KR20100034816A

KR20100034816A - 난분해성 유기물 제거제 제조방법

Info

Publication number: KR20100034816A
Application number: KR1020080094003A
Authority: KR
Inventors: 최윤진
Original assignee: 주식회사 태원
Priority date: 2008-09-25
Filing date: 2008-09-25
Publication date: 2010-04-02

Abstract

본 발명은 각종 산업폐기물의 처리를 위한 폐수처리장 내의 폐수처리시 문제가 발생하는 처리수의 색도 및 화학적 산소요구량 (이하 "COD"로 표기함.)을 경제적으로 처리하기 위한 응집제의 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.

통상적으로 난분해성 유기물을 함유한 폐수를 처리하는 방법에는 펜톤 처리법을 적용하여 처리하고 있으나, 펜톤 처리법으로 처리를 하는 경우에는 색도 및 COD를 제거하기 위하여 산화제로 투입되는 과산화수소가 대량으로 사용되어 경제적인 부담감이 있으며, 이의 해결책으로 일부에서 황산철을 병행하여 사용하거나, 마그네슘화합물과 규산소다 또는 세라믹 촉매와 차아염소산나트륨 수용액 등 촉매 산화수를 제조하여 과산화수소의 사용량을 절감하는 방법 등을 검토하고 있으나, 이러한 방법은 2차적인 설비투자 문제와 과산화수소를 일부 대체하는 산화촉매제의 경제적인 부담으로 인해 실질적인 효과를 제공하지 못하고 있는 실정이다.

따라서, 상기와 같은 문제점을 해결하고자 본 발명에서는 가장 경제적인 응집제를 개발, 제공함으로써 1차적으로 사용자가 부담없이 사용할 수 있고, 2차적으로 이로 인한 환경오염 피해를 최소화시키는 제품 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

응집제, 펜톤 처리법, 과산화수소, 산화제

Description

난분해성 유기물 제거제 제조방법 {Manufacturing methods for clearing to non-dissolable organic matter}

본 발명은 폐수 중의 오염물질에 관한 것으로 특히 폐수 중에서 유색폐수의 색도 및 COD를 응집제 투입에 의해 경제적으로 처리할 수 있도록 폐수 중의 오염물질을 처리하는 응집제의 조성물에 관한 것이다.

통상적인 폐수처리방법으로는 물리적인 응집처리방법인 활성탄 흡착법, 중력침강법 등이, 화학적인 방법으로 전기분해법, 살균처리법 등이, 생물학적 방법으로 활성슬러지법, 생물막 반응기법 등이 있다.

그러나 상기 기술된 내용의 폐수처리 방법은 많은 단점을 내포하고 있으며, 대표적으로 활성탄 흡착법이나, 중력침강법은 단독적으로 적용시 큰 효과를 기대할 수 없고, 특히 활성탄 흡착법은 색도 및 COD를 제거하는 능력은 좋으나 주기적으로 활성탄을 교체해야 함으로서 공정상 번거로움 및 경제성에서 문제가 있다.

또한, 생물학적 처리방법은 일반적으로 단독으로 사용할 수 없어 전처리 단계로 물리적인 처리법이 접목되어야 하므로 이에 따른 추가적인 시설투자가 있어야 하는 부담과 색도 제거를 위한 별도의 공정이 필요하다는 단점이 있다.

따라서 종래의 폐수처리장에서는 상기 기술한 각각의 폐수처리방법 등을 적절히 접목하여 경제적인 방법으로 운영되는 방향으로 진행되고 있으나, 공정상 물리적인 방법으로는 폐수내의 탁도 제거만을 주목적으로 하고, 수질 오염의 원인이 되는 유기물질을 비롯한 용존 물질 및 색도의 효과적인 제거를 하지 못해 이의 처리 방법으로 화학적 처리방법 및 생물학적 처리방법을 접목시켜 처리를 하고 있어도 시각적으로 문제가 되는 색도의 효과적인 제거는 어려운 실정이다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로 본 발명의 목적은, 기존 폐수처리 방법에서 폐수내의 색도 및 잔류 COD를 제거하기 위하여 무기응집제 및 산화제인 과산화수소를 투입하여 처리하는 방법 중에서 색도 및 잔류 COD를 집중적으로 제거하기 위해 처리비용의 대부분을 차지하는 과산화수소의 투입량을 절감시키고 오히려 색도 및 잔류 COD의 제거효율이 좋은 응집제를 제공하는데 있으며, 본 발명의 또 다른 목적은 산화제 보존역할을 하는 경제성이 우수한 선택된 산을 무기응집제와 혼합하여 제공함으로서 보다 경제적이고 효율적인 폐수처리 효과를 도모하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의하면, 일반적으로 폐수 내 난분해성 유기물질 등을 처리해야 하는 경우에 제1철염 (염화철, 황산철)과 과산화수소를 이용하여 처리하고 있으나, 잔류 미생물의 존재 필요성과 과산화수소의 경제적 부담 등으로 인해 폐수내의 색도와 잔류 COD의 제거에 문제점이 있어 본 발명에서는 과산화수소의 투입량을 절감키는 반면에 색도 및 잔류 COD의 제거에 효율적인 방법으로 경제성이 우수하고 산화 보존력이 뛰어난 산을 선택하여 사용하는 과정과, 선택된 산을 이용하여 가장 효율적인 투입량을 결정하는 과정과, 투입량이 결정된 선택된 산을 무기응집제에 혼합하는 과정이 제공된다.

본 발명은 종래의 폐수처리장에서 철염계 응집제 및 산화 보존제를 사용하여 폐수처리방법을 적용하고 있는 기존 공정의 변경 없이 본 발명에 의해 제조된 선택된 산이 혼합된 염화철계 응집제를 투입하면 과산화수소의 사용량을 절감시키고 오히려 색도 및 잔류 COD의 제거 효율이 우수하여 경제적 비용 부담 절감 및 2차적 환경오염 피해를 최소화할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.

이하 본 발명의 바람직한 실시의 예를 염색폐수의 예로 설명하면 다음과 같으나, 본 발명의 범위가 실시의 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명은 생활폐수를 포함한 산업폐수의 전반에 적용될 수 있음을 밝혀둔다.

본 발명에서 설명되는 염색폐수는 일반적으로 물리적 처리방법의 1단계 처리와 생물학적 처리방법의 2단계 처리 그리고 화학적 처리방법인 3단계 처리의 공정으로 진행되거나 또는 2단계 처리인 생물학적 처리방법을 3단계 처리로, 3단계 처리인 화학적 처리방법을 2단계 처리로 하는 공정을 적용하고 있다.

본 발명의 응집제가 적용되는 단계는 2단계 처리 또는 3단계 처리 공정인 화학적 처리공정이다.

화학적 처리공정에는 일반적으로 널리 사용되는 펜톤 산화법을 적용하고 있으며, 펜톤 산화법은 철염과 과산화수소를 이용하여 폐수 내의 색도와 잔류 COD를 제거하게 된다.

그러나 펜톤 산화법을 적용하여 실제적인 효과를 얻기 위해서 폐수대비 철염은 1,200ppm 내외, 과산화수소는 300ppm 내외, 그리고 황산과 가성소다를 투입하여 폐수의 pH를 조절하여 처리를 하고 있다.

상기 기술한 펜톤 산화법을 상세히 기술하면 다음과 같다.

펜톤 처리의 가장 큰 목적은 오염 부하량을 감소시키기 위하여 폐수 중에 존재하는 유기물을 산화시키거나, 난분해성 유기물을 미생물 분해가 쉽도록 변환시키는 역할을 하는데 그 목적이 있다.

펜톤 산화법은 펜톤시약인 철염 및 과산화수소를 이용하여 OH 라디칼을 발생시킴으로서 펜톤시약의 자체적인 산화력으로 유기물을 분해시키는 것으로 크게는 펜톤시약에 의한 1차적 산화반응과 2차적 중화반응 그리고 철염을 제거하기 위한 3차적 응집반응 등 3단계로 구성된다.

펜톤 산화법의 1단계인 산화반응은 pH 범위가 3.5에서 효과가 가장 좋기 때문에 pH 조절에 주의를 하여야 한다.

또한, 펜톤 산화법의 2단계인 중화반응 공정에서는 후처리 공정이 생물학적 처리방법일 경우 미생물 성장에 영향이 미치지 않도록 주의를 기울여야 한다.

펜톤 시약의 반응시간은 철염과 과산화수소수의 주입농도에 따라 변화를 보이는데 짧게는 5분 길게는 1시간의 반응시간에도 과산화수소수가 잔류하게 되어 후처리의 미생물 성장에 영향을 미칠 때가 자주 발생하기 때문에 과산화수소수의 농도를 완전히 제거시킨 후 미생물처리를 해야하며, 더욱이 이 잔류 과산화수소수로 오히려 COD의 값에 영향을 미칠 수 있기 때문에 주의하여야 한다.

따라서 본 발명은 상기 펜톤 산화법의 단점을 보완하고 가장 큰 문제로 제기되고 있는 과산화수소수의 투입으로 인한 경제적인 부담을 해결하는 방법을 제시한다.

본 발명은 염색폐수 처리 시 사용되는 과산화수소수의 사용량을 절감시키고 오히려 색도 및 잔류 COD를 제거하는 성능이 향상된 응집제를 제공하기 위하여 기존에 사용하던 염화제1철에 일정량의 염화제2철을 혼합하고 여기에 본 발명에서 선택된 산을 일정량 투입하여 제조한다.

과산화수소수는 강한 산화력으로 유기물을 분해시키는 역할을 하는데 본 발명에서 사용된 염화제2철 및 선택된 산도 과산화수소수보다 훨씬 경제적이면서 강한 산화력을 나타낸다.

본 발명에서 선택된 산에는 황산 또는 염산 또는 질산 등이 있는데 이 중 바람직한 것은 질산이다.

본 발명에서 사용된 선택된 산의 역할은, 본 발명에서 선택된 산을 투입하여 pH값을 4.0 이하로, 바람직하게는 pH 값을 3.5로 하여 염화제2철의 3가 이온이 계속 존재할 수 있도록 조절하는 역할을 하여 색도 및 잔류 COD 제거의 효과를 극대화할 수 있도록 한다.

왜냐하면, 본 발명에서 또 다른 산화제 역할을 할 수 있도록 투입되는 염화제2철의 응집범위가 pH9 ~ pH4 범위에서 가장 활발하게 응집되고 플럭이 형성되어 색도나 잔류 COD를 충분히 제거하기 전에 반응이 종료되기 때문에 색도나 잔류 COD 제거 효과가 미미하여 펜톤 효과를 볼 수 없기 때문이다.

특히, 질산은 자체가 강한 산화제 역할을 하며 또한 자체적인 산화력을 보유하고 있는 염화제2철과 반응하면 산화력은 더욱 증대된다는 것과 이에 따라 과산화수소수의 투입량이 상당부분 절감 (15중량% 내지 30중량%)되는 것을 발견하여 이하 질산과 염화제2철을 선택하여 실시예 및 비교예에 적용을 하였다..

본 발명에서 선택된 염화제2철은 염화제1철과 혼합을 해야하는데 혼합범위는 염화제1철 50 중량% 내지 95 중량%에 염화제2철을 5 중량% 내지 50 중량% 범위에서 혼합을 하는 것이 바람직하다..

염화제2철의 혼합량이 5 중량% 미만이면 과산화수소수가 과량으로 투입되어야 하고, 염화제2철의 혼합량이 50 중량% 초과하면 색도 및 잔류 COD가 기준치 이내로 제거가 안 되는 단점이 있다.

또한, 본 발명에서 선택된 산의 경우에는 염화제1철과 염화제2철의 혼합된 액에 0.5중량% 내지 5중량% 범위에서 투입하는 것이 바람직하다.

특히, 선택된 산중 질산의 경우에 투입량이 0.5중량% 미만이면 과산화수소수의 감소량 (투입 절감량)이 미미하며, 선택된 산중 질산의 투입량이 5중량%를 초과하면 질산 가스가 대기로 방출되거나 폐수 내의 질소 용존량에 문제가 될 수 있다.

이하 본 발명의 내용을 상기 염색폐수의 예로 상세히 기술한다.

일반적으로 염색폐수에는 염료, 폴리비닐아세테이트(PVA), 각종 합성세제 등의 난분해성 유기화합물이 고농도로 존재하며 pH 10 ~ pH 11의 강알칼리 특성을 지니고 있다.

상기 기술된 염색폐수의 처리공정 중 화학적 처리공정이 매우 중요한 공정이 다. 화학적 처리공정이 중요한 이유는 화학적 처리공정이 마지막 단계인 3단계 공정일 경우 색도 및 잔류 COD를 제거한 후 방류를 하여야 하고, 화학적 처리공정이 2단계 공정인 경우에는 3단계 공정인 생물학적 처리공정에 사용되는 미생물의 성장에 영향을 주지 않는 범위 내에서 처리를 해야하기 때문이다.

본 발명은 화학적 처리공정에서 가장 중요한 pH를 3.5로 맞추기 위해 사용되는 황산, 과산화수소수, 무기응집제 투입과정 중의 과산화수소수 사용량을 절감하고 오히려 색도 및 잔류 COD 제거 효과가 뛰어난 처리방법이다.

본 발명은 아래와 같은 과정으로 진행된다.

실시준비) 염색 폐수를 준비한다.

98%황산을 1/50으로 희석시켜 준비한다.

염화제1철 수용액을 준비한다.

염화제2철 수용액을 준비한다.

본 발명의 선택된 산을 준비한다.

35% 과산화수소수를 준비한다.

10% 가성소다 수용액을 준비한다.

응집보조제로 사용되는 고분자 응집제를 1/200으로 희석하여 준비한다.

실시예) 준비된 폐수에 희석된 황산을 5.2ml를 투입한 후 혼합한다.

황산을 혼합시키면서 준비된 염화제1철과 염화제2철을 80중량% : 20중량%로 혼합한 시료 1,200ppm 및 본 발명에서 선택된 산을 2% 첨가하여 투입한 다.

혼합시키면서 준비된 35% 과산화수소수를 250ppm 투입한다.

35% 과산화수소수 투입 후 pH가 3.5 범위에 도달하는지 측정한다.

pH가 3.5 범위에 도달하면 10분 정도 교반을 추가로 하면서 준비된 10% 가성소다 수용액을 pH가 5.8 내지 6.0 범위에 도달할 때까지 0.5ml 투입한다.

pH가 5.8 내지 6.0 범위에 도달하면 준비된 고분자 응집제를 10ppm 투입하여 120rpm으로 5분간 교반 후 다시 완속 (30rpm)으로 1분간 추가 교반하여 상등액 상태를 관찰한다.

비교예1) 준비된 폐수에 염화제1철을 1,200ppm 투입하여 혼합시킨다.

계속 교반을 하면서 pH가 3.5 범위가 될 때까지 준비된 황산을 6.8ml 투입시키고, 혼합을 하면서 준비된 35% 과산화수소수를 300ppm 투입시킨다

pH가 3.5 범위에 도달하면 10분 정도 교반을 추가로 하면서 준비된 10% 가성소다 수용액을 pH가 5.8 내지 6.0 범위에 도달할 때까지 0.45ml 투입한다.

비교예2) 준비된 폐수에 염화제1철을 1,200ppm 투입하여 혼합시킨다.

혼합을 하면서 준비된 35% 과산화수소수를 250ppm 투입시킨다.

계속 교반을 하면서 pH가 3.5 범위가 될 때까지 준비된 황산을 6.8ml 투입시킨다.

pH가 3.5 범위에 도달하면 10분 정도 교반을 추가로 하면서 준비된 10% 가성소다 수용액을 pH가 5.8 내지 6.0 범위에 도달할 때까지 0.5ml투입한다.

비교예3) 준비된 폐수에 염화제1철과 염화제2철을 80중량% : 20중량%로 혼합한 시료 1,200ppm 및 본 발명에서 선택된 산을 2% 첨가하여 투입하고 혼합한다.

혼합시키면서 준비된 황산을 5.2ml를 투입한 후 혼합한다.

혼합시키면서 준비된 35% 과산화수소수를 250ppm 투입한다.

상기 실시예)는 본 발명의 선택된 산 및 염화제2철과 염화제1철 혼합하여 적 용, 실시한 것이고, 비교예1)은 현재 염색폐수 처리에 일반적으로 적용하는 방법을 실시한 것이고, 비교예2)는 본 발명의 실시예)와 동일하게 과산화수소수를 투입하여 실시한 것이고, 비교예3)는 본 발명의 선택된 산 및 염화제2철과 염화제1철을 적용하여 현재 염색폐수 처리 방법과 동일한 순서로 실시한 것이다.

상기 실시예) 및 비교예1) 내지 비교예3)의 결과는 다음 표1.과 같다.

구분	실시예	비교예1	비교예2	비교예3	비고
황 산 (ml)	5.2
염화제1철 (ppm)	-	1,200	1,200
염화제1철+염화제2철 (ppm)	1,200			1,200
선택된 산(%)	2			2
황 산 (ml)	-	6.8	6.8	5.2
과산화수소수 (ppm)	250	300	250	250
p H	3.51	3.48	3.52	3.50
가성소다 (ppm)	0.5	0.45	0.5	0.5
p H	5.95	5.92	5.85	5.90
고분자응집제 (ppm)	10	10	10	10
색 도	150	190	220	180
C.O.D.	62.2	74.5	93.3	65.7

상기와 같은 결과를 분석하면 색도 및 잔류 COD 제거효과는 실시예)가 가장 좋게 나타났으며, 색도는 Automatic color meter로 측정하였으며, COD는 수질오염공정시험법의 과망간산칼륨적정법에 준하여 측정하였다.

Claims

생화폐수를 포함한 각종 산업폐수를 처리하는 과정에서 사용되는 응집제의 조성물에 있어서 일반적인 응집제로 사용되는 염화제1철에 염화제2철을 혼합하고 본 발명에 의해 선택된 산을 투입하여 폐수내의 색도 및 잔류 COD 제거가 우수한 응집제를 제조하는 방법.
청구항 1의 염화제2철과 염화제1철의 혼합에 있어서 염화제2철 5중량% 내지 50중량%를 염화제1철 50중량% 내지 95중량%에 혼합한 것을 특징으로 하는 폐수내의 색도 및 잔류 COD 제거가 우수한 응집제를 제조하는 방법.
청구항 1의 본 발명에 의해 선택된 산에 있어서 선택된 산이 황산, 질산, 염산인 것 중의 한가지를 선택하는 것을 특징으로 하는 폐수내의 색도 및 잔류 COD 제거가 우수한 응집제를 제조하는 방법.
청구항 3의 선택된 산인 황산, 질산, 염산의 투입량이 청구항 2의 염화제1철과 염화제2철의 혼합액에 0.5중량% 내지 5중량%를 투입하는 것을 특징으로 하는 폐 수내의 색도 및 잔류 COD 제거가 우수한 응집제를 제조하는 방법.