국내 일부 제지공장, 특히 고지를 사용하는 골판지 원지 생산공장의 경우 제품생산량당 용수사용량 절감에 따라 공정수 중 유기물농도와 칼슘농도가 상승하여 조업과 폐수처리에 어려움을 겪고 있다. 이러한 현상은 하절기에 특히 나타나는데 이는 공정수온 상승에 따라 전분 또는 목질계 섬유로부터 글루코우즈로의 가수분해와 글루코우즈로부터의 휘발성유기산으로의 전환을 촉진하기 때문이다. 휘발성유기산의 축적은 공정수 pH 저하를 가져오며, 이는 칼슘이온의 용출을 증가시킨다. 그 결과로 백수 (白水)의 ...
국내 일부 제지공장, 특히 고지를 사용하는 골판지 원지 생산공장의 경우 제품생산량당 용수사용량 절감에 따라 공정수 중 유기물농도와 칼슘농도가 상승하여 조업과 폐수처리에 어려움을 겪고 있다. 이러한 현상은 하절기에 특히 나타나는데 이는 공정수온 상승에 따라 전분 또는 목질계 섬유로부터 글루코우즈로의 가수분해와 글루코우즈로부터의 휘발성유기산으로의 전환을 촉진하기 때문이다. 휘발성유기산의 축적은 공정수 pH 저하를 가져오며, 이는 칼슘이온의 용출을 증가시킨다. 그 결과로 백수 (白水)의 이온강도가 증가하고 이는 약품보류율의 저하, 품질에의 악영향, 그리고 스케일 문제 등을 야기한다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제지공정수에 대한 혐기성처리공법과 탈탄산공법의 적용이 검토되고 있다. 혐기성공법은 산소공급이 필요 없는 경제적 공법으로 고농도 유기폐수의 처리가 가능하고, 폐수 또는 폐기물로부터 에너지원인 메탄을 회수할 수 있는 장점이 있어 유기폐수처리공법으로 널리 적용되고 있다. 특히, 메디아와 필터가 없이 자기조립형 입상화슬러지를 이용하는 UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket)의 경우 고농도의 미생물을 반응조내에 유지하여 고부하에서의 처리가 가능하여 전세계적으로 널리 보급되어 있다. 국내의 경우 맥주공장 전분당 생산공장 등 식품폐수를 중심으로 UASB가 보급되어 왔으나, 시운전의 어려움, 국내 독자기술의 부재 등으로 인하여 제지 폐수 등 기타 산업폐수에 대한 적용은 활발히 이루어지지 못해 왔다. 특히, 산성초지를 채택하고 있는 제지공장 폐수의 경우 고농도의 황산염을 함유하고 있어 혐기성처리가 어려운 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 골판지원지를 제조하는 제지공장 공정수를 대상으로 하여 UASB 적용가능성을 검토하고, 혐기성 처리원리를 이용하여 간단한 Stripping 조작을 통하여 칼슘이온을 제거할 수 있는 공정에 대하여 연구하였다. 제지공정수에 대한 UASB 적용실험결과 용적부하 약 10∼15kgCOD/㎥-d(최대 약 20kgCOD/㎥-d)에서 COD제거효율은 약 70%로 나타났다. UASB 처리를 통한 유기물제거 과정에서 약 500-700mg/L (as CaCO₃)의 알칼리도가 증가하는 것으로 나타났다. 유입수의 황산염 농도는 400-600mg/L 범위로서 COD/Sulfate비는 약 6∼10수준으로 나타났으며, UASB 처리를 통하여 50∼70% 정도 제거되는 것으로 나타났다. 6개월 이상의 운전결과 황산염에 의한 저해작용은 크게 나타나지 않았으며, MPB에 의한 COD제거분율이 85∼90%로서 대부분의 COD가 MPB에 의해 제거되는 것으로 나타났다. 유기물 및 황산염 제거과정에서 생성되는 바이오가스의 구성성분은 메탄함량이 약 80%, 이산화탄소가 17∼19%, 황화수소가 1.5∼2.0% 정도로 나타났으며, 비메탄생성율 (Specific methane production)은 0.15∼0.25g/g 으로 문헌에서 보고된 값들과 유사하게 나타났다. 제지공정수중의 유기산 함량은 하절기가 되면서 증가하여 8월중에는 2000mg/L까지 증가하였다. 유기산 성분 분석결과 초산이 20∼50%, 뷰티릭산이 10∼40%로 많은 부분을 차지하는 것으로 나타났다. UASB 처리를 통하여 유기산 농도가 1500∼2000mg/L 일 때에도 200∼500mg/L 수준으로 제거되는 것으로 나타났다. UASB 처리수에 대한 간단한 stripping 조작을 통하여 칼슘농도를 200mg/L 수준으로 제거할 수 있었으며, pH control을 통하여 50mg/L 수준으로 까지 제거할 수 있었다. 이는 UASB 처리과정을 통하여 생성된 알칼리도를 이용한 것으로 과포화된 이산화탄소가 탈기되면서 pH를 상승시키고, 이러한 과정에서 잉여의 탄산염이 칼슘이온과 결합, 불용성의 탄산칼슘을 형성하는 원리를 이용한 것이다. 결론적으로 제지공정수에 대한 혐기성-탈탄산처리를 통하여 유기물, 황산염, 칼슘이온을 효과적으로 제거할 수 있음을 확인하였으며, 향후 공정수질 개선이 제지품질에 미치는 영향, stripper 최적화 등을 향후 연구주제로 제안하고자 한다.
국내 일부 제지공장, 특히 고지를 사용하는 골판지 원지 생산공장의 경우 제품생산량당 용수사용량 절감에 따라 공정수 중 유기물농도와 칼슘농도가 상승하여 조업과 폐수처리에 어려움을 겪고 있다. 이러한 현상은 하절기에 특히 나타나는데 이는 공정수온 상승에 따라 전분 또는 목질계 섬유로부터 글루코우즈로의 가수분해와 글루코우즈로부터의 휘발성유기산으로의 전환을 촉진하기 때문이다. 휘발성유기산의 축적은 공정수 pH 저하를 가져오며, 이는 칼슘이온의 용출을 증가시킨다. 그 결과로 백수 (白水)의 이온강도가 증가하고 이는 약품보류율의 저하, 품질에의 악영향, 그리고 스케일 문제 등을 야기한다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제지공정수에 대한 혐기성처리공법과 탈탄산공법의 적용이 검토되고 있다. 혐기성공법은 산소공급이 필요 없는 경제적 공법으로 고농도 유기폐수의 처리가 가능하고, 폐수 또는 폐기물로부터 에너지원인 메탄을 회수할 수 있는 장점이 있어 유기폐수처리공법으로 널리 적용되고 있다. 특히, 메디아와 필터가 없이 자기조립형 입상화슬러지를 이용하는 UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket)의 경우 고농도의 미생물을 반응조내에 유지하여 고부하에서의 처리가 가능하여 전세계적으로 널리 보급되어 있다. 국내의 경우 맥주공장 전분당 생산공장 등 식품폐수를 중심으로 UASB가 보급되어 왔으나, 시운전의 어려움, 국내 독자기술의 부재 등으로 인하여 제지 폐수 등 기타 산업폐수에 대한 적용은 활발히 이루어지지 못해 왔다. 특히, 산성초지를 채택하고 있는 제지공장 폐수의 경우 고농도의 황산염을 함유하고 있어 혐기성처리가 어려운 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 골판지원지를 제조하는 제지공장 공정수를 대상으로 하여 UASB 적용가능성을 검토하고, 혐기성 처리원리를 이용하여 간단한 Stripping 조작을 통하여 칼슘이온을 제거할 수 있는 공정에 대하여 연구하였다. 제지공정수에 대한 UASB 적용실험결과 용적부하 약 10∼15kgCOD/㎥-d(최대 약 20kgCOD/㎥-d)에서 COD제거효율은 약 70%로 나타났다. UASB 처리를 통한 유기물제거 과정에서 약 500-700mg/L (as CaCO₃)의 알칼리도가 증가하는 것으로 나타났다. 유입수의 황산염 농도는 400-600mg/L 범위로서 COD/Sulfate비는 약 6∼10수준으로 나타났으며, UASB 처리를 통하여 50∼70% 정도 제거되는 것으로 나타났다. 6개월 이상의 운전결과 황산염에 의한 저해작용은 크게 나타나지 않았으며, MPB에 의한 COD제거분율이 85∼90%로서 대부분의 COD가 MPB에 의해 제거되는 것으로 나타났다. 유기물 및 황산염 제거과정에서 생성되는 바이오가스의 구성성분은 메탄함량이 약 80%, 이산화탄소가 17∼19%, 황화수소가 1.5∼2.0% 정도로 나타났으며, 비메탄생성율 (Specific methane production)은 0.15∼0.25g/g 으로 문헌에서 보고된 값들과 유사하게 나타났다. 제지공정수중의 유기산 함량은 하절기가 되면서 증가하여 8월중에는 2000mg/L까지 증가하였다. 유기산 성분 분석결과 초산이 20∼50%, 뷰티릭산이 10∼40%로 많은 부분을 차지하는 것으로 나타났다. UASB 처리를 통하여 유기산 농도가 1500∼2000mg/L 일 때에도 200∼500mg/L 수준으로 제거되는 것으로 나타났다. UASB 처리수에 대한 간단한 stripping 조작을 통하여 칼슘농도를 200mg/L 수준으로 제거할 수 있었으며, pH control을 통하여 50mg/L 수준으로 까지 제거할 수 있었다. 이는 UASB 처리과정을 통하여 생성된 알칼리도를 이용한 것으로 과포화된 이산화탄소가 탈기되면서 pH를 상승시키고, 이러한 과정에서 잉여의 탄산염이 칼슘이온과 결합, 불용성의 탄산칼슘을 형성하는 원리를 이용한 것이다. 결론적으로 제지공정수에 대한 혐기성-탈탄산처리를 통하여 유기물, 황산염, 칼슘이온을 효과적으로 제거할 수 있음을 확인하였으며, 향후 공정수질 개선이 제지품질에 미치는 영향, stripper 최적화 등을 향후 연구주제로 제안하고자 한다.
In Korea, some paper mills, especially for producing liner board from recycled paper, suffer problems in mill operation and wastewater treatment due to increase in levels of organics and calcium ion resulted from reduction of water consumption per board production. The problems occurred even more se...
In Korea, some paper mills, especially for producing liner board from recycled paper, suffer problems in mill operation and wastewater treatment due to increase in levels of organics and calcium ion resulted from reduction of water consumption per board production. The problems occurred even more seriously in summer season due to elevation of whitewater temperature, which results in acceleration of hydrolysis of starch and cellulose into glucose and acidification of the compound into VFA (volatile fatty acids). Accumulation of VFA leads decrease of pH in whitewater , which results in dissolution of calcium ion. As a result, high ionic strength causes decrease in retention efficiency, product quality, and scale problem. In order to solve the problems anaerobic plus stripping process is considered as a treatment step of whitewater of liner board manufacturing process. Anaerobic process has essentially advantages over aerobic process such as low operating cost due to no need of oxygen supply, recovery of energy in the form of methane from wastewater or wastes, and applicability to high strength organic wastewater, even organic wastes. Among anaerobic processes, UAS13 (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) is widely installed throughout the world. UASB uses self-immobilized granules at high concentration in the reactor without media or filter, which ensures relatively simple reactor structure, low capital and maintenance cost, and high organic loading rate. In Korea, UASB has been applied for food industry such as brewery and sugar/starch-manufacturer and has limitation in implementation for other industries due to difficulty in start-up and no reliable domestic licensor. Futhermore, it is widely accepted that it is difficult to apply UASB to paper mill wastewater since it contains sulfate at high level. In this study, the performance of UASB plus stripping system was investigated for the treatment of paper mill whitewater containing sulfate and calcium ion at relatively high level. Continuous UASB experiment shows that about 70% of COD was removed at volumetric organic loading of 10-15kgCOD/m'-d (maximum about 20kgCOD/m'-d). Accompanied by organic removal, alkalinity was generated at amount of about 500-700mg/L (as CaC03)- Sulfate concentration was in the range of 400-600mg/L, which implied that COD/sulfate ratio was 6--10, and the compound was removed with efficiency of 50-70% by UASB treatment. Significant inhibition by sulfate was not appeared during about 6 month-long operation, and most of COD, i.e., 85-90%, was removed by h1PB (Methane producing bacteria). Biogas produced from organic and sulfate removal has composition of about 80% methane, 17--19% carbon dioxide, and 1.5-2.0% hydrogen sulfide. Specific methane production was appeared in the range of 0.15-0.25g-CH4/g-removed COD similar with the values in references. VFA contents in the whitewater increased up to 2,OOOmg/L in August. VFA levels decreased to 200--500mg/L by UASB treatment even though influent VFA concentrations were as high as 1,500-2,000mg/L. Followed by UASB treatment, calcium was removed to a level lower than 200mg/L by simple stripping and to a level of 50mg/L by additional pH adjustment. The calcium removal was possible by utilization of alkalinity generated in UASB reactor. %-lore specifically, stripping of over-saturated carbon dioxide leads pH increase and surplus carbonate forms calcium carbonate, an insoluble species, by combination with calcium ion at higher pH. In conclusion, it was shown that an anaerobic-stripping process can be applied effectively to simultaneous removal of organics, sulfate, and calcium ion. As a further study some topics, for example, the effect of improved whitewater quality on paper properties, the optimization of stripping process, and so on, can be suggested as a further study.
In Korea, some paper mills, especially for producing liner board from recycled paper, suffer problems in mill operation and wastewater treatment due to increase in levels of organics and calcium ion resulted from reduction of water consumption per board production. The problems occurred even more seriously in summer season due to elevation of whitewater temperature, which results in acceleration of hydrolysis of starch and cellulose into glucose and acidification of the compound into VFA (volatile fatty acids). Accumulation of VFA leads decrease of pH in whitewater , which results in dissolution of calcium ion. As a result, high ionic strength causes decrease in retention efficiency, product quality, and scale problem. In order to solve the problems anaerobic plus stripping process is considered as a treatment step of whitewater of liner board manufacturing process. Anaerobic process has essentially advantages over aerobic process such as low operating cost due to no need of oxygen supply, recovery of energy in the form of methane from wastewater or wastes, and applicability to high strength organic wastewater, even organic wastes. Among anaerobic processes, UAS13 (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) is widely installed throughout the world. UASB uses self-immobilized granules at high concentration in the reactor without media or filter, which ensures relatively simple reactor structure, low capital and maintenance cost, and high organic loading rate. In Korea, UASB has been applied for food industry such as brewery and sugar/starch-manufacturer and has limitation in implementation for other industries due to difficulty in start-up and no reliable domestic licensor. Futhermore, it is widely accepted that it is difficult to apply UASB to paper mill wastewater since it contains sulfate at high level. In this study, the performance of UASB plus stripping system was investigated for the treatment of paper mill whitewater containing sulfate and calcium ion at relatively high level. Continuous UASB experiment shows that about 70% of COD was removed at volumetric organic loading of 10-15kgCOD/m'-d (maximum about 20kgCOD/m'-d). Accompanied by organic removal, alkalinity was generated at amount of about 500-700mg/L (as CaC03)- Sulfate concentration was in the range of 400-600mg/L, which implied that COD/sulfate ratio was 6--10, and the compound was removed with efficiency of 50-70% by UASB treatment. Significant inhibition by sulfate was not appeared during about 6 month-long operation, and most of COD, i.e., 85-90%, was removed by h1PB (Methane producing bacteria). Biogas produced from organic and sulfate removal has composition of about 80% methane, 17--19% carbon dioxide, and 1.5-2.0% hydrogen sulfide. Specific methane production was appeared in the range of 0.15-0.25g-CH4/g-removed COD similar with the values in references. VFA contents in the whitewater increased up to 2,OOOmg/L in August. VFA levels decreased to 200--500mg/L by UASB treatment even though influent VFA concentrations were as high as 1,500-2,000mg/L. Followed by UASB treatment, calcium was removed to a level lower than 200mg/L by simple stripping and to a level of 50mg/L by additional pH adjustment. The calcium removal was possible by utilization of alkalinity generated in UASB reactor. %-lore specifically, stripping of over-saturated carbon dioxide leads pH increase and surplus carbonate forms calcium carbonate, an insoluble species, by combination with calcium ion at higher pH. In conclusion, it was shown that an anaerobic-stripping process can be applied effectively to simultaneous removal of organics, sulfate, and calcium ion. As a further study some topics, for example, the effect of improved whitewater quality on paper properties, the optimization of stripping process, and so on, can be suggested as a further study.
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