KR20210051406A - 부유물질을 포함하는 오폐수의 처리 방법 - Google Patents

부유물질을 포함하는 오폐수의 처리 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 오폐수의 처리 방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 부유물질을 포함하는 오폐수에 고유점도가 0.2 내지 6.6 dl/g인 양이온성 폴리머를 첨가하여 오폐수의 제타 전위를 -50 내지 -0.01 mV에 도달시키는 단계; 및 오폐수에 중금속을 포함하는 응집제를 첨가하여 부유물질을 침전시키는 단계를 포함함으로써 적은 양의 중금속으로도 효과적으로 오폐수 내의 부유물질을 보다 작고 단단하게 침전시킬 수 있어 공정 효율성 및 후속 공정에서의 경제성을 달성할 수 있는 오폐수의 처리 방법에 관한 것이다.

Description

부유물질을 포함하는 오폐수의 처리 방법 {METHOD FOR TREATING WASTE WATER CONTAINING SUSPENDED SOLIDS}
본 발명은 부유물질을 포함하는 오폐수의 처리 방법에 관한 것이다.
우천시 하수관로 등을 통해 방류되는 비점오염원인 합류식 하수도 월류수(CSOs; Combined Sewer Overflows), 가정하수 및 공장폐수를 포함하는 오폐수는 수질오염과 토양오염의 원인이 되고 있다.
종래 오폐수를 정화하는 방법들로는 활성오니법(SBR), 목질발효퇴비법, 액상부식법, 생석회 안정화 반응법, 팬턴 산화법과 산화촉매 반응법 등이 있다.
활성오니법(SBR), 목질발효퇴비법, 액상부식법, 생석회 안정화 반응법등은 그 처리 비용이 1톤당 10,000원 이상으로 너무 높고 폐수 처리기간이 너무 길어 폐수 보유 면적이 커지기 때문에 시설비용이 매우 높은 단점이 있다. 또한 팬턴 산화법의 경우에는 과산화수소를 사용하기 때문에 수산화기(OH-)의 활성화로 인한 OH- 라디칼이 높아져 각종 오염물질의 농도를 급격히 저하시킬 수는 있으나 처리 비용이 극히 높아지는 단점이 있으며, 산화 촉매 반응법의 경우에는 기질인 폐수와 황산 금속염의 이온교환에 따른 폐수 정화공 정으로서 역시 폐수처리 원가가 높고 폐수 성분에 따라 오염농도가 달라질 뿐 아니라 최종 처리된 폐수의 오염농도가 1,000ppm 정도이므로 후처리가 필요하기 때문에 이들 방법을 실용화하기에는 많은 문제점이 있다.
또한, 오폐수 내 부유물질을 응집시키기 위해 음이온성 폴리머와 중금속을 포함하는 응집제를 처리하는 방법이 있으나, 응집을 위해 중금속을 포함하는 응집제가 다량으로 요구되는 등 공정 효율성 및 경제성에 문제가 있다.
한국등록특허 제0327735호
본 발명은 적은 양의 중금속으로 오폐수에 포함된 부유물질을 침전시킬 수 있는 오폐수 처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 여과 공정이 단축된 오폐수 처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 부유물질을 포함하는 오폐수에 고유점도가 0.2 내지 6.6 dl/g인 양이온성 폴리머를 첨가하여 상기 오폐수의 제타 전위를 -50 내지 -0.01 mV에 도달시키는 단계; 및 상기 오폐수에 중금속을 포함하는 응집제를 첨가하여 상기 부유물질을 침전시키는 단계를 포함하는 오폐수의 처리 방법에 관한 것이다.
본 발명 오폐수의 처리 방법은 침전 이후에, 오폐수를 UF(Ultra Filter) 막에 통과시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명 오폐수의 처리 방법은 UF 막을 통과한 오폐수를 RO(Reverse Osmosis) 막에 통과시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에서 부유물질은 음전하를 띠는 것일 수 있다.
본 발명에서 양이온성 폴리머는 1 내지 7 meq/g의 당량을 갖는 것일 수 있다.
본 발명에서 양이온성 폴리머는 15×104 내지 50×104 g/mol의 분자량을 갖는 것일 수 있다.
본 발명에서 양이온성 폴리머는 오폐수에 대하여 1 내지 10 mg/L 첨가되는 것일 수 있다.
본 발명에서 중금속을 포함하는 응집제는 Fe 계열의 응집제일 수 있다.
본 발명에서 제타 전위는 -30 내지 -0.05 mV일 수 있다.
본 발명에서 중금속은 오폐수에 대하여 400 mg/L 이하로 첨가되는 것일 수 있다.
본 발명에서 상기 중금속을 포함하는 응집제가 첨가될 때의 오폐수의 pH는 9 내지 12일 수 있다.
본 발명의 오폐수의 처리 방법은 양이온성 폴리머를 첨가하여 오폐수의 제타 전위를 0 mV 근처로 도달시킨 후 응집제를 첨가함으로써, 적은 양의 응집제로도 효과적으로 오폐수 내의 부유물질을 침전시킬 수 있다.
본 발명의 오폐수의 처리 방법은 고유점도가 낮은 양이온성 폴리머 및 중금속을 이용하여 부유물질을 작고 단단하게 응집시킴으로써 여과 공정을 단축시킬 수 있다.
도 1은 특정 범위의 물성을 갖는 양이온성 폴리머를 첨가하여 오폐수 내 부유물질을 제거하는 공정을 나타낸 모식도이다.
도 2는 실험예 1 내지 4 및 비교예 3의 MFF 값을 나타낸 그래프이다.
본 발명은 부유물질을 포함하는 오폐수에 고유점도가 0.2 내지 6.6 dl/g인 양이온성 폴리머를 첨가하여 상기 오폐수의 제타 전위를 -50 내지 -0.01 mV에 도달시키는 단계; 및 상기 오폐수에 중금속을 포함하는 응집제를 첨가하여 상기 부유물질을 침전시키는 단계를 포함하는 오폐수의 처리 방법을 제공한다.
본 발명 오폐수의 처리 방법은 부유물질을 침전시키는 단계 이후에 오폐수를 막(Membrane)에 통과시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 막은 역삼투(Reverse Osmosis; RO) 막, 나노여과(Nanofiltration; NF) 막, 한외여과(Ultrafiltration; UF) 막, 정밀여과(Microfiltration; MF) 막 등일 수 있다.
본 발명 오폐수의 처리 방법은 부유물질을 침전시키는 단계 이후에 오폐수를 UF(Ultra Filter) 막에 통과시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명 오폐수의 처리 방법은 UF 막을 통과한 오폐수를 RO(reverse osmosis) 막에 통과시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
부유물질(Suspended Solid; SS)은 오폐수 내에 포함된 고형물이다. 부유물질은 오폐수 내에 부유하는 입경 1 ㎛ 이상인 입자일 수 있으며, 전하를 띠는 입자일 수 있다.
오폐수는 오수 또는 폐수 중 적어도 하나를 의미하는 것이며, 예를 들어, 생활 하수, 생활 폐수, 농축산 폐수, 유가공 폐수, 음식물 쓰레기, 음폐수, 공장 폐수, 산업 폐수 등을 포함할 수 있다.
본 발명은 오폐수에 양이온성 폴리머를 첨가한다. 종래에는 수처리시 일반적으로 음이온성 폴리머를 이용하였는데, 오폐수 내의 부유물질이 음전하를 띠는 경우 음이온성 폴리머 첨가로 부유물질이 쉽게 응집되지 않는 단점이 있다.
또한, 음이온성 폴리머의 고유점도는 일반적으로 10 dl/g 이상으로, 양이온성 폴리머 보다 고유점도가 훨씬 높다. 고유점도가 높은 음이온성 폴리머를 이용하면 오폐수에 포함된 부유물질이 크고 끈적하게 응집되기 때문에, 응집된 물질을 포함하는 오폐수를 필터 막(예를 들어, UF 막, RO 막)에 통과시키면 필터에 끈적한 잔류물이 남고 필터로부터 잔류물을 제거하는 것이 쉽지 않다는 문제점이 있다.
본 발명 양이온성 폴리머의 고유점도는 0.2 내지 6.6 dl/g, 0.3 내지 6.0 dl/g, 0.4 내지 5.0 dl/g, 0.5 내지 4.0 dl/g, 0.6 내지 3.0 dl/g 또는 0.7 내지 2.0 dl/g일 수 있다.
고유점도가 낮은 양이온성 폴리머를 사용하면 부유물질을 상대적으로 작고 단단하게 응집시킬 수 있기 때문에 오폐수 처리시 사용되는 필터 막에 부유물질이 붙어 필터가 막히는 것을 억제할 수 있다.
양이온성 폴리머의 당량은 1 내지 7 meq/g일 수 있다.
양이온성 폴리머의 분자량은 15×104 내지 50×104 g/mol, 20×104 내지 40×104 g/mol 또는 25×104 내지 30×104 g/mol일 수 있다. 양이온성 폴리머의 분자량이 너무 크면 UF 막의 공경이 막힐 수 있는 바 적절한 분자량을 갖는 양이온성 폴리머를 이용하는 것이 바람직하다.
양이온성 폴리머는 질소를 포함하는 화합물 일 수 있다.
양이온성 폴리머는 오폐수에 대하여 0.1 내지 10 mg/L, 0.1 내지 9 mg/L, 0.1 내지 8 mg/L, 0.1 내지 7 mg/L, 0.1 내지 6 mg/L, 0.1 내지 5 mg/L, 0.1 내지 4 mg/L, 0.1 내지 3 mg/L, 0.1 내지 2 mg/L, 0.1 내지 1 mg/L 첨가될 수 있다.
오폐수에 본 발명 양이온성 폴리머를 첨가하여 오폐수의 제타 전위를 -50 내지 -0.01 mV, -40 내지 -0.02 mV, -30 내지 -0.05 mV, -20 내지 -0.1 mV 또는 -10 내지 -0.5 mV 에 도달시킬 수 있다.
오폐수에 본 발명 양이온성 폴리머를 첨가하여 오폐수의 제타 전위를 -50 내지 -0.01 mV, -40 내지 -0.01 mV, -30 내지 -0.01 mV, -20 내지 -0.01 mV 또는 -10 내지 -0.01 mV 에 도달시킬 수 있다.
본 발명 오폐수의 처리 방법은 오폐수에 양이온성 폴리머를 먼저 첨가한 후 중금속을 포함하는 응집제를 첨가한다.
구체적으로, 본 발명 오폐수의 처리 방법은 양이온성 폴리머를 첨가하여 오폐수의 제타 전위를 0 mV 근처로 도달시킨 후에 중금속을 포함하는 응집제를 첨가하는 단계를 포함한다.
양이온성 폴리머를 먼저 첨가하여 오폐수의 제타 전위를 0 mV 근처로 도달시킨 후 응집제를 첨가하면 소량의 응집제만 첨가하더라도 오폐수 내 부유물질을 효과적으로 침전시킬 수 있는 장점이 있다.
구체적으로, 중금속을 포함하는 응집제는 오폐수에 대하여 400 mg/L 이하, 350 mg/L 이하, 300 mg/L 이하, 250 mg/L 이하, 200 mg/L 이하, 150 mg/L 이하, 100 mg/L 이하, 50 mg/L 이하로 첨가될 수 있다.
오폐수 처리시 다량의 약품이 사용되면 UF 막을 통한 여과 공정을 활용하기 어려워 공정이 더 복잡해지는 문제가 발생한다. 본 발명 오폐수 처리 방법은 양이온성 폴리머를 소량 사용함으로써 중금속을 포함하는 응집제의 양을 절감시킬 수 있는바 공정의 효율을 높일 수 있다.
중금속을 포함하는 응집제는 Fe 계열 응집제일 수 있으나 이에 제한되지 않는다. Fe 계열 응집제는 FeSO47H2O, Fe2(SO4)3, FeCl3등일 수 있다.
중금속을 포함하는 응집제가 첨가될 때의 오폐수의 pH는 9 내지 12, 9.5 내지 11.5, 10 내지 11, 10 내지 10.5일 수 있다.
실시예
도 1은 본 발명에 따른 실시예의 오폐수 내 부유물질을 제거하는 방법을 나타내는 모식도이다. 실시예 1 내지 4의 구체적인 내용은 다음과 같다.
실시예 1
최초 오폐수(원수: Raw water)에 CE가 6.0 meq/g, 고유점도가 0.2 dL/g, 분자량이 15×104 g/mol인 양이온성 폴리머 C-701(Kurita Water Industries Ltd.) 1 mg/L를 첨가하여 오폐수의 제타 전위를 0 mV 근처로 도달시킨 후, 원수의 부피를 기준으로 FeCl3 60 mg/L를 주입하였다. FeCl3 과다 주입으로 pH가 10 이하로 내려가는 경우 NaOH나 기타 pH 조절제로 pH를 10 이상으로 유지하였다. 부유물질이 응집된 응집수를 UF 막에 전량 주입하여 최종 처리하였다.
실시예 2
실시예 1에서 사용된 오폐수와 동일한 오폐수에 CE가 6.0 meq/g, 고유점도가 0.8 dL/g, 분자량이 20×104 g/mol인 양이온성 폴리머 P-702(Kurita Water Industries Ltd.) 1 mg/L를 첨가하여 오폐수의 제타 전위를 0 mV 근처로 도달시킨 후, 원수의 부피를 기준으로 FeCl3 60 mg/L를 주입하였다. FeCl3 과다 주입으로 pH가 10 이하로 내려가는 경우 NaOH나 기타 pH 조절제로 pH를 10 이상으로 유지하였다. 부유물질이 응집된 응집수를 UF 막에 전량 주입하여 최종 처리하였다.
실시예 3
실시예 1에서 사용된 오폐수와 동일한 오폐수에 CE가 4.7 meq/g, 고유점도가 1.6 dL/g, 분자량이 30×104 g/mol 인 양이온성 폴리머 P-707(Kurita Water Industries Ltd.) 1 mg/L를 첨가하여 오폐수의 제타 전위를 0 mV 근처로 도달시킨 후, 원수의 부피를 기준으로 FeCl3 60 mg/L를 주입하였다. FeCl3 과다 주입으로 pH가 10 이하로 내려가는 경우 NaOH나 기타 pH 조절제로 pH를 10 이상으로 유지하였다. 부유물질이 응집된 응집수를 UF 막에 전량 주입하여 최종 처리하였다.
실시예 4
실시예 1에서 사용된 오폐수와 동일한 오폐수에 CE가 1 meq/g, 고유점도가 6.6 dL/g, 분자량이 50×104 g/mol 인 양이온성 폴리머 P-709(Kurita Water Industries Ltd.) 1 mg/L를 첨가하여 오폐수의 제타 전위를 0 mV 근처로 도달시킨 후, 원수의 부피를 기준으로 FeCl3 60 mg/L를 주입하였다. FeCl3 과다 주입으로 pH가 10 이하로 내려가는 경우 NaOH나 기타 pH 조절제로 pH를 10 이상으로 유지하였다. 부유물질이 응집된 응집수를 UF 막에 전량 주입하여 최종 처리하였다.
비교예
비교예 1
실시예 1에서 사용된 오폐수에 양이온성 폴리머와 FeCl3를 주입하지 않고 UF 막에 전량 주입하였다.
비교예 2
실시예 1에서 사용된 오폐수와 동일한 오폐수에 FeCl3를 60 mg/L 주입하고 15분 동안 응집 교반한 후, UF 막에 전량 주입하였다.
비교예 3
실시예 1에서 사용된 오폐수와 동일한 오폐수에 FeCl3를 150 mg/L 주입하고 15분 동안 응집 교반한 후, UF 막에 전량 주입하였다.
비교예 4
실시예 1에서 사용된 오폐수와 동일한 오폐수에 FeCl3를 200 mg/L 주입하고 15분 동안 응집 교반한 후, UF 막에 전량 주입하였다.
비교예 5
실시예 1에서 사용된 오폐수와 동일한 오폐수에 FeCl3를 250 mg/L 주입한 후 UF 막에 전량 주입하였다.
비교예 6
실시예 1에서 사용된 오폐수와 동일한 오폐수에 FeCl3를 300 mg/L 주입한 후, UF 막에 전량 주입하였다.
비교예 7
실시예 1에서 사용된 오폐수와 동일한 오폐수에 고유점도가 170 dL/g, 분자량이 150×104 g/mol인 음이온성 폴리머(유니케미컬, A-101) 1 mg/L를 첨가한 후, 원수의 부피를 기준으로 FeCl3 60 mg/L를 주입하였다. FeCl3 과다 주입으로 pH가 10 이하로 내려가는 경우 NaOH나 기타 pH 조절제로 pH를 10 이상으로 유지하였다. 부유물질이 응집된 응집수를 UF 막에 전량 주입하여 최종 처리하였다.
실시예 및 비교예의 부유물질 제거 및 응집 효과
실시예 및 비교예를 통해 처리된 오폐수의 부유물질(유기물) 제거 효과를 확인하기 위해 각 실시예 및 비교예의 오폐수의 TOC(Total Organic Carbon)를 측정하였다. 또한 본 발명의 처리 방법 이후에 UF 막을 사용하여 후처리할 수 있는지를 확인하기 위해 각 실시예 및 비교예의 오폐수의 MFF(Membrane Filter Factor)를 측정하였다.
측정 방법
(1) 제타 전위 측정
실시예에서 양이온성 폴리머를 첨가한 후 FeCl3를 첨가하기 전의 제타 전위 값과 비교예에서 FeCl3를 첨가하기 전의 제타 전위 값을 측정하였다. 제타 전위 값은 제타 스트리밍 포텐셜(Zeta streaming Potential)법에 의한 전위차 측정을 통해 얻었고, Zeta Check기기(ParticleMetrix사)를 이용하였다.
(2) TOC 측정
실시예 및 비교예의 UF막에 처리된 오폐수를 산성화 시키고 무기탄소를 완전히 제거한 후 잔존 유기 탄소를 측정하는 비정화성 유기 탄소법(NPOC: Nonpurgeable Organic Carbon)을 이용해 TOC를 측정하였다. TOC 측정을 위해 TOC-L기기(SHIMADZU)를 사용하였다. 아무런 처리가 되지 않은 오폐수(원수)의 TOC 값은 2.8 mg/L로 측정되었으며, 실시예 및 비교예의 UF막에 처리된 오폐수의 TOC 농도가 원수 TOC 농도를 기준으로 30% 이상 감소하면 유기물 제거능이 우수한 것으로 보았다.
(3) MFF 측정
MFF는 확인 대상 물질이 막을 통과하기에 적합한지 확인하는 기준으로서 확인 대상 물질 110 ml를 0.45 μm의 거름종이에 1차 통과시키고 그 통과 시간(T1)을 측정한 후, 통과된 확인 대상 물질을 0.45 μm의 거름종이에 2차 통과시키고 그 통과 시간(T2)을 측정하여, T1에 대한 T2의 분율(T2/T1)을 계산하여 그 값이 1.1 미만이면 UF막 처리에 적합한 것으로 보았다.
측정 결과
표 1은 실시예 및 비교예들의 TOC 및 MFF를 나타낸다. 도 2는 실시예 1 내지 4 및 비교예 5의 MFF 값을 그래프로 나타낸 것이다. 하기 표 1에서 제타 전위는 FeCl3를 첨가하기 전의 오폐수 제타 전위를 나타낸다.
구분 제타 전위
(mV)		 TOC(mg/L) MFF 종합평가
측정값 유기물
제거능 평가		 값 막처리 평가
실시예1 -0.09 1.68 우수 1.04 적합 우수
실시예2 -0.11 1.74 우수 1.08 적합 우수
실시예3 -0.11 1.86 우수 1.09 적합 우수
실시예4 -0.10 1.63 우수 1.04 적합 우수
비교예1 -29 2.78 불량 측정 불가 부적합 부유물질제거불량
비교예2 -29 2.60 불량 측정 불가 부적합 부유물질제거불량
비교예3 -29 2.24 불량 1.1 부적합 부유물질제거 및 막처리불량
비교예4 -29 2.10 불량 1.1 부적합 부유물질제거 및 막처리불량
비교예5 -29 1.73 우수 1.06 적합 과량약품 필요
비교예6 -29 1.71 우수 1.07 적합 과량약품 필요
비교예7 -20 2.42 불량 측정 불가 부적합 부유물질제거 및 막처리불량
실시예 1 내지 4와 같이 오폐수에 양이온성 폴리머를 첨가하여 제타 전위를 0 mV근처로 도달 시킨 후 FeCl3를 첨가한 경우, 소량의 FeCl3만 첨가하더라도 막 처리에 적합한 MFF 기준에 도달하였고, 오폐수 내 유기물 제거능이 우수하였다.
한편, 비교예 1과 같이 FeCl3와 양이온성 폴리머가 모두 첨가되지 않은 오폐수, 비교예 2와 같이 FeCl3만 소량 첨가된 오폐수 및 비교예 7과 같이 음이온성 폴리머와 FeCl3가 첨가된 오폐수는 막을 통과하지 못해 MFF 측정이 불가하였고, 오폐수 내 유기물 제거능이 우수하지 않았다.
비교예 3 및 4와 같이 FeCl3를 150 내지 200 mg/L 첨가한 경우에는 막을 통과할 수는 있었으나 측정된 MFF 값이 최적의 값이 아니었고, 오폐수 내 유기물 제거능이 우수하지 않았다. 또한, 비교예 5 및 6의 경우 부유물질 제거를 위해 과량의 약품이 필요하기 때문에 비경제적이며, 오폐수로부터 약품을 제거하기 위한 추가 공정이 더 필요하기 때문에 비효율적이다.
즉, 본 발명 오폐수의 처리 방법은 오폐수에 양이온성 폴리머를 먼저 첨가하여 오폐수의 제타 전위를 0 mV 근처로 도달 시킨 후 응집제인 FeCl3를 첨가함으로써 응집제의 첨가량을 크게 줄일 수 있고 후속 단계로 막 처리가 가능한 바, 보다 효율적이고 경제적으로 오폐수 내의 부유물질 제거가 가능하다는 장점이 있다.

Claims (11)

  1. 부유물질을 포함하는 오폐수에 고유점도가 0.2 내지 6.6 dl/g인 양이온성 폴리머를 첨가하여 상기 오폐수의 제타 전위를 -50 내지 -0.01 mV에 도달시키는 단계; 및 상기 오폐수에 중금속을 포함하는 응집제를 첨가하여 상기 부유물질을 침전시키는 단계를 포함하는 오폐수의 처리 방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 침전 이후에, 상기 오폐수를 UF(Ultra Filter) 막에 통과시키는 단계를 더 포함하는 오폐수의 처리 방법.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 UF 막을 통과한 오폐수를 RO(reverse osmosis) 막에 통과시키는 단계를 더 포함하는 오폐수의 처리 방법.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 부유물질은 음전하를 띠는 것인, 오폐수의 처리 방법.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 양이온성 폴리머는 1 내지 7 meq/g의 당량을 갖는 것인, 오폐수의 처리 방법.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 양이온성 폴리머는 15×104 내지 50×104 g/mol의 분자량을 갖는 것인, 오폐수의 처리 방법.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 양이온성 폴리머는 상기 오폐수에 대하여 0.1 내지 10 mg/L 첨가되는 것인, 오폐수의 처리 방법.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 중금속을 포함하는 응집제는 Fe 계열의 응집제인, 오폐수의 처리 방법.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 제타 전위는 -30 내지 -0.05 mV인, 오폐수의 처리 방법.
  10. 청구항 1에 있어서, 상기 중금속은 상기 오폐수에 대하여 400 mg/L 이하로 첨가되는 것인, 오폐수의 처리 방법.
  11. 청구항 1에 있어서, 상기 중금속을 포함하는 응집제가 첨가될 때의 오폐수의 pH는 9 내지 12인, 오폐수의 처리 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100327735B1 (ko) 2000-06-26 2002-03-15 김효근 고농도 유기성 오폐수의 물리화학적 정화방법

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