KR20240034389A - 고농도 염분이 포함된 오폐수의 신속한 고효율 처리 방법 - Google Patents
고농도 염분이 포함된 오폐수의 신속한 고효율 처리 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 고농도 염분이 포함된 오폐수의 신속한 고효율 처리방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 전이금속의 산화가를 적절한 조건에서 증가시킴으로써 고농도 폐수를 고효율로 신속하게 처리할 수 있어 오폐수 처리의 비용 및 시간을 현저히 저감할 수 있는 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 고농도 염분이 포함된 오폐수의 신속한 고효율 처리방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 전이금속의 산화가를 적절한 조건에서 증가시킴으로써 고농도 폐수를 고효율로 신속하게 처리할 수 있어 오폐수 처리의 비용 및 시간을 현저히 저감할 수 있는 방법에 관한 것이다.
원자력 시설의 방사성 폐액, 침출수, 분뇨, 음폐수 등 고농도의 유기물과 암모니아성 질소를 포함하는 폐수를 처리하기 위해서는 일반적으로 혐기성 소화 이후, 고도의 처리 기술로써 이온 흡착 등의 물리적 처리, 응집 등의 화학적 처리 및 미생물을 이용하는 생물학적 처리를 고려할 수 있다.
그러나, 일반적으로 이러한 물리/화학적 처리를 이용하여 질소를 제거하는 경우, 공기 탈기(air stripping)를 주로 이용하고 있으며, 이온 흡착, 수지(resin) 또는 활성탄(activated carbon) 이용 시에는 주기적인 재생이 필요하다. 응집제를 사용하는 화학적 처리의 경우 매우 낮은 질소 제거 효율을 기대할 수 있다. 그러므로 대부분의 경우, 혐기성 소화에서 고농도의 유기물이 분해된 이후 미생물을 이용하여 생물학적 처리를 이용하여 암모니아성 질소의 질산화와 탈질(denitrification)이 이루어지도록 설계 및 운전된다.
이 경우, 질산화 미생물의 생장 속도가 일반 미생물의 생장 속도에 비해 매우 느리기 때문에, 수중에 잔존하는 유기물을 먼저 처리해야 하므로 유기 부하에 따라 폭기조의 부피가 증대되고 체류시간이 매우 길어지는 단점이 있다. 또한, 질산화 이후 탈질하거나, 전탈질을 실시할 경우 메탄올, 아세테이트 등의 외부탄소원을 주입하거나 유입 부분에 무산소조를 설치하여 질산화된 질소를 반송함으로써 최종적으로 탈질할 필요가 있기 때문에 이로 인한 추가적인 시설비, 전력비, 부품비, 약품비, 인건비 등이 소요되는 단점이 있다.
이러한 유기물 및 암모니아성 질소를 처리하는 공법으로 Barbenpho, VIP, UCT, Sequencing Batch Reactor (SBR) 등 많은 공법이 제시되었고, membrane과 결합하여 MBR (Membrane bioreactor)로 처리하는 공법도 많이 개발되었다. 그러나, 이러한 공법들은 대부분 저농도 하수에 적합한 공법이며, 고농도 질소가 유입될 경우 질소부하 한계에 의해 폐수 처리에 부적합한 공법이다.
또한, 현재 침출수, 분뇨, 음폐수 내 인을 제거하기 위해 추가적으로 최종 유출수에 alum, ferric chloride, polymer 등의 약품을 투입하여 처리하고 있다. 따라서, 침출수, 분뇨, 음폐수 등의 폐수 내 고농도 유기물과 질소, 인을 처리하는 공법은 대부분 혐기소화 생물학적 고도처리 이후 추가적인 약품 처리를 통해 방류하고 있는 실정이며, 이러한 처리 공법은 처리 비용의 상승과 복잡한 처리 시스템의 주 원인이 된다.
또한, 고농도의 염분을 함유하고 있는 폐수의 경우 미생물에 매우 심각한 저해를 주기 때문에 고염분의 폐수를 처리할 때는 일반적으로 염분이 거의 없는 폐수와 혼합하여 염분 농도를 낮추어 처리하게 된다. 이러한 염분 희석 방법은 폐수의 처리량 및 처리시간을 매우 길게 하여 고농도 폐수 처리의 경제성이 떨어지는 주요 요인이 된다.
이러한 단점을 개선하기 위해 폐수 처리의 효율이 높으면서도 대용량, 고농도의 폐수에 대하여 처리가 가능한 오폐수 처리 방법의 개발이 필요하다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 고농도 염분을 포함하는 질소 또는 암모니아를 포함하는 오폐수를 처리하는 방법으로서 고속으로 처리가 가능하고, 동시에 우수한 효율로 오폐수를 처리할 수 있는 처리방법을 제공하는 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 1) 폐수(wastewater)에 염기를 투입하여 pH 12이상으로 맞추고 전이금속의 염 촉매를 투입하는 단계; 및 2) 상기 폐수에 과산화물을 투입하여 상기 전이금속 염을 산화시키는 단계; 를 포함하는 질소(N) 및 인(P) 중 적어도 하나를 포함하는 폐수의 처리 방법을 제공한다.
상술한 것과 같은 해결 수단으로써, 본 발명에 따른 오폐수 처리 방법에 의하여 오폐수를 처리하는 경우, 종래의 미생물 처리 공정과 비슷한 수준의 처리 효과를 얻기 위하여 현저히 적은 처리 시간을 요구하여 신속한 오수의 처리가 가능하고, 비용이 크게 절감될 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따라서, 폐수에 첨가한 니켈 염 함량에 따라, 첨가 시 및 1시간 뒤의 유기물(TOC) 및 암모니아 농도를 각각 비교 도시한 그래프이다.
도 2는 도 1과 같은 실험에서, 니켈 염 함량에 따른 유기물(TOC) 및 암모니아의 1시간 동안의 처리 효율을 비교 도시한 그래프이다.
도 3은 종래 기술의 미생물 처리 방법을 이용하여 도 1 및 도 2와 동일한 폐수를 1시간 처리하여 각각 0시간 뒤, 1시간 뒤 및 480시간 뒤의 유기물(TOC) 및 암모니아의 농도를 비교 도시한 그래프이다.
도 4는 도 3에서 측정된 유기물(TOC) 및 암모니아의 농도에 의하여 1시간 뒤 및 480시간 뒤의 처리 효율을 각각 계산하여 비교 도시한 그래프이다.
도 5는 도 1 및 도 3에 나타난 본 발명의 니켈 염 사용 폐수 처리 방법과 미생물 사용 폐수 처리 방법에 따라 처리된 폐수 내 유기물(TOC) 및 암모니아 농도를 비교 도시한 그래프이다.
도 6은 도 5에 도시한 본 발명 및 종래 기술에 따른 처리 방법에 의하여 처리한 폐수의 처리 효율을 각 조건에 따라서 비교 도시한 그래프이다.
도 2는 도 1과 같은 실험에서, 니켈 염 함량에 따른 유기물(TOC) 및 암모니아의 1시간 동안의 처리 효율을 비교 도시한 그래프이다.
도 3은 종래 기술의 미생물 처리 방법을 이용하여 도 1 및 도 2와 동일한 폐수를 1시간 처리하여 각각 0시간 뒤, 1시간 뒤 및 480시간 뒤의 유기물(TOC) 및 암모니아의 농도를 비교 도시한 그래프이다.
도 4는 도 3에서 측정된 유기물(TOC) 및 암모니아의 농도에 의하여 1시간 뒤 및 480시간 뒤의 처리 효율을 각각 계산하여 비교 도시한 그래프이다.
도 5는 도 1 및 도 3에 나타난 본 발명의 니켈 염 사용 폐수 처리 방법과 미생물 사용 폐수 처리 방법에 따라 처리된 폐수 내 유기물(TOC) 및 암모니아 농도를 비교 도시한 그래프이다.
도 6은 도 5에 도시한 본 발명 및 종래 기술에 따른 처리 방법에 의하여 처리한 폐수의 처리 효율을 각 조건에 따라서 비교 도시한 그래프이다.
상술한 것과 같이, 종래 질소(N), 인(P) 또는 양자를 모두 포함하는 방사성 폐액, 침출수, 분뇨, 음폐수 등의 오폐수를 처리하는 데 있어, 종래와 같은 미생물을 이용하는 처리 방법에 의하면, 질산화 미생물의 생장 속도가 느린 점으로 인하여 폭기조의 부피가 커지고 체류시간이 길어지는 등의 문제가 있었다.
또한, 질산화 이후에 탈질이나 전탈질을 실시할 때 추가적인 설비가 필요하여 비용이 많이 소요되는 단점이 있었다.
본 발명자들은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 연구에 몰두하여 본 발명과 같은 기술을 개발하였다.
즉, 본 명세서에서는 1) 폐수(wastewater)에 염기를 투입하여 pH 9 이상으로 맞추고 전이금속의 염 촉매를 투입하는 단계; 및
2) 상기 폐수에 과산화물을 투입하여 상기 전이금속 염을 산화시키는 단계; 를 포함하는 질소(N) 및 인(P) 중 적어도 하나를 포함하는 폐수의 처리 방법을 제공하여 위와 같은 문제점을 해결한 폐수 처리 방법을 제공한다.
구체적으로, 본 발명은 pH 9 이상 강 염기 조건의 폐수에서 전이 금속 염을 이용하여 오폐수를 산화-환원 반응시켜 정화하는 방법으로서, 종래의 미생물 처리 방법에 비하여 현저하게 향상된 처리 속도 및 처리 효율을 구현할 수 있다.
전이 금속의 경우, 바람직하게는 니켈(Ni), 구리(Cu) 및 철(Fe) 중에서 선택된 하나 이상의 전이 금속을 사용할 수 있다. 이들 전이 금속은 다양한 산화수를 가질 수 있으며, 본 발명에서와 같이 pH 9 이상의 강염기 조건 하에서 이들은 산화물 형태로 존재하게 된다. 예컨대, 니켈 금속을 사용하는 경우, pH 9 이상에서 NiO, Ni2O3 또는 Ni(OH)2와 같은 산화물 형태로 존재하게 된다.
이러한 전이금속 산화물에 강염기 조건에서 과산화물과 같은 강한 산화제를 투입하는 경우, 과산화물에 의하여 전이금속 원자의 산화수가 +1 또는 +2 더 증가하게 된다. 가령, 니켈의 경우, 상기 산화물에서 산화가는 +2이지만, 과산화물을 처리하는 경우 산화수가 +3 또는 +4가 되어 더욱 불안정하고 강력한 산화제가 된다. 오폐수 내에 이와 같은 강력한 전이금속 산화제를 형성시킴으로써 산화-환원 반응에 의하여 질소(N) 또는 인(P)을 포함하는 폐수의 빠른 처리가 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 방법에 의하여 질소(N) 및 인(P) 중 적어도 하나를 포함하는 유기물을 고농도로 포함하는 오폐수 뿐만 아니라 고염분을 포함하는 폐수 또한 고효율 및 고속으로 처리할 수 있어 오폐수 처리의 경제성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 있어서는, 상기 전이금속 염은 니켈 염일 수 있다.
만일, 상기 pH 조건이 pH 9 미만인 경우, 과산화물과 반응하는 전이금속의 산화물이 형성되기 어려우며, 따라서, 전이금속의 산화수를 변화시키기 어려워지므로 본 발명에 따른 처리 방법의 효과를 달성하기 어려워질 수 있다.
바람직하게는, 상기 1) 단계에서 폐수의 pH는 12 이상의 강염기 조건으로 하여 오폐수 처리를 수행하는 것일 수 있다. 만일 pH가 12 미만인 경우, 투입된 전이금속의 염이 산화물로 제대로 전환되지 아니하여 이후 과산화물과의 반응이 충분히 일어나지 못하므로 전이금속의 염을 유용한 산화제로 활용하기 어려운 문제가 있다. 또한, 이 문제점으로 인하여 오폐수가 충분히 빠른 속도로 처리될 수 없으므로 본 발명의 목적을 달성하기 어려운 문제점이 있다.
상기 전이금속의 염은 산화물(oxide), 클로라이드(chlorides), 셀렌화물(selenides), 포스파이드(phosphides), 카바이드(carbides), 나이트라이드(nitrides), 설파이드(sulfides) 및 설페이트(sulfate) 중 선택된 하나 이상일 수 있다. 그러나, 반드시 나열된 종류의 염으로 한정되는 것은 아니며, 제거되기 용이하며 안정적으로 전이금속의 염을 제공할 수 있는 형태라면 다른 종류의 염도 채택 가능하다.
바람직하게는, 상기 전이금속의 염은 금속 설페이트일 수 있다. 또한, 바람직하게는 상기 금속 설페이트는 황산 니켈(nickel sulfate)일 수 있다.
상기 2) 단계의 과산화물은 전이금속의 염에 대하여 강력한 산화제로 작용하여, 전이금속 산화물을 불안정한 산화제로 작용할 수 있도록 한다.
본 발명의 바람직한 일실시예 있어서, 상기 2) 단계의 과산화물은 오존(O3), 과산화산(peracid, RCOO-OH) 및 유기 과산화물(organic peroxide, RO-OR), 과산화수소(hydrogen peroxide, HO-OH) 및 퍼설페이트(persulfate) 중에서 선택된 하나 이상일 수 있다. 상기 과산화물의 화학식에서 R은 각각 독립적으로 탄소 개수 1 내지 10의 직쇄형(linear) 또는 분지쇄형(branched)의 알킬기를 의미한다.
여기서, 퍼설페이트란 유기 과산화물(RO-OR)에서, 적어도 하나의 R 위치가 OSO2-로 치환된 것을 의미한다. 여기서, 하나의 R이 -OSO2-로 치환된 것을 퍼옥시모노설페이트(peroxymonosulfate)라 하며, 하기 화학식 1과 같은 구조를 갖는다. 또한, 두 R이 모두 -OSO2-로 치환된 것은 퍼옥시다이설페이트(peroxydisulfate)라 하며, 하기 화학식 2와 같은 구조를 갖는다.
[화학식 1]
[화학식 2]
상기 퍼설페이트 화합물은 상기 화학식 1 또는 화학식 2에 따른 음이온을 포함하는 염 화합물의 형태로 제공된다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 있어서는 퍼옥시모노설페이트(peroxymonosulfate) 화합물 및 퍼옥시다이설페이트(peroxydisulfate) 화합물 중 적어도 하나의 퍼설페이트(persulfate) 화합물일 수 있다. 퍼설페이트 화합물은 강력한 산화제(oxidizer)로 작용하여 라디칼을 생성하고, 전이금속 산화물의 전이금속 산화수를 상승시켜, 불안정한 산화제로 변화시킬 수 있다.
좀 더 바람직한 일실시예에 있어서는, 상기 퍼설페이트 화합물은 퍼옥시다이설페이트 화합물일 수 있다. 퍼옥시다이설페이트 화합물의 O-O 결합 엔탈피(enthalpy)가 표준 상태에서 과산화물 가운데 가장 낮은 축에 속하기 때문에(약 90 kJ/mol) 우수한 산화제로 작용할 수 있다.
상기 1) 단계의 염기는 pKa 3.0 ~ pKa 20.0의 값을 갖는 염기를 사용하는 것을 특징으로 하는 질소(N) 및 인(P) 중 적어도 하나를 포함하는 폐수의 처리 방법. 염기의 pKa가 3.0 미만인 경우 pH 조건을 맞추기 위하여 과도한 염기가 투임되어야 하므로 오히려 시간과 비용이 많이 들어가게 되며, 이후 염기의 상대 이온을 제거하는 데 추가적인 공정이 소요되는 단점이 있다. 반대로 pKa가 20.0을 초과하는 강염기의 경우, 그 보관 및 대량의 운반이 용이하지 않는 등 실용적으로 사용하기 적합하지 않으므로 위와 같은 범위 내에서 pKa 값을 갖는 염기를 사용하는 것이 실용적이다. 이러한 염기의 종류로는 금속 수산화물, 예컨대 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼륨(KOH) 등이 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 상기 1) 단계에서는 상기 전이금속 염은 폐수 내에 0.05 M ~ 3.0 M의 농도로 투입하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 상기 전이금속 염은 폐수 내에 0.1 M ~ 1.0 M의 농도로 투입하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 상기 전이금속 염은 폐수 내에 0.2 M ~ 0.7 M의 농도로 투입하는 것이 바람직하다.
만일, 상기 전이금속 염이 투입된 함량이 0.05 M 미만인 경우, 질소(N) 또는 인(P)과 같은 원소를 포함하는 유기물과의 충분한 산화-환원 반응이 이루어지지 못하므로, 오폐수의 처리 속도가 저하되므로, 본 발명의 목적을 달성하기 어려울 수 있다. 또한, 전이금속 염의 투입된 함량이 3 M를 초과하는 경우, 속도 및 효율의 개선이 더 이상 뚜렷하지 않아 비경제적이며, 이후 반응 생성물을 제거하는 문제 또한 어려워지므로 부작용이 있어 3 M 이하의 함량으로 첨가하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 상기 2) 단계에서는 상기 과산화물을 폐수 내에 0.1 M ~ 3.0 M의 농도로 투입할 수 있다. 만일 과산화물의 함량이 0.1 M 미만인 경우, 전이금속 염의 전이금속 이온과 충분히 산화-환원 반응을 수행하지 못하므로 오폐수 처리를 위한 전이금속 산화제가 공급되지 못하므로 폐수 처리 속도가 충분하지 않을 수 있다. 반대로, 과산화물의 함량이 3 M를 초과하면 부반응이 일어나게 되어 전이금속 염의 수처리 효과를 보기 어려워질 수 있고, 경제성이 저하되므로 위의 함량 범위로 첨가량을 조절함이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 상기 과산화물은 0.3 M ~ 2.5 M의 농도로 투입할 수 있다. 더욱 바람직하게는 상기 과산화물은 0.7 M ~ 2.2 M의 농도로 투입할 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 상기 1) 단계의 전이금속 염과 2) 단계의 과산화물의 투입 몰비는 4.5:1 ~ 1:3로 조절할 수 있다. 몰비가 4.5:1 미만인 경우, 즉 과산화물 몰비가 지나치게 높은 경우, 과도한 부반응이 일어나게 되어, 수처리 효과가 저하될 수 있다. 반대로 몰비가 1:3을 초과하는 경우, 즉 전이금속 염의 몰비가 지나치게 높은 경우, 전이금속 이온의 산화수가 충분히 변화하지 못하므로, 수처리 효과가 떨어지게 될 수 있다. 어느 경우에나 본 발명의 목적을 달성하기에는 나쁜 효과를 보이므로 적합하지 않다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면 고염분의 폐수에 대하여서도 우수한
이하에서는, 구체적인 실시예를 들어, 본 발명의 구성을 도입함에 따른 상세한 효과를 설명하기로 한다. 본 명세서에 개시한 이하의 실시예들은 본 발명을 적용할 수 있는 바람직한 태양을 예시적으로 드는 것에 불과하며, 본 발명의 권리범위가 실시예들에 의하여 제한되는 것은 아니다. 통상의 기술자들은 본 발명의 기술적 사상을 변경하지 않는 범위 내에서 구체적인 실시 태양은 일부 구성을 변경, 부가 및 삭제함으로써 실시할 수 있고 이러한 실시 태양들 또한 본 발명의 기술적 사상을 변경하지 않는 범위 내에서 모두 본 발명의 범위 내에 속하는 것이다.
실시예 1: 니켈금속 및 퍼설페이트 처리에 의한 폐수 처리 방법
pH 9.7, 염분 5.6%, 총 유기탄소량(TOC, Total Organic Carbon) 3,882 mg/L, 암모니아(NH3) 2,410 mg/L, 질산성 질소 0 mg/L인 폐수를 처리하기 위해 전이금속 염으로서 황산니켈(NiSO4), 염기 조건을 맞추기 위하여 강염기로서 NaOH, 강한 산화제로서 퍼설페이트(소듐 퍼옥시다이설페이트, SDS)를 각각 투입하여 폐수 처리를 수행하였다.
먼저 상기 폐수에 NaOH의 농도를 2.5 M로 투입하여 폐수의 pH를 12로 조절하였다. 여기서 황산 니켈을 0.4 M의 농도로 투입하여 균일하게 교반한 후, SDS를 2 M이 되도록 주입하였다. 이어서 처리 반응이 진행된 후 1시간이 지나고 나서 TOC 및 암모니아의 농도를 측정하고, 그에 따른 처리 효율을 계산하여 하기 표 1에 나타내었다. 처리 효율은 최초의 TOC 및 암모니아 농도를 100으로 하였을 때, 1시간 후 처리된 TOC 및 암모니아 농도(감소량)의 백분율을 계산한 값으로 하였다.
실시예 2: 니켈금속 및 퍼설페이트 처리에 의한 폐수 처리 방법
실시예 1과 동일하게 실시하되, 황산 니켈의 농도는 0.2 M로 달리 한 것만 상이하게 처리하였다. 처리 반응 시작 후 1시간이 지난 다음 실시예 1과 동일하게 TOC 및 암모니아 농도와 처리 효율을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.
실시예 3: 니켈금속 및 퍼설페이트 처리에 의한 폐수 처리 방법
실시예 1과 동일하게 실시하되, 황산 니켈의 농도를 0.1 M으로 달리한 것만 상이하게 하여 폐수를 처리하였다. 처리 반응 시작 후 1시간이 지난 다음 실시예 1과 동일하게 TOC 및 암모니아 농도와 처리 효율을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.
실시예 4: 니켈금속 및 퍼설페이트 처리에 의한 폐수 처리 방법
실시예 1과 동일하게 실시하되, 황산 니켈의 농도를 2.0 M으로 달리한 것만 상이하게 하여 폐수를 처리하였다. 처리 반응 시작 후 1시간이 지난 다음 실시예 1과 동일하게 TOC 및 암모니아 농도와 처리 효율을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.
실시예 5: 니켈금속 및 퍼설페이트 처리에 의한 폐수 처리 방법
실시예 1과 동일하게 실시하되, 황산 니켈의 농도를 4.0 M으로 달리한 것만 상이하게 하여 폐수를 처리하였다. 처리 반응 시작 후 1시간이 지난 다음 실시예 1과 동일하게 TOC 및 암모니아 농도와 처리 효율을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.
실시예 6: 니켈금속 및 퍼설페이트 처리에 의한 폐수 처리 방법
실시예 1과 동일하게 실시하되, 황산 니켈의 농도를 0.01 M으로 달리한 것만 상이하게 하여 폐수를 처리하였다. 처리 반응 시작 후 1시간이 지난 다음 실시예 1과 동일하게 TOC 및 암모니아 농도와 처리 효율을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.
실시예 7: 니켈금속 및 퍼설페이트 처리에 의한 폐수 처리 방법
실시예 1과 동일하게 실시하되, 퍼설페이트 화합물을 5 M의 농도로 투입하여 처리한 것을 다르게 하여 수처리를 진행하였다. 처리 반응 시작 후 1시간이 지난 다음 실시예 1과 동일하게 TOC 및 암모니아 농도와 처리 효율을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.
실시예 8: 니켈금속 및 퍼설페이트 처리에 의한 폐수 처리 방법
실시예 1과 동일하게 실시하되, 퍼설페이트 화합물을 0.05 M의 농도로 투입하여 처리한 것을 다르게 하여 수처리를 진행하였다. 처리 반응 시작 후 1시간이 지난 다음 실시예 1과 동일하게 TOC 및 암모니아 농도와 처리 효율을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.
실시예 9: 니켈금속 및 퍼설페이트 처리에 의한 폐수 처리 방법
실시예 1과 동일하게 실시하되, NaOH를 투입하지 않고 폐수의 pH가 9.7인 조건에서 황산니켈 및 소듐 퍼옥시다이설페이트 화합물을 투입하여 수처리 반응을 진행하였다. 처리 반응 시작 후 1시간이 지난 다음 실시예 1과 동일하게 TOC 및 암모니아 농도와 처리 효율을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.
비교예 1: 니켈금속 및 퍼설페이트 처리 조건을 달리 한 폐수 처리 방법
실시예 1과 동일하게 실시하되, 황산니켈을 전혀 첨가하지 않고 수처리를 진행하였다. 처리 반응 시작 후 1시간이 지난 다음 실시예 1과 동일하게 TOC 및 암모니아 농도와 처리 효율을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.
비교예 2, 3: 종래 미생물 처리법에 의한 폐수 처리 방법
실시예 1과 동일한 폐수에 대하여 종래의 미생물 처리 공정을 이용하여 수처리를 수행하였다. 미생물 농도로는 MLSS 8,020 mg/L, DO 3.2 mg/L, HRT 20일로 운전하였으며, 운전 1시간 후의 샘플에 대하여 실시예와 같이 TOC 및 암모니아 농도, 처리 효율을 측정하여 하기 표 1에 나타내었으며(비교예 2),
또한 운전 20일 후인 480시간 동안의 처리 결과에 대하여서도 동일한 수치를 측정 및 계산하여 표 1에 함께 나타내었다(비교예 3).
| TOC (mg/L) |
NH3 농도 (mg/L) |
TOC 처리효율 (%) |
NH3 처리효율 (%) |
|
| 처리전 폐수 | 3,882 | 2,410 | - | - |
| 실시예 1 | 1,012 | 710 | 73.9 | 70.5 |
| 실시예 2 | 2,424 | 1,132 | 37.6 | 53.0 |
| 실시예 3 | 2,575 | 1,440 | 33.7 | 40.2 |
| 실시예 4 | 2,892 | 1,628 | 25.5 | 32.4 |
| 실시예 5 | 3,443 | 2,019 | 11.3 | 16.2 |
| 실시예 6 | 3,676 | 2,314 | 5.3 | 4.0 |
| 실시예 7 | 3,771 | 2,380 | 2.9 | 1.2 |
| 실시예 8 | 2,739 | 1,604 | 29.4 | 33.4 |
| 실시예 9 | 2,601 | 1,788 | 33.0 | 25.8 |
| 비교예 1 | 3,790 | 2,351 | 2.4 | 2.4 |
| 비교예 2 | 3,810 | 2,400 | 1.9 | 0.4 |
| 비교예 3 | 1,020 | 1,230 | 73.7 | 49.0 |
상기 표 1을 참고하면, 황산니켈의 함량이 0.4 M인 실시예 1에서 가장 높은 처리 효율을 보이는 것을 알 수 있으며, 황산니켈의 함량이 그 이상이 되면, 특히 3.0 M를 초과하는 실시예 5, 또한 황산니켈의 함량이 낮은 실시예 6 및 비교예 1(황산니켈 불포함)은 TOC 및 NH3의 처리 효율이 모두 매우 낮은 것을 확인할 수 있다.
퍼설페이트의 함량에 따라서도 효과의 차이를 확인할 수 있는데, 실시예 7 및 실시예 8에 따르면 퍼설페이트의 함량이 과도하거나 적은 경우 수처리 효율이 급감하는 것을 확인할 수 있었다. 또, 황산니켈과 퍼설페이트를 모두 사용하는 상승 효과는 pH 12 이상일 때 극대화되어 NaOH를 첨가하지 않은 실시예 9에서는 그 처리 효율이 감소한 것을 알 수 있었다.
실시예 1의 처리 방법을 비교예 2 및 3과 비교했을 때, 똑같이 1시간을 처리한 경우(비교예 2), 실시예 1에서의 처리가 현저히 효과적으로 이루어졌음을 알 수 있었고, 그 효율은 480시간 동안 운전한 후의 결과인 비교예 3과 유사한 수준이어서 본 발명에 따른 수처리 방법은 빠르게 고효율로 고염분의 질소 및/또는 인을 포함하는 오폐수를 처리할 수 있음을 확인하였다.
Claims (10)
1) 폐수(wastewater)에 염기를 투입하여 pH 9 이상으로 맞추고 전이금속의 염 촉매를 투입하는 단계; 및
2) 상기 폐수에 과산화물을 투입하여 상기 전이금속 염을 산화시키는 단계;
를 포함하는 질소(N) 및 인(P) 중 적어도 하나를 포함하는 폐수의 처리 방법.
2) 상기 폐수에 과산화물을 투입하여 상기 전이금속 염을 산화시키는 단계;
를 포함하는 질소(N) 및 인(P) 중 적어도 하나를 포함하는 폐수의 처리 방법.
제1항에 있어서,
상기 1) 단계에서의 pH 조건은 pH 12 이상으로 조절하는 것을 특징으로 하는 질소(N) 및 인(P) 중 적어도 하나를 포함하는 폐수의 처리 방법.
상기 1) 단계에서의 pH 조건은 pH 12 이상으로 조절하는 것을 특징으로 하는 질소(N) 및 인(P) 중 적어도 하나를 포함하는 폐수의 처리 방법.
제1항에 있어서,
상기 전이금속은 니켈, 구리 및 철 중에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 질소(N) 및 인(P) 중 적어도 하나를 포함하는 폐수의 처리 방법.
상기 전이금속은 니켈, 구리 및 철 중에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 질소(N) 및 인(P) 중 적어도 하나를 포함하는 폐수의 처리 방법.
제1항에 있어서,
상기 전이금속의 염은 산화물(oxide), 클로라이드(chlorides), 셀렌화물(selenides), 포스파이드(phosphides), 카바이드(carbides), 나이트라이드(nitrides), 설파이드(sulfides) 및 설페이트(sulfate) 중 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 질소(N) 및 인(P) 중 적어도 하나를 포함하는 폐수의 처리 방법.
상기 전이금속의 염은 산화물(oxide), 클로라이드(chlorides), 셀렌화물(selenides), 포스파이드(phosphides), 카바이드(carbides), 나이트라이드(nitrides), 설파이드(sulfides) 및 설페이트(sulfate) 중 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 질소(N) 및 인(P) 중 적어도 하나를 포함하는 폐수의 처리 방법.
제1항에 있어서,
상기 과산화물은 퍼옥시모노설페이트(peroxymonosulfate) 화합물 및 퍼옥시다이설페이트(peroxydisulfate) 화합물 중 적어도 하나의 퍼설페이트(persulfate) 화합물인 것을 특징으로 하는 질소(N) 및 인(P) 중 적어도 하나를 포함하는 폐수의 처리 방법.
상기 과산화물은 퍼옥시모노설페이트(peroxymonosulfate) 화합물 및 퍼옥시다이설페이트(peroxydisulfate) 화합물 중 적어도 하나의 퍼설페이트(persulfate) 화합물인 것을 특징으로 하는 질소(N) 및 인(P) 중 적어도 하나를 포함하는 폐수의 처리 방법.
제5항에 있어서,
상기 퍼설페이트 화합물은 퍼옥시다이설페이트 화합물인 것을 특징으로 하는 질소(N) 및 인(P) 중 적어도 하나를 포함하는 폐수의 처리 방법.
상기 퍼설페이트 화합물은 퍼옥시다이설페이트 화합물인 것을 특징으로 하는 질소(N) 및 인(P) 중 적어도 하나를 포함하는 폐수의 처리 방법.
제1항에 있어서,
상기 1) 단계의 염기는 pKa 3.0 ~ pKa 20.0의 값을 갖는 염기를 사용하는 것을 특징으로 하는 질소(N) 및 인(P) 중 적어도 하나를 포함하는 폐수의 처리 방법.
상기 1) 단계의 염기는 pKa 3.0 ~ pKa 20.0의 값을 갖는 염기를 사용하는 것을 특징으로 하는 질소(N) 및 인(P) 중 적어도 하나를 포함하는 폐수의 처리 방법.
제1항에 있어서,
1) 단계에서는 상기 전이금속 염을 폐수 내에 0.05 M ~ 3.0 M의 농도로 투입하는 것을 특징으로 하는 질소(N) 및 인(P) 중 적어도 하나를 포함하는 폐수의 처리 방법.
1) 단계에서는 상기 전이금속 염을 폐수 내에 0.05 M ~ 3.0 M의 농도로 투입하는 것을 특징으로 하는 질소(N) 및 인(P) 중 적어도 하나를 포함하는 폐수의 처리 방법.
제1항에 있어서,
2) 단계에서는 상기 과산화물을 폐수 내에 0.1 M ~ 3.0 M의 농도로 투입하는 것을 특징으로 하는 질소(N) 및 인(P) 중 적어도 하나를 포함하는 폐수의 처리 방법.
2) 단계에서는 상기 과산화물을 폐수 내에 0.1 M ~ 3.0 M의 농도로 투입하는 것을 특징으로 하는 질소(N) 및 인(P) 중 적어도 하나를 포함하는 폐수의 처리 방법.
제1항에 있어서,
상기 1) 단계의 전이금속 염과 2) 단계의 과산화물의 투입 몰비는 4.5:1 ~ 1:3로 조절하는 것을 특징으로 하는 질소(N) 및 인(P) 중 적어도 하나를 포함하는 폐수의 처리 방법.
상기 1) 단계의 전이금속 염과 2) 단계의 과산화물의 투입 몰비는 4.5:1 ~ 1:3로 조절하는 것을 특징으로 하는 질소(N) 및 인(P) 중 적어도 하나를 포함하는 폐수의 처리 방법.
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|---|---|---|---|
| KR1020220113305A KR20240034389A (ko) | 2022-09-07 | 2022-09-07 | 고농도 염분이 포함된 오폐수의 신속한 고효율 처리 방법 |
| PCT/KR2023/009887 WO2024014845A1 (ko) | 2022-07-13 | 2023-07-11 | 전이금속 산화물을 이용한 폐수 처리 방법 |
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|---|---|---|---|---|
| JP2022063837A (ja) | 2020-10-12 | 2022-04-22 | 台灣中油股▲ふん▼有限公司 | 同時に、高濃度のアンモニア態窒素と、有機構成物を含む廃水の処理方法 |
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- 2022-09-07 KR KR1020220113305A patent/KR20240034389A/ko unknown
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2022063837A (ja) | 2020-10-12 | 2022-04-22 | 台灣中油股▲ふん▼有限公司 | 同時に、高濃度のアンモニア態窒素と、有機構成物を含む廃水の処理方法 |
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