KR960002263B1 - 고농도 암모니아를 함유하는 유기질 폐수의 처리방법 - Google Patents

고농도 암모니아를 함유하는 유기질 폐수의 처리방법 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

[발명의명칭]
고농도 암모니아를 함유하는 유기질 폐수의 처리방법
[발명의 상세한 설명]
[산업상 이용 분야]
본 발명은 고농도의 암모니아를 함유하는 유기질 폐수의 처리방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고농도의 암모니아를 함유하는 유기질 폐수의 암모니아를 제거하여 혐기성 생물학적인 처리방법으로 폐수를 효과적으로 처리하는 방법에 관한 기술이다.
[종래 기술]
제약, 섬유화학공업분야의 화학합성공장에서 발생하는 공장폐수는 고농도의 유기질 탄소 뿐만 아니라 고농도의 암모니아를 다량 함유하는 고농도 폐수로서 대량으로 발생한다. 일반적으로 고농도의 유기질 폐수에는 메탄발효와 같은 혐기성 소화반응을 이용한 생물학적 처리방법이 적합한 것으로 알려져 있으나, 이와 같은 혐기성 소화반응은 원폐수에 함유되어 있는 독성물질 및 반응 저해물질 등의 함유 농도에 따라 반응의 진행여부 및 그 진행속도가 영향을 많이 받는다. 특히 상기 언급한 제약, 섬유화학공업분야의 화학합성공장에서 발생하는 공장폐수와 같이 고농도의 암모니아를 함유하는 폐수는 암모니아를 2,000ppm 이상 다량으로 함유하고 있기 때문에 상기한 혐기성 소화반응이 원활하게 이루어지지 않고, 따라서 상기와 같은 혐기성 소화반응을 이용하여 처리할 수 없다는 문제점이 있다.
이에 따라 상기와 같이 고농도의 암모니아를 포함하는 폐수는 다량의 희석수로 폐수를 희석하여 화학적 산소요구량(CODMn)이 약 1,000ppm 정도 되게 조절한 후 이를 일반적인 호기성 생물학적 처리방법으로 처리하고 있는 설정이다. 그러나 이와 같은 희석 후 호기성 생물학적 처리방법을 사용할 경우 다량의 희석수를 필요로 하기 때문에 처리비용이 증가할 뿐만 아니라 폐수의 물량이 증가함에 따라 폐수처리를 위한 각종 설비 예를 들면, 폭기조의 용량 및 기타 폭기를 위한 설비장치가 증가하여야 하고 이에 따른 시설투자비 및 운전비 역시 과다하게 증가하여야 한다는 문제점이 있다. 또한 호기적인 공정에서 발생하는 잉여슬러지의 처리에도 많은 비용이 소요된다는 문제점이 있다.
본 발명자는 상기와 같은 고농도의 암모니아를 함유하는 폐수를 처리하기 위한 효과적인 방법을 연구하던 중 암모니아의 효과적인 제거방법을 개발하였다. 일반적으로 알려진 폐수내의 암모니아 제거방법은 스트립(stripping) 방법이 알려져 있으나 이와 같은 방법은 제거효율은 높으나 본 발명의 암모니아 제거방법에 비하여 많은 비용이 든다는 단점이 있다.
[본 발명이 해결하려 하는 과제]
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 고안된 것으로서 본 발명의 목적은 첫째 고농도의 암모니아를 함유하는 폐수에 있어서 고농도의 암모니아를 경제적으로 제거하는 방법을 제공하고, 둘째 고농도 암모니아를 함유하는 폐수에 있어서 고농도 암모니아를 제거한 뒤 생물학적 처리를 함으로써 고농도 암모니아 함유 폐수를 매우 저렴하게 경제적으로 처리할 수 있는 폐수처리방법을 제공하고, 세째 고농도의 암모니아를 함유하는 고농도 유기질 폐수를 암모니아 제거 후 혐기성 소화반응을 행하여 처리함으로써 고농도 암모니아 함유 고농도 유기질 폐수를 경제적 및 효과적으로 처리함과 동시에 유용한 바이오가스 예를 들면, CH4, CO2등을 생산할 수 있는 폐수처리방법을 제공하기 위함이다.
[과제를 해결하기 위한 수단]
본 발명은 상기와 같은 본 발명의 목적을 해결하기 위하여 고안된 것으로서 본 발명은 고농도의 암모니아를 함유하는 유기질 폐수에 마그네슘화합물 및 인화합물을 첨가하는 공정과 고농도의 암모니아를 함유하는 유기질 폐수의 pH를 pH8-10으로 조절하는 공정을 실시하여 고농도 암모니아를 침전제거하고, 상기 암모니아가 제거된 폐수를 생물학적 처리하는 공정들로 이루어진 고농도의 암모니아를 함유하는 유기질 폐수의 처리방법을 제공한다.
또한 본 발명은 고농도의 암모니아를 함유하는 폐수에 마그네슘 및 인을 첨가하는 공정을 거친 후에. 고농도의 암모니아를 함유하는 폐수의 pH를 pH 8-10으로 조절하여 암모니아를 침전시키는 공정으로 이루어진 고농도 암모니아의 제거방법을 제공한다.
이하 본 발명을 더욱 자세히 설명한다.
본 발명은 상기한 바와 같이 고농도의 암모니아를 함유하는 유기질 폐수에 마그네슘화합물 및 인화합물을 첨가하는 공정과 고농도의 암모니아를 함유하는 유기질 폐수의 pH를 pH 8-10으로 조절하는 공정을 차례로 실시하여 고농도 암모니아를 침전제거하고, 상기 암모니아가 제거된 폐수를 생물학적 처리하는 공정들로 이루어진 고농도의 암모니아를 함유하는 유기질 폐수의 처리방법을 제공한다.
상기한 바와 같이 종래에도 암모니아를 제거하는 방법으로 공지된 것이 있으나, 본 발명과 같이 암모니아를 제거하고 연속하여 생물학적인 처리를 할 형우 종래의 암모니아 제거방법이 갖고 있던 문제점, 예를 들면 스트립핑을 실시할 경우 pH를 pH 11 이상으로 조절하는 데 많은 비용이 소요되고 이후의 생물학적인 처리를 위해서 상승한 pH를 다시 낮추어 주어야 한다는 문제점을 제거할 수 있다. 즉 본 발명은 생물학적인 처리를 할 폐수에 있어서 그 내부에 존재하는, 생물학적 처리를 저해하는 암모니아를 생물학적 폐수처리가 가능한 농도로 제거하고 곧 이어 생물학적 처리를 할 수 있도록 하여 적은 비용으로 폐수를 처리할 수 있는 방법이다.
본 발명에 있어서 상기한 유기질 폐수는 고농도의 유기질 폐수일 때도 효과를 나타낼 수 있으며, 상기 본 발명에 있어서 생물학적 처리방법은 혐기성 소화반응인 것이 바람직하다. 본 발명은 암모니아 제거 후 생물학적인 처리가 쉽게 가능하므로 암모니아를 고농도로 함유하는 고농도의 유기질 폐수도 처리가 가능하고, 이와 같은 고농도의 유기질 폐수를 처리할 경우에 사용되는 생물학적인 처리방법으로 혐기성 소화반응을 채택하는 것이 비용면에서 바람직하다. 혐기성 소화반응시에는 입상형 슬러지(granular sludge)를 이용함으로써 CH4, CO2등 유용한 바이오가스를 효과적으로 생산할 수 있다.
또 본 발명에 있어서 상기한 pH를 조절하는 공정은 NaOH를 첨가하여 조절하는 것이 바람직하고, 상기한 마그네슘화합물은 마그네슘염 예를 들면 MgCl2, Mg(OH)2, Mgo, Mg(H2PO4)2인 것이 바람직하며, 상기한 인화합물은 H3PO4, Mg(H2PO4)2, K2HPO4, KH2PO4로 이루어지 군에서 선택되는 것이 바람직하다. 이때 상기한 마그네슘, 인의 첨가량은 몰비로 마그네슘 : 인 : 암모니아=0.5~1.2 :1인 것이 바람직하다. 상기 암모니아에 대신 마그네슘 및 인의 몰비가 상기 범위보다 낮으면 침전이 충분히 일어나지 않고 상기 범위보다 높으면 첨가한 마그네슘 및 인의 양에 비해 침전의 증가효과가 미미해 비경제적이라는 문제점이 있다.
또한 본 발명은 상기한 암모니아를 침전제거한 뒤 폐수의 pH를 pH 6.5~7.5로 조절하는 공정을 더욱 포함하는 것이 바람직하다. 즉, 암모니아가 제거된 폐수의 pH가 생물학적 처리에 적합하지 않은 경우 생물학적인 처리에 알맞는 pH로 조절하여 주는 상기와 같은 공정이 필요하다.
또한 본 발명은 상기한 바와 같이 고농도의 암모니아를 함유하는 폐수에 마그네슘 및 인을 첨가하는 공정, 고농도의 암모니아를 함유하는 폐수의 pH를 pH 8-10으로 조절하여 침전하는 공정을 실시하는 공정으로 이루어진 고농도 암모니아의 제거방법을 제공한다. 본 발명의 암모니아 제거방법은 종래의 암모니아 제거방법들에 비하여 제거되는 암모니아의 효율을 조절하기도 용이하며 처리시간이 짧아서 비용면에서 매우 경제적이어서 높은 암모니아 제거율을 요하지 않는 경우 매우 경제적인 암모니아 제거 방법으로서 신규한 기술이다.
[실시예]
이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기한 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 본 발명의 실시예일 뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예1]
제약공장에서 발생한 암모니아 농도 2,000ppm, 화학적 산소요구량(CODcr) 7000ppm의 고농도 암모니아를 함유하는 고농도의 유기질 폐수에 폐수중의 암모니아의 몰수에 비례로 마그네슘과 인을 1 : 1.2 : 1.2로 첨가하였다. 즉 마그네슘염(MgCl2·6H2O)을 폐수 1ℓ당 29.7g을 인산용액을 8.4㎖를 첨가한 후 가성소다(NaOH)로 투입하여 pH를 10으로 조정하여 폐수중의 암모니아를 NH4MgPO4의 형태로 침전제거하였다. 암모니아를 제거한 폐수에 HCl을 첨가하여 pH를 pH 6.5~7.5로 낮춘 뒤 용량 5ℓ의 자퍼멘터(jarfermenter)에 폐수를 1.8ℓ를 투입하여 염기성 슬러리 0.7ℓ와 합해서 2.5ℓ를 배양하였다. pH 7.0±2, 온도 35±2℃의 운전조건하에서 초기 CODcr을 5040ppm, 유기물 부하량을 5.04㎏/M3.D로 하여 혐기성 메탄바효반로 생물학적 처리를 하였다. 운전 초기에는 생물학적 혐기처리에 필요한 미량원소로서 하기한 원소를 첨가하였다.
미량원소 (mg/ℓ)
ZnCl20.1
MaSO40.1
C oCl20.17
H3BO40.019
CuSO40.036
NaMoO40.024
Na2SeO40.026
NiCl20.012
[실시예2]
제약공장에서 발생한 폐수로서 암모니아 농도 2,000ppm, 화학적 산소요구량(CODcr) 8,000ppm의 고농도 암모니아를 함유하는 고농도의 유기질 폐수를 사용한 것을 제외하고는 상기한 실시예 1과 실질적으로 동일한 방법으로 암모니아 침전제거를 실시하여 생물학적인 처리를 하였다. 이때 배양기내의 CODcr은 6300ppm이며 초기 NH3-H은 375ppm이었다.
[비교예1]
제약공장에서 발생한 암모니아 농도 2,200ppm, 화학적 산소요구량(CODcr) 7,100ppm의 고농도 암모니아를 함유하는 고농도의 유기질 폐수를 용량 5ℓ의 자퍼멘터에 첨가하여 초기 CODcr이 4970ppm, pH 7.0±2, 온도 35±2℃의 운전조건하에서 유기물 부하량을 4.79㎏/M3.D로 하여 혐기성 반응으로 생물학적 처리를 하였다. 운전초기에는 생물학적 혐기처리에 필요한 미량원소로서 상기한 실시예 1의 미량원소를 첨가하였다.
[비교예2]
제약공장에서 발생한 폐수로서 암모니아 농도 2,000ppm, 화학적 산소요구량(CODcr) 8,000ppm의 고농도 암모니아를 함유하는 고농도의 유기질 폐수를 사용한 것을 제외하고는 상기한 비교예 1과 실질적으로 동일한 방법으로 실시하여 생물학적인 처리를 하였다. 배양기내에 폐수 첨가후 초기 CODcr은 4000ppm이었다.
상기한 실시예 및 비교예에 따른 폐수처리방법에 따라 처리된 폐수의 유기물 처리효율을 화학적 산소요구량으로 측정하여 그 결과를 하기한 (표)에 나타났다.
[표 1]
염색폐수의 처리결과
[효과]
상기한 실시예 및 비교예에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명에 따라 처리된 폐수는 유기물의 처리효과가 매우 우수함을 알 수 있다. 그리고 본 발명은 혐기성 처리가 불가능하여 희석 후 호기성 처리를 행하여 왔던 고농도의 암모니아를 함유하는 고농도의 유기질 폐수를 혐기성 처리함으로써 시설비 및 운전비를 대폭 경감할 수 있는 우수한 발명이다.

Claims (9)

  1. 고농도의 암모니아를 함유하는 유기질 폐수에 마그네슘화합물 및 인화합물을 첨가하는 공정 ; 고농도의 암모니아를 함유하는 유기질 폐수의 pH를 pH 8-10으로 조절하는 공정을 실시하여 고농도 암모니아를 침전제거하고 ; 상기 암모니아가 제거된 폐수를 생물학적 처리하는 공정들로 이루어진 고농도의 암모니아를 함유하는 유기질 폐수의 처리방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기한 유기질 폐수는 고농도의 유기질 폐수인 처리방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기한 생물학적 처리공정은 혐기성 소화반응인 처리방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기한 pH를 조절하는 공정은 NaOH를 첨가하여 조절하는 처리방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기한 마그네슘화합물은 Mg(H2PO4)2, MgCl2, Mg(OH)2, MgO로 이루어진 군에서 선택되는 처리방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기한 인화합물은 H3PO4, Mg(H2PO4)2, K2HOP4, KH2PO4로 이루어진 군에서 선택되는 처리방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기한 마그네슘, 인의 첨가량은 몰비로 마그네슘 : 인 : 암모니아=0.5~1.2 : 0.5∼1.2 : 1인 처리방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기한 암모니아를 침전제거한 뒤 폐수의 pH를 pH 6.5~7.5로 조절하는 공정을 더욱 포함하는 처리방법.
  9. 고농도의 암모니아를 함유하는 폐수에 마그네슘 및 인을 첨가하는 공정 ; 고농도의 암모니아를 함유하는 폐수의 pH를 pH 8-10으로 조절하는 공정을 실시하는 공정으로 이루어진 고농도 암모니아의 제거방법.
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