KR100362345B1 - 철 스크랩과 알루미늄 스크랩을 포함하는 금속 조성물을이용한 수계 질산성과 아질산성 질소의 제거 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 철 스크랩과 알루미늄 스크랩을 포함하는 금속 조성물을 이용한 수계 질산성 질소와 아질산성 질소의 제거 방법 및 장치에 관한 것으로, 본 발명은 (a) 반응조에 철 스크랩과 알루미늄 스크랩을 포함하는 금속 조성물을 넣고 염산으로 상기 철 스크랩과 알루미늄 스크랩을 산세척하는 단계, (b) 상기 반응조의 염산을 제거하고 물로 수세하여 pH를 산세척 이전과 동일하게 적정하는 수세단계, (c) 수세가 끝난 금속 조성물을 반응조내에 충진시킨 다음 오염수를 반응조 하단부의 유입부를 통하여 유입시키고 처리수는 상단부의 유출수 관을 통하여 나가도록 하는 오염수의 탈질화단계 및 (d) 상기 반응조에서 유출되는 처리수는 산을 처리하여 유출수관에서 pH가 6 내지 8로 적정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 탈질방법 및 장치를 제공한다. 본 발명의 탈질방법 및 장치는 철공소의 연마 또는 절삭공정에서 나오는 부산물인 철(Eh=-0.447V) 스크랩과 알루미늄(Eh=-1.63V)스크랩을 사용하여 처리장치의 단가를 낮출 수 있었으며 폐자원의 재활용 수단을 제공하였다.

Description

철 스크랩과 알루미늄 스크랩을 포함하는 금속 조성물을 이용한 수계 질산성과 아질산성 질소의 제거 방법 및 장치{DENITRIFICATION METHOD OF NITRATE AND NITRITE USING METAL COMPOSITION CONTAINED IRON SCRAP AND ALUMINA SCRAP IN WATER BY METAL SCRAP AND DEVICE OF SAME}
본 발명은 철 스크랩과 알루미늄 스크랩을 포함하는 금속 조성물을 이용한 수계 질산성과 아질산성 질소의 제거 방법 및 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 환원성을 지닌 금속 중 산화 환원 전위가 비교적 높으며 쉽게 구할 수 있는, 특히 산업 폐자원으로 사장되는 철과 알루미늄 스크랩을 이용하여 하수 및 폐수 중에 함유하는 질산성 및 아질산성 질소를 공기중의 질소로 탈질화시키는 방법 및 장치에 관한 것이다.
최근 하천과 호소의 극심한 부영양화 및 점점 심각해지는 침출수의 악성폐수로 인하여 질소제거에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 환경 오염측면에서의 질소 오염원을 살펴보면, 인간 및 가축의 분뇨, 도시하수, 산업폐수, 비료에 의한 농업폐수, 호수·하천의 저니(sediment)에서 발생되는 질소, 쓰레기 침출수에 포함된 질소 등이 있다. 이러한 질소는 암모니아와 같은 무기물 형태와 요소, 단백질 등과 같은 유기물의 형태로 존재하게 된다.
수질환경 생태계에 있어서 질소에 의한 오염 형태는 호수의 부영양화 및 하천의 강부수성 그리고 해역의 적조발생 등이 있다. 특히 침출수 및 각종 폐수에 의한 지하수 오염은 음용수 질산성 질소의 농도를 증가시키는 결과를 초래한다. 암모니아성 질소가 산화되어 생성되어진 질산성 질소는 그 자체로 인체에 유해하며 질산성 질소로 오염된 물을 섭취하였을 경우 질산성 질소는 체내에 흡수되어 혈액에 존재하는 헤모글로빈(hemoglobin)과 반응한다. 헤모글로빈과 반응한 질산성 질소는 아질산성 질소로 환원되면서 헤모글로빈을 메타헤모글로빈(methemoglobin)으로 산화시켜 헤모글로빈의 산소 결합력을 떨어뜨린다. 이로 인해 병이 발생되는데, 특히 유아가 질산성 질소 10 ppm(mg/L) 이상 함유된 물을 계속해서 마실 경우 몸 색깔이 파랗게 변하는 유아의 청색증 즉, 메테모글로빈에미아(methemo globinemia : blue baby syndrome)를 일으키는 원인이 된다. 또한 질산성 질소는 위산과 반응하여 니트로사민(nitrosamines)을 형성함으로써 매우 광범위한 위험요소가 된다.
이와 같이 인체 및 환경에 유해한 질산성 질소와 중간과정에서 나타나는 아질산성 질소는 축산폐수, 비료공장 또는 전분공장 등의 다양한 산업폐수, 생활하수들이 유입되는 하수종말처리장, 다량의 비료가 사용되어진 농촌의 지하수에 다량 함유되어 있어 위와 같은 문제를 야기하기 때문에 탈질화 방법들이 개발되어지고 있다.
질산성 질소와 아질산성 질소 등을 공기중의 질소로 탈질화 시키는 대표적인 방법으로는 미생물을 이용한 생물학적인 방법(biological treatment), 선택적 이온 교환법(ion exching), 암모니아 탈기법(air stripping), 파과점 염소 주입법(break -point chlorination), 역삼투법(reverse osmosis), 전기투석법(electro dialysis)을 이용한 물리적인 방법과 수산화제이철(Fe(OH)3)을 이용한 화학적인 방법 등이 있다.
이들 중 생물학적인 방법은 암모니아성 질소를 나이트로조모나스 (Nitroso monas)에 의해 아질산성 질소로 산화시키고 불안정한 아질산성 질소는 나이트로박터(Nitrobacter)에 의해 질산성 질소로 다시 산화시키는 질산화의 과정을 거친 후 질산성 질소는 슈도모나스(Pseudomonas), 마이크로코커스(Micrococcus), 아크로모박터(Achromobacter), 바실러스(Bacillus) 등의 호기성 또는 혐기성탈질 미생물에 의해 질소가스로 전환시키는 탈질화 과정을 통하여 처리하게 된다. 생물학적인 방법은 현재 하수종말처리장이나 각종 산업폐수의 처리시설에 가장 널리 사용되어지고 있는 기술이지만 탈질화 공정에 있어 미생물에 의한 탈질화 효율과 탄소원의 공급과의 밀접한 관계로 인하여 내부 탄소원이 부족할 경우 외부 탄소원이 필요하므로 탈질에 관여하는 미생물의 세포 합성에는 질산성 질소 1 mg에 대하여 2.47 mg의 메탄올이 필요하다. 또한 생물학적 방법은 세포 합성을 고려하지 않을 경우 하기 계산식 1에 따라 환산하였을 때 1.9 mg의 메탄올을 지속적으로 공급해 주어야 한다는 경제적, 기술적인 문제점을 지니고 있다.
[계산식 1]
Cm = 2.47NO3 -1-N + 1.53NO2 -1-N + 0.87DO
상기에서 Cm은 필요한 메탄올값(mg/L)이고, NO3 -1-N는 제거될 질산성 질소의 농도(mg/L)를, NO2 -1-N는 제거될 아질산성 질소의 농도(mg/L)를, DO는 소모되는 산소수치(mg/L)를 나타낸 것이다.
선택적 이온 교환법, 암모니아 탈기법, 파과점 염소 주입법, 역삼투법, 전기투석법 등의 물리적인 방법은 하수 및 폐수내의 질산성 및 아질산성 질소의 질소로의 탈질화가 아닌 수중의 질산성 및 아질산성 질소로의 오염을 사전에 방지하는 방어책일 뿐 실제 질산성 및 아질산성 질소의 질소로의 탈질화 방법은 아니다.
한편 공지된 질산성질소의 제거방법으로는 대한민국 특허 출원 제 98-17342호가 있으며 여기에선 나노 크기의 환원성 철가루를 이용한 질산성 질소 제거방법을 제시하였다. 하지만 철가루를 제조하는데 있어서 소모되는 비용이 높아 경제적 제한이 있으며 또한 생산량이 소량이므로 대규모 하수처리장 또는 산업용 폐수처리장의 수급면에서 문제점을 안고 있는 실정이다.
따라서, 본 발명은 수계의 질산성 질소와 아질산성 질소를 탈질 할 수 있는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 수처리에 있어서 경제적이고도 고효율의 탈질방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 철 스크랩에 대한 알루미늄 스크랩 비율이 20 : 1일 때 본 발명의 탈질장치가 질산성 질소와 아질산성 질소를 제거하는 효율을 측정하여 도시한 것이고,
도 2는 본 발명의 탈질화 장치의 모식도를 도시한 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 수계 질산성 질소와 아질산성 질소의 제거용 철 스크랩과 알루미늄 스크랩을 포함하는 금속 조성물을 제공한다.
또한 본 발명은 (a) 반응조에 금속 조성물을 넣고 염산으로 상기 금속 조성물을 산세척하는 단계, (b) 상기 반응조의 염산을 제거하고 물로 수세하여 pH를 산세척 이전과 동일하게 적정하는 수세단계, (c) 수세가 끝난 금속 조성물을 반응조내에 충진시킨 다음 오염수를 반응조 하단부의 유입부를 통하여 유입시키고 처리수는 상단부의 유출수 관을 통하여 나가도록 하는 오염수의 탈질화단계 및 (d) 상기 반응조에서 유출되는 처리수는 산을 처리하여 유출수관에서 pH가 6 내지 8로 적정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 질산성 질소 및 아질산성 질소를 탈질시키는 방법을 제공한다.
또한 본 발명은 금속 조성물로 충진되어진 반응조(3)의 하단에 유입관(2)이 연결되어 있고, 상기 유입관 입구에 오염수의 속도를 조절하는 펌프(1)가 있고, 상기 반응조의 상단에 탈질된 처리수가 이동하는 슬러지받이(4)가 연결되어 있고, 상기 슬러지받이에 pH 미터(5)가 장착된 유출관(6)이 연결되어 있는 것을 특징으로하는 도 2의 탈질장치를 제공한다.
이하 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명자들은 기존의 선발명인 나노크기의 철가루의 단가가 마이크로 크기의 철가루에 비하여 250 내지 300배정도 비싸 질산성 질소(NO3 --N) 및 아질산성 질소(NO2 --N)의 탈질화에 실제적인 실용성이 없음에 착안하여 본 발명을 완성하였다. 본 발명은 탈질을 위하여 폐기물로 배출되는 금속 스크랩을 이용하였다. 금속 스크랩은 환원철가루를 이용한 발명이 생산단가가 비싸고 생산량이 소량이어서 대규모의 하수처리장 또는 산업용 폐수처리장의 공정적용시 수급면에서 문제를 안고 있으며, 처리가능 농도의 범위가 작아 현장 적용에 비효율적인 철가루에 비하여 제조단가가 800배 내지 1000배나 절약되며 산업폐기물을 유용하게 활용하여 실제 오염수 처리공정에 적용할 수 있다. 또한 금속 스크랩의 여러 종을 이용하여 탈질효율을 높일 수 있다.
본 발명은 수계 질산성 질소 또는 아질산성 질소를 탈질할 수 있는 금속 스크랩을 포함하는 금속 조성물을 제공한다. 상기 수계는 하수, 폐수, 지하수 및 오수가 바람직하고, 금속 조성물은 철공소 등에서 수거되는 금속 스크랩이 바람직하고 절삭 또는 연마과정에서 나오는 부산물인 철 스크랩, 알루미늄 스크랩이 더욱 바람직하다. 본 발명의 금속 조성물은 철 스크랩 대 알루미늄 스크랩 질량비 20 : 1 내지 10 : 1 의 비율로 하거나, 부피비로는 4 : 1 내지 1 : 1의 비율이 바람직하다. 상기 철 스크랩 대비 알루미늄 스크랩 비율은 반응조내 질산성 및 아질산성 질소의 농도가 높을수록 철 또는 알루미늄의 비율을 높게 조절하는 것이 바람직하다. 또한 금속 조성물은 도료 또는 중합제로 사용되는 아연의 스크랩, 아연가루, 합금원료로 사용되는 주석을 금속 조성물에 10 내지 20 중량%로 더욱 포함한다.
본 발명의 질산성질소 또는 아질산성 질소의 제거방법은 (a) 반응조에 철 스크랩과 알루미늄 스크랩을 포함하는 금속 조성물을 넣고 1 내지 4 %의 염산을 채운 다음 상기 금속 조성물을 산세척하는 단계, (b) 상기 반응조의 염산을 제거하고 물로 수세하여 pH를 산세척 이전과 동일하게 적정하는 수세단계, (c) 수세가 끝난 금속 조성물을 반응조내에 충진시킨 다음 오염수를 반응조 하단부의 유입부를 통하여 유입시키고 처리수는 상단부의 유출수 관을 통하여 나가도록 하는 오염수의 탈질화단계, 및 (d) 상기 반응조에서 유출되는 처리수는 산을 처리하여 유출수관에서 pH가 6 내지 8로 적정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 철 스크랩과 알루미늄 스크랩을 포함하는 금속 조성물은 철 스크랩 대 알루미늄 스크랩 질량비가 20 : 1 내지 10 : 1 의 비율이거나, 부피비로는 4 : 1 내지 1 : 1의 비율이 바람직하다. 상기 철 스크랩 대비 알루미늄 스크랩 비율은 반응조내 질산성 및 아질산성 질소의 농도가 높을수록 철 또는 알루미늄의 비율을 높게 조절하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명의 탈질방법은 금속 조성물의 전처리과정인 유막제거단계를 더욱 포함한다. 본 발명의 금속 조성물은 절삭 또는 연마과정에서 밀링과의 마찰을 줄이고 기계의 손상과 마모를 줄이고자 절삭유라는 유기용제를 사용하므로 금속 조성물의 표면에 절삭유가 도포되어 유막이 형성되어 있다. 이러한 금속 조성물의 유막은 금속의 표면반응에 저해효과를 주므로 유막을 제거하는 과정을 거치게 된다. 금속 조성물의 유막제거 과정은 통상적으로 탈지라 칭하고 있으며 본 발명의 금속 조성물의 유막제거는 휘발성 용제, 알칼리 용제 및 열로 이루어진 군으로부터 선택되어진 것을 사용하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 열을 이용하여 절삭유의 인화점인 190 ℃ 이상으로 가열하여 금속 조성물 표면에 코팅된 유막을 제거하는 것이 바람직하다. 본 발명의 철 스크랩은 250 내지 350 ℃에서 약 5분간을 유지하고 알루미늄 스크랩은 250 ℃에서 약 5분간 유지하여 탈지하는 것이 가장 바람직하다.
본 발명의 상기 (a)단계와 (b) 단계는 철공소 등에서 수집한 금속 조성물을 세척하는 방법으로 금속 조성물에 붙어있는 불순물을 제거하여 금속 조성물의 탈질반응의 효율을 높이고, 수세를 실시함으로써 상기 (a)단계에서 산세로 낮아진 pH를 정상운용의 상태인 pH 5이상으로 회복시키고, 금속 조성물 표면에 남아있는 염산을 제거하여 쉽게 부식되는 것을 미연에 방지한다. 상기 산세척 과정에서는 염산을 채운 다음 30분 내지 1시간 방치하거나 오염수의 유입구에 산세척용 염산용액을 1시간동안 흘려주어 실시하는 것이 바람직하다. 상기 산세척으로 금속 조성물 표면에서 이탈된 불순물들은 물에 용해되거나 또는 수압(아주 낮음, 즉 흐르는 물 수준)에 의하여 제거되어진다.
또한 상기 (a) 단계와 (b) 단계는 본 발명의 탈질방법으로 실시하였을 때 탈질화 과정에서 생성되는 부산물들에 의하여 반응 효율이 낮아지는 것을 방지하기위하여 반응조내에 충진된 금속 조성물을 대상으로 더욱 실시한다. 상기 산세척의 실시주기는 반응조내의 질산성 및 아질산성 질소의 농도에 따라 상이하나 오염수를 탈질한 다음 오염수의 유입수 대비 처리 효율이 20 %미만이거나 기준치 이상으로 유출된 경우, 또는 통상 2주에서 3주를 주기로 산세척하는 것이 바람직하며 방법은 상기 (a), (b)단계와 동일하다.
본 발명의 탈질방법은 오염수 내에 포함된 아질산성 질소 또는 질산성 질소를 탈질하여 오염수를 정화시킬 뿐만 아니라 기존의 미생물을 이용한 생물학적 방법의 유기탄소원의 지속적인 공급과 나노 크기의 금속철만을 이용한 방법에서 야기되는 경제적 문제를 해결하고 산업폐자원을 재활용할 수 있는 방법이다.
또한 본 발명은 탈질장치를 제공한다. 본 발명의 탈질장치는 도 2에 도시한 바와 같이, 펌프(1), 유입관(2), 반응조(3), 슬러지받이(4), pH 미터(5) 및 유출관 (6)을 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 탈질장치는 가장 기본적인 기구로 더욱 응용, 개발하여 사용할 수 있다. 상기 탈질장치는 반응조에 철 스크랩과 알루미늄 스크랩을 포함하는 금속 조성물로 충진되어 있으며, 펌프를 이용하여 오염수가 유입관을 통하여 유입된다. 이 때 상기 펌프는 오염수의 농도에 따라 유입속도를 조절하여 반응조내의 오염수의 체류시간을 조절한다. 오염수의 유입속도는 오염정도에 따라 달라진다. 상기 반응조에서 유출되는 처리수는 반응조 상부의 톱니모양을 통하여 원형판의 슬러지받이로 이동된 다음 pH 미터를 거쳐 유출관으로 유출되어진다. 상기 슬러지받이는 반응조에서 유출되는 처리수에 포함된 슬러지를 축적시켜 유출관을 통하여 슬러지가 유출되는 것을 방지한다. 또한 상기 pH 미터는 유출관에 설치되어 있어 처리수의 pH를 7 내지 8.5로 적정한다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐 본 발명이 하기의 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
발명에 사용된 시료 및 금속 조성물 :
철과 알루미늄 스크랩은 철공소에서 연마, 절삭 과정에서 나오는 스크랩을 이용하였다. 이 때의 철 스크랩은 탄소강으로 알려진 금속철로서 0.45 내지 0.60 %의 탄소가 포함되었으며, 0.5 % 미만의 규소와 망간이 함유되어 있고 둥글게 말려진 스텐레스 수세미 모양이다. 알루미늄 스크랩은 기타 불순물이 포함되지 않은 알루미늄 단괴를 절삭하는 과정에서 나오는 스크랩을 사용하였다. 이 역시 스텐레스 수세미 형태이다. 이들은 절삭과정에서 다량의 절삭유가 묻어 있었으며 이 절삭유는 전처리 과정을 거쳐 제거 후 건조하여 사용하였다. 상기 전처리 과정은 통상적인 탈지방법 중 열을 이용한 방법으로 실시하였다. 철 스크랩은 250 내지 350 ℃에서 약 5분간을 유지하고, 알루미늄은 250 ℃에서 약 5분간 유지시켜 스크랩 표면에 코팅된 절삭유막을 제거하였다.
탈질반응: 철과 알루미늄 스크랩을 2.5 %로 희석된 염산용액을 이용하여 1시간 산세척 한 후 물을 이용한 수세과정을 거쳐 pH를 산세척 이전의 pH 5이상 수준으로 조절한다. 상기와 같이 산처리한 금속 스크랩을 반응조에 철 스크랩 대비 알루미늄 스크랩을 질량비 20 : 1의 비율로 충진하고, 오염수는 펌프를 이용하여 반응조 내의 체류시간이 2시간에서 10시간 유지할 수 있는 유속으로 흘려주면서 반응조내에 충진된 금속 스크랩과 상온에서 접촉시켰다. 탈질된 오염수는 반응조의 상단부의 유출관을 통하여 pH를 7로 적정하여 배출하였다. 탈질효율은 질산성 또는 아질산성 질소를 이온 크로마토그래피(Waters, USA)로 분석하였다.
[실시예 2]
금속 조성물인 철과 알루미늄 스크랩의 질량비를 10 : 1로 조정한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
[실시예 3]
오염수를 탈질한 다음 오염수의 유입수 대비 처리 효율이 20 %미만이거나 기준치 이상으로 유출될 경우 반응조내의 금속 조성물은 산세척과 동일한 과정을 통하여 표면의 처리를 실시하거나 오염수의 유입구에 산세척용 염산용액을 흘려주어 1시간의 체류시간이 지난 뒤 물로 수세한 다음 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
[실시예 4]
상기 실시예 1의 철과 알루미늄이 20 : 1로 혼합된 금속 조성물에 아연가루를 10 중량%로 혼합한 다음 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.
[실시예 5]
상기 실시예 1의 철과 알루미늄이 20 : 1로 혼합된 금속 조성물에 아연덩어리를 10 중량%로 혼합한 다음 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.
[실시예 6]
상기 실시예 1의 철과 알루미늄이 20 : 1로 혼합된 금속조성물에 주석 가루를 10 중량%로 혼합한 다음 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.
[실험예]
상기 실시예 1, 실시예 2, 실시예 4, 실시예 5, 실시예 6을 현장에 적용하여 탈질효율을 확인하였다. 오염수는 실제 하수처리장의 초기 유입수에 고농도상에서의 실험을 위하여 질산성 질소를 150 ppm으로 아질산성 질소를 250 ppm으로 조정하여 사용하였으며 이하 실험은 실시예 1과 동일하게 시행하였다. 하기 표 1은 본 발명의 실시예 1과 실시예 2의 탈질반응의 효율을 나타낸 것이다.
[표 1]
체류시간 실시예 1 실시예 2
질산성 질소(NO3 -1-N) 아질산성 질소(NO2 -1-N) 질산성 질소(NO3 -1-N) 아질산성 질소(NO2 -1-N)
0 150 ppm 250 ppm 150 ppm 250 ppm
2 119 ppm 163 ppm 97 ppm 131 ppm
4 92 ppm 89 ppm 63 ppm 75 ppm
6 63 ppm 52 ppm 25 ppm 29 ppm
8 28 ppm 19 ppm 6 ppm 4 ppm
10 4 ppm 2 ppm 0 ppm 0 ppm
상기 표 1에 나타난 바와 같이, 하수처리장 유입수의 국내 평균 총 질소량 기준 약 8 - 10배의 고농도의 질산성 및 아질산성 질소의 오염수를 제조하여 실시한 결과, 체류시간 8시간 이후 80 %이상의 처리효율을 보였다. 또한 알루미늄 스크랩 양을 늘릴수록 처리효율이 향상됨을 나타내지만 양을 10 : 1 이상으로 늘리면 장기운용에 있어 알루미늄 스크랩이 탈질화시 생성하는 산화물이 반응효율을 급격히 저해시킬 염려가 있었다.
도 1은 본 발명의 금속 조성물에 포함되는 철 스크랩에 대한 알루미늄 스크랩 비율이 20 : 1일 때 본 발명의 탈질장치가 질산성 질소와 아질산성 질소를 제거하는 효율을 측정하여 도시한 것으로, ●는 질산성 질소의 반응조에서 1일 경과시 제거율(mg/L)을, ○는 아질산성 질소의 반응조에서 1일 경과시 제거율(mg/L)을, ▼는 질산성 질소의 반응조에서 14일 경과시 제거율(mg/L)을, ▽는 아질산성 질소의 반응조에서 14일 경과시 제거율(mg/L)을, ■는 질산성 질소의 14일 후 산세척한 반응조에서 제거율(mg/L)을, □는 아질산성 질소의 14일 후 산세척한 반응조에서 제거율(mg/L)을 각각 나타낸 것이다. 도 1에 의하면 철과 알루미늄 스크랩을 질량비 20: 1로 처리 할 경우 14일 경과 후 동일한 오염수에 대하여 반응조내의 처리효율이 약 15 - 20 % 가량 감소되었다. 하지만 반응의 경과에 따라 처리효율이 감소 할 경우 실시예 3과 같이 염산용액을 이용하여 산세척하여 초기와 유사한 반응효율을 유지 할 수 있다.
하기 표 2는 실시예 4, 실시예 5 및 실시예 6의 탈질정도를 나타낸 것이다.
[표 2]
체류시간 실시예 4 실시예 5 실시예 6
질산성 질소(NO3 -1-N) 아질산성 질소(NO2 -1-N) 질산성 질소(NO3 -1-N) 아질산성 질소(NO2 -1-N) 질산성 질소(NO3 -1-N) 아질산성 질소(NO2 -1-N)
0 150 ppm 250 ppm 150 ppm 250 ppm 150 ppm 250 ppm
2 103 ppm 142 ppm 120 ppm 151 ppm 125 ppm 174 ppm
4 57 ppm 76 ppm 82 ppm 95 ppm 101 ppm 106 ppm
6 14 ppm 21 ppm 44 ppm 71 ppm 57 ppm 77 ppm
8 3 ppm 0 ppm 23 ppm 22 ppm 13 ppm 29 ppm
10 0 ppm 0 ppm 0 ppm 5 ppm 0 ppm 11 ppm
상기 표 2에 나타난 바와 같이, 실시예 4는 금속조성물에 아연가루를 더욱 혼합함으로써 철과 알루미늄을 포함하는 금속 조성물에 비하여 탈질정도가 우수하였다. 또한 실시예 5와 실시예 6은 실시예 1과 거의 비슷한 효과를 나타내었다.
또한 구리시 생활 하수처리장에 유입되는 오염수를 사용하여 현장에 직접 적용하였다. 이하 실험은 상기 실시예 1과 동일하게 시행하였다. 그 결과 질산성 질소가 17.7 ppm이고 아질산성 질소가 7.8 ppm인 생활 하수는 반응조내에서 체류시간 1시간 이내에 완전 처리되었다.
[비교예]
철과 알루미늄의 혼합 스크랩을 대신하여 철 스크랩만을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1, 2와 동일하게 실험하였고, 결과는 표 3에 나타내었다.
[표 3]
체류시간 철 스크랩
질산성 질소(NO3 -1-N) 아질산성 질소(NO2 -1-N)
0 150 250
2 142 204
4 129 179
6 106 152
8 95 138
10 74 103
상기 표 3에 나타난 바와 같이, 철 스크랩만을 이용할 경유 체류시간 10시간 후 질산성 질소의 51 %가, 질산성 질소의 69 %가 탈질되었다. 이러한 결과는 실험예의 본 발명의 금속 조성물의 탈질효율에 비하여 현저히 낮은 수치였다.
상기에 언급한 바와 같이, 본 발명의 철 스크랩과 알루미늄 스크랩을 포함하는 금속 조성물을 이용한 탈질방법은 과량의 질산성 질소와 아질산성 질소로 오염된 피혁공장, 축산폐수, 비료공장과 하수종말처리장 등의 오염수를 효과적으로 탈질한다. 또한 본 발명의 금속 조성물을 이용한 탈질방법은 기존의 미생물을 이용한 생물학적 방법의 유기탄소원의 지속적인 공급과 나노 크기의 금속철만을 이용한 방법에서 야기되는 경제적 문제를 해결하고 산업폐자원을 재활용할 수 있다.

Claims (9)

  1. (삭제)
  2. (삭제)
  3. (a) 반응조에 철 스크랩과 알루미늄 스크랩을 포함하는 금속 조성물을 넣고 염산으로 상기 금속 조성물을 산세척하는 단계;
    (b) 상기 반응조의 염산을 제거하고 물로 수세하여 pH를 산세척 이전과 동일하게 적정하는 수세단계;
    (c) 수세가 끝난 금속 조성물을 반응조내에 충진시킨 다음 오염수를 반응조 하단부의 유입부를 통하여 유입시키고 처리수는 상단부의 유출수 관을 통하여 나가도록 하는 오염수의 탈질화단계; 및
    (d) 상기 반응조에서 유출되는 처리수는 산을 처리하여 유출수관에서 pH가 6 내지 8로 적정하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 질산성 질소 및 아질산성 질소를 탈질시키는 방법.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 금속 조성물은 도료 또는 중합제로 사용되는 아연의 스크랩, 아연가루 및 주석으로 이루어진 군으로 부터 1종이상 선택된 것을 10 내지 20 중량%로 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 질산성 질소 및 아질산성 질소를 탈질시키는 방법.
  5. 제 3항에 있어서, 상기 탈질시키는 방법은 (a) 단계 이전에 상기 금속 조성물을 절삭유의 인화점인 190 ℃ 이상으로 가열하여 금속 조성물 표면에 코팅된 유막을 제거하는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 질산성 질소 및 아질산성 질소를 탈질시키는 방법.
  6. 제 3항에 있어서, (c)단계에서 반응조내에 충진하는 금속 조성물은 철 스크랩 대 알루미늄 스크랩을 20 : 1 내지 10 : 1 질량비로 포함하는 것을 특징으로 하는 질산성 질소 및 아질산성 질소를 탈질시키는 방법.
  7. 제 3항에 있어서, (c)단계에서 반응조내에 충진하는 금속 조성물은 철 스크랩 대 알루미늄 스크랩을 4 : 1 내지 1 : 1 부피비로 포함하는 것을 특징으로 하는 질산성 질소 및 아질산성 질소를 탈질시키는 방법.
  8. 제 3항에 있어서, (c)단계는 오염수 내의 질산성 질소 또는 아질산성 질소를 질소로 탈질화시키는 것을 특징으로 하는 질산성 질소 및 아질산성 질소를 탈질시키는 방법.
  9. 금속 조성물로 충진되어진 반응조(3)의 하단에 유입관(2)이 연결되어 있고, 상기 유입관 입구에 오염수의 속도를 조절하는 펌프(1)가 있고, 상기 반응조의 상단에 탈질된 처리수가 이동하는 슬러지받이(4)가 연결되어 있고, 상기 슬러지받이에 pH 미터(5)가 장착된 유출관(6)이 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 도 2의 탈질장치.
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