KR101258092B1

KR101258092B1 - 황화합물 악취제거제 제조방법 및 이를 이용한 악취제거제

Info

Publication number: KR101258092B1
Application number: KR1020120133602A
Authority: KR
Inventors: 이호용; 이증용; 김민길
Original assignee: 태성건설 주식회사; 군북산업(주); 신평산업(주)
Priority date: 2012-11-23
Filing date: 2012-11-23
Publication date: 2013-04-25

Abstract

본 발명은 황화합물 악취제거제 제조방법 및 이를 이용한 악취제거제에 관한 것으로, 더욱 바람직하게는 지표수의 영양염류 및 중금속 제거를 위한 매체로서 사용되는 보오크사이트 내 수산화알루미늄 추출하는 바이엘 프로세스(Bayer prpcess) 정제 공정에서 부산되는 레드머드를 건조시켜 얻어진 흡착제와 고형분을 혼합하여 반죽한 후, 스크류 압출기에 투입하여 펠릿 또는 환 형태로 제조하여 악취유발물질인 황화수소 및 황화합물 등 극성을 띄는 황계열의 냄새를 완전히 제거할 수 있도록 하기 위한 것이다.
상기 제조방법은 보오크사이트 내 수산화알루미늄 추출하는 바이엘 프로세스(Bayer prpcess) 정제 공정에서 부산되는 레드머드분말과 고형제를 혼합하여 반죽하는 공정과, 상기 반죽된 혼합물을 스크류 압출기를 이용하여 펠렛 또는 환 형태의 성형물로 제조하는 공정과, 상기 성형물을 건조기에서 건조하는 공정을 포함하여 황화합물 악취제거제를 얻게 된다.

Description

황화합물 악취제거제 제조방법 및 이를 이용한 악취제거제{DEODORANT AGENT}

본 발명은 황화합물 악취제거제 제조방법 및 이를 이용한 악취제거제에 관한 것으로, 더욱 바람직하게는 지표수의 영양염류 및 중금속 제거를 위한 매체로서 사용되는 보오크사이트 내 수산화알루미늄을 추출하는 바이엘 프로세스(Bayer prpcess) 정제 과정에서 부산되는 레드머드분말과 고형분을 혼합하여 얻어진 악취제거제로 악취유발물질인 황화수소 및 황화합물 등 극성을 띄는 황 계열의 냄새를 완전히 제거할 수 있도록 하기 위한 것이다.

일반적으로 알려진 바와 같이, '악취'란 황화수소, 메르캅탄류, 아민류, 기타 자극성 있는 기체상 물질이 사람의 후각을 자극하여 불쾌감과 혐오감을 주는 냄새를 말한다. 주요 악취 발생원인 생활하수 및 산업폐수 내의 악취물질은 대개 분자량 30∼150g의 저분자 화합물이거나, 비교적 휘발성이 있는 물질로서 대부분 유황계 및 질소계 유기물이 혐기성 분해되면서 발생된다.

이러한 오폐수 내의 유기물이 분해되면서 생성되는 기체로는 황화수소, 암모니아, 이산화탄소 및 메탄가스 등이 있으나 주요 악취물질은 황화수소와 암모니아이며, 이외에 스카톨, 메르캅탄류, 질소함유 유기물 등도 악취의 원인이 되고 있다. 이중 계란 썩는 냄새를 지닌 황화수소는 독성이 강하고 철, 아연, 구리, 납, 카드뮴 등을 강하게 부식시키는 특징이 있다.

현실적으로, 하수처리장, 분뇨처리장, 매립지와 같은 환경기초시설 및 각종 산업시설 등에서 발생되는 악취는 사업장에서 근무하고 있는 근로자와 주변 주민들의 건강과 생활환경을 해치고 있다.

또한, 악취에 관한 민원이 빈번히 접수되고 있으며, 환경기초시설과 산업장 부지를 확보하는데 있어 걸림돌이 되고 있다. 환경기초시설과 산업장에서 발생되는 악취의 주성분은 황화수소(H₂S)와 암모니아(NH₃ )이며, 이러한 악취물질은 반응성이 강한 부식성 가스로 건축물이나 주요시설의 부식을 야기시킨다. 따라서, 일반적으로 악취원으로부터 동시에 발생되는 황화수소와 암모니아를 경제적으로, 나아가 동시에 제거할 수 있는 탈취기술의 개발이 요구된다.

종래 악취를 제거하기 위한 기술로는 크게 악취의 발생을 미연에 방지하는 방법, 각종 오폐수 등에 함유되어 있는 악취물질을 액상에서 제거하는 방법 그리고 각종 오폐수 등에서 발산된 취기를 포집하여 처리하는 방법 등이 적용되어 왔다.

악취의 발생을 사전에 방지하는 방법으로서, 오폐수 등을 호기성 상태로 유지하여 환원반응에 의한 악취물질의 생성을 방지하거나, 일단 환원된 악취물질을 무기형태로 산화하는 기술이 있다.

또 다른 전통적인 방법으로는 악취물질과 반응하는 약품 예를들면, 염소, 오존, 과산화수소, 과망산칼륨 등을 첨가하여 화학반응에 의한 산화처리기술이 응용되어 왔다. 그러나 산화처리방법의 경우 악취의 원인물질이 불완전하게 산화되는 경우가 많기 때문에 강력한 산화제를 투입해야 하며, 이에 따라 처리비용이 증가하고 2차오염이 발생되는 문제가 있다.

액상에서 악취물질을 제거하는 기술로 활성탄 흡착법, 포기조에 의한 미생물 처리법, 포기여과지를 이용한 처리 등이 있으나, 처리를 위한 장치, 설비비 대비 효율이 낮은 것이 문제로 지적되고 있다.

한편, 오폐수 내의 악취물질을 탈취(stripping) 등의 방법으로서 대기 중으로 방출시킨 후 기체상에서 처리하는 방법이 특히 황화수소계 및 암모니아계 물질을 처리하는 기술이 연구개발되고 있다. 기체상의 악취물질 제거기술은 크게 물리·화학적 처리와 생물학적 처리로 나눌 수 있는데, 대표적인 물리·화학적 처리기술로는 활성탄 흡착법, 약액 세정법, 연소법 등이 있으며, 대표적인 생물탈취로는 토양탈취, 포기조 탈취 및 각종 바이오 필터 등을 들 수 있다.

이제까지는 활성탄 흡착법, 약액 세정법 등이 일반적인 탈취기술로 적용되어 왔으나, 최근에는 우수한 제거능력을 갖추고 있으면서도 운전관리가 간편한 생물탈취에 관심이 집중되고 있다.

생물학적 탈취기술로서, 다음과 같은 산화반응을 수행하는 티오바실러스 페로옥시단스(Thiobacillus ferrooxidans)를 활용한 황화수소를 제거하는 방식이 개발되었다.

2FeSO₄ + H₂SO₄ + 0.5O₂ →Fe₂(SO₄)₃+ H₂O(식 1)

H₂S + Fe₂(SO₄)₃ →S0+ FeSO₄ + H₂SO₄(식 2)

즉, 식 1의 반응에 의하여 Fe2+ 이온이 Fe3+ 이온으로 산화되고, 산화된 Fe3+ 이온은 강력한 산화제로서 H2S와 반응하여 자신은 Fe2+이온으로 환원되면서 황화수소를 유리황(S0)으로 산화시킨다. 생성된 Fe2+ 이온은 다시 티오바실러스 페로옥시단스의 에너지원으로 사용된다. 이러한 연쇄반응에 의해 악취물질인 H2S가 제거되는 것이다.

그러나 이러한 티오바실러스 페로옥시단스를 이용한 생물학적 탈취방법은 촉매의 재생속도 즉, 상기 식 1의 생물학적 산화반응이 식 2의 화학반응속도에 비해 매우 느리다는 점, 상기 균주의 성장속도가 느려 촉매의 재생속도를 증가시키는데 한계가 있다는 점 및 여러 종류의 악취물질 중 황화수소만을 제거할 수 있다는 점이 문제로 되어 그 적용이 일반화되지 못하고 있는 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로, 수산화 알루미늄 제조공정에서 부산되는 레드머드를 건조기에 건조시켜 흡착제분말을 수득한 후, 상기 흡착제분말에 겔상태의 고형제를 혼합한 후, 상기 혼합물을 스크류 압출기에 투입하여 펠렛 또는 환으로 성형하여 악취유발물질인 황화수소 및 황화합물 등 극성을 띄는 황계열의 냄새를 완전히 제거할 수 있도록 함을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 갖는 본 발명에 따른 황화합물 악취제거제 제조방법에 대하여 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 레드머드 부산물을 이용하여 제조되는 악취제거제는, 먼저 보오크사이트 내 수산화알루미늄 추출하는 바이엘 프로세스(Bayer prpcess) 정제 과정에서 부산되는 레드머드분말을 얻는 공정과,
상기 레드머드분말에 전분, 셀룰로우즈, 한천, 알기네이트, 아라비아 고무, 젤라틴, 아교, 단백질의 천연고분자 물질 또는 폴리에스테르, 폴리에스에스테르, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌의 합성고분자 물질인 중 어느 하나 또는 둘 이상을 혼합하여 제조한 고형제를 혼합하여 반죽하는 공정과,

상기 반죽된 혼합물을 스크류 압출기를 이용하여 펠렛 또는 환 형태의 성형물로 제조하는 공정과,

상기 성형물을 건조하는 공정을 포함하여 황화합물 악취제거제 제조방법에 있어서,
상기 고형제는 물 100중량부에 전분을 5~20중량부 혼합하여 100℃이상으로 가열하여 겔 상태로 제조하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 제조된 본 발명의 악취제거제는 생활하수 및 산업폐수 내의 악취물질로 대개 분자량 30∼150g의 저분자 화합물이거나, 비교적 휘발성이 있는 물질로서 대부분 유황계 및 질소계 유기물이 혐기성 분해되면서 발생되는 악취 발생원인을 제거하는 효과가 있다.

또한, 오폐수 내의 유기물이 분해되면서 생성되는 기체로는 황화수소, 암모니아, 이산화탄소 및 메탄가스 등이 있으나, 주요 악취물질은 황화수소와 암모니아이며, 이외에 스카톨, 메르캅탄류, 질소함유 유기물 등도 악취의 원인을 본 발명의 레드머드와 고형제를 혼합하여 제조한 악취제거제로 완전히 제거할 수 있는 효과가 있다.

이하, 본 발명에 따른 황화합물 악취제거제 제조방법에 대한 바람직한 실시 예에 대하여 참조로 하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 황화합물 악취제거제 제조방법은 먼저 보오크사이트 내 수산화알루미늄 추출하는 바이엘 프로세스(Bayer prpcess) 정제 공정에서 부산되는 레드머드를 이용한 흡착제 분말을 제조한다.

즉, 수산화 알루미늄 제조공정에서 부산되는 레드머드는 솔리드 콘텐츠(Solid content)가 약 55%인 슬러리 타입형태이다. 상기와 같이 국내외에서 부산물로 발생되고 있는 레드머드의 특성은 [표 1]에 나타낸다.

[표 1]

상기 레드머드 특성은 보오크사이드의 특성 및 수산화알루미늄의 제조방식에 따라 다소 차이는 있지만, 공정 중 회수되지 못한 가성소다가 많아 ph가 높고 철분이 많은 것이 특징이다.

중금속 용출시험결과 극미량의 납과 아연이 소량 검출되었지만, 다른 중금속은 검출되지 않고 검출된 성분 또한 폐기물처리공정시험법의 기준치 이하를 나타내고 있다. X선 회절결과 주 결정상은 Hematite이었으며 그 외 Quartz, Anatase, Boehmite 등이 존재하고 있으며 Bayer process에서 생성된 Sodalite의 피크도 보이고 있다. DT-TGA분석결과 측정온도 구간은 상온에서 1150℃까지이며 200℃ 부근까지의 흡열피크는 부착수분의 탈수에 유기물의 분해에 기인하는 것으로, 약 3~4%의 중량감소를 볼 수 있고, 레드머드가 대기중에서 수분을 흡수한 것으로 보인다.

520℃ 부근의 흡열피크는 Boehmite의 탈수에 의한 것이다. 보크사이트 내 알루미늄을 추출하는 공정인 바이엘 프로세스에서 발생하는 적니를 이용한다.

상기와 같이 수산화알루미늄 제조공정에서 부산되는 레드머드를 이용하여 흡착제분말을 하기와 같이 제조한다.

즉, 보오크사이트 내 알루미늄을 추출하는 공정인 바이엘 공정에서 발생하는 레드머드를 수분이 어느 정도 제거된 고체상태의 반응물을 100℃~300℃의 온도가 유지되는 조건의 건조기에서 건조시켜 수분이 완전히 제거된 최종산물인 흡착제를 수득한다.

그리고 상기 한 흡착제를 분쇄기에 넣어 30~150메쉬로 분쇄하여 흡착제분말을 준비한다.

그리고 상기 흡착제 분말과 혼합되는 겔상태의 고형제(전분)을 하기와 같이 제조한다. 상기 고형제는 전분, 셀룰로우즈, 한천, 알기네이트, 아라비아 고무, , 젤라틴, 아교, 단백질의 천연고분자 물질 또는 폴리에스테르, 폴리에스에스테르, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌의 합성고분자 물질인 중 어느 하나 또는 둘 이상을 혼합하여 사용한다.

상기와 같이 제조된 고형제를 물 1리터에 옥수수 또는 감자전분을 100g 혼합하여 100℃ 이상으로 겔상태가 될 때까지 끓인다.

이렇게 물과 혼합된 전분을 상온으로 식혀서 겔상태의 고형제(전분)을 제조하여 고형제를 준비한다.

상기와 같이 제조된 흡착제 분말 1Kg에 상기한 겔상태의 고형제인 전분을 15g혼합하여 충분히 반죽기에서 반죽을 한다.

그리고 상기 반죽된 탈취제 제조공정에서 준비된 흡착제 재료를 스크류 압출기에 투입하여 펠렛 또는 환 형태로 토출시킨다.

이때 펠렛의 크기는 직경 4~5mm, 길이 4~5mm로 성형하고, 환 형태의 크기도 역시 직경 4~10mm로 성형한다.

즉, Fe₂O₃ + 3H₂S → Fe₂O₃ + 3H₂O ΔΗ = -22KJ/gmol H₂S

2Fe₂O3 + 3O₂ → Fe₂O₃ + 6S ΔΗ = -198KJ/gmol H₂S

의 원리를 이용하여 레드머드를 환 또는 펠릿 형태로 형성하여 황하수소 및 황결합 악취물질을 제거하는 악취제거제를 제조하게 된다.

상기와 같이 최종적으로 성형된 펠렛 또는 환 형태의 흡착제를 건조기에 넣어 100℃에서 함수율 3%미만이 될 때까지 건조하여 악취제거제를 제조하게 되는 것이다.

이렇게 제조된 악취제거제는 악취유발물질인 황하수소 및 황화합물 등 극성을 띄는 황 계열의 냄새를 완전히 제거하게 되는 것이다.

상기와 같이 제조된 본 발명의 악취제거제를 이용하여 황하수소의 제거효율을 실험한 결과는 [표 2]와 같이 나타나고 있다.

성분	흡착제투입전(ppm)	흡착제 투입후(ppm)	제거율
황하수소	50	0	>99.99%

상기한 [표 2]에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 흡착제를 사용하여 악취유발물질의 제거 효율이 매우 높음을 알 수 있어 악취유발물질의 제거에 탁월한 효과가 있음을 알 수 있다.

상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명이 비록 한정된 실시예에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다 할 것이다.

Claims

보오크사이트 내 수산화알루미늄 추출하는 바이엘 프로세스(Bayer prpcess) 정제 과정에서 부산되는 레드머드분말을 얻는 공정과,
상기 레드머드분말에 전분, 셀룰로우즈, 한천, 알기네이트, 아라비아 고무, 젤라틴, 아교, 단백질의 천연고분자 물질 또는 폴리에스테르, 폴리에스에스테르, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌의 합성고분자 물질인 중 어느 하나 또는 둘 이상을 혼합하여 제조한 고형제를 혼합하여 반죽하는 공정과,
상기 반죽된 혼합물을 스크류 압출기를 이용하여 펠렛 또는 환 형태의 성형물로 제조하는 공정과,
상기 성형물을 건조기에서 건조하는 공정을 포함하여 황화합물 악취제거제 제조방법에 있어서,
상기 고형제는 물 100중량부에 전분을 5~20중량부 혼합하여 100℃이상으로 가열하여 겔 상태로 제조하여 이루어진 것을 특징으로 하는 황화합물 악취제거제 제조방법.
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제 1항에 의하여 제조된 펠릿 또는 환 형태의 악취제거제.