)로 유입된 혼합액은 고액분리 과정을 거치게 되며 상등액은 방류되고 스트루바이트 결정은 침전되게 되며 침전된 스트루바이트 결정의 일부는 스트루바이트 반송라인(6)을 따라 스트루바이트(struvite)결정화 반응조(4)로 유입되는 단계;를 거쳐 폐수 속의 질소 및 인을 제거하는 것을 특징으로 하는 스트루바이트(struvite) 결정화 방법에 의한 산업폐수의 질소처리방법.
3. 제 2항에 있어서,

   응집조(2)는 외부에서 폐수에 함유된 스트루바이트 결정화 반응을 저해하는 성분을 제거하기 위해, 철염, Alum을 주입하는 것을 특징으로 하는 스트루바이트(struvite) 결정화 방법에 의한 산업폐수의 질소처리방법.
4. 제 2항 또는 제 3항에 있어서,

   응집조(2)는 응집조(2)에서의 응집 반응이 연속 또는 회분식으로 운영 가능하도록 공정이 구성되는 것을 특징으로 하는 스트루바이트(struvite) 결정화 방법 에 의한 산업폐수의 질소처리방법.
5. 제 2항에 있어서,

   스트루바이트 결정화 반응조(4)는 외부에서 스트루바이트 결정화 반응을 수행할 때 마그네슘(Mg) 및 인(P)을 주입하는 것을 특징으로 하는 스트루바이트(struvite) 결정화 방법에 의한 산업폐수의 질소처리방법.
6. 제 4항에 있어서,

   마그네슘(Mg)은 그 마그네슘원으로써 바닷물 및 소금제조 공정시 발생되는 간수로 대체 사용가능한 것을 특징으로 하는 스트루바이트(struvite) 결정화 방법에 의한 산업폐수의 질소처리방법.

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