KR100347460B1 - 수처리용 무기물 응집제 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수처리용 무기물 응집제 조성물에 관한 것이다. 본 발명은, 45 내지 85 중량%의 소석회(Ca(OH)₂); 및 15 내지 55 중량%의 황산마그네슘(MgSO₄);을 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, COD_Cr제거 효과 및 높은 색도 제거 효과를 보이고 있기 때문에 외국에서 수입되는 수처리 응집제에 비해 기술적으로 동등하거나 오히려 더 개선된 효과를 나타내고 있어, 수입대체의 효과를 통한 수처리 비용의 경제성이 확보될 수 있는 장점을 가진다.

Description

수처리용 무기물 응집제 조성물{Composition of inorganic coagulant for water treatment}

본 발명은 수처리용 무기물 응집제 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 소석회와 황산마그네슘을 주성분으로 포함하는 수처리용 무기물 응집제 조성물에 관한 것이다.

종래의 대표적인 폐수 처리 방법으로는 중력침강, 모래여과, 스트립핑(stripping), 활성탄 흡착법 등의 물리학적인 응집처리법, pH 중화, 응집침강, 전기분해, 산화/환원, 살균 등의 화학적인 응집처리법 및 활성슬러지법, 살수여상, 고정상 및 유동상 매질을 이용한 생물막 반응기 등을 이용한 생물학적 응집처리법이 있다. 이 중 생물학적 응집처리법은 일반적으로 긴 수리학적 체류시간을 요구함으로써 처리시설의 거대화의 일요인이 되고 있으며, 탁도제거를 위한 별도의 처리 공정이 요구되는 단점이 있으며, 상기 물리학적 응집처리법은 단독 사용으로는 큰 효과를 기대할 수 없는 단점이 있다.

한편, 최근의 공장 폐수, 특히 염색 가공 공정에서 배출되는 폐수는 30℃ 이상의 고온이면서, 색소화합물, 조염제 또는 각종 계면활성제를 비롯한 고분자 유기화합물을 함유하고 있다. 따라서, 염색 폐수를 비롯한 대부분의 공장 폐수, 심지어는 도시 오하수 내에도 난분해성 유기물이 다량 함유되어 있다. 또한, 폐수 발생원에 따라, 함유된 폐수 성분이 다양하기 때문에, 종래의 수처리용 응집제를 이용해서는 다양한 함유물의 제거 및 탁도, 색도 개선의 효과를 달성할 수 없는 한계에 도달하였다.

따라서, 종래의 알려진 여러 폐수 처리 방법은 단독으로 사용되기 보다는 여러 방법을 적절하게 조합하여 염색 폐수에 포함되어 있는 다양한 종류의 난분해성 물질과 염색 폐수 배출업체의 염색 작업으로 인한 폐수 내의 함유 성분의 다양성으로 인한 폐수처리를 원활하게 하기위한 연구가 진행되었다.

종래의 가장 대표적인 방법으로, 황산알루미늄(Al₂(SO₄)₃.18H₂O, 통상 'Alum'으로 약칭하기도 함), 폴리비닐아민계, 폴리아크릴아미드계, DMA계(디메틸아미노에틸메타크릴레이트계), DAA계(디메틸아민에틸아크릴레이트계) 등의 음이온계 및 양이온계의 고분자 응집제가 사용되어 왔다.그러나, 이들 응집제는 대부분 수입에 의존하였으며, 실제 응집처리에서 그 효율이 목적하는 바에 크게 미치지 못하는 단점이 있으며, 염색 폐수의 색도 처리를 위해서는 단순 응집 처리 단계로만 확보될 수 없으며, 별도의 색도 향상을 위한 산화제를 사용하여야 하는 비경제성이 초래되고 있다.

종래의 폐수처리에 사용되는 응집처리는 폐수에 함유된 부유성 현탁물질을 물리화학적으로 응집시켜 침강 제거함으로써 탁도 제거를 주 목적으로 하고, 용존 물질의 제거는 단순히 응집 침전 과정에서 공침에 의한 제거에 의존하였으므로, 수질 오염의 원인이 되는 유기물질을 비롯한 용존 물질의 효과적인 제거를 얻지 못하였고 시각적인 불쾌감을 유발시키는 색도를 효과적으로 제거하기가 어려웠다.

소석회와 황산마그네슘은 그 각각으로도 약간의 응집성능을 발휘하나, 종래의 응집제인 황산알루미늄에 비해 훨씬 그 응집성능이 미달하였다. 도 1은 종래의 응집제인 황산알루미늄을 포함하는 응집제의 수처리 효과를 설명하기 위한 그래프이다. 그러나, 도 1의 결과로부터 알 수 있듯이, 황산알루미늄의 주입량을 300 내지 1200㎎/L에서 응집효과가 바람직하게 나오고 있으나, COD_Cr및 색도 제거효과는 그 효과가 바람직하다 볼 수 없는 한계가 있음을 알 수 있다. 또한, 황산알루미늄의 증가에 따라 오염물의 제거효율의 향상은 적게 일어나면서, 응집침강된 슬러지의 부피는 크게 증가하는 경향을 나타내고 있다.

이러한, 종래의 응집제를 이용한 각종 산업 폐수, 특히 염색폐수에 대한 다목적 응집처리를 위한 응집제 개발에 관한 연구가 관련업계에서 꾸준히 진행되어 왔으며, 이러한 기술적 배경에서 본 발명이 안출된 것이다.

이러한, 종래의 문제점, 특히 응집제 원료의 수입으로 인한 경제적인 문제점과 응집효과의 개선 및 응집처리를 통한 색도, 탁도, COD_Cr제거율의 향상을 위한 응집제 조성물 개발을 함에 본 발명의 기술적 과제가 있으며, 이러한 기술적 과제 달성을 위한 수처리용 무기물 응집제 조성물을 제공함을 본 발명의 목적으로 한다.

도 1은 종래의 수처리용 응집제를 이용한 수처리 효과를 설명하기 위한 그래프이다.

도 2는 본 발명에 따른 수처리용 응집제를 이용한 수처리 효과 중 COD_Cr의 제거율을 도시한 그래프이다.

도 3은 본 발명에 따른 수처리용 응집제를 이용한 수처리 효과 중 탁도 제거율을 도시한 그래프이다.

도 4는 본 발명에 따른 수처리용 응집제를 이용한 수처리 효과 중 색도 제거율을 도시한 그래프이다.

도 5는 본 발명에 따른 수처리용 응집제를 이용한 수처리 효과 중 침강된 슬러지량을 그래프화한 도면이다.

전술한 본 발명의 목적 달성을 위한 수처리용 무기물 응집제 조성물은, 45 내지 85 중량%의 소석회(Ca(OH)₂); 및 15 내지 55 중량%의 황산마그네슘(MgSO₄);을 포함하는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 조성물과 구성 성분이 일부 중복되긴 하지만, 활성탄을 더 포함하는 수처리용 무기물 응집제 조성물도 제공되는 데, 이는 30 내지 80 중량%의 소석회(Ca(OH)₂); 15 내지 60 중량%의 황산마그네슘(MgSO₄); 및 5 내지 10 중량%의 활성탄(Activated Carbon,);을 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 활성탄은 목재, 석탄 및 폐타이어 중 선택된 하나 이상을 원료로 이용하여 제조된 것으로서, -200내지 325 메쉬(mesh)의 입도를 갖는 분말 형태를 갖는 것이 사용되는 것이 바람직하고, 그 외의 다른 성분 물질의 입자 크기 영역은 -100 내지 325 메쉬(mesh)인 것이 바람직하다.

상기 조성물의 성분 중, 소석회는 그 소성온도가 200 내지 1000℃인 것이 바람직하나, 특히 그 소성온도가 500 내지 600℃인 경우에는 더욱 바람직하다.

한편, 본 발명을 위한 기술적 배경을 설명하면서, 산업 폐수 특히 염색 폐수 처리를 언급하였으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 정수 내에 포함되어 있는 불순물을 응집시키기 위한 용도로도 활용할 수 있는 것은 당업자라면 자명한 일이며, 본 발명에서 제공하는 수처리 용도를 폐수에만 한정하지 않고 정수에도 널리 적용할 수 있음을 밝혀둔다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위해 구체적인 실시예를 들어 보다 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어져서는 안된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다.

실시예 1

먼저, 하기 표 1의 성분을 갖는 염색 공장의 집수조에서 폐수를 취한 후, 45 내지 85 중량%, 바람직하게는 75 중량% 정도의 소석회(Ca(OH)₂)와 15 내지 55 중량%, 바람직하게는 25 중량% 정도의 황산마그네슘(MgSO₄)을 분말상의 조성물을 상기 폐수에 투입하였다. 상기 조성물의 입자의 크기는 -100 내지 325 메쉬(mesh)인 것이 바람직하며, 본 실시예 1에서는 -250 메쉬인 입자 크기를 갖도록 제조하여 이용하였다. 상기 조성물의 성분 중, 소석회는 그 소성온도가 200 내지 1000℃인 것이 바람직하나, 특히 그 소성온도가 500 내지 600℃인 것이 바람직하므로, 550℃ 정도의 소성 온도로 제조된 것을 이용하였다.

수처리 전 염색 폐수의 물리적 특성
pH	6.3 내지 8.2
알카리도	80 내지 220 ㎎/L, 탄산칼슘의 경우
탁도(Turbidity)	50 내지 180 NTU
CODCr	880 내지 180 ㎎/L
색도	690 내지 750 ADMI

상기 표 1의 물성을 갖는 폐수를 2리터 용량의 표준용기에 1리터를 담은 후, 용기 테스터(jar tester)에 장치한 후, 빠르게 교반하면서 상기 조성물을 투입하여 분당 회전수가 250회 정도로 1분 정도 급속하게 교반시킨 후, 연속적으로 분당 회전수가 20회 정도로 조정하여 5분 정도 서서히 교반시킨다. 이러한 교반 과정을 거친 후, 30분 정도 침강시킨 후, 바닥에서 5㎝ 높이에 장치한 밸브에서 처리수를 취하여 각종 물리적 특성, 예컨대, COD_Cr, 탁도, 색도 등을 측정하였으며, 이들 결과에 대해서는 첨부 도면 도 2 내지 도 5참조하면 본 발명에서 제공하고 있는 수처리 응집제의 효과를 간명하게 파악할 수 있다.

실시예 2

한편, 상기 조성물에 소정량의 활성탄을 더 첨가하여 실험을 하였다. 활성탄이 더 첨가된 수처리용 무기물 응집제 조성물은, 30 내지 80 중량%, 바람직하게는69 중량%의 소석회와, 15 내지 60 중량%, 바람직하게는 23 중량%의 황산마그네슘과 5 내지 10 중량%, 바람직하게는 8 중량%의 활성탄을 성분으로 하는 것을 이용하였다. 상기 실시예 1의 실험 조건은 조성물의 성분만 다를뿐 동일한 조건으로 진행하여 그 결과를 얻었다. 상기 실시예 1에서도 언급하였지만, 조성물 성분 중 소석회는 그 소성온도가 200 내지 1000℃인 것이 바람직하나, 본 실시예에서는 550℃ 정도의 소성 온도 조건으로 제조된 것을 이용하였다. 한편, 상기 활성탄은, 목재, 석탄재, 폐타이어 중 선택된 하나 이상을 원료로 제조된 것으로서, 그 입자의 크기는 -200 내지 325 메쉬인 것이 바람직하나, -250 메쉬인 것을 사용하였으며, 다른 성분의 입자의 크기도 균일한 크기인 -250 메쉬인 것을 사용하였다. 본 실시예 2의 결과는 상기 실시예 1의 결과와 대차 없었다.

비교예

상기 표 1의 물성을 갖는 폐수에 대해 종래의 응집처리제로 널리 사용되고 있는 황산알루미늄을 액체상의 형태로 상기 폐수에 투입하였다. 폐수처리를 위한 pH 조절을 위해 1N 수산화나트륨(NaOH) 수용액을 사용하여 pH를 7.5 내지 10으로 조정하고, 빠르게 교반하면서, 황산알루미늄을 투입하는 과정을 제외하고는 상기 실시예와 동일한 조건으로 진행하였으며, 그 결과는 도 1에 나타내었다. 상기 pH 조절은 사용되는 응집처리제인 황산알루미늄이 적절한 응집을 일으킬 수 있는 조건을 만든 것에 불과하며, 특별히 다른 목적을 갖는 것은 아니다. 상기 응집반응 과정에서 황산알루미늄은 pH를 저하시키는데 이용되며, 평형상태에서 적절한 pH 조건은 6 내지 7 정도이다.

이하, 상기 실시예 1 및 2를 통해 얻은 실험 결과를 첨부도면 2 내지 5를 참조하여 구체적으로 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 수처리용 응집제를 이용한 수처리 효과 중 COD_Cr의 제거율을 도시한 그래프이며, 도 3은 본 발명에 따른 수처리용 응집제를 이용한 수처리 효과 중 탁도 제거율을 도시한 그래프이고, 도 4는 본 발명에 따른 수처리용 응집제를 이용한 수처리 효과 중 색도 제거율을 도시한 그래프이며, 도 5는 본 발명에 따른 수처리용 응집제 사용에 따른 슬러지의 침강 부피를 나타낸 그래프이다.

도 2에 따르면, 소석회와 황산마그네슘의 중량비를 1 내지 5로 하여 혼합한 것이며, 상기 표 1의 물성을 갖는 폐수를 처리한 결과를 나타낸 것으로서, 그 주입량을 300 내지 1400㎎/L로 하였을 때, 크롬법에 의해 분석한 COD_Cr의 제거 효과를 측정한 것이다. 응집제의 주입량이 증가함에 따라 COD_Cr제거율 또한 증가함을 알 수 있으며, 그 주입량이 800㎎/L 이하에서는 혼합 중량비가 2일때 가장 우수하고, 주입량이 1000㎎/L 이상에서는 혼합 중량비가 3일때 가장 우수한 응집 성능을 가지고 있음을 알 수 있으며, 아울러, 응집제 주입량 1000㎎/L에서 64%의 제거 효율을 나타내고 있으며, 그 이상에서는 제거 효율이 거의 변화되지 않는 것도 알 수 있다.

도 3에 따르면, 응집제 주입에 따른 탁도 양상이 상기 도 2의 결과와 유사한 경향을 보이고 있음을 알 수 있다. 한편, 소석회와 황산마그네슘의 혼합 중량비가 3에서 가장 우수한 처리 성능을 나타내고 있고, 그 주입량 1000㎎/L에서 98%의 탁도 제거 성능이 있음을 알 수 있으며, 그 이상의 주입량에서는 큰 변화가 없음을 알 수 있다.

도 4에 따르면, 응집제 주입에 따른 색도 제거 양상이 상기 도 2 또는 3에 나타난 결과와 유사함을 알 수 있다. 한편, 소석회와 황산마그네슘의 혼합 중량비가 3에서 가장 우수한 처리 성능을 나타내고 있으며, 그 주입량 1200㎎/L에서 90%의 색도 제거 성능이 있음을 알 수 있다.

도 5에 따르면, 주입량을 1000㎎/L로 동일하게 하고 소석회와 황산마그네슘의 조성 중량비를 1 내지 5로 변화시켰을 때, 응집 침강된 슬러지의 부피를 나타낸 것이며, 이때 상기 침강된 슬러지의 부피값이 작을수록 슬러지 처리 비용이 절감되는 특성이 있으므로 응집성능의 평가에 있어서 응집 침강된 슬러지 부피는 매우 중요한 요소이다. 한편, 응집 침강된 슬러지의 부피는 35 내지 75㎖이며, 소석회와 황산마그네슘의 중량비를 1 내지 5로 증가시킴에 따라 슬러지 부피는 증가하다가 다시 감소하는 결과를 나타내고 있으며, 중량비 1에서 35㎖ 정도로 가장 낮고, 중량비 2에서 75㎖로 가장 큰 값을 가짐을 알 수 있다. 도 2 내지 도 4의 결과에서 가장 바람직한 결과를 나타낸 소석회와 황산마그네슘의 조성 중량비 3의 경우에, 도 5에서 주입량 1000mg/L에서 슬러지 부피는 50mL 정도로서, 도 1의 황산알루미늄을 사용했을 때의 슬러지 부피 80 내지 150mL에 비해 상당히 우수함을 알 수 있다. 상기 도 2 내지 도 5의 그래프를 분석해보면, 사용된 수처리용 무기물 응집제 조성물의 양이 증가할수록 비례하여 증가하는 것은 아님을 알 수 있으며, 가장 효율적인 조성물의 양이 결정될 수 있다. 즉, 대체로 조성물의 사용량이 증가할 수록 s자형의 포화가 일어나는 것으로 보아 COD_Cr, 탁도 및 색도 제거의 효과는 조성물 사용량이 사용 폐수 1리터당 400 내지 1000밀리그램 정도가 가장 효과적임을 알 수 있다. 한편, 도 1 내지 도 4의 그래프는 소석회분과 황산마그네슘분의 이성분 조성물의 경우를 나타낸 결과이지만, 다른 성분 예컨대, 활성탄을 포함하는 경우에도 동일한 효과가 나타남을 알 수 있었다. 상기 소석회와 황산마그네슘의 질량비를 1 내지 5까지 변화를 주면서 관찰한 결과로부터, 경제성 및 폐수 정제 효율을 고려해 볼 때, 약 3 정도의 비율로 배합된 경우가 가장 바람직한 효과를 나타내고 있음을 알 수 있지만, 반드시 이러한 비율로 한정되는 것은 아니며, 이러한 비율에 대한 변형은 당업자라면 얼마든지 대차 없는 변화가 가능하므로, 이들 또한 본 발명의 범주에 속한다 할 것이다.

이상에서 설명된 본 발명의 최적 실시예들이 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위해 사용된 것이 아니다.

본 발명에서 제공하는 수처리용 응집제는 정수는 물론, 도시 하수, 염색폐수, 피혁 폐수 등에 적용될 수 있으며, 도시하수에 적용하는 경우는 80% 이상의 COD_Cr제거효율을 보이고, 악성폐수의 대표격인 염색폐수의 경우는 95% 이상의 탁도 제거, 60% 이상의 COD_Cr제거 효과 및 높은 색도 제거 효과를 보이고 있기 때문에외국에서 수입되는 수처리 응집제에 비해 기술적으로 동등하거나 오히려 더 개선된 효과를 나타내고 있어, 수입대체의 효과를 통한 수처리 비용의 경제성이 확보될 수 있는 장점을 가진다.

Claims (6)

1. 소석회,황산마그네슘을 혼합한 응집제 조성물에 있어서, 입자의 크기가 -100 내지 325메쉬의 소석회(Ca(OH)₂) 45 내지 85 중량%와

   입자의 크기가 -100 내지 325메쉬의 황산마그네슘(MgSO₄) 15 내지 55 중량%로 혼합하여 조성되는 것을 특징으로 하는 수처리용 무기물 응집제 조성물.
2. 삭제
3. 소석회,황산마그네슘,활성탄을 혼합한 응집제에 있어서,

   입자의 크기가 -100 내지 325 메쉬의 소석회(Ca(OH)₂) 30 내지 80 중량%와 입자의 크기가 -100 내지 325 메쉬의 황산마그네슘 15 내지 60 중량%와 입자의 크기가 -200 내지 325 메쉬의 목재, 석탄 , 폐타이어 중 선택된 하나 이상의 활성탄 5-10중량%으로 조성된 것을 특징으로 하는 수처리용 무기물 응집제 조성물.
4. 삭제
5. 삭제
6. 제 1항 또는 제 3항에 있어서,

   상기 소석회는 200 내지 1000℃에서 소성하여 얻어 사용하는 것을 특징으로 하는 수처리용 무기물 응집제 조성물.