KR102223405B1 - 해조류 펄프의 제조 공정을 위한 표백 방법. - Google Patents

Abstract

본 발명은 해조류 펄프의 제조 공정을 위한 표백 방법에 관한 것으로서, 과산화수소 및 가성소다 수용액를 포함하는 표백제를 사용하여 해조류 잔사를 표백하는 표백 공정을 2회 이상 반복하여 수행할 때, 상기 표백 공정 중 최종 표백 공정 시 오존 발생 장치로부터 제조한 오존을 투입하여 표백 공정을 수행함으로써 표백 공정에서 발생하는 폐수를 저감시키는 해조류 펄프의 제조 공정을 위한 표백 방법에 관한 것이다.

Description

해조류 펄프의 제조 공정을 위한 표백 방법.{BLEACHING METHOD FOR MANUFACTURING PROCESS OF SEA ALGAE PULP}

본 발명은 해조류 펄프의 제조 공정을 위한 표백 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 해조류로부터 펄프를 제조하는 공정 중 표백 공정을 개선하여 폐수의 생성량을 줄이고 표백 공정의 효율을 향상시킨 해조류 펄프의 제조 공정을 위한 표백 방법에 관한 것이다.

일반적인 펄프는 주로 목재와 같은 식물 원료로부터 제조되고 있으나, 목재로부터 제조하는 펄프에는 셀룰로오스(cellulose), 헤미셀룰로오스(hemicellulose)와 리그닌(lignin)을 다량 함유하고 있어 표백 과정에서 다량의 표백제가 사용되고 있다.

이러한 문제점을 개선하기 위하여 해조류를 원료로 한 펄프가 제조되고 있는데, 실험실 수준에서 펄프를 제조하는 공정은 대한민국 등록특허공보 10-1885558호를 참조할 수 있다.

상기 선행기술에서는 우뭇가사리(홍조류)의 잔사를 알칼리 수용액으로 펄핑하고 분리한 후, 이를 과산화수소(35% 농도); 3 중량%의 가성소다; 및 1 중량%의 규산소다(메타규산나트륨)를 첨가하여 90℃에서 1시간 동안 1차 표백한 후, 다시 10 중량%의 과산화수소(35% 농도), 1.5 중량%의 가성소다 및 0.5 중량%의 규산소다를 첨가하여 90℃에서 1시간 동안 2차 표백을 실시하고 있다. 이 경우, 원료 자체에 헤미셀룰로오스나 리그닌 등이 함유되지 않아 표백 처리가 비교적 원활하나 표백제를 다량 사용해야 하는 점에는 차이가 없다.

이러한 펄프 제조 공정을 대량 생산에 적용할 경우, 대한민국 등록특허공보 10-1847039호에서와 같이 우뭇가사리 잔사를 추출기에 공급하여 열 에너지 및 기계적 에너지를 가함으로써 추출 처리하고, 이를 다량의 표백제를 사용하여 표백 처리하고 있다.

이러한 대량 생산 공정에서는 표백 처리의 단계를 줄이면 표백 처리와 불순물 제거가 불충분하여 제품의 품질이 저하되기 때문에 표백 처리 공정을 최적화하기 곤란하며, 이러한 이유로 대량의 폐수가 발생하게 되는 문제점이 있다.

또한, 종래기술들을 살펴보면, 해조류로 펄프를 제조할 때 주로 개선되는 부분은 해조류를 추출하는 방법의 개선을 통한 생산 효율 증대에만 초점이 맞추어져 있고(대한민국 등록특허공보 10-1847039호, 등록특허 10-1547101호, 등록특허 10-1655341호 등 참조), 표백 처리에서 발생하는 공정상 문제점을 해결하는 기술을 충분히 개발되고 있지 못한 상태이다.

대한민국 등록특허공보 10-1885558호 대한민국 등록특허공보 10-1847039호 대한민국 등록특허공보 10-1547101호 대한민국 등록특허공보 10-1655341호

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 해조류를 원료로 하여 펄프를 제조하는 공정에 있어서 표백 공정을 개선함으로써 폐수의 생성량을 줄이고 표백 공정의 효율을 향상시키는 표백 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 표백 방법은 과산화수소 및 가성소다 수용액를 포함하는 표백제를 사용하여 해조류 잔사를 표백하는 공정에 있어서, 상기 표백 공정을 2회 이상 반복하여 수행할 때 상기 표백 공정 중 최종 표백 공정 시 오존 발생 장치로부터 제조한 오존을 투입하여 표백 공정을 수행하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 최종 표백 공정에서 상기 표백제에 포함되는 상기 과산화수소 및 가성소다 수용액의 농도가 50 농도% 이하일 수 있으며, 상기 표백 공정은 2회 반복하여 수행할 수 있다.

본 발명의 펄프의 제조방법은 해조류를 원료로 하여 펄프를 제조하는 공정에 있어서 표백 공정을 개선함으로써 폐수의 생성량을 줄이고 표백 공정의 효율을 향상시키는 효과를 나타낸다.

도 1은 해조류 원료로부터 펄프를 제조하는 전체 공정 순서이다.
도 2는 종래기술에 따른 펄프 제조 공정 중 표백 공정을 나타낸 공정도이다.
도 3은 본 발명에 따른 펄프 제조 공정 중 표백 공정을 나타낸 공정도이다.

이하 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명의 표백 방법은 해조류 펄프의 제조 공정에 적용하기 위한 것으로, 목재 펄프의 제조 공정에 적용하는 것과는 차이가 있는 것이다. 일반적으로 목재 펄프는 셀룰로오스뿐만 아니라 헤미셀룰로오스와 리그닌을 다량 함유하고 있어 표백 공정 시 이를 제거하기 위하여 다량의 표백제를 사용하여야 한다.

이와는 달리 해조류를 이용하여 펄프를 제조하는 공정에서는 도 1에서와 같이 원료인 해조류를 분쇄하여 잔사를 제조한 후 이를 추출하고 여과 및 세척 과정을 통해 연질화한 후 이를 표백, 탈수 및 섬유화함으로써 펄프를 제조하게 된다.

상기 해조류는 파래, 청각, 매생이 등의 녹조류; 미역, 톳, 모자반 등의 갈조류; 및 김, 우뭇가사리 등의 홍조류를 들 수 있는데, 이러한 홍조류에는 섬유 성분 중 헤미셀룰로오스나 리그닌이 함유되지 않아 고품질의 펄프를 제조하기 위한 원료로 사용되고 있다.

상기 추출 공정에서는 불순물을 제거하고 분쇄한 해조류의 잔사의 외피를 연화하는 공정을 수행하는데, 종래에는 산성 용액에 침지하고 가열하거나 장시간 산성 용액에 침지하였으며, 대량 생산을 위하여 추출기를 사용하거나 수열합성 장치를 사용하는 등 다양한 추출 공정에 의해 해조류 잔사를 연질화하고 있다.

추출 공정에 의해 외피와 내부 섬유조직이 분리되고 불순물이 제거된 해조류 잔사는 컨베이어를 이용하여 세척기로 이송되고 세척을 한 후 표백 공정을 수행하게 된다.

종래기술에 따른 표백 공정은 도 2에 도시된 바와 같은 방법으로 수행되는데, 교반을 위한 임펠러가 장착된 반응조에서는 해조류 잔사와 물을 혼합하여 세척을 수행함으로써 추출 공정에서 남은 불순물과 외피를 씻어 내는 연질화 공정을 수행하게 된다.

이어서 상기 해조류 잔사를 컨베이어 등으로 이송하여 표백 공정을 수행하는데, 표백 공정은 반응조와 마찬가지로 임펠러가 장착되어 교반을 할 수 있도록 구성된다.

종래기술에 따른 표백 공정은 1차 내지 3차 표백을 수행하게 되는데, 각각의 표백 공정에서 반응조에 해조류 잔사와 비염소계 표백제, 과산화수소 중 어느 하나 또는 그 이상의 표백제를 사용하여 표백 공정을 수행하게 된다. 구체적으로 상기 표백제로는 과산화수소(5 농도%) 및 가성소다(4 농도%) 수용액을 사용하는데, 70 내지 80℃로 승온시킨 해조류 잔사를 포함하는 반응조에 상기 표백제를 투입하여 pH를 11 내지 12로 조절한 후 90℃까지 승온시키고 1 내지 1.5 시간 교반하여 표백 공정을 수행하게 된다. 이러한 표백 공정에 의해 교반에 의해 표백과 함께 해조류 잔사의 섬유화가 진행된다.

상기 1차 내지 3차 표백은 상기와 같은 공정 조건으로 수행하게 되는데, 표백 회수를 줄이면 표백이나 섬유화가 불충분하여 펄프의 품질이 저하되기 때문에 다량의 표백제를 사용한 표백 공정을 필요로 하게 된다. 또한, 상기 표백 공정을 마친 표백제 수용액은 폐수처리조로 수집되게 되며, 이러한 폐수는 다량의 과산화수소 및 가성소다를 함유하고 있으므로 상기 폐수를 다시 중화하는 공정이 필요하게 된다.

따라서 폐수의 양을 줄이면서도 표백 및 섬유화를 원활히 수행할 수 있도록 본 발명에서는 도 3에서와 같은 과정을 통해 표백 공정을 수행하게 된다.

즉, 본 발명에서는 표백 공정을 2회 이상 반복하여 수행하는 점에서는 종래기술과 동일하나, 상기 표백 공정 중 최종 표백 공정에서 오존 발생 장치로부터 제조한 오존을 투입하여 표백 공정을 수행하고 있다. 이러한 표백 방법을 적용하면, 상기 표백 공정을 2회만 수행해도 충분한 표백 및 섬유화가 가능한 것으로 나타났다.

또한, 상기 최종 표백 공정에서는 상기 표백제에 포함되는 상기 과산화수소 및 가성소다 수용액의 농도가 50 농도% 이하가 되도록 하여 전체적인 표백 공정에 따른 폐수의 양을 대폭 저감시킬 수 있게 된다.

또한, 상기 표백 공정이 완료된 원료를 압착 스크린 공정을 통해 수분을 1차적으로 제거하고 클리너 및 진동 스크린을 통해 잔여 이물질을 제거하고, 상기 이물질이 제거된 펄프는 최종 탈수 및 섬유화 공정을 거쳐 펄프로 완성하게 되는데, 상기 오존의 주입을 통해 폐수 내의 유해 물질 제거와 해조류 잔사에 잔존하는 세균을 살균할 수 있기 때문에 제조된 펄프의 살균 처리를 위한 공정을 별도로 수행하지 않아도 된다. 이러한 공정상의 장점을 통해 상기 펄프를 이용하여 화장지, 화장품용 부직포 등의 특수 종이를 제조할 때에도 제지 공정의 전체적인 효율을 향상시킬 수 있게 된다.

상기 오존 발생 장치는 표백 공정을 수행하는 반응조에 오존을 주입하기 위하여 플라즈마 생성기에 의해 오존을 생산한다.

일반적인 플라즈마 생성기의 경우 플라즈마의 생성시 발생하는 오존이 체류하는 공간의 면적에 비하여 플라즈마가 생성되는 구역의 면적이 협소하여 플라즈마의 생성 효율이 감소하는 문제점이 있다. 또한, 플라즈마의 생성시 발생하는 오존이 체류하는 공간의 면적에 비하여 플라즈마가 생성되는 구역의 면적이 과대하면, 과량 발생하는 오존으로 인한 기압의 증가에 따라 슬러지 및 스컴의 배출 효율이 감소할 수 있다.

이러한 문제점을 감안하여 본 발명의 오존 발생 장치는 표백 공정에 최적화된 오존의 제공을 위하여 도 4에 도시된 바와 같은 구조로 이루어지고 있다.

도 4를 참조하면, 상기 오존 발생 장치는 내부에 중공(101)이 형성되고, 오존이 배출되는 오존 배출구(102)가 상단 일측에 구비되며, 슬러지 및 스컴이 배출되는 슬러지 배출구(103)가 하단 일측에 구비되는 외부 하우징(100)을 포함하여 구성된다.

상기 외부 하우징(100)은 상기 오존 발생 장치의 몸체를 구성하는데, 상기 외부 하우징(100)의 내부에 형성되는 중공(101)은 초고온에서 음전하를 가진 전자와 양전하를 띤 이온으로 분리된 기체 상태로써 플라즈마가 생성되는 공간을 이룬다. 또한, 상기 오존 배출구(102)는 플라즈마의 생성 과정에서 부가적으로 발생하는 오존이 배출되는 출구로써 기체인 오존의 성질을 고려하여 외부 하우징(100)의 상단에 구비되며, 상기 슬러지 배출구(103)는 플라즈마의 생성 과정에서 오존과 함께 부가적으로 발생하는 슬러지 및 스컴이 배출되는 출구로써 침전물인 슬러지 및 부유물인 스컴의 성질을 고려하여 외부 하우징(100)의 하단에 구비되도록 하고 있다.

상기 오존 발생 장치는 격벽 구조를 가지게 되는데, 상기 격벽(110)은 상기 중공(101)을, 플라즈마가 생성되는 하부 일측의 생성 구역(111), 플라즈마 생성시 발생하는 오존이 체류하는 상부의 체류 구역(112) 및 슬러지와 스컴이 배출되는 통로인 하부 타측의 배출 구역(113)으로 각각 구획하도록 구성된다.

또한, 상기 격벽(110)은 상기 플라즈마 생성기 내부의 중공(101)을 세 개의 구역으로 구획하되, 각 구역 간의 면적 비율을 결정하여 플라즈마 생성 효율과 슬러지 및 스컴의 배출 효율이 최적화되도록 한다.

즉, 플라즈마의 생성시 발생하는 오존이 체류하는 상기 체류 구역(112)의 면적에 비하여 플라즈마가 생성되는 상기 생성 구역(111)의 면적이 협소하게 형성되면, 플라즈마의 생성 과정에서 부가적으로 발생하는 오존의 양에 비하여 체류 구역(112)의 면적이 다소 넓은 상태가 되므로, 이는 곧 상기 플라즈마 생성기의 플라즈마 생성 효율이 최적화되지 못하였음을 의미한다.

또한, 플라즈마의 생성시 발생하는 오존이 체류하는 상기 체류 구역(112)의 면적에 비하여 플라즈마가 생성되는 상기 생성 구역(111)의 면적이 과다하게 형성되면, 과량 발생하는 오존으로 인한 기압의 증가에 따라 슬러지 및 스컴이 격벽(110)을 넘어가기 어렵게 되므로, 이는 곧 상기 플라즈마 생성기의 슬러지 및 스컴의 배출 효율이 최적화되지 못하게 된다.

즉, 상기 생성 구역(111)의 면적은 상기 체류 구역(112)의 면적보다 넓은 면적을 가지도록 구성되어야 하되 양 면적 간의 차이 범위가 제한되어야 하며, 상기 배출 구역(113)은 플라즈마의 생성 속도에 따른 슬러지 및 스컴의 발생 속도 및 배출 속도를 고려하여 상기 생성 구역(111)에 대한 면적의 비율의 비율이 결정되어야 한다.

따라서, 상기 오존 발생 장치의 플라즈마 생성 효율과, 슬러지 및 스컴의 배출 효율을 최적하고자, 상기 격벽(110)은 상기 생성 구역(111)과 상기 배출 구역(113)의 면적을 4:1의 비율로 구획하도록 상기 중공(101) 하부에 설치되고, 이때 상기 격벽(110)의 길이는 상기 중공(101)의 높이에 대하여 5:3의 비율로 구성하고 있다. 이러한 오존 발생 장치의 구조에 의해 상기 생성 구역(111)에 대한 상기 배출 구역(113)의 비율을 최소화하며 효율적으로 슬러지 및 스컴을 배출할 수 있게 된다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백한 것이다.

100 : 외부 하우징
101 : 중공
102 : 오존 배출구
103 : 슬러지 배출구
110 : 격벽
111 : 생성 구역
112 : 체류 구역
113 : 배출 구역
200 : 플라즈마 생성부
210 : 헤드부
220 : 방전관
230 : 연결부
240 : 방전부
250 : 버블 발생부

Claims (3)

1. 과산화수소 및 가성소다 수용액를 포함하는 표백제를 사용하여 해조류 잔사를 표백하는 공정에 있어서,
   상기 표백 공정은 2회 이상 반복하여 수행하되 상기 표백 공정 중 최종 표백 공정에서 오존 발생 장치로부터 제조한 오존을 투입하여 표백 공정을 수행하며,
   상기 오존 발생 장치는 내부에 중공(101)이 형성되고, 오존이 배출되는 오존 배출구(102)가 상단 일측에 구비되며, 슬러지 및 스컴이 배출되는 슬러지 배출구(103)가 하단 일측에 구비되는 외부 하우징(100)을 포함하는 것으로서,
   상기 오존 발생 장치는 격벽 구조로 이루어지며, 상기 격벽(110)은 상기 중공(101)을 생성 구역(111), 체류 구역(112), 배출 구역(113)으로 각각 구획하도록 구성되며,
   상기 생성 구역(111)과 상기 배출 구역(113)의 면적을 4:1의 비율로 구획하도록 상기 중공(101) 하부에 설치되고,
   상기 격벽(110)의 길이는 상기 중공(101)의 높이에 대하여 5:3의 비율로 구성되는 것을 특징으로 하는 해조류 펄프의 제조 공정을 위한 표백 방법.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 최종 표백 공정에서 상기 표백제에 포함되는 상기 과산화수소 및 가성소다 수용액의 농도가 50 농도% 이하인 것을 특징으로 하는 해조류 펄프의 제조 공정을 위한 표백 방법.
   
3. 삭제

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