KR20120002584A

KR20120002584A - 수처리 방법 및 수처리 시스템

Info

Publication number: KR20120002584A
Application number: KR1020117023672A
Authority: KR
Inventors: 토시카즈 히루마; 류킨 키야마
Original assignee: 가부시키가이샤 아사카리켄
Priority date: 2009-03-24
Filing date: 2010-03-19
Publication date: 2012-01-06
Also published as: JP4786771B2; CN102361826B; JPWO2010109838A1; CN102361826A; WO2010109838A1; WO2010109556A1; KR101426925B1; SG174377A1; MY155401A

Abstract

본 발명은 높은 제거율로 COD를 제거하는 것이 가능한 수처리 방법 및 수처리 시스템을 제공하는 것을 과제로 한다. 이러한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 의하면, 유기물을 함유하는 피처리수에 염소계 산화제를 첨가하고, 망간계 여과재에 통수시켜 유기물을 접촉 산화·분해시킴으로써, COD(Chemical Oxygen Demand)를 제거함에 있어서, β-MnO₂를 포함하는 천연의 이산화망간(MnO₂)의 결정 분말을, 소결, 소성 및 β-MnO₂가 결정 전이되는 온도로 가열 처리하는 일없이, 입자 형상의 담체의 표면에 바인더에 의해서 담지시킨 망간계 여과재를 이용하도록 한다.

Description

수처리 방법 및 수처리 시스템{WATER TREATMENT METHOD AND WATER TREATMENT SYSTEM}

본 발명은, 수처리 방법 및 수처리 시스템에 관한 것으로, 특히, COD(Chemical Oxygen Demand)를 제거하는 수처리 방법 및 수처리 시스템에 관한 것이다.

수질의 지표로서 일반적으로 사용되는 COD란, 수중의 피산화성 물질량을 산화하는데 필요한 산소량으로 나타낸 것이다. COD는, 예를 들어, 공장 등으로부터 배출되는 배수의 기준값으로서도 사용된다. 환경보호의 관점에서, COD의 총량규제는 해마다 엄격해지고 있다.

COD를 제거하는 종래의 전형적인 수법으로서는, 예를 들어, 황산알루미늄, PAC, 염화제2철, 황산제2철, 폴리황산제2철 등의 응집제를 첨가하여, 여과장치나 침강분리장치 등에서 분리하는 응집 분리법이 있다. 그러나, 응집분리방법은, COD의 제거율이 낮아, 최근에 있어서의 COD 총량 규제에 대응하는 것은 어렵다.

COD를 제거하는 다른 방법으로서는, 생물반응조에서의 생물학적 제거법이 있다. 그러나, 이 방법에서는 특히 용해성의 난분해성 유기물의 제거율이 낮다고 하는 문제가 있다.

COD를 제거하는 방법으로서는, 활성탄을 이용해서 흡착·제거하는 방법도 있다. 그러나, 활성탄은, 유기물의 종류(예를 들어 극성이 강한 물질, 분자구조가 큰 것 등)에 따라서는 흡착되기 어려울 경우가 있어, 제거율이 충분하다고는 말할 수 없다.

종래에 있어서는, 전술한 제거 방법 대신에, 망간계 여과재를 이용해서 COD를 제거하는 방법의 검토가 행해지고 있다(예를 들어, 특허문헌 2 참조). 또, 유기물을 제거하는 망간계 여과재의 검토가 행해지고 있다(예를 들어, 특허문헌 3 내지 5 참조). 그러나, 종래에 검토된 COD 또는 유기물을 제거하기 위한 망간계 여과재는, 내구성이나 제작 비용 등이 실용화에 도저히 적합하지 않고, 일시적으로 검토되었지만, 현재까지 실용화에는 미치지 않고 있다. 그 때문에 현재에 있어서도, 실제로 채용되어 있는 COD 제거 설비의 대부분이, 응집 분리 방법, 생물학적 제거, 모래 여과 및 활성탄 흡착·제거 중의 어느 하나 혹은 이들 처리를 복합시킨 방법이다.

또, 최근에는 환경 호르몬 등을 문제시하는 의식이 강하여, 환경 호르몬으로 변화될 가능성 있는 유기물(예를 들어, 페놀 등)이 제거되어 있는지의 여부에 관심이 높다. 따라서, 최근의 수처리 기술에 있어서는, 단지 COD를 제거할 수 있다고 하는 것만으로는 불충분한 것으로 되어 있어, 특정 유기물에 대한 제거 성능도 겸비하고 있는 것이 요구되지만, 그러한 유기물 중에는 난분해성 물질(예를 들어, 페놀 등)도 있다.

이상과 같이, 종래의 방법에서는 COD의 제거율이 충분하지 않아, 최근에 있어서의 COD의 배출 규제에 대응하는 것이 곤란한 상황으로 되고 있다.

JP

2003-053350

A

JPS56-84688 A JPS59-173192 A JPH1-99689 A JPS49-64248 A

즉, 본 발명이 해결하고자 하는 과제에는, 전술한 바와 같은 문제를 일례로서 들 수 있다. 따라서, 본 발명의 목적은, 종래의 과제를 해결하여, 수처리용의 여과재로서 실용화가능한 망간계 여과재를 구현하고, 높은 제거율로 COD를 제거하는 것이 가능한 수처리 방법 및 수처리 시스템을 제공하는 것에 있다.

또, 본 발명의 다른 목적은, 환경 호르몬으로 변화될 가능성이 있고, 또한, 난분해성인 유기물(예를 들어, 페놀 등)이 피처리수에 포함되어 있어도, 이 특정 유기물도 제거하는 것이 가능한 수처리 방법 및 수처리 시스템을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 수처리 방법은, 유기물을 함유하는 피처리수에 염소계 산화제를 첨가하고, 망간계 여과재에 통수(通水)시켜 유기물을 접촉 산화·분해시킴으로써 COD를 제거하는 수처리 방법으로서, 상기 망간계 여과재는, β-MnO₂를 포함하는 천연의 이산화망간(MnO₂)의 결정 분말을, 소결, 소성 및 β-MnO₂가 결정 전이되는 온도로 가열처리하는 일없이, 입자 형상의 담체의 표면에 바인더에 의해서 담지시킨 여과재인 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 처리되는 피처리수는, 환경 호르몬으로 변화될 가능성이 있으면서도 난분해성인 페놀을 함유하고 있어도 된다. 전술한 망간계 여과재는, 그 접촉 산화·분해에 의해서 페놀도 제거하는 것이 가능하기 때문이다. 이때, 망간계 여과재는, 천연의 β-MnO₂와 γ-MnO₂의 양쪽을 포함하고 있으면서, γ-MnO₂보다도 β-MnO₂를 많이 포함하고 있는 것이 바람직하다.

또한, 상기 담체가 세라믹스의 입자이며, 상기 망간계 여과재가 하기에 나타낸 특성을 지니는 것이 바람직하다.

본 발명의 망간계 여과재는 내구성이 높기 때문에, 상기 망간계 여과재가 충전된 여과장치의 역세정을 주기적으로 행하여 상기 망간계 여과재를 세정해도, 장기에 걸쳐서 COD의 제거 성능을 유지할 수 있다. 상기 수처리 방법은, 예를 들어, COD 규제값이 낮을 경우(즉, 규제가 엄격할 경우), 상기 접촉 산화·분해 후의 피처리수를 활성탄에 통수시켜 유기물을 흡착·제거하는 공정을 더 구비할 수 있다. 또한, 예를 들어, SS 농도가 높을 경우, 상기 망간계 여과재에 통수시키기 전에 피처리수에 응집제를 첨가하여, 현탁 성분을 분리 제거하는 공정을 더 구비할 수 있다.

또, 본 발명의 수처리 시스템은, COD를 제거하는 수처리 시스템으로서, 유기물을 함유하는 피처리수에 염소계 산화제를 첨가하는 수단과, 상기 염소계 산화제가 첨가된 피처리수를 통수시키는 망간계 여과재를 포함하는 여과장치를 구비하고, 상기 망간계 여과재는, β-MnO₂를 포함하는 천연의 이산화망간(MnO₂)의 결정 분말을, 소결, 소성 및 β-MnO₂가 결정 전이되는 온도로 가열 처리하는 일없이, 입자 형상의 담체의 표면에 바인더에 의해서 담지시킨 여과재인 것을 특징으로 한다.

상기 수처리 시스템은, 예를 들어, COD 규제값이 낮을 경우(즉, 규제가 엄격할 경우), 상기 망간계 여과재에 통수시킨 후의 피처리수를 통수시키는 활성탄을 포함하는 흡착장치를 더 구비할 수 있다. 또, 예를 들어, SS농도가 높을 경우, 상기 망간계 여과재에 통수시키기 전에, 피처리수에 응집제를 첨가하는 수단과, 상기 응집제가 첨가된 피처리수를 통수시키는 다른 여과장치를 더 구비할 수 있다.

본 발명에 따르면, 유기물을 함유하는 피처리수에 염소계 산화제를 첨가하고, 망간계 여과재에 통수시켜 유기물을 접촉 산화·분해시킴으로써 COD를 제거함에 있어서, β-MnO₂를 포함하는 천연의 이산화망간(MnO₂)의 결정 분말을, 소결, 소성 및 β-MnO₂가 결정 전이되는 온도로 가열 처리하는 일없이, 입자 형상의 담체의 표면에 바인더에 의해서 담지시킨 망간계 여과재를 이용한 것에 의해, 전해법 등으로 인공적으로 제조된 것에 비해서 결정 구조가 안정적이어서, 더욱 소결, 소성 및 β-MnO₂가 결정 전이되는 온도로 가열 처리를 행하지 않음으로써, 그 안정한 결정 구조를 유지하고 있다. 따라서, 상기 여과재는, 결정 구조가 안정적인 것에 의해서 내구성이 높고, 전해나 고온의 가열 처리를 행하지 않는 만큼 제조 비용이 저렴하게 된다. 그러므로, 여과장치를 역세정가능한 타입으로 해도 장기에 걸쳐서 COD의 제거 성능을 유지하는 것이 가능해진다. 또한, 후술하는 시험 데이터로부터도 명확한 바와 같이, 상기 여과재는 COD 및 페놀을 높은 분해율로 제거하는 성능을 지니고 있다. 그 결과, 실용화하는 것이 가능해진다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시형태에 의한 수처리 시스템의 주요구성을 나타낸 도면;
도 2는 상기 수처리 시스템에 이용되는 망간계 여과재의 X선 회절도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시형태에 의한 수처리 방법 및 수처리 시스템에 대해서, 첨부 도면을 참조하면서 설명한다. 단, 이하에 설명하는 실시형태에 의해서 본 발명의 기술적 범위는 하등 한정 해석되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 수처리 시스템(1)의 일례를 나타낸다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 본 실시형태에 따른 수처리 시스템(1)은, 피처리수인 유기물 함유수(원수)를 저류하는 원수 탱크(2)와, 피처리수에 응집제를 첨가하는 수단(3)과, 피처리수로부터 현탁 물질을 분리하기 위한 제1여과장치(4)와, 피처리수에 염소계 산화제를 공급하는 수단(5)과, 피처리수에 함유되는 유기물을 접촉 산화·분해시키기 위한 망간계 여과재를 지니는 제2여과장치(6)와, 피처리수에 함유되는 유기물을 흡착하기 위한 활성탄을 지니는 흡착장치(7)를 구비하고 있다. 도면 중의 부호 (21), (22), (23)은 각 장치 간에 피처리수를 이송하기 위한 펌프이다.

또한, 본 실시형태에 따른 수처리 시스템(1)은 제2여과장치(6)에서 처리된 후의 피처리수를 저류하는 탱크(8)를 구비하고 있다. 탱크(8)에 저류되는 피처리수의 일부는, 제1 및 제2여과장치(4), (6)의 여과재를 세정(소위, 역세정)하기 위한 세정액으로서, 통수를 일시정지한 제1 및 제2여과장치(4), (6)에 공급되어, 세정 후의 배수는 공급 원수로서 상류의 설비에 반송되는 구성이다. 역세정은, 세정액을 여과장치 내에 공급하여, 여과재를 장치 내에서 수류의 전단 작용에 의해서 여과재에 포착된 SS 등의 불순물을 분리하고, 분리된 불순물을 세정액과 함께 장치 밖으로 배출함으로써 행해진다. 세정 배수의 반송처는 원수 탱크(2)이어도 된다.

제1여과장치(4)는, 응집제 첨가수단(3)에 의해서 응집제가 첨가된 피처리수 중의 현탁 물질을 여과 분리하는 것을 주된 역할로 한다. 제1여과장치(4)는, 바람직한 일례로서, 안트라사이트(41), 모래(여과재)(42), 여과 자갈(43)의 순으로 통수되는 여과층을 구비한다. 통수 방식은 중력식이어도 되고 또는 펌프 등에 의한 가압식이어도 된다. 안트라사이트(41)는, 예를 들어, 유효 직경이 1.2㎜이고 균등계수가 1.4 이하인 것을 사용할 수 있다. 모래(여과재)(42)는, 예를 들어, 유효 직경이 0.6㎜이고 균등계수가 1.4 이하인 것을 사용할 수 있다. 단, 평균 입자 직경과 균등계수가 전술한 것으로 한정되는 것은 아니다. 여과 자갈(43)은, 안트라사이트(41) 및 모래(여과재)(42)의 지지층으로 되는 것이며, 또한, 통수 및 역세정을 균등하게 행하기 위한 역할을 지닌다. 단, 여과 자갈(43)은 복수의 통수 구멍 혹은 슬릿을 지니는 지지부재 등으로 대체하는 것도 가능하다.

제2여과장치(6)는 산화제 첨가수단(5)에 의해서 염소계 산화제가 첨가된 피처리수 중의 유기물을 접촉 산화·분해시키는 것을 주된 역할로 한다. 제2여과장치(6)는, 바람직한 일례로서, 안트라사이트(61), 망간계 여과재(62), 여과 자갈(63)의 순으로 통수되는 여과층을 지닌다. 통수 방식은 중력식이어도 되고 또는 펌프 등에 의한 가압식이어도 된다. 안트라사이트(61)는, 예를 들어, 유효 직경이 0.8㎜이고 균등계수가 1.4 이하인 것을 사용할 수 있다. 안트라사이트(61)는, 제1여과장치(4)에서 제거할 수 없었던 현탁 물질이 망간계 여과재(62)에 부착되어 접촉 산화를 저해하는 것을 방지하기 위하여 설치한다. 또, 여과 자갈(63)은 전술한 여과 자갈(43)과 마찬가지의 역할을 지닌다.

즉, 제2여과장치(6)의 주된 역할인 유기물의 접촉 산화·분해는, 망간계 여과재(62)의 작용에 의한 것이다. 단, 본 실시형태의 망간계 여과재(62)는, 특히 내구성 및 제조 비용에 관해서 실용화가능한 여과재로 하기 위하여, β-MnO₂를 포함하는 천연의 이산화망간(MnO₂)의 결정 분말을, 입자 형상의 담체의 표면에 바인더에 의해서 담지시킨 여과재를 이용한다. 천연의 이산화망간의 결정 분말은, 예를 들어, 이산화망간을 포함하는 광석을 채굴하고, 예를 들어, 파쇄기나 마쇄기를 이용해서 분말 형태(예를 들어, 평균 입자 직경이 20 내지 40㎛)로 하고, 더욱 자기 선별기 등을 이용해서 불순물을 분별함으로써 90% 이상의 순도로 정제한 것이다. 즉, 전해법이나 가열에 의해서 인공적으로 제조되는 이산화망간과는 구별된다. 또한, 채굴 방법 및 분말 형태로 하는 가공 방법이 전술한 방법으로 한정되는 것은 아니다.

천연의 이산화망간의 광석은, β-MnO₂와 γ-MnO₂의 양쪽을 포함하고 있지만, γ-MnO₂보다도 β-MnO₂쪽을 많이 포함하고 있다. 따라서, 본 실시형태의 망간계 여과재(62)도 γ-MnO₂보다도 β-MnO₂쪽을 많이 포함하고 있다. 도 2는 X선 회절의 일례이며, 이 로트의 망간계 여과재(62)가 β-MnO₂와 γ-MnO₂를 6:4의 비율로 포함하고 있는 것을 확인하고 있다.

결정 분말을 담지시키는 담체로서는, 입자 형상의 세라믹스를 이용한다. 세라믹스는 SiO₂와 Al₂O₃를 주성분으로 한다. 담체에 세라믹스를 이용했을 경우, 하기의 표에 나타낸 특성을 지니는 여과재인 것이 바람직하다. 그 중에서도 바람직한 것은, SiO₂가 72.0%, Al₂O₃가 16.0%, MnO₂가 3.0%, K₂O가 3.0%, Na₂O가 2.0%, 기타(예를 들어 불순물 등)가 4.0%이다.

본 실시형태에서 사용하는 망간계 여과재(62)의 또 하나의 특징은, 소결, 소성 및 β-MnO₂가 결정 전이되는 온도에서 가열 처리하는 일 없이, 바인더에 의해서 담체 표면에 천연의 이산화망간의 결정 분말을 담지시킨 것에 있다. 담지 방법으로서는, 예를 들어, 담체의 표면에 바인더를 도포하고, 결정 분말을 첨가해서 입상화함으로써, 바인더를 개재해서 담체 표면에 결정 분말을 담지시키는 방법을 일례로서 들 수 있다. 단, 이 방법으로 한정되는 것은 아니다. 또 바인더의 성분도 한정되는 것은 아니고, 무기 및 유기를 불문하고 공지의 바인더를 이용할 수 있다. 단, 알루미나 시멘트와 같이 경화시키기 위해서 소결이나 소성을 필요로 하는 것은 이용하지 않도록 한다. 적용가능한 바인더의 일례로서는, 알루미늄 화합물 및 알칼리토금속 화합물을 혼합한 바인더를 들 수 있다. 또한, 이산화망간의 결정 분말을 담체 표면에 담지시키도록 한 본 실시형태에서는, 이산화망간의 결정 분말의 평균 입자 직경이 40㎛보다도 크다면 담체 표면의 전체에 균일하게 담지시키는 것이 어렵고, 반대로 20㎛보다도 작다면 입자화시킬 때 분말이 비산해서 입자화 효율이 저하한다.

흡착장치(7)는 피처리수에 함유되는 유기물을 흡착하는 것을 주된 역할로 한다. 흡착장치(7)는, 예를 들어, 입자 형상의 활성탄으로 형성되는 활성탄층(71)을 지닌다. 활성탄은, 일례로서 세라켐주식회사 제품인 활성탄(제품: ACW8-32＃)을 사용할 수 있다. 단, 활성탄의 종류나 형상은 한정되는 것은 아니고, 공지의 활성탄의 어느 것이라도 사용하는 것이 가능하다.

응집제 첨가수단(3) 및 산화제 첨가수단(5)은, 각각의 공급원(도시 생략)과 연통하는 유로(예를 들어, 배관 등)(31), (51)를 피처리수의 유로에 접속하여, 응집제 및 염소계 산화제를 피처리수에 첨가하도록 구성되어 있다. 첨가량의 조절은, 예를 들어, 밸브 등의 유량조절수단(32), (52)에 의해서 행할 수 있다. 피처리수와의 혼합성을 향상시키기 위하여 라인 믹서나 교반조 등의 교반 장치를 설치하도록 해도 된다. 또, 도 1에 나타낸 공급 장소는 일례이며, 이 위치로 한정되는 것은 아니다. 응집제는 적어도 제1여과장치(4)에 공급 전에 첨가하면 되고, 산화제는 적어도 제2여과장치(6)에 공급 전에 첨가하면 된다. 또한, 응집제의 첨가 위치도 1개소로 한정되지 않고, 제2여과장치(6)의 안트라사이트(61)에 의해서 효과적으로 잔류탁질(殘留濁質)을 제거하기 위하여, 제1여과장치(4)와 제2여과장치(6) 사이에서 응집제를 첨가하는 응집제 첨가수단을 새롭게 추가해도 된다.

응집제는, 예를 들어, PAC(화학명: 폴리염화알루미늄), 폴리철(화학명: 폴리황산제이철), 황산밴드(화학명: 황산알루미늄) 등의 무기 응집제, 폴리아크릴아마이드계의 유기 응집제를 사용할 수 있다. 그 중에서도 바람직한 것은 PAC이다. 응집제는 피처리수 중의 현탁 물질을 응집시키는 것을 주된 목적으로 해서 첨가한다. 그리고, 응집된 현탁 물질을 여과 분리함으로써, 피처리수의 TOC(Total Organic Carbon: 전유기탄소)를 낮추는 동시에, 현탁 물질이 망간계 여과재(62)에 부착되어서 접촉 산화를 저해하는 것을 방지한다.

염소계 산화제는, 예를 들어, 이산화염소(ClO₂), 차아염소산나트륨(NaClO) 등의 차아염소산염, 또는 과망간산칼륨(KMnO₄)을 사용할 수 있다. 염소계 산화제는, 망간계 여과재(61)를 촉매로 해서 유기물을 산화·분해시키는 것을 주된 목적으로 해서 첨가한다. 이와 같이 망간계 여과재(61)를 사용해서 유기물의 산화·분해를 행하는 산화제로서, 특히 바람직한 것은 이산화염소(ClO₂)이다. 또, 페놀의 분해 효율을 중시하는 것이라면 차아염소산나트륨(NaClO)이 바람직하다.

이어서, 도 1에 나타낸 수처리 시스템(1)을 이용해서 COD 제거를 행하는 방법에 대해서 설명한다. 본 시스템에서 처리되는 피처리수(원수)의 종류 및 수질은, 특별히 제한되는 것은 아니고, 일반 배수, 산업 배수, 하수, 하천수, 지하수, 호수와 늪의 물 등, 각종 유기물 함유수를 대상으로 하는 것이 가능하다. 한정되는 것은 아니지만, 후술하는 실시예에서 처리한 원수는, 색도가 14.1, 탁도가 14.11, pH가 7.65이었다. 또한, 원수가 산성 또는 알카리성일 경우에는, 전처리로서 적절히 pH 조정을 행할 수 있다.

본 시스템에서 처리되는 피처리수(원수)는, 원수 탱크(2)에 일시적으로 저류되고, 펌프(21)에 의해 제1여과장치(4)를 향해서 이송되는 동시에, 응집제 첨가수단(3)에 의해서 응집제가 첨가된다. 응집제의 첨가량은, 예를 들어 5 내지 30㎎/ℓ로 설정한다. 응집제가 첨가된 피처리수는, 제1여과장치(4)에 공급되어, 여과재를 통과할 때 현탁 물질이 분리·제거된다.

제1여과장치(4)에 의해 현탁 물질이 분리된 피처리수(분리액)는 산화제 첨가수단(5)에 의해서 염소계 산화제가 첨가된다. 산화제의 첨가량은, 예를 들어, 이산화염소(ClO₂)의 경우는 1.25㎎/ℓ로 설정하고, 차아염소산나트륨(NaClO)의 경우는 5㎎/ℓ로 설정한다. 산화제가 첨가된 피처리수는, 제2여과장치(6)에 공급되어, 망간계 여과재(62)를 통과할 때, 망간계 여과재(62)를 촉매로 해서 유기물이 이산화염소에 의해 산화·분해된다.

제2여과장치(6)에 의해 유기물이 산화·분해된 피처리수는, 탱크(8)에 일시적으로 저류되고, 펌프(23)에 의해서 흡착장치(7)에 공급된다. 그리고 흡착장치(7)의 활성탄층(71)을 통과할 때 유기물이 활성탄에 흡착된다. 이와 같이 해서 COD가 제거된 피처리수는, 후술하는 실시예의 결과로부터 명백한 바와 같이 방류하기에 충분한 COD로 되어 있다.

이상과 같이, 본 실시형태에 따르면, 유기물을 함유하는 피처리수에 염소계 산화제를 첨가하고, 이것을 망간계 여과재(62)에 통수시킴으로써, 유기물을 접촉 산화·분해시켜 COD를 제거할 수 있다. 또한, 본 실시형태의 망간계 여과재(62)는, β-MnO₂를 포함하는 천연의 이산화망간(MnO₂)의 결정 분말을, 입자 형상의 담체의 표면에 바인더에 의해서 담지시킨 구성이기 때문에, 전해법 등으로 인공적으로 제조된 것에 비해서 결정 구조가 안정적이어서, 더욱 소결, 소성 및 β-MnO₂가 결정 전이되는 온도로 가열 처리를 행하지 않음으로써, 그 안정한 결정 구조를 유지하고 있다. 따라서, 본 실시형태의 여과재(62)는, 그 결정 구조가 안정적인 것에 의해서 내구성이 높다. 또, 전해나 고온의 가열 처리를 행하지 않는 만큼, 제조 비용이 저렴하다. 이에 부가해서, 후술하는 시험 데이터로부터도 명백한 바와 같이, 상기 여과재는, 단지 COD를 제거할 뿐만 아니라, 난분해성의 페놀을 높은 분해율로 제거하는 성능을 지니고 있다. 그 결과, 실용화를 실현한 것이다.

이미 기술한 특허문헌 2는 COD를 제거하는 망간계 여과재가 개시되어 있다. 그러나, 특허문헌 2의 이산화망간은, 천연물인지 인공물인지는 불분명하지만, 그 제조 과정에 있어서 소결 형성하고 있다. 그 때문에, 이산화망간의 결정 구조가 변화되어 불안정한 상태로 되어 있을 가능성이 높고, 이 경우에는 역세정 시 부서져 버린다. 400 내지 1000℃에서 소성하는 특허문헌 5도 마찬가지이다.

또, 특허문헌 3은 β-MnO₂와 γ-MnO₂의 혼합층을 지니는 여과재가 개시되어 있다. 그러나, β-MnO₂는 망간염 용액을 가열 처리함으로써 담체 표면에 층 형상으로 형성시킨 것이고, γ-MnO₂의 입자를 담체의 표면에 담지시키는 바인더에 있어서, 분해 성능은 γ-MnO₂에 의존하고 있다. 그 때문에, 실시예에 개시되어 있는 배합비를 보면 명확한 바와 같이, β-MnO₂에 비해서 γ-MnO₂의 비율을 압도적으로 많게 하고 있다. γ-MnO₂는, 그 결정 구조가 무르고, 역세정 시 부서져 버릴 경우가 많다. 그 결과, 사용과 함께 분해 성능이 저하되어 버린다.

또, 특허문헌 4는, 전해에 의해서 생성시킨 β-MnO₂의 입자, 또는 γ-MnO₂를 가열 처리해서 β-MnO₂에 결정 전이시킨 입자를 담지시킨 여과재가 개시되어 있다. 이 경우도, 전술한 불량이 생기기 쉽다.

또한, 본 실시형태의 망간계 여과재(62)를 채용한 것에 의해, 여과장치(6)를 역세정가능한 타입으로 하여, 주기적으로 역세정을 행할 수 있다. 그 결과, COD의 제거 성능을 유지하는 것이 가능해진다. 한편, 종래의 망간계 여과재는, 화학반응을 이용해서 인공적으로 제조되거나, 혹은 인공적으로 제조된 것을 포함하고 있기 때문에, 그 제조 과정에 고온의 열처리가 필수로 된다. 이 경우 어떻게 해도 γ-MnO₂의 비율이 많아져 버린다. γ-MnO₂는 결정 구조가 무르고, 게다가 결정 전이를 경유하고 있기 때문에 더한층 내구성이 낮아진다. 여과재를 역세정하는 것 자체는 공지이지만, 이산화망간계 여과재에 있어서는 안이하게 여과장치를 역세정 가능한 타입으로 해버리면, 역세정 시 여과재가 파괴되어 버려, 장기에 걸쳐서 여과 성능을 발휘할 수 없다(즉, 여과재의 수명이 짧다).

또, 본 실시형태에 따르면, 상기 접촉 산화·분해 후에 피처리수를 활성탄에 통수시킴으로써, 접촉 산화·분해된 유기성분을 흡착시켜 COD를 확실히 제거하는 것이 가능해진다. 이미 설명한 바와 같이, 유기물의 종류(예를 들어, 극성이 강한 물질, 분자구조가 큰 것 등)에 따라서는 흡착하기 어려울 경우가 있지만, 접촉 산화·분해시킴으로써 유기물을 활성탄에 흡착되기 쉬운 분자로까지 분해시키고, 이것에 의해 활성탄에 의한 COD 제거율을 향상시킬 수 있는 것이다.

또한, 본 실시형태에 따르면, 망간계 여과재(62)에 통수시키기 전에, 응집 분리법으로 현탁 물질을 제거함으로써, 망간계 여과재(62)의 접촉 산화력이 저하되는 것을 방지해서 COD를 확실히 제거하는 것이 가능해진다.

이상, 본 발명을 구체적인 실시형태에 의거해서 상세히 설명했지만, 형식이나 세부에 대한 각종 치환, 변형, 변경 등이 특허청구범위의 기재에 의해 규정되는 바와 같은 본 발명의 정신 및 범위로부터 일탈하는 일 없이 행해지는 것이 가능한 것은, 당해 기술분야에 있어서의 통상의 지식을 가진 자에게는 명확하다. 따라서, 본 발명의 범위는 전술한 실시형태 및 첨부 도면에 한정되는 것이 아니라, 특허청구범위의 기재 및 이것과 균등한 것에 의거해서 정해져야 한다.

실시예

이하, 본 발명의 효과를 확인하기 위하여 행한 실시예에 대해서 설명한다. 단, 이하에 설명하는 실시예에 의해서, 본 발명의 기술적 범위는 하등 한정 해석되는 것은 아니다.

( 실시예 1)

본 실시예는, 도 1에 나타낸 흐름에 의거해서 원수를 처리한 실시예 1이다. 주요한 시험 조건을 이하에 나타낸다. 그리고 원수, 제1여과 처리 후, 접촉 산화·분리 후, 활성탄에 의한 흡착 처리 후의 피처리수를 각각 샘플링하여, 색도, 탁도, COD를 각각 측정하였다. 그 측정 결과를 표 3에 나타낸다. 또, 색도, 탁도, COD의 측정 방법에는, 황산 산성 과망간산칼륨법을 채용하였다.

·제1여과: 안트라사이트(1.2-1.4) 300mmH

모래(0.6-1.4) 300mmH

여과 속도(LV) = 10m/hr

·응집제: PAC를 30㎎/ℓ 첨가

·접촉 산화: 안트라사이트(1.0-1.4) 200mmH

망간계 여과재(표 3에 나타낸 것) 600mmH

통수 속도 SV = 10/h

단, 접촉 산화되기 전에 응집제로서 폴리철 10㎎/ℓ를

첨가하였다.

·활성탄: 활성탄 800mmH

통수 속도 SV = 10/h

( 실시예 2)

본 실시예는, 실시예 1의 이산화염소 대신에, 산화제로서 차아염소산을 첨가한 실시예 2이다. 산화제의 종류를 변화시킨 것을 제외하면 다른 조건 등은 실시예 1과 마찬가지이다. 각 샘플링의 색도, 탁도, COD의 측정 결과를 표 4에 나타낸다.

(비교예 1)

본 비교예는, 접촉 산화를 행하지 않은 것을 제외하면 실시예 1과 마찬가지인 비교예 1이다. 즉, 도 1에 나타낸 흐름으로 말하면, 제2여과장치를 생략하여, 제1여과 처리한 피처리수를 활성탄에 통수시킨 비교예이다. 각 샘플링의 색도, 탁도, COD의 측정 결과를 표 5에 나타낸다.

표 3 내지 표 5의 결과로부터 명백한 바와 같이, 염소계 산화제를 첨가한 피처리수를 망간계 여과재에 통수시킴으로써, COD를 제거할 수 있는 것이 확인되었다. 그리고 또한, 접촉 산화를 행한 후의 피처리수를 활성탄에 통수시킴으로써, 확실히 COD를 제거할 수 있는 것이 확인되었다. 산화제에 대해서는, 색도 및 탁도에 착안하면 NaClO쪽이 효과적이지만, COD의 제거에 대해서는 ClO₂쪽이 효과적인 것이 확인되었다. ClO₂를 이용했을 경우, 활성탄 통수 후의 COD가 2.4㎎/ℓ로까지 제거되어 있다. 즉, ClO₂쪽이 활성탄에 흡착되기 쉽도록 유기물을 분해시킬 수 있는 것이 확인되었다.

(시험예 1)

본 시험예는 상기 실시예에서 이용한 망간계 여과재에 페놀을 분해시키는 기능이 있는지의 여부를 확인한 시험예이다. 시험은, 여과재를 샘플링하고, 직경 50㎜, 높이 1000㎜의 칼럼에 600㎜ 충전하고, 원수에 이산화염소 및 차아염소산 소다를 첨가해서 여과 속도 SV = 5/hr로 통수시험을 행하였다. 이산화염소와 차아염소산 소다의 첨가량은, 각각 실시예 1 및 2와 동일 농도로 되도록 하였다. 통수로부터 30분이 경과한 후, 처리수를 샘플링해서 페놀의 농도를 측정하였다. 그 결과를 표 6에 나타낸다. 표 6의 결과로부터 명백한 바와 같이, 차아염소산 소다를 첨가한 것은 1.2㎎/ℓ까지 분해시킬 수 있고, 이산화염소를 첨가한 것은 6.4㎎/ℓ까지 페놀을 분해시킬 수 있다. 이러한 시험 결과에 의해서, 본 발명의 망간계 여과재는, 환경 호르몬으로 변화될 가능성이 있는 데다가 난분해성인 페놀의 제거 기능이 있는 것을 확인할 수 있었다.

1: 수처리 시스템 3: 응집제 첨가수단
4: 제1여과장치 5: 산화제 첨가수단
6: 제2여과장치 62: 망간계 여과재
7: 흡착장치 71: 활성탄층

Claims

유기물을 함유하는 피처리수에 염소계 산화제를 첨가하고, 망간계 여과재에 통수시켜 유기물을 접촉 산화·분해시키는 공정을 포함하는 것에 의해, COD(Chemical Oxygen Demand)를 제거하는 수처리 방법으로서,
상기 망간계 여과재는, β-MnO₂를 포함하는 천연의 이산화망간(MnO₂)의 결정 분말을, 소결, 소성 및 β-MnO₂가 결정 전이되는 온도에서 가열 처리하는 일없이, 입자 형상의 담체의 표면에 바인더에 의해서 담지시킨 여과재인 것을 특징으로 하는 수처리 방법.
제1항에 있어서, 상기 피처리수가 페놀을 함유하고 있고, 상기 천연의 이산화망간(MnO₂)의 결정 분말을 담지한 망간계 여과재의 접촉 산화·분해에 의해서 난분해성 물질인 페놀도 제거하는 것을 특징으로 하는 수처리 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 천연의 이산화망간의 결정 분말은, 천연의 β-MnO₂와 γ-MnO₂를 함유하고 있으면서, γ-MnO₂보다도 β-MnO₂를 많이 함유하고 있는 것을 특징으로 하는 수처리 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 담체가 세라믹스의 입자이며, 상기 망간계 여과재가 하기 표 1에 나타낸 특성을 지니고 있는 것을 특징으로 하는 수처리 방법:
[표 1]
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 망간계 여과재가 충전된 여과장치의 역세정을 주기적으로 행하여, 상기 망간계 여과재를 세정하는 것을 특징으로 하는 수처리 방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 접촉 산화·분해 후의 피처리수를 활성탄에 통수시켜 유기물을 흡착·제거하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수처리 방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 망간계 여과재에 통수시키기 전에 피처리수에 응집제를 첨가하여, 현탁 성분을 분리 제거하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수처리 방법.
COD를 제거하는 수처리 시스템으로서,
유기물을 함유하는 피처리수에 염소계 산화제를 첨가하는 수단; 및
상기 염소계 산화제가 첨가된 피처리수를 통수시키는 망간계 여과재를 포함하는 여과장치
를 구비하고,
상기 망간계 여과재는, β-MnO₂를 포함하는 천연의 이산화망간(MnO₂)의 결정 분말을, 소결, 소성 및 β-MnO₂가 결정 전이되는 온도로 가열 처리하는 일없이, 입자 형상의 담체의 표면에 바인더에 의해서 담지시킨 여과재인 것을 특징으로 하는 수처리 시스템.
제8항에 있어서, 상기 피처리수가 페놀을 함유하고 있고, 상기 천연의 이산화망간(MnO₂)의 결정 분말을 담지한 망간계 여과재가 접촉 산화·분해에 의해서 난분해성 물질인 페놀도 제거하는 것을 특징으로 하는 수처리 시스템.
제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 천연의 이산화망간의 결정 분말은, 천연의 β-MnO₂와 γ-MnO₂를 함유하고 있으면서, γ-MnO₂보다도 β-MnO₂를 많이 함유하고 있는 것을 특징으로 하는 수처리 시스템.
제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 망간계 여과재에 통수시킨 후의 피처리수를 통수시키는 활성탄을 포함하는 흡착장치를 더 구비한 것을 특징으로 하는 수처리 시스템.
제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 망간계 여과재에 통수시키기 전에, 피처리수에 응집제를 첨가하는 수단과, 상기 응집제가 첨가된 피처리수를 통수시키는 다른 여과장치를 더 구비한 것을 특징으로 하는 수처리 시스템.