KR970011329B1 - 감마선·오존·중금속 병용시스템을 이용한 터트(Tert)-부틸알코올 분해법 - Google Patents
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Abstract
요약없음
Description
제1도는 여러 가지 실험조건에서의 감마선 조사시간에 따른 터트-부틸알코올의 총 유기탄소농도 감소 변화량.
제2도는 오존·방사선 및 오존 ·방사선·구리이온의 실험 조건에서 감마선 조사 시간에 따른 터트-부틸알코올의 감소 및 분해부산물의 생성 변화량.
제3도는 오존·방사선·구리이온의 실험조건에서 총 유기탄소량의 감소에 대한 구리이온 농도의 변화량.
본 발명은 오존만으로는 분해가 곤란한 물질인 터트(tert)-부틸알코올 용액에 중금속이온을 첨가하여 오존과 반응시키면서 감마선조사를 병용함으로써 분해효과를 향상시키는 것에 관한 것이다.
터트-부틸알코올은 석유와 천연가스의 주성분으로써 산업적으로 매우 중요한 물질이다.
이들은 주로 고분자물질을 합성하기 위한 원료물질로써 이용되어 왔지만 최근에는 페인트산업 등을 포함하는 용제로써도 많이 사용되어 있어 자연환경으로의 유출 가능성이 매우 높아지고 있으며 일부는 이미 유출된 경우도 있다.
이것이 자연환경으로 유출될 경우에는 터트-부틸알코올이 지니고 있는 강한 독성(쥐에 대한 50% 치사율 : 933mg/kg) 때문에 환경을 오염시키는 오염물질로 될 뿐만 아니라 매우 위험하다.
그러나 이들을 처리하기 위하여 기존의 처리방법인 생물학적 처리방법을 적용할 경우, 미생물에 대한 독성 때문에 처리능력을 상실하게되면, 기존의 물리·화학적 방법을 적용할 경우에도 다량의 이차적 오염물질의 발생으로 인하여 완전한 처리는 불가능하다.
최근에는 오존을 이용한 탄화수소 분해방법을 이용하여 이들의 문제점을 해결하려 하지만 오존의 선택적 반응성(즉, 불포화탄화수소 물질과는 쉽게 반응하지만 포화탄화수소 물질과는 반응하지 않음)때문에 이 방법 역시 완전한 해결방안으로는 될 수 없는 실정이다.
대부분의 포화탄화수소 물질이 오존과 반응시 분해되지 않는 이유는 포화탄화수소 물질의 산화에 관여하는 하이드록실 라디칼(OH-)이 반응 중 모두 자체에서 소모되고, 오존에 의한 연쇄반응을 유도하는 수퍼옥사이드 라디칼(O2-)역시 생성되지 않음으로써 연쇄반응이 중단되기 때문인 것으로 알려져 있다.
따라서 본 발명은 오존이 지니고 있는 단점을 보완함과 아울러 포화탄화수소 물질의 분해효과를 높이기 위하여 방사선의 독특한 특성과 유기산에 대한 중금속 이온의 착화합물 형성 효과를 착안하여 감마선 이용기법과 중금속 이온 첨가기법을 도입하였다.
오존이 공급되는 물에 방사선을 조사하면 물이 분해되어 OH 라디칼과, 전자(eaq-)를 발생시킨다.
이때 발생되는 OH라디칼은 유기물을 산화시키는 역할을 하며, 전자(eaq-)는 오존을 분해하여 수퍼옥사이드 라디칼(O2-)을 생성함으로써 오존만에 의한 포화탄화수소 물질의 분해반응에서 생성되지 않는 수퍼옥사이드 라디칼(O2-)을 대신 공급할 수 있어 분해반응의 진행을 지속시킬 수 있다.
또한 연쇄반응시에 생성되는 분해생성물질들은 미생물에 대한 독성이 거의 없는 유기산이 대부분으로, 생물학적으로 분해가 가능하게도 된다.
이들은 중금속이온과 반응하여 착화합물의 형성에 거쳐 산화됨으로써 최종 분해생성물인 물과 이산화탄소 가스로 전환되도록 하는 것이 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 기존의 물리·화학적 처리방식이 처리 후 다량의 슬럿지 발생으로 인한 이차공해물질의 발생이라는 문제점이 항상 내포되어 있는데 반하여, 본 발명에 의한 방법은 유기물질을 완전히 분해하여 이산화탄소와 물로 전환시킬 수 있음으로 인하여 이차 공해물질의 발생을 방지할 수 있도록 하는 것에 있다.
이하 첨부된 도면에 연계하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 오존만으로는 분해가 안되는 대표적인 것으로 알려진 터트-부틸알코올용액을 분해대상물질로 선정하였다.
방사선원은 코발트를 이용한 감마선을 이용하였으며, 방사선량율은 4.1kGy/hr 이었다.
오존은 순산소를 이용하여 발생시켰으며, 농도는 1.3w%이었다.
중금속 이온으로는 2구 구리이온을 사용하였으며, 농도는 구리이온이 터트-부틸알코올용액과 혼합된 상태에서 10-3, 10-6mol/L 이 되도록 조정하였다.
실시예
터트-부틸알코올 및 포화탄화수소물질을 분해함에 있어서, 오존에 의한 처리시 코발트에 의한 방사선을 조사시킴과 동시에 중금속이온을 첨가시켜 총 유기탄소농도, 확학적 산소요구량 및 생물학적 산소요구량을 감소시케 하되 감마선 조사조건은 실온에서 1kGy/hr 이상의 선량률로써 총 1-100kGy/hr의 흡수선량으로 하고 포화탄화수소 물질의 총 유기탄소 농도는 200mg/L이하이며, 터트-부틸알코올의 총 유깅탄소농도 역시 200mg/L이하로 하며 오존의 농도는 순산소를 이용한 오존 발생시 공급산소의 3.0w%이하로 하고 중금속이온은 2가 이상의 중금속을 말하며 구리이온을 사용할 경우 적용농도는 구리이온을 용액과 혼합하였을 때의 농도로써 10-6mol/L이하로 하여 실시하는 것이다.
상기 실시예로된 본 발명의 효과로서 실험방법은 일정농도를 갖는 터트-부틸알코올용액과 구리이온을 반응용기에 넣은후 오존을 반응기에 하부에 설치된 산기관을 통하여 공급하면서 동시에 방사선을 정해진 시간동안 조사하는 것이다.
제1도는 총 유기탄소농도(TOC) 126mg/L인 터트-부틸알코올용액을 오존 단독, 방사선·오존을 병행 그리고 방사선·오존·중금속이온의 실험조건하에서 반응시간에 따른 총 유기탄소농도의 감소양상을 나타낸 결과이다.
오존만으로 반응시켰을 경우 총 유기탄소농도는 거의 감소되지 않았다.
그러나 방사선과 오존을 병용시켜 반응하였을 경우에는 반응시간 1시간 경과후에 총 유기탄소농도가 93mg/L 26%로 감소되었으며, 방사선·오존·중금속이온에 의한 경우에는 1시간 반응시간 경과 후 총 유기탄소농도 80mg/L 37% 감소되어 중금속이온의 첨가로 인하여 총 유기탄소농도를 11% 더 낮출 수 있음을 보여주었으며 반응시간을 연장할 경우 나머지 총 유기탄소도 모두 분해될 수 있음을 보여주었다.
제2도는 방사선·오존과 방사선·오존·중금속이온의 실험조건에서 반응시간에 따른 분해생성물의 생성양상을 보여주는 결과이다.
그러나 중금속이온을 첨가하였을 경우 분해생성물의 종류는 같지만 유기산의 농도는 유기산과 중금속이온과의 착화합물 형성을 통한 최종생성물로의 분해에 의하여 크게 낮아졌음을 알수 있다.
따라서 본 반응에서 생성된 개미산을 포함한 모든 유기산은 방사선에 의하여 발생되는 OH라디칼 및 착화합물에 의하여 쉽게 분해될수 있어 방사선과 오존을 병용한 시럼에 중금속을 첨가할 경우 총 유기탄소농도가 쉽게 감소될 수 있음을 뒷받침할 뿐만 아니라, 오존만으로는 전혀 분해가 이루어지지 않는 터트-부틸알코올도 방사선의 도움에 의하여 충분히 분해될 수 있고 또 금속이온을 첨가하여 더 많은 유기산을 분해시켜 총 유기탄소농도를 낮출수 있음을 알수 있다.
이들은 생물학적으로도 쉽게 분해될 수 있어 생물학적 처리를 병용할 수도 있다.
표 1은 오존, 방사선· 오존 그리고 방사선·오존·중금속이온의 실험시스템 하에서 반응시간 1시간 경과 후의 여러 가지 분해생성물의 농도를 나타낸 결과이다.
오존만을 반응시킨 경우 분해방응은 거의 진행되지 않아 부산물이 생성되지 않았음을 알 수 있다.
그러나 방사선과 병용처리 했을때는 많은 양의 분해생성물이 생성되었으며, 여기에 중금속이온을 첨가했을 경우에는 분해생성물의 농도가 감소됨을 보여주었는데 이것은 유기산이 중금속에 의하여 분해되었기 때문이다.
제3도는 방사선·오존의 실험시스템에 첨가되는 중금속이온의 농도에 대한 터트-부틸알코올의 총 유기탄소농도의 변화양상을 나타낸 것으로 중금속이온의 농도 영향은 없는 것으로 밝혀져 미량의 중금속이온 첨가로 터트-부틸알콜올의 분해에 충분함을 알수 있다.
따라서 방사선과 오존은 병용하는 처리방법은 중금속이온을 첨가하는 방법은 오존만에 의해서는 분해가 되지 않는 터트-부틸알코올을 쉽게 분해할 수 있음을 보여주었으며, 오존만으로는 분해가 안되는 포화탄화수소 물질의 분해에 대해서도 적용 가능함을 보여주고 있다.
이와같이 본 발명은 기존의 환경오염 방지기술이 갖고 있는 단점 즉, 이차오염물 발생등을 피하면서도 완벽하게 오염물질을 제거할 수 있음으로, 본 발명은 폐수 처리장에 적용할 경우 많은 잇점이 있을 뿐만아니라 이 방법을 토대로 좀더 응용하면, 중금속 함유폐수와 유기성 화학폐수를 통함하여 한번에 처리할 수 있는 매우 효율적인 폐수처리방법을 얻을 수 있을 것이다.
[표 1]
여러 가지 실험조건에서 분해생성물 농도(반응시간 60분)
*tert-부틸알코올의 초기농도는 2.5m mol/L임
**tert-부틸알코올의 농도는 반응후 남아 있는 농도를 말함
Claims (5)
- 터트-부틸알코올 및 포화탄화수소물질을 분해함에 있어서, 오존에 의한 처리시 코발트를 이용한 방사선을 조사시킴과 동시에 중금속이온을 첨가시켜 총 유기탄소농도, 화학적 산소요구량 및 생물학적 산소요구량을 감소시키는 것을 특징으로 하는 감마선·오존·중금속 병용시스템을 이용한 터트-부틸알코올 분해법.
- 제1항에 있어서, 감마선 조사조건은 실온에서 1kGy/hr이상의 선량률로써 총 1-100kgy/kr의 흡수선량으로 하는 것을 특징으로 하는 감마선·오존·중금속 병용시스템을 이용한 터트-부틸알코올 분해법.
- 제1항에 있어서, 포화탄화수소 물질은 총 유기탄소농도는 200mg/L 이하이며, 터트-부틸알코올의 총 유기탄소농도 역시 200mg/L이하로 하는 것을 특징으로 하는 감마선·오존·중금속 병용시스템을 이용한 터트-부틸알코올 분해법.
- 제1항에 있어서, 오존의 농도는 순산소를 이용한 오존 발생시 공급산소의 3.0w%이하로 하는 것을 특징으로 하는 감마선·오존·중금속 병용시스템을 이용한 터트-부틸알코올 분해법.
- 제1항에 있어서, 중금속이온은 2가 이상의 중금속을 말하며 구리이온을 사용할 경우 적용농도는 구리이온을 용액과 혼합하였을때 이 농도로써 10-6mol/L이하로 하는 것을 특징으로 하는 감마선·오존·중금속 병용시스템을 이용한 터트-부틸알코올 분해법.
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