KR102006328B1 - TVOCs 및 악취유발물질 제거를 위한 약액세정액 제조방법 - Google Patents

TVOCs 및 악취유발물질 제거를 위한 약액세정액 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 킬레이트화제를 정제수에 용해시켜 1차 킬레이트화제 용액을 제조하는 제조단계와, 상기 제조단계에 1차 산화방지제를 투입하는 1차 산화방지단계와, 상기 1차 산화방지단계에 2차 산화방지제를 투입하는 2차 산화방지단계와, 질산제이철, 킬레이트화제 및 정제수를 혼합하여 철킬레이트를 제조하고, 제조된 철킬레이트를 상기 2차 산화방지단계에 투입시켜 철킬레이트 화합물을 합성하는 합성단계와, 상기 철킬레이트 화합물에 2차 킬레이트화제를 첨가하는 첨가단계 및 상기 첨가단계에 생분해성 유화제를 투입하여 pH를 조절시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

TVOCs 및 악취유발물질 제거를 위한 약액세정액 제조방법{Method of preparation of drug cleaning fluids for removing TVOCs and odour-causing substances}
본 발명은 TVOCs 및 악취유발물질 제거를 위한 약액세정액 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 산업 및 생산현장에서 발생하는 TVOCs와 악취유발물질을 처리하기 위하여 설치된 약액세정탑을 더욱 효율적으로 사용하기 위한 VOCs 및 악취유발물질 제거를 위한 약액세정액 제조방법에 관한 것이다.
하수처리장, 음식물 처리장, 축산 폐수처리장, 슬러지 소각 및 건조설비, 쓰레기매립장, 각종 화학공장 등에서 발생하는 악취성분은 발생물질이나 발생원에 따라 오염물질의 구성이 매우 다양하며, 주요 악취유발물질로는 황화수소, 메틸메르캅탄 등의 황화합물, 암모니아, 아민과 같은 질소화합물, 벤젠, 톨루엔, 에틸벤젠, 크실렌 등의 휘발성 유기화합물(volatile organic compounds, VOCs) 또는 휘발성 황화합물(volatile sulfur compounds) 등이 있으며, 상기와 같은 악취성분들은 통상적으로 흡입시 두통이나 불쾌감을 유발하게 된다.
악취물질을 제거하는 방법으로는 화학적 처리법, 생물학적 처리법, 물리적 처리법이 있다. 이 중 화학적 처리법에 포함되는 약액 세정법(Wet Scrubber Method)은 물에는 별로 용해되지 않으나 산, 알칼리의 수용액과 반응하는 악취성분 또는 특정 약액과 반응하는 악취성분을 산 또는 알칼리 세정액을 사용하여 세정하는 방법이며 주로 암모니아, 아민류의 염기성성분을 제거한다. 약액 세정법은 사용하는 약액에 따라 산 세정법, 알칼리 세정법, 산화제인 차아염소산나트륨, 이산화염소 등의 산화제를 이용한 산화제 용액 세정법, 아황산나트륨 등의 환원제 용액 세정법 또는 기체상 산화제로서 오존, 이산화염소, 염소 등의 산화법 등 다양한 종류가 있다.
한편, 현재 화관법(화학물질관리법)과 같은 화학물질에 대한 관리기준 및 관련 규제의 강화로, 기존 약액세정탑에 사용되던 황산과 가성소다와 같은 약품의 사용이 어려워지고 있는 현실에 직면하여 산업과 생산현장에서의 악취관리의 어려움이 증가되고 있다.
주로 악취를 배출하는 현장의 경우, 관리가 잘되어진 대형화된 산업플랜트에서 발생하기보다는 중소형 생산현장에서 발생하는 경우가 많으며, 인력적인 측면과 위험물질 취급에 따른 위험도 증가에 따라 화관법에 적용되는 물질의 사용을 자제하고 있는 실정이다.
따라서, 차아염소산(NaOCl)과 같은 대체 약품의 사용이 많아지고 있으나, 차아염소산의 경우 아래의 반응식 1과 같이 반응 후 남아 있는 염(Salt)과 반응하여 염소가 발생하게 되는데, 이는 악취유발물질을 제거한 후 유해물질인 염소가스가 발생되는 문제점이 있다.
[반응식 1]
NaOCl + NaOCl + H2O → 2NaOH + Cl2↑
1. 한국 등록 특허 제10-1081488호 '탈취제의 제조방법 및 상기 제조방법에 따라 얻어진 탈취제' (등록일자 : 2011.11.02) 2. 한국 등록 특허 제10-0821664호 '탈취제의 제조방법' (등록일자 : 2008.04.04)
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 화관법의 영향을 받는 황산과 가성소다를 대체하여 주요 악취원인인 황화합물, 질소화합물질 및 탄소수 4개 이상의 친유성 알데히드 물질을 제거할 수 있는 TVOCs 및 악취유발물질 제거를 위한 약액세정액 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
또한, 차아염소산을 사용함으로써 발생되는 염소가스를 제거하기 위한 TVOCs 및 악취유발물질 제거를 위한 약액세정액 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 TVOCs 및 악취유발물질 제거를 위한 약액세정액 제조방법은 킬레이트화제를 정제수에 용해시켜 1차 킬레이트화제 용액을 제조하는 제조단계와, 상기 제조단계에 1차 산화방지제를 투입하는 1차 산화방지단계와, 상기 1차 산화방지단계에 2차 산화방지제를 투입하는 2차 산화방지단계와, 질산제이철, 킬레이트화제 및 정제수를 혼합하여 철킬레이트를 제조하고, 제조된 철킬레이트를 상기 2차 산화방지단계에 투입시켜 철킬레이트 화합물을 합성하는 합성단계와, 상기 철킬레이트 화합물에 2차 킬레이트화제를 첨가하는 첨가단계 및 상기 첨가단계에 생분해성 유화제를 투입하여 pH를 조절시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 제조단계에서 용해되는 킬레이트화제는 카르보네이트 이온과 같은 소듐에틸렌디아민테트라아세트산테트라소듐샐트(Ethylenediaminetetraacetic acid tetrasodium salt, EDTA-4Na) 및 소듐에틸렌디아민테트라아세트산다이소듐샐트(Ethylene di-amine tetra-acetic acid disodium salt, EDTA-2Na)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 사용하며, 정제수 100 중량부에 대하여 킬레이트화제 2 내지 15 중량부를 투입하여 1차 킬레이트화제 용액을 제조하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 1차 산화방지제는 아황산수소나트륨이 사용되며, 정제수 100 중량부에 대하여 아황산수소나트륨 0.5 내지 12 중량부를 상기 1차 킬레이트화제 용액에 투입하는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 2차 산화방지제는 폴리아민(polyamine) 및 폴리이민(polyethyleneimine)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 사용하며, 정제수 100 중량부에 대하여 2차 산화방지제 1 내지 10 중량부를 상기 1차 산화방지단계에 투입하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 철킬레이트 제조 시 킬레이트화제와 질산제이철의 몰비는 1 :　12　내지 1 : 24인 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 킬레이트화제는 카르보네이트 이온과 같은 소듐에틸렌디아민테트라아세트산테트라소듐샐트(Ethylenediaminetetraacetic acid tetrasodium salt, EDTA-4Na) 및 소듐에틸렌디아민테트라아세트산다이소듐샐트(Ethylene di-amine tetra-acetic acid disodium salt, EDTA-2Na)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 사용하는 것을 특징으로 한다.
다음으로, 상기 2차 킬레이트화제는 구연산나트륨(Sodium citrate)으로 이루어진 군에서 구연산나트륨 일수화물(Monosodium citrate), 구연산나트륨 이수화물(Disodium citrate), 구연산나트륨 삼수화물(Trisodium citrate) 중 선택된 하나 이상을 사용하며, 정제수 100 중량부에 대하여 구연산나트륨 2.0 내지 8.0 중량부를 상기 철킬레이트 화합물에 첨가하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 생분해성 유화제는 프릴리 글리콜(Caprylyl Glycol) 및 카프릴리 카프릴 글루코사이드(Caprylyl Capryl Glucoside)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 사용하며, 정제수 100 중량부에 대하여 유화제 0.1 내지 5.0 중량부를 상기 첨가단계에 투입하여 pH를 조절시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 TVOCs 및 악취유발물질 제거를 위한 약액세정액 제조방법은 산업 및 생산현장에서 발생하는 TVOCs, 황화수소, 메틸메르캅탄, 암모니아 및 트리메틸아민 및 탄소수 4개 이상의 알데이드 화합물 등을 효율적으로 동시에 제거할 수 있어 악취방지시설에서 매우 유용하게 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에서는 차아염소산이 사용되는 약액세정탑 후단에 약액세정액이 첨가되어 잔존 냄새 취기 및 부가반응에서 발생되는 유해 염소가스를 도 2와 같은 반응식으로 제거하여 안전한 약액세정탑 운용이 가능하도록 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 TVOCs 및 악취유발물질 제거를 위한 약액세정액 제조방법을 나타내기 위한 공정 흐름도.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 2차 산화방지제인 폴리아민(polyamine) 및 폴리이민(polyethyleneimine)으로 이루어진 군이 염소가스를 제거하는 것을 나타낸 반응식.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 TVOCs 및 악취유발물질 제거를 위한 약액세정액의 악취원 제거효율을 나타낸 그래프.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
아울러, 본 발명에 따른 TVOCs 및 악취유발물질 제거를 위한 약액세정액 제조방법을 구성하는 정제수 외 나머지 성분들의 함량은 정제수 100 중량부를 기준으로 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 TVOCs 및 악취유발물질 제거를 위한 약액세정액 제조방법을 나타내기 위한 공정 흐름도이며, 도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 2차 산화방지제인 폴리아민(polyamine) 및 폴리이민(polyethyleneimine)으로 이루어진 군이 염소가스를 제거하는 것을 나타낸 반응식이다.
도 1에 도시된 공정 흐름도에 따르면, 먼저 킬레이트화제를 정제수에 용해시켜 1차 킬레이트화제 용액을 제조하는 제조단계가 개시된다.
상기 킬레이트화제는, 카르보네이트 이온과 같은 소듐에틸렌디아민테트라아세트산테트라소듐샐트(Ethylenediaminetetraacetic acid tetrasodium salt, EDTA-4Na) 및 소듐에틸렌디아민테트라아세트산다이소듐샐트(Ethylene di-amine tetra-acetic acid disodium salt, EDTA-2Na)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다.
여기서, 본 발명에 따른 상기 킬레이트화제는 정제수 100 중량부에 대하여 2 내지 15 중량부를 투입하여 사용하는 것이 바람직하다.
이어서, 상기 1차 킬레이트화제 용액에 1차 산화방지제를 투입하며, 본 발명에 1차 산화방지제로 사용된 아황산수소나트륨(Sodium bisulfite, NaHSO3)은 정제수 100 중량부에 대하여 0.5 내지 12 중량부를 사용하는 것이 바람직하다.
다음으로, 상기 1차 산화방지제를 혼합한 용액에 2차 산화방지제를 투입하는 단계가 개시된다.
상기 2차 산화방지제는 폴리아민(polyamine) 및 폴리이민(polyethyleneimine)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 사용할 수 있으며, 정제수 100 중량부에 대하여 2차 산화방지제 1 내지 10 중량부를 사용하는 것이 바람직하다.
그리고, 합성단계에서는 질산제이철, 킬레이트화제 및 정제수를 혼합하여 철킬레이트를 제조하고, 상기 제조된 철킬레이트를 상기 2차 산화방지제를 투입한 용액과 혼합시켜 더욱 안정된 철킬레이트 화합물을 얻을 수 있으며, 부가적으로는 도 2와 같이 유해염소 가스를 제거할 수 있는 효율을 높일 수 있다.
본 발명에 따른 철킬레이트 조성물을 구성하는 철염은 물에 용해되어 철 이온을 형성할 수 있는 물질이라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하지만, 대표적으로 질산제이철(Fe(NO3)3)이 선택될 수 있다. 이는 환경부에서 인증하는 친환경 탈취제에 유해원소로 규정된 비소(As), 납(Pb), 카드늄(Cd), 수은(Hg), 크롬(Cr), 구리(Cu), 니켈(Ni), 아연(Zn)등의 금속염을 원천적으로 사용하지 않고 약액세정액을 제조하기 위함이다. 또한, 상기 규정된 금속염이외에 망간(Mn), 백금(Pt), 은(Ag), 티탄(Ti)과 같은 금속염의 경우에도 제조 시 제외하여 친환경적인 세정액을 제조하도록 한다.
여기서, 철킬레이트를 합성하기 위하여 킬레이트화제와 질산제이철의 혼합비율은 몰비로 1:12 내지 1:24 정도인 것이 바람직하다.
이 때, 상기 철킬레이트를 구성하는 킬레이트화제와 질산제이철의 몰비가 1:12 내지 1:24보다 소량 또는 과량으로 제조될 경우, 악취물질을 침전시키는 능력이 저하될 수 있고 이에 따라 악취물질을 제거하는 효율이 감소될 수 있다.
다음으로, 첨가단계에서는 철킬레이트의 안정화를 위하여 2차 킬레이트화제인 구연산나트륨을 첨가한다.
본 발명에서는 구연산을 철 이온과의 킬레이트 형성물질로 이용한다.
구연산은 삼양성자산(triprotic acid)으로 철 이온과의 강한 킬레이트 화합물을 형성할 수 있음이 알려져 있다.
또한, 철 이온과 구연산 음이온에 의한 킬레이트 화합물에서 킬레이트 화합물의 안정성에 영향을 주는 요인에 하나가 용액의 pH이다.
구연산의 경우 약산으로 용액의 pH에 따라 해리도(dissociation degree)가 좌우되는 대표적인 약산(weak acid)이다.
용액의 pH가 너무 낮은 영역에서는 구연산의 킬레이팅 능력이 극대화 되지 않고, 반대로 너무 높은 경우는 -OH(수산기)에 의한 Fe(OH)3의 침전이 부분적으로 발생하여 킬레이팅 특성이 저하된다.
따라서, 본 발명에 사용된 2차 킬레이트화제로는 구연산나트륨(Sodium citrate)으로 이루어진 군에서 구연산나트륨 일수화물(Monosodium citrate), 구연산나트륨 이수화물(Disodium citrate), 구연산나트륨 삼수화물(Trisodium citrate) 중 선택된 하나 이상을 사용하는 것이 바람직하며, 상기 구연산을 투입함으로써 pH를 조절하여 반응안정성을 유지할 수 있다.
이 때, 상기 구연산나트륨은 정제수 100 중량부에 대하여 2.0 내지 8.0 중량부를 투입하여 사용하는 것이 바람직하다.
마지막으로, 상기 첨가단계에서 구연산나트륨을 첨가한 용액에 생분해성 유화제를 투입하며, 상기 유화제로는 카프릴리 글리콜(Caprylyl Glycol) 및 카프릴리 카프릴 글루코사이드(Caprylyl Capryl Glucoside)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 사용하는 것이 바람직하다.
이 때, 상기 유화제의 경우 바람직하게는 혼합 또는 단독으로 정제수 100중량부에 대하여 0.1 내지 5.0 중량부를 투입하여 철 킬레이트의 안정화를 도모할 수 있다.
상기 유화제는 금속 복합체 용액 내 전기안정화도를 높여 금속 복합체의 침전을 방지하고 전하를 안정화시키며 친유성 악취물질에 대한 용해도를 증가시켜 세정액과의 반응성을 향상시키는 것으로, 상기 범위를 벗어나 과량 또는 소량으로 함유되면 친수성 및 친유성 물질에 대한 제거율 문제가 야기될 수 있다.
상기 공정을 통해 합성되어진 약액세정액은 약액세정탑과 같은 악취방지시설에 화관법의 규제를 받는 황산 및 가성소다를 대체할 수 있다. 그 응용방법으로는 약액세정탑 및 악취가 다량 발생하는 국소공간에 노즐 분사와 같은 방식을 적용하여 VOCs류가 포함된 악취를 제거할 수 있으며, 미세분무와 같은 방식으로 비표면적을 증대시켜 노즐 분사에 따른 효율을 상승시킬 수 있다.
다음으로, 도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 TVOCs 및 악취유발물질 제거를 위한 약액세정액의 악취원 제거효율을 나타낸 그래프이다.
도 3을 참조하면, 전술한 제조방법을 통해 합성된 약액세정액을 약액세정탑에 투입하여 사용한 결과, 산업 및 생산현장에서 발생하는 암모니아(NH3), 트리메틸아민(TMA), 황화수소(H2S) 등이 90% 이상 효과적으로 제거됨을 알 수 있었다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모두 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모두 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (8)

  1. 킬레이트화제를 정제수에 용해시켜 1차 킬레이트화제 용액을 제조하는 제조단계;
    상기 제조단계에 1차 산화방지제를 투입하는 1차 산화방지단계;
    상기 1차 산화방지단계에 2차 산화방지제를 투입하는 2차 산화방지단계;
    질산제이철, 킬레이트화제 및 정제수를 혼합하여 철킬레이트를 제조하고, 제조된 철킬레이트를 상기 2차 산화방지단계에 투입시켜 철킬레이트 화합물을 합성하는 합성단계;
    상기 철킬레이트 화합물에 2차 킬레이트화제를 첨가하는 첨가단계; 및
    상기 첨가단계에 생분해성 유화제를 투입하여 pH를 조절시키는 단계;를 포함하여 제조되는 TVOCs 및 악취유발물질 제거를 위한 약액세정액 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제조단계에서 용해되는 킬레이트화제는 카르보네이트 이온과 같은 소듐에틸렌디아민테트라아세트산테트라소듐샐트(Ethylenediaminetetraacetic acid tetrasodium salt, EDTA-4Na) 및 소듐에틸렌디아민테트라아세트산다이소듐샐트(Ethylene di-amine tetra-acetic acid disodium salt, EDTA-2Na)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 사용하며, 정제수 100 중량부에 대하여 킬레이트화제 2 내지 15 중량부를 투입하여 1차 킬레이트화제 용액을 제조하는 것을 특징으로 하는 TVOCs 및 악취유발물질 제거를 위한 약액세정액 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 1차 산화방지제로는 아황산수소나트륨이 사용되며, 정제수 100 중량부에 대하여 아황산수소나트륨 0.5 내지 12 중량부를 상기 1차 킬레이트화제 용액에 투입하는 것을 특징으로 하는 TVOCs 및 악취유발물질 제거를 위한 약액세정액 제조방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 2차 산화방지제는 폴리아민(polyamine) 및 폴리이민(polyethyleneimine)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 사용하며, 정제수 100 중량부에 대하여 2차 산화방지제 1 내지 10 중량부를 상기 1차 산화방지단계에 투입하여 킬레이트 안정화 및 염소가스 제거를 특징으로 하는 TVOCs 및 악취유발물질 제거를 위한 약액세정액 제조방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 철킬레이트 제조 시 킬레이트화제와 질산제이철의 몰비는 1 :　12　내지 1 : 24 인 것을 특징으로 하는 TVOCs 및 악취유발물질 제거를 위한 약액세정액 제조방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 킬레이트화제는 카르보네이트 이온과 같은 소듐에틸렌디아민테트라아세트산테트라소듐샐트(Ethylenediaminetetraacetic acid tetrasodium salt, EDTA-4Na) 및 소듐에틸렌디아민테트라아세트산다이소듐샐트(Ethylene di-amine tetra-acetic acid disodium salt, EDTA-2Na)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 사용하는 것을 특징으로 하는 TVOCs 및 악취유발물질 제거를 위한 약액세정액 제조방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 2차 킬레이트화제는 구연산나트륨(Sodium citrate)으로 이루어진 군에서 구연산나트륨 일수화물(Monosodium citrate), 구연산나트륨 이수화물(Disodium citrate), 구연산나트륨 삼수화물(Trisodium citrate) 중 선택된 하나 이상을 사용하며, 정제수 100 중량부에 대하여 구연산나트륨 2.0 내지 8.0 중량부를 상기 철킬레이트 화합물에 첨가하는 것을 특징으로 하는 TVOCs 및 악취유발물질 제거를 위한 약액세정액 제조방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 생분해성 유화제는 프릴리 글리콜(Caprylyl Glycol) 및 카프릴리 카프릴 글루코사이드(Caprylyl Capryl Glucoside)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 사용하며, 정제수 100 중량부에 대하여 유화제 0.1 내지 5.0 중량부를 상기 첨가단계에 투입하여 pH를 조절시키는 것을 특징으로 하는 TVOCs 및 악취유발물질 제거를 위한 약액세정액 제조방법.
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