KR20210063161A - 수처리용 산화 반응 촉매의 제조 방법 및 그의 응용 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 물의 살균 및 유기 물질 제거용 촉매는, 클레이, 카올린, 제올라이트, 황토 등의 무기성 분말 소재 중의 한 가지 이상에 이산화망간 분말을 혼합한 후 물을 가하여 구형 또는 그래인형의 입자로 성형시킨 후 건조와 소성을 거쳐서 제조하고, 이 입자상 촉매의 층으로 과산화수소를 가한 처리 대상의 물을 흘려보냄으로써, 강력한 산화물질인 하이드록시 라디칼을 생성하여 0 내지 10℃의 저온 조건에서도 강력한 살균과 유기 물질 분해 작용을 수행할 뿐만이 아니라, 적층된 촉매층은 여재로서 작용하여 미생물과 유기 물질을 표면과 내부의 다공성 공간에 흡착함으로써, 처리 용기의 용적에 비하여 장시간 하이드록시 라디칼과 접촉시키는 효과를 유발하여 처리의 효율을 극대화 할 수 있다. 또한, 입경이 서로 다른 2 규격 이상으로 촉매층을 적층시킴으로써 촉매의 역세척이 가능하여 장치의 성능을 오래도록 유지시킬 수 있다.

Description

수처리용 산화 반응 촉매의 제조 방법 및 그의 응용 {METHOD FOR PREPARING OXIDATION CATALYST FOR WATER TREATMENT AND ITS APPLICATION}

본 발명은 상수, 하수, 폐수 등의 물에 대한 정화 처리 공정에서 수중의 세균과 같은 미생물을 포함하는 유기 물질을 제거할 목적으로 사용될 수 있는 수처리용 촉매 제조 방법 등에 관한 것이다.

수처리에 있어서 수중의 세균과 같은 미생물을 포함하는 유기 물질을 제거하는 것은 매우 중요하다. 상수뿐만 아니라 하수, 폐수의 경우도 이러한 과정은 대부분의 공정에서 채택되어지고 있는데, 이를 위한 통상적인 방법은 응집 침전을 거친 처리 대상 수에 대하여 모래여과 과정과 함께 산화성 있는 화학 물질을 투입하는 것이다. (하수와 폐수의 경우에는 모래 여과 과정을 거치는 경우가 많지는 않다. 그러나, 방류수의 수질을 향상시키기 위해서는 슬러지 조각 등의 부유 물질들에 대한 여과 과정을 거치는 것이 바람직하다.)

수처리 과정 중의 소독과 유기 물질 산화 제거의 관점에서 효용성은 사용되는 산화제의 산화력과 유해성 여부, 경제성을 고려한 구득의 용이성이 등이 종합적으로 고려되어지고 있다. 일반적으로 알려진 여러 가지 주변 물질들의 산화력의 세기는 산소(O2) < 염소(Cl2) < 염소산(HOCl) < 과산화수소(H2O2) < 오존(O3) < 불소(F2)의 순서로 강력하다.

그런데, 이 중 불소는 인체에 유해한 물질이므로 사용이 불가하다. 오존의 경우에는, 강력한 살균력과 함께 염소취 등의 냄새 발생이 없고 수중 유기 물질의 제거로 악취를 해소할 수 있는 등의 여러 가지 장점이 있으나, 초기 투자 비용이 과다한 점과 수중 포화 용해도가 낮으므로 대기 중 방출이 용이하여 인체에 해를 끼칠 수 있으며, 오존 생성을 위한 전력 비용이 많이 들고 소독의 잔류 효과가 없다는 단점이 있다. 또한, 오존은, 올레핀계 및 방향족 화합물과의 반응성은 매우 좋지만, 보다 안정한 화합물인 지방족 화합물이나 아마이드 및 니트로소 화합물 등에 대해서는 낮은 반응성을 나타낸다. 이를 보완하기 위한 방법으로서 제시되는 방법은 오존과 과산화수소를 동시에 사용하는 것(소위, peroxone 공정)으로, 이들 두 성분은 서로 반응하여 하이드록시 라디칼(hydroxyl radical, OH·)을 형성하는데, 하이드록시 라디칼은 오존보다도 더욱 강력한 산화력을 발휘함으로써(아래 표 1 참조) 수중 유기 물질의 분해나 살균에 매우 효과적인 것으로 알려져 있다. 그러나, 이러한 사용 방법에 의한 단점은 값이 비싼 오존 발생 장치에 더하여 과산화수소를 추가로 사용하여야 하는 경제적인 부담이 뒤따르는 것과 잔류하는 과산화수소가 다음 공정으로 넘어가거나 최종 공급 상수에 잔류하게 되는 등의 문제점이 있다.

보다 전통적으로 적용되는 염소산 또는 염소의 투입 방식은, 적용 과정에서 염소가 유기 물질과 반응하여 트리할로메탄(trihalomethane) 등의 강력한 발암 물질을 생성할 뿐만 아니라 생태계에 독성으로 작용하며, 많은 사람들에게 피부 자극이나 알레르기 반응과 함께 악취에 의한 혐오감을 느끼게 하고, 이송 배관의 부식을 초래하는 등 여러 가지 문제점을 안고 있다.

과산화수소는 경우에 따라 스스로 강력한 산화제인 하이드록시 라디칼을 생성하기도 하는데, 이를 위해서는 통상적으로 적절한 촉매의 적용이 필요하다. 과산화수소로부터 하이드록시 라디칼을 생성시키는 촉매 물질은 백금, 이리듐 등의 귀금속 물질이나 철, 아연, 망간 등 천이금속의 산화물들이 알려져 있다. 이 중에서도 특히 망간은 +2가의 산화 상태로부터 +4 ~ +7가의 다양한 산화 상태를 오르내리며 산화 환원 반응에 관여를 하는 활발한 특성을 가지므로 예를 들어서 +2가와 +3가를 오르내리는 철의 산화물이 10℃ 이하의 낮은 온도에서 활성이 매우 떨어지는 경우 등에 비하여 촉매로서의 성능이 월등히 높을 뿐만 아니라, 이산화망간(MnO₂)의 경우 구득이 용이하면서도 용융점이 535℃로 비교적 낮은 특성이 있다.

한편으로, 수중의 유기 물질은 활성 탄소(activated carbon), 다공성 세라믹 등을 이용하여 흡착 제거하기도 하는데, 유기 물질을 단순한 흡착 방식으로 제거하고자 하는 경우 쉽사리 흡착 포화 상태에 이르므로 흡착제의 소요량이 많아지므로 경제적인 측면에서 적용하기 어려워지는 경우가 많다. 이에 따라, 오존과 활성 탄소를 동시에 사용함으로써, 흡착 물질에 대하여 산화 처리를 시켜서 문제점 보완을 도모하기도 하지만, 이들을 산화로서 완전히 제거하기에는 한계가 있고, 활성 탄소를 공기 산화 등의 방법으로 재생시키는 방법도 있으나 많은 번거로움이 따른다.

대한민국 공개특허공보 제10-2004-0058610호(2004.07.05.) 대한민국 등록특허공보 제10-0738676호(2007.07.11.)

본 발명의 실시예는, 앞서 살펴본 바와 같은 선행기술들에서 나타나는 상대적으로 제한적인 조건에서만 적용이 가능하거나 적용 시 비용이 많이 소요되는 등의 문제점들을 개선하기 위한 방안을 제시함으로써, 경제성의 개선과 함께 처리의 효율성을 향상시킨 수처리용 촉매 및 그 제조 방법 등을 제공하고자 한다.

해결하고자 하는 과제는 이에 제한되지 않고, 언급되지 않은 기타 과제는 통상의 기술자라면 이하의 기재로부터 명확히 이해할 수 있을 것이다.

본 발명의 실시예에 따르면, 무기성 분말을 이산화망간 분말과 혼합하는 혼합 단계와; 상기 혼합 단계에서 획득된 혼합물에 물을 가하고 물이 가하여진 상기 혼합물을 입자상으로 성형하는 성형 단계와; 상기 성형 단계에서 성형된 입자를 건조하는 건조 단계와; 상기 건조 단계에서 건조된 상기 입자를 소성로에서 소결시키는 소결 단계를 포함함으로써, 처리 대상인 원수를 살균하고 원수 중의 유기 물질을 제거할 수 있는 수처리용 촉매의 제조 방법이 제공될 수 있다.

상기 무기성 분말은 촉매 기재용 소재인 제올라이트(zeolite), 카올린(kaolin), 클레이(clay), 황토 등 중에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.

상기 혼합 단계는 상기 무기성 분말과 상기 이산화망간 분말을 상기 무기성 분말 100부에 대하여 상기 이산화망간 분말 0.1 내지 20부의 비율로 혼합할 수 있다.

상기 소결 단계는 상기 입자를 상기 소성로에서 535 내지 1,100℃의 온도로 소결하여 상기 이산화망간 분말을 용융시키고 담지시킬 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기한 바와 같은 방법에 의하여 제조되어 상기 무기성 분말과 상기 이산화망간 분말을 포함하는 것을 특징으로 하는, 입자상의 수처리용 촉매가 제공될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 수처리 방법은, 일반적으로 많이 쓰이는 촉매 기재용 소재인 클레이, 카올린, 제올라이트, 황토 등의 무기성 분말 소재 중의 한 가지 이상을 이용하고, 여기에 이산화망간 분말을 혼합하여 성형과 소성 과정을 거친 입자상, 고정상 촉매를 제공하고, 산화제로서 과산화수소만을 적용하는 방식으로 수행될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 수처리용 촉매들이 내부 공간에 촉매층을 구성하도록 수용되고 상기 내부 공간과 연통하는 입구와 출구가 각각 구비된 촉매 용기를 준비하는 단계와; 처리 대상인 원수에 과산화수소를 혼합시키는 단계와; 상기 과산화수소가 혼합된 상기 원수를 준비된 상기 촉매 용기의 상기 입구로 투입하여 상기 내부 공간에 수용된 상기 촉매층을 통과시키는 단계를 포함하는, 수처리 방법이 제공될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 수처리 방법에 있어서, 상기 촉매들은 지름 1.5 내지 50㎜의 구형이고, 상기 촉매층은 2층 이상으로 구성되며, 상기 촉매층에서 서로 이웃한 층들 중 어느 하나는 평균 지름이 상대적으로 작은 상기 촉매들로 구성되고 다른 하나는 평균 지름이 상대적으로 큰 상기 촉매들로 구성될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 수처리 방법에 있어서, 상기 촉매층은, 평균 지름이 상대적으로 작은 상기 촉매들로 구성된 층일수록 상기 원수의 통과 방향으로 기준으로 상류 쪽으로 배치되고, 평균 지름이 상대적으로 큰 상기 촉매들로 구성된 층일수록 상기 촉매들에 더 높은 농도의 이산화망간 분말이 혼합될 수 있다.

예를 들어, 상기 촉매층이 제1 촉매층(도 1의 도면 부호 15A 참조), 제2 촉매층(도 1의 도면 부호 15B 참조) 및 제3 촉매층(도 1의 도면 부호 15C 참조)으로 구성된 경우, 상기 제1 촉매층과 상기 제2 촉매층은 서로 적층되고, 상기 제2 촉매층과 상기 제3 촉매층은 서로 적층되며, 상기 제1 촉매층은 상기 제2 촉매층에 비하여 평균 지름이 작은 상기 촉매들로 구성되고, 상기 제2 촉매층은 상기 제3 촉매층에 비하여 평균 지름이 작은 상기 촉매들로 구성될 수 있다. 그리고, 상기 제1 촉매층은 상기 제2 촉매층에 비하여 상류 쪽으로 배치되고, 상기 제2 촉매층은 상기 제3 촉매층에 비하여 상류 쪽으로 배치되며, 상기 제2 촉매층은 상기 제1 촉매층에 비하여 높은 농도의 이산화망간 분말이 상기 촉매들에 혼합되고, 상기 제3 촉매층은 상기 제2 촉매층에 비하여 높은 농도의 이산화망간 분말이 상기 촉매들에 혼합될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 수처리 방법은, 임의의 시기에 상기 입구로 상기 원수의 투입을 중지하고 상기 출구로 역세척수를 투입하여 상기 촉매들을 세정하는 단계를 더 포함할 수 있다.

과제의 해결 수단은 이하에서 설명하는 실시예, 도면 등을 통하여 보다 구체적이고 명확하게 될 것이다. 또한, 이하에서는 언급한 해결 수단 이외의 다양한 해결 수단이 추가로 제시될 수 있다.

본 발명의 실시예에 의하면, 수처리용 촉매는 과산화수소와 함께 사용되어 강력한 산화제인 하이드록시 라디칼을 형성하므로 높은 살균 효과 및 효율적인 유기 물질 제거 효과를 나타낼 수 있다. 뿐만 아니라, 수처리용 촉매는 비교적 값이 싼 재료들로 제조되고, 과산화수소 또한 같은 산화 당량의 오존이나 염소산 등에 비하여 가격이 싼 물질일 뿐만이 아니라 상대적으로 독성이 약하고 취급이 용이하므로 적용에 유리하다.

본 발명의 실시예에 의하면, 수처리 방법은 일종의 여과 작용을 수행할 수 있으므로 수질을 보다 향상시킬 수 있다.

발명의 효과는 이에 한정되지 않고, 언급되지 않은 기타 효과는 통상의 기술자라면 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 명확히 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 발명의 실시예에 따른 수처리 장치가 도시된 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 수처리용 촉매의 저온 반응성을 확인하는 실험의 사진이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 수처리용 촉매와 과산화수소를 이용하는 실험의 과정 중 한 단계를 보여주는 사진이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다. 참고로, 본 발명의 실시예를 설명하기 위하여 참조하는 도면에서 구성요소의 크기나 선의 두께 등은 이해의 편의상 다소 과장되게 표현되어 있을 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명하는 데 사용되는 용어는 주로 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의한 것이므로 사용자, 운용자의 의도, 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 용어에 대해서는 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 하여 해석하는 것이 마땅하겠다.

본 발명의 실시예에 따른 수처리 장치의 구성이 도 1에 개념적으로 도시되어 있다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 수처리 장치는, 내부 공간에 이산화망간 함유 입상 촉매(15)들이 정치된 촉매 용기(14), 촉매 용기(14)의 입구를 통하여 촉매 용기(14)의 내부 공간으로 처리 대상인 원수를 공급하는 전동 펌프와 같은 원수 공급 수단(11), 그리고 원수에 과산화수소를 공급하는 과산화수소액 공급 수단(12)을 포함한다. 그리고, 본 발명의 실시예에 따른 수처리 장치는, 처리된 물인 처리수를 일시적으로 저장하는 처리수 저장조(19)를 더 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 수처리 장치는, 촉매 용기(14) 내의 입상 촉매(15)들에 누적된 부유 물질과 유기 물질을 주기적으로 제거하기 위한 역세척수 공급 수단(17), 그리고 역세척수 인입 조절판(16)과 역세척수 유출 조절판(13)을 더 포함할 수 있다.

입상 촉매(15)는, 촉매 기재용 소재인 클레이, 카올린, 제올라이트, 황토 등의 무기성 분말 소재 중 한 가지 이상을 이용하고, 여기에 기재용 소재 100부에 대하여 0.1 내지 20부에 해당하는 이산화망간 분말을 혼합한 후, 성형과 소성을 거쳐 제조할 수 있으며, 그 크기를 평균 지름 1.5 내지 50㎜로 다양하게 제조하여 사용할 수 있다.

입상 촉매(15)의 제조에 사용되는 무기성 분말은, 사전에 전처리 과정을 거쳐 유해한 중금속이나 대형 입자를 제거시키는 것이 바람직하며, 통상 350메시 정도의 고운 입자를 사용하는 것이 바람직하다. 이산화망간 분말의 경우도 이와 동일한 절차를 거치는 것이 바람직하다.

기재인 무기성 분말에 대한 이산화망간 분말의 혼합 비율이 너무 낮으면 촉매 효과가 미약할 수 있고 너무 많으면 산화제인 과산화수소를 너무 빠른 속도로 분해시켜서 생성되는 하이드록시 라디칼이 유기 물질 등과 미처 반응하지 못하고 산소와 물 분자를 생성시킬 수 있으므로 적정 범위로 한정하는 것이 좋다. 무기성 분말 100부에 대하여 이산화망간 분말 0.1부 정도 비율의 혼합으로도 약간의 효과가 있겠으나, 무기성 분말 100부에 대하여 이산화망간 분말 1 내지 20부 비율의 범위에서 혼합하는 것이 바람직하다. 물론, 이 배합 농도는 원수 중의 유기 물질 부하에 따라 다르게 설계하는 것이 바람직하다. 또한, 입상 촉매(15)의 제조를 원활히 하기 위하여 벤토나이트나 클레이 등의 점착성 부여제나 유기 윤활제를 첨가할 수도 있으며, 입상 촉매(15)의 다공성을 증대시키기 위한 분말상 탄소나 탄수화물 입자 등을 추가로 혼합할 수도 있다.

하나의 촉매 용기(14) 내에 두 가지 이상의 평균 크기가 다른 입상 촉매(15)들을 충전시킬 수도 있다. 예를 들어, 입상 촉매(15)들을 평균 지름 2㎜, 5㎜ 및 10㎜ 등 3 가지로 구분지게 만든 후, 원수의 통과 방향을 기준으로 지름이 작은 입상 촉매들로부터 큰 입상 촉매들의 순서로 적층함으로써, 입상 촉매(15)들을 역세척 가능한 여과 장치로서의 역할과 함께 산화 촉매로서의 역할도 수행하도록 할 수 있다.

또한, 입상 촉매(15)들의 지름에 따라 이산화망간 분말의 혼합 비율을 달리할 수도 있다. 예를 들어, 원수의 통과 방향을 기준으로, 상류 쪽에 사용할 입상 촉매들은 이산화망간 분말의 함량을 2부로 하고, 하류 쪽에 사용할 입상 촉매들은 이산화망간 분말의 함량을 10부로 함으로써, 상류 쪽에서는 상대적으로 완만한 산화 반응을 유도하고, 하류 쪽에서는 강력한 과산화수소 분해 반응이 일어나도록 하여 최종 배출수 중의 잔류 과산화수소를 제거할 수도 있다.

무기성 분말과 이산화망간 분말의 혼합물은 물을 넣어서 가공하기 적절한 수준의 반죽으로 만들어서 원하는 모양과 크기로 성형시킬 수도 있고 소위 snowballing 방식을 이용하여 구형의 입자로 성장시킬 수도 있다.

성형이 끝난 입자는 건조 과정을 거치는데, 1 내지 2일 동안 자연 건조를 시키는 방식을 채택할 수도 있다.

건조된 입자는 도가니에 담아 소성로에 넣어서 소성을 시킨다. 이때, 소성 온도는 535℃ 이상 1.100℃ 이하로 유지하는 것이 바람직한데, 그 이유는 일반적인 클레이 등의 소결 시에 이들은 1,100℃를 초과하여야 자화(磁化)가 시작되어 촉매 활성이 급격히 저하되는 데 비하여, 이산화망간의 용융점은 535℃이므로 이 온도 구간 내에서는 용융된 이산화망간이 기재에 융착되어 담지 됨으로써 견고한 결합을 형성하므로 촉매의 사용 과정에서 산화제에 의한 망간 성분의 용출이 최소화될 수 있기 때문이다.

촉매 용기(14)는, 처리 대상인 원수가 내부 공간에서 1 내지 60분 정도 체류할 수 있는 크기의 장방형 또는 원통, 오벌형 등 다양한 모양으로 제작하는 것이 가능하며, 밀폐식으로 제조하여 내부가 대기압보다 높은 상태에서 물이 통과하게 만들 수도 있다.

처리수의 처리수 저장조(19) 내 적정 체류 시간은 처리수 중의 오염 물질 농도에 따라 다르게 설정되어져야 한다.

원수 공급 수단(11), 과산화수소액 공급 수단(12) 및 역세척수 공급 수단(17)은 전동 모터 펌프일 수 있다.

역세척수 인입 조절판(16) 및 역세척수 유출 조절판(13)은 3방 밸브(three way valve)일 수 있는데, 이 경우에 이들 조절판(16, 13)들은, 원수에 대하여 촉매 용기(14)와 처리수 유출과(32)을 거쳐 처리수 저장조(19)로 이송되게 하는 기능 및 처리수에 대하여 역세척수 공급관(33)과 촉매 용기(14)를 거쳐 역세척수 방출관(34)을 따라 폐수 처리 설비로 이송되게 하는 기능을 번갈아 가면서 수행할 수 있게 된다.

도 1에서 도면 부호 31은 원수 공급 수단(11)이 적용된 원수 공급관으로, 원수 공급관(31)은 역세척수 유출 조절판(13)을 통하여 역세척수 방출관(34)에 합류된다.

도 1에서 도면 부호 18은 과산화수소액 저장 수단으로, 과산화수소액 저장 수단(18)은 과산화수소액 공급 수단(12)과 함께 과산화수소액 공급 유닛을 구성한다. 과산화수소액 공급 유닛은 원수 공급관(31)으로 과산화수소를 공급하고, 공급된 과산화수소는 원수 공급관(31)을 따라 흐르는 원수와 혼합된다.

본 발명의 실시예에 따른 입자 촉매(15)는, 내부에 수많은 미세 공극을 포함하게 되며, 낮은 온도에서도 과산화수소를 하이드록시 라디칼로 분해시키는 것이 가능해진다. 따라서, 원수(폐수)에 일정량의 과산화수소를 혼합한 후, 원수가 입자 촉매(15)들이 충전된 촉매 용기(14)를 통과하게 함으로써 원수 중의 미생물을 사멸시킴과 동시에 유기 물질을 제거 처리 할 수 있게 된다. 여기에 사용되는 과산화수소는 시중에서 구득할 수 있는 5%, 35% 또는 50% 농도 수용액 상태의 과산화수소수 액을 사용할 수 있다. 과산화수소의 사용량은 처리 대상에 존재하는 환원성 물질의 양에 따라 달라져야 한다. 통상적으로, 모래 여과 과정을 마친 상수의 경우에는 10 내지 20ppm 정도로서 충분하나, 하수나 폐수의 처리에 응용하고자 할 때는 1,000ppm 이상으로 투입하는 것도 가능하다.

본 발명의 실시예에 따른 입자 촉매(15)는, 상대적으로 지름이 큰 촉매들와 중간 촉매들 및 작은 촉매들 중 적어도 두 종류 이상을 촉매 용기(14)의 내부 공간에 차례로 적층시켜 활용하는 것이 바람직하다. 그 이유는 과산화수소가 혼합된 처리 대상을 촉매 용기(14)로 공급하면, 이 과정에서 수중에 존재하는 미생물과 크기가 큰 불순 입자들이 상류 쪽의 입자 촉매(15)들에 걸러지고, 보다 작은 입자나 유기 물질 분자 등은 하류 쪽 입자 촉매(15)들의 표면에 흡착되어 촉매 용기(14)의 내부 공간에 비교적 장시간 머물게 되면서 과산화수소로부터 생성되는 하이드록시 라디칼에 의하여 충분한 산화 작용을 받게 된다.

임의의 시기에 처리수 저장조(19)에 저장된 처리수를 이용하여 역세척을 수행함으로써 입자 촉매(15)들을 세정할 수 있다. 이때, 역세척수인 처리수는 촉매 용기(14)의 출구를 통하여 촉매 용기(14)의 내부 공간으로 투입된다. 역세척에 의하면, 촉매 용기(14) 내에 적체된 미생물의 사체와 휴민산 등 반응성이 낮은 유기 물질을 계 외로 제거시킬 수가 있다. 또한, 입자 촉매(15)들로 구성된 촉매층에 있어서, 상류 쪽에 배치할 작은 지름의 입자 촉매(15)들 내 이산화망간 함량보다 높은 함량의 이산화망간을 함유한 큰 지름의 입자 촉매(15)들을 하류 쪽으로 배치하여 잔류 과산화수소가 다음 공정으로 넘어가는 문제를 해소할 수도 있다. 이러한 목적으로 적용되는 이산화망간의 혼합량은 상류 쪽 입자 촉매(15)들의 경우

1 내지 5부가 바람직하고, 하류 쪽 입자 촉매(15)들의 경우

10 내지 20부인 것이 바람직하다.

만약, 본 발명에 따른 수처리 장치 및 방법에 의하여 처리된 물에 일정량의 잔류 염소가 필요한 경우에는 별도의 염소계 소독약을 투입하는 수단을 부가하여야 한다. 다만, 이 경우 수중에는 염소 요구물질이 대폭 줄어들어 있을 것이므로 소량의 일정한 염소의 주입만으로 요구 조건을 충족시킬 수 있을 것이다.

- 응용 실험 예 : 황토 분말과 이산화망간 분말을 사용한 입자 촉매의 제조 및 응용

ㅇ 입자 촉매 제조 처방

(1) 350메시 체로 친 황토분말 : 10㎏

(2) 이산화망간(powder, 순도 70%, Daejung CP급 시약) : 286g

ㅇ 입자 촉매 제조 공정

(1) 황토 분말과 이산화망간 분말을 혼합통에 넣고 교반기로 잘 섞는다.

(2) snowballing 방법으로 구형의 입자를 성형시킨다. (지름 4㎜)

(3) 전기로 내 800℃ 조건에서 2시간 소성

ㅇ 적용 테스트

(1) 저온 반응성 테스트 : 증류수 500mL에 35% 농도의 시약 EP급 과산화수소수 1.43g과 무수에탄올(EP급) 0.5g을 투입하고 3분간 교반한 후, 250mL 톨 비커에 150mL를 덜어 넣어서 냉동고에 넣고 3℃로 냉각시킨다. 여기에 제조된 입자 촉매를 넣고 반응성을 관찰하였다.

(2) 하천수 테스트 : 주변 하천(태화강)의 표류수를 채취하여 1,000mL를 분취한 후 35% 농도의 시약 EP급 과산화수소수 0.28g을 투입하여 3분간 교반한다(과산화수소 100ppm 농도). 이와는 별도로 사전에 제조된 입자 촉매를 2L 파이렉스제 반응기 내에 약 1/2 수준으로 채워서 준비한다. 입자 촉매가 안치된 반응기 내에 앞에서 준비한 과산화수소 투입 하천수를 입자 촉매들에 의한 촉매층의 상층부 높이까지 부어 놓고 10분간 실온에 정치하여 반응시킨다(도 3 참조). 이렇게 준비된 반응수를 덜어내어 먹는물수질공정시험기준의 총대장균군-시험관법(ES 05703.1a)과 과망간산칼류소비량(ES 05302.1b) 시험법에 따라서 총대장균군수와 과망간산칼륨소비량을 측정하였다. 앞의 하천 표류수도 동시에 비교 분석 시험하였다.

ㅇ 적용 테스트 결과

(1) 저온 반응성 테스트 결과 : 촉매층으로부터 구름과 같은 미세한 기포가 발생되는 것이 관찰되었다(도 2 참조).

(2) 하천수 테스트 결과 : 입자 촉매 접촉 과산화수소 투입수의 분석 결과 대장균군수 0, 과망간산칼륨소비량 3.1ppm으로 나타났으며, 원수인 하천 표류수의 분석결과는 대장균군수 560, 과망간산칼륨소비량 12.4ppm으로 나타났다.

이상에서는 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 개시된 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 한정되지 않으며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 이내에서 통상의 기술자에 의하여 다양하게 변형될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에서 설명한 기술적 사상은, 각각 독립적으로 실시될 수도 있고, 둘 이상이 서로 조합되어 실시될 수도 있다.

11 : 원수 공급 수단
12 : 과산화수소액 공급 수단
13 : 역세척수 유출 조절판
14 : 촉매 용기
15 : 입상 촉매
16 : 역세척수 인입 조절판
17 : 역세척수 공급 수단
18 : 과산화수소액 저장 수단
19 : 처리수 저장조

Claims (7)

1. 무기성 분말을 이산화망간 분말과 혼합한 후, 물을 가하고 입자상으로 성형한 다음, 건조하고 소성로에서 소결시키는 것을 특징으로 하는,
   수처리용 촉매 제조 방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 무기성 분말과 상기 이산화망간 분말을 상기 무기성 분말 100부에 대하여 상기 이산화망간 분말 0.1 내지 20부의 비율로 혼합하는 것을 특징으로 하는,
   수처리용 촉매 제조 방법.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 소성로에서 535 내지 1,100℃의 온도로 소결하여 상기 이산화망간 분말을 용융시키고 담지시키는 것을 특징으로 하는,
   수처리용 촉매 제조 방법.
4. 청구항 1에 기재된 방법에 의하여 제조된 입자상의 촉매들이 내부 공간에 촉매층을 구성하도록 수용되고 상기 내부 공간과 연통하는 입구와 출구가 각각 구비된 촉매 용기를 준비하고,
   원수에 과산화수소를 혼합시키며,
   상기 과산화수소가 혼합된 상기 원수를 준비된 상기 촉매 용기의 상기 입구로 투입하여 상기 내부 공간에 수용된 상기 촉매층을 통과시키는 것을 특징으로 하는,
   수처리 방법.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 촉매들은 지름 1.5 내지 50㎜의 구형이고,
   상기 촉매층은 2층 이상으로 구성되며,
   상기 촉매층에서 서로 이웃한 층들 중 어느 하나는 평균 지름이 상대적으로 작은 상기 촉매들로 구성되고 다른 하나는 평균 지름이 상대적으로 큰 상기 촉매들로 구성된 것을 특징으로 하는,
   수처리 방법.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 촉매층은,
   평균 지름이 상대적으로 작은 상기 촉매들로 구성된 층일수록 상기 원수의 통과 방향으로 기준으로 상류 쪽으로 배치되고,
   평균 지름이 상대적으로 큰 상기 촉매들로 구성된 층일수록 상기 촉매들에 더 높은 농도의 이산화망간 분말이 혼합된 것을 특징으로 하는,
   수처리 방법.
7. 청구항 4 내지 청구항 6 중 어느 하나에 있어서,
   상기 촉매 용기의 상기 출구로 역세척수를 투입하여 상기 촉매들을 세정하는 것을 특징으로 하는,
   수처리 방법.

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