KR20150144387A - 폐수처리 공법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 에어 버블과 펜톤 산화공정에서 발생하는 OH 라디칼을 이용하여 폐수의 COD 연결고리를 분해한 후 COD 제거제를 투입하여 고농도 난분해성 COD를 제거할 수 있는 폐수처리 공법에 관한 것이다.

Description

폐수처리 공법{Waste water treatment system}
본 발명은 에어 버블과 펜톤 산화공정에서 발생하는 OH 라디칼을 이용하여 폐수의 COD(Chemical Oxygen Demand) 연결고리를 분해한 후 COD 제거제를 투입하여 고농도 난분해성 COD를 제거할 수 있는 폐수처리 공법에 관한 것이다.
펜톤 산화(Fenton Oxidation) 공법은 처리 효율이 검증되어 많은 산업 현장에서 사용되고 있다. 펜톤 공정은 저농도 난분해성 COD 폐수에서는 효율이 뛰어나지만, 고농도 난분해성 COD 폐수의 처리에는 한계가 있어 적용이 어려웠던 게 사실이다.
지금도 세계 각국의 여러 업체에서 고농도 난분해성 COD 폐수를 처리하고자 여러 가지의 고도 처리 공법을 개발 중이며, 일부 업체에서는 현장에 설치하여 그 성능을 일부 검증받았다.
에어 버블도 마이크로 버블이라는 명칭으로 최근 활발하게 연구가 진행 중인 처리 공법으로, 고도처리 공법의 기본 원리는 OH 라디칼을 많이 발생시켜 고농도 폐수와 접촉시간을 길게 가져가 처리효율을 극대화시키는 것에 초점이 맞추어져 있다.
본 발명의 목적은 고농도 난분해성 폐수를 효과적으로 처리할 수 있는 폐수처리 공법을 제공하는 것이다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 원수 저장조로부터 처리될 원수를 에어 버블 반응조로 유입시키는 단계; 에어 버블 반응조에 펜톤 시약과 에어 버블을 투입하여 OH 라디칼에 의해 화학적 산소 요구량(COD) 유발성분을 분해하는 단계; 가압 부상조에서 부유 물질을 제거하는 단계; 가압 부상조와 연결된 반응조에 COD 제거용 약품을 투입하는 단계; 반응조와 연결된 응집조에서 응집시키는 단계; 응집조와 연결된 침전조에서 응집된 슬러지와 상등수를 분리하는 단계; 침전조와 연결된 반송조에서 상등수의 일부를 에어 버블 반응조로 반송시키는 단계; 및 반송조와 연결된 처리 수조에서 처리수를 방류하거나 처리수의 일부를 원수 저장조로 반송시키는 단계를 포함하는 폐수처리 공법을 제공한다.
본 발명에 따른 공법은 에어 버블 반응조와 연결된 탈기조에서 미세 기포를 제거하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명에서 COD 제거용 약품은 삼산화황 41 내지 43 중량%, 산화칼슘 24 내지 26 중량%, 이산화규소 15 내지 17 중량%, 산화알루미늄 9 내지 11 중량%, 탄산나트륨 5 내지 7 중량%, 산화제이철 0.1 내지 2 중량%, 산화마그네슘 0.1 내지 2 중량%를 포함할 수 있다.
본 발명에서 원수 저장조 및 처리 수조에 공기를 주입할 수 있다.
본 발명에서 에어 버블 반응조부터 반송조까지를 1단으로 하여 다단으로 직렬 배치할 수 있다.
본 발명에 따르면, 고농도 난분해성 폐수를 효과적으로 처리할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 폐수처리 공정도이다.
도 2는 본 발명에 따른 폐수처리 결과 그래프이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 폐수처리 공정도로서, 본 발명에 따른 폐수처리 설비는 원수 저장조(10), 공기 발생기(12), 에어 버블 반응조(20), 공기 압축기(22), 펜톤 시약 투입기(24), 탈기조(30), 가압 부상조(40), 반응조(50), COD 제거용 약품 투입기(52), 응집조(60), 침전조(70), 반송조(80), 처리 수조(90), 슬러지 저장조(100) 등을 포함할 수 있다.
원수 저장조(10)에는 다양한 공정에서 발생한 폐수가 저장된다. 본 발명의 공법이 처리 가능한 폐수로는 난분해성 COD 제지 폐수, 음식물 폐수, 침출수 폐수, 축산 폐수, 고농도 COD 화학 폐수(L-SD), 폐절삭유 폐수, 폐플라스틱 재생 폐수, 염료 폐수, 녹차 폐수, 기타 난분해성 고농도 COD 산업 폐수, 고농도 불소 폐수, 고농도 인(T-P) 폐수 등을 들 수 있다. 본 발명의 공법은 특히 고농도 난분해성 폐수처리에 적합하다.
원수 저장조(10)에는 공기 발생기(12)를 이용하여 공기를 주입할 수 있으며, 이에 따라 폐수처리 효율을 향상시킬 수 있다. 공기 발생기(12)는 1개 또는 2개 이상 설치할 수 있다.
원수 저장조(10)에 저장된 원수는 원수 이송펌프를 이용하여 인입 노즐을 통해 에어 버블 반응조(20)로 유입된다. 에어 버블 반응조(20)로 가는 원수 중 일부는 원수 저장조(10)로 반송될 수 있다.
에어 버블 반응조(20)에는 공기 압축기(22)를 통해 에어 버블이 투입되고, 펜톤 시약 투입기(24)를 통해 펜톤 시약이 투입된다. 에어 버블 반응조(20)에서는 OH 라디칼에 의해 화학적 산소 요구량(COD) 유발성분이 분해된다. COD 유발성분은 주로 유기물이지만, 무기물도 일부 포함될 수 있다.
펜톤 산화반응은 2가 철염의 펜톤 시약과 과산화수소 혼합용액을 사용하여 반응 중 생성되는 OH 라디칼의 산화력으로 폐수의 유기물을 산화 처리하는 방법이다. 펜톤 시약은 영국의 화학자 펜톤(Fenton)에 의해서 처음으로 발견되었고, 펜톤 산화에 대한 반응 메커니즘은 하버(Haber) 등에 의해 제안되었으며, 그 후 바브(Barb) 등이 이를 수정하여 완성시켰다.
펜톤 시약으로는 과산화수소 및 황산 제2철 또는 염화 제2철 등을 사용할 수 있다. 과산화수소는 취급하기가 용이하고 현장에서 저장이 가능하고 다양한 유기물과의 반응성이 높으며 독성물질이나 색도 물질을 유발하지 않는 비교적 경제성이 있는 산화제이다. 펜톤 산화반응으로 알려진 과산화수소와 황산 제2철의 반응은 매우 빨리 진행되며, 이 반응의 과정 중에 유기 화합물을 공격할 수 있는 OH 라디칼 중간체가 형성된다.
에어 버블은 공기 압축기(22)를 통해 에어 버블 반응조(20)에 주입되고, 이때의 압력은 3 ~ 5 kg/㎠일 수 있다. 공기 압축기(22)는 1개 또는 2개 이상 설치할 수 있다.
다음, 에어 버블 반응조(20)와 연결된 탈기조(30)에서는 COD 분해 과정에서 발생한 미세 기포가 제거된다. 미세 기포는 탈기조(30)에 설치된 교반기를 이용하여 교반함으로써 제거할 수 있다.
다음, 탈기조(30)와 연결된 가압 부상조(40)에서 부유 물질이 제거된다. 부유 물질(SS)은 가압 부상조(40) 상부에 설치된 컨베이어 벨트 등을 이용하여 제거할 수 있다. 컨베이어 벨트에는 감속기가 설치될 수 있다. 가압 부상조(40)에서 발생하는 슬러지는 슬러지 인발펌프를 이용하여 슬러지 저장조(100)로 이송할 수 있다.
다음, 가압 부상조(40)와 연결된 반응조(50)에 COD 제거용 약품을 투입한다. COD 제거용 약품은 COD 제거용 약품 투입기(52)를 통해 투입될 수 있고, 반응조(50)에는 교반기 등이 설치될 수 있다. COD 제거용 약품을 투입함으로써 COD를 효과적으로 제거할 수 있다.
COD 제거용 약품은 삼산화황 41 내지 43 중량%, 산화칼슘 24 내지 26 중량%, 이산화규소 15 내지 17 중량%, 산화알루미늄 9 내지 11 중량%, 탄산나트륨 5 내지 7 중량%, 산화제이철 0.1 내지 2 중량%, 산화마그네슘 0.1 내지 2 중량%를 포함할 수 있으며, 예를 들어 하기 표 1과 같이 조성될 수 있다. 각 무기물 함량은 X레이 형광분석에 의해 분석될 수 있다. COD 제거용 약품의 투입량은 1,000 내지 5,000 ppm인 것이 바람직하다.
화학명 화학식 CAS No. 함량(중량%)
삼산화황 SO3 7446-11-9 42.3
산화칼슘 CaO 1305-78-8 25.1
이산화규소 SiO2 7631-86-9 15.9
산화알루미늄 Al2O3 1344-28-1 9.8
탄산나트륨 Na2CO3 497-19-8 6.1
산화제이철 Fe2O3 1309-37-1 0.5
산화마그네슘 MgO 1309-48-4 0.3
다음, 반응조(50)와 연결된 응집조(60)에서 응집시킨다. 응집조(60)에는 교반기 등이 설치될 수 있다.
다음, 응집조(60)와 연결된 침전조(70)에서 응집된 슬러지와 상등수가 분리된다. 침전조(70)에는 감속기 등이 설치될 수 있다. 침전조(70)에서 발생하는 슬러지는 슬러지 인발펌프를 이용하여 슬러지 저장조(100)로 이송할 수 있다.
다음, 침전조(70)와 연결된 반송조(80)에서 상등수의 일부를 에어 버블 반응조(20)로 반송시킨다. 상등수의 일부를 반송라인을 통해 에어 버블 반응조(20)로 반송시켜 미처리된 난분해성 COD의 연결고리를 재차 분해하여 그 처리효율을 극대화시킬 수 있다. 반송라인에는 반송펌프가 설치될 수 있다. 반송되는 상등수 중 일부는 다시 반송조(80)로 반송될 수 있다.
에어 버블 반응조(20), 탈기조(30), 반응조(50), 응집조(60), 반송조(80) 각각은 별도의 반송라인과 연결되어 각 단계의 처리수가 원수 저장조(10)로 반송될 수 있다.
다음, 반송조(80)와 연결된 처리 수조(90)에서 처리수를 방류하거나 처리수의 일부를 원수 저장조(10)로 반송시킨다. 처리 수조(90)에 저장된 처리수는 COD 농도를 측정하여 방류하거나, 또는 별도의 반송라인을 통해 원수 저장조(10)로 반송시켜 재처리할 수 있다. 반송라인에는 처리수 펌프가 설치될 수 있다. 처리 수조(90)에는 공기 발생기(12)를 이용하여 공기를 주입할 수 있으며, 이에 따라 폐수처리 효율을 향상시킬 수 있다.
에어 버블 반응조(20)부터 반송조(80)까지를 1단으로 하여 폐수처리 설비 구성을 다단으로 직렬 배치할 수 있다.
본 발명에 따른 폐수처리 설비의 운전방식은 PLC를 이용하여 24시간 자동으로 운전될 수 있다. 각각의 자동 운전에 필요한 부위에 자동 계측기(LT, PTIC, ORPI, PRV, pHIC, CODIC, MOV 등)를 설치하여 운전에 필요한 장치와 연동시켜 자동운전이 가능하도록 구성할 수 있다.
본 발명은 고도처리 공법에서 펜톤 산화공정과 에어 버블(마이크로 버블) 공법을 접목시켜 최대의 OH 라디칼을 발생시킴으로써, 고농도 난분해성 폐수와 접촉시간을 가장 길게 가져가는데 초점을 맞춰 개발되었다. 이후 분해된 COD를 특정 약품을 투입하여 반응 및 응집시켜 슬러지 형태로 COD를 제거하였다.
도 2는 본 발명에 따른 폐수처리 결과 그래프로서, 본 발명에 따른 폐수처리 공법을 이용하여 COD 50,000 ppm 이상의 고농도 폐수를 COD 600 ppm 이하로 처리하였음을 확인할 수 있다. COD 농도는 COD 측정기를 이용하여 측정하였다.
산업현장의 기술은 눈부시게 발전하고 있으며, 앞으로도 눈부시게 발전할 것이다. 그럴수록 우리가 접해 보지도 못한 고농도 난분해성 COD 폐수들이 쏟아져 나올 것이고, 어떻게든 우리는 이 폐수들을 처리하는 공법을 만들어야 한다. 산업현장에서는 폐수처리의 고민 없이 마음 놓고 생산에 전념해야 사회가 발전되며 나라가 부강해질 것이다. 본 발명을 적용하면, 폐수 발생 공장에서는 마음 편하게 생산에 집중할 수 있으며, 따라서 본 발명은 산업 발전에 크게 기여하리라 기대된다.
10: 원수 저장조
12: 공기 발생기
20: 에어 버블 반응조
22: 공기 압축기
24: 펜톤 시약 투입기
30: 탈기조
40: 가압 부상조
50: 반응조
52: COD 제거용 약품 투입기
60: 응집조
70: 침전조
80: 반송조
90: 처리 수조
100: 슬러지 저장조

Claims (5)

  1. 원수 저장조로부터 처리될 원수를 에어 버블 반응조로 유입시키는 단계;
    에어 버블 반응조에 펜톤 시약과 에어 버블을 투입하여 OH 라디칼에 의해 화학적 산소 요구량(COD) 유발성분을 분해하는 단계;
    가압 부상조에서 부유 물질을 제거하는 단계;
    가압 부상조와 연결된 반응조에 COD 제거용 약품을 투입하는 단계;
    반응조와 연결된 응집조에서 응집시키는 단계;
    응집조와 연결된 침전조에서 응집된 슬러지와 상등수를 분리하는 단계;
    침전조와 연결된 반송조에서 상등수의 일부를 에어 버블 반응조로 반송시키는 단계;
    반송조와 연결된 처리 수조에서 처리수를 방류하거나 처리수의 일부를 원수 저장조로 반송시키는 단계를 포함하는 폐수처리 공법.
  2. 제1항에 있어서,
    에어 버블 반응조와 연결된 탈기조에서 미세 기포를 제거하는 단계를 추가로 포함하는 폐수처리 공법.
  3. 제1항에 있어서,
    COD 제거용 약품은 삼산화황 41 내지 43 중량%, 산화칼슘 24 내지 26 중량%, 이산화규소 15 내지 17 중량%, 산화알루미늄 9 내지 11 중량%, 탄산나트륨 5 내지 7 중량%, 산화제이철 0.1 내지 2 중량%, 산화마그네슘 0.1 내지 2 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐수처리 공법.
  4. 제1항에 있어서,
    원수 저장조 및 처리 수조에 공기를 주입하는 것을 특징으로 하는 폐수처리 공법.
  5. 제1항에 있어서,
    에어 버블 반응조부터 반송조까지를 1단으로 하여 다단으로 직렬 배치하는 것을 특징으로 하는 폐수처리 공법.
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