KR20180092658A

KR20180092658A - 염색폐수 슬러지에 함유된 헤머타이트와 라디칼 순환제를 활용한 수질정화제

Info

Publication number: KR20180092658A
Application number: KR1020170018674A
Authority: KR
Inventors: 이경환; 백순기
Original assignee: 이경환; 강진호; 강우연; 현해성
Priority date: 2017-02-10
Filing date: 2017-02-10
Publication date: 2018-08-20
Also published as: KR101975053B1

Abstract

본 발명은 수분이 함유된 염색폐수 슬러지, 제올라이트 및 필라라이트를 혼합하여, 일정 형태로 성형, 건조 및 소성하여 형성되는 질소, 인 제거 성형체와; 질소, 인 제거 성형체의 내부에 구성되는 라디칼 순환제;로 이루어지는 것을 특징으로 하여, 특정 폐기물인 염색폐수 슬러지를 인제거제로 재활용함으로서 해양 투기가 금지된 시점에서 국가적인 큰 난제를 해결한 효과가 있으며 염색폐수에 함유된 황산철을 고온으로 산화시켜 헤머타이트화 시켜 인을 효과적으로 흡착, 불용화시킴으로서 녹조 제거에도 큰 효과가 있으며, 특히, 소멸되지 않고 오염물질이 제거될 때 지속적으로 순환되는 라디칼 순환제를 사용하여 한번 설치하여 처리하면 지속적으로 녹조제어는 물론 BOD, COD, T-N, T-P 중금속까지 제거시키기 때문에 수질정화에 큰 효과가 있다.

Description

염색폐수 슬러지에 함유된 헤머타이트와 라디칼 순환제를 활용한 수질정화제{PURIFYING MATERIAL FOR QUALITY OF WATER}

본 발명은 염색폐수 슬러지에 함유된 헤머타이트와 라디칼 순환제를 활용한 수질정화제에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 염색폐수 슬러지에 함유된 헤머타이트(hematite)를 활용하여 인을 흡착제거하고 제올라이트의 이온치환능력과 라디칼 순환제의 산화력, 촉매반응으로 수중에 함유된 질소, 인을 효과적으로 지속적으로 제거함으로서 수질을 정화할 수 있는 염색폐수 슬러지에 함유된 헤머타이트와 라디칼 순환제를 활용한 수질정화제에 관한 것이다.

일반적으로 염색폐수 슬러지는 대부분 탈수한 후 매립하거나 해양투기하였으나 현재는 매립이나 해양투기가 금지되어 고온 소각 후 매립하고 있으나 고비용으로 많은 문제점이 있었다.

또한, 종래에 오염수에서 인을 제거하는 기술은 대부분 화학적 처리로 알루미늄이나 철을 응집제로 활용하여 응집침전시킨 후 고액 분리하여 처리하고 있어 유지관리 및 산성물질에 따른 2차 오염을 야기시키고 있으며, 질소를 제거하는 기술은 폐수처리공정에 혐·호기성 공정을 반복시키는 SBR 공법, A20 공법으로 처리하고 있으나 미생물에 의한 처리공정이기 때문에 낮은 농도는 처리하는데 어렵고 고비용이 요구되는 문제점이 있었다.

본 발명의 배경이 되는 기술로는 대한민국 특허공개 제2011-0122953호 "기능성세라믹과 농축미생물을 이용한 자연정화습지"(특허문헌 1)가 있다. 상기 배경기술에서는 '유수(20)에 포함된 슬러지를 침전시켜 분리 제거하도록 구비되는 침전조(100); 바실러스(bacillus) 미생물, 광합성세균과 효모(yeast)를 혼합하여 배양시킨 농축미생물액과 황토, 규조, 무기바인더를 혼합하고 소성과정을 거쳐 형성된 농축미생물세라믹(210)을 내부에 충진하여 침전조(100)에서 유입된 유수에 포함된 유기성 물질을 산화·분해하도록 구비되는 농축미생물 산화분해조(200); 탈질세라믹(310)과 탈인세라믹(320)이 내부에 충진되어 농축미생물 산화분해조(200)에서 유입된 유수의 인(P), 질소(N)를 제거하도록 구비되는 기능성세라믹 여과분해조(300); 상기 기능성세라믹 여과분해조(300)에서 유입된 유수를 방류하도록 구비되는 방류조(400);로 구성된 것을 특징으로 하는 기능성세라믹과 농축미생물을 이용한 자연정화습지.'를 제안한다.

그러나 상기 배경기술은 많은 부지면적이 소요되고, 식생천이에 의한 유지관리의 문제점, 낮은 처리 효율, 유량감소에 의한 폐색 등 많은 문제점이 있었다.

대한민국 특허공개 제2011-0122953호 "기능성세라믹과 농축미생물을 이용한 자연정화습지"

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 특정 폐기물인 염색폐수 슬러지를 인제거제로 재활용함으로서 해양 투기가 금지된 시점에서 국가적인 큰 난제를 해결한 효과가 있으며 염색폐수에 함유된 황산철을 고온으로 산화시켜 헤머타이트화 시켜 인을 효과적으로 흡착, 불용화시킴으로서 녹조 제거에도 큰 효과가 있으며, 소멸되지 않고 오염물질이 제거될 때 지속적으로 순환되는 라디칼 순환제를 사용하여 한번 설치하여 처리하면 지속적으로 녹조제어는 물론 BOD, COD, T-N, T-P 중금속까지 제거시켜 수질정화에 큰 염색폐수 슬러지에 함유된 헤머타이트와 라디칼 순환제를 활용한 수질정화제를 제공하는데 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 수분이 함유된 염색폐수 슬러지, 제올라이트 및 필라라이트를 혼합하여, 일정 형태로 성형, 건조 및 소성하여 형성되는 질소, 인 제거 성형체와; 질소, 인 제거 성형체의 내부에 구성되는 라디칼 순환제;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 염색폐수 슬러지에 함유된 헤머타이트와 라디칼 순환제를 활용한 수질정화제를 제공하고자 한다.

또한, 질소, 인 제거 성형체는 구형 또는 원기둥 형상으로 이루어지고, 중앙부에 일정 깊이의 수용홈이 구성되며, 라디칼 순환제가 수용홈의 내부에 구성되며, 다공성의 파라핀 또는 실리콘으로 형성되는 마개로 수용홈을 마감하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 염색폐수 슬러지에 함유된 헤머타이트와 라디칼 순환제를 활용한 수질정화제를 제공하고자 한다.

또한, 염색 슬러지는 황산철을 응집제로 활용한 염색폐수 슬러지인 것을 특징으로 하는 염색폐수 슬러지에 함유된 헤머타이트와 라디칼 순환제를 활용한 수질정화제를 제공하고자 한다.

본 발명의 염색폐수 슬러지에 함유된 헤머타이트와 라디칼 순환제를 활용한 수질정화제는 특정 폐기물인 염색폐수 슬러지를 인제거제로 재활용함으로서 해양 투기가 금지된 시점에서 국가적인 큰 난제를 해결한 효과가 있으며 염색폐수에 함유된 황산철을 고온으로 산화시켜 헤머타이트화 시켜 인을 효과적으로 흡착, 불용화시킴으로서 녹조 제거에도 큰 효과가 있다.

특히, 소멸되지 않고 오염물질이 제거될 때 지속적으로 순환되는 라디칼 순환제를 사용하여 한번 설치하여 처리하면 지속적으로 녹조제어는 물론 BOD, COD, T-N, T-P 중금속까지 제거시키기 때문에 수질정화에 큰 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 염색폐수 슬러지에 함유된 헤머타이트와 라디칼 순환제를 활용한 수질정화제의 사시도이다.
도 2는 상기 도 1의 분해 사시도이다.
도 3은 상기 도 2의 A-A선을 따른 단면도이다.
도 4는 라디칼 순환 방응을 도시한 도이다.
도 5는 본 발명의 염색폐수 슬러지에 함유된 헤머타이트와 라디칼 순환제를 활용한 수질정화제의 유기물 및 질소, 인 제거효율을 도시한 도이다.
도 6은 본 발명의 염색폐수 슬러지에 함유된 헤머타이트와 라디칼 순환제를 활용한 수질정화제의 조류농도 측정값을 도시한 도이다.

아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 제시된 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 예시적인 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다.

이하 바람직한 실시예에 따라 본 발명의 기술적 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 염색폐수 슬러지에 함유된 헤머타이트와 라디칼 순환제를 활용한 수질정화제의 사시도이고, 도 2는 상기 도 1의 분해 사시도이며, 도 3은 상기 도 2의 A-A선을 따른 단면도이다.

본 발명의 염색폐수 슬러지에 함유된 헤머타이트와 라디칼 순환제를 활용한 수질정화제는 수분이 함유된 염색폐수 슬러지, 제올라이트 및 필라라이트를 혼합하여, 일정 형태로 성형, 건조 및 소성하여 형성되는 질소, 인 제거 성형체(100)와; 질소, 인 제거 성형체(100)의 내부에 구성되는 라디칼 순환제(200);로 이루어진다.

질소, 인 제거 성형체(100)는 다양한 크기와 형상으로 이루어질 수 있으며, 염색폐수 슬러지, 제올라이트 및 필라라이트를 각각 일정 비율 바람직하게는 50% : 25% : 25% 비율로 혼합하여 응달에서 건조한 후 대략 1100℃에서 2시간 소성하여 질소, 인 제거 성형체(100)를 완성하도록 한다.

염색폐수 슬러지에 90% 이상 함유된 산화철이 수중에 함유된 인을 흡착, 불용화시켜 응존된 인을 효과적으로 제거하고 제올라이트와 필라이트와 라디칼 순환제에 함유된 전자와 라디칼에 의해 이온치환반응에 의해 효과적으로 질소를 제거함으로서 염색폐수 슬러지의 효과적인 처리는 물론 수중에 함유되어 있는 질소, 인을 효과적으로 제거함으로서 조류중식억제 및 수질을 정화할 수 있도록 하는 것이다.

상기 질소, 인 제거 성형체(100)를 형성하는 염색폐수 슬러지는 황산철을 응집제로 활용한 염색폐수 슬러지가 활용되는 것이 바람직한데, 이는 유기물이 소성과정에서 가스형태로 제거되면서 나노기공을 포함한 다공성을 증가시킬 뿐만 아니라 염색폐수 슬러지에 함유된 황산철이 헤머타이트 형태로 산화되면서 인과 착염이 잘 이루어져 수중에 인을 효율적으로 흡착하여 불용화 시킴으로서 용존 인을 효과적으로 제거시킬 수 있는 것이다.

상기 제올라이트는 관상 입자의 광물로 물분자를 쉽게 통과시켜 부유물질을 제거할 뿐만 아니라 이온치환능력이 뛰어나 효과적으로 무기태 질소를 제거한다.

상기 필라이트는 운모계열 광물로 황을 함유하고 있는 악취성 물질을 효과적으로 제거할 뿐만 아니라 탁도를 일으키는 콜로이드 상태의 무기입자의 제타 전위를 증가시켜 서로 응결 침강시킴으로서 탁도를 개선하고 중금속 흡착능력이 뛰어나다.

이때, 질소, 인 제거 성형체(100)의 내부에는 라디칼 순환제(200)가 구성되어야 하기 때문에, 라디칼 순환제(200)의 안착이 용이하도록 질소, 인 제거 성형체(100)는 구형 또는 원기둥 형태로 형성할 수 있으며, 일정 깊이의 안착홈(110)을 형성하도록 하여 라디칼 순환제(200)를 용이하게 질소, 인 제거 성형체(100)에 안착시켜 고정할 수 있도록 할 수 있다.

질소, 인 제거 성형체(100)는 구형(바람직하게는 지름 10mm) 또는 원기둥 형태(바람직하게는 70mm×80mm, 안착홈 직경 20mm)로 성형하고 응달에서 건조한 후 1100℃에서 2시간 소성하여 안착홈(110)에 라디칼 순환제(200)를 넣고 다공성의 실리콘 또는 파라핀으로 이루어지는 마개(300)로 안착홈(110)을 덮어 마감하도록 하여 라디칼 순환제(200)의 이탈을 방지하도록 한다.

마개(300)는 다공성으로 형성되도록 하여, 오염수가 마개(300)의 다공으로 관통하여 안착홈(110)의 내부로 유입되어 라디칼 순환제(200)를 통과할 수 있도록 한다.

라디칼 순환제(200)는 공지의 다양한 종류를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 가스형태의 오존을 액화시킨 후 압착고체화시키고 순환라디칼 산화제를 각각 20% : 80%로 혼합한 것으로 유기물을 효과적으로 산화분해시키고 질소 등 영양물질을 효과적으로 분해시킬 뿐만 아니라 중금속 및 인을 효과적으로 착염화시켜 불용성인 금속이나 불용성의 인으로 흡착제거시키는데 필요한 전자 라디칼을 지속적으로 방출시키는 특징이 있다.

상기 라디칼 순환제(200)는 그 농도가 2mg/ℓ가 되도록 질소, 인 제거 성형체(100) 내에 함유시켜 순환되도록 저수호안이나 수중의 하중도나 인공섬으로 설치하여 지속적으로 유기물 및 질소, 인 제거는 물론 악취, 중금속까지 제거하도록 한다.

상기 라디칼 순환제는 2mg/ℓ가 되도록 처리하며 유기물의 제거기작은 <식 1>에서 보는 바와 같이 수산기(OH) 라디칼과 프리라디칼에 의해 유기물을 이산화탄소와 물로 분해시킴으로서 BOD, COD를 제거하고

<식 1>

수산기라디칼

CH₂O -----------------> CO₂+ H₂O

자유라디칼

질소의 제거기작은 <식 2>에서와 같이, 수중에 용존되어 있는 암모늄이온이 라디칼 반응에 의해 질산으로 전환되고 이 질산을 자유라디칼에 의해 질소가스형태로 대기중으로 방출시킴으로서 악취 생성물질 없이 효과적으로 제거할 수 있으며 제올라이트의 이온치환반응에 의해 그 효율을 극대화 시킬 수 있다.

<식 2>

NH4 -----------------> NO₃

자유라디칼

NO₃ + M + H⁺ -----------> N₂가스 + M + H₂O

자유라디칼

M: 촉매전이금속

인의 제거기작은 <식 3>에서와 같이 염색폐수 슬러지에 함유된 헤머타이트와 제올라이트와 필라이트에 함유된 산화철과 알루미늄 이온에 의해 효과적으로 인을 흡착시킴으로서 용존성 인을 효과적으로 제거하여 라디칼 순환제가 그 촉매 작용을 하도록 조성하였다.

<식 3>

자유라디칼

PO₄ + Fe ---------------> Fe₂PO₄

자유라디칼

PO₄ + Al ---------------> Al₂PO₄

상기 라디칼 순환제(200)는 도 4에서와 같이 생성된 라디칼은 오염정도에 따라 작용순환되기 때문에 소모되지 않고 지속적으로 반응하여 수질을 정화시키는 특징을 갖고 있어 정채수역인 정화시켜 녹조 증식까지도 억제할 수 있다.

도 5는 본 발명의 염색폐수 슬러지에 함유된 헤머타이트와 라디칼 순환제를 활용한 수질정화제의 유기물 및 질소, 인 제거효율을 도시한 도이다.

도 5에서와 같이, 본 발명의 수질정화제에 유입수를 통과시켜 처리한 결과, BOD, T-N 및 T-P의 처리효율은 각각 67%, 62% 및 68%로 수질정화능력이 뛰어난 것으로 나타났다.

도 6은 본 발명의 염색폐수 슬러지에 함유된 헤머타이트와 라디칼 순환제를 활용한 수질정화제의 조류농도 측정값을 도시한 도이다.

도 6에서와 같이, 조류제거 효율 및 현장적용시험을 하여 조류 농도를 측정한 결과, 시간이 지날수록 미처리군에서는 조류 농도가 급격하게 증가한 반면, 처리군에서는 녹조 성장을 억제하는 것으로 나타났다.

상기와 같은 본 발명의 본 발명의 염색폐수 슬러지에 함유된 헤머타이트와 라디칼 순환제를 활용한 수질정화제는 특정 폐기물인 염색폐수 슬러지를 인제거제로 재활용함으로서 해양 투기가 금지된 시점에서 국가적인 큰 난제를 해결한 효과가 있으며 염색폐수에 함유된 황산철을 고온으로 산화시켜 헤머타이트화 시켜 인을 효과적으로 흡착, 불용화시킴으로서 녹조 제거에도 큰 효과가 있으며, 특히, 소멸되지 않고 오염물질이 제거될 때 지속적으로 순환되는 라디칼 순환제를 사용하여 한번 설치하여 처리하면 지속적으로 녹조제어는 물론 BOD, COD, T-N, T-P 중금속까지 제거시키기 때문에 수질정화에 큰 효과가 있다.

100 : 질소, 인 제거 성형체
110 : 수용홈
200 : 라디칼 순환제
300 : 마개

Claims

수분이 함유된 염색폐수 슬러지, 제올라이트 및 필라라이트를 혼합하여, 일정 형태로 성형, 건조 및 소성하여 형성되는 질소, 인 제거 성형체(100)와;
질소, 인 제거 성형체(100)의 내부에 구성되는 라디칼 순환제(200);로 이루어지는 것을 특징으로 하는 염색폐수 슬러지에 함유된 헤머타이트와 라디칼 순환제를 활용한 수질정화제.
제 1항에 있어서,
질소, 인 제거 성형체(100)는 구형 또는 원기둥 형상으로 이루어지고, 중앙부에 일정 깊이의 수용홈(110)이 구성되며,
라디칼 순환제(200)가 수용홈(110)의 내부에 구성되며,
다공성의 파라핀 또는 실리콘으로 형성되는 마개(300)로 수용홈(110)을 마감하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 염색폐수 슬러지에 함유된 헤머타이트와 라디칼 순환제를 활용한 수질정화제.
제 1항에 있어서,
염색폐수 슬러지는 황산철을 응집제로 활용한 염색폐수 슬러지인 것을 특징으로 하는 염색폐수 슬러지에 함유된 헤머타이트와 라디칼 순환제를 활용한 수질정화제.