KR20100113878A

KR20100113878A - 산 수용액을 함유한 폐수의 정화 시스템

Info

Publication number: KR20100113878A
Application number: KR1020090032417A
Authority: KR
Inventors: 오옥수
Original assignee: 오옥수
Priority date: 2009-04-14
Filing date: 2009-04-14
Publication date: 2010-10-22
Also published as: KR101165708B1

Abstract

본 발명은 산 수용액을 함유한 폐수의 정화 시스템에 관한 것으로서 보다 상세하게는 제철소의 산세공정 등에서 발생되는 강산성의 폐수를 정화하여 화학적 산소 요구량(COD), 염소이온 농도, 고형물(SS) 함량, 총용존 고형물(Total Dissolved Solids, TDS), 탁도, 전도도 등을 개선시키는 시스템에 관한 것이다.

본 발명의 폐수 정화 시스템은 여과부, 화학적 흡착부, 염소 제거부 및 처리수 회수부를 포함하는 것을 특징으로 하며, 특히 상기 염소 제거부에 아토마이징된 슬래그를 충진하여 염소를 일정 수준까지 제거하도록 하는 것을 특징으로 한다.

산 수용액, 산세, 폐수, 염소, 슬래그

Description

산 수용액을 함유한 폐수의 정화 시스템{PURIFICATION SYSTEM FOR WASTEWATER CONTAINING ACIDIC AQUEOUS SOLUTION}

제철소의 산세 공정은 강판의 표면을 산으로 세척하는 공정으로서 강판 제조과정에서 발생하거나 다른 이유에 의하여 강판 표면에 부착되는 산화물 등의 이물질들을 산으로 용해하여 제거하는 공정을 의미한다.

상기 산세공정은 냉연강판이나 도금 강판 등과 같이 표면의 미려함이 중요시되는 소재에는 대부분 적용되고 있는데, 그 결과 많은 양의 산함유 폐수가 배출된다. 특히, 이러한 종류의 강판의 생산량이 많은 제철소에서는 예를 들면 월평균 수십만톤의 산함유 폐수가 발생되는데, 이러한 산함유 폐수는 그대로 배출될 경우 심각한 환경오염의 원인이 될 수 있다. 따라서, 배출전에 별도의 처리를 가하여 폐수가 환경에 악영향을 미치지 않도록 처리하여야 할 필요가 있으나 산 수용액을 함유하는 폐수는 그 처리가 그렇게 용이하지 않다는 문제가 있다.

즉, 산 수용액을 함유한 폐수는 일반적인 폐수와는 달리 폐수중 염소이온 농도가 높기 때문에 상기 염소이온을 적절히 처리할 필요가 있다. 염소이온 농도를 낮추고 폐수 중 수소이온을 제거하여 pH를 높이기 위해서 생각해 볼 수 있는 통상의 중화방법은 중화처리하기 위한 알칼리의 양이 대량으로 소모될 뿐만 아니라 많은 비용이 요구되기 때문에 바람직하지 않다.

또한, 상기 산 수용액을 함유하는 폐수 중 수소이온과 수소이온을 제거하는 것 이외에도 일반적인 폐수에 다량 함유된 여러가지 부유물 등이나 폐수의 COD 등을 배출수에 적합한 정도까지 제어하는 복합적인 수단이 함께 마련되지 않는다면 산 수용액을 함유하는 폐수의 처리는 요원할 것이다.

본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 일측면에 따르면 산 수용액을 함유하는 폐수의 정화 시스템이 제공된다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 폐수 정화 시스템은 여과부, 화학적 흡착부, 염소 제거부 및 처리수 회수부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 염소 제거부는 케이스내에 아토마이징된 슬래그를 충진한 것인 것이 바람직하다.

또한, 상기 아토마이징된 슬래그의 겉보기 부피(슬래그와 슬래그 사이의 공극을 포함한 부피로서 슬래그가 가장 다져진 상태에서의 부피)가 케이스에 의하여 정의되는 전체 내용적의 60~70%인 것이 효과적이다.

또한, 상기 처리수 회수부는 역삼투압 방식으로 회수수(回收水)와 폐수를 분리하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 처리수 회수부의 상류 측에 전하발생장치를 더 포함하여 폐수 중에 포함된 고형물들을 대전시킬 수 있는 것이 유리하다.

본 발명에 따르면 대량으로 발생되는 산 수용액 함유 폐수를 비교적 간단한 방법으로 처리하여 폐수중 불순성분을 제거함은 물론이고 폐수의 산성과 염소 성분도 배출수에 적합한 수준까지 감소하여 배출하거나 또는 다시 공정에 재이용함으로써 결과적으로 폐수의 배출량을 획기적으로 감소할 수 있으므로 환경보호에 매우 효과적이다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

도 1에 본 발명의 산 수용액 함유 폐수 처리 시스템의 개략적인 구성을 나타내었다. 도면에서 볼 수 있듯이, 본 발명의 산 수용액 함유 폐수 처리 시스템은 여과부(10), 화학적 흡착부(20), 염소 제거부(30) 및 처리수 회수부(50)를 포함하여 이루어져 있다.

상기 여과부(10)는 폐수에 포함되어 있는 대형 입자를 미리 여과하여 이후 폐수 처리 공정의 부하를 경감시키기 위한 것으로서 폐수 처리분야에서 사용되는 통상의 여과 장치를 사용하면 된다. 본 여과 장치에서 여과되는 입자의 크기는 처 리 상황에 따라 달라질 수 있지만, 한가지 예를 든다면 5㎛ 이상의 입자를 제거하는데 효과적이다. 상기 여과부(10)에는 펌프가 추가로 연결될 수 있는데, 이는 평상시에는 폐수에 압력을 가하여 여과장치로 폐수를 공급하는 역할을 수행하나, 여과 장치에 불순물이 많이 여과되어 여과 장치가 폐색될 우려가 있을 경우에는 폐수를 역류시켜 불순물을 제거할 수 있는 역할을 할 수 있다. 따라서, 상기 여과부를 경유한 폐수중에는 대형의 고형분은 거의 존재하지 않으며 소량의 미세 입자가 부유하는 산 수용액 함유 폐수가 후속되는 화학적 흡수부(20)에 제공되게 된다.

상기 여과부(10)을 통과한 폐수는 이후 화학적 흡착부(20)를 경유하게 된다. 상기 화학적 흡착부(20)는 상기 여과부(10)를 통과한 후 잔류하는 미세 부유물, 이온성 오염물질, 중금속 성분들을 추가적으로 여과하여 흡착시키는 역할을 수행하는 것으로서, 통상 (여과)흡착포(또는 흡착여과포) 등과 같은 수단이 많이 사용된다. 상기 흡착포 등은 통상 수처리 분야에서 사용되는 것이라면 특별히 제한하지 아니하며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 누구라도 이러한 기능의 (여과)흡착포를 선택하는데 큰 어려움이 없을 것이다. 상기 화학적 흡착부(20)에는 원활한 폐수의 진행을 돕기 위하여 펌프가 더 포함될 수도 있다.

상기와 같이 여과부(10) 및 화학적 흡착부(20)을 통과한 폐수 중의 부유물의 함량은 크게 줄어들게 되나 폐수중 포함되어 있던 염소이온이나 수소이온 농도는 특별한 변동이 없을 수 있다. 후속하는 염소 제거부(30)는 이하 설명하는 바와 같 이 산성 폐수 중에 존재하는 염소이온이나 수소이온 농도를 제어하기 위하여 구비되는 것이다.

즉, 상기 화학적 흡수부(20)에서 전처리된 폐수는 이후 염소 제거부(30)에서 후속처리되게 된다. 도 2에 상기 염소 제거부(20)의 예시적인 형상을 나타내었다. 상기 염소제거부(20)는 폐수가 통과할 수 있는 용기내부에 용융 슬래그를 아토마이징하여 형성한 구형의 슬래그 볼(또는 아토마이징된 슬래그)이 충진되는 형상을 가질 수 있다. 슬래그에는 통상 CaO가 다량 포함되기 때문에 CaO의 활동도(a_CaO)가 매우 높은데, 본 발명에서는 상기 슬래그 볼의 높은 CaO 활동도에 착안하여 염소를 제거하는데 이용하고자 한다. 즉, CaO는 산 함유 수용액 중의 염소와 하기 화학식 1과 같은 반응을 하는데, 그 결과 슬래그 볼의 표면에는 염화칼슘이 생성되게 된다. 상기와 같은 과정에 의하여 폐수 중 염소농도는 상당량 감소하게 되며 폐수의 pH는 상승할 수 있다.

CaO + 2H⁺ + 2Cl^- = CaCl₂ + H₂O

물론 이러한 반응은 순수한 CaO를 통하여 일으키는 것이 보다 직접적이며 효과적일 수 있다. 그러나, 순수한 CaO는 그 경도가 높지 않아 입자 부스러기가 폐수 중에 혼입되어 버리고 혼입된 입자는 슬래그 볼 정도의 대형 입자만 여과하도록 설계된 염소 제거부의 출구에서 여과되지 못하고 폐수와 함께 배출되어 버리기 때문에 추가적인 입자 회수과정 등이 요구될 수도 있다. 따라서 본 발명에서 제안하는 바와 같이 슬래그 볼을 이용하는 것이 보다 바람직하다. 이러한 슬래그 볼은 흐르는 폐수 흐름에 따라 염소 제거부(30) 내에서 유동할 수도 있으며 이러한 경우 폐수는 보다 적은 양의 저항을 받으며 처리될 수 있다. 충분히 원활하게 유동하기 위해서는 상기 염소 제거부(30) 내의 슬래그 볼은 그 겉보기 부피(슬래그 볼과 슬래그 볼 사이의 공극까지 포함한 개념으로서 더이상 부피가 줄지 않을 때까지 치밀하게 슬래그 볼을 충진시켰을 때의 부피를 의미함)가 슬래그 볼을 수용하는 케이스의 전체 부피(내용적) 대비 60~70% 정도 점유하도록 하는 것이 보다 바람직하다. 슬래그 볼의 겉보기 부피가 너무 작을 경우에는 유동은 원활하나 처리효율이 낮아 많은 수의 염소 제거부(30)을 구비하여야 한다는 문제점이 있을 수 있다. 필요한 경우에는 상기 염소 회수부(30)는 하나 이상 설치될 수도 있다. 이러한 슬래그 볼은 앞에서도 설명하였듯이 용융된 슬래그를 빠른 속도의 공기 흐름에 출탕할 경우 상기 공기 입자의 운동에너지에 의하여 용융 슬래그가 미세한 액적으로 분리되며 분리된 액적이 자신의 표면장력에 의하여 둥근 형상을 유지하면서 냉각됨으로써 형성되는 것을 말한다. 이러한 일련의 과정을 소위 '아토마이징'이라고 한다.

상기 염소 제거부(30)도 필요에 따라 폐수의 이송을 원활하게 하기 위한 펌프를 포함할 수 있다.

상기 여과부(10), 화학적 흡착부(20) 및 염소 제거부(30)과 같은 전처리부(60)을 통과한 폐수는 이후 처리수 회수부(50)를 포함하는 후처리부(70)를 경유하면서 불순물이 거의 존재하지 않는 회수수와 최종 폐수로 분리되게 된다. 이때 회수되는 회수수는 예를 들면 전체 폐수 발생량의 약 75% 이상의 수준으로서 이는 그대로 또는 약간의 후처리만을 겪은 후 방류할 수도 있으며, 더욱더 효과적으로는 다시 제철공정과 같은 공업수 이용분야에 재이용될 수도 있는 것이다.

회수수와 최종 폐수를 분리하기 위한 장치로서는 역삼투압(Reverse Osmosis) 방식의 여과장치를 사용하는 것이 보다 바람직하다. 상기 역삼투압 장치를 사용할 경우에는 장치내 높은 압력으로 인하여 불순물이 거의 포함되지 않는 물만이 삼투막을 통과하기 때문에 우수한 효율로 순도가 높은 물을 회수할 수 있는 것이다.

이때 더욱 바람직하게는 상기 후처리부(70)은 상기 처리수 회수부(50) 직전(상류)에 전하발생장치(40)을 추가로 포함하는 것이 효과적이다. 상기 전하발생장치(40)는 폐수 중에 현탁된 미제거 고형물이나 기타 입자를 대전시키는 장치로서 상기 장치를 이용할 경우 입자들은 음전하 또는 양전하로 대전되게 되는데 상기 후속하는 처리수 회수부(50)의 역삼투막의 표면 역시 동일한 전하로 대전시킬 경우 같은 전하끼리 작용하는 척력에 의하여 역삼투막과 고형물 등이 멀어지게 됨으로써 폐수속에 포함된 고형물들이 삼투막을 폐쇄하지 않도록 밀어내도록 하는 역할을 한다. 도 3에 상기 전하발생장치(40)의 한가지 예를 기재하였다. 상기 전하발생장 치(40)는 배관내에 전극을 삽입하여 전기장을 형성함으로써 폐수내 고형물들이 대전되도록 한다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 다만, 하기하는 실시예는 본 발명을 예시하여 구체화하기 위한 것일 뿐 본 발명의 권리범위를 제한하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의하여 결정되는 것이기 때문이다.

(실시예)

일평균 1350m³의 산 수용액 함유 폐수(산세 폐수)를 정화하기 위한 시스템을 제작하였다. 본 실시예에서 대상으로 하는 폐수의 조건을 표 1에 나타내었다. 다만, 폐수의 조건이 상이할 경우에는 처리용량이나 처리 패턴이 약간씩은 달라질 수 있으며 이러한 정도의 설계변경은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 누구라도 용이하게 할 수 있는 정도의 것이기 때문에 이에 대한 자세한 언급은 생략한다.

COD(mg/L)	Cl^-(mg/L)	고형물(mg/L)	TDS(mg/L)	탁도(NTU)	전도도(ms/cm)
23.2	720	4.8	2890	9.10	3.87

상기 표 1에서 볼 수 있듯이, 상기 산 수용액 함유 폐수는 Cl^- 등의 이온함량이 높고 고형물이 많이 포함되어 있어 탁도와 전도도가 높은 특성을 가진다.

상기 산 수용액 함유 폐수를 처리하기 위한 전처리부(60)으로서 여과부(10), 화학적 흡착부(20) 및 염소 제거부(30)을 순서대로 배치하였다. 상기 여과부(10)으로서는 직경 800mm, 높이 1750mm의 치수를 가지는 SUS304 케이스 내에 150개의 멤브레인 타입의 필터를 한조로 하여 설치하고 상기 필터의 후방에 폐수의 인입과 역류를 위한 펌프를 추가로 포함하도록 하였다. 또한, 상기 여과부(10) 후방에 연결된 화학적 흡착부(20)로서는 직경 2000mm, 높이 2100mm의 SUS304 재질의 케이스에 0.26~0.33mm의 공극크기를 가지는 여과포를 상기 케이스의 단면을 커버하도록 설치한 것을 사용하였다.

상기 화학적 흡착부의 후방에는 염소 제거부(30)을 설치하였는데, 상기 염소제거부는 직경 800mm, 길이 1190mm의 크기의 SUS 304 재질의 망 내에 직경 0.2mm ~ 0.35mm의 슬래그 볼을 전체 망높이의 70% 정도 충진되도록 설치함으로써 폐수의 스트림에 의해 유동되도록 하였다.

상기와 같은 전처리 장치에 표 1의 조건을 가진 폐수를 일평균 1350m³의 양으로 통과시킨 후 폐수의 특성변화를 분석하였으며 그 결과를 표 2에 나타내었다.

COD(mg/L)	Cl^-(mg/L)	고형물(mg/L)	TDS(mg/L)	탁도(NTU)	전도도(ms/cm)
16	520	0.2	2600	0.17	3.42

상기 표 2에 기재된 바와 같이 전처리된 폐수 중의 이온농도는 원 폐수에 포함되었던 것보다 훨씬 감소하였으며 고형물의 함량 또한 현저히 감소하였음을 알 수 있었다. 따라서, 탁도와 전도도도 현저히 개선되었음을 확인할 수 있었다.

상기 전처리부(60)에서 전처리된 폐수로부터 회수수를 분리하기 위하여 전하발생장치(40)와 상기 전하발생장치(40)에 후속하는 여과부(역삼투압 여과 장치)(50)를 포함하는 후처리부에 전처리된 폐수를 통과하였다.

전하발생장치(40)는 도 3에 기재한 바와 같은 형상을 가지며, 약 90~240V의 교류전력을 공급할 수 있는 전력공급장치를 통하여 배관에 삽입된 전극으로 전하를 공급하는 구성을 가지도록 하였다.

이후 설치된 역삼투압 여과 장치(50)에는 역삼투막과 가압을 위한 펌프 등을 구비하였으며 회수수와 미회수 폐수를 분리하여 배출할 수 있는 배관이 연결되도록 하였다. 상기 역삼투압 여과 장치(50)을 통하여 분리된 회수수는 원수의 75% 수준인 일평균 1010m³의 양을 나타내었다.

상기 후처리 장치에서 최종 배출된 회수수에 대한 분석결과를 표 3에 나타내었다.

COD(mg/L)	Cl^-(mg/L)	고형물(mg/L)	TDS(mg/L)	탁도(NTU)	전도도(ms/cm)
0.5	46	0	151	0.01	0.17

상기 표 3에서 볼 수 있듯이, 회수된 물은 고형분이 거의 존재하지 않으며 염소성분 역시 최초 원 폐수에 비하여 10% 미만으로만 존재하였으며, 기타 TDS, COD 등도 90% 이상 감소하였음을 알 수 있었다. 또한 탁도도 94.1%가 감소하였으며, 전도도도 95.0%가 감소하여 정화도가 아주 높다는 것을 확인할 수 있었다.

이러한 회수수는 그대로 방류하여도 되지만 공업용수로 사용하기에 손색이 없는 특성을 나타내므로 제철공장의 공업용수로 그대로 사용하도록 하였다.

따라서, 본 발명의 유리한 효과를 확인할 수 있었다.

도 1은 본 발명의 폐수 정화 시스템의 각 구성부를 배치한 배치도,

도 2는 본 발명의 폐수 정화 시스템에서 사용되는 염소 제거부의 일례를 나타낸 개략도, 그리고

도 3은 본 발명의 바람직한 일 구현례에서 포함되는 전하발생장치의 예시적인 형태를 나타내는 개략도이다.

Claims

여과부, 화학적 흡착부, 염소 제거부 및 처리수 회수부를 포함하는 것을 특징으로 하는 산 수용액을 함유한 폐수의 정화 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 염소 제거부는 케이스내에 아토마이징된 슬래그를 충진한 것임을 특징으로 하는 산 수용액을 함유한 폐수의 정화 시스템.
제 2 항에 있어서, 상기 아토마이징된 슬래그의 겉보기 부피(슬래그와 슬래그 사이의 공극을 포함한 부피로서 슬래그가 가장 다져진 상태에서의 부피)가 케이스에 의하여 정의되는 전체 내용적의 60~70%인 것을 특징으로 하는 산 수용액을 함유한 폐수의 정화 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 처리수 회수부는 역삼투압 방식으로 회수수(回收水)와 폐수를 분리하는 것을 특징으로 하는 산 수용액을 함유한 폐수의 정화 시스템.
제 4 항에 있어서, 상기 처리수 회수부의 상류 측에 전하발생장치를 더 포함하여 폐수중에 포함된 고형물들을 대전시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 산 수용액을 함유한 폐수의 정화 시스템.