KR20000053716A - 수처리용 무기물 응집제 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수처리용 무기물 응집제 조성물에 관한 것이다. 본 발명은, 10 내지 40 중량%의 맥반석분; 10 내지 40 중량%의 석탄 비산재; 10 내지 40 중량%의 탈황석고분; 및 10 내지 40중량%의 제올라이트분;을 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, COD_Cr제거 효과 및 높은 탁도 제거 효과를 보이고 있기 때문에 외국에서 수입되는 수처리 응집제에 비해 기술적으로 동등하거나 오히려 더 개선된 효과를 나타내고 있어, 수입대체의 효과를 통한 수처리 비용의 경제성이 확보될 수 있는 장점을 가진다.

Description

수처리용 무기물 응집제 조성물{Composition of inorganic coagulant for water treatment}

본 발명은 수처리용 무기물 응집제 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 맥반석, 탈황석고, 석탄비산재, 제올라이트를 주성분으로 포함하는 수처리용 무기물 응집제 조성물에 관한 것이다.

경제발전과 국민 생활 수준의 향상 등으로 인하여 발생되는 폐수는 양적 증가와 더불어 질적 다양화 현상을 보이고 있다. 다양한 산업폐수와 생활하수는 COD가 상당히 높을뿐만 아니라, 난분해성 유기물과 유해성분을 다량 포함하고 있는 경우가 많아 종래의 무기 응집제를 이용한 화학적 처리와 생물학적 처리에 한계가 도출되었다. 한편, 최근에는 응집처리과정에서 용존 유기물질의 제거 효율을 향상시키기 위해 폴리비닐아민계, 폴리아크릴아미드계, DMA계(디메틸아미노에틸메타크릴레이트계), DAA계(디메틸아민에틸아크릴레이트계) 등의 음이온계 및 양이온계의 고분자 응집제가 다양하게 개발되어 각종 폐수처리에 사용되고 있으나 가격이 비싸고, 이들 대부분이 외국으로부터 수입되고 있으며, 환경규제에 따른 국제적 기준이 점차 엄격해지고 있는 현실에 비추어볼때, 국내 부존 자원을 이용한 고효율의 수처리 응집제 개발이야말로 국내의 환경오염방지와 더불어 국가 경제 발전을 위해 해결해야할 시급한 문제라 할 것이다.

종래에 사용되고 있는 응집 메카니즘은 응집제를 주입함으로써 현탁 입자의 전기적 중화, 이온층 압축, 제타전위의 감소를 통해 반데르발스 인력에 의해 응집시키고, 응집제의 수화반응에 의해 생성된 전해질과의 가교결합을 통해 큰 플럭을 형성시켜, 침강성을 증가시킴으로써 폐수 중의 현탁 입자를 제거하며, 극성을 띠는 유기물을 일부 흡착하거나 공침시키는 작용에 의해 제거하는 방식을 기본 원리로 채용하고 있다.

이러한, 폐수 처리를 위한 노력으로 진행되어 온 방법에는 주로 화학약품을 사용하는 응집처리 방법과 미생물을 이용한 생물학적 처리 방법 등이 제시되어 왔으며, 이중 응집방법을 통한 폐수 처리 방법은 주로 폐수 중의 미세한 현탁 입자를 침전시켜 제거하여 탁도를 감소시키기 위한 목적으로 사용되고 있으며, 생물학적 처리방법은 페수 중의 용존 유기물을 분해시키기 위한 목적으로 널리 사용되어 왔다.

그런데, 경제 발전과 더불어 발생되는 폐수의 양적 증가는 물론 다양한 배출원으로 인한 폐수에 함유된 물질 성분이 다양화하고 있는 추세에 비추어볼때, 종래의 응집제를 이용한 방법 등은 그 한계에 도달하고 있다. 보다 나은 개선된 효과를 갖는 응집제의 경우에는 국내에서는 전혀 개발되지 않고 있으며, 국외에서 전적으로 수입하고 있는 형편에 비추어볼때, 경제성 및 응집 효과의 개선을 이루기 위한 응집제의 개발은 절실히 요망된다 할 것이다.

이러한, 종래의 응집제를 이용한 도시하수 및 각종 산업 폐수, 특히 제지 폐수에 대한 응집처리를 위한 응집제 개발에 관한 연구가 관련업계에서 꾸준히 진행되어 왔으며, 이러한 기술적 배경에서 본 발명이 안출된 것이다.

이러한, 종래의 문제점, 특히 응집제 원료의 수입으로 인한 경제적인 문제점과 응집효과의 개선 및 응집처리를 통한 COD 및 탁도 제거율의 향상을 위한 응집제 조성물 개발을 함에 본 발명의 기술적 과제가 있으며, 이러한 기술적 과제 달성을 위한 수처리용 무기물 응집제 조성물을 제공함을 본 발명의 목적으로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 수처리용 무기물 응집제 조성물을 이용한 도시하수 처리 효과를 설명하기 위한 그래프이다.

도 2는 본 발명에 따른 수처리용 무기물 응집제 조성물을 이용한 제지폐수처리 효과를 설명하기 위한 그래프이다.

전술한 본 발명의 목적 달성을 위한 수처리용 무기물 응집제 조성물은, 10 내지 40 중량%의 맥반석분; 10 내지 40 중량%의 석탄 비산재; 10 내지 40 중량%의 탈황석고분; 및 10 내지 40중량%의 제올라이트분;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 수처리용 무기물 응집제 조성물의 각 성분의 소성 온도는 200 내지 1000℃인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 500 내지 600℃인 것이 좋다. 한편, 상기 수처리용 무기물 응집제 조성물에 10 내지 30 중량%의 성분 함량으로 황산반토분, 소석회분 및 활성탄분 중 선택된 하나 이상의 물질을 더 포함하면 바람직하다. 이때 활성탄은 목재, 석탄 및 폐타이어를 원료로 제조된 -200 내지 325 메쉬(mesh)의 입도를 갖는 분말 형태를 갖는 것이 사용되는 것이 적당하며, 상기 무기물 응집제 조성물의 전체 함량에 대한 1 내지 5 중량%의 고분자화합물, 특히 폴리 알루미늄 클로라이드(PAC) 또는 폴리 알루미늄 실리콘 설페이트(PASS)인 것이 바람직하다. 상기 고분자화합물은 비록 미량으로 첨가되지만, 수처리 효율을 증진하기 위한 목적으로 활용되는 것이다. 상기 소석회분은 그 소성온도가 200 내지 1000℃인 것이 바람직하나, 500 내지 600℃이면 더욱 바람직하다.

이때, 상기 수처리용 무기물 응집제 조성물 성분의 각각의 입자는 활성탄이 첨가되는 경우를 제외하고는 -100 내지 325 메쉬(mesh)인 경우에 최적의 응집 효과를 발현할 수 있으므로, 이러한 입자 크기의 조절에도 주의가 요망된다. 한편, 상기 활성탄 입자는 -200 내지 325 메쉬인 것이 바람직하다.

이러한 응집제 성분으로는 국내의 화력발전소 등에서 대량생산되는 폐기물인 석탄비산재, 탈황석고 등을 활용할 수 있는 자원의 재활용과, 맥반석과 제올라이트와 같은 국내 생산 자원을 활용한다는 측면을 고려하면, 그 장점이 특히 부각될 수 있다.

본 발명을 위한 기술적 배경을 설명하면서, 도시오하수나 산업 폐수 특히 제지 폐수 처리 등을 언급하였으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 정수 내에 포함되어 있는 불순물을 응집시키기 위한 용도로도 활용할 수 있는 것은 당업자라면 자명한 일이며, 본 발명에서 제공하는 수처리 용도를 폐수에만 한정하지 않고 정수에도 널리 적용할 수 있음을 밝혀둔다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기위해 구체적인 실시예를 들어 보다 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어져서는 않된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다.

실시예 1

먼저, 하기 표1과 같은 성분을 갖는 청주시 종말처리장에서 도시오하수인 폐수를 채취한 후, 10 내지 40 중량%, 바람직하게는 20 중량%의 맥반석분과, 10 내지 40 중량 %, 바람직하게는 20 중량%의 석탄비산재와, 10 내지 40 중량%, 바람직하게는 20 중량%의 황산반토와, 10 내지 40 중량%, 바람직하게는 20 중량% 정도의 탈황석고분, 그리고 10 내지 40 중량%, 바람직하게는 20 중량%의 제올라이트를 포함하는 분말상의 수처리용 조성물을 채취한 폐수에 투입하였다.

한편, 상기 황산반토를 제외한 다른 조성물 성분, 즉 맥반석분, 석탄비산재, 제올라이트, 탈황석고분은 그 각각의 소성온도가 200 내지 1000℃인 것이 바람직하며, 특히 500 내지 600℃이면 더욱 바람직하지만, 본 실시예에서는 550℃의 조건으로 각 성분을 소성하여 준비하였다. 조성물 성분의 입자 크기의 조절은 수처리 효과와 직결되므로, 상기 각 조성물 성분의 입자는 -100 내지 325 메쉬, 바람직하게는 -200 메쉬 정도의 크기를 갖도록 조성물을 제조하였다. 이때, 채취 직후의 폐수에 곧바로 투입한 것과, 30분 정도의 침전과정을 거친 후에 투입한 것을 구별하여 실험을 진행하였다.

항목	처리 전 수치
pH	7.55
CODCr(ppm)	412
알카리도(mg CaCO3/L)	159.5
탁도(NTU)	53.7

상기 조성물이 각각 투입된 상기 표 1의 물성을 갖는 폐수를 혼탁수와 상등수로 구분하여 이들 각각을 교반기에 투입하여 분당 회전수가 250회 정도로 1분 정도 급속하게 교반시킨 후, 연속적으로 분당 회전수가 20회 정도로 조정하여 5분 정도 서서히 교반시킨다. 이러한 교반 과정을 거친 후, 30분 정도 침강시킨 후, 바닥에서 5㎝ 높이에 장치한 밸브에서 처리수를 취하여 각종 물리적 특성, 예컨대, COD_Cr, 탁도, 알카리도(alkalinity), pH값 등을 측정하였으며, 이들 결과에 대해서는 도 1에 나타내었다.

실시예 2

상기 실시예 1의 조성물과 중복되는 성분은, 예컨대 소성온도, 입자의 크기 등의 조건은 상기 실시예 1의 경우와 동일한 방법에 의해 준비하였으며, 상기 실시예 1의 무기물 조성물 전체 중량의 20 중량% 정도의 활성탄을 더 포함하는 수처리용 무기물 응집제 조성물을 이용하여 수처리를 진행하였다. 한편, 조성물 성분의 입자 크기의 조절은 수처리 효과와 직결되므로, 활성탄의 경우는 -200 내지 325 메쉬, 바람직하게는 -250 메쉬 정도를 사용하였고, 그 외의 성분은 -100 내지 325 메쉬, 바람직하게는 -200 메쉬 정도의 입자 크기를 갖도록 조성물을 제조하였다. 상기 활성탄분은 목재, 석탄 및 폐타이어 중 선택된 하나 이상을 원료로 이용하여 제조된 것이 바람직한데, 본 실시예에서는 목재를 원료로 한 활성탄을 이용하였다. 한편, 상기 활성탄 대신에 소석회분을 첨가할 수도 있으며, 그 첨가양 또는 입자의 크기는 활성탄을 첨가하는 경우와 동일하게 진행하였으며, 소석회분은 그 소성온도가 550℃인 것을 이용하였다.

상기 준비된 조성물을 이용하여 상기 표 1의 폐수에 대해 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 진행하였다. 그런데, 그 결과는 상기 도 1에 나타난 바와 대차없었으므로, 동일 도면이 참조될 수 있다.

한편, 본 발명에서 제시하고 있는 수처리용 무기물 응집제의 개선된 효과는 종래의 응집제가 수화반응과 가교결합에 의한 거대 플럭을 형성하는 기존의 메카니즘과는 달리 응집제를 주입하여 생성되는 고체 물질 내에 유기물이 포집되는 작용과 응집 및 흡착의 상호 협력 작용에 의해 기인하는 것이다.

상기 실시예 1 및 2는 첨부 도면과 같은 실험 결과를 얻을 수 있었다.

도 1은 본 발명에 따른 수처리용 응집제를 이용한 수처리 효과 중 COD_Cr(상등수와 혼탁수로 구별함), 탁도제거율, 알카리도 감소율, pH 변화 등을 도시한 그래프이다. 이는, 청주시 종말처리장에서 채취한 도시하수(2000/2/16, COD_Cr(ppm)→상등수 : 256, 혼탁수 : 412)에 상기 실시예 1 및 실시예 2에서 준비된 수처리용 무기물 응집제 조성물을 이용한 결과이다.

실시예 3

하기 표 2와 같은 성분을 갖는 폐수에 대하여, 상기 실시예 1의 조성물에 그 전체 중량에 대한 20 중량%의 황산반토를 더 포함시킨 수처리용 무기물 응집제 조성물을 폐수에 투입하였다. 이러한, 조성물을 이용한 폐수 처리과정은 폐수처리 시 급속 교반 속도와 시간 조건은 분당 회전수(RPM)가 200 내지 400회에서 1분 내지는 3분이고, 또한 완속 교반 속도와 시간은 분당회전수 20 내지 40에서 4분 내지 10분 정도 진행하였다. 상기 실시예 3에서도, 상기 실시예 1 및 2에서 측정한 각종 물리적 특성에 대해 측정하였으며, 그 결과는 도 2에 나타내었다.

항목	처리전 수치
pH	7.59
CODCr(ppm)	949
알카리도(mg CaCO3/L)	833.3
탁도(NTU)	692

도 2는 본 발명에 따른 수처리용 응집제를 이용한 수처리 효과 중 COD_Cr(상등수와 혼탁수로 구별함), 탁도제거율, 알카리도 감소율, pH 변화 등을 도시한 그래프이다. 이는, 청주시 소재 제지 공장에서 채취한 제지 폐수(2000/2/16, COD_Cr(ppm)--> 상등수 : 303, 혼탁수 : 949)에 상기 실시예 1 및 2에서 준비된 수처리용 무기물 응집제 조성물을 이용하여 상기 각종 물리적 특성 변화를 관찰하였다.

한편, 이해를 돕기위해 상기 도 1 및 도 2에서 표시된 상등수라함은 응집제 처리 전 약 30분 이상 정치시킨 후에 채취한 것을 말하며, 혼탁수는 도시하수 채취 직후의 대상물을 의미한다. 상기 양 그래프에서 확인할 수 있듯이 혼탁수의 경우에는 약 80% 정도의 COD_Cr제거율이 확보되고 있음을 알 수 있으며, 상등수의 경우에는 30% 정도의 제거율이 확보됨을 확인할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 실시예는 상등수에도 그 제거효율이 높지만, 특히 폐수에 직접 처리할 때, 그 효과가 더 크게 나타남을 알 수 있다.

이상에서 설명된 본 발명의 최적 실시예들이 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위해 사용된 것이 아니다.

본 발명에서 제공하는 수처리용 응집제는 정수는 물론, 도시 하수, 제지폐수, 염색폐수, 피혁폐수, 축산폐수 등에 적용될 수 있으며, 도시하수에 적용하는 경우는 80% 이상의 COD_Cr제거효율을 보이고, 악성 폐수의 대표적인 예인 염색폐수의 경우는 95% 이상의 탁도 제거, 60% 이상의 COD_Cr제거 효과를 보이고 있다. 따라서, 외국에서 수입되는 수처리 응집제에 비해 기술적으로 동등하거나 오히려 더 개선된 효과를 나타내고 있어, 수입대체의 효과를 통한 수처리 비용의 경제성이 확보될 수 있는 장점을 가진다.

Claims (9)

10 내지 40 중량%의 맥반석분;

10 내지 40 중량%의 석탄 비산재;

10 내지 40 중량%의 탈황석고분; 및

10 내지 40중량%의 제올라이트분;을 포함하는 것을 특징으로 하는 수처리용 무기물 응집제 조성물.

제1항에 있어서,

상기 수처리용 무기물 응집제 조성물의 각 성분은 소성온도가 200 내지 1000℃인 것을 특징으로 하는 수처리용 무기물 응집제 조성물.

제1항에 있어서,

상기 수처리용 무기물 응집제 조성물 내에 포함된 각각의 조성 성분 입자는 -100 내지 325 메쉬인 것을 특징으로 하는 수처리용 무기물 응집제 조성물.

제1항에 있어서,

상기 무기물 응집제 조성물의 전체 함량에 대한 10 내지 30 중량%의 황산반토분, 소석회분 및 활성탄분 중 선택된 하나 이상의 물질이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 수처리용 무기물 응집제 조성물.

제4항에 있어서,

상기 활성탄분은 목재, 석탄 및 폐타이어 중 선택된 하나 이상을 이용하여 제조된 것으로서, 그 입자의 크기는 -200 내지 325 메쉬인 것을 특징으로 하는 수처리용 무기물 응집제 조성물.

제4항에 있어서,

상기 첨가되는 황산반토분 및 소석회분의 입자의 각각의 크기는 -100 내지 325 메쉬인 것을 특징으로 하는 수처리용 무기물 응집제 조성물.

제4항에 있어서,

상기 소석회분은 그 소성온도가 200 내지 1000℃인 것을 특징으로 하는 수처리용 무기물 응집제 조성물.

제1항 내지 제7항 중 선택된 어느 한 항에 있어서,

상기 무기물 응집제 조성물의 전체 함량에 대한 1 내지 5 중량%의 고분자화합물이 포함되는 것을 특징으로 하는 수처리용 무기물 응집제 조성물.

제8항에 있어서,

상기 고분자화합물은 폴리알루미늄클로라이드(PAC), 폴리알루미늄실리콘설페이트(PASS)인 것을 특징으로 하는 수처리용 무기물 응집제 조성물.