KR20050091966A

KR20050091966A - 오폐수 정화제 및 이를 이용한 오폐수의 정화방법

Info

Publication number: KR20050091966A
Application number: KR1020040017156A
Authority: KR
Inventors: 박태희
Original assignee: 박태희
Priority date: 2004-03-13
Filing date: 2004-03-13
Publication date: 2005-09-16

Abstract

본 발명은 오폐수 정화제 및 오폐수 정화방법을 제공한다. 보다 상세하게는 본 발명은 흑연분말을 포함하는 오폐수 정화제 및 상기 오폐수 정화제를 오폐수와 접촉시키고 정화수를 회수하는 단계를 포함하는 오폐수 정화방법을 제공한다.

Description

오폐수 정화제 및 이를 이용한 오폐수의 정화방법{Composition for Purifying Wastewater and Method for Purifying Wastewater Using the Same}

본 발명은 오폐수 정화제 및 오폐수 정화방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 흑연분말을 포함하는 오폐수 정화제 및 상기 오폐수 정화제를 오폐수와 접촉시키고 정화수를 회수하는 단계를 포함하는 오폐수 정화방법에 관한 것이다.

공업의 발달, 인간의 도시 밀집 현상, 및 축산업의 대규모화로 인하여 인간의 활동 과정에 발생하는 오폐수는 점차 대량화 양상을 띠고 있다.

이러한 오폐수를 정화하기 위한 종래의 기술로서 활성오니법, 목질발효퇴비법, 액상부식법, 생석회 안정화 반응법, 팬턴 산화법 등을 들 수 있다.

상기의 방법들은 오폐수 중에 존재하는 부유물을 제거하기 위한 침전조 및 호기성 미생물을 배양 증식시키기 위한 폭기조 등을 구비한 방법인데, 이러한 방법은 침전조와 폭기조를 설치해야 하는 등 설비의 대형화를 수반하고, 또한 호기성 미생물이 오폐수 중에 존재하는 유기 오염물질을 완벽하게 분해하는 데는 한계가 있어 그러한 호기성 미생물에 의해서 분해 되다 남은 유기 오염물질을 분해하기 위한 별도의 설비를 필요로 한다. 또한 상기의 방법들은 호기성 미생물을 배양하여야 하는 시간 및 그러한 배양된 미생물에 의해서 오폐수 중의 유기 오염물질을 분해하여야 하는 시간을 요구한다. 이처럼 상기 방법들은 설비의 대형화 및 복잡화로 인하여 시간 및 비용 면에서 효율적이지 못하다.

한편, 오폐수의 정화에 담체를 이용한 예들도 발견되는데, 대한민국 특허공개 제2002-0039292호는 석탄회(Fly ash)나 소각회를 알로페인(Allophane) 및 이모고라이트(Imogolite) 점토광물로 전환시키거나 이에 이탄(Peat)를 첨가하여 활성부식토(Activated humus soil)로 전환시켜 분뇨, 녹조, 적조 등의 정화제로 사용하는 기술을 개시하고 있고, 대한민국 특허공개 제2001-0105358호는 농작물(Oryza sativa, Panicum miliaceum, Setaria italica, Cajanus cajan, Vigna mungo, Vigna radiata, Triticum sp., Ricinus communis, Helianthus annus, Gossypium sp., Arachis sp.)의 종피 및 외피로부터 아그로폴리머를 제조하고 이를 오폐수 중의 금속 격리 및 이온의 제거의 용도로 사용하는 기술을 개시하고 있다. 적조, 녹조 처리에 황토를 이용하는 방법에 대해서는 대한민국 특허공개 제1998-033476호가 있고, 그 밖에도 분뇨나 축산폐수에 실리카(Siliga)를 사용한 예가 있다(일본특허공개번호 제2001 -179284호).

그러나 상기 담체를 사용한 방법들은 모두 오폐수 중에 존재하는 특정 종류의 오염물질을 제거하기 위한 것으로서 오폐수 중에 존재하는 여타의 오염물질을 제거하기 위해서는 별도의 처리나 설비가 요구되고, 또한 오염도가 높은 경우에는 그 효율에 한계가 있다.

이에 본 발명은 전술한 방법들의 문제점을 해결하고자 하는 관점에서 흑연을 분쇄하여 얻어진 흑연분말을 오폐수의 정화에 이용하는 기술을 개시한다.

따라서 본 발명의 목적은 흑연분말을 포함하는 오폐수 정화제를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 위 오폐수 정화제를 이용한 오폐수의 정화방법을 제공하는데 있다.

상기 목적 이외의 본 발명의 다른 목적이나 다른 태양은 이하의 발명의 구성에서 구체화될 것이다.

본 발명은 일 태양에 있어서 흑연 분말을 포함하는 오폐수 정화제를 제공한다.

본 발명의 흑연 분말을 포함하는 오폐수 정화제에서 흑연 분말이라 함은 자연 상태의 흑연 또는 자연에서 채취되고 가공되어 시판 중에 있는 흑연을 분쇄한 것으로 그 분말 입자의 평균 입도가 5㎛ 이하의 것을 말한다. 여기서 입도란 가장 큰 길이 차원을 기준으로 하여 결정된 값을 말하며, 평균 입도란 주어진 분체 또는 분말 집단의 입도 분포를 대표하는 입도 크기로서 주어진 분체 또는 분말 집단에서 가장 많은 수의 입자가 가지는 입도를 말한다. 평균 입도를 측정에는 체가름법과 레이저 분석 방법이 일반화 되어있는데 본 발명에서는 레이저 분석 방법을 사용하였다.

일반적으로 흑연은 입자의 모양에 따라 인상 흑연과 토상 흑연으로 구분되는데, 통상 시중에 시판되고 있는 인상 흑연 제품 또는 토상 흑연 제품은 그 입도의 크기가 매우 다양하지만 통상 100 ~ 325 메쉬(mesh) 정도이며 가장 보편적으로 시판되고 있는 제품의 경우 그 평균 입도가 44㎛ 정도인데, 이러한 흑연은 하기 실험예 1(특히 <표 1> 참조)에서 확인할 수 있는 바와 같이 오폐수의 정화효과를 나타내지 못한다.

그러나 이러한 흑연을 분쇄하여 분쇄된 입자의 평균 입도를 5㎛ 이하로 작게 하면, 오폐수의 정화 효과를 나타내기 시작하는데, 이것은 분쇄로 인해 흑연 입자의 표면층에 새로운 결정 격자가 형성되고(도 2 참조) 이로 인하여 비표면적이 증가하기 때문인 것으로 추측되고 있다.

흑연을 분쇄하게 되면 규칙적인 결정 배열 구조를 하고 있던 흑연이 불규칙적인 구조를 갖게 되어 비표면적이 증가하게 된다. 비표면적이 증가하게 되면 비표면적이 작은 경우에 비해서 상대적으로 오폐수에 중에 존재하는 오염물과의 충돌 가능성이 커지게 되고 정전기적 인력이 미치는 범위가 증가하게 된다. 이는 결과적으로 흑연분말이 오폐수 중에 존재하는 오염물을 흡착시킬 수 있는 능력을 증가시킬 것이다.

또한 본 발명의 오폐수 정화제에서 흑연 분말은 그 입자의 평균 입도가 5㎛ 보다 더 작아질수록 더욱더 바람직하다. 그것은 흑연분말의 입도가 더 작아질수록 흑연 분말 입자의 표면적은 더욱 커지게 되고 전술한 이유에서 흑연 분말의 오염물에 대한 흡착능력은 더 증가하게 될 것이기 때문이다. 그러나 통상의 방법에 따라 흑연 분말을 제조할 경우 그 분말 입자의 평균 입도가 2~5㎛인 경우가 대부분이므로 일반적으로는 평균 입도의 분포가 상기 범위에 있는 흑연 분말을 사용하는 경우가 대부분일 것이다. 본 발명의 실시예에서는 상기한 이유에서 평균 입도 분포가 2~5㎛인 흑연 분말을 사용하였다.

또한 본 발명의 오폐수 정화제는 여타의 물리·화화적 처리가 없는 흑연 분말만을 포함할 수 있고, 또한 그러한 흑연분말만을 포함하는 경우가 바람직하지만, 흑연분말 이외에 기타의 첨가제를 포함하여도 무방하다. 그러한 첨가제로서는 탄산칼슘(CaCO₃)등을 들 수 있다. 이러한 첨가제는 오폐수 정화제 전체의 중량 퍼센트에 대해서 10~20 중량% 이하로 포함되는 것이 바람직하다.

본 발명은 다른 태양에 있어서, 전술한 오폐수 정화제를 이용한 오폐수의 정화방법을 제공한다.

본 발명의 오폐수 정화방법은 전술한 오폐수 정화제를 오폐수와 접촉시키는 제1단계 및 그 결과 정화된 정화수를 회수하는 제2단계를 포함한다.

전술한 오폐수 정화제에 존재하는 흑연분말은 오폐수 중에 존재하는 오염물과 접촉하게 되면 정전기적 인력에 의하여 오염물을 흡착하게 되고, 이렇게 흑연분말이 오염물과 흡착되면 이러한 흡착물을 분리해냄으로써 목적으로 하는 정화수를 용이하게 얻을 수 있게 된다.

오염물과 흡착된 흑연분말을 분리해내고 정화수를 회수하는 방법은 크로마토그래피 등 당업계에서 일반적으로 알려진 방법을 이용할 수 있으며, 본 발명의 실시예에서는 주문제작한 유리 기구를 사용하였는데 약 3ℓ용량과 18Φ정도 크기의 유리관에 스탑 콕크를 장착하여서 흑연 분말과 정화된 정화수를 분리 하였다.

한편 본 발명의 실시예에서는 오폐수가 존재하는 용기내에 흑연 분말을 투입한 후 이를 교반하였는데, 그것은 흑연분말의 오폐수 중에 존재하는 오염물과의 접촉을 용이하게 하여 정화 시간을 단축하기 위해서이다. 따라서 본 발명에서 오폐수와 오염물을 혼합하고 이를 교반하는 공정이 반드시 필요한 것은 아니며, 또한 이러한 교반 공정은 흑연 분말의 오폐수 중에 존재하는 오염물과의 접촉을 용이하게 할 수 있는 방법이라면 그 방법으로 대치되더라도 무방하다 .

또한 본 발명에서 오폐수가 고분자 유기 오염물질 등을 다량으로 포함하고 있는 경우 등 필요에 따라서 본 발명의 상기 제1단계 즉 접촉 단계 이전에 염화철이나 황산알루미늄 등이 첨가제로서 첨가되고, 응집제로서 AL₂(SO₄)₃, FeCl ₃, 안이온, 또는 카치온, 중화제로서 Ca(OH)₂, NaOH, 응집보조제로서 고분자화합물, PH 조정제로서 H₂SO₄ 등을 유효성분으로 포함하는 고분자 응집제로 처리하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다. 그러나 상기 고분자 응집제로 처리하는 것은 오폐수의 성질 또는/및 종류에 따라서 필요한 것이다. 따라서 오폐수 중에 고분자 유기 오염 물질 등이 포함된 경우라도 상기 고분자 응집제로 처리하는 단계를 거치지 않고 곧바로 본 발명의 오폐수 정화제를 처리하여도 무방하다. 따라서 상기 고분자 응집제로 처리하는 단계가 본 발명에 반드시 포함되어야 하는 것은 아니다.

또한 본 발명에서 상기와 같이 오폐수를 고분자 응집제로 처리하고 얻어진 오폐수를 정화하는 경우에는 적절한 정화 효과를 얻기 위해서 오폐수의 100 중량부에 대해서 본 발명의 오폐수 정화제는 20~25 중량부로 투입하는 것이 바람직하다.

본 발명의 오폐수 정화 방법에 따라서 얻어진 정화수는 실험예 2의 <표 2>에서 확인할 수 있는 바와 같이 그 산도(pH), 화학적산소요구량(COD), 생물학적산소요구량(BOD), 부유물질(SS)을 측정한 결과 3급의 상수원수, 2급의 수산용수 및 1급의 공업용수와 거의 대등하거나 그 이하의 수준이었다. 이는 본 발명의 오폐수 정화제 및 이를 이용하는 오폐수 정화방법이 뛰어난 오폐수 정화효과를 말해주는 것이라 할 수 있다.

본 발명은 또 다른 태양에 있어서, 오염물질과 흡착된 흑연분말에서 오염물질을 분리하여 얻어진 흑연분말을 오폐수 정화에 재활용하는 방법을 제공한다.

흑연분말을 포함하는 본 발명의 오폐수 정화제는 흑연의 녹는점이 약 3,550℃ 정도로 매우 높기 때문에, 약 1000℃ 정도 되는 고온증기나 고온로를 이용하면 흑연분말의 실제 물성에는 아무런 영향을 주지 않으면서 흑연분말에 흡착된 오염물을 쉽게 증발시킬 수 있다.

이하 본 발명을 실시예를 참조하여 설명한다. 그러나 본 발명이 실시예에 의하여 제한되는 것은 아니다.

실시예 1. 산업 오폐수 정화에 사용될 흑연 분말의 제조

인상 흑연(제품명 # 280, 제조업체명: Ausbury사)을 초미분쇄기(제품명 jet mill, 제조업체명 SEISHIN 사)로 분쇄하여 평균 입도분포가 약 2~5㎛가 되도록 하였다.

도 1은 분쇄된 흑연 분말의 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope) 사진이며, 도 2a는 분쇄전 흑연 입자의 X-Ray 회절곡선이며, 도 2b는 분쇄 후 흑연 분말의 X-Ray 회절곡선이다. 도 2a와 도 2b를 비교 대조하면 분쇄 후에 새로운 결정 격자가 생성되고 무정질성의 증가되었음을 확인할 수 있다.

이와 같이 제조된 흑연입자를 기타의 물리·화학적인 처리없이 그대로 하기 실시예 2에 기재하는 바와 같이 오폐수의 정화공정에 이용하였다.

실시예 2. 흑연 분말을 이용한 산업 오폐수의 정화 공정

정화공정에는 염색공장(경기도 안산시 소재의 주식회사 중앙디지텍)의 폐수원액을 채취하여 사용하였다. 채취된 폐수 원액의 오염도를 측정한 결과 산도(pH)는 9 였고, 화학적산소요구량(COD)이 약 1500~2000mg/ℓ, 생물학적산소요구량(BOD)가 약 1500mg/ℓ정도였고 부유물질(SS)은 약 300 mg/ℓ정도였다.

폐수 원액 1.5ℓ에 첨가제로서 염화철을 포함하는 농도 200 mg/ℓ인 고분자응집제(H₂O₂ 500 mg/ℓ, 카치온 약 200 mg/ℓ, 안이온 약 2∼3 mg/ℓ, H₂SO ₄ 1500 mg/ℓ) 1.0ℓ를 가하여 콜로이드 상태의 고분자 유기 오염 물질을 침전시키고, 침전된 고분자 유기 오염 물질을 응집보조제를 사용 플록(FLOC) 형태로 응집시킨 후에 제거하였다. 이렇게 얻어진 오폐수(이하 "1차 정화된 오폐수"라고함)의 오염도를 측정한 결과 pH는 6~8, COD는 200~300mg/ℓ, BOD는 약 150mg/ℓ 정도였고 SS는 약 100 mg/ℓ정도였다.

상기 1차 정화된 오폐수 1.2ℓ를 1.5ℓ의 용기에 넣고 10g의 흑연분말을 넣은 다음 충분히 혼합이 되도록 교반을 시켰다. 그리고 정화반응을 관찰한 다음, 정화반응이 일어나지 않으면, 흑연분말을 5g씩 늘려가면서 투입하고 교반시킨 다음 반응이 일어나는 투입량을 결정하였다. 정화반응은 흑연분말의 투입량이 약 250g을 초과하면서 일어나기 시작하였다. 흑연 분말을 추가로 5g씩 늘려가면서 투입과 교반을 반복하며 약 300g까지 투입하고, 정화수의 회수에는 주문제작한 유리기구를 사용하였는데 스탑콕크를 장착한 약 3ℓ용량과 18Φ정도 크기의 유리관을 사용하여 회수하였다.

실험예 1. 분쇄 전 흑연 입자와 분쇄 후 흑연 입자의 정화능력의 차이 비교

상기 실시예 1의 방법에 따라 분쇄 후 얻어진 흑연 분말의 정화 능력과 분쇄 전의 흑연 입자의 정화능력의 비교 측정에는, 실시예 1에서의 분쇄 전의 흑연 입자, 분쇄 후 얻어진 흑연 분말, 실시예 2에서의 고분자응집제로 처리하여 유기 오염물질을 제거한 1차 정화된 오폐수를 이용하였다.

10㎖의 1차 정화된 오폐수를 각각 준비하고 여기에 분쇄 전 흑연입자 및 분쇄 후 얻어진 흑연 분말 각각 10g과 혼합하고, 육안으로 오폐수의 투명 정도를 관찰함으로써 정화의 진행 경과 및 정화 효과 유무를 관찰하였다.

그 결과는 하기 <표 1>과 같다.

분쇄 전 흑연 입자와 분쇄 후 흑연 분말의 정화능력의 비교

항목	분쇄 전 흑연입자	분쇄 후 흑연입자
평균입도(㎛)	44㎛	5㎛
오폐수 량	10㎖	10㎖
흑연입자의 투입량	10g	10g
Jar Size	h(6cm)/ø(3)-시약병	h(6cm)/ø(3)-시약병
결과	정화효과 거의 없음	약 10초 후부터 정화효과가 육안으로 관찰되었으며, 약 2분이 경과할 때까지 정화가 진행됨

상기 <표 1>에서 확인할 수 있듯이 분쇄 후의 흑연 분말만이 정화효과를 나타냄을 확인할 수 있다.

실험예 2. 오폐수와 정화수의 pH, COD, BOD 및 SS 비교

실시예 2의 고분자 응집제로 처리하여 유기 오염물질을 제거한 1차 정화된 오폐수와 흑연 분말로 정화된 정화수의 pH, COD, BOD 및 SS를 비교 측정하여 하기의 표에 나타내었다.

오폐수와 정화수의 pH, COD, BOD 및 SS의 비교

항목	1차 처리된 오폐수	정화수	상수원수 3급수산용수 2급공업용수 1급
pH	6~8	7.3	6.5~8.5
COD(mg/ℓ)	200~300	7.4
BOD(mg/ℓ)	150~200	5	6
SS(mg/ℓ)	100	1~1.5	25

상기 <표 2>에서 확인할 수 있듯이 본 발명의 흑연 분말을 포함하는 오폐수 정화제를 사용했을 때 뛰어난 정화 효과를 확인할 수 있다.

상기 실험예 1에서 확인할 수 있는 바와 같이, 분쇄 전의 흑연 입자는 거의 정화 효과를 보이지 않는 반면, 분쇄된 흑연분말은 정화 효과를 나타냄을 확인할 수 있다.

또한 상기 실험예 2에서 확인할 수 있는 바와 같이, 분쇄된 흑연 분말을 이용하여 정화한 경우 고분자응집제 등으로 처리하여 유기 오염물질이 제거된 1차 정화된 오폐수의 COD, BOD, SS 등이 모두 현격하게 감소하고 있음을 확인할 수 있다. 즉 흑연분말을 이용하여 얻어진 정화수의 산도(pH), 화학적산소요구량(COD), 생물학적산소요구량(BOD) 및 부유물질(SS)의 측정값은 3급 상수원수, 2급 수산용수, 1급의 공업용수의 기준치와 비교했을 때 이들과 대등하거나 그 이하이다.

이러한 실험치들은 분쇄된 흑연 분말의 뛰어난 정화효과를 말해주는 것으로, 이러한 흑연 분말을 포함하는 본 발명에 따른 오폐수 정화제가 오폐수 정화에 있어서의 매우 유용함을 보여주는 것이라 할 수 있다.

또한 흑연 분말을 오폐수의 정화에 사용할 경우에 흑연의 녹는점이 매우 높은 특성을 이용하면 흑연의 물성에는 아무런 영향을 주지 않으면서 흑연 분말에 흡착된 오염물질을 고온 증기 등을 이용하여 쉽게 증발시킬 수 있기 때문에 흑연 분말의 재활용도 매우 용이하게 된다.

도 1은 인상 흑연의 분쇄 후 인상 흑연분말의 주사전자현미경(Scanning electron Microscope) 사진이다.

도 2a는 분쇄전 흑연 입자의 X-Ray 회절곡선이고, 도 2b는 분쇄 후 흑연 분말의 X-Ray 회절곡선이다.

Claims

평균 입도가 5㎛ 이하인 흑연 분말을 포함하는 오폐수 정화제.
제1항에 있어서

상기 오폐수 정화제는 첨가제로서 탄산칼슘(CaCO₃)을오폐수 정화제 전체의 중량 %에 대해서 10~20 중량%로 포함되는 것을 특징으로 하는 오폐수 정화제.
제1항에 있어서,

상기 흑연분말은 평균 입도가 2~5㎛인 것을 특징으로 하는 오폐수 정화제.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항 기재의 오폐수 정화제를 오폐수와 접촉시키는 제1단계 및 정화수를 회수하는 제2단계를 포함하는 오폐수의 정화방법.
제4항에 있어서,

상기 오폐수의 정화 방법은 상기 제1단계 이전에 오폐수를 고분자 응집제로 처리하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 오폐수의 정화방법.
제5항에 있어서,

상기 오폐수 정화제는 제1단계에서 100 중량부의 오폐수에 대하여 20~25중량부인 것을 특징으로 하는 오폐수의 정화방법.
오염물질과 흡착되어 있는 흑연 분말로부터 오염물질을 분리하는 단계를 포함하는 흑연 분말을 오폐수 정화제로서 재활용하는 방법.
제7항에 있어서,

상기 분리하는 단계는 오염물질과 흡착되어 있는 흑연 분말을 고온증기로 증발시킴으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는 흑연 분말을 오폐수 정화제로서 재활용하는 방법.