KR20140146390A

KR20140146390A - 불소폐수 처리 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR20140146390A
Application number: KR20130069010A
Authority: KR
Inventors: 박광순
Original assignee: 박광순
Priority date: 2013-06-17
Filing date: 2013-06-17
Publication date: 2014-12-26

Abstract

본 발명에 따른 불소폐수 처리 방법은 (a) 불소가 함유된 불소폐수를 집수조에 집수하는 단계; (b) 상기 불소폐수에 수산화 나트륨을 첨가하여 pH농도를 조절하는 전처리 단계; (c) 상기 불소폐수의 불소폐수 처리장치 온도를 55℃ 내지 60℃로 조절단계; (d) 상기 불소폐수에 염화칼슘 화합물 또는 인 화합물 중 1 종 이상 가하여 폐수 중의 불소 이온을 불용화한 후 고체-액체 분리에 의해 제거하는 단계; (e) pH 조정조에 황산(H₂SO₄) 수용액을 투입하여, 상기 불소폐수가 중성이되도록 조절하는 단계; (f) 상기 불소 폐수에 고분자 응집제를 투여하여, 불소 폐수 내의 슬러지를 침전시키는 단계; 및 (g) 알카리용액을 상기 불소폐수에 더 투여하여 pH 농도를 5.8 내지 8.6으로 조절하여, 불소 이온들을 불용성 물질로 침전시켜 잔류 불소가 5~10ppm이 되도록 한 후, 방류시키는 단계;를 포함하여, 20% 이상의 슬러지를 감량할 수 있는 효과가 있다.

Description

불소폐수 처리 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR TREATMENT OF FLUORINE-CONTAINING WASTEWATER}

본 발명은 불소폐수 처리 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 제철소, 제강, 연주공장, 미니밀 공장 또는 도금공장 등에서 발생되는 고농도의 불소가 함유된 폐수를 전처리 과정에서 pH9 상태에서 폐수처리장치를 통하여 착염의 카테고리를 끊어줌으로써 2차 처리 시스템으로 처리하는 고농도에서 적합한 불소폐수 처리 시스템 및 방법에 관한 것이다.

종래 불소폐수 처리 시스템 및 방법은 수산화칼슘(Ca(OH)₂)과 같은 칼슘화합물을 불소 폐수에 투입하여 플루오르화칼슘(CaF₂)을 포함하는 슬러지를 형성시켜 이를 폐수로부터 분리하는 방법이 사용된다. 이때 플루오르화칼슘이 생성된 불소 폐수를 알루미늄염으로 처리하여 플루오르화칼슘과 불소 폐수에 잔류하는 불소를 흡착시켜 안정화한 후 응집제로 처리하여 응집한 후 침전시켜 슬러지를 분리함으로써 불소 폐수를 처리한다.

그러나, 이와 같은 방법으로 불소 폐수를 처리하기 위하여 다량의 칼슘화합물이 투입되며 불소 폐수의 처리 후 발생하는 슬러지의 양도 다량으로 발생하게 되는 문제점이 있고, 또한 공정이 복잡하고 화학처리가 불안정하게 이루어지며, 넓은 부지 공간을 차지하는 문제점이 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-0356618호(2002.10.01)

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로서, 불소함유폐수가 함유된 전처리 과정에서 pH9 상태에서 폐수처리장치를 통하여 착염의 카테고리를 끊어줌으로써 2차 처리 시스템으로 처리하는 고농도에서 적합한 불소폐수 처리 시스템 및 방법의 제공을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 불소폐수 처리 방법은 (a) 불소가 고농도로 함유된 불소폐수를 집수조에 집수하는 단계; (b) 상기 불소폐수에 수산화 나트륨을 첨가하여 pH농도를 조절하는 전처리 단계; (c) 상기 불소폐수의 처리 장치 온도를 55℃ 내지 60℃로 조절단계; (d) 상기 불소폐수에 염화칼슘 화합물 또는 인 화합물 중 1 종 이상 가하여 폐수 중의 불소 이온을 불용화한 후 고체-액체 분리에 의해 제거하는 단계; (e) pH 조정조에 황산(H₂SO₄) 수용액을 투입하여, 상기 불소폐수가 중성이되도록 조절하는 단계; (f) 상기 불소 폐수에 고분자 응집제를 투여하여, 불소 폐수 내의 슬러지를 침전시키는 단계; 및 (g) 알카리용액을 상기 불소폐수에 더 투여하여 pH 농도를 5.8 내지 8.6으로 조절하여, 불소 이온들을 불용성 물질로 침전시켜 잔류 불소가 5~10ppm이 되도록 한 후, 방류시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 불소폐수 처리 방법은 연속적 처리 기술을 이용할 수 있고, 기존의 부지공간을 활용할 수 있는 있으며, 20% 이상의 슬러지를 감량할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 불소폐수 처리 방법은 기존 시스템 접목이 용이하고, 불소폐수 처리장치 통과시 착염화 오염물질 카테고리를 차단함으로써 재용출 부작용을 차단할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 불소폐수 처리 방법은 후단에서 후처리 공정을 통해 완벽한 수처리를 도모할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 불소폐수 처리 시스템을 도시한 도면이다.
도 2은 본 발명에 따른 불소폐수 처리 방법의 플로우 차트이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명에 따른 불소폐수 처리 시스템을 도시한 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 불소폐수 처리 시스템은 전처리 공정부(100), 불소처리 공정부(200) 및 후처리 공정부(300)로 구성된다.

상기 전처리 공정부(100)는 집수조에 집수된 불소폐수에 수산화 나트륨(NaOH)5~20g을 첨가하여 불소가 함유된 폐수의 pH 농도를 9로 유지시킨다.

한편, 상기 불소처리 공정부(200)는 집수조(210), pH 조정조(220), 반응조(230), 응집조(240), 침전조(250), 처리수조(260) 및 방류조(270)을 포함한다.

또한, 상기 불소처리 공정부(200)는 전열·스팀관(280), 온도자동센서(281) 및 OPR 센서(282)를 더 포함한다.

상기 집수조(210)는 불소를 함유하고 있는 폐수를 집수하고 있다.

상기 pH 조정조(220)은 상기 집수조(210)로부터 유입된 불소이온 함유 폐수에 황산(H₂SO₄) 수용액을 투입하여, 불소가 함유된 폐수가 중성이되도록 조절한다.

이후, 상기 반응조(230)는 상기 집수조(210)로부터 유입된 불소이온 함유 폐수를 30~40분가 체류시킨다.

상기 응집조(240)는 상기 반응조에서 소정시간동안 체류한 불소이온 함유 폐수에 고분자의 응집제가 투여되어 불소성분을 응집시킨다.

상기 침전조(250)는 상기 응집조(240)에서 응집된 불소성분을 바닥에 침전시켜 불소이온 함유 폐수 내의 불소성분이 제거될 수 있도록 한다.

상기 처리수조(260)는 알카리용액인 수산화 나트륨을 투입하고, 불소가 함유된 폐수의 pH를 5.8 내지 8.6으로 조절하여, 불소 이온들을 불용성물질로 침전시켜 잔류 불소가 5~10ppm이 되도록 한 후, 상기 방류조(270)을 통해 방류될 수 있도록 한다.

또한, 상기 불소처리 공정부(200)는 전열·스팀관(280), 온도자동센서(281) 및 OPR 센서(282)를 더 포함하는데,

상기 전열·스팀관(280)은 불소처리 공정부(200)의 온도를 일정한 수준으로 유지시키고, 상기 온도자동센서(281)는 상기 불소처리 공정부(200)의 온도가 정해진 범위를 벗어나는 경우, 상기 전열·스팀관(280)을 제어하여 온도가 정해진 범위 내에 있을 수 있도록 한다.

상기 OPR 센서(282)는 상기 불소처리 공정부(200)에 염화칼슘 화합물 또는 황산 알루미늄 중 1 종 이상 가하여 폐수 중의 불소 이온을 불용화한 후 고체-액체 분리에 의해 제거한다.

도 2는 본 발명에 따른 불소폐수 처리 방법의 플로우 차트이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 불소폐수 처리 방법은 먼저, 공장 등에서 발생하는 300~600ppm 정도의 불소를 함유하고 있는 폐수를 집수조에서 집수하는 단계를 수행한다(S10).

불소 및 규소를 함유하는 배수를 고농도 상태로 처리해도 고순도의 불화 칼슘으로 불소를 고회수율로 회수할 수 있도록 하기 위한 전처리 단계에서 상기 집수조에 집수된 불소폐수에 수산화 나트륨(NaOH)5~20g을 첨가하여 불소가 함유된 폐수의 pH 농도를 9로 유지시키는 단계를 수행한다(S20).

이때, 상기 `S20` 단계에서 불소가 함유된 폐수의 pH 농도를 9로 유지한 상태에서, OPR 설치를 통하여 착염의 카테고리를 끊어줌으로써 이후 진행되는 후처리 공정이 용이하게 이루어져 완벽한 수처리를 도모하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 불소폐수의 온도를 일정한 온도를 유지시키기 위해, 전열 및 스팀 보일러를 열원으로 하여, 불소폐수 처리 장치의 온도를 55℃ 내지 60℃로 유지하는 단계를 수행한다(S30).

이때, 상기 S30 단계에서 불소폐수 처리 장치에 구비된 자동 온도 센서가 불소폐수 처리장치의 온도를 수시로 측정하여, 55℃ 내지 60℃를 벗어나는 경우 열원을 제어함으로써 온도를 보정하는 것을 특징으로 한다.

불소 함유 폐수에 염화칼슘 화합물(5~10g) 또는 황산 알루미늄(5~10g) 중 1 종 이상 가하여 폐수 중의 불소 이온을 불용화한 후 고체-액체 분리에 의해 제거하는 단계를 수행 한다(S40).

pH 조정조에 황산(H₂SO₄) 수용액을 투입하여, 불소가 함유된 폐수가 중성이되도록 조절하는 단계를 수행한다(S50).

이후, 반응조에서 상기 `S50`단계에서 중성화된 불소가 함유된 폐수를 30~40분간 체류시키는 단계를 수행한다(S60).

그리고, 상기 불소가 함유된 폐수가 수용된 반응조 또는 반응조에 폴리아크릴아마이드와 같은 고분자의 응집제를 투여하여(S70), 입자들을 침전시키는 단계를 수행한다(S80).

즉, 상기 `S70`단계에서 불소 폐수에 응집제를 투여함에 따라, 상기 응집제는 불소 폐수 중, 고정된 불소를 슬러지로 응집시키고, 상기 `S80`단계에서 상기 불소 폐수 내의 응집된 상기 슬러지가 침전되게 된다.

상기 `S70` 단계에서 상기 불소가 함유된 폐수가 수용된 반응조 또는 반응조에 폴리아크릴아마이드와 같은 고분자의 응집제를 투여하여, 침전입자들을 조대화시켜 줌으로서, 침전조에서 고액 분리를 용이하게 한다.

한편, 황산수용액이 투입된 폐수를 처리수조에 유입시키고, 이에 알카리용액 즉 수산화 나트륨을 투입하여 불소가 함유된 폐수의 pH를 5.8 내지 8.6으로 조절하여, 불소 이온들을 불용성물질로 침전시켜 잔류 불소가 5~10ppm이 되도록 한 후, 방류시키는 단계를 수행한다(S90).

아래와 같은 실험방법으로 불소제거효과를 검토하여 보았다.

먼저, 란탄-알리자린 컴플렉손법으로 전처리한 시료 적당량(30ml이하로서 불소 0.05mg이하 함유)을 50ml 용량플라스크에 취하여 란탄-알리자린 컴플렉손 용액 20ml를 넣고 물을 넣어 표선까지 채우고 흔들어 섞은 다음 약 1시간 방치한다.

그리고, 이 용액의 일부를 층장 10mm흡수셀에 옮겨 시료용액으로 하고, 따로 물 30ml를 취하여 시료의 시험방법에 따라 시험하여 바탕시험액으로 한다.

마지막으로, 바탕시험액을 대조액으로 하여 620nm에서 시료용액의 흡광도를 측정하고 미리 작성한 검량선으로부터 불소이온의 양을 구하고 농도(mg/L)를 산출하였다.

그 결과, 아래 [표 1]의 실시예 3에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 상술한 S20 내지 S40 단계 즉, 전처리공정 pH9 수산화나트륨 5~20g에 고농도 불소폐수처리장치 55~60℃를 거쳐 후처리 공정에 염화칼슘 5~10g 또는 황산알루미늄 5~10g을 혼합하여 이루어진 불소의 제거 효과가 탁월함을 알 수 있다.

참고로, 아래 [표 1]의 실시예 1은 전처리공정 pH9 수산화나트륨 5~20g에 물을 가하여 혼합하여 처리된 불소폐수 용액이고, 실시예 2는 전처리공정 pH9 수산화나트륨 5~20g에 염화칼슘 5~10g 또는 황산알루미늄 5~10g을 혼합하여 처리된 불소폐수 용액이다.

예＼구분	원수의 불소농도 (mg/L)	처리수의 불소농도 (mg/L)	처리효율
실시예 1	2,521.15	2,501.12	0.79%
실시예 2	2,521.15	2,451.31	2.77%
실시예 3	2,521.15	5.01	99.80%

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 하기에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

100 : 전처리 공정부
200 : 불소처리 공정부
210 : 집수조
220 : pH 조정조
230 :반응조
240 : 응집조
250 : 침전조
260 : 처리수조
270 : 방류조
280 : 전열·스팀관
281 : 온도자동센서
282 : OPR 센서
300 : 후처리 공정부

Claims

전처리 공정부(100), 불소처리 공정부(200) 및 후처리 공정부(300)를 포함하되,
상기 불소처리 공정부(200)는
불소가 함유된 불소폐수가 집수된 집수조(210);
상기 집수조(210)로부터 유입된 불소이온 함유 폐수에 황산(H₂SO₄) 수용액을 투입하여, 불소가 함유된 폐수가 중성이되도록 조절하는 pH 조정조(220);
상기 불소이온 함유 폐수를 30~40분간 체류시키는 반응조(230);
상기 반응조(230)에서 소정시간동안 체류한 불소이온 함유 폐수에 고분자의 응집제가 투여되어 불소성분이 응집되는 응집조(240);
상기 응집조(240)에서 응집된 불소성분의 슬러지가 침전되는 침전조(250);
불소 이온들을 불용성물질로 침전시켜 잔류불소를 5~10ppm이 되도록 하는 처리수조(260);를포함하는 것을 특징으로 하는 불소폐수 처리 시스템.
제 1항에 있어서,
상기 불소처리 공정부(200)는
상기 불소처리 공정부(200)의 온도를 일정한 수준으로 유지시켜 주는 전열·스팀관(280);
상기 불소처리 공정부(200)의 온도가 설정 범위를 벗어나는 경우, 상기 전열·스팀관(280)을 제어하여 온도가 설정된 범위 내를 유지하도록 하는 온도자동센서(281); 및
상기 불소처리 공정부(200)에 염화칼슘 화합물 또는 황산 알루미늄 중 1 종 이상 가하여 폐수 중의 불소 이온을 불용화한 후 고체-액체 분리에 의해 제거하는 OPR 센서(282);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 불소폐수 처리 시스템.
(a) 불소가 함유된 불소폐수를 집수조에 집수하는 단계;
(b) 상기 불소폐수에 수산화 나트륨을 첨가하여 pH농도를 조절하는 전처리 단계;
(c) 상기 불소폐수의 불소폐수 처리장치 온도를 55℃ 내지 60℃로 조절단계;
(d) 상기 불소폐수에 염화칼슘 화합물 또는 인 화합물 중 1 종 이상 가하여 폐수 중의 불소 이온을 불용화한 후 고체-액체 분리에 의해 제거하는 단계;
(e) pH 조정조에 황산(H₂SO₄) 수용액을 투입하여, 상기 불소폐수가 중성이되도록 조절하는 단계;
(f) 상기 불소 폐수에 고분자 응집제를 투여하여, 불소 폐수 내의 슬러지를 침전시키는 단계; 및
(g) 알카리용액을 상기 불소폐수에 더 투여하여 pH 농도를 5.8 내지 8.6으로 조절하여, 불소 이온들을 불용성 물질로 침전시켜 잔류 불소가 5~10ppm이 되도록 한 후, 방류시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 불소폐수 처리 방법.
제 3항에 있어서,
상기 전처리 단계에서 pH 농도를 9로 유지하는 것을 특징으로 하는 불소폐수 처리 방법.
제 4항에 있어서,
상기 전처리 단계에서 착염의 카테고리를 끊어주는 것을 특징으로 하는 불소폐수 처리 방법.
제 3항에 있어서,
상기 `(c)`단계에서 전열 및 스팀 보일러를 열원으로 하여, 불소폐수 처리장치의 온도를 55℃ 내지 60℃로 유지하되, 상기 불소폐수 처리장치에 구비된 자동 온도 센서가 불소폐수 처리장치의 온도를 수시로 측정하여, 55℃ 내지 60℃를 벗어나는 경우 열원을 제어함으로써 온도를 보정하는 것을 특징으로 하는 불소폐수 처리 방법.
제 3항에 있어서,
상기 고분자 응집제는 폴리아크릴아마이드인 것을 특징으로 하는 불소폐수 처리 방법.