KR100520132B1

KR100520132B1 - 색도 제거제 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR100520132B1
Application number: KR10-2003-0098117A
Authority: KR
Inventors: 김구수
Original assignee: 김진경
Priority date: 2002-12-31
Filing date: 2003-12-27
Publication date: 2005-10-10
Also published as: KR20040062402A

Abstract

본 발명은 각종 산업 오폐수의 색도성분을 제거하기 위한 색도 제거제 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 상기 색도 제거제는 디시아노디아미드, 염화암모늄, 포르말린 및 키토산으로 이루어진 디시아노디아미드 용액에 셀룰로오스 유도체 용액을 가하여 반응시킨 후 겔화하고 건식 분쇄시킴으로써 제조된다. 본 발명에 따른 색도 성분 제거용 폐수처리제는 식물 섬유소인 셀룰로오스를 주원료로 사용함으로써 오폐수의 색도를 제거하는 공정을 수행한 후에 색도 제거제의 잔류로 인한 2차 오염이 발생하지 않아 색도 성분 제거 처리 공정 후 별도의 색도 제거제 제거 공정이 필요하지 않으며, 1회의 투여만으로도 탁월한 색도 제거 효과를 나타내어 종래의 색도 처리제에 비하여 경제적인 효과가 있다.

Description

색도 제거제 및 그 제조방법{Decolorant and method for preparing thereof}

본 발명은 폐수의 색도성분을 제거하기 위한 색도 제거제 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로는 각종 산업 폐수 및 축산 오폐수를 정화하기 위하여 셀룰로오스 유도체를 함유하는 주원료로 사용하여 폐수 중에 용존된 각종 색도 성분을 1회 처리로 효과적으로 고착 제거하고 2차적 추가 처리를 필요로 하지 않는 환경 친화적인 색도 성분 제거용 폐수처리제 및 그 제조방법에 관한 것이다.

산업의 발달로 인하여 인간은 물론 인간을 둘러싼 환경에 대한 공해의 유해성은 날로 심각해져 가고 있으며, 이로 인하여 각종 환경단체 및 개인들은 자연 환경과 인간 환경에 대한 공해의 발생을 줄이려는 노력과 함께 산업활동에 수반하여 발생하는 산업폐기물을 효과적으로 처리, 감소시키려는 노력 또는 중요한 과제로 인식하고 있다.

산업폐기물은 폐산, 폐알칼리, 폐유기제, 폐유, 슬러지, 폐석면, 폐농약, 폐합성고분자화합물 등 그 종류가 매우 다양하며, 그 다양한 종류 만큼 폐기물을 처리 및 제거하는 것 또한 상당한 노력과 비용이 요구된다.

종래 산업폐수를 처리하기 위한 방법으로는 중력침강, 모래여과, 스트리핑, 활성탄 흡착법 등의 물리학적인 응집처리법, pH 중화, 응집침강, 전기분해, 산화/환원, 살균 등의 화학적인 응집처리법 및 활성슬러지법, 설수여상, 고정상 및 유동상 매질을 이용한 생물막 반응기 등을 이용한 생물학적 응집처리법이 있다.

그러나 인간 사회의 거대화 및 산업의 급진적 발달에 따라 종래의 1차적 처리만으로는 용이하게 분해 및 제거되지 않는 난분해성 오염물질 또한 증가하게 되었으며, 이에 따라 오염 물질의 양 및 종류에 따라 2차, 3차, 4차의 추가 처리를 할 필요가 발생하고 있다.

특히 각종 산업폐수 및 축산 오폐수, 미처리된 하수 중에는 각종 색소 성분이 포함되어 있으나,

색도 성분의 경우 다른 오염원과는 달리 미량이라도 폐수 중에 존재하고 있어도 민원의 발생 대상이 되기 때문에 최근에는 수처리 분야에서 색도 성분의 제거 및 처리는 각종 유기 물질을 비롯한 오염물질의 제거 못지않게 매우 중요하다.

따라서, 이들 색도성분은 종래의 응집 처리만으로는 응집되지 않는 난처리 성분으로서 보다 전문적이고 세심한 처리를 요하며, 색도 성분 자체가 각종 유기 물질 및 유해 성분들을 포함하여 심각한 환경오염 원인이 될 수 있음에도 불구하고, 일반 오염 물질의 처리에 비하여 색도 처리에 관한 종래의 기술은, 다른 유기물질의 제거에 부수하여 처리되는 정도로 빈약한 편이었다.

한국공고특허 347460호에서는 소석회, 황산마그네슘을 포함하는 수처리용 무기물 응집제 조성물을 개시하고 있고, 한국공개특허 1990-1000001호에는 마그네슘 화합물과 규산소다, 알루미늄 화합물을 함유하는 염색폐수 중 색도 및 COD 제거용 조성물을 개시하고 있으나, 상기의 방법들을 포함한 대부분의 방법은 실제 적용 시 색도 성분의 처리가 완전하지 않아 잔류한 미세한 색도성분으로 인하여 폐수의 색도가 시각적으로 없어지지 않는 문제점이 있고, 이러한 이유로 인하여 수차례의 색도 제거 처리를 해야 하는 번거로움이 있다.

한편, 본 발명의 발명자들은 머서화된 셀룰로오스 유도체에 음이온 또는 양이온 교환체 작용기를 부가하고 금속이온은 블렌딩하여 합성한 다기능성 구조의 셀룰로오스를 이용한 폐수처리용 이온교환제를 발명한바 있으나, 상기의 다기능성 구조의 셀룰로오스만으로는 색도성분을 효율적으로 제거하는 데는 한계가 있다.

일반 폐수처리 공정과 달리 전문성과 세심한 주의를 요하는 색도 제거 기술로서 종래의 기술이 갖는 한계점을 극복하고, 좀 더 간단하고 확실하게 폐수로부터 색도 성분을 흡착 제거할 수 있는 색도 성분 제거용 폐수처리제에 대한 요구가 있어 왔으며, 따라서 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로 1회 투여만으로 색도 제거의 뛰어난 효과를 나타내며, 색도 제거제의 성상이 미세분말로서 운반이 용이하고 장기 보전성도 뛰어나 유통이 용이한 색도 제거제 및 그 제조방법을 제공하는 것을 발명의 목적으로 한다.

본 발명의 또 다른 목적은 1회성 투여만으로 색도 성분의 흡착 제거 효과가 뛰어나 폐수의 처리수 성상이 맑고 청결하며 고비용 및 난처리성의 고농도 색도 성분 폐수로부터 간단하게 색도성분을 제거하여 환경오염 방지 측면에서 큰 효과가 기대되는 색도 제거제 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

특히, 셀룰로오스를 주원료로 사용함으로써 오폐수의 색도를 제거하는 공정을 수행한 후에 색도제거제의 잔류로 인한 2차 오염이 발생하지 않아 색도성분제거 처리 공정 후 별도의 색도제거제 제거 공정이 필요하지 않도록 하는 환경 친화적인 색도 제거제 및 그 제조방법을 제공하는 것 또한 본 발명의 목적이다.

상기 한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 색도 제거제는 셀룰로오스 유도체와 디시아노디아미드(dicyanodiamide, DCDA), 염화암모늄, 포르말린 및 키토산으로 구성되는 디시아노디아미드 용액을 가하여 반응시키고 겔화 및 분쇄한 것을 특징으로 한다.

상기의 셀룰로오스 유도체는 수산화나트륨으로 머서화한(mercerized) 활성 셀룰로오스를 N,N-디메틸아세트아미드(DMAc)의 유기용제에 염화리튬(LiCl)을 촉매로 사용하여 반응시킨 후 기화 및 응축시킴으로써 제조된다. 이 과정에서 머서화된 셀룰로오스는 유기용매에 거의 녹지 않으나 N,N-디메틸아세트아미드(DMAc)와 함께 염화리튬을 촉매로 첨가하여 10시간 이상 교반하여 주면 용해된다.

본 발명의 색도 제거제의 또 다른 구성 성분인 디시아노디아미드 용액은 디시아노디아미드(DCDA) 분말, 염화암모늄, 포르말린 및 키토산의 혼합용액으로 구성되는데, 이들은 셀룰로오스 유도체 용액과 결합하여 강력하게 색도 제거를 하는 작용효과를 나타나도록 하는 역할을 한다.

상기 디시아노디아미드 용액의 조성은 디시아노디아미드(DCDA) 분말 20-35 중량부, 염화암모늄 10-25 중량부, 포르말린(프름알데히드 37% 수용액) 45 - 60 중량부 및 키토산 1 - 5 중량부가 바람직하며, 특히 디시아노디아미드(DCDA) 분말 25-30 중량부, 염화암모늄 15-20 중량부, 포르말린 50 - 55 중량부 및 키토산 2.5 - 3.5 중량부가 더욱 바람직하다.

본 발명에 따른 색도 제거제는 셀룰로오스 유도체 80 - 95 중량부와 디시아노디아미드 용액 5 - 20 중량부를 반응시켜 제조되며, 디시아노디아미드 용액이 5 중량부 이하이거나 20 중량부 이상이면 색도 제거의 효과가 현저히 떨어진다.

상기 셀룰로오스 유도체와 디시아노디아미드 용액의 반응에 의한 색도 제거제의 제조단계는 다음과 같다.

1) 머서화한 활성 셀룰로오스 분말을 5 - 10 중량부를 반응조에 넣고 촉매로서 염화리튬 0.1-0.3 중량부를 유기용제로서 DMAc 300 - 500 중량부와 함께 반응기에 투입하여 반응기의 온도를 90℃로 유지하면서 12시간동안 대기압에서 반응시켜 셀룰로오스 유도체 용액을 제조한다.

2) 디시아노디아미드(DCDA) 백색 분말 30 중량부, 염화암모늄 15-20 중량부, 포르말린 50 - 55 중량부 및 키토산 2.5 - 3.5 중량부의 혼합용액을 30-50℃의 온도에서 약 2-4시간 동안 가열한 다음 열을 차단하였다. 이 과정에서 100-130℃의 고열이 발생하며, 1-3시간 후 80-100℃로 반응물의 온도가 강하한 다음 2-4시간 정도 추가로 더 반응시키고 일정 시간 동안 방치하여 디시아노디아미드 용액을 제조한다.

3) 1) 단계에서 제조한 셀룰로오스 유도체 용액 80-95 중량부와 2) 단계에서 제조한 디시아노디아미드 용액 5-20 중량부를 반응기에 투입한 후 상온에서 혼합기로 교반하면서 반응시켜 겔화시킨다.

4) 이렇게 얻어진 셀룰로오스를 주성분으로 하는 색도 제거용 조성물을 건식 분쇄한 다음 분급하여 미세분말 형태로 본 발명의 색도 제거제를 제조한다.

본 발명에 따른 색도제거제는 통상의 폐수처리 방법에서 폐수 처리제를 투입하는 방법과 유사한 방법으로 사용할 수 있다.

색도제거제의 투입량은 폐수의 색도 정도에 따라 달라지지만 통상적인 폐수를 기준으로 할 때 처리하고자 하는 폐수 리터당 0.05 내지 1g 정도의 1회 투입으로 색도 제거의 효과를 얻을 수 있다. 폐수에의 투입 후 색도제거제의 응집 효과로 인하여 폐수가 상등액과 침전액으로 분리되며, 통상의 적절한 방법으로 침전액을 분리할 수 있다.

본 발명은 별도의 실시예가 없이도 당업자라면 용이하게 이해할 수 있고 실시할 수 있는 것이나 본 발명을 예시하기 위한 하나의 보기로서 하기와 같이 실시예를 통해서 설명하면 다음과 같으며, 본 발명은 이러한 실시예에만 한정되는 것이 아님은 당연한 것이다.

[실시예 1]

색도 제거제의 제조

셀룰로오스 유도체 용액의 제조

150 Mesh의 머서화한 활성 셀룰로오스 분말 8.0㎏을 계량하여 반응조에 넣고 촉매로서 염화리튬 160g을, 유기용제로서 DMAc 400㎏을 계량하여 투입하여 온도를 90℃로 유지하면서 12시간동안 반응시켜 셀룰로오스 유도체 용액을 제조하였다.

디시아노디아미드 용액의 제조

디시아노디아미드(DCDA) 백색 분말 271g, 염화암모늄 172.3g, 포르말린(37% 포름알데히드 수용액) 527.5g 및 키토산 29.2g을 계량하여 반응조에 투입한 다음 약 40℃로 가열한 다음 열을 차단하였다. 이 과정에서 120℃의 고열이 발생하며, 약 2시간 후 90℃로 열이 강하한 다음 3시간 정도 더 반응시키고 일정 시간 동안 방치하여 표제의 디시아노디아미드 용액을 제조하였다.

색도 제거제의 제조

앞서 제조한 셀룰로오스 유도체 용액 9.0Kg과 디시아노디아미드 용액 1.0Kg을 계량하여 반응조에 넣고 상온에서 혼합기로 교반하면서 반응시켜 겔화시키고, 이렇게 얻어진 셀룰로오스를 주성분으로 하는 색도 제거용 조성물을 콜로이드밀로 건식 분쇄한 다음 150 Mesh의 체를 통과시켜 미세분말 형태로 본 발명의 색도 제거제를 얻었다.

[실시예 2]

실시예 1에서 제조한 셀룰로오스 유도체 용액과 디시아노디아미드 용액을 8.5:1.5의 중량 비율로 사용한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 색도제거제 조성물을 제조하였다.

[실시예 3]

본 발명에 따른 색도 제거제를 사용한 폐수처리 예

실시예 1와 실시예 2에서 제조한 색도 제거제 조성물의 성능을 평가하기 위하여 색도가 2500인 폐수 원액 1L를 2L 비이커에 넣고, 실시예 1과 실시예 2에서 제조한 조성물를 500mg을 첨가한 후 교반장치로 40rpm으로 1시간 교반한 후 상등액과 침전액이 분리되면 상등액을 취하여 처리 후의 색도를 측정하였다.

실시예 1에서 제조한 색도 제거제 조성물의 첨가에 의한 폐수의 처리 전과 처리 후의 총 질소 제거율은 1시간 경과시 2500에서 80으로 색도제거율이 97% 이었으며, 실시예 2에서 제조한 색도 제거제 조성물의 첨가에 의한 폐수의 처리 전과 처리 후의 색도 제거율은 2500에서 100으로 96% 정도 제거되었다.

상기의 결과에서 알 수 있듯이 본 발명에 따른 색도 제거제는 1회 투여만으로도 색도 성분이 효과적으로 제거되어 처리 후 처리수 성상이 맑고 청결한 우수한 효과를 보였다.

또한 본 발명에 따른 색도 제거제는 1회 투입으로도 만족할 만한 색도제거 효과를 낼 수 있으므로 효율별 사용량 금액은 종래의 생물학적 처리비용에 비하여 오히려 저렴한 경제적 효과를 나타낸다.

종래의 화학적 물리적 유기물질 및 색도 처리제의 경우 처리제 자체가 2차적 공해 물질이 되었던 것과는 달리 본 발명에 따른 색도 제거제의 주요 구성 성분인 셀룰로오스는 자연계에서 석탄에 이어 다량으로 존재하는 유기화합물로서 공업적으로 중요한 자원으로서, 셀룰로오스는 식물 섬유소로서 그 자체가 공해 원인 물질이 되지 않기 때문에 처리제의 제거를 위한 2차 처리가 필요 없는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 색도 제거제는 1회성 투여만으로 탁월한 색도 제거 효과를 나타내어 색도 제거 효율별 사용량이 유리하고, 또한 본 발명의 색도 제거제의 경우 처리수의 수질 관리가 용이해지므로 공정 관리 및 폐수처리 시스템의 운전이 편리해지며, 1회 투여로 충분한 색도 제거 효과를 얻을 수 있어 색도 제거 공정에 특별한 관리가 요구되지 않으므로 경제적인 면에서 효과가 있다.

또한 본 발명의 색도 제거제는 미세분말 형태로 보관 및 운반이 용이하고 장기 보관성이 좋으므로 유통이 용이하다는 장점을 갖는다.

Claims

수산화나트륨으로 머서화한 활성 셀룰로오스를 N,N-디메틸아세트아미드 (DMAc)의 유기용제와 염화리튬(LiCl)을 촉매로 사용하여 처리한 셀룰로오스 유도체 용액 80 내지 95 중량부와 디시아노디아미드(DCDA) 분말 20 내지35 중량부, 염화암모늄 10 내지 25 중량부, 포르말린 45 내지 60 중량부 및 키토산 1 내지 5 중량부를 반응시키켜 제조된 디시아노디아미드 용액 5 내지 20중량부를 반응시켜 얻어지는 것을 특징으로 하는 폐수처리용 색도제거제.
제1항에 있어서, 디시아노디아미드 용액은 디시아노디아미드(DCDA) 분말 25 내지 30 중량부, 염화암모늄 15 내지 20 중량부, 포르말린 50 내지 55 중량부 및 키토산 2.5 내지 3.5 중량부인 것을 특징으로 하는 폐수처리용 색도제거제.
a) 머서화한 활성 셀룰로오스 분말 5 내지 10 중량부를 반응조에 넣고 촉매로서 염화리튬 0.1 내지 0.3 중량부를 유기용제로서 DMAc 300 내지 500 중량부와 함께 반응기에 투입하여 셀룰로오스 유도체 용액을 제조하는 단계;

b) 디시아노디아미드(DCDA) 백색 분말 30 중량부, 염화암모늄 15 내지 20 중량부, 포르말린 50 내지 55 중량부 및 키토산 2.5 내지 3.5 중량부를 혼합하여 반응시킨 디시아노디아미드 용액을 제조하는 단계;

c) 상기 a) 단계에서 제조한 셀룰로오스 유도체 용액 80 내지 95 중량 부와 b) 단계에서 제조한 디시아노디아미드 용액 5 내지 20 중량부를 반응기에 투입하여 반응시키는 단계;

d) 상온에서 혼합기로 교반하면서 반응시켜 겔화시키고, 건식 분쇄하는 것을 특징으로 하는 폐수처리용 색도제거제의 제조방법.
제3항에 있어서, b) 단계에서의 디시아노디아미드 용액을 제조함에 있어 디시아노디아미드(DCDA) 백색 분말과 염화암모늄 포르말린 및 키토산을 혼합 후 30 내지50℃의 온도에서 2-4시간 동안 가열하고, 발생하는 반응열을 이용하여 80-120℃에서 2-4시간 정도 추가로 더 반응시키는 것을 특징으로 하는 폐수처리용 색도제거제의 제조방법.