KR960002264B1 - 도토리 전분폐수를 이용한 폐수처리제 및 그것의 제조방법 - Google Patents

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Description

도토리 전분폐수를 이용한 폐수처리제및 그것의 제조방법

본 발명은 도토리전분 제조공정 중에 발생되는 폐수를 이용한, 염색 및 피혁폐수 또는 가죽염색폐수등을 처리할 수 있는 폐수처리응집제및 그것을 제조하는 방법에 관한 것이다. 더욱 자세하게는 도토리전분 제조공정중에 발생되는, 탄닌산을 함유하는 폐수에 종래 이용되는 무기응집제를 첨가함으로써 식물성 성분을 함유한 폐수처리 응집제및 그것을 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 폐수처리제는 염색폐수, 가죽폐수 등 난분해성 폐수를 용이하게 응집 침강시켜 불용성 침전물을 형성하여 폐수를 정화시키는 동시에 염색폐수 중의 색소도 응집제거할 수 있다.

일반적인 종래의 폐수처리제는 무기응집제와 고분자응집제로 구분할 수 있으며 화학반응을 통하여 제조하고 있다. 고분자 응집제는 단독으로는 COD 또는 BOD를 낮추지 못하나 무기응집제의 사용에 의해 발생된 콜로이드상태 부유물질을 선택적으로 결합시켜 거대한 플럭(fluc)을 형성시켜 응집 침강을 돕는다. 고분자 응집제는 음이온계, 양이온계, 비이온계로 구분되는데 폐수의 종류에 따라 선택적으로 사용된다. 종래의 무기응집제로는 명반(Al₂(SO₄)₃), 석회, 황산철(II), 황산철(Ⅲ) 등이 있으며, 이들을 첨가하면 폐수중의 현탁고형물의 물리적 성태가 바뀌어 침강 제거하기 쉽게 되나, 색소를 제거할 수는 없었다.

무기응집제의 경우, 일반적인 원리는 폐수의 pH를 염기성으로 한 후 무기응집제를 첨가하여, 응집제성분 중의 금속원소인 Al³⁺, Fe³⁺, Fe²⁺등과 폐수중 OH^-이온이 결합되어 침전될 때 주위의 부유물질과 함께 응집되어 침전됨으로써 폐수를 정화하는 것으로, COD, BOD가 약 45-55% 정도 감소된다. 그러나 이들 무기응집제는 응집 pH 범위가 협소하고 처리후 슬러지가 많이 남으며 명반의 경우 경금속염으로 침강속도가 느려 폐수처리 시간이 오래 걸리고, 염화철(Ⅲ)는 강알칼리성 폐수에 적당하며 침강속도가 양호하나 부식성이 있고 미생물에 독성이 있으며 고가라는 단점이 있다. 황산철(Ⅲ) 역시 부식성이 있고 자기 산화성이라는 단점이 있다. 또한 무엇보다도 기존 무기응집제를 단독으로 사용하는 경우 처리후 색소 제거효과가 없으므로 별도로 탈색제를 사용하여 폐수중의 잔존 색소를 제거하여야 한다. 따라서 폐수의 정화를 위해서는 응집침전 공정외에 색소처리를 위해 공정이 1단계 더 요구되며 탈색제가격이 무기응집제의 10-20배라는 점을 고려할 때, 폐수중의 부유물질을 응집침강시키는 동시에 색소를 제거할 수 있는 폐수처리제의 개발이 요망된다.

본 발명은 위와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 탄닌산 및 탄수화물, 식물성 지방, 단백질 등의 천연 고분자 물질을 함유하고 있는 도토리전분 폐수에 명반, 염화철(Ⅱ) 또는 (Ⅲ) 등의 무기응집제를 첨가하여 제조되는 우수한 폐수처리제를 제공한다.

본 발명의 폐수처리제는 도토리전분폐수중의 탄닌산, 탄수화물, 식물성 지방, 단백질 등의 천연 고분자 물질이 명반, 염화철(Ⅱ), (Ⅲ) 등의 무기응집제와 보완작용을 해서 폐수 중 부유물질이 플럭형성 및 응집침전을 쉽게 일어나도록 하고, 특히 도토리전분폐수중의 탄닌산 성분에 의해 염색폐수 중의 색소를 응집제거할 수 있다. 즉, 도토리전분폐수 중의 탄닌산 단백질, 식물성 지방, 탄수화물 등이 킬레이트 시약 역할을 하여, 첨가되는 무기응집제의 양이온 성분인 Fe²⁺와 폐수중의 화학성분과의 킬레이트 착물을 형성시켜 색소를 제거할 수 있다.

또한 본 발명의 폐수처리제는 COD 및 BOD 감소율, 폐수 중 부유물(SS) 제거율이 기존의 폐수처리제에 비해 높으며, 폐수처리제성분에 다량의 식물성 물질이 포함되어 있으므로 활성 오니에 좋은 영향을 미치며 2차 공해를 일으키지 않는다. 또한 폐수처리 후 남는 슬러지의 양이 기존 폐수처리제사용시보다 적으며 폐수처리공정이 줄어들어 폐수처리제비용 및 전체 폐수처리 비용이 줄어든다는 장점이 있다.

본 발명의 폐수처리제는 염색폐수, 피혁폐수, 식품폐수 또는 도금폐수 등 모든 산업폐수의 처리에 이용될 수 있다. 특히 도토리전분폐수 중의 탄닌산 등이 킬레이트 시약 역활을 하여 도금폐수 중의 중금속 양이온과 킬레이트 착물을 형성하여 응집처리되므로 도금폐수의 처리에도 유용하다. 도금폐수는 pH가 약 1이고 Cr⁶⁺, Zn, Cu, Ni, Pb, Cd, CN 등이 포함된 폐수이다.

도토리전분폐수 중의 탄닌산에 의한 색소제거 효과를 얻기 위해, 도토리전분폐수 대신 시판되는 탄닌산을 1-2중량% 농도로 무기응집제와 혼합하여 폐수처리제로 사용한 결과, 본 발명의 폐수처리제와 비슷한 효과를 얻을 수 있었으나, 이와 같은 효과를 나타내기 위한 배합비율로 탄닌산을 사용하는 경우 폐수처리제의 가격이 상당히 비싸진다. 또한 시간이 지남에 따라 제조된 폐수처리제가 침전되므로 사용시 다시 교반해주어야 하므로 대량으로 사용할 때에는 문제가 된다.

본 발명의 폐수처리제의 주원료인 도토리전분폐수는 도토리전분 제조공정중 폐수로 발생된다. 이 공정에서 도토리전분의 수율은 약 40중량%이며, 나머지 성분들은 폐수 중에 용해되거나(식물성 지방, 단백질, 탄닌산 등), 찌꺼기로 남는다. 도토리전분 제조시 일반적으로 건조 도토리 1톤 가공시 폐수가 20톤 발생하며 이때 발생되는 폐수는 생물학적 산소요구량(BOD)가 환경기준치인 100보다 150배 가량 높은 약 15,000으로 매우 높을 뿐 아니라, 특히 탄닌은 난분해성이다. 따라서 폐수처리장의 규모가 커야 할 뿐만 아니라 처리비용도 200-400만원/건조 도토리 1톤으로 매우 비싸 페수처리에 어려움이 있다.

도토리전분을 이용한 식품이 건강식으로 주목되면서 수요도 급격히 증가하고 있으나 이로 인해 증가하고 있는 도토리전분폐수는 위와 같은 문제점으로 인해 상당량이 실질적으로 처리되지 않은 채 버려지고 있는 실정이다. 따라서, 본 발명은, 이와 같이 처리에 어려움이 있는 도토리전분폐수를 기타 다른 폐수의 처리를 위해 사용함으로써, 본 발명에 의한 폐수처리제는 앞에서 밝힌 폐수처리제로써의 우수성 외에도 도토리전분폐수 자체를 처리할 수 있다는 또다른 장점이 있다.

본 발명은 또한 도토리전분폐수를 이용한 폐수처리제의 제조방법에 관한 것이다.

도토리전분폐수는 2종류로 구분할 수 있는데, 그 하나는 원료 도토리를 생수에 담가 1-3일 동안 침출하는 공정에서 나오는 탄닌산이 다량(이하 "침출폐수"로 칭한다.)이고, 또 다른 하나는 물에 불린 도토리를 분쇄한 후 원심분리기로 탈수하는 공정에서 발생되는 탄수화물, 단백질, 탄닌산 등이 포함된 폐수(이하 "탈수폐수"로 칭한다)이다.

본 발명은 상기 2종류의 도토리전분폐수인 침출폐수와 탈수폐수를 각각 구분하여 채취한 후 이들의 혼합비율을 변화시키면서 혼합하고 여기에 기존 무기응집제를 일정량 첨가하여 폐수정화 실험을 수행한 결과, 본 발명에 따른 폐수처리제가 효과를 나타냄을 알게 되었다.

침출폐수 및 탈수폐수의 성분은 원료 도토리의 종류, 도토리와 물의 비율, 침지시간 등에 따라 달라질 수 있으나, 일반적인 도토리전분 제조공정에 따르면, 침출폐수는 도토리 1톤을 물 2톤에 넣어 3일 동안 침지한 후 발생되며, 구성성분의 대부분은 탄닌산으로 약 2-2.5%가 포함되어 있다. 탈수폐수는 이 도토리를 분쇄하여 여과장치에 넣고 물을 통과시켜 전분을 분리한 후, 탈수기에서 전분과 물을 분리시킬 때 발생되는 폐수로, 도토리 1톤당 18톤의 폐수가 배출되며, 그 성분은 탄수화물 0.8-1%, 식물성 지방 : 0.8-1%, 단백질 0.2-0.3%, 탄닌산 0.05-0.07% 정도이다.

본 발명의 폐수처리제는 침출폐수 1-10중량%, 탈수폐수 40-70중량%, 무기응집제를 반응기에 넣고, 약 10-40℃에서 약 1-2시간 교반하여 제조할 수 있다. 반응온도가 40℃ 이상이 되면 탄닌산의 분해가 시작되므로 좋지 않다. 반응시간은 반응온도에 따라 달라질 수 있다. 상기 무기응집제로 명반 약 2-10중량%, 염화철(Ⅱ) 또는 산화철(Ⅱ) 약 10-22중량%, 염화철(Ⅱ) 약12-25중량% 등을 사용할 수 있다. 사용되는 무기응집제의 종류에 따라 폐수제거제의 특성이 달라질 수 있다. 명반을 사용하는 경우 슬러지가 가벼워 가압부상법을 이용하는 폐수처리장에서 적당하며, 염화철(Ⅱ)을 사용하는 경우, 슬러지가 물보다 무거워 침전법을 이용하는 폐수처리장에서 적당하며, 특히 중금속을 함유하는 화학폐수처리에 유용하다.

황산철(Ⅱ)을 사용하는 경우에도 비슷한 효과를 얻을 수 있었으며, 특히 도금폐수에 좋은 효과를 나타낸다. 도금폐수에는 여러 종류의 중금속이 존재하므로 폐수처리에 특히 어려움이 있다. 기존의 폐수처리제를 사용하는 경우, 도금폐수중의 모든 중금속을 동시에 제거할 수는 없기 때문에 여러단계를 거치는 복잡한 공정에 의해 폐수를 제거하여야 하므로 폐수처리에 시간이 많이 소요된다. 즉, 기존의 폐수처리제를 사용하는 경우, 먼저 도금폐수 중의 CN을 차아염소산으로 2회에 걸쳐 산화시키고, 이와는 별도의 공정에서 중탄산나트륨을 이용하여 Cr을 제거한 후 나머지 중금속은 시판되는 중금속 제거제를 사용하여 제거한다. 그러나 이러한 공정을 거친 후에도 CN의 농도는 0.5-2.0ppm(허용 기준치 : 1ppm)으로 상당히 높아 문제가 있다. 그러나 본 발명의 폐수처리제를 사용하는 경우, 별도의 전처리 공정을 거칠 필요없이 본 발명의 폐수처리제로 처리함으로써 한 단계 공정에 의해 크롬 및 기타 중금속이 매우 만족스러울 정도로 제거되며, 완전히 제거되지 않고 존재하는 CN을 처리하기 위하여서는 본 발명의 폐수처리제로 처리한 폐수에 활성탄을 처리함으로 처리후 폐수내의 CN 농도를 허용기준치인 1.0ppm 이하로 낮출 수 있다. 염화철(Ⅲ)를 함유하는 경우에는 색소 제거기능은 약간 떨어지거나 BOD 감소율이 양호하므로 피혁폐수에 적당하다. 이하 실시예를 통해 본 발명을 설명하고자 하며, 이 실시예에 의해 본 발명의 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.

[실시예 1]

명반을 함유하는 폐수처리제제조

침출폐수 1.5%와 탈수폐수 60%를 반응기에 넣어 내부온도를 35℃로 유지시킨 후 명반 7%를 넣고 물로 100%를 채운 후 1시간 20분 동안 교반하여 폐수처리제를 제조하였다.

염색폐수에 황산을 소량 첨가하여 pH 7.5로 조절하였다. 여기에 폐수처리제600ppm과 음이온계 고분자응집제2ppm를 첨가하여 침강실험을 한 결과를 표 1에 나타내었다.

[표 1]

염색폐수의 처리결과

[실시예 2]

염화철(Ⅱ)을 함유하는 폐수처리제제조

침출폐수 5%, 탈수폐수 40%를 반응기에 넣고 내부온도를 35℃로 유지시킨 후 염화철(Ⅱ)을 약 20% 첨가한 후 물로 100%를 채워 1시간 교반하여 폐수처리제를 얻었다.

가죽염색폐수에 이 폐수처리제500ppm과 음이온 고분자 응집제3ppm을 첨가하여 침강실험을 한 결과를 표 2에 나타내었다.

[실시예 3]

염화철(Ⅲ)을 함유하는 폐수처리제제조

침출폐수 5%, 탈수폐수 40%를 반응기에 넣고 내부온도를 35℃로 유지시킨 후 염화철(Ⅲ)을 약 15% 첨가하고 물로 100%를 채워 1시간 교반하여 폐수처리제를 얻었다.

실시예 2와 같은 방법으로 침강실험한 결과를 표 2에 나타내었다.

[표 2]

가죽염색폐수의 처리결과

[실시예 4]

중금속제거용 폐수처리제

침출폐수 2%, 탈수폐수 50%, 염화철(Ⅱ) 20%, 물 28%를 사용하여, 실시예 2의 방법에 따라 폐수처리제를 제조하였다.

도금폐수에 제조한 폐수처리액 9,000ppm을 넣고 교반한 후 소석회와 가성소오다를 넣어 pH 9로 조절하여 플러크를 형성시켰다. 여기에 음이온 고분자 응집제4ppm을 넣고 침전시켰다. 상등수를 취하여 수질오염공정시험법에 의하여 중금속 제거효과를 분석하였으며, 그 결과를 표 4에 나타내었다.

[표 4]

도금폐수의 처리결과

[실시예 5]

염화철(Ⅱ)을 함유하는 폐수처리제

나염감량폐수에 황산을 가하여 pH를 9로 조절한 후 실시예 4에서 제조한 폐수처리제3000ppm을 첨가하였다. 가성소오다를 첨가하여 pH를 7.5로 하여 플러크를 형성시킨 후 고분제응집제2ppm을 추가하여 침전시켰다. 상등수를 취하여 분석한 결과를 표 3에 표시하였다.

[비교실시예 1]

대조구로써, 현재 공장에서 나염감량폐수(염색폐수 중 가장 악성인 염색폐수)에 가장 효과적으로 사용되는 무기응집제인 황산철(Ⅲ)을 사용하여 같은 방법으로 실험하였으며 그 결과를 표 3에 표시하였다.

[표 3]

염색폐수의 처리결과

[비교실시예 2]

대조구로써, 도토리 침출폐수대신 탄닌산을 단독으로 첨가한 폐수처리제를 제조하였다. 탄닌산 1%, 명반 6%, 물 93%를 반응기에 넣고 35℃에서 1시간 10분 교반한 후 황산을 넣어 약 pH 1.9로 맞추었다. 처리시료로 염색폐수를 선택하고 pH를 7.5로 맞춘후 위 폐수처리제400ppm 과 음이온계 고분자 응집제를 1ppm을 첨가하여 침강실험을 한 결과를 표 5에 나타내었다.

[표 5]

염색폐수의 처리결과

Claims (6)

1. 도토리전분 제조시 배출되는 침출폐수와 탈수폐수 및 무기응집제로 이루어지는 폐수처리제.
2. 제1항에 있어서, 상기 침출폐수가 1-10중량%, 상기 탈수폐수가 40-70중량%인 것을 특징으로 하는 폐수처리제.
3. 제2항에 있어서, 상기 무기응집제가 명반, 염화철(Ⅱ) 염화철(Ⅲ) 및 황산철(Ⅱ)로 구성되는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 폐수처리제.
4. 제3항에 있어서, 상기 무기응집제의 양이 명반인 경우 2-10중량%, 염화철(Ⅱ) 또는 황산철(Ⅱ)인 경우 10-22중량%, 또는 염화철(Ⅲ)인 경우 12-25중량%인 것을 특징으로 하는 폐수처리제.
5. 제1항에 있어서, 추가로 탄닌산을 0.01-1.0% 함유하는 것을 특징으로 하는 폐수처리제.
6. 도토리전분 제조시 배출되는 침출폐수 1-10중량%, 탈수폐수 40-70%와 무기응집제를 혼합하고, 10-40℃에서 1-3시간 교반시키는 것으로 이루어지는 폐수처리제제조방법.