KR20030069013A

KR20030069013A - 물속에 포함된 인을 제거하는 방법

Info

Publication number: KR20030069013A
Application number: KR1020020015510A
Authority: KR
Inventors: 김임석
Original assignee: 김임석
Priority date: 2002-02-15
Filing date: 2002-03-22
Publication date: 2003-08-25
Also published as: KR20030069019A; KR20030068367A

Abstract

본 발명은 물속에 포함된 인을 제거하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 물속에 포함된 인과 불용성염을 형성시키는 첨가물을 첨가함에 있어, 상기 첨가물질과 인이 반응할 수 있는 반응계를 부여함과 동시에, 형성된 인의 불용성염 침전물을 내부에 포함하여 처리된 물로부터 용이하게 분리해낼 수있는 방법에 관한 것이다.

이를 위하여 본 발명은, 물속에 포함된 인을 제거하는 방법에 있어서, 인과의 화학적 반응에 의해 불용성염을 형성시키는 첨가물을 첨가하기 위하여, 상기 첨가물및 형성된 불용성염이 물속에서 흩어지지 않도록 지지해주기 위한 지지체를 형성시키는 단계, 상기 단계 이전에 지지체에 첨가물을 흡착 또는 고착시키는 단계로 이루어진 것에 특징이 있다.

Description

물속에 포함된 인을 제거하는 방법{METHOD FOR ELIMINATING PHOSPHATE FROM WASTEWATER}

기존에 사용되고 있는 물속의 인제거 방법은 생물학적 방법과 화학적 방법으로 크게 분류되는데, 상기 생물학적 처리방법은 인에 대한 제거효율이 50% 미만으로 활용성이 크게 낮으며, 화학적 처리방법은 인에 대한 제거효율은 높으나 인을 제거하기 위한 침전제 및 응집제를 투입하는 과정, 상기 과정에 소요되는 반응조, 상기 과정 이후 형성된 침전을 처리하는 침전조 및 침전제거장치로 인하여 시설투자가 과다할 뿐 아니라 작업성이 좋지 않다, 특히 기존의 화학적 처리를 위한 침전제 및 응집제의 투여량은 처리해야할 물의 양에 비례하므로, 상기 물속에 포함된 인의 농도가 10ppm에서 50ppm정도의 낮은 농도일 경우, 처리제의 과다투여로 인해 운영비가 높을뿐 아니라 이차오염의 문제점이 있다.

한편, 산업전반에 결쳐 버려지는 폐수는 배출 규제가 엄격히 규제됨과 동시에 인에 대한 배출 규제 항목이 신규 포함되고 있는 실정이며, 또한 하수처리장치에서 인의 제거 공정개발이 점차 중요한 문제로 인식되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해, 물속에 포함된 인과 불용성염을 형성하는 첨가물을 첨가함에 있어, 상기 첨가물 및 형성된 불용성염을 물로부터 용이하게 분리해내기 위해 이를 흡착 또는 고착시킬수 있는 지지체를 형성하여 기존의 화학적 처리방법에서 요구하던 대단위 설비장치의 반응계를 대체할뿐 아니라 물속의 인농도가 낮을때도 효율적으로 적용할 수 있는 인제거 방법을 제공하는데 본 발명의 목적이 있는 것이다.

이와같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 물속의 인과 반응하여 불용성염을 형성하는 {알루미늄, 칼슘, 카드뮴, 코발트, 구리, 철, 마그네슘, 니켈, 은, 규소}로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 첨가물을 지지체에 흡착 또는 고착시켜 물속의 인을 제거하는 방법을 특징으로 한다.

또한 상기의 목적을 달성하기 위하여 지지체로서 발포 폴리우레탄을 사용하며, 상기 첨가물을 폴리우레탄의 원료인 폴리올(Polyol)에 첨가하여 교반시킨 다음, 이를 이소시아네이트 화합물과 혼합하여 발포시킴으로서, 상기 첨가물을 포함하고 있는 폴리우레탄 지지체를 제조하는 방법을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명에 의한, 물속의 인을 제거하기 위한 첨가물을 포함하는 지지체를 보이고 있는 도면.

도 2는 도 1에서 도시하고 있는 지지체의 셀구조에 첨가물이 흡착 또는 고착되어 있는 모습을 확대하여 보이고 있는 도면.

도 3은 도 2에서 도시하는 있는 지지체의 셀구조에 첨가물과 인의 불용성염이 흡착 또는 고착되어 있는 모습을 확대하여 보이고 있는 도면.

도 4는 본 발명에 따른 인 제거 효율을 농도에 따라 도시한 그래프.

도 5는 본 발명에 따른 인 제거 효율을 유속에 따라 도시한 그래프.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 인의 화학적 처리를 위한 첨가물이 포함된 지지체.

2 : 지지체에 구성된 셀구조.

3 : 셀구조를 이루고 있는 가교체(스트럿).

4 : 셀구조 가교체에 흡착 또는 고착되어 있는 인 처리용 첨가물.

5 : 물이 통과할 수 있도록 구성된 셀구조의 빈공간

6 : 첨가물과의 반응에 의해 불용성염으로 흡착된 인.

이하 첨부된 도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 의하여 물속에 포함된 인을 제거하기 위한 폴리우레탄 지지체(1)를 도시한 도면으로, 도 2에 도시된 바와 같이 셀구조(2)를 이루고 있는 가교체(3)에 화학적으로 인과 결합하여 불용성염을 형성하는 첨가물(4)이 고착 또는 흡착되어 있는것을 특징으로 한다. 한편 상기와 같이 첨가물이 지지체에 고착 또는 흡착되기 위하여, 상기 폴리우레탄 지지체(1)의 원료물질인 폴리올에 미리 첨가물을 혼합하는 것을 특징으로 하며, 상기 과정후 이소시아네이트 화합물을 첨가하여 발포함으로써 폴리우레탄 지지체를 형성하여, 물속의 인을 제거하기에 용이한 셀구조(2)를 이루게 된다.

한편 도 3에서와 같이 셀구조(2)의 빈공간(5)에 물이 통과하게 되면서, 상기 물속에 포함된 인(6)이 첨가물과의 반응에 의해 불용성염을 형성하여 지지체에 고착 또는 흡착되어 물에서부터 제거될 수 있는 것이다.

이때, 상기 첨가물로는 알루미늄이나 칼슘, 카드뮴, 코발트, 구리, 철, 마그네슘, 니켈, 은, 규소 등이 사용되고, 상세하게는 이들을 혼합하거나 상기 여러 종류의 분자물질로 이루어진 물질들이 사용된다.

즉, 본 발명은 알루미늄, 황산알루미늄, 폴리염화알루미늄, 수산화알루미늄, 산화알루미늄, 규산알루미늄 수화물 등의 알루미늄 계열의 첨가물을 사용한다. 또한 칼슘이나 생석회(산화칼슘), 소석회(수산화칼슘), 탄산칼슘, 황산칼슘 등의 칼슘 계열의 첨가물을 사용한다.

또한, 본 발명은 전술한 알루미늄이나 칼슘 계열 대신에 카드뮴, 황화카드뮴, 코발트, 산화코발트, 수산화코발트, 산화제1구리, 산화제2구리, 탄화철, 규소철, 산화철, 마그네슘 분말, 산화마그네슘, 수산화마그네슘, 산화니켈, 니켈카르보닐, 은 등을 첨가제로 사용할 수 있다.

한편, 전술한 지지체는 첨가물 및 상기 첨가물과 반응하여 생성된 인의 불용성염을 흡착 또는 고착하여 지지하는 역활 이외에 스스로 물리적인 원리로 인하여 물속의 인 침전물 및 여러 오염물질을 제거할 수 있는 기능을 가지고 있으며, 이러한 지지체의 구성 및 인 제거 방법은 아래의 상세 설명에 의해 용이하게 이해될 것이다.

첫 번째로, 본 발명에 따른 물속에 포함된 인의 제거 원리는, 상기 인과 불용성염을 형성하는 첨가제를 지지체의 생성단계에 미리 물리적, 화학적 방법으로 흡착 또는 고착하여 결합시킴으로써 지지체와 첨가물을 유동적으로 결합시키는 것이다. 이때 전술한 지지체는 물을 잘 흡수하고 통과시키는 구조를 이루고 있으며 오염된 물이 지지체를 통과하면서 물속에 포함된 인이 제거된다.

두 번째로, 전술한 화학적 제거원리는 첨가물과 오염물간의 화학적 반응과 결합에 의한 불용성염의 생성에 의한 것이며, 이를 화학식으로 표기하면 아래와 같다.

{화학식}

Al³⁺＋ PO₄ ^3-⇒ AlPO₄

3Cd²⁺＋ 2PO₄ ^3-⇒ Cd₃(PO₄)₂

3Ca²⁺＋ 2PO₄ ^3-⇒ Cd₃(PO₄)₂

3Co²⁺＋ 2PO₄ ^3-⇒ Cd₃(PO₄)₂

3Cu²⁺＋ 2PO₄ ^3-⇒ Cd₃(PO₄)₂

Fe³⁺＋ PO₄ ^3-⇒ FePO₄2H₂O

3Mg²⁺＋ 2PO₄ ^3-⇒ Mg₃(PO₄)₂

3Ni²⁺＋ 2PO₄ ^3-⇒ Ni₃(PO₄)₂

3Ag ＋ PO₄ ^3-⇒ Ag₃PO₄

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 의거 상세히 설명하겠는 바, 상기 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

{실시예 1}

생성회(CaO) 36.6g과 폴리올(Polyol) 110g을 섞은 다음, 이를 이소시아네이트 화합물 55g과 함께 혼합하고, 발포시켜 도 1에 도시한 지지체를 제조하였다.

한편, 상기와 같이 제조하여 첨가물을 포함한 지지체에 인이 포함된 용액을 통과시켰을 때 약 80∼90%의 제거율을 보였다.

{실시예 2}

황산알루미늄 36.6g과 폴리올(Polyol) 110g을 섞은 다음, 이를 이소시아네이트 화합물 55g과 함께 혼합하고, 발포시켜 지지체를 제조하였다.

이때, 상기와 같이 제조하여 첨가물을 포함한 지지체에 인이 포함된 용액을 통과시켰을 때 80% 이상의 제거율을 보였다.

{실시예 3}

폴리염화알루미늄 36.6g과 폴리올(Polyol) 110g을 섞은 다음, 이를 이소시아네이트 화합물 55g과 함께 혼합하고, 발포시켜 지지체를 제조하였다.

{실시예 4}

황산알루미늄 또는 폴리염화알루미늄에 수산화나트륨을 첨가하여 알루미늄 침전(Al(OH)₃)을 형성한 후, 상기 알루미늄 침전 36.6g과 폴리올(Polyol) 110g을 섞은 다음, 이를 이소시아네이트 화합물 55g과 함께 혼합하고, 발포시켜 지지체를 제조하였다.

이때, 상기와 같이 제조하여 첨가물을 포함한 지지체에 인이 포함된 용액을 통과시켰을 때 90% 이상의 제거율을 보였다.

{실시예 5}

규산알루미늄 수화물 36.6g과 폴리올(Polyol) 110g을 섞은 다음, 이를 이소시아네이트 화합물 55g과 함께 혼합하고, 발포시켜 지지체를 제조하였다.

이때, 상기와 같이 제조하여 첨가물을 포함한 지지체에 인이 포함된 용액을 통과시켰을 때 60% 이상의 제거율을 보였다.

{실시예 6}

물 12.2g과 철성분이 함유된 첨가제(탄화철, 규소철, 산화철) 24.4g을 섞은 후, 이를 폴리올(Polyol) 110g을 섞은 다음, 이를 이소시아네이트 화합물 55g과 함께 혼합하고, 발포시켜 지지체를 제조하였다.

이때, 상기와 같이 제조하여 첨가물을 포함한 지지체에 인이 포함된 용액을 통과시켰을 때 50% 이상의 제거율을 보였다.

{실시예 7}

카드뮴 36.6g과 폴리올(Polyol) 110g을 섞은 다음, 이를 이소시아네이트 화합물 55g과 함께 혼합하고, 발포시켜 지지체를 제조하였다.

이때, 상기와 같이 제조하여 첨가물을 포함한 지지체에 인이 포함된 용액을 통과시켰을 때 30%의 제거율을 보였다.

{실시예 8}

마그네슘 첨가제(마그네슘 분말, 산화마그네슘, 수산화마그네슘) 36.6g과 폴리올(Polyol) 110g을 섞은 다음, 이를 이소시아네이트 화합물 55g과 함께 혼합하고, 발포시켜 지지체를 제조하였다.

이때, 상기와 같이 제조하여 첨가물을 포함한 지지체에 인이 포함된 용액을 통과시켰을 때 70%의 제거율을 보였다.

이상에서 상술한 바와 같이 본 발명은 다음과 같은 효과를 달성한다.

첫 번째로, 본 발명은 오랜 기간 동안의 실험을 통해 물속에 포함된 인의 제거 효율을 테스트해본 결과 상당한 효과가 있는 것으로 나타났으며, 특히 실시예 1에서 상술한 바와같이 생석회 첨가물과 폴리우레탄 지지체를 사용한 인의 제거 효율을 도 3과 도 4의 그래프에 명확히 도시하였으며, 이를 토대로 볼 때 본 발명은 상승적인 효과가 있음을 알 수 있다.

두 번째로, 본 발명은 인의 화학적 처리방법에 대한 지지체를 사용함으로써, 화학적 반응이 용이하게 일어날 수 있는 반응계를 제공함은 물론, 상기 반응에 의해 형성된 인의 불용성염 침전을 내부에 포함하여, 상기 처리된 물로부터 용이하게 분리해낼 수 있다. 특히 기존의 화학적 처리방법에 소요되는 장치설비를 대체할 수 있을뿐 아니라, 물속에 포함된 인의 농도가 낮을때도 이를 지지체에 통과시키시만 하면 인을 제거할 수 있어 효율이 높은 장점이 있다.

Claims

물속에 포함된 인을 제거하는 방법에 있어서,

상기 인과 결합하여 불용성염을 형성하는 물질을 첨가물로 하여 폴리우레탄으로 형성된 지지체의 셀구조에 흡착 또는 고착되도록 하고, 이에 물이 통과하도록 함으로써 인을 제거하는것을 특징으로 하는 물속의 인 제거방법.
제 1항에 있어서, 상기 인과 결합하여 불용성염을 형성하는 첨가물을 하나 이상 포함하여 형성된 지지체를 사용하는 물속의 인 제거방법.
제 1항 내지 제 2항에 있어서, 상기 제조된 지지체의 셀크기가 1㎛∼4㎝임을 특징으로 하는 물속의 인 제거방법.
제 1항에 있어서, 상기 인과 결합하여 난용성염 또는 가용성염을 형성하는 첨가물을 하나 이상 포함하여 형성된 지지체에 있어, 상기 난용성염 또는 가용성염이 지지체의 셀구조를 통과하지 못하는 것을 특징으로 하는 물속의 인제거 방법.