KR20170078241A

KR20170078241A - 탈황 폐수의 처리 장치 및 이를 이용한 처리 방법

Info

Publication number: KR20170078241A
Application number: KR1020150188568A
Authority: KR
Inventors: 최근호; 백남준; 이영은; 라현주; 박찬호; 정재헌
Original assignee: 엔텍이앤씨 주식회사
Priority date: 2015-12-29
Filing date: 2015-12-29
Publication date: 2017-07-07
Also published as: KR101834438B1

Abstract

본 발명은 탈황 폐수의 처리 장치 및 이를 이용한 처리 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 탈황 폐수에 함유된 암모니아성 질소를 효율적으로 처리할 수 있는 폐수 처리 장치 및 이를 이용한 처리 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면 암모니아스트리핑 공정과 전기분해 공정을 실시하여 고농도의 암모니아성 질소를 단시간에 저농도로 전환시켜 탈황 폐수 내의 총질소 함량을 제거하는데 현저한 효과를 나타낸다.
또한, 상기 총질소 함량 저감은 후단의 생물반응조 내의 미생물에 의한 분해효율 향상에 효과적이다.

Description

탈황 폐수의 처리 장치 및 이를 이용한 처리 방법{Apparatus and method for treating desulfurization waste water}

본 발명은 탈황 폐수의 처리 장치 및 이를 이용한 처리 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 탈황 폐수에 함유된 암모니아성 질소를 효율적으로 처리할 수 있는 폐수 처리 장치 및 이를 이용한 처리 방법에 관한 것이다.

최근 산업이 발전하고 생활이 윤택해지면서 전력사용량이 매년 크게 늘어남에 따라 전기를 생산하는데 필요한 화석 연료도 더욱 많이 소모되고 있다.

화석 연료인 석탄이 연소할 때 발생하는 주요 오염 물질의 하나는 SO₂이며, 배연 가스 중 SO₂의 전형적인 함량은 500 내지 2000 ppm에 이른다. 상기 SO₂는 산성비의 원인 물질로 인체에 직접적인 피해를 주며, 동식물에도 막대한 영향을 끼친다.

일반적으로 탈황 폐수에는 화력발전소 운영 시에 NOx 및 SOx 등의 배출로 인한 N-S 화합물이 다량 포함되고, 고농도의 염소 이온과 독성물질, 경도물질(칼슘이온, 마그네슘이온 등) 및 질소 등이 많이 함유되어 있다.

이러한 성질의 탈황 폐수를 처리하기 위해 종래에는 일본 M 공법을 이용하여 처리하고 있으나, M 공법은 공정이 복잡하고 유지관리에 어려움이 있으며 운전비용이 높은 문제점이 있다.

특히, M 공법은 탈황 폐수 내의 고농도 염소 이온과 독소 성분으로 인하여 생물반응조 운영에 어려움이 있으며, 질소 성분의 제거에 충분히 대응하지 못하고 있다. 탈황 폐수 내 질소 제거를 위해 여과, 역삼투압, 이온교환수지 및 증발농축법 등의 물리적인 방법들이 사용이 요구되고 있으나, 이러한 방법들은 질소를 분해하는 것이 아니라 단지 질소를 분리하고, 농축 처리하는 방법이기 때문에 사후 재처리해야 하는 문제점을 가진다.

또한, 종래의 탈황 폐수 처리 방법은 난분해성 화합물의 제거 과정에서 N-S COD 제거를 위하여 NaOCl을 주입하고 있으나, 질소의 완전분해가 이루어지지 않음에 따라, 질소 성분을 제거 하지 않은 폐수가 강이나 호수에 배출되면 부영양화를 초래하며, 지하수로 흘러들어 사람이 음용할 경우 암이나 유아의 청색증(Blue Baby Syndrome)을 유발할 수 있는 문제점이 있다.

한국공개특허공보 특2003-0055827호

따라서, 본 발명이 해결하고자하는 기술적 과제는 탈황 폐수 내 고 농도의 암모니아성 질소(NH₄-N)를 제거하여 후단의 생물반응조의 안정성과 처리효율을 향상시킬 수 있는 탈황 폐수의 처리 장치 및 처리 방법을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 부유물질과 중금속이 처리된 탈황 폐수가 유입되며 응집 침전 반응으로 상기 탈황 폐수 내의 경도물질을 제거하는 응집반응조, 상기 응집반응조를 거친 처리수 내에 존재하는 다량의 암모니아성 질소를 암모니아스트리핑 공정을 통해 제거하는 암모니아스트리핑조, 및 상기 암모니아스트리핑조를 거친 처리수 내에 미처리된 암모니아성 질소를 전기분해 반응을 통해 제거하는 전기분해조를 포함하는 것을 특징으로 하는 탈황 폐수의 처리장치에 관한 것이다.

상기 탈황 폐수의 처리장치는 상기 전기분해조를 거친 처리수 내에 존재하는 잔여 질소 성분을 생물반응으로 제거하는 생물반응조, 및 상기 생물반응조를 거친 처리수 내에 잔류하는 부유물질을 흡착반응을 통해 제거하는 흡착조를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 암모니아스트리핑조는 상기 응집반응조를 거친 처리수가 유입되고 상기 처리수에 공기와 염기성 물질을 투입하여 일부 암모니아를 탈기시키는 제1 처리수조, 상기 제1 처리수조를 거친 처리수가 유입되고 상기 처리수에 가열된 증기를 공급하여 처리수의 수온을 높여 암모니아로 탈기시키는 암모니아스트리핑 타워, 및 상기 암모니아스트리핑 타워에서 탈기된 암모니아가 유입되고, 상기 암모니아에 산성 물질을 투입하여 암모늄 염으로 전환시키는 스크러버 타워를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 전기분해조는 상기 암모니아스트리핑조를 거친 처리수가 유입되고 전기분해 반응으로 상기 처리수 내에 미처리된 암모니아성 질소를 제거하는 전기분해조, 및 상기 전기분해조를 거친 처리수가 유입되고 상기 처리수를 중화시키는 3차 처리수조를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 생물반응조는 상기 암모니아스트리핑조를 거친 처리수가 유입되고 탈질 반응으로 상기 처리수 내에 존재하는 질산성 질소 및 아질산성 질소를 질소 가스로 변환시켜 제거하는 탈질조, 및 상기 탈질조를 거친 처리수가 유입되고 산화반응을 통해 상기 처리수 내에 잔류하는 탄소원을 제거하는 폭기조를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, (A) 탈황 폐수의 부유물질, 중금속 및 경도물질이 제거된 처리수 내에 존재하는 암모니아성 질소를 암모니아스트리핑 공정을 통해 암모니아로 탈기시켜 제거하는 암모니아스트리핑단계, 및 (B) 상기 암모니아스트리핑 단계를 거친 처리수 내의 미처리된 암모니아성 질소를 전기분해 반응으로 제거하는 전기분해단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 탈황 폐수의 처리방법에 관한 것이다.

상기 암모니아스트리핑단계는 탈황 폐수의 부유물질, 중금속 및 경도물질이 제거된 처리수에 공기와 염기성 물질을 투입하여 암모니아로 일부 탈기시켜 제거하는 단계, 상기 일부 암모니아가 탈기된 처리수에 40 내지 60 ℃ 온도의 증기를 공급하여 처리수의 온도를 상승시켜 암모니아를 탈기시키는 단계, 및 상기 탈기된 암모니아에 산성 물질을 투입하고 암모늄염으로 전환시켜 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 전기분해단계는 1 내지 5 A/dm²의 전류밀도로 1 분 내지 120 분 동안 수행되는 것을 특징으로 한다.

상기 전기분해단계를 거친 처리수 내에 잔류하는 질소 성분을 생물반응으로 제거하는 생물반응단계, 및 상기 생물반응단계를 거친 처리수를 활성탄에 여과시켜 잔여 부유물질을 제거하는 흡착단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 암모니아스트리핑 공정과 전기분해 공정을 실시하여 고농도의 암모니아성 질소를 단시간에 저농도로 전환시켜 탈황 폐수 내의 총질소 함량을 제거하는데 현저한 효과를 나타낸다.

또한, 상기 총질소 함량 저감은 후단의 생물반응조 내의 미생물에 의한 분해효율 향상에 효과적이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탈황 폐수의 처리 장치를 도시화한 모식도이다.
도 2는 암모니아스트리핑 공정과 전기분해 공정을 실시한 후에 생물반응 공정을 거친 처리수와, 전기분해 공정을 실시하지 않고 암모니아스트리핑 공정 후에 바로 생물반응 공정을 거친 처리수의 MLSS(Mixed liquer suspended solid) 농도를 각각 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 탈황 폐수의 처리 방법 중에서 암모니아스트리핑 공정 직 후와 전기분해 공정을 거친 직 후에 처리수를 채취하여, 각 처리수 내에 존재하는 총 질소(T-N) 량을 측정하여 그 결과를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 탈황 폐수의 처리 방법 중에서 암모니아스트리핑 공정 직 후와 전기분해 공정을 거친 직 후에 처리수를 채취하여, 각 처리수 내에 존재하는 암모니아성 질소(NH₃-N) 량을 측정하여 그 결과를 나타낸 그래프이다.

이하에서, 본 발명의 여러 측면 및 다양한 구현예에 대해 더욱 구체적으로 살펴보도록 한다.

본 발명에서 사용된 '스트리핑(Stripping)'이란, 가열, 가압 및 공기 등의 가스 성분과 접촉하는 모든 공정에서 액체 속에 용해되어 있는 가스를 분리 및 제거하는 것을 가리킨다.

또한, 본 발명에서 언급하고 있는 '탈황 폐수'란, 화력 발전소 등의 배연 탈황 장치에서 탈황 공정으로 인하여 불가피하게 발생되는 COD(Chemical Oxygen Demand)성분 및 중금속 성분 등을 포함한 독성물질이 다량으로 함유된 폐수를 가리킨다.

상기 탈황 폐수 내의 질소 성분은 유기질소와 무기질소의 형태로 존재하며, 이들을 합하여 총 질소(T-N)이라 한다. 무기질소는 다시 암모니아성 질소(NHx)와 질산성 질소(NOx)로 구분되는데, 본 발명에서는 탈황 폐수 내에 존재하는 암모니아성 질소를 제거하는 것을 주요 목적으로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탈황 폐수의 처리 장치를 도시화한 모식도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 탈황 폐수의 처리 장치는 부유물질과 중금속이 처리된 탈황 폐수가 유입되며 응집 침전 반응으로 상기 탈황 폐수 내의 경도물질을 제거하는 응집반응조(100), 응집반응조(100)를 거친 처리수 내에 존재하는 다량의 암모니아성 질소를 암모니아스트리핑 공정을 통해 제거하는 암모니아스트리핑조(200), 암모니아스트리핑조(200)를 거쳐 미처리된 암모니아성 질소를 전기분해 반응을 통해 제거하는 전기분해조(300), 전기분해조(300)를 거친 처리수 내에 존재하는 잔여 질소 성분을 생물반응으로 제거하는 생물반응조(400), 및 생물반응조(400)를 거친 처리수 내에 잔류하는 부유물질을 흡착반응을 통해 제거하는 흡착조(500)를 포함한다.

응집반응조(100)에서는 부유물질과 중금속이 처리된 탈황 폐수가 유입되어 하기 반응식 1에서 보는 바와 같은 침전 분리 반응을 통해 경도 물질이 제거된다. 그리고, 응집반응조(100)는 pH 조정조(110)와, 응집조(120)와, 제1 침전조(130)를 포함한다.

상술한 경도 물질은 후단 전기분해조(300)의 전극 표면에 부착되어 처리효율을 감소시키고, 또한 전극의 내구성을 현저하게 저하시키는 요인이 되므로, 사전에 반드시 제거되어야만 한다.

[반응식 1]

Mg²⁺ + (Ca(OH)₂, NaOH) → Mg(OH)₂↓ + (Ca²⁺, 2Na⁺)

Ca²⁺ + Na₂CO₃ → CaCO₃↓ + 2Na⁺

pH 조정조(110)는 탈황 폐수가 유입되고, 유입된 탈황 폐수는 침전 분리 반응이 일어날 수 있는 pH 범위인 pH 9 내지 13로 조정된다.

이때, 상기 탈황 폐수의 pH를 조정하기 위하여 pH 조정제를 투입하는데, 상기 pH 조정제로는 Ca(OH)₂, 또는 NaOH를 사용한다.

또한, pH 조정제 투입과 동시에 마그네슘 이온은 NaOH의 수산화기(OH^-)와 결합하여 응집되고, 칼슘 이온은 탄산나트륨(Na₂CO₃) 투입에 의해 탄산칼슘(CaCO₃)형태로 침전된다.

응집조(120)는 pH 조정조(110)를 통해 pH가 조정되며, 마그네슘과 칼슘이 응집된 처리수(이하, "제1 처리수"라 한다)가 유입된다.

상기 제1 처리수에 응집제를 투입하여 제1 처리수 내에 응집된 경도물질의 플록을 성장시킨다. 그리고, 응집된 경도물질이 포함된 제1 처리수는 제1 침전조(130)로 이송된다.

이때, 응집제로는 poly aluminium chloride 계열을 사용하는 것이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다.

제1 침전조(130)는 응집조(120)를 거친 제1 처리수가 유입되고, 응집조(120)를 거친 제1 처리수 내에는 응집된 경도 물질이 포함되어 있다.

제1 침전조(130)에서는 응집된 경도 물질의 침전이 일어나고, 침전된 경도 물질은 농축조(600)로 이송된다. 그리고, 침전되지 않은 상등수는 암모니아스트리핑조(200)로 이송된다.

농축조(600)로 이송된 침전 경도 물질은 일정함수율 이하로 농축된 후에 탈수조(610)로 이송되고, 탈수된 침전물은 탈수케이크 형태로 처리된다.

암모니아스트리핑조(200)에서는 응집반응조(100)를 거쳐 경도 물질이 제거된 처리수(이하, "제2 처리수"라 한다) 내에 존재하는 다량의 암모니아성 질소가 제거된다.

암모니아스트리핑조(200)는 제1 처리수조(210), 암모니아스트리핑 타워(220), 스크러버 타워(230)를 포함한다.

제1 처리수조(210)는 제2 처리수가 유입되며, 유입된 제2 처리수에 24 내지 48 시간 동안 공기를 주입하면서 체류시키고, 염기성 물질인 NaOH를 투입하면서 pH를 10 이상으로 조절하여 제2 처리수 내의 암모늄 이온(NH₄ ⁺)을 암모니아(NH₃)로 전환시켜 일부는 탈기되고 나머지는 폐수와 함께 암모니아스트리핑 타워(220)로 이송된다.

암모니아스트리핑 타워(220)에서는 제1 처리수조(210)를 거친 제2 처리수에 40 내지 60℃의 증기와 공기를 공급하여, 제2 처리수의 온도를 상승시켜 암모니아의 탈기 반응(암모니아스트리핑)을 촉진시킨다.

상기 암모니아스트리핑 반응을 통해 제1 처리수조(210)를 거친 제2 처리수로부터 암모니아(NH₃)가 발생된다. 발생된 암모니아는 스크러버 타워(230)으로 이송되고, 암모니아가 제거된 제2 처리수는 전기분해조(300)로 이송된다.

이때, 공급되는 증기는 40 내지 60 ℃의 온도로 유지하는 것이 바람직한데, 상기 온도 범위는 물질의 이동속도를 증가시키고 암모니아의 제거 효율을 가장 향상시킬 수 있는 범위로써, 상기 증기의 온도가 40 ℃ 미만이면 암모니아스트리핑 타워에서 암모니아 제거효율이 저하되고, 60 ℃를 초과하는 경우에는 온도 상승비용에 대한 경제성이 저하되어 바람직하지 않다.

스크러버 타워(230)에서는 암모니아스트리핑 타워(220)를 거쳐 발생된 암모니아 가스에 산성 물질을 투입하여 암모니아를 암모늄 염으로 변환시킨다. 그리고, 상기 암모늄 염은 별도의 처리탱크로 이송된 후 제거된다. 산성 물질은 암모늄 염을 쉽게 형성할 수 있는 황산을 사용하는 것이 바람직하다.

만일 후술하는 전기분해 공정을 실시하지 않고 암모니아스트리핑 공정을 실시한 후, 바로 생물반응 공정을 실시할 경우에는 미처리된 암모니아성 질소로 인하여 후공정인 생물반응조의 부하 우려가 있어 바람직하지 않다.

상기 암모니아스트리핑 공정은 탈황폐수의 유입온도, 유입공기량 및 타워 사이즈에 따라 달라질 수 있으며, 암모니아스트리핑 공정의 처리 효율이 좋을수록 후단의 전기분해 공정에서의 분해조 및 전극의 사이즈와 전류 공급량을 감소시킬 수 있어 전체적인 전기분해 공정의 운전 비용을 감소시키는데, 현저한 효과를 나타낸다.

따라서, 상술한 암모니아스트리핑조(200)를 거친 처리수는 다량의 암모니아성 질소가 제거되므로 후술하는 전기분해조(300)에서 전기분해를 하는데 필요한 전력량과 전기분해조의 크기를 현저히 감소시킬 수 있다.

전기분해조(300)는 암모니아스트리핑조(200)를 거쳐 다량의 암모니아성 질소가 제거된 처리수(이하, "제3 처리수"라 한다)가 유입되며, 제3 처리수는 미처리된 암모니아성 질소를 제거하기 위해 전기분해된다.

상기 전기분해는 처리 대상에 대한 운전 조건 등에 의해 달라질 수 있으나, 바람직하게는 1 내지 5 A/dm²의 전류밀도로 1 분 내지 120 분 동안 수행되는 것이다. 상기 전류량이 1 A/dm² 미만이거나, 1 분 미만으로 수행되는 경우에는 반응성이 저하되는 문제점을 가지며, 5 A/dm²를 초과하거나 120 분을 초과하는 경우에는 산화제(NaOCl)의 과다생성으로 인한 독성물질의 증가가 우려되고, 환원제 과량투입과 전력비 등의 운전비가 상승하여 바람직하지 않다.

구체적으로, 전기분해조(300)는 양극과 음극을 포함하며, 먼저 제3 처리수 내에 존재하는 물 분자의 전기분해와 함께 하기 반응식 2 내지 4의 반응이 순차적으로 일어난다.

즉, 하기 반응식 2에 의해 생성된 염소(Cl₂) 가스 중에서 일부는 방출되고, 일부는 다시 물과 함께 용해되어 하기 반응식 3의 반응이 일어난다. 그리고 하기 반응식 3의 반응으로 인하여 차아염소산이온(OCl^-)이 생성되고, 생성된 차아염소산이온(OCl^-)은 다시 암모니아와 반응하여 질소 가스를 생성시킨다.

[반응식 2]

Cl^- → Cl₂(Dissolved + Gas) + 2e^- ……… (양극)

2H₂O + 2e^- → 2OH^- + H₂ ……… (음극)

[반응식 3]

Cl₂ + H₂O → HOCl + Cl^- + H⁺ ……… (양극)

HOCl → OCl^- + H⁺ ……… (음극)

[반응식 4]

2NH₃ + 2OCl^- → N₂↑+ 2H⁺ + 2Cl^- + 2H₂O

즉, 상기 반응식 2 내지 4에서 보는 바와 같이, 전기분해를 통해 염소 이온은 염소 가스 형태로 일부 변환된 후 제거되고, 나머지 염소 가스는 다시 용해되어 암모니아의 반응을 촉진한다. 상기 암모니아는 차아염소산이온과의 반응을 통해 질소 가스를 생성함으로써, 제3 처리수 내에 존재하는 암모니아성 질소가 제거된다.

상기 암모니아스트리핑 공정과 전기분해 공정을 차례로 실시함으로써, 탈황 폐수 내에 존재하는 다량의 암모니아성 질소가 제거되어, 후단 공정인 생물반응조에서의 미생물의 반응을 안정화시킬 수 있다.

만일, 암모니아스트리핑 공정과 전기분해 공정을 거치지 않은 탈황 폐수가 생물반응조(400)로 투입될 경우에는 고농도의 질소 성분으로 인하여 미생물의 분해효율이 저하되는 문제점이 발생하게 된다.

또한, 암모니아스트리핑 공정을 실시하지 않고 전기분해 공정을 단일로 사용할 경우에는 전기분해조(300)에서 요구되는 질소 성분의 분해 능력이 높아지기 때문에 체류되는 시간이 증가하는 문제점을 갖는다. 상기 체류 시간이 증가하게 되면 이에 따른 전기분해조의 크기 증가와 더불어 요구되는 전력량이 상승하게 되고, 또한 효율성이 저하되는 문제점을 갖는다.

따라서, 상기 암모니아스트리핑 공정을 통해 탈황폐수 내에 존재하는 암모니아성 질소 중에서 60 내지 80 % 이상이 처리되고, 미처리된 암모니아를 전기분해 공정을 통해 처리하게 되므로, 전기분해조(300)의 규모 및 운전 유지비를 최소화하는데 효과적이다.

전기분해조(300)를 거친 처리수(이하, "제4 처리수"라 한다)는 pH가 알칼리 상태이므로, 본 발명에 따른 탈황 폐수의 처리장치는 제4 처리수를 중화시키는 제2 처리수조(310)를 더 포함한다.

제2 처리수조(310)에서는 후 공정인 생물반응조(400)에서 일어나는 생물학적 처리에 적합한 pH로 조절하는 것이 바람직하다.

즉, 제4 처리수에 염산(HCl)을 투입하여 pH를 7 내지 7.5로 유지시킨다. 산성 물질로는 염산과 같이 물에 용해되어 H⁺를 낼 수 있는 물질이라면 제한없이 사용이 가능하다.

생물반응조(400)에는 제2 처리수조(310)를 거쳐 pH가 조정된 처리수(이하, "제5 처리수"라 한다)가 유입된다. 그리고, 생물반응조(400)에서는 제5 처리수 내에 존재하는 잔여 질소 성분이 생물 반응을 통해 제거된다.

생물반응조(400)는 탈질조(410), 폭기조(420) 및 제2 침전조(430)를 포함한다.

탈질조(410)에서는 제5 처리수 내에 존재하는 NO₂ ^- 및 NO₃ ^- 성분을 탈질 미생물의 탈질 반응을 통해 N₂로 방출시켜 제거한다.

상기 탈질 미생물은 통기성 혐기성균, 또는 탈질균을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

폭기조(420)에서는 탈질조(410)를 거친 제5 처리수 내에 존재하는 메탄올 등의 외부 탄소원을 산화시켜 잠재 COD 성분을 산화시킨다.

제2 침전조(430)는 반응 후의 침전된 미생물은 슬러지로 농축조(600)로 이송하고, 일부는 탈질조(410)로 반송시켜 재이용될 수 있도록 하는 역할을 한다.

흡착조(500)에서는 생물반응조(400)를 거쳐 질소 성분이 거의 제거된 처리수(이하, "제6 처리수"라 한다)가 유입되며, 제6 처리수 내에 잔류하는 부유물질이 제거된다.

흡착조(500)는 활성탄으로 이루어지며, 제6 처리수를 활성탄에 통과시켜, 제6 처리수 내에 존재하는 잔여 부유물질과 유기성 물질을 활성탄에 흡착시킨다. 그리고, 활성탄을 통과하여 잔여 부유물질과 유기성 물질이 제거된 제6 처리수는 pH를 조정한 후에 최종 방류한다.

시험예 : 암모니아 처리 효율 평가

본 발명에 따른 탈황 폐수의 처리 장치 및 처리 방법에 따른 암모니아성 질소의 처리 효율을 평가하기 위하여, 도 1에 나타낸 바와 같이, 반응기를 구성한 후 탈황 폐수의 처리 장치를 운전하였다.

(단, 전기분해조의 크기는 3.6 L로, 전해 시간은 10.0 min 동안 실시하였으며, 전류량/전압량은 60 A/3.60 V, 전류밀도는 2.3 A/dm², 전극의 크기는 10.0 cmL × 11.0 cmH × 1.2 T인 것을 사용하고, 전극 개수는 Anode 12 장, 연속 운전으로 전기분해를 실시하였으며, 10 분 단위로 총 6 회 분석을 실시하였다.)

도 2는 암모니아스트리핑 공정과 전기분해 공정을 실시한 후에 생물반응 공정을 거친 처리수와, 전기분해 공정을 실시하지 않고 암모니아스트리핑 공정 후에 바로 생물반응 공정을 거친 처리수의 MLSS(Mixed liquer suspended solid) 농도를 각각 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.

도 2를 참조하면, 생물반응 공정이 실시된 직후에는 충격부하로 인해 MLSS 농도가 순간적으로 감소하였으나, 약 6 시간이 경과한 후에는 서서히 적응하여 상승하는 공통점을 보이고 있다.

그리고, 암모니아스트리핑 공정만 실시한 후의 오염물 농도는 생물반응조의 유입권장기준보다 높은 편이므로, 초반 미생물 사멸량이 많아 MLSS 안정화 수치가 비교적 낮은 것을 알 수 있다.

반대로, 암모니아스트리핑 공정과 전기분해 복합공정을 실시한 후에는 오염물의 농도가 비교적 낮아 암모니아스트리핑 단독공정과 비교하여 생물반응조에 유입된 후, 충격부하로 인해 순간 감소하였던 MLSS 농도의 회복 속도가 비교적 빠르고, 그 수치 또한 높은 것을 확인할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 탈황 폐수의 처리 방법 중에서 암모니아스트리핑 공정 직후와 전기분해 공정을 거친 직후에 처리수를 채취하여, 각 처리수 내에 존재하는 총 질소(T-N) 량을 측정하여 그 결과를 나타낸 그래프이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 탈황 폐수의 처리 방법 중에서 암모니아스트리핑 공정 직후와 전기분해 공정을 거친 직후에 처리수를 채취하여, 각 처리수 내에 존재하는 암모니아성 질소(NH₃-N) 량을 측정하여 그 결과를 나타낸 그래프이다.

상기 도 3 및 4를 참조하면, 암모니아 처리 단계 이후에 총 질소(T-N) 량 현저히 감소한 것을 알 수 있다.

일반적으로 생물반응조로 유입되는 총질소 허용농도는 약 200-250 ppm으로 제한하고 있다. 이는 상기 허용농도 이상의 총질소가 생물반응조로 유입될 경우, 미생물의 분해능력이 현저히 감소하기 때문이다.

이에, 도 3 및 4를 참조하면 암모니아스트리핑 공정과 전기분해 공정을 거친 처리수 내의 총질소 함유량은 250 ppm이하인 것을 확인할 수 있으므로, 상기 암모니아스트리핑 공정과 전기분해 공정을 거친 후에는 처리수 내에 존재하는 암모니아성 질소가 현저히 감소한 것을 확인할 수 있다.

따라서, 본 발명에 따르면 암모니아스트리핑 공정과 전기분해 공정을 실시하여 고농도의 암모니아성 질소를 단시간에 저농도로 전환시켜 탈황 폐수 내의 총질소 함량을 저감시키는데 현저한 효과를 나타낸다.

또한, 본 발명에 따르면 암모니아스트리핑 공정과 전기분해 공정을 실시하여 암모니아성 질소를 단시간에 처리하여 생물반응조의 처리부하를 경감하고 방류수질기준치에 부합할 수 있다.

100; 응집반응조
110; pH 조정조
120; 응집조
130; 제1 침전조
200; 암모니아스트리핑조
210; 제1 처리수조
220; 암모니아스트리핑 타워
230; 스크러버 타워
300; 전기분해조
310; 제2 처리수조
400; 생물반응조
410; 탈질조
420; 폭기조
430; 제2 침전조
500; 흡착조
600; 농축조
610; 탈수조

Claims

부유물질과 중금속이 처리된 탈황 폐수가 유입되며 응집 침전 반응으로 상기 탈황 폐수 내의 경도물질을 제거하는 응집반응조;
상기 응집반응조를 거친 처리수 내에 존재하는 다량의 암모니아성 질소를 암모니아스트리핑 공정을 통해 제거하는 암모니아스트리핑조; 및
상기 암모니아스트리핑조를 거친 처리수 내에 미처리된 암모니아성 질소를 전기분해 반응을 통해 제거하는 전기분해조;를 포함하는 것을 특징으로 하는 탈황 폐수의 처리장치.
제1항에 있어서,
상기 탈황 폐수의 처리장치는,
상기 전기분해조를 거친 처리수 내에 존재하는 잔여 질소 성분을 생물반응으로 제거하는 생물반응조; 및
상기 생물반응조를 거친 처리수 내에 잔류하는 부유물질을 흡착반응을 통해 제거하는 흡착조;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탈황 폐수의 처리장치.
제1항에 있어서,
상기 암모니아스트리핑조는,
상기 응집반응조를 거친 처리수가 유입되고 상기 처리수에 공기와 염기성 물질을 투입하여 일부 암모니아를 탈기시키는 제1 처리수조;
상기 제1 처리수조를 거친 처리수가 유입되고 상기 처리수에 가열된 수증기를 공급하여 처리수의 수온을 높여 암모니아를 탈기시키는 암모니아스트리핑 타워; 및
상기 암모니아스트리핑 타워에서 탈기된 암모니아가 유입되고, 상기 암모니아에 산성 물질을 투입하여 암모늄 염으로 전환시키는 스크러버 타워;를 포함하는 것을 특징으로 하는 탈황 페수의 처리장치.
제1항에 있어서,
상기 전기분해조는,
상기 암모니아스트리핑조를 거친 처리수가 유입되고 전기분해 반응으로 상기 처리수 내에 미처리된 암모니아성 질소를 제거하는 전기분해조; 및
상기 전기분해조를 거친 처리수가 유입되고 상기 처리수를 중화시키는 3차 처리수조;를 포함하는 것을 특징으로 하는 탈황 폐수의 처리장치.
제2항에 있어서,
상기 생물반응조는,
상기 암모니아스트리핑조를 거친 처리수가 유입되고 탈질 반응으로 상기 처리수 내에 존재하는 질산성 질소 및 아질산성 질소를 질소 가스로 변환시켜 제거하는 탈질조; 및
상기 탈질조를 거친 처리수가 유입되고 산화반응을 통해 상기 처리수 내에 잔류하는 탄소원을 제거하는 폭기조;를 포함하는 것을 특징으로 하는 탈황 폐수의 처리장치.
(A) 탈황 폐수의 부유물질, 중금속 및 경도물질이 제거된 처리수 내에 존재하는 암모니아성 질소를 암모니아스트리핑 공정을 통해 암모니아로 탈기시켜 제거하는 암모니아스트리핑단계; 및
(B) 상기 암모니아스트리핑 단계를 거친 처리수 내의 미처리된 암모니아성 질소를 전기분해 반응으로 제거하는 전기분해단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 탈황 폐수의 처리방법.
제6항에 있어서,
상기 암모니아스트리핑단계는,
탈황 폐수의 부유물질, 중금속 및 경도물질이 제거된 처리수에 공기와 염기성 물질을 투입하여 암모니아로 일부 탈기시켜 제거하는 단계;
상기 일부 암모니아가 탈기된 처리수에 40 내지 60℃ 온도의 증기 공급하여 처리수의 온도를 상승시켜 암모니아를 탈기시키는 단계; 및
상기 탈기된 암모니아에 산성 물질을 투입하고 암모늄염으로 전환시켜 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 탈황 폐수의 처리방법.
제6항에 있어서,
상기 전기분해단계는 1 내지 5 A/dm²의 전류밀도로 1 분 내지 120 분 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 탈황 폐수의 처리방법.
제6항에 있어서,
상기 전기분해단계를 거친 처리수 내에 잔류하는 질소 성분을 생물반응으로 제거하는 생물반응단계; 및
상기 생물반응단계를 거친 처리수를 활성탄에 여과시켜 잔여 부유물질을 제거하는 흡착단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탈황 폐수의 처리방법.