KR100702065B1

KR100702065B1 - 부유물질, 질소 및 인의 동시제거를 위한 수처리분말

Info

Publication number: KR100702065B1
Application number: KR1020060027995A
Authority: KR
Inventors: 방대산
Original assignee: 주식회사한국지씨엠
Priority date: 2006-03-28
Filing date: 2006-03-28
Publication date: 2007-04-02
Also published as: CN101045587A; CN100544817C

Abstract

본 발명은 부유물질, 질소 및 인을 동시에 제거하기 위한 수처리분말에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 각종 폐수속에 부유물질, 질소 및 인을 동시에 제거하고 아울러 탁도개선, 악취제거, 정균효과가 있는 수처리 분말에 관한 것이다.

인구의 증가, 산업발달 및 그로 인한 생활수준의 향상으로 인하여 생활오수, 산업폐수, 가축폐수 등의 각종 폐수의 발생량이 급증하게 되었다. 이러한 폐수에 다량 포함된 부유물질, 질소, 인등 유기물질은 조류의 번식과 성장을 촉진시켜 강이나 호수등의 부영양화를 촉진시키는 등 생태계 파괴의 주범이다. 이러한 오염물질들을 효과적으로 제거할 필요성이 대두되었다.

이를 실현하기 위한 본 발명에 의한 수처리분말은 SiO₂ 45~55 중량%, CaCo₃ 15~25 중량%, Al₂O₃ 15~25 중량%, MgO 0.01~5 중량%, Fe₂O₃ 0.01~4중량%의 성분으로 구성되어, 부유물질, 질소 및 인을 동시에 제거할 수 있고, 화학약품에 의한 2차 오염이 발생하지 않으며, 또한 부수적으로 탁도 개선, 악취제거, 정균작용을 하는 수처리 분말을 제공할 수 있다.

수처리분말, 수질개선제, 질소 및 인의 동시제거, 부유물질

Description

부유물질, 질소 및 인의 동시제거를 위한 수처리분말 { Water Treatment Particle for Simultaneously Removal of Suspend Solid, Nitrate and Phosphate }

도 1은 본 발명에 의한 수처리분말의 입자분포도.

인구의 증가, 산업발달 및 그로 인한 생활수준의 향상으로 인하여 생활오수, 산업폐수, 가축폐수 등의 각종 폐수의 발생량이 급증하게 되었고, 이러한 폐수는 강물에 흘러들어 강물을 더 이상 각종 용수로 사용할 수 없게 하거나 생물서식에 심각한 피해를 줄 정도로 수질을 오염시킨다. 이러한 수질오염의 원인으로는 가정 및 건물에서 배출하는 생활하수·분뇨, 공장 및 사업장에서 배출하는 산업폐수, 축 산시설에서 배출하는 축산폐수·가축분뇨, 강우시 농경지·삼림의 유출수, 야영지·낚시터·유원지 등 수상시설물에서 배출하는 기름·오수·음식찌꺼기·각종 쓰레기, 농가 및 골프장에서 배출하는 농약·비료 등이 있다.

특히 이러한 폐수에 다량 포함된 부유물질, 질소 및 인등 유기물질은 조류의 번식과 성장을 촉진시켜 강이나 호수등의 부영양화를 촉진시키는 등 생태계 파괴의 주범이다. 한편 이렇게 파괴된 생태계는 그 복구가 거의 불가능하거나 복구에 많은 시간과 비용을 필요로 하므로, 사전에 이러한 오염인자를 제거할 필요성이 대두되었다.

통상 질소의 제거 방법으로는 물리화학적 방법과 생화학적 방법이 있으며, 물리화학적 방업은 여과(Filtration), 흡착(Carbon Absorption), 역삼투법(Reverse osmosis), 파괴점 염소산화법(Breakpoint chlorination), 암모니아 탈기(Ammonia stripping), 응집침전(Coagulation and Precipitation)등이 있다.

한편 인의 제거는 주로 응집제를 이용한 응집침전법에 의해 행해지며, 부유물질은 침전, 여과등의 방법으로 제거되어 진다.

그러나 현재 오염된 물의 처리를 위해서는 부유물질, 질소 및 인을 각각 처리하는 시설을 갖추어야 하므로, 설비의 대형화에 따른 건설비, 부지매입비등 투자비와 운전비가 과다하게 소요되는 문제점이 있다.

또한 종래기술은 화학약품등의 투입으로 인하여 2차 오염을 유발시키며, 하수처리업자는 이러한 2차 오염원을 제거하기 위하여 사후처리가 필요하여 경제적으로도 많은 부담이 되었다. 다량의 슬러지의 발생으로 인하여 처리비용이 과다하게 발생하며, 마이크로 플록(micro floc)의 분리가 필요하다. 또한 미생물을 이용한 방법은 비경제적, 비효율적인 문제점과 외부조건에 영향을 받는 문제점이 있다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하고자 발명한 것으로써, 부유물질, 질소, 인을 동시에 제거할 수 있는 천연재제로 만든 수처리분말을 제공함으로써, 수처리 비용을 절감시키며, 2차오염을 방지하며, 부수적으로 탁도개선, 탈취기능 및 정균작용도 수행하게 할 수 있도록 된 부유물질, 질소 및 인의 동시제거를 위한 수처리분말을 제공하고자 함에 그 목적이 있다.

본 발명에 의한 수처리분말은 SiO₂ 45~55 중량%, CaCo₃ 15~25 중량%, Al₂O₃ 15~25 중량%, MgO 0.01~5 중량%, Fe₂O₃ 0.01~4중량%를 포함하여 이루어진 것이다. 도 1은 본 발명에 의한 수처리분말의 입자분포도이다.

본 발명에 의할 경우 질소의 제거는 암모니아 탈기법을 이용하는데, 암모니 아 탈기법은 NH₄ ⁺이온과 NH₃의 평형방정식(화학식 1)에서 pH가 7이상으로 증가하면 평형은 왼쪽으로 이동하여 NH₄ ⁺이온이 NH₃로 변하며, 이때 폐수를 저어주어 대기중으로 탈기시켜 제거하는 방법으로 폐수의 pH를 올리는데 수산화칼슘 및 조개가루가 그 역할을 한다.

NH₃ + H₂O ＜＝＞ NH₄ ⁺+ OH^-

한편, 제타전위측정결과에 의하면 pH의 증가에 의해 그 값이 증가하여 pH 9.36에서 -71.3 mV, pH 1.98에서는 1.8mV를 나타내는 양방성의 표면 전하를 가지고 있는 물질로써, 전하의 결정이온은 H⁺, OH^-로 되고 pH2 부근의 강산성의 경우 무전하를 가진다. 분말의 이러한 전기 동력학적 특징은 SiO가 주성분인 유리의 표면과 흡사하고 그러하기 때문에 사용한 분말 중의 규소이온은 분말의 시트 구조의 바깥쪽에 위치하여 수용액의 pH에 의해 이온화를 하게 된다. 따라서 분말에 포함되어 있는 풍부한 알루미늄성분(Al₂(SO₄)₃·nH₂O), 철, 칼슘 및 마그네슘의 성분이 알루미늄염(Al³⁺), 철염(Fe³ ⁺), 칼슘염(Ca² ⁺), 마그네슘염(Mg² ⁺)으로 이온화된다. 이러한 금속이온에 의해 인산염이 Al(PO₄), Fe(PO₄), Ca₃(PO₄)₂의 형태로 침전 제거되고 유기 물 입자형태로 되어있는 유기성인도 응집 가능하며, 각 응집제의 반응식은 다음과 같다.

Al³ ⁺++ PO₄ ³ ^- → Al(PO₄)

Fe³ ⁺+PO₄ ³ ^-→ Fe(PO₄)

3Ca² ⁺+ 2PO₄ ³ ^- → Ca₃(PO₄)₂

한편 응집 반응은 물리적 이동과 화학적 흡착이라고 하는 이 두 개 연속의 동력학적 과정을 통해서 일어난다. 물리적 이동은 하나의 어떤 콜로이드 입자의 표면을 다른 콜로이드 입자의 표면에 이동시키는 것으로서, 브라운 운동, 용액의 전단력, 중력 등에 의하여 일어난다.

두 개의 입자간에 작용하는 힘은 입자간의 거리와 반비례적인 함수관계가 있고, 물리적인 이동에 의하여 형성되는 새로운 힘의 평형에 의하여 두 개의 입자가 응결하는 화학적인 흡착 반응이 발생한다.

이러한 물리적인 이동과 화학적인 흡착반응이 수중에서 일어나기 때문에 분말의 입자에 콜로이드성 부유물질, 부영양화물질 및 조류 등의 응집 반응을 하게 된다.

본 발명에 의한 수처리분말은 천연재제의 분쇄·소성를 통하여 마이크로 포어(Micro Pore)를 갖고 콜로이드성 부유물질을 흡착 제거한다.

수처리 실시예
이하 SiO₂ 49.3 중량%, CaCo₃ 21.2 중량%, Al₂O₃ 24.9 중량%, MgO 0.6 중량%, Fe₂O₃ 4중량%로 구성된 수처리분말 시료를 가지고 한 시험의 결과이다.

실시예1 .

양식수조로부터 방류한 오염수 180L(수온 : 11°C)를 셈플링하여 수조를 세척한 여수 60ml를 오염수 180L에 혼합한후 3일간 방치하였다. 결과는 아래 표1.과 같다.

원수(폐수)			1일후	2일후	3일후	비 고
pH	측정치	5.30	9.35	9.13	9.27
	측정치	5.29	9.39	9.17	9.28
	측정치	5.30	9.39	9.18	9.28
	평균치	5.30	9.38	9.16	9.28
COD (mg 0／1)	측정치	12.40	10.30	10.20	9.90
	측정치	12.40	10.30	10.20	9.90
	측정치	12.40	10.30	10.20	9.90
	평균치	12.40	10.30	10.20	9.90
N (mg N／1)	측정치	229.31	173.89	163.61	167.19
	측정치	229.31	173.89	163.61	167.19
	측정치	229.31	173.89	163.61	167.19
	평균치	229.31	173.89	163.61	167.19
P (mg P／1)	측정치	39.99	0.30	0.29	0.18
	측정치	39.99	0.30	0.29	0.18
	측정치	39.99	0.30	0.29	0.18
	평균치	39.99	0.30	0.29	0.18
DO (mg 0／1)	측정치	5.64	6.85	6.64	6.24
	측정치	5.64	6.85	6.44	6.44
	측정치	5.64	6.85	6.44	6.24
	평균치	5.64	6.85	6.51	6.31

실시예2 .

정화조내 유입된 처리전 오수를 샘플링하여(1L) 수처리분말(500mg)을 넣어 10분간 교반한다. 실험결과는 아래 표2.와 같다.

시험항목	처리전	처리후	비고
COD	102.8	67.5
BOD5	337.5	71.8
T-N	129.13	106.65
T-P	11.00	4.57
Fe	1.22	1.30
Mn	0.06	0.06
Zn	0.26	0.50
Cu	0.14	0.14

또한 본 발명에 의한 수처리분말을 사용할 경우 부수적으로 정균작용, 탈취작용도 하게 되는데, 그에 대한 실험결과는 표 3, 표 4에 나와 있다.

시험항목	시료구분	초기농도	24시간 후 농도	정균감소율
대장균에 의한 항균시험	BLANK	3.0 X 10⁸	8.8 X 10⁸	-
	수처리분말		< 1.0 X 10⁴	99.9
녹농균에 의한 항균시험	BLANK	2.0 X 10⁷	6.2 X10⁷	-
	수처리분말		< 1.0 X 10³	99.9

(주) 1. BLANK : 시료를 넣지 않은 상태에서 측정한 것임.

2. 시험방법 : KIFA-FI-1002

시험항목	경과시간(분)	BLANK 농도(PPM)	시료농도(PPM)	탈취율(%)
탈취시험	초기	500	500	-
	30	490	65	87
	60	480	45	91
	90	460	30	93
	120	450	25	94

(주) 1. BLANK : 시료를 넣지 않은 상태에서 측정한 것임.

2. 시험방법 : KIFA-FI-1004

이상에서 살펴본 바와 같이 SiO₂ 45~55 중량%, CaCo₃ 15~25 중량%, Al₂O₃ 15~25 중량%, MgO 0.01~5 중량%, Fe₂O₃ 0.01~4중량%가 함유된 본 발명에 의한 수처리분말에 의하면, 부유물질, 질소 및 인을 동시에 제거할 수 있고, 화학약품에 의한 2차 오염이 발생하지 않으며, 또한 부수적으로 탁도개선, 악취제거, 정균작용을 할 수 있는 장점이 있다.

Claims

SiO₂ 45~55 중량%, CaCo₃ 15~25 중량%, Al₂O₃ 15~25 중량%, MgO 0.01~5 중량%, Fe₂O₃0.01~4 중량%로 고르게 혼합됨을 특징으로 하는 수처리분말.