KR20040013672A

KR20040013672A - 세라믹 촉매를 이용한 폴리에스테르 감량폐액 처리에 관한 기술

Info

Publication number: KR20040013672A
Application number: KR1020020046701A
Authority: KR
Inventors: 부진영
Original assignee: 부진영
Priority date: 2002-08-08
Filing date: 2002-08-08
Publication date: 2004-02-14

Abstract

본 발명은 폴리에스테르 감량공정에서 발생하는 고농도 알카리 난분해성 물질(Terephthalic acid(TPA), Ehthlene Glycol(EG))이 함유된 폐액을 일반 염색폐수와 함께 일정 비율로 혼합하여 세라믹 촉매를 이용한 공정으로 처리함으로서 고농도의 COD와 BOD 부하량을 줄이고 동시에 난분해성 물질을 함유한 폐액을 분해처리한 후, 후단의 생물처리(바이오 미디어)를 통해 유기물 부하량을 줄여 일반 염색폐수의 처리장(생물폭기조)에서 처리가 가능하도록 하는 폐수처리 방법에 관한 것이다.

일반적으로 폴리에스테르 감량공정에서 발생된 폐액은 pH가 14, 평균 COD 10,000ppm, 평균 BOD 40,000ppm 이상의 고농도 알카리 난분해성 물질로서 감량폐액 저장탱크에서 일반 염색폐수의 집수조에 소량의 비율로 희석시켜 처리되고 있는 실정이나, 난분해성 물질(TPA, EG)로 인해 생물처리가 안정적으로 운전이 어려워 전체 염색폐수 처리공정의 운전을 불안하게 하고 있어, 처리효율 증가를 위해서는 추가설비의 신설이 불가피하고, 이에 따른 많은 추가 운전비용이 발생될 수 밖에 없어 경제적이고 효율적인 새로운 기술의 개발이 시급한 실정이다.

따라서, 본 발명은 폴리에스테르 감량공정에서 발생된 고농도 알카리 난분해성 폐액을 세라믹 촉매공정을 이용하여 고농도의 COD와 BOD 부하량을 줄이고 동시에 난분해성 물질을 함유한 폐액을 분해처리하여 후단의 생물처리가 가능하도록 하는 경제적이고 효율적인 폐수처리 방법에 관한 것이다.

Description

세라믹 촉매를 이용한 폴리에스테르 감량폐액 처리에 관한 기술 {Technology of wastewater treatment in polyester weight loss process using ceramic catalyst}

본 발명은 폴리에스테르 감량공정에서 발생하는 폐액을 일반 염색폐수와 함께 일정 비율로 혼합하여 메카세라(Mechanical ceramic)로 불리는 세라믹 촉매를 이용한 공정으로 처리하는 폐수처리 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 폴리에스테르 감량공정에서 발생하는 고농도 알카리 난분해성 물질(TPA, EG)이 함유된 폐액을 일반 염색폐수와 함께 일정 비율로 혼합한 후, 세라믹 촉매를 이용하여 고농도의 COD와 BOD 부하량을 줄이고 동시에 난분해성 물질을 함유한 폐액을 분해처리하여 후단의 생물처리가 가능하도록 하는 폐수처리 방법에 관한 것이다.

일반적으로 폴리에스테르 감량가공업체 중 일부는 이차처리 후, 해양투기 혹은 위생매립을 통한 처리를 시행하고 있으며, 농도가 비교적 낮은 2차 수세수의 경우는 거의 전량 일반 염색폐수 처리장으로 유입시켜 처리하고 있는 실정이다.

감량폐액의 처리를 위한 여러 공정 중 물리화학적 처리는 고온 고압(200~300도씨, 20~200atm)에서 작동되고, 기계적인 복잡성이나 내부식성이 뛰어난 반응기의설계 등에 문제점이 있으며, 반응시간이 길 뿐만 아니라 초산과 같은 carboxilic acid와 휘발성 유기물 등이 부가적으로 생성되어 2차 처리가 필요한 단점이 있다.

생물병합처리로 생물화학적 처리법은 감량가공 개별공정에 대한 적용은 불가능하며 각 단위에서 배출되는 혼합폐수의 처리에는 적용되고는 있으나 생물학적으로 쉽게 분해되지 않는 방향족 화합물을 다량 함유한 관계로 비교적 장기간의 체류시간과 이로 인한 많은 부지가 필요하며, 처리효율도 고부하, 다변성을 갖는 폐수 특성으로 인하여 처리효율이 미약하고 운전 및 유지관리에 어려움을 겪고 있다.

고급산화법으로 펜톤산화공정은 과산화수소와 철이온과 반응하여 생성된 OH 라디칼이 폐수중의 유기물과 탈수소 반응 및 산소 첨가반응을 지속적으로 일으켜 유기물 분해시키나, 설비가 복잡하고 운전 비용이 비싼 단점이 있다.

따라서, 향후 해양투기 금지 및 감량폐액 처분에 따른 사회적 우려가 높아짐에 따라 경제적이고 효율적인 처리방법의 개발이 요구되고 있는 실정이다.

본 발명은 폴리에스테르 감량공정에서 발생된 고농도 알카리 난분해성 폐액을 세라믹 촉매공정을 이용하여 고농도의 COD와 BOD 부하량을 줄이고 동시에 난분해성 물질을 함유한 폐액을 분해처리하여 후단의 생물처리가 가능하도록 하여 화학약품처리 공정시 소요되는 다량의 화학약품 및 슬러지 발생을 감소시키는 경제적이고 효율적인 폐수처리 방법에 관한 것이다.

폴리에스테르 감량공정에서 발생되는 고농도 알카리 난분해성 폐액은 일반 염색폐수와 일정비율로 혼합된 후, 메카세라로 불리는 세라믹 촉매와 차아염소산나트륨 수용액을 반응시켜 형성된 촉매산화수와 반응하여 고부하의 BOD를 유발하는 방향족 화합물인 TPA를 분해시키고, 후단의 생물처리(바이오 미디어)를 통하여 유기물 부하량을 감소시켜 일반 염색폐수의 생물폭기조에서 처리가 가능한 공정으로 구성되어 있다.

이와 같이 된 본 발명은 적정농도(1~500ppm 이하)의 차아염소산나트륨 (NaOCl) 수용액을 세라믹 촉매(메카세라)를 충진한 촉매충진탑에 통과시켜서 세라믹 촉매(메카세라)의 촉매작용에 의하여 차아염소산나트륨 수용액을 발생기산소 치환체로 형성된 촉매산화수로 변환시키고, 이 촉매산화수를 일반 염색폐수와 일정비율로 혼합된 고농도 알카리 난분해성 감량폐액 집수조에 투입하여 촉매산화수에 포함된 강력하고 지속적인 산화력을 가진 발생기산소 치환체에 의해 희석된 감량 혼합폐수 속의 각종 유기물질이 산화되어 부하량을 감소시킨다.

따라서, 일반 염색폐수와 일정비율로 혼합된 폴리에스테르 감량공정에서 발생되는 고농도 알카리 난분해성 폐액은 촉매산화수에 의해 고부하 BOD를 유발하는 방향족 화합물인 TPA가 분해되고, 후단의 생물처리(바이오 미디어)에서 유기물 부하량이 감소되어 일반 염색폐수의 생물폭기조에서 처리가 가능하게 한다.

이러한 폐수의 정화 처리과정을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

반응식 1

NaOCl + H₂0 → NaOH + HOCl

반응식 1은 차아염소산나트륨(혹은 차아염소산칼슘 (Ca(OCl)₂) 수용액이 만들어지는 반응식을 나타낸 것으로서, 세라믹 촉매 충진탑에 차아염소산나트륨을 공급하는 과정에 있어서 반응식 1과 같이 차아염소산나트륨은 수산화나트륨(NaOH)과, 차아염소산(HOCl)으로 분해된 차아염소산나트륨 수용액이 만들어지게된다.

반응식 2

HOCl ←---→ H⁺+ OCl^-

한편, 반응식 1과 같이 만들어진 차아염소산나트륨 수용액은 수산화나트륨(NaOH)의 영향에 의해 pH는 약 9 ~ 9.5에 이르게되며, 차아염소산 (HOCl)은 수중에서의 일반적인 분해반응에 의해 반응식 2와 같이 차아염소산(HOCl)과 차아염소산이온(OCl^-)의 형태로 존재하게되는데 pH가 9이며 수용액의 온도가 약 20℃일 때, 차아염소산(HOCl)은 약 5%, 차아염소산이온(OCl^-)은 약 95%의 비율로 존재하게된다.

이렇게 생성된 차아염소산이온(OCl^-)은 촉매충진탑을 통과하면서 발생기산소 치환체로 전환되어 일반적인 염소계보다 최고 80배 정도의 강력한 산화력을 지니고 있기 때문에 폐수에 강한 산화작용을 수행하여 폐수의 수질정화 기능을 수행하게 된다.

반응식 3

촉매존재하

HOCl ---------→ HCl + O*

반응식 3은 차아염소산(HOCl)의 또 다른 반응형태를 나타낸 것으로서 철, 망간, 코발트, 티타늄, 알루미늄, 구리 외 18종류의 금속산화물 성분을 일정한 비율로 혼합하여 1,600℃의 고온에서 소결시킨 세라믹 촉매(메카세라)에 차아염소산나트륨 수용액을 접촉시킬 경우, 차아염소산(HOCl)은 반응식 3과 같이 발생기산소 치환체(O*)를 생성하게 되는데, 이 발생기산소 치환체는 강력한 산화작용을 통해 우수한 산화력을 지니고 있기 때문에 산화, 분해를 통해 일반 염색폐수와 일정비율로 혼합된 폴리에스테르 감량공정에서 발생되는 고농도 알카리 난분해성 폐액의 수질정화 기능을 수행하게된다.

반응식 4

H₂O + O* ---→ H₂O₂* ---→ 2*0H

H₂O + *OH ---→ H₃O₂*

위 반응식 4는 세라믹 촉매에 의해 촉매충진탑 내부에 공급된 차아염소산나트륨 수용액을 발생기산소 치환체가 풍부한 촉매산화수로 변화시키는 것을 나타낸 것으로서, 차아염소산나트륨 수용액 속의 물분자와, 전술한 반응식 3에서 얻어진 발생기산소 치환체는 촉매충진탑 내부에 충진된 세라믹촉매와 차아염소산나트륨 수용액과의 반응에 의해 하이드록실 치환체(H₃O₂*)가 생성되는데 이 하이드록실 치환체가 강력한 산화작용을 나타내어 산화, 표백, 분해, 항균, 탈취, 수질정화 등의 기능을 수행하게된다.

따라서 본 발명은 위에서 설명한 반응식 1 내지 4에 의해 발생기산소 치환체(O*), 하이드록실 치환체(H₃O₂*), 차아염소산이온(OCl^-), 차아염소산(HOCl), Cl^-등이 함유된 촉매산화수가 만들어지게 되는데, 이렇게 만들어진 촉매산화수를 일반 염색폐수와 일정비율로 혼합된 폴리에스테르 감량공정에서 발생되는 고농도 알카리 난분해성 폐액과 반응시키면 폐수 속에 함유된 TPA를 분해시켜 COD, BOD 등을 저감시키고, 후단의 생물학적 처리(바이오 미디어)를 병행하여 일반 염색폐수 폭기조에서의 반응을 가능하게 하는 공정으로 구성되어 있다.

세라믹 촉매(메카세라)를 이용한 폴리에스테르 감량폐액 처리 예

1. 공정

폴리에스테르 감량폐액 발생 → 감량폐수 집수조에서 저장 → 기존 염색폐수와 일정 비율로 혼합 → 중화조에서 pH 조절 → 촉매산화수 반응조에서 반응 → 바이오 미디어 반응조에서 반응 → 기존 염색폐수 생물폭기조로 유입

2. 수질

	유입수질	처리수질
	감량폐액	일반염색폐수	혼합폐수	pH 중화조	촉매처리	바이오 미디어	기존 생물폭기조
COD_Mn(ppm)	10,000	700	1,500	1,500	800	150	30
BOD₅(ppm)	40,000	1,500	4,000	4,000	1,200	100	10
pH	14 이상	12	14	6	7.5	8	8

* 표의 수질은 각 반응조 출구농도임

3. TPA분해

* UV spectrum 희석배수 : 30배

본 발명은 폴리에스테르 감량공정에서 발생하는 고농도 알카리 난분해성 물질(TPA, EG)이 함유된 폐액을 일반 염색폐수와 함께 일정 비율로 혼합하여 세라믹 촉매를 이용한 공정으로 처리함으로서 고농도의 COD와 BOD 부하량을 줄이고 동시에 난분해성 물질을 함유한 폐액을 분해처리한 후, 후단의 생물처리(바이오 미디어)를 통해 유기물 부하량을 줄여 일반 염색폐수의 처리장(생물폭기조)에서 처리가 가능하도록 하는 경제적이고 효율적인 새로운 폴리에스테르 감량폐액 처리에 관한 것이다.

Claims

세라믹 촉매(메카세라)와 차아염소산나트륨(혹은 차아염소산칼슘) 수용액을 접촉시켜 발생기산소 치환체로 된 촉매산화수를 생산하고, 이를 일반 염색폐수와 일정비율로 혼합된 폴리에스테르 감량공정에서 발생되는 고농도 알카리 난분해성 폐액(TPA, EG)과 반응시키면, 폐수속에 함유된 방향족 화합물인 TPA를 분해시켜 COD, BOD 등이 저감되고, 후단의 생물학적 처리(바이오 미디어)를 병행하여 유기물 부하량을 더욱 저감시킨 후, 일반 염색폐수 폭기조에 유입시켜서 미생물반응을 가능하게 하는 것을 특징으로 하는 폐수처리 방법