KR20030061083A - 에틸렌글리콜 함유 폐수의 처리방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 폴리에스테르 섬유의 감량가공 과정에서 발생하는 폐액에 함유된 에틸렌글리콜을 적합한 촉매를 선정하여 분해하는 에틸렌글리콜 함유 폐수의 처리방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 에틸렌글리콜 함유 폐수의 처리방법은 에틸렌글리콜을 함유한 폐수를 130 내지 200℃의 온도에서 산화제를 주입하고 Pt/Al2O3, Pt/TiO2, Mn/CeO2또는 Mn/Al2O3로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나의 촉매를 이용하여 습식산화시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 짧은 시간내에 고효율적으로 에틸렌글리콜을 처리할 수 있어 에틸렌글리콜 함유 폐수의 경제성 있는 처리공정을 제공할 수 있다.

Description

에틸렌글리콜 함유 폐수의 처리방법{Treatment method of waste water containing ethylene glycol}
본 발명은 에틸렌글리콜 함유 폐수의 처리방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폴리에스테르 섬유의 감량가공 과정에서 발생하는 폐액에 함유된 에틸렌글리콜을적합한 촉매를 선정하여 분해하는 에틸렌글리콜 함유 폐수의 처리방법에 관한 것이다.
폐수를 처리하는 방법에는 기존의 생물학적 방법을 이용한 활성슬러지(activated sludge)법 또는 페놀 및 그 유도체들과 같은 난분해성 유기오염물질을 분해하는데 쓰이는 습식산화(wet air oxidation)법이 알려져 있다. 활성슬러지법은 생활하수의 처리에 많이 이용되는 방법으로서 유기화합물을 분해시키는데 긴 시간이 걸리며 폐수를 조류 및 박테이라의 성장에 적합한 농도로 희석시켜야 하기 때문에 큰 용량의 반응기를 필요로 하는 등의 문제점을 가지고 있다. 습식산화법은 고온과 고압하에서 폐수중의 유기화합물을 산소가스의 존재하에서 처리하는 방법으로 난분해성 유기오염물질을 완전히 분해 또는 부분적인 산화에 효과적이다. 그러나, 습식산화법을 통한 효과적인 오염물질의 제거에는 고온, 고압의 가혹한 반응조건이 요구되며 따라서 높은 운영비용이 들어 실제적인 적용에 많은 제한점을 가지고 있다. 이러한 습식산화법의 가혹한 반응조건을 개선하기 위하여 여러 종류의 산화촉매를 이용하여 반응속도를 가속화시키는 방법이 제안되고 있기는 하나 처리해야 할 대상오염물질에 따라서 적합한 촉매의 선정이 필요하다.
한편 폴리에스테르 감량가공중에 발생하는 에틸렌글리콜을 함유한 폐수를 처리하는 방법으로 활성슬러지법이 사용될 수 있다. 그러나, 에틸렌글리콜이 미생물의 활성에 영향을 미치는 독성물질로 작용할 수 있으며, 감량폐수에서 분리된 에틸렌글리콜 함유 폐수는 고농도로 기존의 활성슬러지법으로 처리의 실효성을 기대하기는 힘든 실정이다.
이에 본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로 염색가공공정 중 폴리에스테르 섬유의 감량가공시에 발생하는 폐액에 함유된 에틸렌글리콜을 처리하는데 가장 적합한 촉매와 기타 반응조건들을 개발하여 에틸렌글리콜 함유 폐수를 효율적으로 처리하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도1은 본 발명에 따른 에틸렌글리콜 함유 폐수의 처리에 있어서 촉매의 종류에 따른 분해율을 나타낸 것이다.
도2는 본 발명에 따른 에틸렌글리콜 함유 폐수의 처리에 있어서 촉매 충진량에 따른 분해율을 나타낸 것이다.
도3은 본 발명에 따른 에틸렌글리콜 함유 폐수의 처리에 있어서 반응온도에 따른 분해율을 나타낸 것이다.
도4는 본 발명에 따른 에틸렌글리콜 함유 폐수의 처리에 있어서 산화제의 종류에 따른 분해율을 나타낸 것이다.
도5는 본 발명에 따른 에틸렌글리콜 함유 폐수의 처리에 있어서 폐수의 초기 농도에 따른 분해율을 나타낸 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 에틸렌글리콜 함유 폐수의 처리방법은 에틸렌글리콜을 함유한 폐수를 130 내지 200℃의 온도에서 산화제를 주입하고 Pt/Al2O3, Pt/TiO2, Mn/CeO2또는 Mn/Al2O3로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나의 촉매를 이용하여 습식산화시키는 것을 특징으로 한다.
상기 폐수의 pH는 3 내지 11인 것이 바람직하다.
상기 산화제는 공기 또는 순수 산소인 것이 좋다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
본 발명은 염색가공공정 중 폴리에스테르 감량가공시에 발생하는 에틸렌글리콜 함유 폐수를 특정 촉매를 이용하여 습식산화공정으로 폐수내의 에틸렌글리콜을 효율적으로 분해하는데 그 특징이 있다.
본 발명에 사용되는 폐수는 염색가공공정 중 폴리에스테르 섬유를 소디움히드록시드(NaOH)하에서 섬유성분을 감량화하는 공정에서 발생되는 폐액을 산성하에서 고액분리를 거쳐 발생되는 액상의 폐수로, 이때 폐수 중의 에틸렌글리콜의 평균 농도는총유기탄소(TOC; total organic carbon) 2,000 내지 4,000㎎/ℓ를 함유한 것이다.
상기 에틸렌글리콜 함유 폐수를 촉매습식산화공정을 통하여 효율적으로 처리하기 위하여 에틸렌글리콜을 분해하는데 적합한 촉매를 선정하는 것이 가장 중요하며, 본 발명에서는 에틸렌글리콜의 분해능을 향상시키기 위하여 Pt/Al2O3, Pt/TiO2, Mn/CeO2또는 Mn/Al2O3등의 촉매를 이용하는 것이 바람직하며, 특히 Pt/Al2O3을 이용하는 것이 가장 바람직하다.
상기 촉매들은 특히 1wt% Pt/Al2O3, 1wt% Pt/TiO2, Mn/CeO2(1:1 몰비) 또는 5wt% Mn/Al2O3인 것을 사용하는 것이 보다 효과적이며, 이들은 모두 상용되거나 쉽게 제조하여 사용할 수 있는 것들이다.
이때 촉매의 사용량은 10 내지 300ppm인 것이 바람직하며, 10ppm보다 적은 양을 사용할 경우에는 분해능이 현저히 떨어져 반응시간이 길어지며, 300ppm을 넘게 사용할 경우에는 비싼 촉매 비용으로 인하여 비경제적이다.
또한, 본 발명에서는 습식산화공정에 의한 에틸렌글리콜의 분해능을 향상시키기 위하여 처리하고자 하는 폐수의 초기 pH를 3 내지 11로 조절하는 것이 보다 바람직하다. 이를 위하여 강한 알칼리성을 띄고 있는 감량폐액으로부터 분리된 폐수를 황산이나 염산을 이용하여 중성 상태로 조절함으로써 에틸렌글리콜의 분해 효율을 높일 수 있다.
본 발명에 따라 에틸렌글리콜 함유 폐수를 촉매습식산화공정으로 처리하기 위하여 먼저, 일정량의 촉매를 반응기에 투입한 후, 에틸렌글리콜 함유 폐수를 반응기로유입시켜 130 내지 200℃로 가열한 다음 일정한 압력(270psi)에 도달하도록 산화제를 주입하여 처리한다. 이때 폐수와 촉매의 접촉 시간을 증가시키기 위하여 400rpm의 속도로 교반하는 것이 바람직하다.
상기 산화제로 공기(질소:산소=8:2) 또는 순수 산소(99.999%)를 사용할 수 있다.
이하에서 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명할 것이다. 그러나, 이하의 실시예는 단지 예시를 위한 것이므로, 본 발명의 범위를 국한시키는 것으로 이해되어서는 안 될 것이다.
[실시예1-4]
반응 촉매를 표1과 같이 하여 반응기에 투입한 후 에틸렌글리콜의 농도가 5,000㎎/ℓ(TOC 2,291㎎/ℓ)인 폐수를 반응기로 유입시켜 180℃로 가열한 다음 산화제로 순수 산소(99.999%)를 주입하여 270psi의 압력에 도달한 다음 400rpm의 속도로 교반하여 반응을 진행하였다.
반응 후의 에틸렌글리콜의 분해율을 측정하여 그 결과를 도1에 나타내었다.
[비교예1]
에틸렌글리콜의 농도가 5,000㎎/ℓ(TOC 2,291㎎/ℓ)인 폐수를 반응기로 유입시켜 180℃로 가열한 다음 산화제로 순수 산소(99.999%)를 주입하여 270psi의 압력에 도달한 다음 400rpm의 속도로 교반하여 반응을 진행하였다.
반응 후의 에틸렌글리콜의 분해율을 측정하여 그 결과를 도1에 나타내었다.
[실시예5-7]
반응촉매로 Pt/Al2O3를 사용하여 그 양을 각각 1g, 2g, 5g으로 하는 것을 제외하고는 실시예1과 동일한 방법을 진행하였다.
반응 후의 에틸렌글리콜의 분해율을 측정하여 그 결과를 도2에 나타내었 다.
[실시예8-10]
반응온도를 각각 130℃, 150℃, 200℃로 하는 것을 제외하고는 실시예1과 동일한 방법을 진행하였다.
반응 후의 에틸렌글리콜의 분해율을 측정하여 그 결과를 도3에 나타내었다.
[실시예11]
산화제를 공기(질소:산소=8:2)로 사용한 것을 제외하고는 실시예1과 동일한 방법을 진행하였다.
반응 후의 에틸렌글리콜의 분해율을 측정하여 그 결과를 도4에 나타내었다.
[비교예2]
산화제를 사용하지 않은 것을 제외하고는 실시예1과 동일한 방법을 진행하였다.
반응 후의 에틸렌글리콜의 분해율을 측정하여 그 결과를 도4에 나타내었다.
[실시에12-13]
폐수의 초기 농도를 각각 pH 7, 11이 되도록 조절하는 것을 제외하고는 실시예1과 동일한 방법을 진행하였다.
반응 후의 에틸렌글리콜의 분해율을 측정하여 그 결과를 도5에 나타내었다.
각 반응의 에틸렌글리콜 처리율은 초기 에틸렌글리콜 함유 폐수내의 총유기탄소(C0)와 반응 후의 폐수내의 총유기탄소(Ct)의 양을 측정하여 그 비율로써 나타내었다. 즉,
로 계산될 수 있다.
[표1]
상기 실시예 및 비교예를 비교, 검토해 보면 본 발명에 따른 에틸렌글리콜 함유 폐수의 처리방법은 Pt/Al2O3, Pt/TiO2, Mn/CeO2또는 Mn/Al2O3과 같은 촉매를 적량 이용함으로써 에틸렌글리콜을 촉매습식산화공정법으로 처리할 수 있으며, 반응온도, 산화제 및 초기 폐수의 농도 등과 같은 반응조건들을 개발하여 반응효율을 높일 수 있슴을 알 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면 에틸렌글리콜을 함유하는 폐수를 촉매습식산화공정을 이용하여 짧은 시간내에 효율적으로 처리할 수 있으며, 폐수처리장의 용적부하를 절감시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 방법에 따라 폴리에스테르 감량가공시 발생하는 폐수를 처리함으로써 감량폐액으로 인한 환경오염 문제를 해결할 수 있는 효과가 있다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 기술되었지만, 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이다.

Claims (3)

  1. 에틸렌글리콜을 함유한 폐수를 130 내지 200℃의 온도에서 산화제를 주입하고 Pt/Al2O3, Pt/TiO2, Mn/CeO2또는 Mn/Al2O3로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나의 촉매를 이용하여 습식산화시키는 것을 특징으로 하는 에틸렌글리콜 함유 폐수의 처리방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 폐수의 pH가 3 내지 11임을 특징으로 하는 상기 에틸렌글리콜 함유 폐수의 처리방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 산화제가 공기 또는 순수 산소임을 특징으로 하는 상기 에틸렌글리콜 함유 폐수의 처리방법.
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