KR20180002431A

KR20180002431A - 염색폐수 처리방법

Info

Publication number: KR20180002431A
Application number: KR1020160081935A
Authority: KR
Inventors: 최문규; 한일상; 금용섭
Original assignee: 주식회사 수처리월드
Priority date: 2016-06-29
Filing date: 2016-06-29
Publication date: 2018-01-08
Also published as: KR101837731B1; CN107540154A

Abstract

본 발명은 염색폐수 처리방법에 관한 것으로서, 유입되는 알칼리성 염색폐수에 소량의 철염을 투입하여 펜톤환원 상태로 1차로 전처리한 염색폐수를 중화시킨 후 폭기시켜 미생물 활성화로 유기물을 분해하는 2차 생물학적 처리방법으로 제거하고, 다시 염색폐수를 강알칼리 상태로 만든 후 철염을 투입하여 3차 펜톤환원 처리방법으로 난분해성 오염물질을 제거하고, 또 다시 염색폐수를 강산성 상태에서 철염을 투입하여 생물학적 처리방법과 펜톤환원 처리방법으로 처리가 어려운 잔존 난분해성 오염물질을 4차 펜톤산화 처리방법으로 최종 제거한 후 pH를 7.5로 조정하여 방류한다.
한편 2차 펜톤 환원 처리 시에 난분해성 오염물질이 철염과 반응하여 침전되는 철염환원 침전물에 황산을 투입하여 강산성 상태로 유지시키면 침전물 내의 철성분이 황산에 녹아 철염용액인 상등수와 슬러지로 분리되며 상등수인 철염용액은 철염투입이 필요한 각각의 공정에 재사용하고 침전물은 생물학적 처리방법과 펜톤산화 처리방법으로 처리할 때 발생되는 침전물과 같이 탈수시켜 탈수케이크로 배출하여 처리하는 것을 특징으로 한다.

Description

염색폐수 처리방법{The Disposal system of dyeing wastewater}

본 발명은 염색폐수 처리방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전처리단계에 소량의 철염을 투입하여 1차 전처리하고, 중화시켜 2차 생물학적 처리를 한 후, 3차 펜톤환원처리, 4차 펜톤산화 처리방법으로 염색폐수를 처리하는 것을 특징으로 한다.

이러한 본 발명은, 1차 전처리시 펜톤환원처리를 하여 2차 생물학적 처리시 유기물 및 EG의 제거 효율을 높이는 효과가 있으며, 생물학적 처리를 하고 3차 펜톤환원처리를 하므로 사용약품을 절감시키고 처리효율을 증가시키는 효과가 있으며, 2차 생물학적 처리나 3차 펜톤환원 처리를 하여도 반응율이 낮아서 잘 제거가 되지 않는 미량의 유기물질과 난분해성 오염물질과 PVA등을 4차 펜톤산화 처리를 하여 제거할 수 있으며, 철염환원침전물에서 철염을 회수하여 재활용할 수 있고, 4차 펜톤산화 처리수의 일부를 1차 전처리수를 중화시키는데 사용하여 산화제의 사용량을 줄일 수 있는 효과가 있다.

염색폐수는 생산되는 섬유의 형태가 계절별 유행별 소비자의 욕구 등의 변화에 따라 바뀌므로 생산 공정도 이에 따라 수시로 변하기 때문에 염색폐수 내에 포함된 각종 오염물질의 량을 특정하기는 어렵지만 일반적의 염색폐수 처리장으로 유입되는 염색폐수의 주요 특성은 40내지 80℃의 온도를 가지고 있고, pH가 8.5 내지 10 정도의 강 알카리성을 띄고 있으며, 높은 COD와 BOD농도를 나타내며, 생물학적 난분해성 물질로는 전분과 EG, 색상을 조합할 수 있는 다양한 염료가 포함되어 분해가 어려운 색도, 화학적 난분해성 오염물질인 PVA, TPA 등과 약간의 독성 물질이 포함되어 있다.

상기의 여러 가지 특성을 가진 염색폐수 내의 오염물질을 처리하는 방법으로는 유기물 제거를 위하여 생물학적 처리방법과 난분해성 오염물질을 처리하기 위하여 오존산화, 전기분해, 마이크로파 조사, 플라즈마 이용분해, 광촉매 산화 등의 다양한 방법들이 대한민국 공개특허로 개시되어 있다.

특히 난분해성 오염물질을 처리하기 위한 오존산화, 전기분해 등과 같은 방법들은 유입되는 염색폐수의 성상에 따라 처리효율이 크게 차이가 나서 주 처리방법이 아니고 일부에서 보조처리 방법으로 많이 사용되고 있다.

난분해성 오염물질을 안정되고 효율 높게 처리하기 위한 방법으로 염색폐수를 1차로 생물학적으로 처리한 후 펜톤산화처리를 목적으로 산성용액을 투입하여 강 산성상태로 만든 후 철염과 과산화수소를 투입하여 난분해성 오염물질을 철염과 반응시켜 3가철 철염침전물로 침전시켜 제거하는 염색폐수 펜톤산화방법이 대한민국 공개특허 제10-1996-0031353호(특허등록 제10-0145467호)에 기재되어 있다.

상기의 염색폐수 펜톤산화방법은 난 분해성 오염물질의 처리효율은 좋으나 전체 염색폐수를 펜톤산화 조건인 강산성화 및 산화력을 증진시키기 위해 황산, 과산화수소와 같은 고가의 약품비 소요가 많고, 산성상태에 산화가 잘 되지 않는 TPA나 염료 등이 산화가 잘 되지 않아 처리효율이 낮으며, 투입되는 철염을 재활용 할 수가 없어서 철염산화반응침전물이 전부 슬러지화 되어 탈수케이크 발생량이 많아져서 탈수케이크 처리비용이 많이들고, 특히 색도제거가 어려운 문제점이 있다.

이를 개선하기 유입되는 염색폐수에 알칼리 용액을 투입하여 pH를 10.5내지 11 정도로 올려 환원상태를 조성한 후 철염을 투입하여 난분해성 오염물질을 철염과 반응시켜 2가철 철염침전물로 침전 제거하고 난분해성 오염물질이 제거된 염색폐수를 생물학적 처리를 하여 유기물을 제거한 후 방류시키고, 상기 철염침전물을 황산으로 녹여 철염용액으로 재생하여 재사용하는 기술이 대한민국 공개특허 제10-2013-0086598호(특허등록 제10-01379374호)에 기재되어 있다.

상기의 염색폐수 철염회수 처리방법은 상기의 염색폐수 펜톤산화 방법에 비하여 3가 철염을 만들기 위하여 펜톤산화 방법에서 많이 사용하는 과산화수소를 사용하지 않아 약품 소모량이 적고 2가 철염화 된 철염침전물로부터 사용한 철염을 회수하여 재활용할 수 있어서 경제성이 우수하면서 색도도 잘 분해시키는 장점이 있지만 1차로 철염회수 방법으로 난분해성 오염물질을 처리하고 2차로 생물학적 처리방식을 채택하고 있어서 1차 펜톤환원 처리 시 염색폐수내의 유기물의 일부가 철염과 혼합 침전되어 난 분해성 오염물질을 처리하기 위한 철염 투입량을 증가되고, 생물학적 처리방법이나 펜톤환원 처리방법으로는 처리하기 어려운 PVA등이 방류수에 혼입되어 최종 방류수의 수질이 나빠지는 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은,

유입되는 알칼리성 염색폐수의 환원성을 이용하여 철염으로 전처리를 하여 유기물과 복잡하게 엉켜있는 난 분해성 오염물질의 고리를 끊어주어 생물학적 처리시설에서 유기물 및 EG의 처리효율을 높여주는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 전 처리된 염색폐수를 생물학적인 방법으로 처리하여 염색폐수 내의 유기물 및 EG를 먼저 제거시켜 난분해성 오염물질을 처리하기위한 펜톤 처리시설에 투입되는 철염량이 유기물로 인하여 과잉 투입되는 것을 억제하고 EG가 펜톤처리 효율을 감소시키는 것을 저감하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 유기물이 제거된 염색폐수를 펜톤환원 처리방법으로 우선 처리하여 난 분해성 오염물질 중에 펜톤 산화시키는데 과산화수소와 같은 고가의 산화제를 요구하는 TPA와 같은 물질을 환원상태에서 쉽게 제거시켜 약품사용량을 절감시키고, 색도를 개선시키며, 철염환원 침전물에서 철염을 재생하여 재사용하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 염색폐수 중에 생물학적 처리방법이나 펜톤환원 처리방법에서 처리가 잘 안 되는 PVA등을 펜톤산화 공정에서 제거시켜 방류수의 수질을 개선하면서 경제성이 있는 염색폐수 처리방법을 제시하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 염색폐수 처리방법은,

염색폐수(A)를 집수조(110)에 유입시키고, 철염(Fe₂SO₄)을 투입시켜 철이온과 염색폐수내의 난분해성 오염물질이 결합되어 플럭이 형성되는 전처리단계(S10)와; 전처리단계(S10)를 경유한 염색폐수(A)를 pH조정조(210)로 유입시켜 중화시키고, 폭기조(220)로 유입시켜 폭기시키는 생물학적처리단계(S20)와; 생물학적처리단계S(20)를 경유한 염색폐수(A)를 환원조정조(320)로 이송시켜 철염을 투입하고, 환원반응조(330)로 이송하여 알칼리화시켜 철이온과 염색폐수내의 난분해성 오염물질이 결합하면서 플럭이 형성되도록 하는 펜톤환원처리단계(S30)와; 펜톤환원처리단계(S30)에서 생성된 플럭은 응집침전시켜 산반응조(610)로 이송하여 강산성환경하에서 철염용액으로 재생시키고, 고액분리장치(630)을 거쳐 상등액과 침전물로 분리시키고, 상기 상등액은 철염용액저장조(640)로 보내 철염용액으로 재사용하고, 상기 침전물은 탈수시켜 배출시키는 철염회수단계(S60)와; 펜톤환원처리단계(S30)를 경유하여 처리된 염색폐수(A)는 중화반응조((510)로 이송시켜 중화하여 방류시키는 방류단계(S50);를 갖는다.

펜톤환원처리단계(S30) 다음에, 펜톤환원처리단계(S30)를 경유한 염색폐수(A)를 산화조정조(420)로 이송시켜 산성용액을 투입하여 산성화시키고, 산화반응조(430)로 이송하고 철염을 투입하여 산화 반응으로 플럭을 형성시켜 응집시키는 펜톤산화처리단계(S40);를 두고, 상기 방류단계(S50)는, 펜톤산화처리단계(S40)를 경유하여 처리된 염색폐수(A)를 중화반응조((510)로 이송시켜 중화시켜 방류시키는 것이 바람직하다.

생물학적처리단계(S20)에서 생성된 플럭을 2차응집침전조(230)에서 침전시켜 생성된 침전물과, 철염회수단계(S60)에서 생성된 침전물과, 펜톤산화처리단계(S40)에서 생성된 플럭을 4차응집침전조(440)에서 침전시켜 생성된 침전물을 이송받아 탈수기(710)로 탈수시켜 배출시키는 탈수단계(S70)를 갖는 것이 바람직하다.

펜톤산화처리단계(S40)를 경유한 염색폐수(A)의 일부는 pH조정조(210)로 이송시켜 전처리단계(S10)를 경유한 염색폐수(A)를 중화시키는데 사용하는 것이 바람직하다.

상기와 같은 본 발명은, 1차 전처리시 펜톤환원처리를 하여 2차 생물학적 처리시 유기물 및 EG의 제거 효율을 높이는 효과가 있으며, 생물학적 처리를 하고 3차 펜톤환원처리를 하므로 사용약품을 절감시키고 처리효율을 증가시키는 효과가 있으며, 2차 생물학적 처리나 3차 펜톤환원 처리를 하여도 반응율이 낮아서 잘 제거가 되지 않는 미량의 유기물질과 난분해성 오염물질과 PVA등을 4차 펜톤산화 처리를 하여 제거할 수 있으며, 철염환원침전물에서 철염을 회수하여 재활용할 수 있고, 4차 펜톤산화 처리수의 일부를 1차 전처리수를 중화시키는데 사용하여 산화제의 사용량을 줄일 수 있는 효과가 있다.

도1은 본 발명에 따른 염색폐수 처리방법의 전체흐름도
도2는 본 발명에 따른 염색폐수 처리방법의 장치구성도

[도 1]

본 발명에 의한 염색폐수 처리방법은 도1에서 보이는 바와 같이 유입되는 염색폐수가 전처리단계(S10), 생물학적처리단계(S20), 펜톤환원처리단계(S30), 펜톤산화처리단계(S40), 방류단계(S50)을 거치면서 처리되도록 되어 있고, 펜톤환원 처리단계(S30)에서 침전된 철염환원침전물은 철염회수단계(S60)에서 고액 분리되어 상등수는 철염으로 재생되어 도2의 철염용액저장조(640)에 저장되었다가 전처리단계(S10), 펜톤환원처리단계(S30), 펜톤산화처리단계(S40)에서 재사용되며 환원침전물은 생물학적처리단계(S20)와 펜톤산화처리단계(S30)에서 각각 발생되는 침전물과 철염산화침전물과 같이 탈수단계(S70)에서 탈수 처리되도록 되어 있으며 상기의 각 설비들은 상호 유기적으로 연결되어 일체화로 구성되어 있다.

한편, 펜톤산화처리단계(S40)를 거친 처리수의 일부는 생물학적처리단계(S20) 즉, 도2의 pH조정조(210)로 유입되어 전처리단계(S10)를 거친 처리수를 중화하는데 사용될 수 있다.

여기서, 전처리단계(S10)는 도2의 전처리시설(100), 생물학적처리단계(S20)는 도2의 생물학적처리시설(200), 펜톤환원처리단계(S30)는 도2의 펜톤환원처리시설(300), 펜톤산화처리단계(S40)는 도2의 펜톤산화처리시설(400), 방류단계(S50)는 도2의 방류시설(500), 철염회수단계(S60)는 도2의 철염회수시설(600), 탈수단계(S70)는 도2의 탈수시설(700)에서 수행된다.

[도 2]

도2에 보이는 바와 같이 염색폐수(A)는 집수조(110)로 유입되는데 폐수의 유입시간 또는 폐수가 발생하는 염색공정에 따라 약 25℃내지 45℃의 온도 편차와 pH가 8.5 내지 11사이의 불균질한 상태로 유입되므로 처리할 염색폐수(A) 성상을 일정하게 조정하기 위하여 집수조(110)에서 일시적으로 저류한 상태에서 교반시키면 pH가 9 내지 10정도로 균질화 되는데 이때 염색폐수 내에서 EG와 같은 난 분해성 오염물질이 유기물과 엉켜 있어서 생물학적 처리시설(200)에서 생물학적으로 염색폐수(A)를 처리할 때 난 분해성 오염물질 고리가 길어서 미생물이 EG나 유기물을 분해하는데 방해가 되어 유기물의 처리 효율이 떨어지므로 집수조(110)에 철염투입노즐(120)을 통하여 염색폐수에 존재하는 전체의 난분해성 오염물질 처리에 필요한 철염 농도인 800 내지 1200ppm의 30% 미만인 200 내지 400ppm농도의 철염을 투입하면 집수조(210)에서 균일화된 염색폐수는 pH가 9 내지 10정도의 알칼리성이어서 투입된 철염이 환원되면서 유기물과 결합되어 있는 난분해성 오염물질의 결합 고리를 끊어주는 1차 전 처리를 하게 되어 2차 처리시설인 생물학적 처리시설(200)에서 유기물이나 EG등의 분해효율을 높여주게 된다.

전 처리된 염색폐수(A)는 생물학적 처리시설(200)로 유입되어 pH조정조(210)에서 pH가 7내지 8이 되도록 조정된 후 폭기조(220)로 유입되며 폭기조(220)에서 장시간 체류하면서 폭기에 의한 호기성 미생물의 활동이 활발해지면서 염색폐수(A)내의 유기물이나 전분, EG등이 미생물에 의해 분해되고 2차 응집침전조(230)에서 미생물 사체나 미분해 유기물들이 하부로 침전되어 침전물로 제거되어 유기물이 제거된 2차 처리된 염색폐수(A)가 된다.

2차 응집침전조(230)의 상등수인 유기물이 제거된 염색폐수(A)는 펜톤환원 처리시설(300)로 유입되어 환원조정조(320)에서 철염투입장치(310)로부터 철염(Fe₂SO₄)이 투입되어진 후 후단의 환원반응조(330)로 유입되면 염색폐수(A)의 pH를 9.5내지 10.5의 알칼리 상태의 환원분위기가 될 수 있도록 알칼리용액 투입기(340)로 부터 알칼리용액이 투입되어 혼합되면 철염내의 Fe² ⁺성분이 강알칼리 환원분위기로 인해 SO₄ ^2-기와 분리된 후 염색폐수내의 난분해성 오염물질과 빠르게 결합하면서 플럭이 형성되어 입자가 커지면서 후단의 3차 응집침전조(350)에서 빠르게 응집, 침전되어 난분해성 오염물질이 포함된 철염환원침전물로 제거되는 3차 처리를 하게 되어 대부분의 난분해성 오염물질과 색도가 제거된 3차 처리된 염색폐수가 된다.

한편, 철염(Fe₂SO₄)에서 Fe² ⁺와 분리된 일부의 SO₄ ^2-기는 다시 NaOH기와 작용하여 Na⁺를 OH^-기와 분리시키는데 이때 분리된 OH^-기는 라디칼화 하여 방류수의 색도를 분해한다.

3차 응집침전조(350)의 상등수인 3차 처리된 염색폐수(A)는 펜톤산화 처리시설(400)로 유입되어 산화조정조(420)에서 산성용액 투입기(410)로 부터 산성용액을 투입하여 pH를 2.5내지 3.5의 강산성 상태를 유지시키면서 후단의 산화반응조(430)에서 철염용액을 투입하면 철염에 의한 펜톤산화가 강력하게 발생하면서 3차 처리된 염색폐수(A) 내에 잔존하는 난분해성 오염물질과 미량의 유기물 및 생물학적 처리방법과 펜톤환원 처리방법으로 제거가 잘 되지 않는 PVA등이 반응하여 플럭화 되면서 3차 응집침전조(440)에서 침전물로 제거되는 4차 처리된 염색폐수(A)가 된다.

3차 응집침전조(4400)의 상등수인 4차 처리된 염색폐수는 pH 4내지 5.5정도가 되는 정제된 폐수이므로 방류처리시설인(500) 중화반응조에서(510) pH가 7.5가 되도록 중화 시킨 후 방류수조(520)에 저장하였다가 최종적으로 염색폐수처리장 외부로 방류(B)한다.

한편 유입되는 염색폐수의 난 분해성 오염물질 중에 PVA등과 같은 물질이 잔존하지 않아서 펜톤산화 처리가 필요 없는 경우에는 상기 3차 응집침전조(350)의 상등수는 방류처리시설인(500) 중화반응조에서(510)로 직접 이송시켜 pH가 7.5가 되도록 중화 시킨 후 방류수조(520)에 저장하였다가 최종적으로 염색폐수처리장 외부로 방류(B)할 수도 있다.

또 한편 상기 3차 응집침전조(350) 하부에 침전된 철염환원침전물은 강알칼리의 염색폐수(A)에 강산성의 철염이 반응 하였음에도 불구하고 여전히 pH가 8.5이상의 알칼리성을 가지고 있으며, 철염환원침전물이 철염회수시설(600)인 산 반응조(610)로 유입되면 산 반응조(610) 상부에 설치된 산 투입장치(620)로부터 투입되는 황산이 철염환원침전물을 pH 1 내지 2.5정도로 강산성화 시키게 되고, 이러한 강산성 분위기가 유지되면 철염환원침전물내의 철(Fe²⁺)성분이 녹아서 용출하게 되고 용출된 철 성분은 황산과 반응하여 다시 철염(Fe₂SO₄)용액으로 재생되는데 산 반응조(610)에서 산 반응시킨 철염환원침전물을 고액분리장치(630)에 체류시키면 철염환원침전물과 상등액으로 분리되는데 상등액은 철염용액이므로 이를 철염용액 저장조(640)에 저장하였다가 전 처리시설(100), 펜톤환원 처리시설(300), 펜톤산화 처리시설(400)에서 필요로 하는 철염으로 재사용하게 된다.

또한 상기 고액분리장치(630)에서 침전 분리된 환원침전물은 2차 응집 침전조(230)와 4차 응집 침전조(440)에서 각각 응집 침전되어 배출되는 침전물과 철염산화침전물과 함께 탈수시설(700)인 탈수기(701)에서 탈수된 후 탈수케이크 상태로 염색폐수처리장 외부로 반출된다.

S10. 전처리단계 S20. 생물학적처리단계
S30. 펜톤환원처리단계 S40. 펜톤산화처리단계
S50. 방류단계 S60. 철염회수단계
S70. 탈수단계
100. 전처리시설 110. 집수조
120. 철염투입노즐 200. 생물학적 처리시설
210. pH조정조 220. 폭기조
230. 2차 응집침전조 300. 펜톤환원 처리시설
310. 철염투입장치 320. 환원조정조
330. 환원반응조 340. 알칼리용액 투입기
350. 3차 응집침전조 400. 펜톤산화 처리시설
410. 산성용액 투입기 420. 산화조정조
430. 산화반응조 440. 4차 응집침전조
500. 방류시설 510. 중화반응조
520. 방류수조 600. 철염회수시설
610. 산 반응조 620. 산 투입장치
630. 고액분리장치 640. 철염용액저장조
700. 탈수시설 710. 탈수기

Claims

염색폐수 처리방법에 있어서,
염색폐수(A)를 집수조(110)에 유입시키고, 철염(Fe₂SO₄)을 투입시켜 철이온과 염색폐수내의 난분해성 오염물질이 결합되어 플럭이 형성되는 전처리단계(S10)와;
전처리단계(S10)를 경유한 염색폐수(A)를 pH조정조(210)로 유입시켜 중화시키고, 폭기조(220)로 유입시켜 폭기시키는 생물학적처리단계(S20)와;
생물학적처리단계S(20)를 경유한 염색폐수(A)를 환원조정조(320)로 이송시켜 철염을 투입하고, 환원반응조(330)로 이송하여 알칼리화시켜 철이온과 염색폐수내의 난분해성 오염물질이 결합하면서 플럭이 형성되도록 하는 펜톤환원처리단계(S30)와;
펜톤환원처리단계(S30)에서 생성된 플럭은 응집침전시켜 산반응조(610)로 이송하여 강산성환경하에서 철염용액으로 재생시키고, 고액분리장치(630)을 거쳐 상등액과 침전물로 분리시키고, 상기 상등액은 철염용액저장조(640)로 보내 철염용액으로 재사용하고, 상기 침전물은 탈수시켜 배출시키는 철염회수단계(S60)와;
펜톤환원처리단계(S30)를 경유하여 처리된 염색폐수(A)는 중화반응조((510)로 이송시켜 중화하여 방류시키는 방류단계(S50);를 갖는 것을 특징으로 하는 염색폐수 처리방법.
제1항에 있어서
펜톤환원처리단계(S30) 다음에,
펜톤환원처리단계(S30)를 경유한 염색폐수(A)를 산화조정조(420)로 이송시켜 산성용액을 투입하여 산성화시키고, 산화반응조(430)로 이송하고 철염을 투입하여 산화 반응으로 플럭을 형성시켜 응집시키는 펜톤산화처리단계(S40);를 두고,
상기 방류단계(S50)는, 펜톤산화처리단계(S40)를 경유하여 처리된 염색폐수(A)를 중화반응조((510)로 이송시켜 중화시켜 방류시키는 것을 특징으로 하는 염색폐수 처리방법.
제2항에 있어서,
생물학적처리단계(S20)에서 생성된 플럭을 2차응집침전조(230)에서 침전시켜 생성된 침전물과,
철염회수단계(S60)에서 생성된 침전물과,
펜톤산화처리단계(S40)에서 생성된 플럭을 4차응집침전조(440)에서 침전시켜 생성된 침전물을 이송받아 탈수기(710)로 탈수시켜 배출시키는 탈수단계(S70)를 갖는 것을 특징으로 하는 염색폐수 처리방법.
제2항 또는 제3항에 있어서,
펜톤산화처리단계(S40)를 경유한 염색폐수(A)의 일부는 pH조정조(210)로 이송시켜 전처리단계(S10)를 경유한 염색폐수(A)를 중화시키는데 사용하는 것을 특징으로 하는 염색폐수 처리방법.