중메이투커 석탄화학 공정의 수처리 프로젝트가 제로 배출 인증을 통과했습니다

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중석투크 석탄화학 공정의 수처리 프로젝트가 ‘제로 배출’ 기준을 충족한다는 평가를 받았습니다.
작성자/출처: 미상
날짜: 2016-04-12
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최근, 중석그룹 오르도스 에너지화학 유한회사의 투크 화학공장에서 발생하는 석탄화학 공정의 폐수 처리 및 제로 배출 시스템 개발에 관한 연구 프로젝트가, 중국 석탄공업협회가 주관한 전문가 평가를 성공적으로 통과했습니다. 이 프로젝트를 통해 매년 470.2만 톤의 폐수가 재활용될 수 있으며, 폐수 재사용률은 98%에 달합니다. 물 1톤당 10원으로 계산할 때, 폐수 재활용을 통해 매년 약 500만 원의 비용을 절약할 수 있습니다. 중석투크 석탄화학 공장의 폐수 제로 배출 사례 분석 1. 서론 EBA 공정은 하얼빈공과대학교에서 개발한 기술로, 루치 로, BGL 로, 저온 파쇄로 등에서 발생하는 고농도의 페놀-암모니아 폐수를 처리하기 위한 복합 처리 기술입니다.고농도의 페놀-암모니아 폐수는 페놀-암모니아 회수 공정을 거치긴 하지만, 생화학적 처리 시스템에 들어가는 폐수의 성분은 여전히 복잡하며 유해합니다. 그중 페놀 화합물의 농도는 200~1000mg/L에 달하고, 암모니아 질소의 농도는 100~300mg/L에 이릅니다.EBA 공정은 폐수의 생화학적 분해 가능성을 높이고, 폐수의 독성을 줄이며, 슬러지의 활성도를 향상시키는 기술을 통해 고농도의 페놀-암모니아 함유 폐수를 처리하여 재사용 가능한 수준으로 만듭니다. 이를 통해 석탄화학 공정에서 발생하는 폐수를 안전하고 안정적으로 처리하면서도 에너지 소비를 줄이고, 지속적이고 장기간에 걸쳐 운영할 수 있도록 합니다. 2 기술 소개 EBA 공정은 유기 부하가 높고, 조합성이 우수하며, 수력 체류 시간이 짧고, 차지하는 면적이 작으며, 기반 시설 투자가 적고, 에너지 소비 및 운영 비용이 낮다는 장점이 있습니다.이 생물학적 처리 기술에는 EC 외부 순환 혐기성 처리 공정(external circulation anaerobic process), BE 생물학적 증강 처리 공정(biological enhanced process), 다단계 A/O(ano*c/o*c) 탈질 공정을 핵심으로 하는 일련의 생화학적 처리 기술들이 포함됩니다. 또한, 고밀도 침전 기술, 고도 산화 기술, 그리고 BAF(생물학적 공기 여과기) 기술을 활용하여 추가적인 심층 처리가 이루어집니다. 전처리 단계에서는 질소 기상 부양 방식을 이용한 유분 제거 기술(**특허 기술**)이 적용됩니다. 질소 기상 부양 방식은 공기에 의한 사전 산화로 인해 발생하는 폐수의 색도 증가, 거품 생성, 그리고 사전 산화 과정에서 생성되는 벤조퀴논류 물질들이 생화학적으로 분해되지 않는 문제를 해결할 수 있어, 후속의 생화학적 처리를 위한 좋은 조건을 만들어줍니다. EC 외부 순환 혐기성 기술(**특허 기술**)은 혐기성 공생대사 과정을 수행함으로써 고농도의 페놀-암모니아 폐수의 수질을 개선하는 동시에, 일부 유기물의 카르복실화 및 페닐화 변환을 이루어냅니다. 이를 통해 다환페놀이 벤조퀴논류 물질로 전환되는 것을 방지하고, 후속의 호기성 생물 처리의 난이도를 줄이며 운영 부담도 경감시킵니다. BE 생물증축 기술(**특허 기술**)은 특정한 수력 조건, 고농도의 생물 첨가제, 높은 슬러지 농도, 긴 슬러지 유지 시간과 같은 파라미터들을 제어함으로써, 낮은 용존 산소 상태에서도 페놀류 물질의 독성을 효과적으로 줄여줍니다. 이를 통해 유기물 제거, 암모니아 질소의 단기 질화 및 탈질 과정이 결합된 공정을 실현할 수 있습니다. 다단계 A/O 탈질 기술의 리플러스 비율은 필요에 따라 조절할 수 있으며, BE 생물농축 처리 과정에서 발생하는 유기물과 암모니아질소의 C:N 비율이 부족한 문제를 해결하기 위해 암모니아질소의 질화 및 반질화 탈질 과정을 강화합니다. 또한, 다단계 A/O 탈질 기술의 혐기성과 호기성이 번갈아 가며 작동하는 특성을 활용하면 분해가 어려운 오염물질의 성질을 개선시키고, 폐수에 남아 있는 유기오염물질의 분해를 촉진할 수 있습니다. 고밀도 침전 기술은 주로 활성 규조토의 물리화학적 흡착 기능을 이용하여, 다단계 A/O 처리 과정에서 생성된 분해가 어려운 COD를 추가로 흡착 제거함과 동시에, 활성 규조토와 오수 내의 부유물들도 함께 침전시킵니다.침전 슬러지 내에 있는 일부 활성 규조토는 응집체 형태로 함께 흡착 단계의 첫 부분으로 되돌아가 반응을 계속하며, 나머지 활성 규조토는 침전 슬러지와 함께 슬러지 탈수실로 배출된다. 고도 산화 기술은 비균일 오존 산화 기술을 활용하는데, 비균일 오존 산화 기술은 ·OH 자유라디칼과 같은 강력한 활성 자유라디칼을 생성하는 것을 목적으로 하는 고도 산화 공정입니다. 이 기술은 하이드록실 자유라디칼 반응 메커니즘을 따르며, 훨씬 더 넓은 응용 가능성과 사용 범위를 가지고 있습니다. BAF 기술은 친수성 필터 재료를 사용하여 흡착, 여과 및 생물학적 분해 기능을 가지며, 폐수에 남아 있는 유기물과 암모니아질소 등을 추가로 처리합니다. 3가지 대표적인 사례 중, 중석오르도스에너지화학유한회사의 폐수 처리 공정에서 처리되는 폐수는 BGL 가스화로에서 발생하는 폐수입니다. 이 폐수의 특징은 다음과 같습니다: ① 폐수에는 계면활성제가 많이 포함되어 있으며, 호기성 공기 공급 시 거품이 많이 생깁니다；②폐수 내의 유분 성분은 유제 상태이며, 기름 분리 및 가압 기상 부양과 같은 공정을 사용해도 제거 효과가 낮다；③폐수의 주요 오염물질로는 단일페놀, 다가페놀, 암모니아질소, 유기질소, 지방산 등이 있으며, 그 외에는 소량의 방향족 탄화수소, 나프탈렌, 안트라센, 티오펜, 피리딘과 같이 분해가 어려운 유기물들도 포함됩니다. 폐수의 생화학적 처리 가능성은 낮습니다(B/C 비율이 0.3 미만)；④폐수의 주요 오염 지표는 다음과 같습니다: COD=3500-4000 mg/L, BOD=900-1120 mg/L, 총페놀=600-800 mg/L, 암모니아질소=250-350 mg/L. 폐수의 유량은 350 m3/h입니다. 중메이 오르도스 에너지화학 유한회사의 폐수 처리 공사는 2012년 5월에 착공되었습니다.2014년 1월, 하얼빈공과대학교의 기술팀이 해당 폐수 처리 공정의 조정을 지원했습니다. 현재는 유입되는 폐수의 양이 설계된 수준에 도달했으며, 이 기업의 폐수 처리 공정은 15개월간 안정적으로 가동되어 왔습니다. 생화학적 처리 시스템에서 나오는 처리된 물은 100% 원수 시스템으로 재사용되고 있습니다.매일 600~720톤의 고농도 수가 증발기 시스템으로 유입되어, 최종적으로 12~20톤의 소금이 생산됩니다. 중메이 오르도스 에너지화학유한공사의 폐수 처리 시설은 진정한 의미에서의 ‘제로 배출’을 실현하고 있습니다. 3.1 공정 개요 중메이 오르도스 에너지화학 유한회사의 고농도 페놀-암모니아 폐수 처리 공정 흐름은 그림 1에 나타나 있습니다. http://s13.sinaimg.cn/mw690/001wbQd9zy6SsKQ4n0wdc&690 고농도의 페놀-암모니아 폐수와 공장 내 생활하수는 각각 페놀-암모니아 폐수 조절탱크와 생활하수 조절탱크로 들어가서 수질과 수량이 조절됩니다.분별된 선처리를 거친 생활하수와 페놀암모니아 폐수는 혐기성 분배정에서 혼합된 후 EC 외부 순환 혐기성 탑으로 들어갑니다. 이 공정을 통해 페놀암모니아 폐수의 독성을 줄이고 생화학적 처리 가능성을 높일 수 있으며, 동시에 COD와 총 페놀 농도도 낮출 수 있습니다.EC 외부 순환 혐기성 탑에서 나온 처리수는 BE 생물농축 시스템으로 들어가기 전에 혐기성 순환 탱크를 거쳐 혐기성 슬러지가 순환되며, 침전된 슬러지는 혐기성 공급 탱크로 보내져 혐기성 펌프를 통해 다시 EC 외부 순환 혐기성 탑으로 유입됩니다.BE 생물농축 시스템은 회랑형 설계를 채택하고 있으며, 즉 페놀암모니아 폐수는 먼저 원형의 외부 회랑을 거쳐서 다음에 교차류형의 내부 회랑으로 들어갑니다.다단계 A/O 시스템은 2차 침전조와 함께 건설되며, A/O 시스템은 교차형 회랑 설계를 채택하고 말단에 침전조가 설치된다.다단계 A/O 시스템의 복도 바닥에는 균일하게 공기압입 장치가 설치되어 있으며, 밸브를 통해 그 작동을 제어할 수 있다. 이를 통해 유입수의 수질에 따라 A탱크와 O탱크의 용량 비율을 조절함으로써 유기물 제거와 탈질 효과를 최적화할 수 있다.오존 고도 산화 효과를 높이기 위해, 2차 침전조에서 나온 수질이 오존 접촉 산화조로 들어가기 전에 고밀도 침전조를 거쳐 부유물을 제거함으로써 오존 산화의 효율을 향상시킨다.오존 산화 처리된 배출수는 물속에 남아 있는 오존을 완전히 방출시키기 위해 30분간 버퍼링 과정을 거친 후, BAF 필터로 들어가 유기물과 암모니아질소를 더욱 제거합니다. http://s16.sinaimg.cn/mw690/001wbQd9zy6SsKVSirJ1f&690 그림 2 중메이 오르도스 에너지화학유한공사의 고농도 페놀-암모니아 폐수 처리 공정의 전체 모습 http://s15.sinaimg.cn/mw690/001wbQd9zy6SsKUBIrcde&690 그림 3 각 처리 공정에서 나오는 물의 색도 변화 http://s11.sinaimg.cn/mw690/001wbQd9zy6SsKWIyme6a&690 그림 4 진한 염수의 결정화 과정 http://s6.sinaimg.cn/mw690/001wbQd9zy6SsKXGoole5&690 그림 5 진한 염수로부터 얻어지는 결정염의 성능 지표 이 폐수 처리 공정은 주로 COD, 암모니아질소, 페놀을 제거하는 데 사용됩니다. 15개월간(2013년 12월~2015년 3월) 안정적으로 운영된 결과, COD, 암모니아질소, 휘발성 페놀, 총 페놀의 제거율은 각각 98%, 99%, 100%, 98%에 달했습니다. 처리된 물의 품질은 《중화인민공화국 화학공업 산업 표준》 HG/T3923-2007에 명시된 “순환 냉각수용 재생수 품질 기준”을 충족합니다.구체적인 수질 관리 지표는 다음과 같습니다:
http://s15.sinaimg.cn/mw690/001wbQd9zy6SsL3tnWede&690
http://s5.sinaimg.cn/mw690/001wbQd9zy6SsL3GueU14&690
그림 6: 정화조의 COD 온라인 모니터링 값
http://s1.sinaimg.cn/mw690/001wbQd9zy6SsL4EmY000&690
그림 7: 정화조의 암모니아질소 온라인 모니터링 값
4. 결론
하얼빈공업대학교의 한홍준 교수 팀이 개발한 EBA 공정은 중석오르도스에너지화학유한회사의 폐수 처리 “제로 배출” 프로젝트에 성공적으로 적용되었습니다. 이 공정 기술은 부지 면적이 작고, 투자 비용이 적으며, 운영 비용도 낮습니다. 또한, 처리된 물의 수질이 우수하고, 조작이 간단하며, 안정적으로 작동합니다. 2014년 1월부터 중석오르도스에너지화학유한공사의 폐수 제로 배출 프로젝트가 17개월간 운영되었습니다. 공장 내에는 어떠한 배출구도 없으며, 모든 폐수는 처리된 후 원수 시스템으로 다시 투입되어 통합적으로 관리됩니다. EBA 공정의 총 투자비는 0.8만 위안/m3d입니다(1000m3/h의 경우 1.9억 위안). 현재 기업들이 계산하는 운영 비용은 2.85~3.15위안/m3입니다. 이 공정은 일반적인 물리화학적 강산화 처리나 생화학적 처리 방식에 비해 투자 비용을 40~60% 절감시키며, 운영 비용도 50~80% 줄일 수 있어, 진정한 의미에서의 폐수 처리 ‘무배출’을 실현할 수 있습니다.