KR100741675B1 - 폐수 내 중금속 측정을 위한 유기물 전처리 시스템 및 방법 - Google Patents
폐수 내 중금속 측정을 위한 유기물 전처리 시스템 및 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 중금속 농도 측정을 위한 전처리 시간의 단축은 물론, 실시간 측정을 통하여 중금속 농도를 정확하게 측정하여 폐수로부터 중금속을 효율적으로 회수할 수 있는 폐수 내 중금속 측정을 위한 유기물 전처리 시스템 및 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 폐수 내 중금속 측정을 위한 유기물 전처리 시스템은, 중금속이 함유된 폐수를 교반하는 동안, 폐수의 pH를 조절하도록 H2SO4 용액 및 NaOH 용액이 투입되는 한편 폐수 중의 유기물을 분해하기 위하여 과산화수소 용액이 투입되는 교반조; 상기 교반조에서 pH가 조절된 폐수 중의 과산화수소의 분해를 촉진하여, 다양한 종류의 유기물과 반응하여 최종적으로 유기물을 CO2와 H2O로 분해하도록 OH 라디칼 생성효율을 증가시키기 위하여 폐수에 자외선을 조사하기 위한 수단; 및 상기 자외선 조사 수단에 의하여 유기물이 분해된 폐수의 pH를 재조절하도록 H2SO4 용액 및 NaOH 용액이 투입되는 저류조를 포함한다.
중금속, 중금속 측정, 유기물, 착물
Description
도 1은 본 발명의 자외선 처리 시스템의 개략도.
도 2는 염색 폐수의 초기 pH의 변화에 따른 COD의 그래프.
도 3은 자외선 단독 조사 시의 염색 폐수에서의 COD 제거효율을 나타낸 그래프.
도 4는 자외선 단독 조사 시의 염색 폐수에서의 중금속 측정농도 그래프.
도 5는 본 발명에 따른 UV/H2O2 시스템의 염색 폐수에서의 COD 제거효율을 나타낸 그래프.
도 6은 본 발명에 따른 UV/H2O2 시스템의 염색 폐수에서의 중금속 측정농도 그래프.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)
1 : UV/H2O2 시스템 2 : 자외선램프
3 : 반응조 4 : 교반조
5 :제 1 H2SO4 용액 탱크 6 : NaOH 제 1 용액 탱크
7 : H2O2 용액 탱크 8a,8b,8c : 펌프
9a,9b,9c : 밸브 10 : 펌프
11 : 케이싱 12 : 컨트롤 박스
13 : 저류조 14 : 제 2 H2SO4 용액 탱크
15 : 제 2 NaOH 용액 탱크 16a,16b : 펌프
17a,17b : 밸브
본 발명은 유기물 전처리 시스템 및 방법에 관한 것이고, 특히, 유기물이 공존하는 폐수에서 중금속의 종류와 농도를 실시간으로 측정하여, 폐수처리장에서 처리공정을 효율적으로 선택하는 한편 고부가가치의 중금속을 회수하기 위하여 적정 농도의 중금속을 예측하기 위한, 폐수 내 중금속 측정을 위한 유기물 전처리 시스템 및 방법에 관한 것이다.
중금속이 존재하는 폐수를 처리하는 방법으로는 침전법(precipitation), 이온교환법(ion exchange) 등이 있으며, 금속을 회수하여 재사용할 가치가 있는 경우에, 역삼투법(reverse osmosis), 증류법(evaporative recovery), 전기 투석법(electrodialysis) 등의 방법이 사용되고 있다.
이러한 방법 중에서 경제적인 면이나 기술적인 면을 고려하여, 가장 보편적 으로 사용되는 방법은 폐수의 pH를 알칼리 상태로 높여 중금속을 침전시켜 분리하는 방법이다. 그러나 침전형성에 의한 처리방법은 이론적으로 용해도적에 의거하여 과포화되어 침전이 형성된 중금속의 분리에 적용하는 방법으로서, 실제의 처리에 있어서 처리하고자 하는 중금속의 농도에 따라 유출수의 중금속 전류량이 유출수 기준을 초과하는 경우가 발생할 수 있다. 즉, 처리하고자 하는 폐수 중의 중금속 농도가 높으면 높을수록 동일한 pH에서도 처리 후에 용해상태로 존재하는 중금속의 농도가 높아지는 현상이 나타난다. 이와 같이 폐수에 존재하는 중금속의 농도를 정확하게 파악하지 못하면 처리효율을 높이기에 어려움이 있다.
중금속은 아주 다양한 형태로 폐수에 존재한다. 폐수에서의 중금속의 형태는 용존 형태와 입자형태로 나눌 수 있는데, 그 각각에도 여러 가지 형태로 세분할 수 있다. 용존 형태에는 수화이온(free aquated ion), 착이온(complex ionic entities), 무기이온쌍(inorganic ion pair), 유기착물(organic complex) 등이 있고, 입자형태에는 분산되어 있는 금속 콜로이드(dispersed colloid), 콜로이드에 흡착된 금속(metal sorbed on colloid), 금속 침전물(metal precipitates), 광물입자(mineral particle), 유기성 입자(organic particle) 등이 있다. 특히, 폐수에는 매우 다양한 유기물이 존재하여, COD와 BOD의 농도를 높이는 요인으로 되며, 중금속과 유기적 반응을 통하여 중금속의 존재형태를 변형시킨다.
폐수에 존재하는 유기물은 중금속과 반응하여 용액 내에서 여러 형태의 화합물로 존재하며, 이러한 착화합물의 이동에 대한 해석과 처리에 대한 체계적인 연구가 절실하게 요구된다. 특히, 유기물과 결합된 유기착물 화합물들과 유기성 입자 속에 존재하는 중금속의 경우 존재형태가 광범위하다.
현재까지 일반적으로 사용되는 유기물제거 기술을 대별해 보면, 미생물을 이용한 생물학적 처리기술과 여과, 응집, 침전 또는 흡착 등의 물리화학적 처리기술로 나눌 수 있다. 그러나 이러한 기술들은 많은 양의 슬러지가 생성되거나 고가의 설비투자 또는 다량의 약품사용으로 인하여 설비비나 운전비가 비싸다. 또한, 생물학적 처리의 경우 난분해성 물질의 제거가 매우 곤란하다. 따라서, 이러한 문제들을 극복하기 위한 새로운 수처리 기술 개발이 요구되어, 고도산화처리기술에 대한 많은 연구가 이루어지고 있다.
고도산화처리기술은 보통의 산화공정에서 사용되는 산화제보다 더욱 강력한 산화력을 가지는 OH 라디칼(산화전위차 : 2.8V)을 광산화반응 중에 생성시켜, 라디칼이 물에 함유되어 있는 유기화합물을 CO2와 H2O 등의 무해한 화합물로 분해시키는 기술을 말한다. 이러한 기술로는 오존이나 과산화수소에 자외선을 조사하는 방법, 철염(Ⅱ)과 과산화수소를 사용하는 펜톤 산화법 그리고 TiO2등 반도체 금속산화물과 자외선을 이용한 광산화 기술 등이 있다.
폐수 내의 중금속을 측정을 위한 유기물 전처리방법은 그 종류가 많고 복잡하다. 현재 국내 수질오염공정시험법에는 중금속을 AA나 ICP로 측정하기 위하여 다음과 같은 전처리 작업을 한다. 주로 강한 산에 의해 유기물을 제거하는 방법으로 "질산에 의한 분해" "질산-염산에 의한 분해" "질산-황산 의한 분해" "질산-과염소산에 의한 분해" 등이 있으며 "회화에 의한 분해"는 높은 온도로 유기물을 산화시 키는 방법이다. 또한, 용매추출법으로 "디에틸 디티오 카르바민산 추출법" "디티존 추출법" 등이 있다.
그러나 이들 추출법들은 전처리 시간이 많이 소요되며 약품 소모가 많다. 또한, 전문적 기술을 요하는 전처리법들 이기에 현장에서 실시간 측정을 위한 방법으로는 적절하지 못하다.
현재까지 제안된 발명들을 통하여 중금속 측정을 하는 방법들을 보면 다음과 같다.
예를 들어, 대한민국 공개특허 제 1990-0014880호에서는 유기물이 공존하는 용액에서 반응시약을 투여하여 이온해리의 변화를 분석함으로써, 용존 중금속의 종류와 농도를 분석하는 방법을 개시하였다. 대한민국 등록특허 제 2002-0009956호에서는 철염과 과산화수소를 이용한 고급산화공정에 따라 폐수에 존재하는 유기물질을 제거하고 잔류하는 중금속을 처리하기 위한 방법을 제시한 시스템이 개시되어 있다. 또한, 대한민국 공개특허 제 1983-0006119호에서는 철염을 이용하여 중금속이 함유된 폐수를 처리하고 회수하는 방법과 장치가 개시되어 있다. 대한민국 공개특허 제 1996-0034097호에서는 pH를 11까지 증가시켜 차아염소산소다를 투입한 후에, 시안성분을 산화 분해하는 방법을 통하여 중금속 성분을 제거하는 방법을 개시하였다.
그러나, 상기된 바와 같이 제안된 기술들은 반응시약의 투여로 인한 문제점과 시약을 중금속의 농도와 종류에 따라 준비해야 하는 단점을 가지고 있다. 또한, 철염을 통한 응집 침전 시에 유기물뿐만 아니라 회수되어야 할 중금속도 다량 제거되는 단점이 있으며, 급격한 pH의 변화로 인한 중화를 위하여 황산용액 및 알칼리성 용액이 투여되는 단점을 가지고 있다.
본 발명의 목적은 이러한 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 중금속 농도 측정을 위한 전처리 시간의 단축은 물론, 실시간 측정을 통하여 중금속 농도를 정확하게 측정하여 폐수로부터 중금속을 효율적으로 회수할 수 있는 폐수 내 중금속 측정을 위한 유기물 전처리 시스템 및 방법을 제공하는데 있다.
상기된 바와 같은 목적은, 중금속이 함유된 폐수를 교반하는 동안, 폐수의 pH를 조절하도록 H2SO4 용액 및 NaOH 용액이 투입되는 한편 폐수 중의 유기물을 분해하기 위하여 과산화수소 용액이 투입되는 교반조; 상기 교반조에서 pH가 조절된 폐수 중의 과산화수소의 분해를 촉진하여, 다양한 종류의 유기물과 반응하여 최종적으로 유기물을 CO2와 H2O로 분해하도록 OH 라디칼 생성효율을 증가시키기 위하여 폐수에 자외선을 조사하기 위한 수단; 및 상기 자외선 조사 수단에 의하여 유기물이 분해된 폐수의 pH를 재조절하도록 H2SO4 용액 및 NaOH 용액이 투입되는 저류조를 포함하는 것을 특징으로 하는 본 발명의 한 양태에 따른 폐수 내 중금속 측정을 위한 유기물 전처리 시스템에 의하여 달성될 수 있다.
상기 자외선 조사 수단은 자외선이 투과되지 않는 재료로 만들어지는 케이싱과, 상기 케이싱 내에 배치되어 폐수에 자외선을 조사하기 위한 자외선램프, 및 투명체로 만들어지고, 폐수가 통과할 때 상기 자외선램프로부터 자외선이 폐수에 조사되도록 상기 자외선램프 주위에 배치되는 관형상의 반응조를 포함한다.
상기 반응조는 바람직하게 상기 자외선램프에 감겨지는 나선 형태로 만들어진다.
상기에서, 교반조에서의 폐수의 pH는 5±0.5로 조절된다.
상기에서, 저류조에서의 폐수의 pH는 2~3으로 조절된다.
상기에서, H2SO4 용액 및 NaOH 용액은 상기 교반조 및 저류조로 유입된 폐수의 pH에 따라서 개폐 및 작동되는 밸브 및 펌프에 의하여 폐수의 목표 pH가 될 때까지 상기 교반조 및 저류조로 투입된다.
대안적으로, 상기된 바와 같은 목적은, 중금속이 함유된 폐수의 pH를 조절하는 단계와; 폐수중의 유기물을 분해시키기 위하여 산화제를 투입하는 단계와; pH가 조절된 폐수 중의 산화제의 분해를 촉진하여, 산화제가 다양한 종류의 유기물과 반응하여 최종적으로 유기물을 CO2와 H2O로 분해하도록 OH 라디칼 생성효율을 증가시키기 위하여 폐수에 자외선을 조사하는 단계와; 자외선 조사에 의하여 유기물이 분해된 폐수의 pH를 재조절하여, 폐수 중의 유기물이 전처리된 중금속 이온들의 최적 이온화를 유지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 본 발명의 다른 양태에 따른 폐수 내 중금속 측정을 위한 유기물 전처리 방법에 의하여 달성될 수 있다.
상기에서, 폐수의 pH를 조절하는 단계에서의 폐수의 pH는 5±0.5로 조절된다.
상기에서, 폐수의 pH를 재조절하는 단계에서의 폐수의 pH는 2~3으로 조절된다.
상기에서, 산화제는 과산화수소 용액이다.
상기에서, 폐수의 pH는 H2SO4 용액 및 NaOH 용액에 의하여 조절된다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 명세서에 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 자외선 처리시스템의 개략도이다.
먼저, 본 발명의 장치는 중금속이 함유된 폐수를 수용하여 중금속의 pH가 측정되는 교반조(4)를 포함한다. 교반조(4)에서 폐수의 pH가 측정되고, 측정된 폐수의 pH에 따라서, H2SO4 용액 탱크(5) 및 NaOH 용액 탱크(6)로부터 H2SO4 용액과 NaOH 용액이 교반조(4)로 공급되어, 교반조(4) 내의 폐수의 pH가 5±0.5로 조절된다. H2SO4 용액과 NaOH 용액은 교반조(4)로 공급된 폐수의 pH에 따라서 개폐 및 구동되는 각각의 밸브(9a,9b) 및 펌프(8a,8b)의 작동에 의해 교반조(4)로 공급된다.
교반조(4)에서, 폐수와 H2SO4 용액 및 NaOH 용액은 교반익과 같은 교반 수단(도시되지 않음)에 의해 교반되는 것에 의하여 서로 혼합되고, 교반조(4) 내의 폐수의 pH가 상기된 바와 같이 5±0.5로 조절되었을 때, 밸브(9a,9b)들의 폐쇄되는 한편 펌프(8a,8b)들의 구동이 정지됨으로써, 교반조(4)로의 H2SO4 용액과 NaOH 용액의 공급이 중지된다.
한편, 교반조(4)에서의 폐수의 pH 가 4.5 이하일 경우에, 유기물의 분자구조의 작용기들이 분자내 결합(intramolecular bonding)에 의해 뭉침현상(coiling)이 발생하여 미세한 침전 현상이 생기고, 폐수의 pH가 5.5 이상일 경우에, 폐수중의 일부 중금속(Al 등)이 수산화물 공침현상으로 폐수중의 중금속 측정의 어려움이 발생한다.
상기된 바와 같이 교반조(4)에서 폐수의 pH가 5±0.5로 조절되었을 때, 과산화수소 탱크(7)로부터 교반조(4)로 산화제로서 소정양의 과산화수소(H2O2) 용액을 공급하기 위하여 밸브(9c)가 개방되는 한편 펌프(8c)가 구동된다. 교반조(4)로 공급되는 과산화수소 용액의 농도는 바람직하게 20±2 mM이다. 과산화수소 용액의 농도가 18mM보다 적으면, 본 발명에 따른 자외선 산화 시에 과산화수소의 최적 투입량에 미달되며, 과산화수소 용액의 농도가 22 mM이상일 경우에, 과산화수소 용액의 과량투입으로 인하여, 본 발명의 주 반응인자인 OH 라디칼을 과산화수소 용액이 스케빈져 역할을 하여, OH 라디칼 생성을 억제하기 때문이다.
과산화수소는 유독성의 반응 부산물을 생성함이 없이 넓은 pH 영역에 걸쳐 유기 화합물질을 분해시킬 수 있는 높은 반응성을 지니고 있다. 또한, 과산화수소는 오존에 비하여 비교적 안정한 산화제로 알려져 있다. SO4 2-와 같은 무기 이온과 티오황산염 산화에 대한 연구도 보고되고 있다. 그러나 촉매가 없는 경우에는, 페놀 또는 방향족 화합물 등의 산화에는 효과가 없는 것으로 알려져 있다. 자외선은 저농도의 유기물이 존재하는 경우, 해당 유기물질을 분해할 수 있는 방법이지만, 단독으로 사용하는 경우 처리효율이 극히 낮다.
상기된 바와 같이, 과산화수소가 투입된 폐수는 교반조(4)로부터 펌프(10)의 구동에 의하여, 본 발명에 따른 UV(자외선)/H2O2 시스템(1)으로 소정 유량으로 보내진다. UV/H2O2 시스템(1)은 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이 자외선이 투과되지 않는 재료로 만들어지는 케이싱(11)과, 케이싱(11) 내에 배치되어 폐수에 자외선을 조사하도록 컨트롤 박스(12)에 의해 작동되는 자외선램프(2), 및 투명체로 만들어지고 폐수가 통과할 때 자외선이 폐수에 조사되도록 자외선램프(2)의 주위에 배치되는 관형상의 반응조(3)를 포함한다. 반응조(3)는 바람직하게 자외선램프(2)에 감겨지는 나선 형태로 만들어진다.
UV/H2O2 시스템(1)에서의 자외선 반응 시간은 5±0.1분으로 한다. 이때, 폐수가 나선 형태의 반응조(3)를 따라서 이동하는 동안, 자외선램프(2)로부터 발산되는 자외선에 의하여 폐수중의 유기물에 대한 광산화반응이 일어나고, 단시간에 폐수 중의 유기물이 전처리되어, 폐수 중의 중금속의 농도가 정확하게 측정될 수 있다.
상기된 바와 같이, 폐수가 UV/H2O2 시스템(1)으로 투입될 때, 과량의 폐수가 UV/H2O2 시스템(1)에 투입되는 경우에, 자외선램프(2)에 의한 반응이 발생되지 않을 수 있으며, 또한, 폐수가 UV/H2O2 시스템(1)에 소량 투입될 때, 반응조(3)의 최적의 반응 조건에 적합하지 못하여 효율저하가 발생될 수 있다. 그러므로, UV/H2O2 시스 템(1)으로 투입되는 폐수의 양은 반응조(3)의 처리 용량에 따라서 적절한 양이 투입되어야 하고, 자외선램프(2) 및 반응조(3)의 자외선 강도와 크기는 필요에 따라서 적절하게 만들어질 수 있다.
상기된 바와 같이, 자외선램프(2)에 의한 자외선 처리와 함께, 과산화수소 또는 오존과 병행하는 경우에 우수한 유기물 분해능을 보인다고 알려져 있으며, 자외선과 과산화수소에 의한 유기물 분해 메커니즘은 자외선과 오존에 의한 분해 메커니즘과 유사하다. 자외선램프(2)로부터 조사된 자외선은 반응조(3)를 통과하는 폐수중의 과산화수소의 분해를 촉진하여 OH 라디칼 생성효율을 증가시킨다. 반응성이 강한 OH 라디칼은 다양한 종류의 유기물과 반응하여 최종적으로 유기물을 CO2와 H2O로 분해시킨다. 자외선과 과산화수소 또는 자외선과 오존의 조합은 자외선 또는 오존을 단독으로 사용하는 경우보다 더욱 빠른 반응속도를 나타낸다. 또한 완전분해의 측면에 있어서도 자외선 또는 오존을 단독으로 사용하는 경우보다 더욱 우수하여 최종 부산물로 H2O, CO2, 아세트산, 옥살산과 같은 저분자 화합물을 생성한다.
상기된 바와 같이, UV/H2O2 시스템(1)에서의 폐수에 대한 자외선 반응이 종결된 후에, 폐수는 저류조(13)로 이동된다. 저류조(13)에서, 자외선 반응 후에, 폐수의 변화된 pH를 측정하여, 폐수의 중금속 농도 측정 장치에 투입되기 전에 폐수의 pH를 최적의 pH로 되도록 조절하는 장치이다. 이 때, 저류조(13)의 폐수의 pH를 2-3으로 조절하기 위하여, 저류조(13)의 폐수의 pH가 측정되고, 이러한 측정값 에 따라서 펌프(16a,16b) 및 밸브(17a,17b)가 각각 작동 및 개방되고, H2SO4 용액과 NaOH 용액이 제 2 H2SO4용액탱크(14)와 제 2 NaOH용액 탱크(15)로부터 저류조(13)로 투입된다. 이와 같이, 저류조(13)에서 폐수의 pH를 2~3으로 조절하는 것은, 폐수 중의 유기물이 전처리된 중금속 이온들의 최적 이온화를 유지하여, 폐수의 중금속 농도 측정 장치에 투입하기 위한 것이다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따라서 중금속이 함유된 폐수의 pH를 조절한 후에, UV/H2O2 시스템(1)을 통과하는 동안 폐수 중의 유기물에 대한 전처리를 수행하고 폐수의 pH를 적정값으로 한 후에, 폐수중의 중금속 농도를 측정하였을 때, 폐수 중의 정확한 농도의 중금속 측정치를 얻을 수 있으며, 이에 따라 중금속이 배출되는 폐수가 발생하는 곳에, 본 발명에 따른 폐수 내 중금속 측정을 위한 유기물 전처리 시스템을 설치할 경우 보다 빠른 신속하게 폐수중의 중금속 농도를 측정하여, 중금속 처리 시스템을 효율적으로 활용할 수 있는 효과가 있다.
이하, 실험예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 하며, 이로써 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
실험예
실험예 1 - 원폐수의 특징
중금속이 발생하는 염색 폐수를 대상으로 하여, 폐수의 초기 pH를 2, 5, 7, 9, 11로 조절하여, 30분 동안 10㎖의 폐수를 교반한 후에 유기물 농도를 COD로 분석하였다(도 2 참조). 이때, COD 분석 방법은 수질오염공정시험법에 따라 실시하였 으며, 염색 폐수의 특징은 아래의 [표 1]에 나타내었다. 그 결과, 폐수의 pH를 2로 하였을 경우에, 실제 COD의 50%인 25ppm의 농도가 분석되었다. 이는 낮은 pH로 인하여 유기물이 침전되어 나타난 결과이다. 따라서, 본 발명의 자외선 반응을 위해서는 폐수의 초기 pH를 조절할 필요가 있다.
| 분석항목 | 측정치 |
| pH | 7.4 |
| 색도 | 245 |
| BOD(ppm) | 34 |
| COD(ppm) | 50 |
실험예 2 - 폐수중의 유기물의 자외선 반응
본 발명의 유기물 전처리 시스템을 시험하기 위하여, 10㎖의 폐수에 대해 자외선만 10분 동안 반응하여 COD의 제거효율을 측정하였다(도 3 참조). 이때 COD는 실험예 1의 폐수로서 50ppm의 농도를 가지고 있다. 측정결과 반응 2분에 4%의 제거효율을 보였으며, 반응 5분에는 7%를 보였다. 반응 10분에는 8%에 그쳐, 자외선만으로 폐수중의 유기물을 처리하였을 경우에 낮은 처리효율을 보였다.
도 4는 폐수중의 Cu, Pb, Fe와 같은 중금속의 농도를 20ppm으로 인위적으로 조절하여 자외선반응을 실시하였을 경우의 중금속 측정 농도를 나타낸 것이다. 이 때 사용된 중금속 측정 장비는 Atomic Absorption Furnace (AAF : Varian GTA-97)이다. 그 결과, Fe의 경우 유기물과 착물 현상으로 인하여 10분의 자외선 반응 후에 5ppm의 농도를 나타내어, 실제 중금속 농도(20ppm)와 큰 차이를 보였다. Pb의 경우, 그 농도가 Fe에 비하여 높게 측정되어 9ppm을 나타내었고, Cu의 경우는 18ppm으로 유기물에 의한 착물 현상을 가장 적게 받았지만, 실제 중금속 농도에는 미치지 못하였다.
실험예 3 - UV/H2O2 시스템
상기 실험예 2와 같이 염색 폐수에 중금속(Cu, Pb, Fe)을 20ppm 투입하고 본 발명에 따른 UV/H2O2 시스템에서 COD와 중금속을 측정하였다. 이때의 과산화수소 농도는 20mM로 하였다. COD 분석결과 5분 동안의 반응에 90% 이상의 COD제거효율을 보였으며, 10분에는 98%의 COD 제거효율을 보였다(도 5 참조). 과산화수소의 투입에 따라 급격하게 유기물(COD) 처리효율이 향상되는 것을 확인하였다.
중금속을 분석한 결과 반응 초기 2분에는 실제치보다 낮게 측정되었지만, COD가 95% 제거된 5분 동안의 반응 후에는 Cu, Pb, Fe 모두 20±1ppm의 측정치가 나타나 실제 농도에 가까운 것을 확인하였다(도 6 참조).
본 발명에 따른 폐수 내 중금속 측정을 위한 유기물 전처리 시스템 및 방법에 의하면, 중금속 농도 측정을 위한 전처리 시간의 단축은 물론, 실시간 측정을 통하여 중금속 농도를 정확하게 측정하여 폐수로부터 중금속을 효율적으로 회수할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 폐수 내 중금속 측정을 위한 유기물 전처리 시스템 및 방법에 따르면, 중금속 발생 폐수에서 효율적으로 중금속농도를 측정함으로 실시간 측정이란 장점과, 폐수의 중금속 농도 변화를 확인하여 수처리 시스템의 적절한 운영은 물론 중금속 회수를 위한 농도 분석시 중요한 자료를 제공할 수 있다는 이점을 가진다.
Claims (11)
- 중금속이 함유된 폐수를 교반하는 동안, 폐수의 pH를 조절하도록 H2SO4 용액 및 NaOH 용액이 투입되는 한편 폐수 중의 유기물을 분해하기 위하여 과산화수소 용액이 투입되는 교반조;상기 교반조에서 pH가 조절된 폐수 중의 과산화수소의 분해를 촉진하여, 다양한 종류의 유기물과 반응하여 최종적으로 유기물을 CO2와 H2O로 분해하도록 OH 라디칼 생성효율을 증가시키기 위하여 폐수에 자외선을 조사하기 위한 수단; 및상기 자외선 조사 수단에 의하여 유기물이 분해된 폐수의 pH를 재조절하도록 H2SO4 용액 및 NaOH 용액이 투입되는 저류조를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐수 내 중금속 측정을 위한 유기물 전처리 시스템.
- 제 1 항에 있어서, 상기 자외선 조사 수단은 자외선이 투과되지 않는 재료로 만들어지는 케이싱과, 상기 케이싱 내에 배치되어 폐수에 자외선을 조사하기 위한 자외선램프, 및 투명체로 만들어지고, 폐수가 통과할 때 상기 자외선램프로부터 자외선이 폐수에 조사되도록 상기 자외선램프 주위에 배치되는 관형상의 반응조를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐수 내 중금속 측정을 위한 유기물 전처리 시스템.
- 제 2 항에 있어서, 상기 반응조는 상기 자외선램프에 감겨지는 나선 형태로 만들어지는 것을 특징으로 하는 폐수 내 중금속 측정을 위한 유기물 전처리 시스템.
- 제 1 항에 있어서, 상기 교반조에서의 폐수의 pH는 5±0.5로 조절되는 것을 특징으로 하는 폐수 내 중금속 측정을 위한 유기물 전처리 시스템.
- 제 1 항에 있어서, 상기 저류조에서의 폐수의 pH는 2~3으로 조절되는 것을 특징으로 하는 폐수 내 중금속 측정을 위한 유기물 전처리 시스템.
- 제 1 항에 있어서, H2SO4 용액 및 NaOH 용액은 상기 교반조 및 저류조로 유입된 폐수의 pH에 따라서 개폐 및 작동되는 밸브 및 펌프에 의하여 폐수의 목표 pH가 될 때까지 상기 교반조 및 저류조로 투입되는 것을 특징으로 하는 폐수 내 중금속 측정을 위한 유기물 전처리 시스템.
- 중금속이 함유된 폐수의 pH를 조절하는 단계와;폐수중의 유기물을 분해시키기 위하여 산화제를 투입하는 단계와;pH가 조절된 폐수 중의 산화제의 분해를 촉진하여, 산화제가 다양한 종류의 유기물과 반응하여 최종적으로 유기물을 CO2와 H2O로 분해하도록 OH 라디칼 생성효율을 증가시키기 위하여 폐수에 자외선을 조사하는 단계와;자외선 조사에 의하여 유기물이 분해된 폐수의 pH를 재조절하여, 폐수 중의 유기물이 전처리된 중금속 이온들의 최적 이온화를 유지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐수 내 중금속 측정을 위한 유기물 전처리 방법.
- 제 7 항에 있어서, 상기 폐수의 pH를 조절하는 단계에서의 폐수의 pH는 5±0.5로 조절되는 것을 특징으로 하는 폐수 내 중금속 측정을 위한 유기물 전처리 방법.
- 제 7 항에 있어서, 상기 폐수의 pH를 재조절하는 단계에서의 폐수의 pH는 2~3으로 조절되는 것을 특징으로 하는 폐수 내 중금속 측정을 위한 유기물 전처리 방법.
- 제 7 항에 있어서, 상기 산화제는 과산화수소 용액인 것을 특징으로 하는 폐수 내 중금속 측정을 위한 유기물 전처리 방법.
- 제 7 항 내지 제 9 항중 어느 한 항에 있어서, 폐수의 pH는 H2SO4 용액 및 NaOH 용액에 의하여 조절되는 것을 특징으로 하는 폐수 내 중금속 측정을 위한 유기물 전처리 방법.
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