KR101270211B1 - 불소 함유 폐수처리용 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 응집효율이 우수하고 경제적이며, 반도체 등 산업폐수에 포함된 불소처리에 효과적인 불소 함유 폐수처리용 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 염화제2철과 황산지르코늄의 혼합물을 포함하는 불소 함유 폐수처리용 조성물, 조성물의 제조방법 및 조성물을 사용한 폐수 처리방법에 관한 것이다.

Description

불소 함유 폐수처리용 조성물{Composition for treatment of Wastewater containing fluorine}

본 발명은 응집효율이 우수하고 경제적이며, 반도체 산업 등 불소를 함유하는 산업 폐수의 처리에 유용한 조성물에 관한 것이다.

산업의 발달과 함께 폐수를 비롯한 각종 환경 오염 물질이 대량으로 발생되고 있으며, 이로 인해 대기, 수질, 토양의 오염이 심각한 상황에 이르고 있다. 이에, 공해의 발생을 줄이려는 노력과 함께, 산업활동에 수반하여 발생하는 산업폐기물을 효과적으로 처리, 감소시키려는 노력 또한 중요한 과제로 인식되고 있다. 산업폐기물은 폐산, 폐알칼리, 폐유, 슬러지, 폐석면, 폐농약, 폐합성고분자화합물 등 그 종류가 매우 다양하며, 그 다양한 종류만큼 폐기물을 처리하는 것 또한 상당한 노력과 비용이 요구된다.

폐수를 처리하기 위한 기술은 화학적 응집이나 미생물처리, 이온 교환, 흡착 및 산화법 등을 사용한다. 화학적 응집을 위해 주로 철염계 무기응집제 또는 알루미늄염계 무기응집제를 널리 사용하고 있으나, 무기응집제들을 단독으로 사용하는 경우 그 사용량을 증가시켜도 응집공정에서 부유물, 용존 유기물질 등이 적절하게 제거되지 않는 경우가 있어 이를 해결하기 위해서는 고도 정수처리의 부하량을 증가시켜야하기 때문에 수돗물 가격의 인상효과가 커지는 부작용이 발생한다. 특히 홍수와 같은 요인으로 일시적으로 원수의 탁도가 높아지거나 pH의 변화가 심한 여름철의 경우에는 무기응집제 단독으로는 효과적인 응집이 어려운 문제점이 있다. 또한 알루미늄계 무기응집제의 사용 시 처리 수 내 잔류 알루미늄이 존재하게 되나 알루미늄은 알츠하이머병(Alzheimer's disease)이라 불리는 노인성 치매와 같은 뇌 질환을 일으키는 한 원인으로 보고되고 있다. 우리나라의 경우 1996부터 음용수 중 알루미늄의 농도를 0.2㎎/ℓ 이하로 규제하고 있으며, 폐수처리를 위해 알루미늄계 무기응집제를 다량으로 사용하는 데에는 제한이 따른다. 철염계 무기 응집제의 경우는 과다 사용시 처리수가 벌겋게 되는 착색현상과 많은 양의 슬러지가 발생하며 철 박테리아(Iron bacteria)에 의해 냄새를 유발시키거나 관 내부에 침전·부착되어 스케일(scale)을 유발시키는 문제가 있다.

불소는 화학적 활성이 강하기 때문에 여러 가지 화학반응에 이용되고 있다. 특히 제품의 세척 및 식각(蝕刻) 등에 불소화합물을 사용하는 전자부품공장에서 방출되는 폐수에는 불화나트륨(NaF), 불화알루미늄(AlF₃), 불화수소(HF) 등의 형태로 불소가 다량 함유되어 있어 폐수 처리에 많은 애로점이 내재하고 있다. 불화물의 배출에 관해서는 수질환경보전법에 15ppm 이하로 배출 기준이 정해져 있고, 가스상 불화물은 대기환경보전법에 의해 규제되고 있다.

불화물을 함유한 폐수처리 방법으로는 크게 이온교환수지와 다공질 알루미나를 사용하는 방법, Ca화합물 및 Al 화합물을 사용한 침전법, 희토류 화합물을 사용한 침전법 등이 있다. 이 중 이온교환수지와 다공질 알루미나를 사용하는 방법은 교환용량의 한계 때문에 산업폐수에는 적용이 어렵고, Ca과 Al 또는 희토류 화합물을 사용한 침전법이 폐수 중 불소이온 제거에 주로 사용된다.

Ca과 Al 화합물을 사용하여 불소를 제거하는 경우, 불소 외에 COD(화학적 산소 요구량, Chemical Oxygen Demand)도 제거가 가능한 반면, 불소이온 제거 효율이 낮아 약품 투입량이 많고 슬러지 발생량이 많은 단점이 있다. 반면, 희토류 화합물을 이용한 방법은 불소이온 제거 효율이 높아 약품 투입량 및 처리 잔사량이 적기 때문에 불소이온 제거제로는 우수하지만 폐수중 COD 제거효율은 미흡하다. 따라서 폐수중 희토류 원소를 투입하여 불소와 동시에 COD의 제거효과를 보려면 고가의 희토류원소를 다량 투입해야하는 단점이 있으며, 별도의 COD 제거용 수처리약품을 사용하게 되면 공정이 복잡해지고 설비가 거대해지는 문제점이 있다. 이에 폐수 중 불소 및 COD의 효과적인 제거를 위한 다양한 처리제 및 처리방법의 개발에 열중하고 있으나 아직 별다른 방안이 제시되지 못하고 있다.

본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 응집효율이 우수하고 경제적인 폐수처리용 조성물을 제공하고자 하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 또 다른 목적은 COD와 동시에 폐수 중 함유된 불소 성분을 효과적으로 제거할 수 있는 폐수처리용 조성물을 제공하는 것이다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 불소 함유 폐수처리용 조성물는 염화제2철과 황산지르코늄의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 조성물은 응집효율이 높아 종래의 상용 무기응집제에 비하여 COD 제거효율이 우수하며 동시에 불소효율의 제거에 효과적이다.

본 발명의 조성물에서 지르코늄의 금속 환산 함량은 0.5~5 중량%인 것이 바람직하다. 지르코늄의 함량이 너무 낮으면 불소이온 제거효과가 미흡하며, 지르코늄의 함량이 너무 높아지면 지르코늄이 석출되어 과량을 함유한 의미가 없으며, 조성물을 균질하게 제조할 수 없어 유통, 저장 및 사용에도 문제가 있다.

상기 조성물에서 염화제2철의 함량은 3~10%인 것이 바람직하며, 이는 황산지르코늄과의 혼합에 의해 COD와 불소를 효과적으로 제거할 수 있도록 최적화된 비율이다.

본 발명의 조성물은 지르코늄 금속을 황산에 용해시켜 지르코늄 금속 환산 함량이 4~20 중량%인 황산지르코늄 용액을 제조하는 단계; 상기 황산지르코늄 용액과 염화제2철 용액을 혼합하는 단계;를 포함하여 제조할 수 있다.

사전 실험에서 지르코늄 스크랩을 각종 산에 용해시켜 보았으나, 황산을 제외한 염산, 질산, 초산, 왕수에는 거의 용해되지 않았다.

상기 조성물의 제조 시 황산지르코늄 용액과 염화제2철 용액은 조성물 중 지르코늄의 금속 환산 함량이 0.5~5 중량%가 되도록 혼합하는 것이 바람직하다. 전술한 바와 같이 지르코늄의 함량이 너무 낮으면 불소이온 제거 효과가 낮고, 함량이 너무 높으면 지르코늄이 석출되어 과량 혼합의 효과가 없게 된다.

또한, 본 발명은 상기 조성물을 사용한 폐수처리 방법에 관한 것이다. 조성물의 사용량에 비례하여 폐수 중의 불소 및 COD가 제거되므로, 폐수 내 불소의 함량에 따라 사용량을 조절하여야 함은 당연하나 본 발명의 조성물은 100~2000 ppm을 사용하여 폐수를 처리하는 것이 바람직하다.

이상과 같이 본 발명의 폐수처리용 조성물에 의하면 조성물을 지르코늄 스크랩을 이용하여 경제적으로 제조할 수 있을 뿐 아니라 응집효율이 우수하여 경제적이고 효과적인 폐수처리가 가능하다.

또한 본 발명의 조성물은 고농도의 불소를 함유하는 폐수에서 COD와 동시에 불소 성분을 효과적으로 제거할 수 있어 전자, 반도체, 자동차 부품 제조 시에 발생하는 불소가 함유된 산업용 폐수의 처리에 이용할 수 있다.

이하 첨부된 실시예를 들어 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나 이러한 실시예는 본 발명의 기술적 사상의 내용과 범위를 쉽게 설명하기 위한 예시일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정되거나 변경되는 것은 아니다. 또한 이러한 예시에 기초하여 본 발명의 기술적 사상의 범위 안에서 다양한 변형과 변경이 가능함은 당업자에게는 당연할 것이다.

실시예 1 : 조성물의 제조

1) 지르코늄 용액의 제조

나선형 지르코늄 스크랩 4g을 95% 황산 96g에 48시간 침지하여 용해시켰다. 상기 용액을 정치한 후 상등액 47.5g을 제거하여 흰색 슬러리 상태의 황산지르코늄 용액(7.6%w/w Zr 함유)을 제조하였다.

2) 조성물 제조를 위한 무기약품과의 혼합 테스트

1)에서 제조된 황산 지르코늄 용액을 하기 표 1의 무기약품과 혼합하여 균일한 혼합물을 제조할 수 있는 지 확인하였다. 그 결과를 하기 표 1에 함께 나타내었다. 하기 표에서 ALUM은 황산알루미늄, PAC는 폴리염화알루미늄이며, 함량은 모두 중량%를 나타낸다. ALUM과 PAC는 한밭케미칼의 상용제품을 사용하였으며, 황산제2철과 염화제2철은 (주)태원의 상용제품을 사용하였다.

상기 혼합실험에서 황산지르코늄 용액과 염화제2철의 혼합도가 가장 우수하여 지르코늄과 염화제2철을 혼합하여 조성물을 제조하였다.

3) 조성물(FEZ)의 제조

1)에서 제조한 황산지르코늄 용액 10g과 38%(w/w) 염화제2철 용액 80g을 혼합하여 폐수처리제 조성물을 제조하였다. 제조된 조성물의 물성은 하기 표 2와 같다. 하기 표 2에서 증발잔유물은 110℃에서 6분 건조 후의 증발잔유물을 나타낸다.

실시예 2 : 불소함유 폐수처리 효율 검정

상기 실시예 1에서 제조된 폐수처리제 FEZ 또는 종래기술에 의한 상용 폐수처리제를 사용하여 각종 산업폐수를 처리하고 그 처리효율을 비교하였다.

하기 표 3은 자동차부품회사 산업폐수의 처리결과를 나타낸다. 원수 및 처리수의 COD와 불소 농도는 수질오염 공정시험법에 따라 측정하였다.

Claims (6)

1. 염화제2철과 황산지르코늄의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 불소 함유 폐수처리용 조성물.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 조성물 중 지르코늄의 금속 환산 함량이 0.5~5 중량%인 것을 특징으로 하는 불소 함유 폐수처리용 조성물.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 조성물 중 염화제2철의 함량이 3~10 중량%인 것을 특징으로 하는 불소 함유 폐수처리용 조성물.
   
4. 지르코늄 금속을 황산에 용해시켜 지르코늄 금속 환산 함량이 4~20 중량%인 황산지르코늄 용액을 제조하는 단계;
   상기 황산지르코늄 용액과 염화제2철 용액을 혼합하는 단계;
   로 이루어지는 것을 특징으로 하는 불소 함유 폐수처리용 조성물의 제조방법.
   
5. 제 4 항에 있어서,
   황산지르코늄 용액과 염화제2철 용액은 조성물 중 지르코늄의 금속 환산 함량이 0.5~5 중량%가 되도록 혼합하는 것을 특징으로 하는 불소 함유 폐수처리용 조성물의 제조방법.
   
6. 제 1 항의 조성물을 100~2000 ppm 투입하여 불소를 함유하는 폐수를 처리하는 것을 특징으로 하는 폐수처리방법.