KR101890209B1

KR101890209B1 - Ｔｎｔ 폐수의 처리 방법 및 장치

Info

Publication number: KR101890209B1
Application number: KR1020160166741A
Authority: KR
Inventors: 신원모; 이재우; 박재현
Original assignee: 주식회사 풍산; 한국과학기술원
Priority date: 2016-12-08
Filing date: 2016-12-08
Publication date: 2018-08-21
Also published as: KR20180065623A

Abstract

본 발명 TNT를 포함하는 TNT 폐수를 정수 처리하기 위하여, 증류라는 물리적 방법과 자외선 조사라는 화학적 방법을 모두 적용함으로써 적은 비용으로 TNT 폐수를 무해화할 수 있도록 한 TNT 폐수의 처리 방법 및 장치에 관한 것으로서,
TNT 폐수의 처리 방법은, 액상의 TNT와 유기물이 포함된 폐수를 증류하여 기체 상태의 용매를 분리하고 나머지 농축 폐수를 따로 저장하는 배출하는 1차 정수 공정과; 용매가 액화되어 형성된 담수에 자외선을 조사하여 담수 내의 잔여 TNT와 유기물을 분해하는 2차 정수 공정;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

ＴＮＴ 폐수의 처리 방법 및 장치{Treatment Method and Apparatus of TNT Wastes}

본 발명 TNT를 포함하는 TNT 폐수를 정수 처리하는 방법 및 장치에 관한 것으로서, 특히 증류라는 물리적 방법과 자외선 조사라는 화학적 방법을 모두 적용하여 적은 비용으로 TNT 폐수를 무해화할 수 있도록 한 TNT 폐수의 처리 방법 및 장치에 관한 것이다.

두 번의 세계 대전을 기점으로 하여 군수 산업은 전 세계적으로 증가했으며, 대부분의 전쟁이 종전된 지금에도 그 산업 규모는 조 단위에 이른다. 하지만 이러한 군수 산업에서 생산된 무기의 수명은 반영구적이지 않은데, 특히 화약 무기의 경우 화학 물질의 종류에 따라 군용으로 사용 가능한 수명이 정해져 있다.

이러한 화약 무기의 경우 자연에 그대로 방류하면, 자연적으로 분해가 되지 않을 뿐만 아니라, 특유의 벤젠 고리가 가지는 유독성 때문에 생태계에 악영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 이러한 위험성에도 수명이 지난 화약 무기에 대한 처리법이 아직 마련되어 있지 않으며, 처리해야 할 화약 폐기물의 양 또한 점점 증가하고 있는 실정이다. 특히, 군수 폐기물의 경우 사용한 무기만 처리되는 것이 아니라 무기에 따라 설정된 보유 연한이 지난 미사용 무기에 대해서도 처리를 해야 하는 상황이라 그 폐기물의 양이 더욱 빠르게 증가하고 있다.

여러 가지 화약 중에서도 특히 TNT의 경우에는 폭약의 주성분으로써 가장 광범위하게 사용되어온 물질 중 하나이다. 하지만, TNT를 포함하는 무기의 수명은 영구적이 아니므로 일정 기간이 지난 무기는 분해하여 폐기 처리하여야 한다. 이때, 무기에 포함된 TNT는 주로 용출 공정에 의해 무기로부터 회수되며, 이 과정에서 TNT가 용해된 폐수가 발생한다. 이 폐수가 미묘하게 붉은빛을 띠기 때문에 레드워터(Red water)라고 불리고 있다.

이러한 폐수 형태의 TNT, 즉 레드워터는 TNT 자체의 난분해성 때문에 자연 상에서 자체 분해를 기대하기는 힘들다. 또한, TNT는 그 자체로 유독성을 띠고 있으며, 미국 환경보호청(EPA; Environmental Protection Agency)의 분류 기준으로 그룹 C(possible carcinogen)의 발암 물질로 분류된 만큼 상당히 위험한 물질에 해당한다. 따라서, 이러한 TNT가 폐수 형태로 방출되기 이전에 정수 처리가 필요한 상황이다.

현재 우리나라에서는 저장 탄약 신뢰성 평가(ASRP: Ammunition Stockpiles Reliability Program)를 통하여 보관하고 있는 탄약류에 대한 관리를 진행하고 있으며, 이러한 평가에서 정비 불가 판정된 탄약은 일괄 소각처리 하고 있다. 이러한 소각 처리는 경제적으로 훨씬 저렴하게 처리 가능하다는 장점이 있지만, 소각시 생성되는 2차 오염 물질에 의해 환경적인 측면에서 매우 유해하다. 특히, 충분한 산소와 반응하지 못할 경우 생성되는 미연소 반응물이나, 소각시 부가적으로 생성되는 다이옥신류의 경우 생태계에 치명적인 영향을 주는 것으로 알려져 있다. 따라서 이러한 소각 처리를 대체 할 만한 친환경 기술의 개발이 촉구되고 있는 상황이다.

폐 탄약 처리 기술에 대한 연구는 냉전 시대 이후 미국에서 가장 먼저 시작되었다. 1970년대에서 1980년대까지는 미국의 경우에도 단순히 소각시켜 탄약을 처리했지만, 이후 소각처리시 생성되는 다이옥신이나 퓨란류에 대한 위험성이 제기되면서, 소각을 대체하기 위한 방안이 연구되었다. 이를 대체 하기 위해 나온 기술들을 소각 대체 기술이라고 하며, 이러한 기술들은 폐수 속의 화약 물질들과 산소 분자를 직접적으로 반응시키지 않게 함으로써 소각 처리시 생성되는 미연소 반응물, 다이옥신 그리고 퓨란의 생성을 일체 차단하고 있다.

이러한 방법은 여러 가지로 나눌 수 있는데, 크게 화학적으로 산화 혹은 환원시켜 무해한 물질로 전환시키는 방법과, 물리적으로 흡착하여 폐수로부터 유해물질만 분리하는 방법, 식물과 미생물을 통해 자연적으로 분해하는 방법 등으로 나눌 수 있다. 그 중에서도 화학적으로 반응시켜 분해하는 방법이 분해율이나, 처리 효율면에서 타 방법에 비해 우수하여 지속적으로 연구되어 왔다.

이후 자연계에 존재하는 강력한 산화제를 투입하거나 공정 중에 생성되게 하여, 산화력을 높이는 방법이 제시되었으며, 이러한 방법을 고도 산화 공정이라고 한다. 이러한 고도 산화 공정에 사용된 산화제는 수산화 라디칼로 자연계서 가장 강한 산화제 중 하나이다.

하지만, 이러한 수산화 라디칼로도 분해능이 떨어지는 경우를 해결하기 위해서 초임계 유체법이라는 처리법이 등장하게 된다. 초임계 유체법 또한 앞서 소개한 방법과 마찬가지로 화약 물질을 산화시켜 처리하는 방법이지만, 일반적인 고온 고압이 아닌 초임계점에서 반응을 진행한다는 점에서 큰 차이가 있다. 초임계점에서는 물질 간의 상 경계가 사라지게 되어, 반응의 활성화 에너지가 급격히 낮아지고, 평형 상수가 급격히 증가하게 된다. 이는 산화반응에서도 동일하게 적용되어, 5분 내에 99% 이상의 화학물질을 완전히 산화시켜 버린다.

하지만, 초임계 유체법에서의 높은 반응성은 오히려 단점으로도 작용하는데, 높은 산화력 때문에 화학물질뿐만 아니라 반응기 내의 기기도 부식시켜 버리기 때문이다. 또한, 초임계 유체법은 극단적으로 높은 온도와 압력이 필요하여, 단위 무게당 처리비용도 타 방법에 비해 높다는 단점이 있다.

이를 대체하기 나온 기술이 물리적 분리법과 화학적 분해법을 융합한 기술이다. 폐수 속의 오염물질과 물을 물리적으로 먼저 분리한 뒤, 물속에 남은 미량의 오염물질을 화학적으로 마저 분해하는 방법으로써, 상대적으로 높은 분해 효율과 물리적인 선 분리 과정을 통해 가격적인 면에서도 이점을 가지는 장점이 있으며, 본 발명도 이에 해당한다.

KR

10-2005-0002620

A

KR

10-0970425

B1

KR

10-2011-0061327

A

KR

10-2015-0003818

A

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 압력 강하를 통해 TNT 폐수 속의 용매만을 기화시켜 오염물질로부터 분리시키고, 액화된 용매에 대한 자외선 조사 처리를 통해 용매에 포함된 잔여 오염 물질을 분해함으로써 TNT 폐수를 정수로 변환할 수 있도록 함으로써, 적은 비용으로 TNT 폐수를 처리할 수 있도록 한, TNT 폐수의 처리 방법 및 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 TNT 폐수의 처리 방법은, 액상의 TNT와 유기물이 포함된 폐수를 증류하여 기체 상태의 용매를 분리하고 나머지 농축 폐수를 따로 저장하는 배출하는 1차 정수 공정과; 용매가 액화되어 형성된 담수에 자외선을 조사하여 담수 내의 잔여 TNT와 유기물을 분해하는 2차 정수 공정;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 TNT 폐수의 처리 방법에 따르면, 상기 1차 정수 공정은 상압 증류 또는 감압 증류에 의해 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 TNT 폐수의 처리 방법에 따르면, 상기 1차 정수 공정은 온도 조건을 100~150℃의 범위로 하여 상압 증류하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 TNT 폐수의 처리 방법에 따르면, 상기 1차 정수 공정은 온도 조건을 0~80℃의 범위로 하고, 압력 조건을 0.001~0.99bar의 범위로 하여 감압 증류하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 TNT 폐수의 처리 방법에 따르면, 상기 2차 정수 공정에서 사용되는 자외선의 파장은 10~400㎚인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 TNT 폐수의 처리 방법에 따르면, 상기 2차 정수 공정에서 자외선의 조사시간은 0.5~48시간인 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 TNT 폐수의 처리 방법에 따르면, 상기 2차 정수 공정은 햇빛 중의 자외선을 이용하여 TNT와 유기물을 분해하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 TNT 폐수의 처리 방법에 따르면, 햇빛은 380㎚ 이하의 파장 범위를 갖는 부분을 조사하며, 햇빛의 조사시간은 0.5~96시간인 것을 특징으로 한다.

그리고, 본 발명의 TNT 폐수의 처리 장치는, 액상의 TNT와 유기물이 포함된 폐수의 유입을 조절하는 유입 조절밸브와; 유입된 폐수에 포함된 용매의 증발이 이루어지는 플래시 증발기와; 상기 플래시 증발기에서 증발된 용매와 농축 폐수의 분리가 이루어지는 1차 분기부와; 상기 1차 분기부에 연결되어 시스템의 내부 압력을 세부 제어하는 압력 조절밸브와; 상기 1차 분기부에서 분리된 용매를 액화시켜 담수로 만든 후 상기 1차 분기부로 귀환시키는 콘덴서와; 상기 1차 분기부로부터 공급된 담수의 기액 분리가 이루어지는 2차 분기부와; 상기 2차 분기부에서 분리된 기체를 빨아들여 제거하고 시스템 전체의 압력을 감소시키는 진공펌프와; 상기 2차 분기부에서 기체가 분리된 담수가 저장되는 1차 플라스크와; 상기 1차 플라스크의 출구에 설치된 배출 조절밸브와; 상기 배출 조절밸브에 통해 배출된 담수가 저장되며 내부에 설치된 자외선 램프에 의한 TNT 및 유기물의 분해가 이루어지는 2차 플라스크;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 TNT 폐수의 처리장치에 따르면, 상기 플래시 증발기의 하부에 가열 맨틀이 설치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 TNT 폐수의 처리장치에 따르면, 상기 콘덴서는 1차 분기부로부터 기체 상태의 용매가 유입되고 액화된 용매가 1차 분기부로 빠져나가는 내부체와, 용매와의 열교환을 위하여 저온의 에틸렌글리콜이 유입되고 열교환을 통해 온도가 증가한 에틸렌글리콜이 배출되는 외부체로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 TNT 폐수의 처리 방법 및 장치는, 진공 디스틸레이션 과정에서 폐수 내의 용매만을 증발시키고 기화되지 않은 농축 폐수는 분리하여 별도 처리함과 아울러, 기화된 용매를 액화시킨 후 액화된 담수에 자외선을 조사하여 담수 내의 잔여 오염물질들을 분해하게 되므로, 최종 배출된 담수의 TNT 농도가 대폭 낮아지게 되어 기존의 물리적 분해 방법에 비해서 높은 정수율을 가지며, 기존의 산화 분해 방법에 비해서는 비용적인 측면에서 유리한 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 의한 TNT 폐수의 처리 방법을 나타낸 순서도.
도 2는 본 발명에 의한 TNT 폐수의 처리장치를 개략적으로 나타낸 블록도.
도 3은 본 발명의 TNT 폐수 처리방법에 따라 처리한 TNT 폐수와 원래의 TNT 폐수의 크로마토그래피를 비교하여 나타낸 참고도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 TNT 폐수의 처리 방법 및 장치에 대하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 의한 TNT 폐수의 처리 방법은 도 1에 도시된 바와 같이, 액상의 TNT와 유기물이 포함된 폐수를 증류하여 기체 상태의 용매를 분리하고 나머지 농축 폐수를 따로 저장하는 배출하는 1차 정수 공정과; 용매가 액화되어 형성된 담수에 자외선을 조사하여 담수 내의 잔여 TNT와 유기물을 분해하는 2차 정수 공정;을 포함하여 이루어진다.

상기 1차 정수 공정은 상압 증류 또는 감압 증류에 의해 이루어지며, 상압 증류시에는 온도 조건을 100~150℃의 범위로 하여 용매를 증발시키고, 감압 증류시에는 온도 조건을 0~80℃의 범위로, 압력 조건을 0.001~0.99bar의 범위로 하여 용매를 증발시키게 된다.

그리고, 상기 2차 정수 공정에서는 파장이 10~400㎚인 자외선을 조사하며, 자외선의 조사시간은 0.5~48시간인 것이 바람직하다. 이는 자외선의 조사 시간이 0.5시간 미만이면 TNT 및 유기물의 분해 효과가 저조하고, 자외선을 48시간 이상 조사하더라도 TNT 및 유기물의 분해율 상승을 기대하기 어렵기 때문이다.

한편, 상기 2차 정수 공정에서는 상기한 자외선 램프를 이용하여 자외선을 조사하지 않고 햇빛 중의 자외선을 이용하여 TNT와 유기물을 분해할 수도 있다. 이 경우 햇빛은 380㎚ 이하의 파장 범위를 갖는 부분을 이용하며, 햇빛의 조사시간은 0.5~96시간인 것이 바람직하다.

그리고, 상기한 TNT 폐수의 처리 방법을 적용하기 위한 본 발명의 TNT 폐수의 처리 장치는 도 2에 도시된 바와 같이, 액상의 TNT와 유기물이 포함된 폐수의 유입을 조절하는 유입 조절밸브(111)와; 유입된 폐수에 포함된 용매의 증발이 이루어지는 플래시 증발기(112)와; 상기 플래시 증발기(112)에서 증발된 용매의 기액 분리가 이루어지는 1차 분기부(113)와; 상기 1차 분기부(113)에 연결되어 시스템의 내부 압력을 세부 제어하는 압력 조절밸브(114)와; 상기 1차 분기부(113)에서 분리된 용매를 액화시켜 담수로 만든 후 상기 1차 분기부(113)로 귀환시키는 콘덴서(115)와; 상기 1차 분기부(113)로부터 공급된 담수의 기액 분리가 이루어지는 2차 분기부(116)와; 상기 2차 분기부(116)에서 분리된 기체를 빨아들여 제거하고 시스템 전체의 압력을 감소시키는 진공펌프(117)와; 상기 2차 분기부(116)에서 기체가 분리된 담수가 저장되는 1차 플라스크(118)와; 상기 1차 플라스크(118)의 출구에 설치된 배출 조절밸브(119)와; 상기 배출 조절밸브(119)에 통해 배출된 담수가 저장되며 내부에 설치된 자외선 램프(UV Lamp)에 의한 TNT 및 유기물의 분해가 이루어지는 2차 플라스크(120);를 포함하여 이루어진다.

여기서, 상기 플래시 증발기(112)의 하부에 가열 맨틀(Heating Mantle)이 설치됨으로써, 상압 증류 방식으로 용매를 증발시키는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 콘덴서(115)는 1차 분기부(113)로부터 기체 상태의 용매가 유입되고 액화된 용매가 1차 분기부(113)로 빠져나가는 내부체(115a)와, 용매와의 열교환을 위하여 저온의 에틸렌글리콜이 유입되고 열교환을 통해 온도가 증가한 에틸렌글리콜이 배출되는 외부체(115b)로 이루어진다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 TNT 폐수의 처리 방법 및 장치에서는 일차적으로 폐수를 플래시 증발기(Flash Vaporizer)로 투입시킨 뒤 진공펌프와 가열 맨틀(Heating Mantle)을 통해 저압, 상온에서 용매의 기화를 진행시키며, 이후 기화된 용매를 콘덴서에서 저온의 에틸렌글리콜과 열교환 시켜 응축시킨다. 기화 되지 않고 농축된 폐수는 따로 분리함으로써, 1차적으로 정수처리한다. 이후, 응축된 용매에 추가적으로 UV 조사 처리를 하여 용매 내의 잔여 오염 물질을 분해하는 원리를 이용한다.

우선, 폐수로 가정된 TNT 포화 수용액이 유입 조절밸브(111)를 통해 시스템에 유입되어, 플래시 증발기(111)를 거치게 된다. 상기 플래시 증발기(112)는 하단의 가열 맨틀(Heating Mantle)을 통해 온도가 조절되며, 상기 유입 조절밸브(111)에 연결되어 TNT 폐수가 유입되는 유입부(2)와, 가열과 감압 과정을 통해 증발된 용매가 배출되는 배출부(3)를 구비한다. 그리고, 상기 유입 조절밸브(111)의 다른 쪽에는 폐수 유입관(1)이 연결되며, 상기 플래시 증발기(112)에서 용매가 증발되고 남은 농축 폐수는 따로 저장된 후 별도 처리된다.

상기 플래시 증발기(112)의 상단에 위치한 1차 분기부(113)는 플래시 증발기(112)로부터 유입된 용매를 기액 분리하여 기체 용매는 콘덴서(115)로 보내고 액체 용매는 2차 분기부(116)로 보내게 된다. 이때, 상기 1차 분기부(113)는 기체 용매가 2차 분기부(116)로 빠져나가지 않도록 구성되어야 함은 당연하다.

상기 1차 분기부(113)에서 분리된 기체 용매는 콘덴서(115)에 연결된 제1연결관(6)을 통해 콘덴서(115)의 내부체(115a)로 유입된 후 냉매와의 열교환을 통해 액화되고, 용매가 액화되어 형성된 담수는 제2연결관(7)을 통해 상기 1차 분기부(113)로 유입된 후 배출관(8)을 통해 상기 2차 분기부(116)로 보내진다. 이때, 상기 2차 분기부(116)로 보내지는 담수의 양은 상기 콘덴서(115)로부터 제1분기부(113)로 유입되는 담수의 양과 실질적으로 동일하다. 그리고, 상기 제1분기부(113)에는 압력 조절밸브(114)가 연결관(4)로 연결되어 상기 압력 조절밸브(114)의 개폐에 따라 기체 냉매의 일부가 압력 출구(5)로 배출되도록 한다. 즉, 시스템의 전체적인 압력은 진공펌프(118)에 의해 조절되지만, 세부적인 압력의 조절은 상기 압력 조절밸브(114)의 개폐량을 조절하는 방식으로 이루어지는 것이다.

상기 콘덴서(115)는 용매가 출입하는 상기 내부체(115a)와, 냉매로 사용되는 저온의 에틸렌글리콜이 유입되는 유입부(14)와 열 교환 이후 온도가 증가한 에틸렌 글리콜이 빠져나가는 배출부(15)가 구비된 외부체(115b)로 이루어지며, 열교환 과정에서 용매와 냉매는 직접 만나지 않고 유리벽을 사이에 두고 열교환 과정만 거치게 된다.

상기 1차 분기부(113)에서 연결관(8)을 통해 2차 분기부(116)로 유입된 담수는 진공펌프(117)에 연결된 기체 배출부(9)로 인해 감압에 의한 증발이 이루어짐으로써 재차 기액 분리된다. 상기 진공펌프(117)는 시스템 내부의 기체를 빨아들이면서 시스템 전체의 압력을 감소시키고, 세부 압력은 상기 압력 조절밸브(114)의 개폐량을 통해 조절된다. 이후, 상기 2차 분기부(116)에서 기체가 분리된 담수는 연결관(10)을 거쳐 1차 플라스크(118)에 모이게 된다.

여기까지의 과정이 1차 정수 공정에 해당하는 진공 디스틸레이션(Vacuum Distillation)로 취급되며, 1차 정수 공정은 진공펌프(117)를 사용하는 특성으로 인해 배치 시스템(Batch system)으로 진행되기 때문에 상기 1차 플라스크(118)의 배출구(11)에 배출 조절밸브(119)가 설치된다.

이와 같이, 진공 디스틸레이션을 이용한 1차 정수처리가 끝나면, 상기 1차 플라스크(118)의 담수가 배출 조절밸브(119)에 연결된 유입관(12)을 통해 2차 플라스크(120)로 이동한다. 상기 2차 플라스크(120)에서는 디스틸레이션 처리된 담수가 자외선 램프(UV Lamp)에 직접 접촉한 상태로 머무르게 되며, 조사되는 자외선에 의해 담수 내부의 오염 물질이 분해된다. 일정 시간의 자외선 조사가 완료되면 상기 2차 플라스크(120)의 배출구(13)를 통해 외부로 배출되는데, 이 과정이 2차 정수 공정에 해당한다.

다시 말해서, 본 발명의 정수 사이클은 다음의 두 단계로 이루어진다.

우선 가열 맨틀(Heating Mantle)과 진공펌프(117)를 통해 상기 플래시 증발기(112) 내부의 압력과 온도가 조절되고, 이후 가열과 감압을 통해 디스틸레이션 조건이 형성되면, 폐수 내의 용매가 기화되면서 1차 분기부(113)를 거쳐 콘덴서(115)로 이동한다. 이후 콘덴서(115)에서 에틸렌 글리콜과의 열 교환을 통해 용매가 다시 액화되면서, 초기의 폐수 내의 오염 물질과 분리된다. 이 과정까지를 진공 디스틸레이션을 이용한 1차 정수 공정으로 취급한다.

이후, 용매가 액화된 담수가 2차 플라스크(120)로 이동되어 자외선 램프에 의한 자외선 조사 처리를 거치면서, 담수 내부의 잔여 오염물질은 분해된다. 진공 디스틸레이션 이후의 과정을 UV 조사 처리에 따른 2차 정수 공정으로 취급한다.

한편, 본 발명에서 처리가 완료된 폐수의 최종 TNT 농도에 영향을 미치는 조건은 플래시 증발기(112)의 운전 온도와 압력, 그리고 자외선 램프의 조사 시간이다. 이에 따라, 본 발명의 TNT 폐수의 처리 방법 및 장치의 성능을 확인하기 위한 실험을 수행하였으며, 그 결과가 다음의 표 1과 도 3에 나타나 있다.

<실험예>

실험에서는 TNT 폐수로서 포화 TNT 수용액(0.13 g/L)을 이용함과 아울러, 콘덴서(115)의 냉매 온도를 0℃로 한 상태에서 플래시 증발기(112)의 온도를 30, 40, 50, 60℃ 조건으로, 절대 압력을 0.05~1 bar 조건으로 바꾸어 가면서 진공 디스틸레이션을 진행하였다. 그리고, 각 경우에 대하여 TNT 폐수로부터 추출한 담수의 TNT 농도를 측정한 결과 다음의 표 1과 같이 나타났다.

이때, TNT 농도의 변화는 총 유기 탄소 수질분석기(Total Organic Carbon Analyzer)를 이용하여 측정였는데, 이는 디스틸레이션 처리의 경우 TNT가 분해되지 않고 물리적으로만 분리되어, 총 유기 탄소량의 변화만으로도 TNT 농도를 알 수 있기 때문이다.

		온도(℃)
		30	40	50	60
압력 (bar)	0.3	X	X	X	X
	0.2	X	X	X	500 ppb
	0.1	X	99.7 ppb	298.3 ppb	522 ppb
	0.05	98 ppb	169.1 ppb	X	X

상기한 표 1에 따르면, 디스틸레이션 처리가 완료된 용액은 ppb 및 ppm단위의 TNT를 함유하고, 특히 저온에서 추출된 담수의 농도가 고온에서 추출된 담수에 비해 낮은 농도를 가짐을 알 수 있다. 구체적으로, 압력이 0.05 bar이고 온도가 30℃인 조건으로 디스틸레이션 처리를 하였을 때 98 ppb의 가장 낮은 TNT 농도를 보였다.

디스틸레이션 처리가 끝난 후에는 자외선 램프로 자외선을 조사하였으며, 자외선 램프는 253.7㎚의 파장으로 12시간, 24시간, 48시간 동안 조사하였다. 처리된 용액에 대한 자외선 조사 처리 전후로 농도를 측정하였다. 자외선 조사 처리 전 단계에서는 위에서 설명한 총 유기 탄소 수질분석기(Total Organic Carbon Analyzer)를 이용하였고, 자외선 조사 처리 이후에는 고성능 액체 크로마토그래피(High Performance Liquid Chromatograph)를 이용하여 내부 오염 물질의 농도를 측정하였다. 자외선 조사 처리 후의 측정 방법을 달리한 이유는, 자외선 조사 후에는 TNT가 다른 물질로 분해되므로, TNT 형태로 존재하는지 아니면 다른 물질로 분해되었는지 총 유기 탄소량을 측정하는 것만으로는 알 수 없기 때문이다.

도 3을 참고하면, 자외선 조사 처리에 따른 TNT 농도의 감소 정도를 알 수 있다. 도 3은 상온 상압에서 12 시간, 24 시간, 48 시간 동안 자외선 조사를 진행하면서 담수 내의 잔여 TNT에 대한 크로마토그래피 결과와, 햇빛과 같은 자연광 아래서의 결과를 나타내고 있다.

도 3의 (a)는 처리 전의 TNT 폐수의 크로마토그래피이고, (b)는 디스틸레이션 처리 전후의 크로마토그래피이다. 따라서, 디스틸레이션 처리만 진행된 경우 TNT가 분해되지 않고 그대로 존재하기 때문에 처리 전 폐수와 거의 동일한 형태로 크기만 다른 피크가 나타남을 알 수 있다.

하지만, (c)는 자외선 조사 처리를 하였을 때의 크로마토그래피이고, (d)는 햇빛 조사 처리를 하였을 때의 크로마토그래피이다. 이에 따르면, 자외선 조사 처리에 따라 피크의 형태가 점점 확산되면서 TNT가 다른 물질들로 분해되는 것을 알 수 있다. 햇빛을 조사하는 경우에도 TNT가 분해되지만, 자외선의 세기가 약한 자연광(햇빛)의 한계로 인해 자외선 램프를 이용하여 자외선 조사 처리한 샘플이 더 많이 분해되어 있음을 피크의 크기 차이로 확인할 수 있다(약 TNT 10 ppb이하로 추정). 그리고, 두 가지 조사 처리에 대해서 조사 시간이 오래될수록 변화된 최종 피크의 크기가 작음을 확인하였다. 이는 TNT가 최종적으로 기체 상의 물질로 분해되어 용액을 빠져나감으로써 폐수 내의 절대적인 오염 물질 양이 감소했음을 의미한다.

이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 몇 가지 실시 예들과 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 명세서에 기재된 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 통상의 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

111...유입 조절밸브
112....플래시 증발기
113...1차 분기부
114....압력 조절밸브
115...콘덴서
116....2차 분기부
117....진공펌프
118....1차 플라스크
119...배출 조절밸브
120...2차 플라스크

Claims

액상의 TNT와 유기물이 포함된 폐수의 유입을 조절밸브(111)로 조절하면서 유입시키는 공정;과
액상의 TNT와 유기물이 포함된 폐수를 증류하는 공정;
기체 상태의 용매를 분리하고 나머지 농축 폐수를 따로 배출하는 1차 정수 공정;
상기 1차 정수 공정에서 분리된 용매를 콘덴서(115)에서 액화시켜 담수로 만들어 귀환시키는 공정;
압력 조절밸브(114)로 시스템의 내부 압력을 세부 제어하는 공정;
상기 1차 정수 공정에서 분리된 용매인 담수에서 기액을 분리하는 공정;
상기 기액을 분리하는 공정에서 분리된 기체를 진공펌프(117)로 빨아들여 제거하고 시스템 전체의 압력을 감소시키는 공정;
상기 기액 분리 공정에서 기체가 분리된 담수를 배출 조절밸브(119)로 조절하여 배출하는 공정; 및
배출된 상기 담수에 자외선을 조사하여 담수 내의 잔여 TNT와 유기물을 분해하는 2차 정수 공정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 TNT 폐수의 처리 방법.
제1항에 있어서,
상기 1차 정수 공정은 상압 증류 또는 감압 증류에 의해 이루어지는 것을 특징으로 TNT 폐수의 처리 방법.
제2항에 있어서,
상기 1차 정수 공정은 온도 조건을 100~150℃의 범위로 하여 상압 증류하는 것을 특징으로 TNT 폐수의 처리 방법.
제2항에 있어서,
상기 1차 정수 공정은 온도 조건을 0~80℃의 범위로 하고, 압력 조건을 0.001~0.99bar의 범위로 하여 감압 증류하는 것을 특징으로 TNT 폐수의 처리 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 2차 정수 공정에서 사용되는 자외선의 파장은 10~400㎚인 것을 특징으로 TNT 폐수의 처리 방법.
제5항에 있어서,
상기 2차 정수 공정에서 자외선의 조사시간은 0.5~48시간인 것을 특징으로 TNT 폐수의 처리 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 2차 정수 공정은 햇빛 중의 자외선을 이용하여 TNT와 유기물을 분해하는 것을 특징으로 TNT 폐수의 처리 방법.
제7항에 있어서,
햇빛은 380㎚ 이하의 파장 범위를 갖는 부분을 조사하며,
햇빛의 조사시간은 0.5~96시간인 것을 특징으로 TNT 폐수의 처리 방법.
액상의 TNT와 유기물이 포함된 폐수의 유입을 조절하는 유입 조절밸브(111)와;
유입된 폐수에 포함된 용매의 증발이 이루어지는 플래시 증발기(112)와;
상기 플래시 증발기(112)에서 증발된 용매의 기액 분리가 이루어지는 1차 분기부(113)와;
상기 1차 분기부(113)에 연결되어 시스템의 내부 압력을 세부 제어하는 압력 조절밸브(114)와;
상기 1차 분기부(113)에서 분리된 용매를 액화시켜 담수로 만든 후 상기 1차 분기부(113)로 귀환시키는 콘덴서(115)와;
상기 1차 분기부(113)로부터 공급된 담수의 기액 분리가 이루어지는 2차 분기부(116)와;
상기 2차 분기부(116)에서 분리된 기체를 빨아들여 제거하고 시스템 전체의 압력을 감소시키는 진공펌프(117)와;
상기 2차 분기부(116)에서 기체가 분리된 담수가 저장되는 1차 플라스크(118)와;
상기 1차 플라스크(118)의 출구에 설치된 배출 조절밸브(119)와;
상기 배출 조절밸브(119)에 통해 배출된 담수가 저장되며 내부에 설치된 자외선 램프(UV Lamp)에 의한 TNT 및 유기물의 분해가 이루어지는 2차 플라스크(120);를 포함하는 것을 특징으로 하는 TNT 폐수의 처리장치.
제9항에 있어서,
상기 플래시 증발기(112)의 하부에 가열 맨틀(Heating Mantle)이 설치되는 것을 특징으로 하는 TNT 폐수의 처리장치.
제9항 또는 제10항에 있어서,
상기 콘덴서(115)는 1차 분기부(113)로부터 기체 상태의 용매가 유입되고 액화된 용매가 1차 분기부(113)로 빠져나가는 내부체(115a)와, 용매와의 열교환을 위하여 저온의 에틸렌글리콜이 유입되고 열교환을 통해 온도가 증가한 에틸렌글리콜이 배출되는 외부체(115b)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 TNT 폐수의 처리장치.