CIP 폐수 처리

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CIP(Cleaning In Place) 시스템은 생수, 드럼 물, 탄산음료, 차류/과일주스, 유제품, 알코올 음료, 조미료, 일용화학제품 등의 제조 공정에서 널리 사용되고 있습니다. 세제와 잔류물, 그리고 공정 특성으로 인해 배출되는 폐수는 성분이 복잡합니다. 주요 성분은 다음과 같습니다:

화학 오염물질

알칼리성 세제: 주성분은 수산화나트륨(NaOH)이며, 농도는 일반적으로 0.5%에서 4.0% 사이이며, pH는 최대 13~14에 달합니다.
산성 세제: 흔히 질산, 인산 또는 구연산을 사용하며, 농도는 약 0.5~1.5%이고, pH는 1보다 낮습니다.
소독제: 아염소산염(강한 부식성) 또는 과아세트산(PAA, 친환경적이지만 자극적임) 등.

유기물 부하

잔류 물질: 유제품 폐수 내의 우유 단백질, 지방 및 유당(화학적 산소 요구량(COD)이 4000mg/L 이상에 이를 수 있음).
세정 보조제: 계면활성제, 유기용매(벤젠계 화합물, 페놀 등).

영양분 및 퇴적물

질소 및 인 영양분: 원유 손실 또는 인 함유 세제로 인해 총질소(TN)는 52.2mg/L, 총인(TP)는 6.75mg/L에 달함.
무기 침전물: 고온 pH에서 조류 배설물(MgNH₄PO₄), Mg(OH)₂ 또는 Mg₃(PO₄)₂가 생성됨.

폐수 특성

충진수 산업 폐수의 특성

COD, 질소, 인 오염 : 원수 자체는 순수하지만, 오염물질은 주로 세제 사용 후 잔류하는 복잡한 유기화합물(COD), 질산성 질소(N), 인산염(P)을 포함한다. 그러나 이와 같은 폐수는 쉽게 분해되는 유기물을 결여하고 있으며, 성분 간 COD:N:P 비율이 불균형적이다. 생물학적 처리를 실시할 경우 수리산화 전처리 및 추가적인 영양소 보충이 필요하다.
순간적 고유량 배출 : CIP 세정은 강한 주기성을 가지며, 폐수가 집중적으로 배출되고 수량 변동이 크다.
큰 온도 변화 : 세정 과정에서 뜨거운 물과 찬 물의 교대 사용으로 인해 폐수 온도가 불안정하다.

탄산음료 충전 산업 폐수의 특성

높은 유기물 함량(COD): 주로 시럽 찌꺼기, 색소, 향료 및 세제에서 유래하며, COD 농도는 일반적으로 1000 - 4000 mg/L, BOD₅는 1200 - 1800 mg/L이며, BOD/COD 비율이 0.5 이상으로 생분해성이 우수하다.
높은 농도의 부유물질(SS) 및 기름 성분: 충전 공정의 병 세척수는 깨진 유리 및 펙틴과 같은 부유물질(SS 최대 1000 mg/L)을 포함하며, 설비 세척 폐수는 기름과 콜로이드 물질을 포함한다.
영양소 불균형 : 질소와 인 성분이 낮은 농도 (암모니아 질소 <30 mg/L, 총 인 <5 mg/L)를 나타내며, 요소 및 인산염과 같은 영양소를 추가로 보충해야 미생물 활성을 유지할 수 있다.
PH 및 수질 변동 : 산-알칼리 세척제의 교번 사용으로 인해 pH 변화가 심함 (2-12), 그리고 간헐적 배출로 인해 수량과 수질의 큰 변동이 발생한다.

차음료 충전 산업 폐수의 특성

높은 유기물 함량(COD): 당류(과당, 자당), 과일 주스 잔여물(펙틴, 과육 섬유), 차 폴리페놀, 아미노산 등이 포함됨. COD 농도는 일반적으로 1000-4000 mg/L이며, BOD₅/COD > 0.5, 생분해성은 양호함.
부유 고형물(SS) 농도가 높음: 과일 찌꺼기, 찻잎, 분쇄된 과일 껍질 등으로 SS 농도는 100-500 mg/L임.
영양소 불균형: 질소 및 인 함량이 낮음(암모니아 질소 < 30 mg/L, 총 인 < 5 mg/L)으로 미생물 활성을 유지하기 위해 영양소 보충(예: 요소 및 인산염)이 필요함.
PH 및 수질 변동: 알칼리 세척제(NaOH)와 산성 세척제( HNO₃ )가 번갈아 사용되며, pH 범위는 2-12임. 간헐적 배출: CIP 프로그램(알칼리 세척 → 물 세척 → 산 세척 → 소독)으로 인해 수량과 수질에 큰 변동이 발생함.
억제 물질: 차 폴리페놀(미생물에 대한 강력한 억제 효과), 잔류 차아염소산 나트륨 소독제(생물학적 처리 효율에 영향을 미침)

유제품 충진 산업 폐수의 특성

높은 유기물 COD: 우유 단백질(카제인, 유청 단백질), 우유 지방, 락토스 등. COD 농도는 일반적으로 800-3000 mg/L이며, 일부 고농도 폐수(예: 아이스크림 생산)는 4000-7000 mg/L에 달하거나 20000 mg/L까지 도달할 수 있음. BOD/COD > 0.5, 생분해성 우수.
부유 고형물(SS) 농도가 높음: 잔류 원유 및 부형제, 농도는 약 100-1000 mg/L 정도임.
영양 성분 함량이 높음: 총 질소(TN)는 90 mg/L에 이르며(주로 원유 손실 및 질산 세척제에서 유래), 총 인(TP)은 16 mg/L에 이르며(원유 손실 및 인산염 계면활성제에서 유래).
PH 및 수질 변동: 산·알칼리 세척제를 번갈아 사용하기 때문에 아침과 저녁의 세척 시간대에 배출이 집중되며 계절별 생산 변화가 크다.

일반 공정

물리화학적 처리
전처리

그릴/필터: 큰 부유 입자(예: 우유 찌꺼기 및 포장 잔여물) 제거

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중화 조절 : 산성 및 알칼리성 폐수를 혼합하거나 라임과 같은 중화제를 첨가하여 pH를 6~9 범위로 조절

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침전/응집: 알루미늄/철 염류를 첨가하여 인 및 콜로이드 물질 제거, 특히 고농도 마그네슘 인 함유 폐수에 적합

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