KR20220019699A

KR20220019699A - 폐수로부터 용해된 유기 화합물을 제거하는 방법

Info

Publication number: KR20220019699A
Application number: KR1020217040568A
Authority: KR
Inventors: 괴란 베크만; 사카리 할튜넨; 파스칼 모린; 마리나 쉐스타코바
Original assignee: 케미라 오와이제이
Priority date: 2019-06-10
Filing date: 2020-06-10
Publication date: 2022-02-17
Also published as: BR112021022974A2; WO2020249863A1; CA3137722A1; FI130436B; EP3980384A1; CN113840807A; FI20195492A1; US20220234923A1

Abstract

폭기조 및 고액 분리 유닛을 포함하는 활성 슬러지 공정에서 폐수로부터 생물학적으로 난분해성 가용성 유기 화합물을 동시에 제거하는 방법으로서, 상기 방법에서 하나 이상의 Al 및/또는 Fe계 무기 금속 응고제가 활성 슬러지 공정에서 및/또는 폐수를 활성 슬러지 공정으로 운반하기 전에 폐수에 첨가되는 방법.

Description

폐수로부터 용해된 유기 화합물을 제거하는 방법

본 발명은 하기에 제시된 독립항에 따라 폐수로부터 생물학적으로 난분해성 가용성 유기 화합물을 제거하는 방법에 관한 것이다.

펄프 및 제지 생산은 생산된 종이 또는 판지 톤 당 다량의 오염된 폐수를 생성하는 가장 물 집약적인 산업 공정 중 하나이다. 펄프 및 종이 폐수에서 화학적 산소 요구량 (COD)은 최대 5000 mg/l 또는 그 이상에 도달할 수 있다. 이러한 오수의 통상적인 수처리 시설은 총 부유 고형물 및 기타 입자상 물질을 제거하는 1차 정화기 (clarifier); 대부분의 용해된 유기 물질을 제거하는 생물학적 처리; 활성 슬러지 분리를 위한 2차 정화기 및 고액 분리 유닛을 사용한 응고-응집(coagulation-flocculation) 공정 형태, 또는 생물학적으로 난분해성(recalcitrant) 가용성(soluble) 유기 화합물, 즉 부식질 물질, 예컨대 리그닌을 제거하기 위한 오존 처리, 흡착 등 3차 처리를 포함한다. 3차 처리의 목적은 최종 처리 단계를 제공하여 오수 품질을 수용 환경으로 배출하기 전에 더욱 개선시키는 것이다.

통상적으로, 잔류 COD 제거를 위한 3차 폐수 처리의 응고-응집 공정에서 Al 및 Fe계 무기 금속 염 또는 화합물을 이용한 응고가 사용된다. 펄프 및 제지 산업에서 다량의 폐수 생성으로 인해, 무기 금속 염을 이용한 처리는 폐수 처리 중에 다량의 무기 슬러지를 생성한다. 매립은 슬러지 처리의 일반적인 방법이다. 그러나, 현재 매립지는 그 용량에 빠르게 도달하고, 더 엄격한 환경 규제로 인해 새로운 매립지를 건설하기가 어렵다. 따라서, 슬러지 처리량을 줄이기 위한 새로운 방안을 모색할 필요가 있다. 많은 공장이 문제의 해결책으로 슬러지 소각을 선택한다. 그러나, 결과적으로 많은 양의 회분이 형성되어 나중에 매립해야 한다.

또한, 3차 처리 장비의 건설은 넓은 작업 영역 외에도 많은 투자가 필요하다.

따라서, 폐수로부터 생물학적으로 난분해성인 가용성 유기 화합물을 제거하기 위한 새로운 비용 효율적인 해결책을 찾을 필요가 있고, 여기서 해결책은 환경 허가 및 안전 수준을 충족하고 슬러지를 소각할 때 회분 함량도 감소시키는 것이다.

본 발명의 목적은 선행 기술에서 나타나는 상기 언급된 문제를 감소시키거나 심지어 제거하는 것이다.

본 발명의 목적은 폐수 처리장에서 3차 처리 시설을 제거하는, 폐수로부터 생물학적으로 난분해성 가용성 유기 화합물 ("경질(hard) COD")을 제거하는 새로운 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 목적은 응고에 의한 경질 COD 제거를 위한 효율적이고 간단한 방법을 제공하는 것이다.

상기 제시된 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 동봉된 독립 청구항의 특징부에 제시된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일부 바람직한 구현예는 다른 청구범위에서 설명될 것이다.

통상적인 폐수 처리 시스템은 폐수로부터 총 부유 고형물 및 기타 입자상 물질을 제거하기 위한 1차 침강, 대부분의 용해된 유기 물질을 제거하기 위한 생물학적 처리, 및 활성 슬러지 분리를 위한 2차 침강을 포함한다. 생물학적 처리는 통상적으로 호기성 미생물이 폐수에서 유기 물질을 소화시키는 호기성 생물학적 공정을 사용하여 수행되며, 또한 활성 슬러지 공정이라고도 한다. 통상적으로, 폐수 처리 시스템은 3차 처리 단계를 추가로 포함할 수 있다. 그러나, 본 발명은 이러한 3차 처리의 필요성을 제거하는 개선된 폐수 처리를 제공한다.

본 명세서에서, 생물학적으로 난분해성 가용성 유기 화합물, 경질 COD 및 부식질(humic) 물질은 리그닌 자체, 리그닌-유형 화합물 및 그 분해 생성물, 및 펄프 및 제지 산업의 폐수 또는 생활 폐수(municipal wastewaters)에 존재하는 기타 유기 화합물을 포함하는 유기 물질을 의미한다.

활성 슬러지 공정의 일반적인 배열은 폭기조, 및 일반적으로 "2차 정화기" 또는 "침강(settling) 탱크"라고 하는 고액 분리 유닛을 포함한다. 폭기조는 통상적으로 유기 물질 제거를 위한 생물반응기 역할을 한다. 공기 및/또는 산소는 혼합된 폐수에 주입되고, 폭기조에 존재하는 호기성 미생물은 폐수에 함유된 대부분의 유기물을 소화한다. 고액 분리 유닛은 통상적으로 폭기조 뒤에 배치되어 생물학적 플록이 침강되도록 하여 활성 슬러지라고도 하는 생물학적 슬러지를 폐수로부터 분리한다. 본 발명에 따른 방법의 바람직한 구현예에서, 고액 분리 유닛은 침강 탱크를 포함한다. 생물학적 공정은 또한 혐기성 처리 단계를 포함할 수 있으며, 여기서 혐기성 미생물은 폐수에 함유된 유기 물질을 소화하여 예를 들어, 바이오가스를 생성한다.

본 발명에 따른 통상적인 방법은, 폭기조 및 고액 분리 유닛을 포함하는 활성 슬러지 공정에서 폐수로부터 생물학적으로 난분해성 가용성 유기 화합물을 제거하는 방법으로서, 이러한 방법은

- 활성 슬러지 공정에서 및/또는 폐수를 활성 슬러지 공정으로 운반하기 전에, 하나 이상의 Al 및/또는 Fe계 무기 금속 응고제를 폐수에 첨가하는 단계로서, 폐수에서 Al 및/또는 Fe계 무기 금속 응고제의 투여량은 가용성 인산염 이온 1 몰 당 상기 금속 이온 10 몰 이상인, 단계, 및

- 고액 분리 유닛에서 폐수로부터 활성 슬러지 및 침전된 유기 화합물을 분리하는 단계

를 포함한다.

활성 슬러지 공정에서 2차 정화기에서 동시 COD 응고를 통해 3차 처리 시설의 투자 및 유지 관리 비용이 절감될 수 있음이 밝혀졌다. 본 발명의 일 구현예에 따르면, 활성슬러지 공정에서 2차 정화 전 폭기 공정 직후 활성슬러지 공정에서 COD 제거가 수행된다. 본 발명의 바람직한 방법에서, 3차 처리에서 통상적으로 사용되는 Al 및/또는 Fe계 무기 금속 응고제(들)는 용해된 유기 화합물을 효율적으로 제거하기 위한 생물학적 처리의 폭기 공정 후에 폐수에 첨가된다. 침전된 유기 물질은 활성 슬러지와 동시에 2차 정화기(들)에서 고액 분리에 의해 제거될 수 있으며, 처리된 폐수는 추가적인 3차 처리 없이 수용 환경으로 배출될 수 있다. 따라서, 본 발명은 폭기 공정 후 2차 침강에서 폐수의 향상된 처리를 제공한다. 본 발명에 따른 방법은, 추가적인 3차 처리 단계 없이, 폭기조 및 고액 분리 탱크를 포함하는 활성 슬러지 공정에서 수행된다. 특히, 본 발명에 따른 방법은 펄프 및/또는 제지 공장에서 유래하는 폐수로부터 생물학적으로 난분해성 가용성 유기 화합물을 제거하는 데 가치가 있는 것으로 관찰되었으며, 여기서 3차 처리 시설의 제거는 투자 비용의 절감을 가져온다.

폐수로부터 인을 제거하는 일반적인 방법은, 알루미늄 또는 철의 염을 폐수에 투입하는데, 여기서 인산염은 금속 이온과 함께 침전물을 형성하고, 2차 정화기와 같은 고액 분리 유닛에서 슬러지와 함께 제거된다. 인의 화학적 제거에서, 1 몰의 Fe 또는 Al은, P와 Fe³⁺ 및 Al³⁺의 화학양론적 반응에 기초하여 1 몰의 P와 반응한다. 인 제거에서, 필요한 화학 물질의 투입량은 인 농도에 의존한다. 통상적으로, 인 1 몰 당 알루미늄 또는 철 1 몰의 투입량은 인 제거에 충분하다. 어떤 경우에는, P 1 몰 당 알루미늄 또는 철 < 5 몰 또는 < 7 몰이 인의 매우 효율적인 제거를 제공한다. 본 발명에서, COD의 동시 침전이 활성 슬러지 공정에서 수행될 수 있고, 여기서 Al 및/또는 Fe 금속 이온의 투여량은 처리될 폐수에서 가용성 인산염 이온 1 몰 당 상기 금속 이온의 10 몰 이상인 것이 놀랍게도 확인되었다. COD 제거가 효율적이므로, COD 제거를 위한 3차 처리가 필요하지 않다는 것이 관찰되었다.

본 발명에 따르면, Al 및/또는 Fe계 무기 금속 응고제(들)는 활성 슬러지 공정에서, 통상적으로 폭기 공정 후 및 활성 슬러지 공정에서 2차 정화 전에 용해된 유기 화합물을 응고시키기 위해 단독으로 사용될 수 있다. Al 및/또는 Fe계 무기 금속 응고제의 효과는 양이온성 중합체 응고제와 함께 사용하여 향상될 수 있다. 또한, 응고-응집 공정은 응고제(들)와 함께 중합체성 응집제 (flocculant)(들)를 사용하여 개선될 수 있으며, 여기서 플록 형성은 중합체의 풀림(uncoiling)을 통해 향상된다. 양이온성 중합체 응고제의 사용은 전하 중화 및 부유 고형물의 유인을 통해 응고를 도울 수 있을 뿐만 아니라, 유사한 COD 제거 효율을 달성하고 처리된 폐수의 pH를 큰 변동 없이 안정적으로 유지하는 데 필요한 상기 무기 금속 응고제(들)의 투입량을 감소시킬 수 있다. COD는 폐수의 pH에 큰 영향을 미치지 않으면서 본 발명에 따른 방법에 의해 제거될 수 있다는 것이 관찰되었다. Al 및/또는 Fe계 무기 금속 응고제(들)를 양이온성 중합체 응고제와 함께 사용하는 경우, Al 및/또는 Fe계 무기 금속 응고제의 투입량이 감소될 수 있고, 폐수 처리 중에 형성되는 무기 슬러지의 양을 감소시키고, 따라서 또한 슬러지 소각 후 회분 형성량의 감소를 유도한다.

또한, 활성 슬러지 공정에서 폐수에 양이온성 중합체 응고제와 함께 Al 및/또는 Fe계 무기 금속 응고제(들)의 첨가는 폐수의 pH에 영향을 미치지 않으며, pH 값은 실질적으로 중성으로 유지되는 것으로 관찰되었다. 따라서, 무기 금속 응고제(들) 및 양이온성 중합체 응고제(들)는 생물학적 처리의 정상적인 작동을 방해하지 않고 생물학적 처리 공정 중에 첨가될 수 있다.

본 발명에 따른 방법은 또한 폐수로부터 색상을 제거하는데 효율적인 것으로 관찰된다. 착색된 폐수는 환경으로 배출되기 전에 색상 제거가 필요할 수 있고, 따라서 본 발명에 따른 방법은 또한 활성 슬러지 공정에 사용하기 위한 실용적인 방법을 제공한다.

본 발명은 특히 현저한 양의 COD를 갖는 펄프 및 제지 공장으로부터 유래하는 폐수로부터 생물학적으로 난분해성 가용성 유기 화합물 및/또는 색상을 제거하는 유용한 방법을 제공하며, 이 방법은 모든 종류의 폐수에 적합하다. 본 발명에 따른 방법에 의해 처리될 폐수는 생활 폐수를 포함할 수 있고, 또는 펄프 및/또는 제지 공정과 같은 산업 공정에서 유래될 수 있다.

본 발명은 폐수 처리 공정의 흐름도를 나타내는 첨부된 도 1을 참조하여 더욱 상세하게 설명될 것이며, 본 발명에 따른 Al 및/또는 Fe계 무기 금속 응고제의 첨가 지점은 화살표로 도시되어 있다.

본 발명에 따른 방법에서, 활성 슬러지 공정에서 및/또는 폐수를 활성 슬러지 공정으로 운반하기 전에, 하나 이상의 Al 및/또는 Fe계 무기 금속 응고제가 폐수에 투입된다. 본 발명의 바람직한 일 구현예에 따르면, 활성 슬러지 공정에서 폭기조에서의 처리 후, 바람직하게는 폭기조 후 및 2차 정화기 전에, 하나 이상의 Al 및/또는 Fe계 무기 금속 응고제가 폐수에 첨가된다. 본 발명의 구현예에 따르면, 하나 이상의 Al 및/또는 Fe계 무기 금속 응고제가 2차 정화기로 운반될 때, 폭기 공정 후 폐수에 첨가될 수 있고, 및/또는 하나 이상의 Al 및/또는 Fe계 무기 금속 응고제가 2차 정화기에 첨가된다. 본 발명에 따른 구현예에서, Al 및/또는 Fe계 무기 금속 응고제의 적어도 일부가 활성 슬러지 공정에서 첨가되고, 바람직하게는 Al 및/또는 Fe계 무기 금속 응고제의 적어도 일부가 폭기 탱크 후에 폐수에 첨가되고, 더 바람직하게는 폭기조 후 및 2차 정화기 전에 첨가된다.

본 발명에 따르면, Al 및/또는 Fe계 무기 금속 응고제는 처리될 폐수에서 가용성 인산염 이온 1 몰 당 상기 금속 이온 10 몰 이상의 양으로 폐수에 투입된다. 본 발명의 구현예에 따르면, 하나 이상의 Al 및/또는 Fe계 무기 금속 응고제가 처리될 폐수에 존재하는 가용성 인산염 이온 1 몰 당 상기 금속 이온의 적어도 20, 바람직하게는 적어도 30, 35, 40 또는 50 몰 또는 심지어 80 몰의 양으로 첨가된다. 폐수의 가용성 인 함량은 폭기조에서 또는 고액 분리 유닛 후의 폐수로부터 측정할 수 있다. 활성 슬러지 처리 개선을 위해 인이 첨가되는 산업 폐수에서, 통상적인 가용성 P 함량은 폭기조 또는 고액 분리 유닛 후 측정 시 1 mg/L 미만, 보다 일반적으로 약 0.2 mg/L이다.

본 발명의 구현예에 따르면, 용해된 유기 화합물의 응고 및 응집을 향상시키기 위해 하나 이상의 Al 및/또는 Fe계 무기 금속 응고제에 추가로 양이온성 중합체 응고제가 폐수에 첨가된다. Al 및/또는 Fe계 무기 금속 응고제(들)의 적어도 일부는 양이온성 중합체 응고제(들)의 첨가 전에 첨가될 수 있고, 또는 대안적으로 양이온성 중합체 응고제는 Al 및/또는 Fe계 무기 금속 응고제(들)와 동시에 첨가될 수 있다.

본 발명의 구현예에서, Al 및/또는 Fe계 무기 금속 응고제(들) 또는 Al 및/또는 Fe계 무기 금속 응고제(들)와 양이온성 중합체 응고제(들)의 조합이 폭기조에 직접 첨가, 및/또는 폭기조에서 처리 후 고액 분리 유닛 이전에 폐수에 직접 첨가된다.

본 발명에 따른 구현예에서, Al 및/또는 Fe계 무기 금속 응고제는 황산알루미늄 (aluminium sulphate), 폴리염화알루미늄 (polyaluminium chloride), 황산철 (iron sulphate), 염화 제2철 (ferric chloride) 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, Al 및/또는 Fe계 무기 금속 응고제(들)에 추가로, 금속 응고제(들)의 효과를 개선하기 위해, 다른 다가 (multivalent) 화합물도 첨가될 수 있다. 본 발명의 구현예에 따르면, 다가 화합물은 지르코늄, 칼슘 및/또는 마그네슘계 화합물일 수 있다.

본 발명에 따른 구현예에 따르면, 양이온성 중합체 응고제는 형성될 플록 크기를 증가시키고, 폐수로부터 침전된 유기 물질의 분리를 개선하기 위해, 하나 이상의 수용성 양이온성 중합체를 포함한다. 개선된 응고 및 응집을 달성하기 위해, 양이온성 중합체의 순 전하는 양이온성이다. 본 발명의 구현예에 따르면, 양이온성 중합체는 합성 양이온성 중합체 및/또는 바이오계 양이온성 중합체를 포함한다. 양이온성 중합체의 수용성은 양이온성 중합체가 수성 매질에서 실질적으로 수용성임을 의미한다. 수성 매질은 예를 들어 용해를 달성하기 위한 산을 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 양이온성 중합체는 폴리아민, 폴리비닐아민, 폴리에틸렌이민, 폴리디시안디아미드 (폴리DCD), 폴리디알릴디메틸암모늄 클로라이드 (폴리DADMAC), 폴리(아크릴로일옥시에틸트리메틸암모늄 클로라이드) (폴리ADAM-Cl), 폴리(메타크릴로일옥시에틸트리메틸암모늄 클로라이드) (폴리MADAM-Cl), 폴리(아크릴아미도-N-프로필트리메틸암모늄 클로라이드) (폴리APTAC), 폴리(메타크릴아미도프로필트리메틸암모늄 클로라이드) (폴리MAPTAC), 및/또는 (메트)아크릴아미드와 디알릴 디메틸암모늄 클로라이드 (DADMAC), [2-(아크릴아미도)에틸]트리메틸암모늄 클로라이드, (ADAM-Cl), [2-(메타크릴아미도)에틸]트리메틸암모늄 클로라이드 (MADAM-Cl), [3-(아크릴로일옥시)프로필]트리메틸암모늄 클로라이드 (APTAC) 및/또는 [3-(메타크릴로일옥시)프로필]트리메틸암모늄 클로라이드 (MAPTAC)로부터 선택되는 양이온성 단량체의 공중합체를 포함한다. 본 발명의 바람직한 일 구현예에 따르면, 양이온성 중합체는 폴리아민 및/또는 폴리DADMAC, 바람직하게는 폴리아민을 포함한다. 폴리아민은 통상적으로 폴리DADMAC보다 양이온성이 높고, 따라서 폴리아민은 폴리DADMAC보다 적은 투여량으로 동일한 효율을 제공한다. 폴리아민은 2개 이상의 1차 아미노기를 갖는 유기 화합물이다. 폴리DADMAC는 디알릴디메틸암모늄 클로라이드 (DADMAC)의 동종중합체이다.

본 발명의 구현예에 따르면, 양이온성 중합체는 전분, 셀룰로오스, 구아검, 덱스트란 등의 양이온성 다당류 및/또는 키토산을 포함하는 바이오계 양이온성 중합체를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 구현예에서, 양이온성 중합체는 응집에 필요한 양이온성을 제공하기 위해 치환도(degree of substitution; DS) 값이 0.3 이상, 바람직하게는 0.4 이상인 양이온성 전분을 포함한다. 본 명세서의 맥락에서, 용어 "양이온성 전분"은 양이온화에 의해 개질된 전분을 의미한다.

치환도, DS가 > 0.3인 양이온성 전분은 이 명세서에서 높은 양이온성 전분으로 여겨진다. 높은 양이온성 전분은 바람직하게는 단지 약간만 분해되거나, 또는 분해되지 않고 양이온화에 의해서만 개질된다. 가장 바람직하게는 사용된 전분은 분해되지 않고 가교결합되지 않는다. 전분에 양전하 밀도를 부여하는 데 사용될 수 있는 많은 유도체화제 (derivatising agent)가 있다. 양이온성 전분은 4차 암모늄, 4차 포스포늄, 3차 설포늄 또는 기타 상응하는 치환기(들)를 가질 수 있다. 예를 들어, N-(2,3-에폭시프로필)디메틸아민 또는 N-(2,3-에폭시프로필)디부틸아민 또는 N-(2,3-에폭시프로필)메틸아닐린의 메틸 클로라이드 4차 염과 같은 양이온 특성을 갖는 적합한 에테르화제로 히드록실기의 에테르화에 의해, 4차 암모늄 이온을 함유하도록 유도체화된 양이온 전하가 특히 바람직하다. 적합한 높은 양이온성 전분은, 천연 기원의 전분이며, 예를 들어 감자, 쌀, 옥수수, 밀랍 옥수수, 밀, 보리, 고구마 또는 타피오카 전분, 감자 전분이 바람직하다.

양이온성 전분의 양이온성은 치환도(DS)를 이용하여 정의될 수 있다. 치환도는 전분의 1 무수글루코스 (anhydroglucose) 단위 당 계산된 양이온성 전분에 포함된 치환기의 수를 정의한다. 2,3-에폭시프로필트리메틸-암모늄 클로라이드로 양이온화된 양이온성 전분의 치환도는, 통상적으로 4차 암모늄기 이외의 다른 질소 공급원을 함유하지 않는 순수 건조 양이온성 전분의 질소 함량을 사용하여 계산된다. 질소 함량은 통상적으로 일반적으로 알려진 킬달(Kjeldahl) 방법을 사용하여 결정된다. 2,3-에폭시프로필트리메틸암모늄 클로라이드로 양이온화된 양이온성 전분의 치환도는 하기 식을 사용하여 계산될 수 있다:

DS = (162 x N-%) / (1400 - (N-% x 151.6),

여기서, 162는 무수글루코스 단위 (AHG)의 분자량이고, N-%는 질소 값의 %이고, 1400은 질소 분자량에 100을 곱한 값이고, 151.5는 2,3-에폭시프로필트리메틸암모늄 클로라이드의 분자량이다.

Al 및/또는 Fe계 무기 금속 응고제 및 양이온성 중합체 응고제의 첨가량은 달라질 수 있으며, 응고제 생성물의 농도에 의존한다. 본 발명에 따른 구현예에서, 양이온성 중합체 응고제의 투여량은 액체 형태의 무기 금속 염 투여량의 < 50%, ppm일 수 있다. 본 발명의 구현예에 따르면, 양이온성 중합체 응고제, 및 Al 및/또는 Fe계 무기 금속 응고제가, 활성 금속염 함량에 의해 활성 유기 함량을 나누어 계산하여, 약 0.1:1 - 3:1 또는 0.1:1 - 1:1의 비율로 첨가된다. 첨가량은 사용된 응고제 및/또는 처리될 폐수에 의존한다.

본 발명의 구현예에 따르면, 중합체성 응집제가 또한 응고제(들)와 조합하여 첨가될 수 있다. 추가적인 응집제는 침전물 및/또는 플록의 분리를 개선하고, 이에 따라 색상 형성 물질의 제거도 향상시킨다. 첨가될 중합체성 응집제는 공정 조건 및 첨가될 기타 사용된 응고제(들)에 따라 양이온성 또는 음이온성일 수 있다. 중합체성 응집제는 통상적으로 사용되는 임의의 응집제일 수 있다. 활성 슬러지 자체는 음이온 전하를 가지며, 따라서 고액 분리 유닛에서 효율적인 응집을 달성하기 위해 응고제의 추가 투여량이 반드시 필요한 것은 아니다.

본 발명의 구현예에 따른 방법에서, Al 및/또는 Fe계 무기 금속 응고제(들) 및 양이온성 중합체 응고제의 조합을 첨가한 후, 폐수의 pH는 크게 변하지 않는다. 본 발명에 따른 바람직한 구현예에서, pH 값의 변화는 1 pH 단위 미만, 바람직하게는 0.5 pH 단위 미만일 수 있다. 본 발명의 구현예에 따르면, 폐수의 pH는 상기 응고제(들) 및 선택적으로 응집제(들)의 첨가 후에, 6 - 9 범위, 바람직하게는 6.5 - 7.8 범위로 유지된다.

본 발명에 따른 방법에서, Al 및/또는 Fe계 무기 금속 응고제(들), 및 선택적으로 양이온성 중합체 응고제는 폐수의 pH 값이 6-8의 pH 범위에서 유지되는 양으로 첨가된다.

본 발명에 따른 방법에 의해 처리될 폐수는, 생활 폐수 및/또는 산업 공정에서 유래하는 폐수를 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 통상적인 구현예에서, 폐수는 폭기조로부터 또는 고액 분리 유닛 후에 측정된 가용성 P 함량이 1 mg/L 미만, 통상적으로 약 0.2 mg/L인 산업 폐수를 포함한다. 본 발명의 하나의 통상적인 구현예에서, 폐수는 펄프 및 제지 공장에서 유래한다. 펄프 및 제지 제조는 화학적 산소 요구량 (COD)이 높은 많은 양의 폐수를 생성한다. 본 발명에 따른 방법은 COD 제거를 위한 효율적인 방법을 제공한다. 본 발명의 구현예에서, 처리된 폐수에서 여과된 COD의 양이, 활성 슬러지 공정 전에 미처리된 폐수에서 여과된 COD보다 적어도 10 mg/l, 바람직하게는 20 mg/l, 보다 바람직하게는 40 mg/l 또는 50 mg/l 더 적고, 샘플은 생물학적 간섭을 제거하기 위해 분석 전에 1.6 μm 미만의 기공 크기를 갖는 필터를 통해 여과된 것이다. 본 발명의 방법은 또한 색상 제거에 효과적이다.

본 발명의 일부 구현예는 도 1에 제시된 개략적인 공정 차트를 참조하여 보다 상세하게 설명될 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 방법이 이용될 수 있는 폐수 처리의 활성 슬러지 공정의 흐름도를 개략적으로 도시한다. 도 1은 하나의 가능한 공정 구현예를 도시하고, 본 발명은 이 구현예에 제한되지 않으며, 도 1은 응고제(들)의 가능한 첨가 지점만을 예시한다.

도 1에 도시된 공정에서, 처리될 폐수 (A)는 폐수로부터 총 부유 고형물 및 기타 입자상 물질을 제거하기 위해 먼저 1차 침강 (1)으로 운반된다. 1차 침강 후, 폐수는 혐기성 처리 (2)로 운반될 수 있고, 대부분의 용해된 유기 물질을 제거하기 위해 추가로 폭기조 (3)로 운반될 수 있다. 폐수 처리 공정은 혐기성 및 호기성 처리 수조를 모두 포함하거나, 호기성 처리 수조만을 포함할 수 있으며, 폐수 처리 공정의 설계 및 레이아웃은 다양할 수 있다. 폭기조 (3)에서의 호기성 처리 후, 폐수는 슬러지 분리를 위해 고액 분리 유닛 (4)으로 운반된다. 생물학적 처리는, 통상적으로 호기성 미생물이 폐수에서 유기 물질을 소화시키는 호기성 생물학적 공정을 사용하여 수행되며, 활성 슬러지 공정이라고도 한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 활성 슬러지 공정의 배열은 공기 및/또는 산소가 폐수에 주입되는 폭기조 (3), 및 일반적으로 "2차 정화기"라고 하는 고액 분리 유닛 (4)을 포함하여, 생물학적 플록을 침전시키고, 따라서 활성 슬러지를 폐수로부터 분리한다. 분리된 슬러지는 추가로 보유 탱크 (5)로 운반될 수 있고, 보유 탱크의 상부로부터의 투명한 여액은 공정으로 다시 순환될 수 있다. 2차 정화기와 같은 고액 분리 유닛 (4)에서 고액 분리 후, 슬러지는 슬러지 처리 (6)로 운반되고, 처리된 폐수 (B)는 처리 공정에서 배출될 수 있다. 슬러지 (7)는 매립지로 이송될 수 있다. 하나 이상의 Al 및/또는 Fe계 무기 금속 응고제, 및 선택적으로 양이온성 중합체 응고제의 하나의 바람직한 첨가점은 화살표로 표시되어 있다.

실험 부분

하기 실시예는 단지 본 발명의 원리 및 실시를 예시하는 것이며, 본 발명의 범위를 제한하려는 것은 아니다.

측정 방법 및 기기

화학적 산소 요구량 (COD)은 측정된 용액에서 반응에 의해 소비될 수 있는 산소의 양을 나타내는 척도이다. 일반적으로 SI 단위로 리터 당 밀리그램 (mg/L)인 용액의 부피에 대해 소비된 산소의 질량으로 표시된다. 실시예에서 COD는 COD 테스터 (HACH DRB 200)를 사용하여 측정된다.

색상 강도는 기기별 지침에 따라, 염화백금 이온(Pt/Co)으로서 mg/l 백금 및 ADMI 단위의 샘플로부터 분광광도계 HACH DR5000 및 HACH DR2800으로 측정된다.

실시예 1

이 실시예에서 제지 공장에서 발생하는 폐수는

- 0.1 % 용액으로 물에 용해된 음이온성 FennoPol A 8675 중합체 응집제 (Kemira Oyj)와 조합된 황산알루미늄 (Alum)의 4% 용액, 또는

- 0.1 % 용액으로 물에 용해된 음이온성 FennoPol A 8675 중합체 응집제 (Kemira Oyj), 및 0.1 % 용액으로 물에 용해된 양이온성 폴리아민 응고제 (Fennofix FF C50, Kemira Oyj)와 조합된 황산알루미늄 (Alum)의 4% 용액

의 상이한 투여량으로 처리되었다.

대조군 측정은 임의의 화학 물질을 첨가하지 않은 2차 정화기의 배출구였다.

폐수의 가용성 인 함량은 0.25 mg/L이었다.

동일한 폐수 샘플을 사용하여 모든 테스트를 수행할 수 있도록 약 30L의 폐수를 수집한다. 폐수는 테스트를 시작하기 전에 냉장실에 저장된다. 전체 샘플 로트 (lot)를 균질화하고, 응고 테스트를 위해 1L 샘플을 채취한다. 응고 및 응집 테스트는 미니응집침전기(miniflocculator) Flocculator 2000을 사용하여 수행된다. 샘플을 먼저 교반하고 (400 rpm, 20 초) 화학 물질을 샘플에 첨가한다. 화학 물질을 첨가한 후, 샘플의 혼합을 계속한다 (40 rpm, 15-30분). 분석은 슬러지를 침강 제거한 후, 투명한 여액에 대해 이루어진다. COD 및 색상을 결정하기 위한 샘플은 액체 수준보다 약 3 cm 아래에 있는 피펫으로 상층액 (supernatant)을 침강시킨 후 채취된다.

pH 및 전도성은 침강 후 측정되었다. 결과는 표 1에서 보여진다.

		색상		pH	전도성	COD
		ADMI	Pt-Co	pH	μS	mg O₂/l
대조군		681	753	7.1	2700	162
Alum 300 ppm + A8675 1 ppm	55	258	294	6.5	2770	111
Alum 500 ppm + A8675 1 ppm	92	202	205	6.3	2800	50
Alum 200 ppm + A8675 1 ppm + FF C50 10 ppm	37	242	266	6.9	2730	113

300 ppm의 황산알루미늄 응고제를 1 ppm의 FennoPol A 8675 응집제와 함께 사용할 때, COD 값은 162 mg O₂/I에서 111 mg O₂/I로 줄어들었고, 색상은 Pt-Co 및 ADMI 지수 값에서 각각 61 % 및 62 % 감소하였다. 황산알루미늄 응고제 투여량을 500 ppm까지 늘리고, FennoPol A 8675 용량을 1 ppm으로 유지하면, COD 및 색상 제거의 약 70 %를 달성할 수 있다. 중합체성 응집제 Fennopol A 8675의 투여량은 너무 작아서 실시예에서의 효과가 미미하다고 여겨진다.

황산알루미늄 응고제 용량을 300 ppm에서 200 ppm으로 줄이면서, FennoPol A 8675 응집제의 용량을 1 ppm 수준으로 유지하고, 10 ppm의 양이온성 폴리아민 중합체 FennoFix C50을 추가하여, 펄프 및 종이 폐수에서 동시 침전에 유사한 COD 및 색상 감소 값 각각 30 %와 64 %를 달성할 수 있다.

Claims

폭기조 및 고액 분리 유닛을 포함하는 활성 슬러지 공정에서 폐수로부터 생물학적으로 난분해성 가용성 유기 화합물을 제거하는 방법으로서,
- 활성 슬러지 공정에서 및/또는 폐수를 활성 슬러지 공정으로 운반하기 전에, 하나 이상의 Al 및/또는 Fe계 무기 금속 응고제를 폐수에 첨가하는 단계로서, 여기서 Al 및/또는 Fe계 무기 금속 응고제의 투여량은 폐수에서 가용성 인산염 이온 1 몰 당 상기 금속 이온 10몰 이상인, 단계, 및
- 고액 분리 유닛에서 폐수로부터 활성 슬러지 및 침전된 유기 화합물을 분리하는 단계
를 포함하는, 방법.
제1항에 있어서,
양이온성 중합체 응고제가 폐수에 추가로 첨가되는, 방법.
제2항에 있어서,
Al 및/또는 Fe계 무기 금속 응고제의 적어도 일부가 양이온성 중합체 응고제의 첨가 전에 첨가되는, 방법.
제2항 또는 제3항에 있어서,
양이온성 중합체 응고제가 Al 및/또는 Fe 무기 금속 응고제와 동시에 첨가되는, 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
Al 및/또는 Fe계 무기 금속 응고제, 또는 Al 및/또는 Fe계 무기 금속 응고제와 양이온성 중합체 응고제의 조합이 폭기조에 직접 첨가, 및/또는 폭기조에서 처리 후 고액 분리 유닛 이전에 폐수에 직접 첨가되는, 방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
Al 및/또는 Fe계 무기 금속 응고제가 황산알루미늄, 폴리염화알루미늄, 황산철, 염화 제2철 또는 이들의 조합을 포함하는, 방법.
제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
양이온성 중합체 응고제가 합성 양이온성 중합체 및/또는 양이온성 바이오계 중합체를 포함하는, 방법.
제2항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
양이온성 중합체 응고제가 폴리아민, 폴리에피아민, 폴리비닐아민, 폴리에틸렌이민, 폴리디시안디아미드 (폴리DCD), 폴리디알릴디메틸암모늄 클로라이드 (폴리DADMAC), 폴리(아크릴로일옥시에틸 트리메틸암모늄 클로라이드) (폴리ADAM-Cl), 폴리(메타크릴로일옥시에틸트리메틸암모늄 클로라이드) (폴리MADAM-Cl), 폴리(아크릴아미도-N-프로필트리메틸암모늄 클로라이드) (폴리APTAC), 폴리(메타크릴아미도프로필트리메틸암모늄 클로라이드) (폴리MAPTAC), 및/또는 (메트)아크릴아미드와, 디알릴 디메틸암모늄 클로라이드 (DADMAC), [2-(아크릴아미도)에틸]트리메틸암모늄 클로라이드, (ADAM-Cl), [2-(메타크릴아미도)에틸]트리메틸암모늄 클로라이드 (MADAM-Cl), [3-(아크릴로일옥시)프로필]트리메틸암모늄 클로라이드 (APTAC) 및/또는 [3-(메타크릴로일옥시)프로필]트리메틸암모늄 클로라이드 (MAPTAC)로부터 선택되는 양이온성 단량체의 공중합체를 포함하는, 방법.
제2항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
양이온성 중합체 응고제가 0.3 이상, 바람직하게는 0.4 이상의 치환도(DS) 값을 갖는 양이온성 전분을 포함하는, 방법.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
하나 이상의 Al 및/ Fe계 무기 금속 응고제가 폐수에서 가용성 인산염 1 몰 당 20 몰 이상, 바람직하게는 35 몰 이상 또는 50 몰 이상의 금속 이온의 양으로 첨가되는, 방법.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
응고제(들)의 첨가 후에 폐수의 pH가 6 내지 9 범위, 바람직하게는 6.5 내지 7.8 범위로 유지되는, 방법.
제2항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
양이온성 중합체 응고제 및 Al 및/또는 Fe계 무기 금속 응고제가 금속 함량으로 나누어진 활성 유기 함량에 의해 계산된, 0.1:1 내지 3:1의 중량비로 첨가되는, 방법.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
처리된 폐수에서 여과된 COD의 양이, 활성 슬러지 공정 전에 미처리된 폐수에서 여과된 COD보다 적어도 10 mg/l, 바람직하게는 20 mg/l, 보다 바람직하게는 40 mg/l 또는 50 mg/l 더 적고, 샘플은 1.6 μm 미만의 기공 크기를 갖는 필터를 통해 여과된 것인, 방법.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
폐수가 생활 폐수 및/또는 산업 폐수를 포함하는, 방법.
제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
폐수가 펄프 및/또는 제지 공장에서 유래하는 폐수를 포함하는, 방법.