KR101379374B1

KR101379374B1 - 염색폐수 철염환원 처리방법

Info

Publication number: KR101379374B1
Application number: KR1020130086172A
Authority: KR
Inventors: 임홍빈; 장정옥
Original assignee: 주식회사 수처리월드
Priority date: 2013-07-22
Filing date: 2013-07-22
Publication date: 2014-03-31
Anticipated expiration: 2031-06-15
Also published as: KR20130086598A

Abstract

본 발명은 염색폐수 철염환원 처리방법에 관한 것으로서, 유입되는 염색폐수의 균질화 및 유량을 조절하기 위한 집수조, 폭기시설, 유량조정조로 구성된 유량조정설비와 상기 유량의 조절 및 균질화된 염색폐수에 포함된 난분해성 오염물질을 환원 상태에서 철염과 반응, 응집, 침전시켜 철염환원침전물로 제거하기 위한 환원조정조, 환원반응조, 제1응집침전조로 구성된 철염환원처리설비와 상기 철염환원처리설비의 구성장치인 제1응집침전조 하부에 침전된 후 배출되는 철염환원침전물을 강산성화 시켜 철염환원침전물내의 철(Fe²⁺)성분을 황산에 녹여 철염용액으로 재생산하고 철성분이 제거된 난분해성침전물은 탈수시켜 탈수케이크화 하기 위한 산반응조, 고액분리장치, 중화시설, 탈수기로 구성되는 철염재생산설비와 상기 철염환원처리설비의 제1응집침전조 상부에서 난분해성 오염물질이 제거된 후 배출되는 1차처리수 내에 잔존하는 유기물을 호기성 미생물을 이용하여 처리하기 위한 pH조정조, 폭기조, 제2응집침전조로 구성된 유기물처리설비와 상기 유기물처리설비의 제2응집침전조 상부에서 유기물이 제거되어 정화된 2차처리수를 방류하기 위하여 방류수조로 구성된 방류처리설비로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 펜톤산화 방법이나 기타 산화처리 방법처럼 유입되는 알카리성의 염색폐수를 강산성 조건으로 만들기 위해 많은 황산의 투입 및 색도제거를 위하여 과산화수소를 추가로 투입하여야하는 기존의 염색폐수 처리방법 대신에 철염환원 처리방법을 이용하여 알카리 조건에서 철염과 폐수내의 알카리 유발물질(OH^-, CO₃ ² ^-, HCO₃ ^-, HPO₄ ² ^-) 과 및 난분해성 오염물질을 반응시켜 염색폐수를 처리하는 것으로, 유입되는 염색폐수를 강알카리로 만들기 위하여 사용하는 가성소다의 OH라디칼기가 색도를 제거하므로 기존의 처리방식에서 색도제거를 위하여 다량으로 사용하는 과산화수소 투입량을 억제시키고, 철염환원 처리방법에 의해 침전된 철염환원침전물만을 강산성화 시켜 황산 투입량을 줄일 수 있으며 소량 투입된 황산도 철염환원침전물 내의 철성분과 결합시켜 철염으로 재생시켜 재사용 하므로 염색폐수처리에 소요되는 약품비를 절감시키고, 특히 철염환원침전물 내의 철성분의 회수로 탈수케이크의 량을 획기적으로 줄여서 경제적인 운영이 되는 것을 그 특징으로 한다.

Description

염색폐수 철염환원 처리방법{Reducing ironsalt processing method of dyeing wastewater}

본 발명은 염색폐수 철염환원 처리방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다양한 pH값을 가지고 유입되는 염색폐수를 처리하기 전에 균질화, 정량화한 후 산성폐수와 약알카리 폐수에는 가성소다(NaOH)를 투입하여 pH 9.5 내지 10.5로 강알카리화 시킨후 철염(Fe₂SO₄)을 투입하고, 강알카리 폐수에는 바로 철염(Fe₂SO₄)을 투입하면, 철염의 Fe² ⁺성분이 염색폐수중의 난분해성 오염물질과 환원 반응하여 빠르게 플럭을 형성시켜 응집되면서 철염환원침전물로 침전되어 난분해성 오염물질이 제거되고 가성소다의 OH라디칼기가 염색폐수내의 색도를 분해시킨다.

상기 침전된 철염환원침전물에 황산을 가하여 pH를 1 내지 2.5정도로 유지시키면 철염환원침전물 내의 Fe성분은 강한 황산에 녹아서 다시 철염용액으로 재생되어 재사용할 수 있게 되고, 철성분이 제거되어진 난분해성침전물을 중화시킨 후에 탈수기에서 탈수케이크화 한 후 외부로 반출하여 최종 처분한다.

한편 난분해성 오염물질이 제거된 1차 처리수는 철염의 작용으로 pH가 떨어지지만 알카리(pH 8내지 9) 특성을 그대로 유지하고 있어서 1차 처리수에 황산을 투입하여 중화시킨 후에 공기를 주입하여 폭기시키는 호기성 조건하에서 미생물을 이용하여 1차 처리수에 잔존하는 유기물을 분해시키고, 유기물을 포식한 미생물 사체나 미분해된 유기물이 응집 및 침전된 유기물 침전물은 탈수기에서 탈수케이크화 시킨 후 외부로 반출하여 처리하고, 유기물이 제거되어 정화된 2차처리수는 염색폐수처리장 외부로 방류시키는 염색폐수 철염환원 처리방법을 제공하는데 있다.

일반적으로 염색폐수는 폐수 내에 생물학적으로 처리하기 어려운 난분해성 오염물질이 많이 포함되어 있어서 이들 난분해성 오염물질을 사전에 제거하거나 미생물이 분해 흡수할 수 있도록 유기물의 긴 분자사슬을 끊어주는 1차 처리를 한 후 2차로 미생물을 이용하여 잔존하는 유기물을 생물학적 처리방법으로 처리하는 방법을 주로 사용하는데, 많이 사용되고 있는 염색폐수의 1차 처리기술로서는 오존산화, 전기분해, 마이크로파 조사, 플라즈마 이용분해, 광촉매 산화 등의 다양한 방법들이 대한민국 공개특허로 개시되어 있다.

이러한 방법들은 에너지가 많이 소요되면서도 염색폐수의 성상에 따라 처리효율이 크게 차이가나서 단일 물질이 포함되어 있는 염색폐수 처리에는 사용가치가 있으나 복합물질로 조성된 염색폐수 처리에는 효율이 떨어지는 단점이 있어서 대부분의 염색업체에서는 염색방법이나 원단의 종류에 따라 사용되는 염색방법이 달라져서 염색업체서 배출되는 대부분의 염색폐수는 단일 염색폐수가 거의 없는 실정으로 상기 전기분해 등의 처리방법은 주 처리방법이 아니고 일부에서 보조처리 방법으로 많이 사용되고 있다.

또 다른 방법은 여러 단계의 생물학적처리 즉 호기성처리, 혐기성처리를 연속 반복하거나 또는 호기성처리, 호기성처리와 같이 동일 방법을 수차례 반복시켜 종국적으로 난분해성 오염물질과 염색폐수내의 유기물을 미생물로 분해시켜 정화하는 방법도 대한민국 공개특허에 많이 개시되어 있는데 이러한 방법들은 자연의 미생물을 이용하는 친환경적인 처리방법으로는 가장 좋은 대안이 될 수 있으나 난분해성 유기물에 대한 분해속도가 늦어서 처리에 필요한 부지면적이 커야하고 색도제거가 어려운 단점이 있다.

한편 유입되는 염색폐수에 황산이나 염산 등의 산화물질을 투입하여 pH를 3 내지 3.5정도로 강 산성화시키고 과산화수소와 철염을 투입하여 과산화수소가 분해되면서 발생하는 OH^-라디칼기가 염색폐수의 색도를 낮추고, 강 산성분위기에서 철염에서 용출된 Fe가 난분해성 오염물질과 반응하여 난분해성 오염물질 철염산화슬러지로 침전되면 침전된 철염산화슬러지는 응집시켜 고액분리조에서 고액으로 분리시킨 후 고형물은 탈수기로 탈수시켜 탈수케이크로 외부 처리하고, 난분해성 물질이 제거되어진 1차처리수는 다시 폭기조, 침전조를 거치면서 1차처리수 내에 잔존하는 유기물을 미생물을 이용하여 분해 제거하는 처리방법인 염색폐수 펜톤 산화방법이 대한민국공개 특허 제10-1996-0031353호(특허등록 제10-0145467호)에 기재되어 있다.

상기의 염색폐수 펜톤 산화방법은 처리효율은 좋으나 색도제거를 위한 과산화수소의 투입과 전체 염색폐수를 펜톤산화 조건인 강산성화를 시키기 위해 투입하는 황산과 펜톤산화 처리 후에 1차처리수를 다시 중화시키기 위하여 가성소다 등의 산 및 알카리 약품을 대량 투입하게 되어 많은 약품비가 소요되고, 특히 투입되는 철염과 산 및 알카리 약품이 전부 슬러지화 되어 탈수케이크 발생량이 많아지는 문제점이 있다.

상기 한바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은,

염색폐수 내에 포함된 난분해성 오염물질을 가장 효율적이고 빠르게 제거하는 철염을 이용하는 방법을 사용하되, 철염이 강한 산성조건 외에도 강한 알카리 조건에서도 반응효율이 높다는 점을 이용하여 유입되는 염색폐수에 가성소다를 투입하여 강알카리 상태를 조성한 후 염색폐수 중의 난분해성 오염물질을 철염과 반응시켜 침전 제거시키는 철염환원 방법을 사용함에 따라 펜톤산화 방법에서와 같이 알카리성인 염색폐수를 펜톤산화 조건인 pH 3내지3.5를 맞추기 위해 많은 량의 황산 또는 염산을 투입하고 색도처리를 위한 OH^-라디칼기를 만들기 위해 과산화수소를 투입하지 않아도 되므로 약품사용량을 현격히 줄일 수 있고, 철염환원 반응 및 응집침전방식으로 침전시킨 철염환원침전물을 산 반응장치에 유입 후 황산을 첨가하여 pH 1 내지 2.5정도로 강산성화를 시키면 철염환원침전물 내에 난분해성 오염물질과 반응하고 있던 Fe² ⁺성분이 황산에 용해된후 황산과 결합하여 다시 철염용액으로 재생되어 재사용할 수 있어서 철염사용비용을 절감시킬 수 있으며, 상기와 같이 황산 및 과산화수소, 가성소다의 투입량이 줄고 철염의 재활용을 통한 전체적인 약품사용량이 줄어서 슬러지의 발생량이 적어지는 경제적인 방안을 제시하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 염색폐수 철염환원 처리방법은 유입되는 염색폐수의 균질화 및 유량을 조절하기 위한 집수조, 폭기시설, 유량조정조로 구성된 유량조정설비와 상기 유량의 조절 및 균질화된 염색폐수에 포함된 난분해성 오염물질을 환원 상태에서 철염과 반응, 응집, 침전시켜 철염환원침전물로 제거하기 위한 환원조정조, 환원반응조, 제1응집침전조로 구성된 철염환원처리설비와 상기 철염환원처리설비의 구성장치인 제1응집침전조 하부에 침전된 후 배출되는 철염환원침전물을 강산성화 시켜 철염환원침전물내의 철(Fe)성분을 황산에 녹인 후 황산과 결합시켜 철염용액으로 재생산하고 철성분이 제거된 난분해성침전물은 탈수시켜 탈수케이크화 하기 위한 산반응조, 고액분리장치, 중화시설, 탈수기로 구성되는 철염재생산설비와 상기 철염환원처리설비의 제1응집침전조 상부에서 난분해성 오염물질이 제거된 후 배출되는 1차처리수 내에 잔존하는 유기물을 호기성 미생물을 이용하여 처리하기 위한 pH조정조, 폭기조, 제2응집침전조로 구성된 유기물처리설비와 상기 유기물처리설비의 제2응집침전조 상부에서 유기물이 제거되어 정화된 2차처리수를 방류하기 위하여 방류수조로 구성된 방류처리설비로 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명은, 염색폐수처리에 가장 많이 사용되어지는 철염을 재생하여 재사용함에 따라 약품사용비용을 절감하고, 탈수케이크 발생량을 줄여서 경제적인 운영효과가 있고, 기존의 팬톤 산화방식에서 철염재생장치만 부착하고 염색폐수와 철염의 반응기작을 산화반응에서 환원반응으로 전환만 하면 되므로 현장 적응성이 뛰어난 효과가 있다.

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

[도 1]

본 발명에 의한 염색폐수 철염을 환원하여 재생하는 방법은 도1에서 보이는 바와 같이 유입되는 염색폐수가 유량조정설비(100), 철염환원처리설비(200), 철염재생설비(300), 유기물처리설비(400), 방류처리설비(500)를 거치면서 처리되도록 되어있고 상기의 각 설비들은 상호 유기적으로 연결되어 일체화로 구성되어 있다.

[도 2]

도2에 보이는 바와 같이 염색폐수(A)는 유량조정설비(100)의 집수조(110)로 유입되는데 폐수의 유입시간 또는 폐수가 발생하는 염색공정에 따라 약 25℃내지 45℃의 온도 편차와 pH가 7.5 내지 11사이의 불균질한 염색폐수(A)가 유입되므로 처리할 염색폐수(A) 성상을 일정하게 조정하기 위하여 집수조(110)에 염색폐수(A)를 일시적으로 저류한 상태에서 집수조(110) 하부에 설치되어 있는 다수개의 폭기파이프(120)가 설치된 폭기시설로 부터 공급되는 공기로 저류되어 있는 염색폐수(A)를 연속적으로 교반시켜 염색폐수(A)의 pH 및 온도를 균질화 시키는 단계;를 거친다. 균질화된 염색폐수(A)는 폐수이송펌프(130)에 의해 유량조정조(140)로 보내지고 유량조정조(140)에서 처리되는 량이 조정되는 단계;를 거친 염색폐수(A)는 유량조정설비(100) 후단의 철염환원처리설비(200)인 환원조정조(210)로 유입되며 환원조정조(210)의 상부에 설치되어 있는 약품투입장치(220)로부터 가성소다가 투입되어 환원조정조(210) 내의 염색폐수(A)의 pH를 9.5내지 10.5의 강알카리 상태의 환원분위기로 만들고, 이러한 환원 분위기의 염색폐수가 환원반응조(230)로 유입된 후 환원반응조(230) 상부에 설치된 철염투입장치(240)에서 철염(Fe₂ SO₄ )이 환원반응조(230)로 투입되어지면 염색폐수(A)와 철염이 혼합되면서 철염내의 Fe² ⁺성분이 강 알카리의 환원 분위기로 인해 SO₄ ² ^-기와 분리된 후 염색폐수내의 난분해성 오염물질과 빠르게 결합하면서 플럭이 형성되어 입자가 커지면서 후단의 1차응집침전조(250)에서 빠르게 응집 및 침전이 되어 난분해성 오염물질이 포함된 철염환원침전물(260)이 제거되는 단계;가 된다.

한편 Fe² ⁺와 분리된 일부의 SO₄ ² ^-기는 다시 NaOH기와 작용하여 Na⁺를 OH^-기와 분리시키는데 이때 분리된 OH^-기는 라디칼화 하여 색도를 분해한다.

1차응집침전조(250) 하부에 침전된 철염환원침전물(260)은 강 알카리의 염색폐수(A)에 강산성의 철염이 반응 하였음에도 불구하고 여전히 pH가 8.5이상의 알카리성을 가지고 있으며, 철염환원침전물(260)이 철염재생설비(300)인 산 반응조(310)로 유입되면 산 반응조(310) 상부에 설치된 산 투입장치(320)로부터 투입되는 황산이 철염환원침전물(260)을 pH 1 내지 2.5정도로 강산성화 시키게 되고, 이러한 강산성 분위기가 유지되면 철염환원침전물(260)내의 철(Fe²⁺)성분이 녹아서 용출하게 되고 용출된 철 성분은 황산과 반응하여 다시 철염용액으로 재생성 하는 단계;가 된다.

산 반응조(310)에서 산 반응시킨 철염환원침전물(260)을 고액분리장치(330)에 체류시키면 침전물과 상등액으로 분리되는데 상등액은 철염용액이므로 이를 다시 철염환원처리설비(200)의 철염투입장치(240)로 이송하여 재사용하고, 고액분리장치(330) 하단에 분리된 난분해성 오염물질만 남은 난분해성침전물은 중화시설(350)에서 중화약품투입장치(340)에서 투입되는 알카리 용액으로 pH가 7이 되도록 중화조정한 후 탈수기(360)에서 탈수시켜 탈수케이크(370)로 만든 후 외부로 반출 처리한다.

한편 환원반응조(230)에서 난분해성 오염물질이 제거되어진 상등액인 1차처리수는 pH조정조(410)로 보내진 후 황산투입장치(420)에서 투입되는 황산으로 인하여 pH가 7이 되도록 중화되며 후단의 폭기조(430)에서 장시간 체류하면서 폭기조(430) 하부에 장착된 다수개의 폭기장치(440)에서 공급되는 공기에 의해 호기조건이 되어 호기성 미생물의 활동이 활발해지면서 1차처리수내의 유기물이 미생물에 의해 분해되고 후단의 2차응집침전조(450)에서 미생물 사체나 미분해 유기물은 하부로 침전 처리되는 단계;에서 유기 침전물화 된 후 이송펌프(460)에 의해 탈수기(360)로 보내져서 탈수된 후 탈수케이크(370)로 외부로 반출 처리되고, 2차응집침전조(450) 상부에 모인 상등수는 난분해성 오염물질, 유기물, 색도가 제거되어진 2차처리수로 정화되어 방류처리설비(500)인 방류수조(510)에 저장되었다가 최종적으로 염색폐수처리장 외부로 방류(B)된다.

100. 유량조정설비 110. 집수조
120. 폭기파이프 130. 폐수이송펌프
140. 유량조정조 200. 철염환원처리설비
210. 환원조정조 220. 약품투입장치
230. 환원반응조 240. 철염투입장치
250. 1차응집침전조 260. 철염환원침전물
300. 철염재생설비 310. 산 반응조
320. 산 투입장치 330. 고액분리장치
340. 중화약품투입장치 350. 중화시설
360. 탈수기 370. 탈수케이크
400. 유기물 처리설비 410. pH조정조
420. 황산투입장치 430. 폭기조
440. 폭기장치 450. 2차응집침전조
460. 이송펌프 500. 방류처리설비
510. 방류수조

Claims

염색폐수 철염환원 처리방법에 있어서,
염색폐수(A)가, 환원조정조(210)로 이송되어 강알카리 상태가 되고, 환원반응조(230)로 유입되어 철염투입장치(240)로부터 투입되는 철염으로부터 생성되는 철이온과 염색폐수내의 난분해성 오염물질이 결합하면서 플럭이 형성되는 단계와;
상기 환원반응조(230)에서 생성된 플럭이 포함된 염색폐수(A)는, 1차응집침전조(250)로 유입되어 철염환원침전물(260)과 1차처리수로 분리되는 단계와;
상기 철염환원침전물(260)은, 산반응조(310)로 이송되어 강산성환경하에서 철염용액으로 재생되고, 고액분리장치(330)을 거쳐 상등액과 침전물로 분리되고, 상기 상등액은 상기 철염투입장치(240)로 이송되어 재사용되고, 상기 침전물은 탈수케이크(370)로 배출되는 단계와;
상기 1차처리수는, pH조정조(410)로 유입되어 중성으로 pH가 조정되고, 폭기조(430)로 유입되어 유기물이 분해 처리되고, 2차응집침전조(450)로 유입되어 침전물과 2차처리수로 분리되며, 상기 침전물은 탈수케이크(370)로 배출되고 상기 2차처리수는 방류수조(510)를 거쳐 방류되는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 염색폐수 철염환원 처리방법.
제1항에 있어서
상기 환원조정조(210)에 유입된 염색폐수(A)에 가성소다를 투입하여 pH 9.5 내지 10.5의 강알카리 분위기를 조성 후 철염을 투입하여 염색폐수(A)중의 난분해성 오염물질을 철염과 반응시킨 후 플럭화된 고형분을 1차응집침전조(250)조에서 응집 및 침전시켜 난분해성 오염물질이 포함된 철염환원침전물(260)로 제거하여 상등수와 분리하는 것을 특징으로 하는 염색폐수 철염환원 처리방법.
제1항에 있어서
상기 1차응집침전조(250)에서 침전 제거된 철염환원침전물(260)에 황산을 첨가하여 pH 1 내지 2.5정도를 유지시키면서 고액분리하여 상등액으로 재생된 철염용액으로 재사용하는 것을 특징으로 하는 염색폐수 철염환원 처리방법.
제1항에 있어서,
상기 1차응집침전조(250)의 상등액에 황산을 첨가하여 pH를 7로 중화시킨 후에 상등액내에 포함된 유기물을 미생물을 이용하여 분해 처리하는 것을 특징으로 하는 염색폐수 철염환원 처리방법.