KR0176744B1 - 전자선 조사에 의한 불소함유폐수 처리방법 - Google Patents

Abstract

불소를 함유한 폐수에 전자선을 조사하여 불소를 제거하는 전자선 조사에 의한 불소함유폐수 처리방법에 관하여 개시된다. 개시된 전자선 조사에 의한 불소함유폐수 처리방법은 불소함유폐수에 불소 이온 흡착제로서 유기화합물을 투입하는 흡착제 투입 단계와, 상기 흡착제가 투입된 상기 불소함유폐수에 전자선 가속기로부터 발생된 전자선을 조사하여 상기 흡착제의 반응성을 높이고 상기 흡착제의 고분자화를 촉진시킴으로써 고분자화된 상기 흡착제의 응집입자들이 빠른 침전 속도를 갖도록 하는 전자선 조사 단계와, 상기 전자선 조사 단계에서 형성된 응집입자들을 침전제거시켜 상기 불소함유폐수중의 불소 이온 농도를 저감시키는 침전제거 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 따라서, 종래 방법에 비해 단시간내에 불소 제거 처리가 가능하고, 불소 제거 효율이 향상되며, 불소 농도를 저농도(3ppm 이하)로 낮출 수 있게 된다.

Description

전자선 조사에 의한 불소함유폐수 처리방법

본 발명은 불소함유폐수 처리방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 불소를 함유한 폐수에 전자선을 조사하여 불소를 제거하는 전자선 조사에 의한 불소함유폐수 처리방법에 관한 것이다.

오늘날 물질문명의 눈부신 발달과 더불어 물질의 풍요와 삶의 질이 더욱 더 향상되고 있다. 이러한 물질문명의 발달은 인류의 생활에 매우 유익하다고 할 수 있으나, 반면에는 산업의 발달과 문명의 이기로 파생된 각종 산업 폐기물로 인해 인류의 생활 터전인 자연환경에 심각한 악영향을 미쳐 왔다.

따라서, 산업 폐기물과 같은 환경오염물질은 별도로 회수하거나 정화 또는 여과해야 할 필요가 있으며, 만약 정화 또는 여과되지 않은 상태로 방치 또는 방류될 경우에는 자연환경을 파괴하여 인류의 생존권을 위협하게 되므로, 그 위험을 최소화하기 위하여 각종 제도적 규제가 점차 강화되고 있는 실정이다.

특히, 산업 폐수에 의한 수질 오염은 인류의 식수원을 위협하게 되므로 공업 발달에 따라 발생되는 산업 폐수에 의한 자연계의 환경 파손이 큰 사회적 문제로 대두되고 있다. 불소의 경우도 예외가 아니어서 철과 비철 제련, 반도체 산업, 유리, 요업, 발전소, 도금 혹은 표면처리 공업 등 다방면에서 배출되고 있으며, 이러한 공업 폐수중에 함유된 불소 이온은 환경규제치를 훨씬 상회하여 이의 처리가 심각한 문제로 되고 있다.

원래 자연계에서 존재하는 불소 이온은 매우 미량으로서 생태학적으로 지장이 없으나, 일정 농도 이상이 되면 인체에 피해를 주게 되므로 세계 각국에서 공장 폐수의 불소 함량을 엄격하게 제한하고 있는 실정이다.

이러한 불소 제거 방법으로는 크게 금속염(일반적으로 Ca화합물) 첨가법, 이온교환수지와 활성 알루미나를 사용하는 방법, 희토류화합물을 불소 이온 흡착제로 이용하는 방법 및 희토류화합물과 알칼리 화합물을 수용화시켜 사용하는 방법 등이 있다.

Ca화합물 첨가법은 Ca화합물로서 Ca(OH)₂, CaCl₂등을 단독 또는 혼합 사용하여 불소 이온을 물에 난용성인 CaF₂로 침전, 분리하는 방법으로서, 고농도의 불소 처리법으로 현재까지 가장 보편적으로 사용하는 방법이나, 처리에 장시간이 소요되는 문제점이 있다. 또한, Ca화합물과 불소와의 반응은 반응물과 반응생성물간의 산,염기의 화학적 평형으로서 설명되며, 불소의 제거율 또한 화학적 평형상수로부터 예측되는 수치(최적 조건에서 10ppm, 일반적으로는 15ppm 까지 가능) 이상은 성취할 수 없다. 따라서, 그 이하의 농도로 낮추기 위해서는 추가되는 화학물질의 량이 과량으로 필요하게 되며, 그에 따른 대량의 슬러지(Sludge)가 발생하는 문제점이 있다.

이온교환수지와 활성알루미나를 사용하는 방법은 용존된 불소 이온을 이온 교환을 통하여 제거하는 방법으로서, 이온교환수지의 교환 용량 때문에 고농도의 불소 제거에 적용이 불가능하고 불필요한 음이온도 제거되며 처리단가가 고가인 문제점이 있다.

희토류화합물을 불소 이온 흡착제로 이용하는 방법은 희토류 수산화물에 함유된 OH기가 용액중의 불소 이온과 교환하여 불소 이온을 흡착하는 방법으로서, 상기의 방법들에 비하여 불소 이온을 수 ppm정도까지 고효율로 제거하는 장점이 있으나, 희토류 수산화물의 제조비용이 고가이고 첨가되는 희토류 수산화물의 중량 대비 OH기 당량이 낮기 때문에 처리되는 불소 이온 대비 투입되는 약품량이 과량인 문제점과 상기 교환 작용이 산성의 용액에서만 이루어지기 때문에 알칼리성인 폐수는 산으로 pH를 조정해야 하는 문제점이 있다.

희토류화합물로 구성된 수용성 물질을 가하여 불소 이온을 불용화시킨 후 고액 분리하는 방법은 약품 사용량 및 잔류 슬러지량이 적으면서도 불소제거 효과가 우수한 방법이지만, 약품비가 고가이고 부유하는 침전물의 입도가 작아 침전에 장시간 소요되는 문제점이 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 이러한 종래의 화학적 처리법에 의한 불소함유폐수중의 불소 제거방법은 그 처리 시간이 장시간 소요되고, 다량의 약품이 필요하게 되어 처리비용이 고가이며, 또한 잔류 슬러지가 다량 발생하여 그 처리가 문제되므로, 불소 이온의 함량을 저농도(수 ppm)까지 낮추기 위한 방법으로는 효율적이지 못한 문제점이 있다. 결국, 점차 강화되는 제도적 규제에 대처하기에는 부적당한 방법이라 할 수 있고, 따라서 충분히 낮은 농도로 제거되지 못한 불소 이온을 함유한 폐수를 방류하기 위해서는 그 농도를 희석하기 위한 막대한 량의 희석수가 투입되어야 하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술에 의한 불소 제거 방법에 대한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 불소를 함유한 폐수에 전자선을 조사하여 폐수중의 불소 이온 농도를 저농도(3ppm 이하)까지 효율적으로 제거할 수 있는 전자선 조사에 의한 불소함유폐수 처리방법을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

도 1은 본 발명에 따른 폐수 처리 공정도,

도 2는 본 발명에 따른 폐수 처리 장치 개략 구성도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10...화학반응조 21...흡착제 투입기

22...버블링(Bubbling) 장치 23...전자선 반응조

24...전자선 가속기 30...침전조

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 전자선 조사에 의한 불소함유폐수 처리방법은; 불소함유폐수에 불소 이온 흡착제로서 유기화합물을 투입하는 흡착제 투입 단계; 상기 흡착제가 투입된 상기 불소함유폐수에 전자선 가속기로부터 발생된 전자선을 조사하여, 상기 흡착제의 반응성을 높이고 상기 흡착제의 고분자화를 촉진시킴으로써, 고분자화된 상기 흡착제의 응집입자들이 빠른 침전 속도를 갖도록 하는 전자선 조사 단계; 및 상기 전자선 조사 단계에서 형성된 응집입자들을 침전제거시켜 상기 불소함유폐수중의 불소 이온 농도를 저감시키는 침전제거 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 전자선 조사에 의한 불소함유폐수 처리방법은, 상기 침전제거 단계 이전에 상기 불소함유폐수와 상기 흡착제를 혼합시키고, 상기 전자선이 효율적으로 조사되도록 하기 위하여, 공기, 질소 및 아르곤 가스로 이루어진 군 중에서 선택된 적어도 하나의 가스를 상기 불소함유폐수내에 불어 넣는 버블링(Bubbling) 단계를 더 포함 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 흡착제 투입 단계 전에, 초기 고농도(100ppm 이상)의 불소함유 폐수중의 불소 이온 농도를 중간농도(10~15ppm)로 저감시키는 화학적 처리 단계를 더 포함 하는 것이 더 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 전자선 조사에 의한 불소함유폐수 처리방법의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 불소를 함유한 폐수중의 불소 처리 단계를 보여준다.

도 2는 상기 단계별로 사용되는 폐수처리 장치에 대한 개략적인 구성도이다.

본 발명에 의한 기본적인 실시예는, 도 1에 도시된 처리 단계들중 흡착제 투입 단계와 전자선 조사 단계와 침전제거 단계를 구비하게 된다.

흡착제 투입 단계는 불소함유폐수중의 불소 이온을 흡착하기 위하여 불소 이온 흡착제를 첨가하는 단계이다. 상기 흡착제는 전자선 반응조(23)로 불소함유폐수가 흘러 들어가는 입구에 흡착제를 일정량으로 투입할 수 있도록 설치된 흡착제 투입기(21)에 의해 투입된다. 여기에서 상기 흡착제로는 유기화합물이 사용되는데, 주로 적은 조사선량으로도 고분자화가 쉽게 진행되는 아크릴아마이드(Acrylamide), 글루틴(Gluten), 메틸-메타크리레이트(Methyl-methacrylate), 메틸-아크리레이트(Methyl-acrylate), 비닐-아세테이트(Vinyl-acetate), 스티렌모노머(Stryne monomer) 등의 유기화합물이 사용된다. 그 중에서도 특히, 아크릴아마이드(Acrylamide)와 글루틴(Gluten)을 함유하여 첨가하는 것이 흡착 효과 및 전자선 조사 후의 침전 속도가 매우 빠르게 되어 바람직하다.

다음 단계는 전자선 조사 단계로, 전자선 가속기(24)로부터 발생된 전자선을 상기 흡착제가 투입된 불소함유폐수에 조사하는 단계이다. 흡착제와 혼합된 불소함유폐수는 전자선 반응조(23)에 흘러 들고, 폐수면과 소정의 거리를 유지하며 상부에 설치된 전자선 가속기(24)로부터 발생된 전자선에 조사된다. 전자선에 조사된 불소 이온은 수화상태에서 분리되어 반응성이 높아지며, 흡착제로 투입된 유기화합물은 불안정한 라디칼을 형성하여 반응성이 높아지게 된다. 따라서 유기화합물은 쉽게 불소 이온과 흡착하고(이러한 반응은 수초내에 이루어진다.), 서로 반응하여 빠르게 고분자화 되므로 반응 효율이 높고 침전 속도가 매우 빠르게 된다.

그 다음 단계는 침전제거 단계로, 상기 전자선 조사 단계에서 불소 이온을 흡착한 응집입자들을 침전제거시킴으로써 불소함유폐수중의 불소 이온 농도를 저감시키는 단계이다. 상기 전자선 조사 단계에서 불소 이온을 흡착하고 고분자화 된 상기 흡착제의 응집입자들은 침전조(30)에서 빠른 속도로 침전하게 되므로 처리 시간이 단축된다. 따라서, 종래의 처리방법에 비해 침전조(30)의 크기를 축소할 수 있다.

이상과 같은 실시예에 따르면, 종래의 화학적 처리방법에 비해 불소 이온의 제거 효율이 향상되며 처리 시간의 단축 및 침전조의 크기를 축소시킬 수 있게 된다.

또한, 도 1과 도 2에 도시된 바와 같이 상기 침전제거 단계 이전에 버블링 가스(Bubbling gas)를 투입시키는 버블링 단계를 포함하는 것도 바람직하다.

상기 버블링 단계는 전자선 반응조(23)의 하부에 버블링(Bubbling) 장치(22)를 설치하여, 상기의 흡착제 투입 단계부터 전자선 조사 단계까지 전자선 반응조(23)의 하부로부터 불소함유폐수의 내부로 공기나 질소 혹은 아르곤 가스중 적어도 하나 이상의 버블링 가스를 불어 넣어주는 단계이다. 불소함유폐수의 내부에 투입된 버블링 가스는 버블(Bubble)을 형성하여, 불소함유폐수와 상기 흡착제를 완전히 혼합시키고, 상기 전자선이 불소함유폐수의 깊숙히까지 효율적으로 조사되도록 하여 줌으로써 불소 이온의 반응 효율을 더욱 더 높일 수 있게 된다.

본 발명에 의한 가장 바람직한 실시예는, 상기 흡착제 투입 단계 전에 초기 고농도(100ppm 이상)의 불소함유폐수중의 불소 이온 농도를 중간농도(10~15ppm)로 저감 시키는 화학적 처리 단계를 미리 거침으로써, 다음 단계에서 전자선 조사에 의해 3ppm 이하의 낮은 불소 이온 농도를 효율적으로 달성 가능하게 한 것이다.

따라서, 본 발명의 가장 바람직한 실시예는 도 1과 도 2에 도시한 바와 같이 화학적 처리 단계와, 흡착제 투입 단계와, 버블링 단계와, 전자선 조사 단계와, 침전 제거 단계를 포함하게 된다.

상기 화학적 처리 단계는, 여러 가지 종래의 방법 중에서 고농도의 불소 처리법으로서 가장 보편적인 방법인 불소함유폐수에 Ca(OH)₂와 CaCl₂를 첨가하여 불소 이온을 물에 난용성인 CaF₂상태로 침전, 분리하는 Ca화합물 첨가법을 사용하는 것이 바람직하다. 따라서 본 단계에서는 고농도(100ppm 이상)의 불소함유폐수를 중간농도(10~15ppm)까지 저감시키게 된다.

그 이후의 단계인 흡착제 투입 단계, 버블링 단계, 전자선 조사 단계 및 침전제거 단계는 앞에서 설명한 바와 같다.

상기 흡착제 투입 단계에서는 흡착제로서 아크릴아마이드(Acrylamide)와 글루틴(Gluten)을 함유한 것을 투입 농도 1,000 ~ 10,000ppm으로 투입하는 것이 좋으며, 그 농도가 1,500 ~ 3,000ppm이면 더욱 바람직하다.

또한, 상기 전자선 조사 단계에서는 조사선량 3 ~ 10kGy가 적정하다.

상술한 바와 같이 화학적 처리 단계와 전자선 조사 단계를 거치게 되면, 고농도(100ppm 이상, 일반적으로 공업폐수의 경우 400~700ppm)의 불소함유폐수를 저농도(3ppm 이하)로 효율적으로 저감시키는 것이 가능하게 된다. 또한, 종래의 화학적 처리 방법만을 사용한 경우보다 처리 시간이 단축되고, 화학약품의 사용량이 적어 슬러지의 발생량이 줄어들고 처리 비용이 감소하게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전자선을 이용한 불소함유폐수 처리방법은 종래 방법에 비해 단시간내에 불소 제거 처리가 가능하고, 불소 제거 효율이 향상되며, 불소 농도를 저농도(3ppm 이하)로 낮출 수 있는 보다 경제적인 방법을 제공하는 효과가 있다.

Claims (7)

1. 불소함유폐수에 불소 이온 흡착제로서 유기화합물을 투입하는 흡착제 투입 단계;

   상기 흡착제가 투입된 상기 불소함유폐수에 전자선 가속기로부터 발생된 전자선을 조사하여, 상기 흡착제의 반응성을 높이고 상기 흡착제의 고분자화를 촉진시킴으로써, 고분자화된 상기 흡착제의 응집입자들이 빠른 침전 속도를 갖도록 하는 전자선 조사 단계; 및

   상기 전자선 조사 단계에서 형성된 응집입자들을 침전제거시켜 상기 불소함유폐수중의 불소 이온 농도를 저감시키는 침전제거 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자선 조사에 의한 불소함유폐수 처리방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 침전제거 단계 이전에, 상기 불소함유폐수와 상기 흡착제를 혼합시키고, 상기 전자선이 효율적으로 조사되도록 하기 위하여, 공기, 질소 및 아르곤 가스로 이루어진 군 중에서 선택된 적어도 하나의 가스를 상기 불소함유폐수내에 불어 넣어 버블링(Bubbling)시키는 단계를 더 포함 하는 것을 특징으로 하는 전자선 조사에 의한 불소함유폐수 처리방법.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 흡착제 투입 단계 전에, 초기 고농도(100ppm 이상)의 불소함유폐수중의 불소 이온 농도를 중간농도(10~15ppm)로 저감시키는 화학적 처리 단계를 더 포함 하는 것을 특징으로 하는 전자선 조사에 의한 불소함유폐수 처리방법.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 화학적 처리 단계는 불소함유폐수에 Ca(OH)₂와 CaCl₂를 첨가하여 불소 이온을 물에 난용성인 CaF₂로 침전, 분리하는 Ca화합물 첨가법을 적용하는 것을 특징으로 하는 전자선 조사에 의한 불소함유폐수 처리방법.
5. 제 1항 내지 제 4항중 어느 한 항에 있어서,

   상기 흡착제는 아크릴아마이드(Acrylamide)와 글루틴(Gluten)을 함유한 것이고, 그 투입농도는 1,000 ~ 10,000ppm인 것을 특징으로 하는 전자선 조사에 의한 불소함유폐수 처리방법.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 흡착제의 투입 농도는 1,500 ~ 3,000ppm인 것이 더 바람직한 것을 특징으로 하는 전자선 조사에 의한 불소함유 폐수 처리방법.
7. 제 1항에 있어서,

   상기 전자선 조사 단계에서의 전자선 조사선량이 3 ~ 10kGy인 것을 특징으로 하는 전자선 조사에 의한 불소함유폐수 처리방법.