KR20060056447A - 변성전분 폐수처리 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 변성전분 폐수처리 방법에 관한 것으로, 그 목적은 변성전분 폐수 중에 함유된 난분해성 물질을 경제적으로 제거할 수 있는 전처리 방법과 중화제를 대폭적으로 감소시켜 운전비를 절감시킬 수 있는 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 구성은 변성전분 폐수의 처리방법에 있어서, 변성전분폐수→ 집수조→ 1차포기조→ 1차침전조로 이루어진 전처리 과정을 거친 변성전분 폐수가 종합집수조에서 추가로 공급되는 전분당종합폐수와 합쳐진 후 산발효조→혐기소화조→2차포기조→2차침전조→방류의 순서로 이루어져 변성전분폐수처리공정을 가지되, 상기 집수조에는 변성전분 폐수의 적절한 희석과 잔류되어 있는 전분입자(SS)와 빙초산 제거를 위하여 산발효조의 산발효 폐수 또는 혐기소화조의 잉여혐기슬러지 일부가 다시 귀환하도록 구성되고, 1차 포기조에는 일정한 농도의 활성오니가 지속적으로 유지되도록 1차침전조의 침강슬러지 일부와 2차 침전조의 침강슬러지 전량이 귀환하도록 구성함으로써 수용성 변성전분의 흡착과 분해가 동시에 이루어 지도록 하였고 아울러서 약산성의 변성전분 폐수가 약 알카리성 또는 중성이 되도록 한 공정을 특징으로 한다.

집수조, 포기조, 침전조, 산발효조, 혐기소화조

Description

변성전분 폐수처리 방법{Modified starch wastewater treatment system}

도 1은 본 발명의 폐수처리 공정도,

도 2는 종래 혐기+활성오니를 이용한 변성전분폐수의 처리공정도,

도 3은 종래 활성오니를 이용한 변성전분폐수의 처리공정도이다.

본 발명은 변성전분 폐수처리 방법에 관한 것으로, 자세하게는 전분당 제조공장에서 변성전분을 제조시 발생하는 폐수를 처리하는 방법에 관한 것이다.

변성전분(Modified Starch)이란 전분의 고분자 물성을 이용하여 식품, 제지, 섬유산업 등에 이용할 목적으로 전분을 물리적, 화학적, 효소적 처리를 하여 변성 시킨 전분으로 겔강도의 변화, 유동성, 색 등의 특별한 성질을 부여한 것으로, 그 가공방법에 따라 산가공전분, 산화전분, 유도전분 등이 있다.

특히 화학처리한 변성 전분을 제조시 발생하는 폐수는 옥수수, 감자등의 전분에 산화제(NaOCl or H₂O₂)를 첨가하여 전분을 강제적으로 화학산화시키는 공정에서 발생한다.

이런 관계로 본 폐수에는 미생물의 생육에 지장을 초래할 수 있는 산화제의 잔류와 고 염분농도 그리고 고농도의 수용성 고분자 물질이 함유되어 있어 이를 폐수처리 할 경우 처리에 큰 어려움이 있다.

상기 페수를 처리하는 종래의 처리방법으로는 혐기성처리와 호기성처리가 있다.

도 2는 종래 혐기+활성오니를 이용한 변성전분의 처리공정도를 도시하고 있는데, 이와 같은 경우 변성전분폐수와 전분당 종합폐수가 혼합된 폐수를 산발효조에서 가수분해와 산 발효를 시킨 후 혐기 소화조(Anaerobic)로 유입시켜 처리하고 있다.

구체적으로 전체공정을 살펴보면 변성전분 폐수가 집수조에서 모이고, 이후 종합집수조, 산발효조, 혐기소화조, 응집조, 부상조, 포기조, 침전조를 거쳐 방류되는데, 집수조에는 부상조에서 제거된 잉여슬러지가 공급되고, 종합집수조에는 전분당종합폐수가 공급되도록 구성된다.

도 3은 종래 활성오니를 이용한 변성전분의 처리공정도인데, 이와 같은 호기성 처리의 경우는 변성전분 폐수를 용수 또는 저농도 폐수(전분당 종합폐수)로 과 잉 희석시킨 후 포기조 활성오니에 의해 처리하고 있다.

구체적으로 전체공정을 살펴보면 변성전분 폐수가 집수조에서 모이고, 이후 종합집수조, 포기조, 침전조를 거쳐 방류되는데, 종합집수조에는 방류수 일부와 전분당 종합페수가 공급되도록 구성된다.

하지만 상기와 같은 처리 방법에는 다음과 같은 문제점이 있다.

혐기성 처리의 경우는 처리대상 물질이 고농도의 수용성 고분자 물질이고 화학약품과 함께 고농도의 염이 함유되어 있는 관계로 가수분해에 장 시간이 소요되어 이로 인하여 미쳐 전처리되지 못한 유기물이 혐기 소화조에서 산분해되어 메탄박테리아의 생육에 악영향을 미치고 있다는 단점이 있다.

또한 호기성처리의 경우는 변성전분이 호기성 미생물의 작용으로 수용성 고분자 물질이 활성오니와 함께 응결(gel화), 석출되어 조내에서 일정한 농도의 활성오니 유지가 어려워 과대하게 희석 또는 경우에 따라 전단계에서 화학응집 처리하여야 한다는 점과, 침전지에서 잦은 슬러지의 부상, 스크레퍼(scraper) 또는 배관벽 등에 부착되어 슬러지 이송에 어려움이 있다는 단점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 일반적인 방법으로는 처리에 어려움이 있는 변성전분 폐수 중에 함유된 난분해성 물질을 경제적으로 제거할 수 있는 전처리 방법과 중화제를 대폭적으로 감소시켜 운전비를 절감시킬 수 있는 방법을 제공하는데 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명은 변성전분 폐수의 처리방법에 있어서, 변성전분폐수→ 집수조→ 1차포기조→ 1차침전조로 이루어진 전처리 과정을 거친 변성전분 폐수가 종합집수조에서 추가로 공급되는 전분당종합폐수와 합쳐진 후 산발효조→혐기소화조→2차포기조→2차침전조→방류의 순서로 이루어진 변성전분폐수 처리공정을 가지되, 상기 집수조에는 변성전분 폐수의 적절한 희석과 잔류되어 있는 전분입자(SS)와 빙초산 제거를 위하여 산발효조의 산발효 폐수 또는 혐기소화조의 잉여혐기슬러지 일부가 다시 귀환하도록 구성되고, 1차 포기조에는 일정한 농도의 활성오니가 지속적으로 유지되도록 1차침전조의 침강슬러지 일부와 2차 침전조의 침강슬러지 전량이 귀환하도록 구성함으로써 수용성 변성전분의 흡착과 분해가 동시에 이루어 지도록 한 공정을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 실시예인 구성과 그 작용을 첨부도면에 연계시켜 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 폐수처리 공정도로서, 전체공정을 보면 변성전분폐수→ 집수조→ 1차포기조→ 1차침전조→종합집수조→ 산발효조→혐기소화조→2차포기조→2 차침전조→방류의 순서로 이루어지는 전분폐수처리공정을 가지되, 상기 집수조에는 산발효조의 산발효 폐수 또는 혐기소화조의 잉여혐기슬러지 일부가 다시 귀환하도록 구성되고, 1차 포기조에는 1차침전조의 침강슬러지 일부와 2차 침전조의 침강슬러지 전량이 귀환하도록 하고, 종합집수조에는 종합폐수가 공급되어 합쳐지도록 구성하였다.

이하 상기 각 단계에 대하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

1. 집수조 단계

변성전분 폐수는 약산(pH 4-5)의 고농도 폐수(CODcr 8,000 ~ 20,000 mg/L)로서 배출시간에 따른 부하변동 폭이 큼으로 유량 및 수질을 균등화시키기 위해서 집수조에 1차적으로 폐수를 집수시킨다.

그리고 이곳을 혐기조건으로 유지하여 외부 잉여 혐기 슬러지(도 1에 도시된 혐기소화조에서 공급)또는 산발효 폐수(도 1에 표시된 산발효조에서 공급)를 일정량 투입하여 가수분해의 촉진과 변성전분 폐수가 적절한 농도로 희석되도록 한다.

상기 산발효 폐수의 투입량 및 이로 인한 적절한 농도는 각 폐수처리를 하는 공장마다 발생유량과 수질이 다르기 때문에 일률적이지 않다. 따라서 발생유량에 따라 필요로 하는 목적에 맞도록 투입량을 조절하면 된다.

2. 1차 포기조 단계

변성전분 집수조 유출수를 현탁미생물 또는 고정상 미생물과 포기시설이 있 는 1차포기조로 연속적으로 유입시킨다. 이와 동시에 이곳에 계 외부 잉여 활성슬러지(1차, 2차침전지 침강오니)를 지속적으로 일정량(1차 침전조의 침강슬러지 일부 및 2차 침전조의 침강슬러지 전부)을 유입시킨다.

이것은 계 외부의 활성슬러지와 자체 증식 활성슬러지로 인해 포기조 내에는 고농도의 활성슬러지 유지가 항시 가능하다.

이것의 운전조건은 일반적인 활성오니 운전조건과 유사하다. 단, 정상 운전조건시 1차 포기조의 pH가 생물학적인 작용에 의해 수시간만에 급격히 증가하여 최대 pH 9.5 또는 중성까지 상승하는 특징이 있다. 이러한 pH의 상승속도는 주입하는 공기량에 비례한다.

이것은 향후 원수 종합집수조에서 외부에서 공급되는 전분당종합폐수(pH :3 - 4)와 혼합시 pH를 중화시키는 효과가 있으므로 기존에 사용하는 방법으로 pH 중화에 소요되는 알칼리제(NaOH, Ca(OH)_2, 기타)를 대폭적으로 절감시킬 수 있는 장점이 있다.

상기 1차 침전조의 침강슬러지 및 2차 침전조의 침강슬러지의 투입량은 각 폐수처리를 하는 공장마다 발생유량과 수질이 다르기 때문에 일률적이지 않다. 따라서 발생유량에 따라 필요로 하는 목적에 맞도록 투입량을 조절하면 된다.

3. 1차침전조단계(또는 부상조)

본 단계는 1차 포기조에서 처리된 폐수를 본 조(1차 침전조)로 유입시켜 활 성슬러지와 폐수를 비중차로 분리하는 공정이다. 침강된 슬러지는 침전조의 하부에서 펌프로 인출하여, 인출된 슬러지의 일부는 1차포기조로 재순환되고 그 나머지는 농축조로 이송되어 최종적으로 탈수기에 의해 탈수된다. 이공정은 부상조로 대체할수도 있다.

4. 종합집수조단계

전분당 제조공장은 소량의 고농도 변성전분 폐수와 대량의 저농도(CODcr 3,000 mg/L) 전분당 폐수가 발생하고 있으므로 본 단계에서는 전처리된 변성전분폐수와 전분당 종합폐수가 후속처리를 위하여 서로 혼합, 균질화되는 공정이다.

이들 각각의 유량과 수질은 각 공장마다 제품의 종류와 생산량이 다르기 때문에 일률적이지 않다.

5. 산발효조단계

본 단계는 종합집수조에서 균일화된 혼합폐수를 혐기소화조로 유입시키기 이전에 고분자 유기물을 통성미생물(산소를 이용할 수 있는 경우에는 산소를 이용하고 산소가 없어도 생육할 수 있는 미생물)로서 가수분해(Hydrolysis)와 산발효(Acid fermantation)시켜 유기산(Acetic acid, propionic acid, 등)을 생성시키는 공정이다.

고분자 유기물 ---------------------> 유기산

유기산 발효

이때의 최적 반응 pH는 6 부근이 되어야 하나, 기존의 방식의 경우 전분당종합폐수의 pH(3 ~ 4)가 낮고 더욱이 유기산의 생성으로 pH는 더욱 낮아지게 된다. 이를 위하여 보통 많은량의 알카리제 약품을 지속적으로 투여하여 pH를 상승시키는 것이 일반적이다. 그러나 본 발명은 변성전분 폐수를 전처리하면 약 알카리성으로 변화하므로 후속공정에서 중화에 소요되는 알카리제 사용량을 대폭 절감시킬 수 있다.

즉, 상기 산발효조단계의 최적 반응 pH 조건인 6 부근을 만족하기 위하여 상기 1차 포기조에서 생물학적인 반응에 의해 약알칼리성으로 전처리된 변성전분 폐수를 후속공정인 1차침전지(혹은 부상조), 종합집수조에 유입시켜 상승시키거나, 경우에 따라 종합집수조를 우회한 후 산발효조로 직접 유입(도 1의 점선 부분)시켜 pH를 상승시킬 수 있다.

6. 혐기소화조단계

본 단계에서는 산성화조인 산발효조에서 생성된 유기산을 메탄박테리아로 의해 가스화(Bio-gas)시키는 공정이다.

유기산 --------------------------------> CO₂, CH₄

메탄발효

본 단계에서 생성된 잉여 혐기슬러지의 일부는 변성전분 집수조로 반송되도록 하였다.

7. 2차포기조단계

혐기성 소화조 처리수에는 오염물질이 아직 잔류되어 있으므로 이를 환경기준치 이내로 처리할 필요가 있다. 본 2차포기조는 호기성 미생물을 이용하여 잔류되어 있는 오염물질을 환경기준치 이내로 처리하기 위한 공정이다.

8. 2차침전조단계

본 단계의 기능은 1차침전조의 기능과 같다. 2차포기조의 혼합액을 폐수와 슬러지로 분리하여 상등수는 최종 방류하며 침강된 슬러지는 별도 분리한다. 본 발명에서는 침강된 슬러지의 전부를 펌프를 이용하여 제 1포기조로 이송하여 재차 활용되도록 하였다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

상기와 같은 본 발명은 일반적인 방법으로 제거가 어려운 수용성 고분자물질을 경제적이며 효과적으로 제거시킬 수 있는 생물흡착 제거 기술과 종전에 알칼리제를 사용하여 폐수의 PH를 상승시키는 기술 대신에 저렴하게 생물학적인 방법으로 폐수의 PH를 자발적으로 상승시키는 방법을 개발한 것이므로 경제적인 폐수처리장의 설계 및 운전에 큰 도움이 되는 유용한 발명으로 산업상 그 이용이 크게 기대되는 발명이다.

Claims (6)

1. 변성전분 폐수의 처리방법에 있어서,

   공급되는 약산의 고농도 변성전분 폐수의 유량 및 수질을 균등화시키기 위해 1차적으로 폐수를 집수시키고, 혐기조건으로 유지하여 외부 잉여 혐기 슬러지 또는 산발효 폐수를 투입하여 가수분해의 촉진과 변성전분 폐수의 농도를 희석하는 집수조 단계와;

   상기 집수조를 거친 변성전분 폐수 유출수를 연속적으로 공급받고, 계 외부 잉여 활성슬러지를 지속적으로 일정량을 유입시켜 계 외부의 활성슬러지와 자체 증식 활성슬러지로 인해 고농도의 활성슬러지를 유지시켜 폐수의 pH를 알칼리성으로 만드는 1차 포기조 단계와;

   상기 1차 포기조에서 처리된 폐수를 공급받아 활성슬러지와 폐수를 비중차로 분리하는 1차침전조단계와;

   상기 단계를 거친 소량의 알칼리성 고농도 변성전분 폐수와, 추가로 투입되는 산성의 대량의 저농도 전분당종합폐수를 혼합하여 균일한 pH로 조정하는 종합집수조단계와;

   상기 종합집수조에서 균일화된 혼합폐수 중의 고분자 유기물을 통성미생물로서 가수분해(Hydrolysis)와 산발효(Acid fermantation)시켜 유기산(Acetic acid, propionic acid, 등)을 생성시키는 산발효조단계와;

   상기 단계 후 산성화조인 산발효조에서 생성된 폐수 중의 유기산이 메탄박테 리아에 의해 가스화(Bio-gas)되는 혐기소화조단계와;

   상기 단계 후 호기성 미생물을 이용하여 폐수 중 잔류되어 있는 오염물질을 환경기준치 이내로 처리하는 2차포기조단계와;

   상기 단계 후 2차포기조의 혼합액을 폐수와 슬러지로 분리하여 상등수는 최종 방류하며 침강된 슬러지는 별도 분리하는 2차침전조단계로 구성하여 변성전분 폐수를 처리토록 구성하되,

   상기 산발효조의 또는 혐기소화조는 집수조의 변성전분 폐수의 적절한 희석과 잔류되어 있는 전분입자(SS)와 빙초산 제거를 위하여 산발효조의 산발효 폐수 또는 혐기소화조의 잉여혐기슬러지 일부를 집수조로 다시 귀환하도록 구성되고,

   상기 1차 포기조에는 일정한 농도의 활성오니가 지속적으로 유지되도록 1차침전조의 침강슬러지 일부와 2차 침전조의 침강슬러지 전량이 귀환하도록 구성함으로써 수용성 변성전분의 흡착과 분해가 동시에 이루어 지도록 한 공정을 특징으로 하는 변성전분 폐수처리 방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 집수조에 공급되는 변성전분 폐수는 pH가 4-5인 소량의 고농도 폐수(CODcr 8,000 ~ 20,000 mg/L)이고, 종합집수조에는 공급되는 전분당종합폐수는 pH가 3-4인 대량의 저농도(CODcr 3,000 mg/L)인 것을 특징으로 하는 변성전분 폐수처리 방법.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 1차침전조단계에서 침강된 슬러지는 침전조의 하부에서 펌프로 인출하여, 인출된 슬러지의 일부는 1차포기조로 재순환되고 그 나머지는 농축조로 이송되어 최종적으로 탈수기에 의해 탈수되도록 함으로써 폐수처리장에서 발생하는 모든 활성오니가 1차포기조를 거쳐 수용성 전분을 흡착 또는 분해 후 1차침전지를 경유하여 유출되는 것을 특징으로 하는 변성전분 폐수처리 방법.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 1차 포기조는 pH가 생물학적(현탁미생물, 고정상 미생물)인 작용에 의해 수시간만에 최대 pH 9.5 내지 중성까지 상승하도록 구성하고, 이러한 pH의 상승속도를 주입하는 공기량으로 제어하도록 구성한 것을 특징으로 하는 변성전분 폐수처리 방법.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 산발효조단계의 최적 반응 pH 조건인 6 부근을 만족하기 위하여 상기 1차 포기조에서 생물학적인 반응에 의해 약알칼리성으로 전처리된 변성전분 폐수를 후속공정인 1차침전조(혹은 부상조), 종합집수조를 거쳐 산발효조로 유입시켜 pH를 상승시키는 것을 특징으로 하는 변성전분 폐수처리 방법.
6. 제 1항 또는 5항중 어느 한항에 있어서,

   상기 산발효조단계의 최적 반응 pH 조건인 6 부근을 만족하기 위하여 상기 1차 포기조에서 생물학적인 반응에 의해 약알칼리성으로 전처리된 변성전분 폐수를 후속공정인 1차침전조(혹은 부상조)를 거쳐 종합집수조를 우회한 후 산발효조로 유입시켜 pH를 상승시키는 것을 특징으로 하는 변성전분 폐수처리 방법.

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