KR940006406B1

KR940006406B1 - 분리막 기술을 이용한 주정폐액 처리공정

Info

Publication number: KR940006406B1
Application number: KR1019910006890A
Authority: KR
Inventors: 이정학; 장인성; 추광호; 백운화; 김상원; 고종호
Original assignee: 두산종합기술원 연구조합; 박용성; 이정학
Priority date: 1991-04-29
Filing date: 1991-04-29
Publication date: 1994-07-20
Also published as: KR920019681A

Abstract

내용 없음.

Description

분리막 기술을 이용한 주정폐액 처리공정

제 1 도는 본 발명의 주정폐액 처리 공정도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 스크루 디캔터(screw decantor) 2 : 분리막 장치

3 : 혐기성 소화 4, 4' : 침전조

5 : 활성오니조

본 발명은 분리막을 이용한 주정폐액의 처리방법에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 완전혼합식(continuously Stirred Tank Reactor) 혐기성 소화법에 있어서 혐기성 소화의 전처리 공정으로 분리막을 이용하여 주정폐액중의 난분해성 및 가수분해되기 어려운 입자, 유해물질(toxicants) 및 저해인자(inhibitors)등을 사전에 제거할 뿐만아니라 혐기성 소화조의 유기물 부하를 감소시키고 분해속도를 증가시켜 주정폐액의 처리효율을 개선하고 혐기성 소화조에서의 체류시간의 단축으로 혐기성 소화조의 크기를 줄이는 신규한 폐수처리방법에 관한 것이다.

현재 주정공장에서 주정폐액을 처리함에 있어서 전통적인 완전혼합식(CSTR)의 혐기성 소화법을 쓰고 있는데 많은 어려움을 겪고 있는 실정이다. 특히, 주정생산의 원재료(Raw Materials)를 절간고구마(sweet potato), 타피오카(tapioca) 등에서 나맥으로 전환하면서 주정폐액의 혐기성 소화 효율이 크게 저하되었는데, 이것은 나맥과 타재료들의 조성차이 즉, 전분, 단백질, 지방등의 차이에서 기인한 것으로 알려져 있다.

혐기성 소화법은 가수분해 단계, 유기산 생성단계 및 메탄가스 생성단계로 크게 구분할 수 있다. 그러나, 주정폐액중에 가수분해되기 어려운 물질이 존재하면 첫단계인 가수분해 단계가 전체 공정의 속도결정 단계가 되어 최종 분해 속도가 느려져서 소화조내의 체류시간을 길에 해야하므로, 결국 소화조의 크기가 증가되어 경제적으로 큰 부담을 주게된다.

또한, 주정폐액중에 생물학적으로 난분해성(Nonbiodegradable)물질이나 저해물질이 다량 존재하면 혐기성 소화조 및 활성오니조의 처리효율이 저하되어 방류수 수질기준에 맞추기가 어려워지는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 분리막에 의한 전처리 공정을 도입하여 주정폐액중의 난분해성 및 가수분해되기 어려운 물질, 유해물질 및 저해인자등을 사전에 제거할 뿐만아니라 혐기성 소화조의 유기물 부하를 감소시키고 분해속도를 증가시켜 주정폐액의 처리효율을 향상시키고 혐기성 소화조에서의 체류시간의 단축으로 혐기성 소화조의 크기를 줄일 수 있으며, 활성오니조의 유기물 부하를 줄이기 위한 주정폐액의 신규한 처리 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 통상의 완전 혼합식 혐기성 소화법에 사용되는 폐액처리 장치에 단순히 분리막 장치를 전처리 공정으로 삽입함으로서 종래의 장치를 그대로 이용하면서 폐액의 처리효율을 향상시키는데 있다.

본 발명의 주정폐액 처리공정은 스쿠르 디캔터(1)로 부터 폐액을 분리막 장치(2)로 투입하여 난분해성 및 가수분해되기 어려운 물질, 유해물질 및 저해인자등을 여과하고 여액을 혐기성 소화조(3)에 투입하여 혐기성 발효시킨 다음, 침전조(4)를 거쳐 활성오니즈(5)에서 처리한 후 침전조(4')를 거쳐 여액을 방류한다. 한편, 분리막 장치에서 발생되는 농축액은 다시 스크루데칸터를 거쳐 부유물질은 제거하고 생성된 케이크(cake)는 동식물의 사료로 이용되며, 여액은 다시 혐기성 소화조로 보내진다.

본 발명의 세라믹 분리막 장치에서 사용되는 분리막은 통상의 분리막을 모두 사용할 수 있지만, 세라믹 분리막이 고온고압에 강하므로 특히 바람직하며, 고분자 분리막을 사용할 수도 있다. 세라믹 분리막의 재질로는 실리시움 카바이드(sillicium carbide), 지르코니움(ZrO₂), 알루미나(Al₂O₃), 카본(carbon)등을 모두 사용할 수 있으며, 분리막의 세공크기는 0.005~0.5μm인 것이 효과적이다. 세공의 크기가 0.5μm이상일 경우에는 주정폐액중의 입자의 크기와 분리막의 세공크기가 유사하므로 세공이 막히기 때문에 플럭스(flux)가 감소하여 분리막을 자주 세척하여야 하는 공정상의 번거로운 문제점이 있으며, 0.005μm이하일 경우에는 세공크기가 너무작아 여과액의 플럭스가 감소하는 문제점이 있었다.

또한, 세라믹 분리막 장치의 운전시 온도는 65℃이상, 압력은 4~6기압으로 수행하는 것이 바람직하였다. 특히, 운전시 온도는 높을수록 세라믹 분리막 장치에 유입되어 처리될 주정폐액의 점도가 낮게되어 플럭스가 증가하므로 효과적이다.

본 발명의 혐기성 소화조 처리는 고농도의 유기물 폐액 처리에서 통상적으로 사용되는 혐기성 소화에 사용할 수 있으며, 특히 주정, 펄프 및 제지 폐수처리의 혐기성 소화에 효과적이다.

혐기성 처리를 행함으로서 농도가 매우 높은 폐수를 처리할 수 있으며, 슬러지가 소량 생산되고 최종 물질로 생성되는 메탄(CH₄)을 유용하게 사용할 수 있다.

다음의 실시예는 본 발명을 좀 더 구체적으로 설명하는 것이지만, 본 발명의 범주를 한정하는 것은 아니다.

[실시예 1]

군산의 백화양조(주)에서 발생하는 70℃정도의 주정폐액을 세라믹 분리막(프랑스 FITAMM사 제품, 제품명 TIA PILOTE NOOI)으로 여과하였다.

먼저, 적당한 운전조건을 찾기위해 막투과 압력(transmembrane pressure)을 변화시키면서 플럭스(flux)의 변화를 조사하였고 적당한 분리막을 선택하고자 세공크기(pore size)에 따른 플럭스(flux) 변화를 또한 조사하였다. 이렇게 하여 결정된 최적의 운전조건하에서 주정폐액의 농축에 따른 플럭스(flux) 변화를 조사함으로써 적절한 농축인자를 선택할 수 있었다.

선택된 분리막 장치의 최적 운전조건 즉, 분리막의 세공크기를 0.05μm, 온도는 70℃, 압력은 5기압으로 유지하면서 세라믹 분리막에 의한 전처리 공정을 행하였다.

완전혼합식 혐기성 소화조의 용량은 8L이고 교반은 기계식으로 하였으며 온도는 55℃로 유지하였다. 균주는 진로식품의 혐기성 소화조의 슬러지(sludge)를 사용하였다.

생성되는 가스는 포화수(20% NaCl, 0.5% citric acid)를 담은 아크릴 원통에 포집하였고, 성분은 가스 크로마토그래피(gas chromathography)로 분석하였다. 차츰 소화 조유지시간(HRT ; Hydraulic Retention Time)을 줄여가면서 그 처리효과를 관찰하였다.

상술한 방법으로 주정폐액을 처리한 결과, 주정원료가 100% 나맥인 주정폐수일 경우에는 분리막 장치를 거치면서 화학적 산소요구량(COD)는 크롬법으로 35,000~40,000mg/L에서 17,000~20,000mg/L로 약 50%정도의 제거율을 보였으며, 부유물(suspended solid)는 9,000~10,000mg/L에서 99% 이상 제거되었다. 그리고, 플럭스(flux)는 농축인자(concentration factor) 1에서 11로 농축될때 347에서 239L/㎡·hr로 변하였다.

주정원료가 나맥과 타피오카가 1 : 1인 혼합물 주정폐수를 사용했을 경우, 화학적 산소요구량(COD)는 40,000~50,000mg/L에서 23,000~28,000mg/L로 약 50%정도 제거되었으며, 부유물은 8,000~9,000mg/L에서 99%이상 제거되었다. 또한, 플럭스는 농축인자 1에서 4.5로 농축될때 384에서 174L/㎡·hr로 변하였다.

혐기성 소화조의 유입수로서 주정원료가 100% 나맥인 주정폐수의 여과수일 경우, 혐기성 소화조 체류시간(HRT)을 30일에서 10일로 감소시킬때 유출수의 용해성 COD는 1,000~3,000mg/L로 나타났으며 제거율은 85~94%를 보였다.

pH는 7.1~7.4로 적정값을 유지하였고(pH를 조절하기 위해서 어떤 화학첨가물도 사용하지 않았다). 유기산 농도도 400~900mg/L(as CH₃COOH)정도의 양호한 값을 보였다. 유입되는 폐수의 COD당 생성되는 메탄가스양은 350~450L, 가스조성은 메탄이 약 50~60%정도를 나타내었다.

혐기성 소화조의 유입수로써 주정원료가 나맥과 타피오카가 1 : 1인 혼합물 주정폐수의 여과수를 사용했을 경우에는 체류시간을 30~10일로 감소시킬때 유출수의 용해성 COD는 3,600~2,100mg/L로 약 87~92%의 COD제거율을 보였다. pH는 7.0~7.6정도이고(pH를 조절하기 위해서 어떤 화학첨가물도 사용하지 않았다) 유기산 농도는 400~800mg/L(as CH₃COOH)을 유지하였다. 유입되는 폐수의 화학적 산소요구량(COD)당 생성되는 메탄가스양은 300~400L이었고, 가스조성은 메탄이 50~60%를 보였다.

상술한 바와 같이 혐기성 소화의 전처리로서 세라믹 분리막으로 전처리를 행함으로써, 난분해성 및 가수분해 되기 어려운 입자, 유해물질 및 저해인자들을 제거할 수 있어 높은 처리효율 및 처리공정의 안정화를 도모할 수 있었다.

Claims

나맥을 함유하는 주정폐액의 혐기성 소화처리시 전처리공정으로 세라믹 분리막을 이용하여 주정폐액의 난분해성물질과 유해물질을 제거함에 있어서, 상기 세라믹 분리막의 세공크기가 0.005~0.05μm이고, 상기 전처리공정이 65~90℃의 온도범위 및 4~6기압하에서 수행됨을 특징으로 하는 주정폐액의 처리방법.