KR101297816B1 - 테레프탈산 제조공정 폐수의 재이용 장치 및 그 처리방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 테레프탈산 제조공정 폐수의 재이용 장치 및 그 처리방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 테레프탈산 제조공정에서 발생되는 폐수를 생물학적 처리 없이 안정적으로 생산공정의 용수로 재이용이 가능하고, 유지관리가 간단하며, 폐수에 함유된 테레프탈산, 촉매 등을 재활용할 수 있어 생산 수율의 향상과 폐수처리의 부하의 감소가 가능한 테레프탈산 제조공정 폐수의 재이용 장치 및 이를 이용하는 테레프탈산 제조공정 폐수의 처리방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 테레프탈산 제조공정 폐수의 재이용 장치는 테레프탈산 제조공정에서 발생되는 폐수를 생물학적 처리 없이 안정적으로 생산공정의 용수로 재이용이 가능하고, 유지관리가 간단하며, 폐수에 함유된 테레프탈산, 촉매 등을 재활용할 수 있어 생산 수율의 향상과 폐수처리의 부하의 감소가 가능함으로써 자원회수, 환경보호 및 재활용에 대한 경제적 효과가 있다.
본 발명에 따른 테레프탈산 제조공정 폐수의 재이용 장치는 테레프탈산 제조공정에서 발생되는 폐수를 생물학적 처리 없이 안정적으로 생산공정의 용수로 재이용이 가능하고, 유지관리가 간단하며, 폐수에 함유된 테레프탈산, 촉매 등을 재활용할 수 있어 생산 수율의 향상과 폐수처리의 부하의 감소가 가능함으로써 자원회수, 환경보호 및 재활용에 대한 경제적 효과가 있다.
Description
본 발명은 테레프탈산 제조공정 폐수의 재이용 장치 및 그 처리방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 테레프탈산 제조공정에서 발생되는 폐수를 생물학적 처리 없이 안정적으로 생산공정의 용수로 재이용이 가능하고, 유지관리가 간단하며, 폐수에 함유된 테레프탈산, 촉매 등을 재활용할 수 있어 생산 수율의 향상과 폐수처리의 부하의 감소가 가능한 테레프탈산 제조공정 폐수의 재이용 장치 및 이를 이용하는 테레프탈산 제조공정 폐수의 처리방법에 관한 것이다.
세계 인구의 꾸준한 증가와 생활수준의 향상에 따라 PET, 폴리에스터 등 각종 고분자 수지의 수요가 급속히 신장하고, 따라서 고분자 수지의 원료인 테레프탈산(terephthalic acid; PTA) 등의 생산량 또한 비약적으로 증대하고 있다. 상기 테레프탈산 등을 생산하는 공장의 공정에서 다량의 폐수가 발생한다.
상기 테레프탈산 제조공정의 폐수에는 소량의 벤조산(benzoic acid; BA), 파라톨루익산(para-toluic acid; TA) 등의 방향족산(2000~4000ppm)과 코발트, 망간, 브롬 등의 산화반응 촉매(30~50ppm)가 포함되어 있으며 대부분은 물이다. 산화반응촉매는 회수하여 방향족산 산화반응 공정에 재사용할 수 있으며, 방향족산은 회수하여 방향족산 제조 공정에 재사용하거나 폴리올 수지 등의 생산 공정에 사용할 수 있다. 또한 상기 테레프탈산 공정의 폐수는 방향족산과 촉매를 분리하고 정화한 다음, 방향족산 정제공정에 재활용함으로서 막대한 경제적 효과와 동시에 폐수처리의 부하를 감소시켜 환경측면에서도 우수한 효과를 볼 수 있다
기존 테레프탈산 폐수의 재이용 장치는 주로 유기물을 생물학적 처리공정을 거친 후 역삼투막과 그 전처리 공정으로 구성되어 생물학적 처리공정으로 인한 역삼투막의 오염과 생물학적 처리공정을 이용함으로써 재이용을 위한 2 단계의 처리공정이 필요하며, 생물학적 처리공정의 경우 주위환경이나 상황에 따라 그 처리수질이 변화하여 안정적인 역삼투막 공정에 악영향을 나타낸다.
이에, 딕커슨(Dickerson) 등은 미국특허 제4,540,493호에서 세척수를 모래필터에 통과시켜 테레프탈산 고체를 분리하는 단계, 여과물을 양이온 교환수지에 통과시켜 금속 촉매를 분리하는 단계, 상기 양이온 교환수지 통과물을 다시 음이온 교환수지에 통과시켜 용해된 유기물을 분리하는 단계 및 상기 음이온 교환수지 통과물을 다시 양이온 교환수지와 음이온 교환수지가 혼재된 혼합베드(Mixed-bed)에 통과시켜 최종 처리를 하는 단계를 포함하는 테레프탈산 폐수의 처리방법을 개시하고 있다.
그러나, 이 방법은 모래필터를 이용함으로써 유기물 및 탁도 성분의 제거 효과가 낮아 SDI(slit density index)를 5 이하로 유지하기 어려우며, 후단에 바로 이온수지만을 사용함으로써 용해된 유기물이 이온교환수지 표면에 침전되어 수지 활성도를 저하시키고, 정제된 물은 나트륨 이온(Na+), 유기물 및 초산 등이 오염되어 있어 PTA 정제공정에 활용할 수 없다는 단점이 있다.
또한, 한국등록특허 제0715024호는 고체유기물을 분리하는 여과 단계, 여과되지 않은 미세 유기물을 수산화나트륨으로 용해시키는 단계, 양이온교환수지를 이용하여 촉매를 분리하는 단계 및 분리된 촉매를 가성소다로 침전 회수하는 단계를 포함하는 방법을 제시하고 있다.
그러나, 상기 방법 역시 촉매만을 회수하는 공정으로 폐수 중에 포함된 수십 ppm만의 촉매만을 회수하고 나머지 성분은 폐수 공정을 이용하여 처리해야 한다는 단점이 있고 이온교환수지를 재생하는 과정에서 오히려 폐수의 양은 증가하며, 잔존하는 다량의 나트륨 이온(Na+)을 제거하는 단계가 없이 이온교환수지로 촉매를 흡/탈착시킴으로써 잔존하는 다량의 나트륨 이온(Na+)이 이온교환수지의 성능을 저하시키는 문제점이 있다
이에, 본 발명자들은 상기 종래기술의 문제점을 해결하고자 예의 노력한 결과, 테레프탈산 제조공정의 폐수 중에 함유된 입자성 물질을 제거하는 금속 마이크로필터부, 폐수의 pH를 조절하는 pH 조정조, 유기물질, 이온성 물질, 색도 유발 물질등 수중에 용해된 거의 모든 불순물을 제거하기 위한 역삼투막부 및 미처리된 나트륨 이온과 유기물질을 제거하는 이온교환부를 포함하는 테레프탈산 제조공정 폐수의 재이용 장치를 사용할 경우, 고농도의 테레프탈산 폐수를 생물학적 처리 없이 안정적으로 생산공정의 용수로 재이용이 가능하고, 유지관리가 간단하며, 폐수에 함유된 테레프탈산, 촉매 등을 재활용할 수 있어 생산 수율의 향상과 폐수처리의 부하 감소가 가능하다는 것을 확인하고, 본 발명을 완성하게 되었다.
본 발명의 목적은 테레프탈산 제조공정에서 발생되는 폐수를 생물학적 처리 없이 안정적으로 생산공정의 용수로 재이용이 가능하고, 유지관리가 간단하며, 폐수에 함유된 테레프탈산, 촉매 등을 재활용할 수 있어 생산 수율의 향상과 폐수처리의 부하의 감소가 가능한 테레프탈산 제조공정 폐수의 재이용 장치 및 이를 이용하는 테레프탈산 제조공정 폐수의 처리방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 테레프탈산 제조공정 폐수의 입자성 유기물질 및 촉매물질을 분리제거하기 위해 역세가능한 금속 마이크로필터가 구비되고, 상기 역세가능한 금속 마이크로필터로부터 분리된 입자성 유기물질 및 촉매물질을 테레프탈산 제조공정으로 이송시키며 입자상 물질이 제거된 여과수를 생산하여 이송시키는 금속 마이크로필터부; 상기 금속 마이크로필터부에서 여과된 폐수의 pH를 조절하기 위해 염기성 약품이 첨가되는 pH 조정조; 상기 pH 조정조에서 처리된 폐수에 잔존하는 유기물질, 촉매물질, 이온물질 및 색도유발 물질을 제거하기 위해 역삼투막이 구비되는 역삼투막부; 및 상기 역삼투막부에서 여과된 폐수에 잔존하는 나트륨 이온을 제거하기 위해 양이온 교환수지탑이 구비되거나, 나트륨 이온 및 유기물을 제거하기 위해 이온교환막 전기탈염장치가 구비된 이온교환부를 포함하는, 테레프탈산 제조공정 폐수의 재이용 장치를 제공한다.
본 발명은 또한, (a) 테레프탈산 제조공정 폐수를 역세 가능한 금속 마이크로필터로 여과시켜 상기 폐수에 존재하는 입자성 유기물질 및 촉매물질을 분리회수한 다음, 상기 분리회수된 입자성 유기물질 및 촉매물질을 테레프탈산 제조공정으로 이송시키며 여과수를 생산하여 이송시키는 단계; (b) 상기 (a) 단계에서 제거되지 않은 유기물질을 이온화시키고, 폐수의 pH를 조절하기 위해 폐수에 염기성 약품을 첨가시키는 단계; (c) 상기 (b) 단계를 거친 폐수에 잔존하는 유기물질, 촉매물질, 이온물질 및 색도유발 물질을 역삼투막을 이용하여 제거하는 단계; 및 (d) 상기 (c) 단계를 거친 폐수에 잔존하는 나트륨 이온을 양이온 교환수지탑으로 제거시키거나, 나트륨 이온 및 유기물질을 이온교환막 전기탈염장치로 제거시켜 최종 처리수를 수득하고, 상기 최종 처리수를 테레프탈산 제조공정 용수로 재이용하는 단계를 포함하는, 테레프탈산 제조공정 폐수의 재이용 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 테레프탈산 제조공정 폐수의 재이용 장치는 테레프탈산 제조공정에서 발생되는 폐수를 생물학적 처리 없이 안정적으로 생산공정의 용수로 재이용이 가능하고, 유지관리가 간단하며, 폐수에 함유된 테레프탈산, 촉매 등을 재활용할 수 있어 생산 수율의 향상과 폐수처리의 부하의 감소가 가능함으로써 자원회수, 환경보호 및 재활용에 대한 경제적 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 테레프탈산 제조공정 폐수의 재이용 장치를 개략적으로 도시한 공정도이다.
본 발명은 일 관점에서, 테레프탈산 제조공정 폐수의 입자성 유기물질 및 촉매물질을 분리제거하기 위해 역세가능한 금속 마이크로필터가 구비되고, 상기 역세가능한 금속 마이크로필터로부터 분리된 입자성 유기물질 및 촉매물질을 테레프탈산 제조공정으로 이송시키며 입자상 물질이 제거된 여과수를 생산하여 이송시키는 금속 마이크로필터부; 상기 금속 마이크로필터부에서 여과된 폐수의 pH를 조절하기 위해 염기성 약품이 첨가되는 pH 조정조; 상기 pH 조정조에서 처리된 폐수에 잔존하는 유기물질, 촉매물질, 이온물질 및 색도유발 물질을 제거하기 위해 역삼투막이 구비되는 역삼투막부; 및 상기 역삼투막부에서 여과된 폐수에 잔존하는 나트륨 이온을 제거하기 위해 양이온 교환수지탑이 구비되거나, 나트륨 이온 및 유기물을 제거하기 위해 이온교환막 전기탈염장치가 구비된 이온교환부를 포함하는, 테레프탈산 제조공정 폐수의 재이용 장치에 관한 것이다.
구체적으로 본 발명의 테레프탈산 제조공정 폐수의 재이용 장치는 도 1에 나타난 바와 같이, 마이크로필터부(1), pH 조정조(5), 역삼투막부(10) 및 이온교환부(15)를 포함한다.
상기 마이크로필터부(1)는 테레프탈산 제조공정에서 발생하는 폐수를 냉각시키는 과정에서 물질들의 과포화 현상으로 생성되는 테레프탈산, 벤조산, 파라 톨루익산 등의 입자성 유기물질과 망간, 크롬, 코발트 등의 입자성 촉매물질을 역세가능한 금속 마이크로필터(1)를 이용하여 물리적으로 분리 제거한 다음, 상기 공기와 물을 분사시키는 역세척 과정에 의해 입자성 유기물질과 촉매물질은 테레프탈산 제조공정으로 이송시키고, 나머지 여과액은 후술되는 pH 조정조(5)로 유입시킨다. 이때, 테레프탈산 제조공정으로 이송시킨 입자성 유기물질과 촉매물질은 산화공정을 통해 다시 테레프탈산으로 전환시키거나, 탈수공정을 통해 고형화시킨 다음, 연료로 재활용할 수 있다.
상기 역세가능한 금속 마이크로필터(1)는 역세 가능하도록 소결 금속형태 또는 그물망 형태의 스테인레스 스틸의 재질로 이루어지고, 기공 직경이 1 ~ 10㎛인 것으로, 기공 직경이 10㎛를 초과하는 금속 마이크로필터를 사용할 경우, 기공 크기가 너무 커서 고상의 여과물 중 일부가 여과되지 않고 액상의 여과액과 함께 다음 단계로 진입할 수 있으며, 기공 크기가 1㎛ 미만인 금속 마이크로필터를 사용할 경우에는 고상의 여과물이 기공을 막아 금속 마이크로필터가 쉽게 막히거나 여과시간이 길어져 공정의 효율성을 떨어뜨릴 수 있다.
또한, 상기 역세가능한 금속 마이크로필터(1)는 운전 중 금속 마이크로필터의 기공이 오염물질에 의해 막혀 금속 마이크로필터의 운전 차압이 상승할 경우, 공기와 물을 분사시켜 역세척시키고, 상기 역세척 후에도 금속 마이크로필터의 차압이 떨어지지 않는 경우에는 유기물질의 경우 수산화나트륨 용액을 이용하여 세정하며, 금속이온으로 필터의 폐색이 발생된 경우에는 황산, 염산 등의 산성 용액에 의해 세정 후 사용하여 금속 마이크로필터의 연속적인 운전이 가능하도록 하며 약품 세정 공정의 폐수는 분리하여 폐수처리 한다.
본 발명에 따른 pH 조정조(5)는 마이크로필터부(1)로부터 테레프탈산 제조공정에서 발생하는 폐수 중 입자성 유기물질 및 촉매물질이 제거된 폐수(여과액)를 유입시키고, 상기 유입된 폐수에 수산화나트륨을 투입 교반하여 잔존하는 유기물을 분해시키고, 상기 폐수의 pH(potential of hydrogen; 수소이온농도)를 4.5 ~ 7로 유지시킨다.
상기 마이크로필터부(1)로부터 입자성 유기물질 및 촉매물질이 제거된 폐수는 금속 마이크로필터에서 분리되지 않은 테레프탈산, 벤조산, 파라 톨루익산, 브로민화 수소 등의 미세 유기물질이 다량으로 존재하게 된다. 이러한 상태에서 후술되는 역삼투막부(10)에 유입되면, 역삼투막부에 구비된 역삼투막의 농축부분에는 미세 유기물질의 농축으로 입자성 물질로 석출되고, 상기 석출된 입자성 물질은 역삼투막의 물의 흐름의 통로를 폐색시켜 역삼투막의 사용이 불가능해지며, 또한 강한 산화력을 가지는 브로민화 수소(HBr)가 역삼투막 표면을 산화시켜 제거효율이 급격하게 낮아지므로 역삼투막에 의한 분리정제공정에 적용이 불가능하다.
따라서, 본 발명은 역삼투막부(10)에 유입시키기 전에 pH 조정조(5)에서 폐수에 염기성 약품을 투입시켜 폐수에 잔존하는 테레프탈산, 벤조산, 파라 톨루익산, 브로민화 수소 등의 미세 유기물질을 이온화시켜 용해도를 높이고, 입자성 물질로 석출되는 방지하며, 강한 산화력을 가지는 브로민화 수소(HBr)를 브롬이온(Br-)으로 전환시켜 산화력을 제거한다. 상기 염기성 약품은 수산화나트륨, 수산화 칼륨, 탄산나트륨, 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택되고, 바람직하게는 수산화나트륨을 사용할 수 있다.
이때 과다한 염기성 약품을 사용하게 되면, 폐수에 용해되어 있는 촉매 이온이 염을 이루어 침전될 수 있으므로 폐수의 pH가 7을 초과하지 않도록 염기성 약품을 pH 조정조(5)에 첨가시키고, 염기성 약품을 소량 사용하게 되면, 폐수에 잔존하는 유기물질을 효과적으로 이온화할 수 없어 pH가 4.5 미만으로 되지 않도록 조절하여 염기성 약품을 첨가시킨다.
또한, 본 발명은 pH 조정조(5) 후단에 기공의 직경이 1 ~ 5㎛인 카트리지 마이크로필터(cartridge filter)가 구비된 2차 마이크로필터부(7)를 추가로 설치하여 pH 조정조(5)에 잔존하는 입자성 물질을 제거시켜 폐수의 처리효율을 높이고, 장치의 이상 발생시 후단의 역삼투막을 보호하여 안정성을 향상시킬 수 있다.
다음으로, pH 조정조(5) 또는 2차 마이크로필터부 (7)를 통과한 처리수는 역삼투막부(10)로 유입시킨다. 상기 역삼투막부(10)는 역삼투막이 구비되어 폐수에 잔존하는 테레프탈산, 벤조산, 파라 톨루익산 등의 유기물질, 코발트, 망간 등의 촉매물질, 브롬 등의 음이온 물질, 색도 유발물질, pH 조절에 사용된 나트륨 이온 등의 물질들을 분리하여 농축시킨 다음, 상기 분리 농축된 농축수는 폐수처리장으로 유입시키고, 역삼투막으로부터 여과된 처리수는 후술되는 이온교환부(15)로 유입된다.
상기 역삼투막은 폴리아미드 역삼투 복합막, 셀룰로즈 아세테이트 등의 역삼투막일 수 있고, 이에 한정되는 것은 아니다. 이때, 장기간 사용된 역삼투막부(10)의 역삼투막은 역삼투막의 재생을 위해 수산화나트륨, 염산, 구연산 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택되는 것으로 세정하여 역삼투막을 재생하여 연속적으로 사용할 수 있다
본 발명에 따른 역삼투막부(10)는 막의 파울링(fouling) 현상을 방지하기 위하여 막을 역세할 수 있는 장치, 막을 세척하는 장치 및 파울링 영향을 최소화하기 위해 산기관 또는 블로워를 추가로 구비할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 역삼투막부(10)는 유기물질, 촉매물질, 이온물질 및 색도 유발물질의 제거율을 높이고, 장치의 안정성을 위하여 후단에 2차 역삼투막(미도시)을 추가로 포함할 수 있고, 중간수조(11)를 추가로 구비하여 후술되는 이온교환부(15)의 연속운전시 변동요인을 축소하고, 유입량 등을 조절할 수 있다.
본 발명에 있어서, 폐수의 이송수단은 통상적으로 폐수를 이송시킬 수 있는 수단이면 제한 없이 가능하고, 바람직하게는 펌프를 사용하여 폐수를 이송시킨다.
전술된 바와 같이, 역삼투막부(10)에서 처리된 폐수(여과액)는 양이온 교환수지탑 또는 이온교환막 전기탈염장치가 장착된 이온교환부(15)에서 폐수에 잔존하는 나트륨 이온, 유기물질 등을 제거한다. 이때, 역삼투막부(10)에서 처리된 폐수(여과액)의 수질이 나트륨 이온을 제외한 모든 조건이 만족하는 경우에는 양이온 교환수지탑만을 이용하여 나트륨 이온을 수소이온과 교환반응에 의하여 나트륨 이온을 제거한다. 상기 양이온 교환수지탑은 폴리스티렌 계열의 재질을 가지며 수소 이온으로 치환된 강산성 양이온 교환수지를 이용하며 이온 교환 성능을 유지하기 위하여 염산이나 황산을 이용하여 재생을 실시한다.
한편, 역삼투막부(10)에서 처리된 폐수(여과액) 수질이 나트륨 이온뿐만 아니라, 유기물질의 제거가 필요할 경우에는 양이온 교환막, 음이온 교환막, 혼합이온교환수지 등이 구비된 전기탈염장치(electro deionization, EDI)를 사용하여 전기적 힘에 의해 이온교환수지의 재생 및 통수 수중의 이온 불순물을 연속적으로 제거시켜 나트륨 이온뿐만 아니라, 유기물질도 제거할 수 있으며, pH가 중성에 가까운 최종 처리수를 생산할 수 있다.
상기 최종 처리수는 COD가 20ppm 이하, pH가 6.5 ~ 7.5, TA가 10mg/L이하, BA가 5mg/L 이하, 색도 1 이하로, 테레프탈산 제조공정에 사용할 수 있는 공업용수이다.
본 발명에 따른 테레프탈산 제조공정 폐수의 재이용 장치는 물리화학적 폐수 처리기술을 바람직하게 순차적으로 연결하여 기존 생물처리 공정보다 안정적인 폐수처리가 가능하고 유지관리가 간단하며, 유지관리비용이 저렴할 뿐만 아니라, 테레프탈산, 금속 촉매 및 물을 재활용할 수 있다.
본 발명은 다른 관점에서, (a) 테레프탈산 제조공정 폐수를 역세가능한 금속 마이크로필터로 여과시켜 상기 폐수에 존재하는 입자성 유기물질 및 촉매물질을 분리회수한 다음, 상기 분리회수된 입자성 유기물질 및 촉매물질을 테레프탈산 제조공정으로 이송시키며 입자상 물질이 제거된 여과수를 생산하여 이송시키는 단계; (b) 상기 (a) 단계에서 제거되지 않은 유기물질을 이온화시키고, 폐수의 pH를 조절하기 위해 폐수에 염기성 약품을 첨가시키는 단계; (c) 상기 (b) 단계를 거친 폐수에 잔존하는 유기물질, 촉매물질, 이온물질 및 색도유발 물질을 역삼투막을 이용하여 제거하는 단계; 및 (d) 상기 (c) 단계를 거친 폐수에 잔존하는 나트륨 이온을 양이온 교환수지탑으로 제거시키거나, 나트륨 이온 및 유기물을 전기탈염장치로 제거시켜 최종 처리수를 수득하고, 상기 최종 처리수를 테레프탈산 제조공정 용수로 재이용하는 단계를 포함하는, 테레프탈산 제조공정 폐수의 재이용 방법에 관한 것이다.
본 발명의 테레프탈산 제조공정 폐수의 재이용 방법은 여과조의 역세가능한 금속 마이크로필터를 이용하여 입자성 유기물질 및 촉매물질을 분리한 다음, 상기 분리된 유기물질 및 촉매물질은 공기와 물에 의한 역세척 공정을 테레프탈산 제조공정으로 이송시켜 재활용한다.
이와 같이 입자성 유기물질 및 촉매물질이 제거된 여과액은 염기성 약품을 첨가시켜 폐수의 pH를 4.5~7로 조절하고, 잔존하는 유기물질을 이온화시켜 용해도를 높임으로써 역삼투막의 이용시 폐수에 존재하는 유기산의 농축으로 인한 입자성 물질의 석출현상을 막아 역삼투막의 운전이 가능하게 하고, 그와 동시에 강한 산화력을 가지는 브로민화 수소(HBr)를 브롬이온(Br-)으로 전환시켜 산화력을 제거하여 역삼투막의 표면의 산화를 방지한다.
상기 역삼투막을 통하여 폐수에 잔존하는 테레프탈산, 벤조산, 파라 톨루익산 등의 유기물질, 코발트, 망간 등의 촉매물질; 브롬 등의 음이온 물질; 색도 유발물질; pH 조절에 사용된 나트륨 이온 등의 물질들을 분리회수 농축하여 폐수처리장으로 유입시키고, 상기 물질들이 제거된 처리수는 후술되는 이온교환부(15)로 유입시킨다.
이온교환부(15)로 유입된 처리수는 양이온 교환수지탑 또는 전기탈염장치를 이용하여 잔존하는 나트륨 이온 및/또는 유기물을 제거시킴으로써 테레프탈산 제조공정에 이용할 수 있는 고순도의 용수를 제공한다. 이때, 역삼투막에서 처리된 폐수(여과액)의 수질이 나트륨 이온을 제외한 모든 조건이 만족하는 경우에는 양이온 교환수지탑만을 이용하여 나트륨 이온을 제거하고, 역삼투막에서 처리된 폐수(여과액) 수질이 나트륨 이온뿐만 아니라, 유기물질의 제거가 필요할 경우에는 양이온 교환막, 음이온 교환막, 혼합이온교환수지를 사용하는 전기탈염장치(electro deionization, EDI)를 사용하여 나트륨 이온 및 유기물질을 제거한다.
본 발명에 따른 테레프탈산 제조공정 폐수의 재이용 방법은 역세 가능한 금속 마이크로 필터 및 역삼투막을 사용하여 입자성 물질을 회수하고, 이를 테레프탈산 제조공정에 재사용함으로써 생산 수율 향상과 폐수 처리 부하를 감소시킬 수 있으며, 강한 산화력과 포화된 유기산을 가진 테레프탈산 제조공정 폐수에 pH를 조절하여 용해도를 높이고 산화력을 제거함으로써 분리공정의 처리효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 생물학적 처리 없이 물리화학적 처리만으로 폐수를 처리시킴으로써 처리시간 단축과 공정의 제어가 용이하고, 재활용 공정의 자동화 및 무인운전이 용이한 장점이 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
실시예
1: 테레프탈산 제조공정 폐수의 재이용 장치의 처리효율 측정
1-1:
역세
가능 금속 마이크로 필터의 처리효율
처리원수는 여천 S사 석유화학 테레프탈산 제조공정 폐수를 사용하였고, 역세가능한 마이크로 필터는 250cm2 스테인레스 스틸 재질의 필터로 필터의 기공 직경별로 처리수의 입자성 물질의 농도, 투과 flux 및 역세 폐액의 고형물 농도를 측정하였다. 이때, 필터에 공급되는 압력은 3.5kgf/cm2의 범위에서 실시하였으며, 처리원수의 입자성 물질의 농도는 80~100mg/L이고, 필터의 입구와 출구의 차압은 1.5kg/cm2까지 여과를 실시하였다. 또한, 처리원수는 8시간 동안 3000ℓ/hr로 공급하였고, 역세는 압축공기와 물을 이용하여 5분시간 동안 3000ℓ/hr로 공급하여 수행하였다.
그 결과, 표 1에 나타난 바와 같이, 기공 지름이 1~10㎛인 금속 마이크로 필터는 입자성 물질의 제거율이 약 98% 정도인 것으로 나타났고, 역세 폐수의 경우에는 9~16wt%의 입자성 물질 농도를 보여 테레프탈산 등의 입자성 물질의 회수도 비교적 높은 것으로 나타남에 따라 입자성 물질을 다시 테레프탈산 제조공정으로 이송시켜 테레프탈산 생산 효율을 증대시킬 수 있음을 알 수 있었다.
필터 기공직경(㎛) | 처리수 입자 농도(mg/L) | 투과 flux(L/m2h) | 역세폐액의 입자농도(wt%) |
1 | 1이하 | 310 | 9.8 |
3 | 1이하 | 380 | 11.5 |
5 | 1.5 | 480 | 13.4 |
10 | 2.5 | 600 | 16.2 |
1-2:
pH
조정조와
역삼투막의 처리효율
pH 조정조에서 pH를 조절한 유입수(pH: 4.5, 6.0 및 7.0)에 따라 후단의 역삼투막조에서 처리수의 수질 및 농축수의 포화정도를 측정하기 위해 실시예 1-1에서 사용된 금속 마이크로필터(기공 지름: 5㎛), 처리원수 및 운전조건으로 수행하였으며, 역삼투막(R/O)은 99.5%의 염배제율을 가진 폴리아미드 재질의 역삼투막을 사용하였고, 역삼투막의 입구압력은 3.5 kgf/cm2로 수행하였다.
그 결과, 표 2 내지 표 4에 나타난 바와 같이, 폐수의 pH 범위가 4.5~7인 경우에서 유기산의 석출 없이 역삼투막의 적용이 가능함을 알 수 있었고, 처리수의 수질은 나트륨 이온을 제외하고는 테레프탈산 제조공정에 이용할 수 있는 정도인 것으로 나타났다.
구분 | 단위 | 유입수 | 1차 R/O 처리수 | 2차 R/O 처리수 | 1차 R/O 농축수의 유기산 포화도=95% |
pH | mg/L | 4.5 | 4.6 | 4.5 | |
TA(toluic acid) | mg/L | 380 | 100 | 15 | |
BA(benzoic acid) | mg/L | 190 | 50 | 10 | |
초산 | mg/L | 580 | 350 | 220 | |
Co | mg/L | 10 | trace | trace | |
Br | mg/L | 18 | trace | trace | |
Na | mg/L | 150 | 40 | 15 | |
CODcr | mg/L | 2800 | 390 | 230 | |
색도 | 도 | 10 | 1이하 | 1이하 | |
전도도 | ㎲/cm | 670 | 190 | 110 | |
회수율 | % | - | 75 | 85 |
구분 | 단위 | 유입수 | 1차 R/O 처리수 | 2차 R/O 처리수 | 1차 R/O 농축수의 유기산 포화도=80% |
pH | mg/L | 6.0 | 6.0 | 6.1 | |
TA(toluic acid) | mg/L | 380 | 90 | 11 | |
BA(benzoic acid) | mg/L | 190 | 40 | 8 | |
초산 | mg/L | 580 | 310 | 190 | |
Co | mg/L | 10 | trace | trace | |
Br | mg/L | 18 | trace | trace | |
Na | mg/L | 220 | 45 | 18 | |
CODcr | mg/L | 2800 | 360 | 200 | |
색도 | 도 | 10 | 1이하 | 1이하 | |
전도도 | ㎲/cm | 670 | 160 | 90 | |
회수율 | % | - | 70 | 80 |
구분 | 단위 | 유입수 | 1차 R/O 처리수 | 2차 R/O 처리수 | 1차 R/O 농축수의 유기산 포화도=70% |
pH | mg/L | 7.0 | 7.0 | 7.0 | |
TA(toluic acid) | mg/L | 380 | 85 | 10 | |
BA(benzoic acid) | mg/L | 190 | 30 | 5 | |
초산 | mg/L | 580 | 270 | 150 | |
Co | mg/L | 10 | trace | trace | |
Br | mg/L | 18 | trace | trace | |
Na | mg/L | 220 | 45 | 15 | |
CODcr | mg/L | 2800 | 330 | 150 | |
색도 | 도 | 10 | 1이하 | 1이하 | |
전도도 | ㎲/cm | 670 | 160 | 80 | |
회수율 | % | - | 70 | 80 |
1-3:
pH
조정조와
역삼투막의 처리효율
실시예 1-2에서 처리된 유입수를 양이온 교환수지탑 또는 이온교환막 전기탈염화장치를 사용하여 처리효율을 측정하였다. 이때, 양이온 교환수지탑은 염산으로 재생된 강산성 이온교환 수지를 이용하였고, 이온교환막 전기탈염화장치(EDI)는 G(US, MK-3)사의 제품을 이용하였다.
그 결과, 표 5에 나타난 바와 같이, 양이온 교환수지탑과 이온교환막 전기탈염화장치를 사용한 경우 모두 테레프탈산 제조공정의 용수로 사용할 수 있음을 알 수 있었고, 특히 이온교환막 전기탈염화장치를 사용한 경우에는 고순도의 용수가 요구되는 공정에도 이용가능함을 알 수 있었다.
항목 | 단위 | 유입수 | 양이온수지탑 처리수 | EDI 처리수 |
pH | mg/L | 6.0 | 4.5 | 7.0 |
TA(toluic acid) | mg/L | 11 | 11 | 5이하 |
BA(benzoic acid) | mg/L | 8 | 8 | 3이하 |
초산 | mg/L | 190 | 190 | 10 |
Co | mg/L | trace | trace | trace |
Br | mg/L | trace | trace | trace |
Na | mg/L | 18 | trace | trace |
CODcr | mg/L | 200 | 200 | 15 |
색도 | 도 | 1이하 | 1이하 | 1이하 |
전도도 | ㎲/cm | 90 | 210 | 15 |
회수율 | % | 80 | 90 | 85 |
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다.
1: 마이크로필터부 5: pH 조정조
7: 2차 마이크로필터부 10: 역삼투막부
11: 중간수조 15: 이온교환부
7: 2차 마이크로필터부 10: 역삼투막부
11: 중간수조 15: 이온교환부
Claims (13)
- 다음을 포함하는, 테레프탈산 제조공정 폐수의 재이용 장치:
테레프탈산 제조공정 폐수의 입자성 유기물질 및 촉매물질을 분리제거하기 위해 역세가능한 기공 직경이 1 ~ 10㎛인 금속 마이크로필터가 구비되고, 상기 역세가능한 금속 마이크로필터로부터 분리된 입자성 유기물질 및 촉매물질을 공기와 물을 분사시키는 역세척 과정에 의해 테레프탈산 제조공정으로 이송시키며 입자상 물질이 제거된 여과수를 생산하여 이송시키는 마이크로필터부;
상기 마이크로필터부에서 여과된 폐수의 pH를 4.5 ~ 7로 조절함으로써 미세 유기물질을 이온화시키기 위해 염기성 약품이 첨가되는 pH 조정조;
상기 pH 조정조에서 처리된 폐수에 잔존하는 유기물질, 촉매물질, 이온물질 및 색도유발 물질을 제거하기 위해 역삼투막이 구비되는 역삼투막부; 및
상기 역삼투막부에서 여과된 폐수에 잔존하는 나트륨 이온을 제거하기 위해 양이온 교환수지탑이 구비되거나, 나트륨 이온 및 유기물을 제거하기 위해 이온교환막 전기탈염장치가 구비된 이온교환부.
- 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 염기성 약품은 수산화나트륨, 수산화칼륨, 탄산나트륨, 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 테레프탈산 제조공정 폐수의 재이용 장치.
- 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 역삼투막부는 후단에 2차 역삼투막부가 추가로 설치되는 것을 특징으로 하는 테레프탈산 제조공정 폐수의 재이용 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 금속 마이크로필터는 압축공기 및 역세수를 이용하여 역세시키고, 수산화나트륨 용액, 황산 용액 및 염산 용액로 구성된 군에서 선택되는 물질을 이용하여 약품세정시키는 것을 특징으로 하는 테레프탈산 제조공정 폐수의 재이용 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 역삼투막은 수산화 나트륨, 염산, 구연산 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택되는 물질을 이용하여 세정되는 것을 특징으로 하는 테레프탈산 제조공정 폐수의 재이용 장치.
- 다음 단계를 포함하는, 테레프탈산 제조공정 폐수의 재이용 방법:
(a) 테레프탈산 제조공정 폐수를 기공 직경이 1 ~ 10㎛인 역세가능한 금속 마이크로필터로 여과시켜 상기 폐수에 존재하는 입자성 유기물질 및 촉매물질을 분리회수한 다음, 상기 분리회수된 입자성 유기물질 및 촉매물질을 공기와 물을 분사시키는 역세척 과정에 의해 테레프탈산 제조공정으로 이송시키며 입자상 물질이 제거된 여과수를 생산하여 이송시키는 단계;
(b) 상기 (a) 단계에서 제거되지 않은 유기물질을 이온화시키고, 폐수의 pH를 pH 4.5 ~ 7로 조절함으로써 미세 유기물질을 이온화시키기 위해 폐수에 염기성 약품을 첨가시키는 단계;
(c) 상기 (b) 단계를 거친 폐수에 잔존하는 유기물질, 촉매물질, 이온물질 및 색도유발 물질을 역삼투막을 이용하여 제거하는 단계; 및
(d) 상기 (c) 단계를 거친 폐수에 잔존하는 나트륨 이온을 양이온 교환수지탑으로 제거시키거나, 나트륨 이온 및 유기물질을 이온교환막 전기탈염장치로 제거시켜 최종 처리수를 수득하고, 상기 최종 처리수를 테레프탈산 제조공정 용수로 재이용하는 단계.
- 삭제
- 삭제
- 제8항에 있어서, 상기 역삼투막은 후단에 2차 역삼투막이 추가로 설치되는 것을 특징으로 하는 테레프탈산 제조공정 폐수의 재이용 방법.
- 제8항에 있어서, 상기 염기성 약품은 수산화나트륨, 수산화칼륨, 탄산나트륨, 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 테레프탈산 제조공정 폐수의 재이용 방법.
- 제8항에 있어서, 상기 (d) 단계의 최종 처리수는 COD가 20ppm 이하 이고, pH가 6.5~7.5 이며, TA가 10mg/L이하 이고, BA가 5mg/L 이하 이고, 색도가 1 이하인 것을 특징으로 하는 테레프탈산 제조공정 폐수의 재이용 방법.
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