KR19990085847A - 유기성 폐수의 처리 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 철 또는 그의 염, 활성탄 및 과산화수소를 이용하여 흡착 및 화학적 산화반응으로 유기성 폐수의 유기물질을 처리하므로서, 종래의 유기성 폐수 처리방법의 경우보다 처리속도가 빠르고 경제적인 유기성 폐수의 처리방법에 관한 것이다.

Description

유기성 폐수의 처리 방법

본 발명은 유기성 폐수에 함유된 유기물질을 흡착과 산화환원반응으로 처리하는 유기성 폐수 처리방법에 관한 것이다.

일반적으로 폐수는 유기성 폐수와 무기성 폐수로 대별되는데, 유기성 폐수는 유기탄소를 포함하는 일반적인 화합물에 의해 오염된 폐수를 말한다. 유기성 폐수중에는 페놀과 같이 미량으로 인체에 독성을 나타내는 물질로 오염된 폐수도 있고 에탄올과 같이 음용하더라도 인체에 영향이 없는 물질로 오염된 경우도 있다. 이처럼 다양한 유기물질로 오염된 폐수의 유기물 농도에 대한 처리 기준은 BOD(생화학적 산소요구량) 및 COD(화학적 산소요구량)등으로 규정한다.

일반적으로 유기성 폐수의 유기물질을 제거하기 위해 이용되어온 종래의 기술은 물리화학적인 처리방법으로서 활성탄 흡착, 오존 또는 과산화수소 등의 산화제를 이용하여 유기물질은 산화, 응집 및 침전시켜 제거하는 방법이 사용되어 왔다. 종래에 이용되어온 산화제중에서 과산화수소는 취급이 용이하고 다양한 유기물과의 반응성이 높을 뿐만 아니라 독성물질이나 발색물질을 생성하지 않으며 비교적 경제적인 물질로 알려져 있다.(Sims, A. F. E., Phenol Oxidation with Hydrogen peroxide, J. Effluent and Water Treatment, 21(3), 109-112 1.(1981) 참조).

유기성 폐수중의 유기물질을 화학적 산화반응에 의해 분해시키는 방법중의 일예로써 과산화수소와 철(II)염을 이용하는 펜톤산화법을 들 수있다. 펜톤산화법에서는 과산화수소와 철염을 사용하여 유기물질을 처리하는데, 이 처리 방법에서 과산화수소는 유기물질의 산화제로 작용하며, 황산철(II) 또는 염화철(II)과 같은 철염은 산화반응의 촉매로 작용한다. 일반적인 펜톤산화 공정은 일반적으로 pH를 2.5 내지 5로 조정하는 공정, 철(II)염과 과산화수소를 이용하여 유기물질을 산화반응시키는 공정, 중화공정(통상적으로 pH는 6 내지 9로 조정) 및 응집, 침전시키는 공정의 4단계로 이루어진다.

그러나 이와같은 종래의 유기성 폐수처리법에서는 처리속도가 느릴 경우 촉매로 사용되는 철(II)염 소비량이 증가하기 때문에 이 소비된 철 화합물을 제거하기 위하여 중화, 응집 및 침전공정이 필요하고 슬러지 발생량이 증가하는 결점이 있다.

활성탄을 이용하여 폐수를 처리하는 경우에는, 활성탄과 유해물질의 흡착을 이용하여 용해성 유기물질 및 중금속을 제거한다. 활성탄 흡착은 과산화수소 또는 오존 등의 산화제를 사용한 화학적 산화처리 공정과 병용해서 유기성 폐수의 고도처리에 사용되어져 왔으며, 과산화수소를 이용하여 유기물질을 산화시켜 폐수를 처리하는 방법에서 활성탄을 촉매로 사용한 예가 알려져 있다.

일본 공개특허공보 소 60-54787호에는 유기성폐수에 과산화수소 또는 차아염소산 나트륨 등의 산화제를 사용하여 폐수중의 유기물질을 산화 처리하는 방법이 기재되어 있다. 이 처리방법은 폐수와 산화제를 혼합하여 이 혼합물을 활성탄을 충진한 탑으로 유입시켜 유기물을 산화시키는 공정과 이 산화공정 유출수의 pH를 알칼리로 조정한 후, 별도의 활성탄 충진탑에 유입시켜 잔존하는 산화제를 분해시키는 공정으로 이루어진다. 그러나 이 방법에 의하면 2시간 이상의 긴 접촉시간이 필요하고 산화처리 유출수에 잔존하는 산화제를 분해시키는 별도의 공정이 있어야 하는 단점이 있다.

일본 공개특허공보 소 61-25694 호에는 유기성폐수에 과산화수소 또는 차아염소산 나트륨 등의 산화제를 사용하여 폐수중의 유기물질을 산화처리하는 방법이 기재되어 있다. 이 처리법은 폐수와 산화제를 혼합하여 이 혼합물을, 활성탄을 부유시킨 반응조로 유입시켜 유기물을 산화시키는 공정과 이 산화공정으로부터의 유출수의 pH를 알칼리로 조정한 후, 별도의 활성탄을 부유시킨 반응조에 유입시켜 잔존하는 산화제를 분해시키는 공정으로 이루어진다. 그러나 이 방법 또한 상기 일본 공개특허공보(A) 60-54787 호에서와 동일한 단점을 갖고 있다.

일본 공개특허공보(A) 평 4-300695호에 의하면 pH6 이하로 조정한 유기성폐수에 과산화수소와 분말 활성탄을 교반시키는 반응조에 유입시켜 유기물을 산화시키는 것을 특징으로 하는 유기성폐수의 처리방법에 관한 것이다. 그러나 이 방법에 의해서도 상기 일본 공개특허공보(A) 60-54787호와 61-25694호에서와 동일한 단점을 갖고 있다.

본발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 과산화수소를 산화제로 사용하고, 철 또는 그의염 및 활성탄을 흡착제 및 촉매로 사용함으로써 기존의 공정에 비해 반응시간을 단축시키고 산화반응 후 잔존하는 과산화수소를 분해하기 위한 후처리 공정이 필요없는 간편한 유기성 폐수 처리방법을 제공하고자 한다. 또한 본발명의 방법에 따르면 종래의 펜톤산화 공정에 비해 처리속도가 빠르고 슬러지 발생량이 감소된다.

본발명은 철 또는 그의 염, 활성탄 및 과산화수소를 이용하여 유기성 폐수에 함유된 유기물질을 흡착과 화학적 산화반응에 의해 제거하는 방법에 관한 것이다. 구체적으로, 본발명은 유기성 폐수의 유기물질을 과산화수소에 의해 산화시키기 위하여 촉매로서 활성탄과 철 또는 그의 염을 병용하여 사용하는 방법에 관한 것이다.

본발명의 한가지 양상은 유기성 폐수를 pH 6이하로 조정한 후, 철 또는 그의 염, 활성탄 및 과산화 수소를 첨가해서 처리하는 방법에 관한 것이다.

상기의 방법은 활성탄을 폐수에 첨가하여 현탁상태로 처리하는 방법으로서, 반응기 유입수의 pH가 조절하고자 하는 pH보다 낮을 경우에는 수산화나트륨, 수산화칼슘등과 같은 알칼리를 첨가하고, 높을 경우에는 황산, 염산 등을 첨가하여 유기성 폐수를 pH 6이하로 조정한 후, 활성탄, 과산화수소 및 철 또는 그의 염을 첨가해서 유기물질을 산화 분해시키고 종래의 펜톤산화 방법에서와 마찬가지로 금속염을 제거하기 위하여 처리수를 중화(보통 pH 6에서 9) 및 응집, 침전시키는 단계로 이루어진다. 활성탄은 분말 또는 입상으로, 과산화수소는 액상으로, 철 또는 그의 염은 분말이나 물에 용해시켜 액상의 형태로 종래의 공지된 방법 및 장치에 의해 주입한다. 이때, 활성탄은 분말, 입상, 혹은 섬유상 등의 활성탄을 사용할 수 있다. 중화는 철염을 제거하기 위한 단계로 중화시키면 철염은 수산화물을 형성하여 응집하고 이 응집물을 통상의 장치와 방법을 사용하여 고상과 액상으로 분리한다. 이때 응집 보조제로서 고분자 응집제 등을 첨가할 수 있다.

이와 같은 공정에서 중화 전 단계에 여과 공정을 추가하므로써 활성탄을 회수하여 재 사용하는 것이 가능하다. 활성탄을 회수하는 방법으로는 자연 침전, 막 여과, 원심분리 등의 통상적인 방법에 따라 수행된다.

본발명의 또 다른 양상은, 과산화수소와, 철 또는 그의염이 첨가된 유기성 폐수를 활성탄이 채워진 충진층을 통과시켜 처리하는 방법에 관한 것이다.

상기 방법은 활성탄으로 채워진 충진탑을 산화반응기로 사용하여 처리하는 방법으로서, 유기성 폐수를 상술한 바와 같이 pH 6이하로 조정한 후, 과산화수소와, 철 또는 그의염을 첨가해서 활성탄 충진층으로 통과시켜 유기물질을 산화 분해시키고 철염을 제거하기 위하여 처리수를 상술한 바와 같이 중화(통상적으로 pH 6에서 9) 및 응집, 침전시키는 단계로 이루어진다. 이 경우에 있어서 충진재로써 입상 또는 섬유상 활성탄을 사용할 수 있다.

본발명은 유기물질을 과산화수소에 의해 산화시키기 위하여 촉매로서 활성탄과 철또는 그의염을 병용하여 사용하기 때문에, 유기성 폐수의 pH가 6 보다 높으면 산화 처리효율이 떨어지므로 산을 첨가해서 pH를 6이하가 되도록 조정하는 것이 바람직하다. pH가 2에서 5인 것이 더욱 바람직하다.

본 발명에 사용되는 철염으로는 0가, 2가 또는 3가의 철염이 사용될 수 있으며, 예를 들어 황산철(II), 염화철(II), 황산철(III), 염산철(III), Fe(NH₄)(SO₄)₂, Fe(NH₄)₂(SO₄)₂, Fe(NO₃)₃등이 사용될 수 있다. 일반적으로 철염과 과산화수소를 첨가하여 유기물질을 산화반응에 의해 처리하는 방법에 있어서 철염으로는 2가철염이나 3가철염이 모두 사용가능하나, 2가 철염이 3가 철염에 비해 촉매로서의 활성이 높을 뿐만 아니라 가격이 저렴하므로 2가 철염을 주로 사용한다.

철염의 주입량은 1-5000mg/L가 바람직하고, 5-3000mg/L 인 것이 더욱 바람직하다. 철염을 주입하지 않을 경우에는 반응속도가 느려 처리시간이 많이 소요되며, 반대로 적정량 이상일 경우에는 슬러지 발생량이 증가하여 경제성이 떨어지게 된다.

과산화수소의 주입량은 유기성 폐수에 함유되어 있는 피산화성물질의 농도와 처리수 농도의 결정에 따라 다르므로 한정되지 않지만, 5-5000mg/L가 바람직하고, 10-3000mg/L인 것이 더욱 바람직하다.

활성탄은 어떤 종류의 활성탄도 사용될 수 있다. 현탁 상태로 사용하는 경우에는 분말형태의 활성탄을 사용하는 것이 바람직하며, 이 경우에 활성탄 주입량은 50-100000mg/L이 바람직하고, 100-50000mg/L이 더욱 바람직하다. 이 양보다 주입량이 적을 경우에는 처리속도가 떨어져 본 발명에서 목적하는 바를 달성할 수 없으며, 반대로 더 많을 경우에는 활성탄을 여과하여 처리수를 얻는데 비용이 증가하여 경제성이 떨어지게 된다. 충진탑의 충진재로서 사용하는 경우는 입상 활성탄 혹은 섬유상 활성탄을 사용하는 것이 좋다. 분말 활성탄을 사용하거나 반응기 일부분만 충진시켜 유기성 폐수를 처리하는 경우에 있어서는 유기물질, 과산화수소, 금속염 등의 용해성 물질과 활성탄의 접촉을 원활히 하기 위하여 교반을 시키는 것이 좋다.

본 발명에 있어서, 과산화수소의 주입량, 금속염 및 활성탄의 종류와 주입량 등을 상기 범위에 한정되는 것만은 아니고 각 용도의 조건에 맞게 실험적으로 결정하게 된다.

본 발명을 하기의 실시예를 들어 상세히 설명하면 다음과 같으나, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것으로 의도되지는 않는다.

실시예

실시예 1

과산화수소가 함유된 유기성 폐수를 사용하였다. 시료의 과산화수소 농도는 1800mg/L, 크롬법을 사용하여 측정된 COD_cr는 과산화수소 농도를 보정한 후 550mg/L였다. 내용적이 500ml이고 재질이 유리인 비이커에 먼저 200ml를 넣고, 분말활성탄을 10000mg/L 되도록 첨가하고 전자석 교반기를 사용하여 교반시키면서 산화반응을 시켰다. 반응시간에 따라 처리수를 여과하고 처리수의 과산화수소 농도와 COD_cr를 분석하였다. 1시간 경과 후 과산화수소 농도는 35ml/L, COD_cr는 과산화수소 농도를 보정한 후 150mg/L로 과산화수소의 제거율은 각각 98%였고 COD_cr은 74%였다. 2시간 경과 후 과산화수소는 검출되지 않았으며 COD_cr는 140mg/L였다.

실시예 2

황산철(II)의 주입량을 500mg/L로 바꾼 것을 제외하고는 실시예 1에서와 동일한 조건과 방법으로 수행하였다. 30분 경과 후 과산화수소 농도는 68mg/L, COD_cr는 과산화수소 농도를 보정한 후 130mg/L로 제거율은 각각 96%와 77%였다. 1시간 경과 후 과산화수소는 검출되지 않았으며 COD_cr는 130mg/L였다.

실시예 3

활성탄 주입량을 1000mg/L, 황산철(II) 주입량을 500mg/L로 바꾼 것을 제외하고는 실시예 2에서와 동일한 조건과 방법으로 수행하였다. 2시간 경과후 과산화수소 농도는 680mg/L, COD_cr는 과산화수소 농도를 보정한 후 210mg/L로 제거율은 각각 62%와 62%였다. 4시간 경과후 과산화수소 농도는 70mg/L, COD_cr는 과산화수소 농도를 보정한 후 145mg/L 로 제거율은 각각 96%와 74%였다.

실시예 4

황산철(II) 주입량을 100mg/L로 바꾼 것을 제외하고는 실시예 1에서와 동일한 조건과 방법으로 수행하였다. 3시간 경과 후 과산화수소 농도는 645mg/L, COD_cr는 과산화수소 농도를 보정한 후 340mg/L로 제거율은 각각 64%와 38%였다. 5.5시간 경과 후 과산화수소 농도는 375mg/L, COD_cr는 과산화수소 농도를 보정한 후 230mg/L로 제거율은 각각 79%와 58%였다.

실시예 5

황산철(II)을 황산철(III)로 바꾼 것을 제외하고는 실시예 2에서와 동일한 조건과 방법으로 수행하였다. 1시간 경과 후 과산화수소 농도는 35mg/L, COD_cr는 과산화수소 농도를 보정한 후 200mg/L로, 제거율은 각각 98%와 64%였다. 2시간 경과 후 과산화수소는 검출되지 않았으며, COD_cr는 200mg/L였다.

비교예 1

활성탄을 첨가하지 않고 황산철(II) 주입량을 500mg/L로 바꾼 것을 제외하고는 실시예 1에서와 동일한 조건과 방법으로 수행하였다. 1시간 경과 후 과산화수소 농도는 1495mg/L, COD_cr는 과산화수소 농도를 보정한 후 220mg/L로 제거율은 9%와 16%였다. 28시간 경과 후 과산화수소 농도는 885mg/L, COD_cr는 과산화수소 농도를 보정한 후380mg/L로 제거율은 각각 51%와 31%였다. 3일 경과 후 과산화수소 농도는 340mg/L, COD_cr는 과산화수소 농도를 보정한 후 290mg/L로 제거율은 각각 81%와 47%였다. 7일 경과 후 과산화수소 농도는 35mg/L, COD_cr는 과산화수소 농도를 보정한후 210mg/L로 제거율은 각각 98%와 62%였다.

비교예 2

활성탄을 첨가하지 않고 시료의 pH를 2.0, 황산철(II) 주입량을 1000mg/L로 바꾼 것을 제외하고는 실시예 1 에서와 동일한 조건과 방법으로 수행하였다. 1일 경과 후 과산화수소 농도는 715mg/L, COD_cr는 과산화수소 농도를 보정한 후 437mg/L로 제거율은 각각 21%와 60%였다. 2일 경과 후 과산화수소 농도는 475mg/L, COD_cr는 과산화수소 농도를 보정한 후 180mg/L로 제거율은 각각 74%와 67%였다. 5일 경과 후 과산화수소 농도는 15mg/L, COD_cr는 과산화수소 농도를 보정한 후 220mg/L로 제거율은 각각 99%와 60%였다.

비교예 3

황산철(II)을 첨가하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1에서와 동일한 조건과 방법으로 수행하였다. 5.5시간 경과 후 과산화수소 농도는 780mg/L, COD_cr는 과산화수소 농도를 보정한 후 270mg/L로 제거율은 각각 57%와 51%였다. 28시간 경과후 과산화수소 농도는 35mg/L, COD_cr는 과산화수소 농도를 보정한 후 230mg/L로 제거율은 각각 98%와 58%였다.

본 발명은 유기성 폐수의 처리에서 과산화수소, 금속염, 그리고 활성탄을 함께 사용하여 실시하므로, 활성탄 단독, 과산화수소 단독, 또는 철염과 과산화수소에 의한 기존의 펜톤처리보다 우수한 처리성능을 얻을 수가 있다. 또한 활성탄이 금속성분의 하나인 철 이온을 흡착하여 반응조내에 촉매농도를 높게 유지할 수 있고 철염의 주입량을 줄일 수 있기 때문에 슬러지 발생량이 감소하여 운전비용을 절감시킬 수 있다. 또한 흡착과 산화반응의 고도처리 공정을 하나의 장치에서 수행하므로서 유기성 폐수를 경제적으로 고도로 처리할 수 있다.

본 발명은 특히 산화반응에 주입한 과산화수소를 100% 반응시킬 수 있어 미반응 과산화수소를 분해시키는 후처리 공정이 필요 없는 폐수처리 방법을 제공한다.

Claims (4)

1. 유기성 폐수의 처리방법에 있어서, 유기성 폐수의 pH를 6이하로 조절한 후, 철 또는 그의염, 활성탄 및 과산화수소를 이용하여 유기물질을 흡착 및 산화반응시키는 것을 특징으로 하는 유기성 폐수의 처리방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 흡착 및 산화반응이 활성탄을 폐수에 첨가한 후, 철 또는 그의염과 과산화수소를 첨가해서 이루어지는 것을 특징으로 하는 유기성 폐수의 처리방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 흡착 및 산화반응이 유기성폐수, 과산화수소, 철 또는 그의염으로 구성된 용액을 활성탄이 충진된 충진층을 통과시켜 이루어지는 것을 특징으로 하는 유기성 폐수의 처리방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 철염이 0가, 2가 또는 3가인 것을 특징으로 하는 유기성 폐수의 처리방법.