KR100350993B1

KR100350993B1 - 휴민산분해용 수처리제 및 이 수처리제를 제조하는 방법

Info

Publication number: KR100350993B1
Application number: KR1020000034281A
Authority: KR
Inventors: 정백영; 윤조희
Original assignee: 주식회사 씨엠아이; 윤조희
Priority date: 2000-06-21
Filing date: 2000-06-21
Publication date: 2002-08-30
Also published as: KR20020003613A

Abstract

본 발명은 황산닉켈 수용액에 차아염소산소다(NaOCl)와 가성소다(NaOH)의 혼합용액을 혼합반응시켜 닉켈 수산화물의 침전물을 얻고 이 침전물을 105℃에서 24시간 진공 건조시켜서 된 휴민산 분해용 수처리제와 이 수처리제를 제조하는 방법에 관한 것이다.

본 발명의 수처리제는 비교적 저렴한 전이금속을 사용하여 제조하므로써 제조원가를 절감할 수 있고, 기존의 수처리공정보다 간단하게 난분해성 유기물질의 색도제거 및 분해가 가능하므로써 운전비용을 절감할 수 있는 효과를 갖는다.

Description

휴민산분해용 수처리제 및 이 수처리제를 제조하는 방법{Water treatment agent for decomposing fumic acid and manufacturing method of the same}

본 발명은 상수원수에 함유되어 있는 휴민산(Humic acid)을 분해 제거하는 수처리제와 이 수처리제를 제조하는 방법에 관한 것이다.

상수원수(上水源水) 중에는 다양한 유기물질들이 함유되어 있으며 난분해성 유기물질인 휴민산(Humic acid)도 함유되어 있다.

휴민산은 토양유기물의 일종으로서 토양 또는 저탄화된 석탄질 광물 중에 존재하는 알카리에는 가용성(可溶性)이나 산에 불용성이며 갈색내지는 흑색을 타나내는 무정형 산성 유기물질이다.

휴민산의 명확한 화학구조는 아직 규명되지 못하고 있으나 원소의 구성은 탄소 50~60중량%, 수소 4~6중량%, 나머지가 산소와 질소로 되어 있다.

휴민산의 본질은 다가페놀형 방향족 화합물과 질소화합물의 축합물인 것으로 알려져 있다.

휴민산은 부식산 이라고도 하는데 그 특징적 성질은 부식화가 진행됨에 따라 적색→암갈색→흑갈색→흑색으로 변화되는데 있다.

상수원수 중의 휴민산은 상수원수 중에 존재하는 유기물로 인한 COD(화학적 산소요구량)의 50%를 차지하며 상수처리를 위하여 사용되는 염소 또는 염소산소다와 같은 물질과 반응하여 삼염화메탄과 같은 트리할로메탄(Trihalomethane)을 형성하고 이들 트리할로메탄은 인체에 유해하기 때문에 미국 FDA(미국식품의약청)에서는 의약, 화장품, 식품에는 사용할 수 없도록 규제되고 있는 물질이다.

휴민산은 나쁜 냄세와 흑갈색을 띠고 있기 때문에 상수원수의 맛과 색상면에서 나쁜 영향을 줄 뿐만 아니라 인체에 유해한 물질이므로 상수원수의 정제에 있어서 휴민산의 제거는 필수적이나 휴민산은 난분해성 유기물질이어서 분해하여 제거하는데는 상당한 어려움이 따른다.

종래 상수원수 중의 휴민산을 제거하는 방법으로는 응집제를 사용하여 화학적으로 응집시켜 제거하는 방법, 활성탄에 흡착시켜 제거하는 방법 및 오존으로 분해처리하는 방법 등을 이용하고 있으나 응집이나 흡착공정은 휴민산의 분자량에 따라 제약을 받으며 오존처리 방법은 처리후 잔류오존을 제거해야 하는 등 높은 운전비용이 소요되기 때문에 경제적이지 못하다는 문제가 있으나 아직 값이 저렴하면서 휴민산을 분해 제거시켜 줄수 있는 수처리제는 제안된바 없다.

본 발명의 목적은 상수원수에 존재하는 난분해성 유기물이며 색도 유발물질인 휴민산을 처리하는데 유용한 수처리제와 이 수처리제를 제조하는 방법을 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명의 수처리제 제조공정중 NaOH와 NaOCl의 혼합용액을 NiSO₄·6H₂O가 용해되어 있는 수용액에 적가(滴加) 주입하는 장치를 나타낸 도면이다.

도 2는 본 발명 수처리제의 X-선 회절분석결과 소성 및 진공 건조에 따른 Ni(OH)₂의 피크(Peak)를 나타낸 것이다.

- 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 -

1 : 황산닉켈 수용액 2 : NaOH와 NaOCl의 혼합용액

3 : 비커 4 : 콕크

본 수처리제는 전이금속 중 니켈을 사용하여 제조되었으며 활성산소를 21.6% 함유하고 있는 NaOCl 및 강염기인 NaOH를 이용하여 닉켈 수산화물을 제조하되 닉켈 수산화물 중에 Ni-O 결합보다 Ni-OH 결합을 보다 많이 유도함으로써 표면의 산성의 세기 및 산량을 증진시킨 닉켈수산화물로 된 휴민산 분해용 수처리제와 이 수처리제의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명의 수처리제는 원료닉켈 물질로서 황산닉켈의 수화물(NiSO₄·6H₂O)을 사용하였으며, NaOH와 NaOCl 혼합용액 일정량(0.14g_NaOH/mL_NaOCl)을 NiSO₄·6H₂O를 녹인 수용액에 교반시키면서 서서히 투여하고, 여기서 생성된 침전물은 증류수로 1시간씩 3회 세척하였으며 그 후 진공건조기를 이용하여 105℃에서 24시간동안 건조시켜 제조하였다.

제조된 수처리제의 결정구조를 살펴보기 위하여 X-선 회절분석(X-Ray Diffraction : 이하 XRD라 한다)을 수행하였다. 도 2는 본 발명에서 제조된 수처리제의 XRD 특성 피크를 나타낸 것이다. 도 2중 (a)는 24시간 동안 대류건조후 2시간 동안 소성시킨 수처리제이며 도 2중 (b)는 24시간 동안 대류건조후 24시간 동안 진공건조시킨 것이다. 도 2중 (c)는 24시간 동안 진공건조만 시킨 것이며 Ni(OH)₂의 형성이 잘 이루어졌다. 도 2중 (c)의 피크를 나타내는 수처리제가 본 연구에서 가장 우수한 활성을 보였다. 이때 제조된 수처리제의 활성산소량은 소디움티오설페이트(Na₂S₂O₃)로 적정하여 산출하였으며, 0.3 ×10^-3g_{oxygen atom/}g_NiO, 1.88 ×10^-3g_{oxygen atom/}g_Ni(OH)2의 값을 보였다.

그리고 수처리제에 의한 휴민산의 산화분해반응은 수처리제 표면에 흡착된 산소의 활성화된 상태(O^-,O₂ ^-)나 수처리제의 표면 및 내부에 존재하는 격자산소(O^2-)의 일부가 반응에 참여하여 휴민산의 불포화결합 특히 색을 유발하는 발색단을 공격하여 색도를 제거하는 것으로 추정된다.

이하 실시예를 들어 본 발명을 구체적으로 설명한다.

실시예 1.

NiSO₄·6H₂O 33g을 증류수 100mL에 용해시키면 15중량%의 황산닉켈(NiSO₄) 수용액이 된다. 이 수용액을 교반시키면서 NaOH 8.2g을 NaOCl 용액 60mL에 용해시킨 혼합용액(0.14g_NaOH/mL_NaOCl용액)을 도 1에 도시한 장치를 이용하여 서서히 주입하였다. 생성된 침전물은 증류수로 3회 세척 후 24시간동안 105℃에서 진공건조 시켰다. 생성된 금속물질(닉켈수산화물)을 분쇄하여 다시 105℃에서 12시간동안 진공건조시켜 본 발명의 수처리제를 제조하였다.

제조된 수처리제는 100mL 삼각플라스크에 각각 1g/L, 3g/L, 5g/L의 양만큼 채운 다음에 10ppm 휴민산을 주입하여 수욕(Water Bath Shaker)에서 온도를 25℃로 일정하게 유지하면서 6시간동안 반응시켜 수처리제의 활성을 조사하였으며, 결과는 표 1에 나타내었다.

수처리제량에 따른 원수의 및 처리수의 흡광도 변화

수처리제량(g/ℓ)	UV₂₅₄(원수)	UV₂₅₄(처리수)
0.1	0.178	0.037
0.3	0.178	0.014
0.5	0.178	0.013

여기에서 UV₂₅₄는 파장 254nm에서의 흡광도를 나타낸다.

흡광도가 낮아졌다는 것은 흡광물질인 휴민산의 농도가 낮아 졌음을 의미하는 것이다.

실시예 2.

실시예 1에서와 같이 수처리제를 제조하였다. 제조된 수처리제는 100mL 삼각플라스크에 3g/L의 양만큼 채운 다음에 휴민산의 농도를 각각 10, 30, 50ppm으로 달리 주입하여 수욕에서 온도를 25℃로 일정하게 유지하면서 6시간동안 반응시켜 수처리제의 활성을 조사하였으며, 결과는 표 2에 나타내었다.

휴민산 농도에 따른 흡광도 변화

농도(ppm)	UV₂₅₄(원수)	UV₂₅₄(처리수)
10	0.178	0.014
30	0.407	0.039
50	0.482	0.064

실시예 3.

실시예 1에서와 같이 수처리제를 제조하였다. 제조된 수처리제는 100mL 삼각플라스크에 0.3g/L의 양만큼 채운 다음에 수욕의 농도를 10ppm으로 하여 pH를 각 3, 5, 7, 9, 11으로 달리하여 수욕에서 온도를 25℃로 일정하게 유지하면서 6시간동안 반응시켜 수처리제의 활성을 조사하였으며, 결과는 표 3에 나타내었다.

pH에 따른 흡광도 변화

pH	UV₂₅₄(원수)	UV₂₅₄(처리수)
3	0.161	0.018
5	0.170	0.015
7	0.178	0.014
9	0.179	0.012
11	0.179	0.003

실시예 4.

실시예 1에서와 같이 수처리제를 제조하였다. 제조된 수처리제는 100mL 삼각플라스크에 각각 1g/L, 3g/L, 5g/L의 양만큼 채운 다음에 10ppm 주입하여 수욕에서 온도를 25℃로 일정하게 유지하면서 6시간동안 반응시켰으며 이때의 UV₂₅₄흡광도와 COD의 비를 조사하였으며, 결과는 표 4에 나타내었다. 이 비는 생분해성의 지표로서 그 값이 높을수록 불포화결합이 많음을 의미한다. 표 4에서 나타난 바와 같이 수처리제량이 증가할수록 그 값이 낮아짐을 알 수 있었다.

수처리제량에 따른 10ppm 휴민산의 UV₂₅₄/COD

수처리제량(g)	UV₂₅₄/COD(원수)	UV₂₅₄/COD(처리수)
0.1	0.051	0.015
0.3	0.051	0.007
0.5	0.051	0.005

Claims

황산닉켈 수용액에 차아염소산소다(NaOCl)와 가성소다(NaOH)의 혼합용액을 혼합반응시켜 닉켈 수산화물의 침전물을 얻고 이 침전물을 105℃에서 24시간 진공 건조시켜서 된 휴민산 분해용 수처리제.
수처리제의 제조방법에 있어서, 황산닉켈 수용액에 차아염소산소다(NaOCl)와 가성소다(NaOH)의 혼합용액을 적가(滴加) 혼합반응시켜 닉켈수산화물의 침전물을 얻고 이 침전물을 증류수로 세척후 105℃에서 24시간 동안 진공건조시켜 휴민산 분해용 수처리제를 제조하는 방법.