산업별 공업용수의 수요·수량·수질현황파악 및 재이용에 따른 제반문제 검토에 관한 연구

DC Field Value Language
dc.contributor.author 박원규 -
dc.contributor.other 이상일 -
dc.date.accessioned 2017-07-05T01:34:13Z -
dc.date.available 2017-07-05T01:34:13Z -
dc.date.issued 19951230 -
dc.identifier A 환1185 1995 RE-13 -
dc.identifier.uri http://repository.kei.re.kr/handle/2017.oak/18730 -
dc.identifier.uri http://library.kei.re.kr/dmme/img/001/003/001/[95_RE13]산업별공업용수현황파악및재이용(박원규).pdf -
dc.description.tableofcontents 서언 <br><br>I. 서 장 <br><br>II. 염색산업의 현황 <br>1. 업소 현황<br>2. 염색공업용수 사용현황<br><br>III. 염색공정<br>1. 염 료<br>2. 섬유제조 및 염색공정<br><br>IV. 배출폐수 특성<br>1. 일반 특성<br>2. 염색종합폐수의 일간수질<br>2.1. 채수지점 및 분석방법<br>2.2. 유량<br>2.3. 수온 및 pH<br>2.4. BOD, CODCr, CODMn,, TOC<br>2.5. 부유물질<br>2.6. 영양염류<br>3. 염색종합폐수의 월간수질<br><br>V. 기존 폐수처리의 기술적 검토<br><br>VI. 국내외의 공업폐수 재이용 현황<br>1. 일본의 산업폐수 재이용 현황<br>1.1 산업폐수 재이용을 위한 수질기준<br>1.2 산업별 폐수 재이용<br>1.3 일본의 폐수 재이용을 위한 연구개발 현황<br>2. 미국의 산업폐수 재이용 현황<br>3. 기타 지역의 산업폐수 재이용 현황<br>4. 우리 나라 산업폐수 재이용 현황<br><br>VII. 염색폐수의 재이용을 위한 신기술<br>1. 반송 방식 재이용 기술<br>2. 새로운 염색폐수 처리기술<br>2.1. 산소활성슬러지-응집-막분리 공정<br>2.2. 감압 진공 증류법<br>2.3. 혐기-호기처리 신공정<br>2.4. 펜턴산화-(활성탄처리)고정상 생물막 처리<br><br>VIII. 재이용에 따른 경제성 평가<br>1. 국내 B단지의 염색폐수 재이용<br>1.1. 개요<br>1.2. 용수계통<br>1.3. 폐수, 폐수처리, 재이용 현황<br>2. 폐수처리 및 재이용 시스템의 대안검토<br>2.1. 대안의 선정<br>2.2. 재이용하지 않는 시스템<br>2.3. 재이용하는 시스템<br>3. 비용 산정<br>4. 재이용에 따른 편익<br>4.1. 편익의 분류<br>4.2. 편익의 추정<br><br>Ⅸ. 재이용에 따른 문제점 및 제언<br><br>X. 참고문헌<br><br>부록 I. 미국 환경청의 섬유산업을 위한 BPT* 및 BAT** 배출기준<br><br><br> -
dc.format.extent vi, 93p. -
dc.language 한국어 -
dc.publisher 한국환경기술개발원 -
dc.subject Industrial wastewater/ Dying industry/ Water treatment/ Wastewater reuse -
dc.title 산업별 공업용수의 수요·수량·수질현황파악 및 재이용에 따른 제반문제 검토에 관한 연구 -
dc.title.alternative 염색산업을 중심으로 -
dc.type 기본연구 -
dc.title.original Study on the Recycling of Industrial Wastewater -
dc.description.keyword 물환경 -
dc.description.bibliographicalintroduction 1. 염색산업의 현황 우리 나라의 염료 및 안료 관련 업종별 산업체의 수는 과 같으며, 섬유업이 739개로 전국 총산업체 수 14,715개의 5.02%를 차지한다. 섬유제조업의 지역별 분포는 에 나타난 바와 같이 대구와 경기지역에 집중적으로 분포되어 있다. 섬유업체로부터의 폐수배출량은 355,700톤/일로 전체 8,107톤/일의 4.39%로 작지만 폐수방출량은 316,000톤/일로 전국 1,903,000톤/일의 16.61%에 달해 환경부가 분류하는 25개 업종중 식료품 산업에 이어 두번째로 많은 폐수방출량을 나타내고 있다 (표 3). 이러한 염색폐수는 원폐수의 온도가 하절기에는 섭씨 40도를 넘는 고온으로 폐수처리시설의 처리효율을 악화시키는 요인이 되어 전반적으로 처리효율이 낮으며, COD, pH 등의 오염물질을 다량함유하고 있어서 중요한 오염원으로 대두되고 있다. 또한, 염색공정에서 필수적으로 사용되는 색소화합물과 PVA 등의 조염제는 난분해성으로 처리에 곤란을 겪고 있다. 2. 염색공업용수 사용현황 우리 나라 전체 산업의 용수 사용현황은 에서와 같이 총 21,694,040m3/일로 그중 외부급수에 의한 양이 21,116,282m3/일로 9.76%, 자체취수량이 13,416,259m3/일로 61.84%를 차지하고 있으며 재이용수량도 6,161,499m3/일로 28.40%에 이르고 있다. 사용형태별로는 공업용수가 97.59%로 대부분을 차지하며 생활용수는 2.41%에 불과하다. 업종별 용수 사용현황을 살펴보면 전기, 제1차금속, 기타, 산업용화학, 종이담배, 조립금속, 식료품, 섬유, 비금속광물제품 등의 순으로 용수사용량이 많다. (표 5). 재이용수량은 제1차금속, 종이담배, 조립금속, 비금속관물제품, 식료품, 산업용화학, 기타, 전기 순으로 많은 것으로 나타났고, 냉각수배출량이 많은 산업이 재이용수량도 많은 것으로 파악되어 우리 나라 공업용수의 재이용은 대부분 냉각수의 재이용이 많은 부분을 차지하고 있음을 알 수 있다. 한편, 섬유산업이 집중되어 있는 대구비산염색공단과 반월공단의 용수현황을 살펴보면 과 같다. 염색산업에 요구되는 용수의 수질을 특별히 규정하고 있는 바는 없다. 은 일본공업용수협회가 제시하고 있는 공업용수 수질이며, 재이용을 위한 용수 수질도 이에 준하는 정도여야 할 것으로 판단된다. 3. 염색공정 3.1 염 료 현재 국내에서 사용되는 각종 염료의 생산량 및 수입량은 과 같이 반응성 염료가 10,161톤의 생산과 3,649톤의 수입량으로 가장 많이 소비되고 있으며 그 다음으로는 분산염료가 7,354톤 생산에 4,338톤 수입, 산성염료가 5,412톤 생산에 1,822톤 수입이었다. 섬유의 가공에 쓰이는 착색제는 섬유의 종류에 따라 그 구조가 달라지며 발색부분을 제외한 분자구조에 공통점을 가지는 염료들은 같은 섬유에 대하여 비슷한 염착 행동을 보인다. 주요한 염료들의 적용섬유나 염색방법이 아래 에 종합해서 나타나 있다. 3.2 섬유제조 및 염색공정 섬유 제조의 일반적인 공정들은 ① 호발공정(Desizing), ② 정련 및 표백공정(Scouring and Bleaching), ③ Mercerizing, ④ 염색공정으로 이루어진다. 이들 공정은 면, 견 및 합성섬유 등 섬유의 특성에 따라 달라지게 되며 염료들은 염색하고자 하는 섬유의 종류에 따라 선택을 달리해야 하므로 염색공정도 달라지게 된다. 제조 및 염색공정을 섬유별로 살펴보면 다음과 같다. ㉠ 화학 섬유 유기 Monomer를 중합 도는 축합하여 생산하는 화학섬유와 천연유기 Polymer 를 화학적 변형을 가하여 생산하는 재생섬유를 합한 것으로 제조공정에 따라서는 감량가공 포함시설과 감량가공 불포함시설로 크게 구분할 수 있다. 은 감량을 포함하는 제조공정을, 는 감량이 포함되지 않은 제조공정을 나타내고 있다. 이같은 제조과정중 정련, 감량, 염색, 세척, 탈수공정 등에서 폐수가 주로 발생된다. 정련과정에서는 비이온계면활성제와 알칼리로 이물질과 호제를 제거하고 직물을 수축시키는 목적으로 실시하는 1차 세정과 완전수세하기 위한 2차 정련과정에서 이들 잔류물들이 다량의 고부하 폐수를 발생시킨다. 감량공정은 폴리에스테르가 가성소다 등의 알칼리에 녹는 성질을 이용하여 직물의 촉감을 향상시키는 공정이기 때문에 고농도의 폐수가 발생된다. 염색공정에서는 색소화합물 및 PVA와 같은 조염제들이 다량 투입되고, 이때 색소의 분산성을 향상시킬 목적으로 계면활성제를 투여하는데 직물에 분산되고 남은 색소나 조염제가 폐수에 섞여 방출된다. ㉡ 면직믈 원면을 주원료로 하여 혼타, 소면 등의 공정에 의해 실의 형태로 방적한후 직기에서 경사와 위사를 걸어 직포를 제직하는 공정이 주요 공정으로 그 공정도는 과 같다. 호발공정에서 발생된 폐수는 BOD가 높으며 특히 호발제로 전분을 사용할 경우는 BOD가 상당히 높게 나타난다. 또한 호발공정 및 머어서공정 등에서는 산과 알칼리 용액이 함께 사용되어 pH 변화의 폭이 큰 폐수가 발생되고 있다. 4. 배출폐수 특성 염색산업은 다량의 염료와 약품류를 함유하는 악성폐수로 미관과 수환경을 크게 해친다. 염색공정은 원료의 종류에 따라 약간씩 차이가 있으나 대체로 청정, 염색, 완제의 세 가지로 대별된다. 청정공정은 염색전에 섬유에 함유된 전분을 제거하거나 표백하는 과정으로 이 공정 중의 폐수는 오탁도가 심하고 강한 알칼리성이 된다. 염색 공정에는 많은 염료와 염색보조제가 사용되는데 이 공정에서 배출되는 폐수는 수량이 많고 공정에 따라 산성이 되기도 하고 알칼리성이 되기도 한다. 이중에서 가장 문제가 되는 것은 황화물 염료가 함유된 폐수로 이것이 하천에 방류되면 황화수소와 악취를 발생시켜 수중생물에 해를 끼친다. 또한 염색보조재로 사용되는 히드로술피드, 중크롬산나트륨 등은 독성을 가지고 있으므로 주의를 요한다. 대표적인 염색폐수의 성분은 과 같고 폐수분석 예는 과 같다. 한편, 염색가공폐수에는 염색공정에서 배출되는 호제, 염료, 계면활성제, Telephthalate(TP.2Na) 및 EthyleneGlycol(EG) 등 각종 오염물질이 함유되어 있으며 특히 호발공정에서 배출되는 호제(주로 Polevinyl Alcol(PVA))와 감량가공공정에서 배출되는 TP.2Na 및 EG는 생물학적 난분해성 물질로 알려져 있다. 또한, 염색폐수는 하절기의 원폐수의 수온이 40℃이상의 고온을 나타내므로 산소 전달률이 낮아져서 종종 기존의 미생물을 이용한 폐수처리 시스템 폭기조 내에서 원생동물의 생존이 어려워 폐수 처리 효율이 극히 저조한 실정이다. 염색폐수는 농도는 낮지만 색소로 인한 가시적 심리적 영향이 강하며 하천에 방류될 경우 확산성이 매우 높아 일광을 흡수하고 미생물에 의한 자연정화작용을 방해하여 하천의 오염도를 증가시킬 우려가 있다. 5. 폐수처리의 기술적 검토 5.1 기존 폐수처리 공정 염색 공정으로부터 배출되는 폐수는 호제, 염료, 계면활성제, Telephthalate (TP.2Na) 및 Ethylene Glycol (EG) 등 다양한 난분해성의 고농도 물질을 포함하고 있으며 이와 같은 복합적인 폐수의 처리를 위하여 현재까지는 물리화학적 또는 생물학적으로 처리하고, 색소제거를 위한 산화제의 사용을 병행하기도 한다. 그러나 염색가공공정의 특성상 폐수의 성분이 다양하고 배출수의 농도, 유량의 변화에 따른 처리기술의 취약성 때문에 공기포기시 산소이용의 한계, 운전기술의 복합성 등으로 인해 처리수의 목표수질에 미달되는 실정이다. 또한, 불완전한 처리에 의한 자원 낭비와 이에 따른 제품의 원가상승 때문에 대외경쟁력이 약화되어 경제적인 손실이 야기되고 있다. polyester를 감량처리하는 대구지역의 비산염색공단의 경우, 처리되는 polyester의 약 20%가 감량되어 고농도의 감량폐수가 발생되고 있으며, 이는 polyester의 가격으로 년간 1억불 이상이 폐수로 버려지고 있는 셈이다. 대부분의 섬유 염색폐수처리는 와 같은 공정으로 이루어져 있다. 여기에 나타낸 공정은 섬유폐수처리의 일반적인 것으로 면직물 및 화학섬유 생산시설의 폐수처리 공정이 약간 다르기는 하지만 원폐수의 성상이 고농도이고 복잡한 성분들로 구성되어 있는 화학섬유 공정의 폐수처리 공정에 더욱 가깝다. 염색폐수 처리시설에서의 원폐수 및 처리수의 수질의 한 예가 에 나타나 있다. BOD, COD, SS 등의 평균처리율은 60-78%에 지나지 않으며 처리수의 오염물질 배출농도도 BOD, COD 등은 ‘가’지역의 배출허용기준을 평균적으로 초과하고 있는 실정이다. 5.2 신기술 개발 현황 염색공업에서 배출되는 폐수의 현행 처리기술은 난분해성 물질의 제거를 위한 기술이 미흡하고, 처리수의 수질이 불안정하여 배출기준을 초과하는 등 처리과정에서 여러가지 어려움에 직면하고 있으며 유기물의 미회수로 자원이 낭비되고 있다. 더우기 1996년부터는 배출허용기준의 강화로 인하여 처리수질의 고도화 및 색도제거도 필요하게 되었다. 따라서 난분해성 물질이 다량 포함된 종합염색폐수를 처리효율이 우수하고, 관리운전이 용이하며, 보다 경제적인 방법으로 처리하기 위한 새로운 폐수처리 기술이 개발되고 있다. ① 산소활성슬러지-응집-막분리 공정 종합염색폐수를 분말활성탄을 첨가하는 산소활성슬러지(OAS) 공정으로 처리한 후에 막분리(UF) 공정으로 후처리하는 방법이다. OAS 처리후 응집공정이 추가될 수도 있다. 평균수질 BOD 1,712mg/l, CODMn 668mg/l, CODCr 2,710mg/l 인 종합염색폐수에 적용한 결과, 막의 분획분자량 10,000과 20,000인 경우 TOC 26-40mg/l, CODMn 29-42mg/l의 양호한 수질을 얻을 수 있는 것으로 나타나 처리수를 재이용할 수 있는 가능성을 제시하고 있다. 그러나 잔존하는 색도, 미량 오염물질의 잔류, 분리된 PVA 등 농축물의 처리 등이 향후 해결해야할 과제로 남아 있다. ② 감압 진공 증류법 폐수에 열을 가하여 폐수를 처리함으로써 처리수를 재이용할 수 있는 방법으로, 바닷물 담수화 시스템을 응용한 것이다. 기존의 시스템은 에너지 소모가 많고 열교환기에 심한 Fouling이 형성되며, 고농축이 진행됨에 따라 비등점 상승으로 인한 시스템의 열적 평형이 파괴되는 등의 문제점이 있었다. 새로운 기법은 우선, 폐수처리 시스템을 저농도와 고농도로 분류하여 저농도에서의 증발 증기 응축열을 고농도처리 단계의 가열열량으로 사용함으로써 에너지 비용을 줄일 수 있다. 또한, 고농도 폐수의 가열용으로 Flash방식을 이용하는데, 이는 열교환기 내부에서 압력차이에 의해 지름 3mm의 많은 유리알이 순환하면서 자동적으로 내부에 형성되는 Fouling을 제거하는 원리이다. Flash방식에 의한 폐수분리 시스템을 도금폐수에 적용한 결과 30,000ppm의 페놀농도가 1,000ppm으로 저하되는 처리성능이 관찰되어 처리수 재이용에 활용될 수 있는 기술로 평가된다. ③ 혐기-호기처리 신공정 염색폐수를 물리화학적 전처리과정 없이 독성이나 난분해성물질에 내성이 강한 혐기성 미생물을 이용하여 처리하는 혐기-호기성 처리기술이 개발되고 있다. 각종 색소화합물 분해균주와 PVA 등 조염제 분해균주를 분리하고, 혐기조와 호기조로 구성되는 반응기를 이용한 pilot-scale 실험이 완료된 상태이다. 그 결과, BOD, COD, PVA, 색도의 처리율이 각각 91.7%, 69.4%, 91.2%, 60.1%을 보여 매우 양호한 처리수질을 나타냄으로써 재이용 가능성이 있는 것으로 판단되고 있다. 6. 추후 연구 내용 전술한 바와 같이, 본 연구의 전반부에서는 염색산업의 현황을 공업용수, 공정, 폐수특성, 폐수처리 신기술 등을 중심으로 연구하였다. 추후 계속될 연구에서는 폐수의 재이용에 관한 검토가 이루어질 예정이며, 그 주요 내용은 - 국내외의 공업폐수 재이용 현황 조사 - 염색폐수의 재이용을 위한 요구수질 충족 기술에 관한 검토 - 재이용에 따른 문제점 파악 - 재이용에 따른 경제성 평가 등이 될 것이다. 참고문헌 1. 한국염료안료공업협동조합, 1991. 2. 환경처, 한국환경연감, 1994. 3. 환경처, ‘91 폐수배출시설조사 결과보고서, 1992. 4. 과학기술처, 난분해성 염색폐수 처리효율 증진기술 개발 (I), 1992. 5. 환경처, 과학기술처, 난분해성 염색폐수 처리효율 증진기술 개발 (II), 1993. 6. 환경처, 과학기술처, 고도정수처리기술개발, 처리수 재이용 시스템 기반기술 개발, 1993. 7. 환경처, 과학기술처, 난분해성 특정산업 폐수처리기술, 감압 진공 증류법 폐 수처리 시스템의 성능향상에 관한 연구 (I), 1992. 8. 환경처, 과학기술처, 난분해성 특정산업 폐수처리기술, 감압 진공 증류법 폐 수처리 시스템의 성능향상에 관한 연구 (II), 1993. 9. 환경처, 과학기술처, 난분해성 특정산업 폐수처리기술, 난분해성 고농도 유기 폐수 처리시스템 개발, 1993. 10. 환경처, 과학기술처, 난분해성 특정산업 폐수처리기술, 염색종합폐수 처리 기술, 1993. 11. 국립환경연구원, 환경공학기술개발사업 과제 초록집, 1995. 12. 대한상공회의소, 전국공업단지현황, 1993. 13. British Textile Technology Group, private communication, 1995. -
dc.identifier.citationtitle 기본연구 -
dc.contributor.authoralternativename Park -
dc.contributor.authoralternativename Won-Kyou -
dc.contributor.otheralternativename Lee -
dc.contributor.otheralternativename Sang-il -
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