KR20140128272A - 생물학적으로 처리된 폐수에서 소듐 술페이트의 제거 - Google Patents

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Abstract

출원은 폐수 스트림을 멤브레인 생물반응기에서 처리하는 단계, 전단계로부터의 오수를 양이온 교환기에서 처리하는 단계, 전단계로부터의 오수를 멤브레인 여과장치에서 처리하는 단계를 포함한다.

Description

생물학적으로 처리된 폐수에서 소듐 술페이트의 제거{ELIMINATION OF SODIUM SULFATE FROM BIOLOGICALLY TREATED WASTEWATER}
히드록시-프로필화된 전분(HPS) 생산 공정은 높은 적정 및 산화프로필렌 수준에서 전분이 젤화되지 않게 하고 반응 효율을 개선하기 위해 소듐 술페이트를 사용한다. 히드록시-프로필화된 전분의 생산에서 발생되는 고농도의 유기 재료 및 소듐 술페이트를 함유하고 폐수 처리 공정에 몹시 저항성을 갖는다. 소듐 술페이트는 생물학적 공정을 거쳐 분해되지 않을 수 있고 결국 오수가 된다. 중국, 호주, 태국, 브라질, 및 다른 나라에서 폐수에 엄격한 술페이트 제한이 있다. 현재로서 이러한 폐수로부터 경제적으로 술페이트를 제거할 수 있는 상업적 방법이 없다.
석회 또는 석회석 석출로써 물로부터 이온을 제거하기 위한 저렴한 방법은 물에 대한 술페이트 염의 높은 용해도 때문에 실패한다. 예컨대, 칼슘 술페이트 용해도 상수로부터 계산된 술페이트의 평형 농도는 약 1,500 mg/L이다. 이는 중국에서 폐수에 대한 500 mg/L 표준 또는 식수에 대한 250 mg/L의 미국 환경 보호청(US EPA) 이차 표준보다 훨씬 높다. 술페이트 석출은 칼슘 술페이트보다 더 불용성 염을 형성하는 시약을 사용하여 달성될 수 있다. 예컨대, 바륨 카보네이트 또는 스트론튬 카보네이트의 첨가는 각각 바륨 술페이트 또는 스트론튬 술페이트의 석출을 일으킬 것이다. 이러한 술페이트 제거 방법은 시약의 고비용과 중금속 독성에 대한 염려 때문에 통상적으로 사용되지 않는다.
칼슘 알루미네이트를 사용한 술페이트 제거("왈할라(Walhalla) 공정")는 제한된 응용에서 성공적이었다. 공정은 500 mg/L 내지 5,000 mg/L의 술페이트 수준에서 및 500 내지 1000 mg/L 미만의 소듐 농도에서 가장 양호하게 작동한다. 왈할라 공정은 석회 석출, 석회 소모로 pH 11.2에서 칼슘 알루미네이트 석출, 및 이산화탄소로 석출후 탄산화/칼슘 카보네이트 석출을 수반하는 세 단계 공정이다. 높은 작동 비용은 부분적으로 칼슘 알루미네이트 시약의 고비용 때문이다.
약염기 음이온 교환 수지로 이온 교환을 사용한 술페이트 이온 제거는 높은 화학적 산소 요구량 또는 COD를 갖는 폐수로의 음이온 교환 수지의 유기물 오염 때문에 비싸면서도 비실용적이다. 이들 수지의 술페이트 이온에 대한 낮은 이온 교환 용량은 또한 이를 비실용적 선택으로 만든다. 멤브레인 기술, 특히 나노여과 멤브레인이 술페이트 이온 제거에서 매우 효율적으로 드러났다. 술페이트 금속 이온은 폐수로부터 보유물(retentate) 스트림으로 분리될 수 있는데, 통상적으로 약 98 내지 99 %의 술페이트 이온이 나노여과 멤브레인에 의해 걸러진다. 그러나, 다시금 높은 화학적 산소 요구량 또는 COD를 갖는 폐수로의 나노여과 멤브레인의 빠른 오염은 이를 비실용적 선택으로 만든다.
마사루(Masaru) 등은 제FR 2556 980 A1호에서 리신(lysine) 발효 액체를 염 유형의, 강한 산성의, 양이온 교환 수지에 처리하고, 이 오수를 울트라여과장치와 같은 반투과성 멤브레인을 통해 통과시키고, 역삼투 멤브레인을 사용하여 농축하고, 그리고 그 다음 폐기물 스트림에서 술페이트를 포함하는 무기 재료의 91 %를 제거하도록 전기투석하는 것을 가르친다. 그린(Green) 등은 제WO 00/00273 A1호에서 용해된 술페이트 이온을 함유하는 공급물이 멤브레인 여과에 놓이고, 첫 번째 보유물이 석출 공정에 놓이고, 그리고 상청액(supernatant)이 추가 멤브레인 여과에 놓이는 공정을 가르친다. 스미오(Sumio) 등은 제JP 54-069578 A호에서 많은 구멍을 갖는 구리로 만든 여과 매체, 예컨대, 직포 또는 부직포, 또는 망을 통한 폐수의 통과 및 반투과성 멤브레인으로의 처리에 의한 감자 또는 옥수수 전분의 제조로부터의 폐수의 처리를 가르친다. 가와드(Gawaad) 등은 문헌[ARPN J. Eng. Appl. Sci., 6 (11), 1-6, 2011]에서 재사용을 위해 소듐 술페이트를 회수하도록 폐수 농축을 위한 나노멤브레인 및 역삼투 멤브레인을 평가하였다. 헨드릭스(Hendrix) 등은 1994년 9월 13일 부여된 미국 특허 번호 제5,346,620호에서 소듐 술페이트를 제거, 처음에 TOC 함량을 감소시키기 위한 박테리아 전처리 및 전처리 다음에 탈질소에 이은 질화 작용에 의해 폐수를 처리하는 것을 가르친다.
중국, 호주, 태국, 브라질, 및 다른 나라에서 폐수에 엄격한 술페이트 제한이 있다. 현재로서 이러한 폐수로부터 경제적으로 술페이트를 제거할 수 있는 상업적 방법이 없다.
일 측면에서, 출원은 a) 높은 유기물 함량의 폐수 스트림을 멤브레인 생물반응기에서 처리하고, b) a) 단계로부터의 오수를 양이온 이온 교환기에서 처리하고, 및 c) b) 단계로부터의 오수를 나노멤브레인 여과장치에서 처리하는 단계를 포함하는 공정을 제공한다.
출원의 일 실시양태에서, 멤브레인 생물반응기는 폐수 스트림으로부터 중화인민공화국 국가오염제거 표준인 "전분 산업을 위한 수질 오염 물질의 제거 표준(Discharge Standard of Water Pollutants for Starch Industry)" (Gb 25461-2010)에 따라 충분한 전체 포스페이트 및 화학적 산소 요구량을 제거한다.
출원의 일 실시양태에서, 멤브레인 생물반응기는 폐수 스트림으로부터 모든 유형의 박테리아를 제거한다. 다른 실시양태에서, 멤브레인 생물반응기의 멤브레인 구멍 크기는 약 0.04 마이크로미터이다.
출원의 일 실시양태에서, 양이온 이온교환기는 폐수 스트림으로부터 마그네슘 이온 및 칼슘 이온 농도를 약 100 mg/L에서 1 mg/L 미만으로 감소시킨다. 다른 실시양태에서, 이러한 감소는 나노멤브레인 여과장치가 작동 도중 막히게 되는 것을 방지한다.
출원의 일 실시양태에서, 나노멤브레인 여과장치는 폐수 스트림으로부터 화학적 산소 요구량을 250 mg/L 아래의 값으로 제거할 수 있다.
출원의 일 실시양태에서, 폐수 스트림 내의 소듐 술페이트 농도는 지방 하수도 시스템을 위한 상하이 제거 기준(Shanghai Discharge Standard for Municipal Sewerage System) (DB31/445-2009) 제한 아래로 통제된다. 다른 실시양태에서, 폐수 스트림에서 소듐 술페이트 농도는 500 mg/L 미만이다.
도 1은 본 출원에서 반연속 시스템의 공정 흐름도를 보여준다.
도 2는 본 출원에서 연속 시스템의 공정 흐름도를 보여준다.
도 3은 구멍 크기, 분자량 컷-오프, 및 상이한 여과 멤브레인 간의 관계를 보여준다.
도 4는 본 출원에서 공정의 작동 도중 화학적 산소 요구량을 보여준다.
도 5는 본 출원에서 공정의 작동 도중 전체 인 함량을 보여준다.
도 6은 본 출원에서 공정의 작동 도중 전체 현탁된 고형물 함량을 보여준다.
도 7은 본 출원에서 공정의 작동 도중 술페이트 함량을 보여준다.
도 8은 본 출원에서 공정의 작동 도중 소듐 술페이트 함량을 보여준다.
일 측면에서, 출원은,
a) 높은 유기물 함량의 폐수 스트림을 멤브레인 생물반응기에서 처리하고,
b) a) 단계로부터의 오수를 양이온 이온 교환기에서 처리하고, 및
c) b) 단계로부터의 오수를 나노멤브레인 여과장치에서 처리하는 단계를 포함하는 공정을 제공한다.
일 실시양태에서, 높은 유기물 함량의 폐수 스트림은 약 1,000 내지 약 30,000 mg(O2)/L의 화학적 산소 요구량(COD)을 갖는다. 다른 실시양태에서, 높은 유기물 함량의 폐수 스트림은 약 5,000 내지 약 25,000 mg(O2)/L의 화학적 산소 요구량(COD)을 갖는다. 다른 실시양태에서, 높은 유기물 함량의 폐수 스트림은 약 7,500 내지 약 20,000 mg(O2)/L의 화학적 산소 요구량(COD)을 갖는다. 다른 실시양태에서, 높은 유기물 함량의 폐수 스트림은 약 9,000 내지 약 19,000 mg(O2)/L의 화학적 산소 요구량(COD)을 갖는다. 또다른 실시양태에서, 높은 유기물 함량의 폐수 스트림은 약 10,000 내지 약 18,000 mg(O2)/L의 화학적 산소 요구량(COD)을 갖는다.
일 실시양태에서, 멤브레인 생물반응기의 멤브레인 구멍 크기는 약 1 ㎛ 내지 약 0.02 ㎛이다. 다른 실시양태에서, 멤브레인 구멍 크기는 약 0.7 ㎛ 내지 약 0.025 ㎛이다. 다른 실시양태에서, 멤브레인 구멍 크기는 약 0.5 ㎛ 내지 약 0.03 ㎛이다. 다른 실시양태에서, 멤브레인 구멍 크기는 약 0.4 ㎛ 내지 약 0.03 ㎛이다.
일 실시양태에서, 멤브레인 생물반응기의 멤브레인은 튜브 모양, 나선 모양, 중공 섬유 모양, 또는 편평한 판 모양이다. 다른 실시양태에서, 멤브레인 생물반응기의 멤브레인은 중공 섬유 모양이다.
일 실시양태에서, 멤브레인 생물반응기의 멤브레인 통과 압력은 약 10 kPa 내지 약 600 kPa이다. 다른 실시양태에서, 실시양태에서, 멤브레인 생물반응기의 멤브레인 안팎의 압력은 약 20 kPa 내지 약 500 kPa이다. 다른 실시양태에서, 멤브레인 생물반응기의 멤브레인 안팎의 압력은 약 30 kPa 내지 약 400 kPa이다. 다른 실시양태에서, 멤브레인 생물반응기의 멤브레인 안팎의 압력은 약 40 kPa 내지 약 80 kPa이다.
일 실시양태에서, 양이온 이온 교환기는 카복시산, 아미노포스폰산, 이미노디아세트산, 또는 술폰산 유형이다. 다른 실시양태에서, 양이온 교환기는 술폰산 유형이다. 일 실시양태에서, 양이온 이온 교환기는 소듐 형태이다. 다른 실시양태에서, 양이온 이온 교환기는 술폰산 유형이고 소듐 형태이다.
일 실시양태에서, 나노멤브레인 여과장치는 약 200 달톤 내지 약 15,000 달톤의 분자량 컷-오프를 갖는다. 다른 실시양태에서, 나노멤브레인 여과장치는 약 200 달톤 내지 약 1,000 달톤의 분자량 컷-오프를 갖는다. 다른 실시양태에서, 나노멤브레인 여과장치는 약 200 달톤 내지 약 500 달톤의 분자량 컷-오프를 갖는다. 다른 실시양태에서, 나노멤브레인 여과장치는 약 400 달톤 내지 약 500 달톤의 분자량 컷-오프를 갖는다.
일 실시양태에서, 나노멤브레인 여과장치에서 압력 강하는 약 1 kPa 내지 약 6,000 kPa이다. 다른 실시양태에서, 나노멤브레인 여과장치에서 압력 강하는 약 100 kPa 내지 약 5,000 kPa이다. 다른 실시양태에서, 나노멤브레인 여과장치에서 압력 강하는 약 1,000 kPa 내지 약 4,500 kPa이다. 다른 실시양태에서, 나노멤브레인 여과장치에서 압력 강하는 약 1,300 kPa 내지 약 4,100 kPa이다.
일 실시양태에서, 공정의 온도는 약 15 ℃ 내지 약 45 ℃이다. 다른 실시양태에서, 공정의 온도는 약 20 ℃ 내지 약 40 ℃이다.
일 실시양태에서, c) 단계로부터의 오수는 500 mg/L 미만의 농도의 소듐 술페이트 농도를 갖는다. 다른 실시양태에서, c) 단계로부터의 오수는 약 235 mg/L의 농도의 소듐 술페이트를 갖는다.
일 실시양태에서, 공정은 추가로 소듐 술페이트 십수화물의 단리를 포함한다. 다른 실시양태에서, 단리는 결정화 공정이다. 다른 실시양태에서, 결정화 공정의 온도는 약 0 ℃ 내지 약 5 ℃이다. 다른 실시양태에서, 단리된 소듐 술페이트 십수화물의 순도는 99 %보다 크다. 다른 실시양태에서, 단리된 소듐 술페이트 십수화물의 순도는 99.5 %보다 크다. 다른 실시양태에서, 단리된 소듐 술페이트 십수화물의 순도는 약 99.6 %이다.
일 실시양태에서, 높은 유기물 함량의 폐수 스트림은 전분 처리공정으로부터이다. 다른 실시양태에서, 높은 유기물 함량의 폐수 스트림은 옥수수 전분 처리공정으로부터이다. 다른 실시양태에서, 높은 유기물 함량의 폐수 스트림은 히드록시-프로필화된 전분(HPS) 생산으로부터이다.
일 실시양태에서, 상이한 유형의 멤브레인(MBR/나노여과), 연수기, 냉각, 결정화, 원심분리를 사용하는 공정이 생물학적 공정의 오수로부터 소듐 술페이트를 제거하기 위해 개발되었다. 한 실시양태에서, 본 출원의 공정은 시험 공장급에서 테스트되었고 평가 4 주 후 기술적 해법이라 증명되었다. 일 실시양태에서, 멤브레인 막힘과 관련된 어떤 문제점도 시스템의 작동 도중 경험되지 않았다.
일 실시양태에서, 본 출원의 공정은 멤브레인 생물반응기에서 특수 멤브레인을 사용하여 0.04 ㎛보다 큰 거의 모든 미립자를 제거한다. 일 실시양태에서, 멤브레인 생물반응기 공정에는 그 다음 칼슘 및 마그네슘 이온을 제거하기 위해 이온 교환 시스템이 뒤따른다. 다른 실시양태에서, 일단 칼슘 및 마그네슘이 제거되었으면, 술페이트는 나노멤브레인 여과 공정을 사용하여 농축된다. 미립자, 칼슘 및 마그네슘의 제거는 나노여과장치가 막히지 않고 나노여과장치 유닛의 작동을 가능하게 한다. 일단 소듐 술페이트가 나노여과 공정을 통해 약 80000 mg/L의 농도에 이르게 되면, 매우 농축된 술페이트 스트림이 냉각되고 소듐 술페이트 십수화물이 결정 장치 내에서 결정화하는 것이 허용된다. 결정화된 소듐 술페이트 십수화물은 그 다음 원심분리기를 사용하여 분리된다.
출원의 일 실시양태에서, 멤브레인 생물반응기는 폐수 스트림으로부터 중화인민공화국 국가오염제거 표준인 "전분 산업을 위한 수질 오염 물질의 제거 표준(Discharge Standard of Water Pollutants for Starch Industry)" (Gb 25461-2010)에 따라 충분한 전체 포스페이트 및 화학적 산소 요구량을 제거한다. 다른 실시양태에서, 과립 활성화 탄소 또는 과립 산화제이철 유닛이 최종 폐수 스트림을 폴리싱하는데에 필요하다.
출원의 일 실시양태에서, 멤브레인 생물반응기는 폐수 스트림으로부터 모든 유형의 박테리아를 제거한다. 다른 실시양태에서, 멤브레인 생물반응기의 멤브레인 구멍 크기는 약 0.04 마이크로미터이다.
출원의 일 실시양태에서, 양이온 이온교환기는 폐수 스트림으로부터 마그네슘 이온 및 칼슘 이온 농도를 약 100 mg/L에서 1 mg/L 미만으로 감소시킨다. 다른 실시양태에서, 이러한 감소는 나노멤브레인 여과장치가 작동 도중 막히게 되는 것을 방지한다.
출원의 일 실시양태에서, 나노멤브레인 여과장치는 폐수 스트림으로부터 화학적 산소 요구량을 250 mg/L 아래의 값으로 제거할 수 있다.
출원의 일 실시양태에서, 처음 결정화된 소듐 술페이트 십수화물 순도는 현재 사용되는 소듐 술페이트의 순도를 초과한다. 다른 실시양태에서, 처음 결정화된 소듐 술페이트 십수화물은 0.08 mg/L 미만의 프로필렌 클로로히드린 함량을 갖는다. 다른 실시양태에서, 처음 결정화된 소듐 술페이트 십수화물은 법적 제한 아래의 중금속 농도를 갖는다. 다른 실시양태에서, 처음 결정화된 소듐 술페이트 십수화물은 세척되지 않는다.
출원의 일 실시양태에서, 회수된 소듐 술페이트 십수화물은 히드록시-프로필화된 전분 반응기로 되돌아가 재활용된다.
출원의 일 실시양태에서, 폐수 스트림 내의 소듐 술페이트 농도는 지방 하수도 시스템을 위한 상하이 제거 기준(Shanghai Discharge Standard for Municipal Sewerage System) (DB31/445-2009) 제한 아래로 통제된다. 다른 실시양태에서, 폐수 스트림에서 소듐 술페이트 농도는 500 mg/L 미만이다.
본 출원의 소듐 술페이트 십수화물 결정(crystal)은 99 %보다 큰 순도를 갖는다. 일 실시양태에서, 결정화 공정으로부터의 오수는 칼슘, 마그네슘, 유기물, 및 중금속을 제거하기 위해 양이온 교환기 및 과립 활성화 탄소 시스템을 통해 통과된다. 다른 실시양태에서, 결정화된 소듐 술페이트 십수화물은 용해되고 그 다음 히드록시-프로필화된 전분의 생산에 재사용된다.
나노여과 멤브레인, 냉각, 결정화, 및 원심분리를 사용한 소듐 술페이트의 농축은 수산화나트륨의 생산에 있어서 화학 공업의 공정의 일부이다. 본 출원에서, 생물학적 공정으로부터 소듐 술페이트의 제거를 달성하기 위한 부가된 유닛 공정은 멤브레인 생물반응기 유닛, 공정의 전위(front end)에 연수기, 및 유기물(예컨대, 프로필렌 클로로히드린 및/또는 착색제) 및 중금속을 제거하기 위해 공정의 끝에서 과립 활성화 탄소 유닛을 사용한 폴리싱 단계를 포함한다. 일 실시양태에서, 냉각탑, 얼음 저장 시스템, 및 소듐 술페이트 십수화물의 용해가 공정을 덜 비싸게 만드는데 사용된다.
<정의>
문맥상 다른 지시가 없으면 다음 정의는 본 출원에서 본 출원의 화합물과 관련되어 사용된다. 두문자어 "COD"는 화학적 산소 요구량을 의미한다. 두문자어 "GAC"은 과립 활성화 탄소를 의미한다. 두문자어 "GFO"는 과립 산화제이철을 의미한다. 두문자어 "MBR"은 멤브레인 생물반응기를 의미한다. 두문자어 "NF"는 나노멤브레인 여과장치를 의미한다. 두문자어 "PCH"는 프로필렌 클로로히드린을 의미한다. 이들은 2-클로로-1-프로판올 및 1-클로로-2-프로판올(sec-프로필렌 클로로히드린)을 모두 포함한다. 두문자어 "TDS"는 전체 용해된 고체를 의미하고, 이는 소듐 술페이트를 포함한다. 두문자어 "TP"는 전체 인 함량을 의미한다. 두문자어 "TSS"는 전체 현탁된 고체 함량을 의미한다.
본원에 사용되기로, 용어 "멤브레인 여과"는 투과성 멤브레인을 사용하는 가스 또는 액체 스트림을 분리하기 위한 기계적 분리 공정을 의미하도록 의도된다. 이들은 역삼투(RO)를 포함하며, 이는 가장 고운 정도의 분리를 제공한 후 나노여과(NF), 울트라여과(UF), 및 마이크로여과(MF)가 뒤따르는데, 이는 가장 큰 구멍 크기의 멤브레인을 갖는다. 멤브레인은 튜브, 나선, 중공 섬유, 및 편평한 판의 네 가지 기본 모양으로 된다. 각각은 공정 유체에서 발견되는 물리적 특성의 범위에 맞게 포장에서 및 사용되는 재료의 유형에서 모두 상이한 모양을 갖는다.
본원에 사용되기로, "용어 중공 섬유 멤브레인"은 다공성 벽을 갖는 마이크로-두께의 세관을 의미하도록 의도된다. 일 실시양태에서, 세관(섬유)은 약 1 mm 두께이다. 중공 섬유는 "안에서 바깥쪽으로" 또는 "바깥에서 안쪽으로"의 흐름으로 작동할 수 있다.
본원에 사용되기로, 용어 "이온 교환기"는 고체 중합체 또는 무기물의 "이온 교환기"로 수성 및 다른 이온-함유 용액의 정제, 분리, 및 제염을 가능하게 하는 장치를 의미하도록 의도된다. 통상적 "이온 교환기"는 이온 교환 수지(다공성 또는 젤 중합체로 기능화된), 제올라이트, 몬모릴로나이트, 점토, 또는 토양부식질이다. "양이온 이온 교환기"는 양으로 하전된 이온(양이온)을 교환한다. 강산 양이온 교환기 및 약산 양이온 교환기가 모두 있다. 젤 중합체 이온 교환 수지의 유형은 스티렌-디비닐벤젠 기반 및 폴리아크릴 수지이다. 강산 양이온 교환 수지는 통상적으로 술폰산 기로 치환된다. 약산 양이온 교환 수지는 통상적으로 카복시산 기로 치환된다. 이온 교환은 가역 공정이며 이온 교환기는 이들 이온의 과량으로 세척함으로써 원하는 이온으로 장착되거나 재생될 수 있다.
본원에 사용되기로, 용어 "멤브레인 생물반응기" 또는 "MBR"은 현탁된 성장 생물반응기로 마이크로여과 또는 울트라여과와 같은 멤브레인 공정이 가능한 결합 장치를 의미하도록 의도된다.
본원에 사용되기로, 용어 "나노멤브레인 여과장치"는 나노여과 또는 NF가 가능한 장치를 의미하도록 의도된다. 나노여과는 울트라여과(UF) 및 역삼투 (RO) 사이의 어딘가의 범위에 있는 십자-흐름(cross-flow) 여과 기술이다. 멤브레인의 공칭 구멍 크기는 통상적으로 약 1 나노미터이다. 나노여과 멤브레인은 통상적으로 공칭 구멍 크기보다 분자량 컷-오프(MWCO)에 의해 매겨진다. MWCO는 통상적으로 1000 원자량 유닛(달톤) 미만이다. 나노여과는 다가 양이온을 제거할 것이고 공급물 스트림으로부터 천연 유기 물질 및 합성 유기 물질 모두를 제거할 것이다.
본원에 사용되기로 용어 "처리"는 물로부터 술페이트 이온, 유기 물질, 소듐 이온, 미립자 등과 같은 불순물의 제거를 의미하도록 의도된다.
본원에 사용되기로, 용어 "높은 유기물 함량의 폐수 스트림"은 약 1,000 내지 약 30,000 mg(O2)/L의 화학적 산소 요구량(COD)의 폐수 스트림을 의미하도록 의도된다.
표준으로 인식되는 기술은 없지만 멤브레인 시스템은 일반적으로 입자 크기 제거에 기반한 다섯 카테고리 중 하나로 분류된다. 더 큰 입자에서 더 작은 입자까지 차례대로 이들 카테고리는 일반적으로 입자 여과(PF), 마이크로여과(MF), 울트라여과(UF), 나노여과(NF), 및 역삼투(RO)로 언급된다. 이들 카테고리 사이에 일부 중복이 있다. 이들 카테고리를 보여주는 도해가 도 3에 나타난다.
본 출원의 어떤 특정 측면 및 실시양태는 다음의 실시예에 관해 더 상세하게 설명될 수 있을 것이며, 이는 오직 예시적 목적으로 제공될 뿐이고 어떤 식으로든지 출원의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 아니된다. 기술된 처리과정의 합리적 변형은 본 발명의 범위 이내에 있는 것으로 의도된다. 본 발명의 구체적 측면이 예시되고 기술되었지만, 다양한 다른 변화 및 수정이 발명의 정신 및 범위로부터 벗어나지 않고 만들어질 수 있다는 것이 당업자에게 명백할 것이다. 이는 따라서 첨부된 특허청구범위에서 본 발명의 범위 이내에 있는 이러한 모든 변화 및 수정을 포괄하도록 의도된다.
<실시양태>
다음 실시양태는 본 발명을 추가로 예시하고 설명하기 위한 것으로 어떤 식으로든 제한하는 것으로 받아들여져서는 안된다.
실시양태 1
a) 높은 유기물 함량의 폐수 스트림을 멤브레인 생물반응기에서 처리하는 단계, b) a) 단계로부터의 오수를 양이온 이온 교환기에서 처리하는 단계, 및 c) b) 단계로부터의 오수를 나노멤브레인 여과장치에서 처리하는 단계를 포함하는 공정.
실시양태 2
실시양태 1에서 멤브레인 생물반응기의 멤브레인 구멍 크기가 약 1 ㎛ 내지 약 0.02 ㎛인 것인 공정.
실시양태 3
실시양태 2에서 멤브레인 구멍 크기가 약 0.4 ㎛ 내지 약 0.03 ㎛인 것인 공정.
실시양태 4
실시양태 1에서 멤브레인 생물반응기의 멤브레인이 튜브 모양, 나선 모양, 중공 섬유 모양, 또는 편평한 판 모양인 것인 공정.
실시양태 5
실시양태 1에서, 멤브레인 생물반응기의 멤브레인 통과 압력이 약 10 kPa 내지 약 600 kPa인 것인 공정.
실시양태 6
실시양태 1에서 양이온 이온 교환기가 카복시산, 아미노포스폰산, 이미노디아세트산, 또는 술폰산 유형의 것인 공정.
실시양태 7
실시양태 6에서 양이온 이온 교환기가 소듐 형태인 것인 공정.
실시양태 8
실시양태 1에서 나노멤브레인 여과장치가 약 200 달톤 내지 약 15,000 달톤의 분자량 컷-오프를 갖는 것인 공정.
실시양태 9
실시양태 1에서 나노멤브레인 여과장치에서 압력 강하가 약 1 kPa 내지 약 4,000 kPa인 것인 공정.
실시양태 10
실시양태 1에서 공정의 온도는 약 15 ℃ 내지 약 45 ℃인 것인 공정.
실시양태 11
실시양태 1에서 c) 단계로부터의 오수는 500 mg/L 미만의 농도의 소듐 술페이트를 갖는 것인 공정.
실시양태 12
실시양태 1에서 소듐 술페이트 십수화물의 단리를 추가로 포함하는 공정.
실시양태 13
실시양태 12에서 분리가 결정화 공정인 공정.
실시양태 14
실시양태 13에서 결정화 공정의 온도가 약 0 ℃ 내지 약 5 ℃인 공정.
실시양태 15
실시양태 13에서 소듐 술페이트 십수화물이 원심분리기에서 단리된 것인 공정.
실시양태 16
실시양태 15에서 원심분리기로부터의 여과액을 양이온 이온 교환기를 통해 및 과립 활성 탄소 유닛을 통해 통과시키는 단계를 추가로 포함하는 공정.
실시양태 17
실시양태 1에서 a) 단계 전에 호기성 생물학적 시스템에서 폐수 스트림을 처리하는 단계를 추가로 포함하는 공정.
실시양태 18
실시양태 1에서 냉각 장치/결정화 장치 시스템에서 c) 단계로부터의 오수를 처리하는 단계를 추가로 포함하는 공정.
실시양태 19
실시양태 18에서 원심분리기에서 냉각 장치/결정화 장치 시스템으로부터의 오수를 처리하는 단계를 추가로 포함하는 공정.
실시양태 20
실시양태 1에서 높은 유기물 함량의 폐수 스트림이 전분 처리공정으로부터 나온 것인 공정.
<실시예>
다른 언급이 없는 한 모든 부 및 퍼센트는 중량 기준이고 모든 온도는 섭씨 도(℃)이다. 도 1에서, 본 출원의 반연속적 공정을 보여주는 흐름도가 나타난다. 이는 선택적으로 배치 모드로 작동할 수 있고 소듐 술페이트 십수화물의 선택적 결정화를 허용한다. MBR은 멤브레인 생물반응기이고; 연수기는 이온 교환기이고; T1, T2, 및 T3은 서지 탱크이고; NF1 및 NF2는 나노여과 유닛이고; F1 및 F2는 나노여과 공정으로부터의 여과액 탱크로서, 냉각은 선택적 냉장 유닛이고; 결정화는 선택적 결정화 장치 유닛이고; 원심분리는 선택적 원심분리기 유닛으로, 이는 결정질 소듐 술페이트 십수화물를 단리하는데 사용되고; 및 GAC는 선택적 과립 활성 탄소 유닛이다. 이러한 공정에 의해 생산되는 결정질 소듐 술페이트 십수화물의 분석은 표 1에 나타난다.
표 1
Figure pat00001
도 2에서, 본 출원의 연속적 공정을 보여주는 흐름도가 나타난다. MBR은 멤브레인 생물반응기이고; 연수기는 이온 교환기이고; T1 및 T2는 서지 탱크이고; NF는 다단계 나노여과 유닛이고; 냉각은 냉장 유닛이고; 결정화는 결정화 장치 유닛이고; 원심분리는 원심분리기 유닛으로, 이는 결정질 소듐 술페이트 십수화물를 단리하는데 사용되고; 및 GAC는 선택적 과립 활성 탄소 유닛이다.
도 4, 도 5, 및 도 6에서 본 출원의 공정의 작동 도중 측정된 공정 파라미터가 나타난다. MBR이라 표시된 수직 파선은 멤브레인 생물반응기가 폐수 스트림에 설치되기 전(왼쪽)과 후(오른쪽)을 나타낸다.
본 출원을 통해, 다양한 문헌이 언급된다. 이들 전체 문헌의 개시는 본원에서 기술되고 청구된 출원의 출원일에 당업자에게 알려진 최신기술을 더 완전히 기술하기 위해 여기에 참조문헌으로 본 출원에 포함된다.
본 출원의 특정 실시양태가 예시되고 기술되었지만, 다양한 다른 변화 및 수정이 발명의 정신 및 범위로부터 벗어나지 않고 만들어질 수 있다는 것이 당업자에게 명백할 것이다. 이는 따라서 첨부된 특허청구범위에서 본 발명의 범위 이내에 있는 이러한 모든 변화 및 수정을 포괄하도록 의도된다.

Claims (10)

  1. a) 높은 유기물 함량의 폐수 스트림을 멤브레인 생물반응기에서 처리하는 단계; b) a) 단계로부터의 오수를 양이온 이온 교환기에서 처리하는 단계; 및 c) b) 단계로부터의 오수를 나노멤브레인 여과장치에서 처리하는 단계를 포함하는 처리공정.
  2. 제1항에 있어서, 상기 멤브레인 생물반응기의 멤브레인 구멍 크기가 약 1 ㎛ 내지 약 0.02 ㎛인 공정.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 나노멤브레인 여과장치가 약 200 달톤 내지 약 15,000 달톤의 분자량 컷-오프를 갖는 것인 공정.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 c) 단계로부터의 오수가 500 mg/L 미만의 소듐 술페이트 농도를 갖는 것인 공정.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 소듐 술페이트 십수화물의 단리 단계를 추가로 포함하는 공정.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 소듐 술페이트 십수화물의 결정화 공정에 의한 단리 단계를 추가로 포함하며, 여기서 결정화 공정의 온도는 약 0 ℃ 내지 약 5 ℃인 공정.
  7. 제6항에 있어서, 상기 소듐 술페이트 십수화물이 원심분리기에서 단리되는 것인 공정.
  8. 제7항에 있어서, 원심분리기로부터의 여과액을 양이온 이온 교환기를 통해 및 과립 활성 탄소 유닛을 통해 통과시키는 단계를 추가로 포함하는 공정.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, a) 단계 전에 호기성 생물학적 시스템에서 폐수 스트림을 처리하는 단계를 추가로 포함하는 공정.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 높은 유기물 함량의 폐수 스트림이 전분 처리공정으로부터 유래된 것인 공정.
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