KR102625734B1 - Cod 제거용 폐수 처리 조성물의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 COD 제거용 폐수 처리 조성물에 관한 것이다. COD 제거를 위한 조성물은 제올라이트; 벤토나이트; 및 활성탄을 포함하고, 각각의 조성물은 분말 형태가 된다.
Description
본 발명은 COD 제거용 폐수 처리 조성물에 관한 것이고, 구체적으로 난분해성 물질을 제거하는 성분에 의하여 COD 또는 BOD가 감소되도록 하는 COD 제거용 폐수 처리 조성물에 관한 것이다.
산업 현장 또는 가정으로부터 배출되는 오수 또는 폐수에 포함된 유기 화합물 또는 중금속에 의한 오염은 다양한 생태학적인 문제를 발생시킬 수 있다. 예를 들어 페놀과 미량의 유기화합물 또는 중금속은 수중 생명체, 미생물 또는 강한 독성을 나타낼 수 있다. 오수 또는 폐수에 다량의 유기 화합물을 포함하는 경우 COD(Chemical Oxygen Demand)가 높아지거나, BOD(Biochemical Oxygen Demand)가 상승될 수 있다. 산업이 발전하면서 화학물질의 사용이 증가하고, 특히 난분해성 오염 물질의 유입으로 인하여 하천의 부영양화가 더욱 가중되고 있다. 이와 같은 물에 포함된 오염 물질은 환경을 오염시키면서 생존에 필수적인 식수원의 확보에 영향을 미칠 수 있다. 그러므로 COD를 증가시킬 수 있는 산업용 또는 가정용 폐수는 하천에 도달하기 전 또는 방류가 되기 전 COD 또는 BOD가 제거될 필요가 있다. 폐수는 다양한 형태의 유기 물질, 화합물, 중금속, 유독 물질 또는 유류를 포함할 수 있고, 이와 같은 오염물질의 제거를 위하여 응집제에 의하여 응집을 시켜 침전을 시키는 방법이 사용되었다. 그러나 다양한 형태의 오염물질에 대하여 다양한 종류의 응집제가 사용되어야 하고, 침전이 어려운 부유 물질의 경우 응집 및 침전에 의한 COD 제거가 어렵다는 문제점을 가진다. COD 제거를 위한 선행기술에 해당하는 특허공개번호 10-2017-0032630은 제지 폐수 또는 염색 폐수 등의 산업 폐수 내의 용해성 COD를 제거하는 폐수 처리 방법 및 이를 위한 폐수 처리 조성물에 대하여 개시한다. 또한 특허등록번호 10-1665619는 조류와 COD, 질소 및 인을 제거하는 이리듐 합금 나노촉매 디바이스를 포함하는 전기분해 부상 응집 방식의 방류수 처리 장치에 대하여 개시한다. 선행기술에서 개시된 COD 제거를 위한 방법 또는 조성물은 제한된 유기물에 대하여 적용되거나, 정해진 설비에 적용될 수 있다는 단점을 가진다. 이에 따라 COD 또는 BOD를 증가시킬 수 있는 다양한 형태의 오염 물질의 제거가 가능하면서 폐수의 종류 또는 배출 형태에 제한되지 않고 적용될 수 있는 COD 제거를 위한 조성물이 만들어질 필요가 있다.
본 발명은 선행기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로 아래와 같은 목적을 가진다.
본 발명의 목적은 다양한 오염 물질의 흡수가 가능하면서 난분해성 유기 물질의 제거가 가능한 COD 제거용 폐수 처리 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, COD 제거용 폐수 처리 조성물은 제올라이트; 벤토나이트; 및 활성탄을 포함하고, 각각의 조성물은 분말 형태가 된다.
본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 제올라이트, 벤토나이트 및 활성탄은 각각 45 내지 65 wt%, 20 내지 35 wt%의 벤토나이트 및 전체를 100 wt%로 만드는 양이 되고, 각각의 분말의 평균 직경은 10 ㎚ 내지 500 ㎛, 10 ㎚ 내지 500 ㎛ 및 50 내지 500 ㎛가 된다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 벤토나이트는 브롬화암모늄(Ammonium bromide)에 의하여 유기화가 된 유기 벤토나이트가 된다.
본 발명에 따른 COD 제거용 폐수 처리 조성물은 천연 광물 성분으로 조성물이 형성되어 친환경적이면서 다양한 형태의 오염 물질의 제거가 가능하다. 본 발명에 따른 조성물은 오염 물질에 따른 조성물은 분말 형태의 혼합물로 이루어져 사용 편의성의 향상되도록 하면서 오염 수준에 따라 첨가되는 수준이 쉽게 조절되도록 한다. 본 발명에 따른 조성물은 다양한 종류의 폐수 처리에 적용될 수 있고 이에 의하여 본 발명은 제한되지 않는다.
도 1은 본 발명에 따른 COD 제거용 폐수 처리 조성물의 제조 방법의 실시 예를 도시한 것이다.
아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 아래의 설명에서 서로 다른 도면에서 동일한 도면 부호를 가지는 구성요소는 유사한 기능을 가지므로 발명의 이해를 위하여 필요하지 않는다면 반복하여 설명이 되지 않으며 공지의 구성요소는 간략하게 설명이 되거나 생략이 되지만 본 발명의 실시 예에서 제외되는 것으로 이해되지 않아야 한다.
본 발명에 따른 COD 제거용 폐수 처리 조성물은 40 내지 70 wt%의 제올라이트; 10 내지 40 wt%의 벤토나이트; 및 전체를 100 wt%가 되도록 하는 활성탄을 포함한다. 아래에서 이와 같은 성분을 가지는 조성물의 제조 과정에 대하여 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 COD 제거용 폐수 처리 조성물의 제조 방법의 실시 예를 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, COD 제거용 폐수 처리 조성물의 제조 방법은 성분을 준비하는 단계(P11); 준비된 각각의 성분을 분쇄하여 균질하게 만드는 단계(P12); 균질하게 만들어진 각각의 성분을 열처리를 하는 단계(P13); 및 열처리가 된 각각의 성분을 혼합하여 밀봉하는 단계(P14)를 포함한다. 폐수 처리 조성물은 제올라이트, 벤토나이트 및 활성탄으로 이루어지므로 이에 따른 각각의 성분이 준비될 수 있다. 제올라이트는 결정성 알루미노실리케이트가 될 수 있고, 예를 들어 0.05 내지 10.0 ㎚의 직경을 가지는 기공을 포함하는 나노 다공성 또는 마이크로 다공성 물질로 흡착 특성을 가진다. 선택적으로 제올라이트는 기공의 직경이 50 ㎚ 또는 그 보다 작은 메조 제올라이트 또는 기공의 직경이 50 ㎚보다 큰 마이크로 제올라이트가 될 수 있다. 제올라이트는 Si-O-Al 결합 또는 Si-O-Si 결합으로 이루어질 수 있고, Si/Al의 비율을 예를 들어 25 내지 45의 수준으로 조절하여 흡착 특성을 향상시킬 수 있다. 제올라이트는 질소를 흡착하는 특성을 가질 수 있고, 질소 흡착에 의하여 COD 또는 BOD를 감소시킬 수 있다. 이와 같은 질소 흡착 특성을 향상시키기 위하여 제올라이트는 예를 들어 Si/Al의 비율이 1 내지 1.4가 되면서 Na2O, Al2O3 및 SiO2로 이루어진 제올라이트가 될 수 있고, 이와 같은 제올라이트가 리튬 이온, 칼슘 이온 또는 바륨 이온에 의하여 양이온 교환이 된 이온 교환 제올라이트가 될 수 있다. 다양한 종류의 제올라이트가 준비될 수 있고 이에 의하여 본 발명은 제한되지 않는다. 벤토나이트(Bentonite)는 SiO2, Al2O3alc 및 H2O를 포함하는 몬모릴로나이트(Montmorillonite)를 주성분으로 하는 층상 광물로 양이온 교환성을 가진 광물에 해당한다. 벤토나이트는 Ca-벤토나이트 또는 Na-벤토나이트가 될 수 있지만 바람직하게 Na-벤토나이트가 될 수 있고, 알칼리 특성을 나타내는 벤토나이트가 될 수 있다. 벤토나이트는 예를 들어 암모니아 또는 중금속을 흡착하여 제거하는 특성을 가질 수 있고, 그에 적합한 특성을 가진 벤토나이트가 준비될 수 있다. 선택적으로 벤토나이트는 유기 벤토나이트가 될 수 있고, 예를 들어 브롬화암모늄(Ammonium bromide)에 의하여 유기화가 된 유기 벤토나이트가 될 수 있다. 추가로 이와 같은 유기 벤토나이트의 합성 과정에서 알루미늄 올리고머가 첨가될 수 있고, 이와 같은 형태의 유기 벤토나이트에 의하여 인(Phosphorus) 또는 질소의 흡착 수준이 향상될 수 있다. 다양한 형태의 벤토나이트가 준비될 수 있고 이에 의하여 본 발명은 제한되지 않는다. 활성탄(activated carbon)은 격자 구조에 형성된 기공 네트워크에 의하여 기체 또는 액체에 포함된 다양한 형태의 불순물을 제거하는 기능을 가질 수 있고, 악취를 발생시키는 물질, 이산탄소 또는 금속을 흡착하여 제거할 수 있다. 활성탄은 코코넛, 목재, 석탄 또는 섬유 소재로 만들어질 수 있다. 선택적으로 활성탄은 예를 들어 Carboxymethyl cellulose와 같은 수계 바인더 또는 천연 고분자에 의하여 벌크 형태로 만들진 벌크 구조 활성탄이 될 수 있다.
제올라이트, 벤토나이트 및 활성탄 소재가 준비되면, 각각의 소재는 분쇄되어 분말 형태로 만들어진 후 혼합되어 균질화가 될 수 있다(P11). 각각의 소재는 독립적으로 분쇄되어 분말 형태로 만들어질 수 있고, 제올라이트 및 벤토나이트는 예를 들어 10 ㎚ 내지 500 ㎛의 평균 직경을 가지도록 분쇄되어 분말 형태로 만들어질 수 있다. 이에 비하여 활성탄은 50 내지 500 ㎛의 평균 직경을 가지도록 분쇄가 될 수 있다. 이와 같은 크기로 분쇄가 되어 분말화가 된 각각의 성분은 예를 들어 10 내지 1,000 rmp의 속도로 회전하는 교반기에서 교반되어 균질하게 만들어질 수 있다(P12). 교반기는 예를 들어 구형 또는 실린더 형상이 될 수 있고, 다수 개의 회전축을 가진 교반기가 될 수 있다. 서로 다른 축을 기준으로 교반기가 회전되면서 분말 성분이 균질하게 혼합이 될 수 있다. 이와 같이 균질하게 만들어진 혼합물에 대하여 열처리가 될 수 있다(P13). 열처리는 선택적으로 이루어질 수 있고, 1 내지 3회에 걸쳐 감압 조건에서 이루어질 수 있다. 열처리 과정에 의하여 혼합물에 존재하는 불순 및 기체 성분이 제거될 수 있고, 흡착 특성이 향상될 수 있다. 열처리는 예를 들어 100 내지 150 ℃의 온도 및 0.5 내지 1 기압에서 30 내지 60분 동안, 150 내지 300 ℃의 온도 및 0.1 내지 0.5 기압에서 10 내지 30분 동안 그리고 120 내지 180 ℃의 온도 및 0.5 내지 0.8 기압에서 30 내지 50분 동안 동안 진행될 수 있다. 이와 같은 열처리 공정이 완료되면(P13), 혼합물은 보관 용기에 채워져 밀봉된 후 저장될 수 있다(P14). 이와 같이 제조된 COD 제거제는 40 내지 70 wt%의 제올라이트; 10 내지 40 wt%의 벤토나이트; 및 전체를 100 wt%가 되도록 하는 활성탄을 포함한다. 바람직하게 COD 제거 조성물은 45 내지 65 wt%의 제올라이트; 20 내지 35 wt%의 벤토나이트; 및 전체를 100 wt%로 만드는 활성탄을 포함할 수 있고, 가장 바람직하게 55 내지 65 wt%의 제올라이트, 25 내지 35 wt%의 벤토나이트; 및 전체를 100 wt%로 만드는 활성탄을 포함할 수 있고, 각각의 성분은 건조 분말 형태가 될 수 있다. 이와 같이 만들어진 COD 제거 조성물에 만들어져 시험되었다.
실시 예
실시 예 1
건조 분말 형태의 제올라이트 60 g; 벤토나이트 50 g; 및 10 g의 활성탄이 혼합되었고, 각 분말 성분의 평균 직경은 100 내지 400 ㎚; 500 내지 1,000 ㎚; 및 50 내지 100 ㎛가 되었다. 제올라이트는 0.5 내지 5 ㎚의 평균 기공 직경을 가지고, Si/Al의 비율이 1 내지 2가 되는 것으로 확인되었다. 건조 분말의 형성을 위하여 1 기압 및 120 ℃의 온도에서 45분 동안 열처리가 되었다.
실시 예2
실시 예2과 동일한 조건으로 건조 분말 형태의 각각의 분말 성분이 준비되었고, 건조 분말은 0.3 기압 및 200 ℃의 온도에서 20분 동안 그리고 0.7 기압 및 150 ℃의 온도에서 40분 동안 열처리가 되었다.
실시 예3
실시 예1과 동일한 조건으로 각각의 분말 성분이 준비되었고, Si/Al의 비율이 30 내지 35가 되면서 기공 크기가 50 ㎚가 되는 메조 제올라이트인 것으로 확인되었다.
실시 예4
실시 예1과 동일한 조건으로 각각의 분말 성분이 준비되었고, 다만 벤토나이트는 유기 벤토나이트가 사용되었다.
실시 예5
실시 예1과 동일한 조건으로 각각의 분말 성분이 준비되었고, 다만 활성탄은 벌크 구조의 활성탄이 사용되었다.
실시 예1 내지 5에 따라 제조된 조성물의 COD 제거 능력이 시험되었고, 시험을 위하 산업 폐수(폐수1), 축산 폐수(폐수2) 및 생활 폐수(폐수3)가 각각 수집되었고, 각 폐수의 pH는 4 내지 6; 7 내지 8; 및 8 내지 9가 되었다. 시험을 위하여 정지 상태 및 폐수가 5 m/min의 속력으로 5 m 동안 이동하는 동안 실시 예에 따른 COD 조성물을 용액 형태로 첨가하였다. COD 조성물은 1: 100의 비율로 물에 희석이 되었고, 이후 폐수에 첨가되어 COD 제거 효과가 과망간산 측정법에 의하여 측정되었고 측정 결과는 아래와 같았다.
| 실시 예1 | 실시 예2 | 실시 예3 | 실시 예4 | 실시 예5 | |
| 폐수1 | 15.23 | 10.12 | 10.23 | 14.57 | 12.47 |
| 폐수2 | 14.37 | 9.89 | 8.48 | 10.11 | 9.81 |
| 폐수3 | 12.17 | 8.54 | 8.24 | 9.58 | 8.72 |
<COD 제거 효과 시험 결과>
처리 전 각각의 폐수의 COD 및 pH는 각각 폐수1: 350.28(pH 4.2), 폐수 2: 450.35(pH 9.5), 폐수3: 320.93(pH 6.2)이 되었고, 본 발명에 따른 조성물에 의하여 대부분의 폐수로부터 COD가 제거된다는 것을 알 수 있다. 처리 후 각각의 폐수의 pH는 7.1, 7.3 및 7.0이 되는 것으로 측정되었다. 이와 같이 본 발명에 따른 COD 제거 조성물은 다양한 종류의 폐기수에 적용될 수 있다는 것을 알 수 있다.
위에서 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.
P11: 성분 준비 P12: 분쇄 및 균질화
P13: 열처리 P14: 밀봉 및 저장
P13: 열처리 P14: 밀봉 및 저장
Claims (1)
- COD 제거용 폐수 처리 조성물의 제조 방법에 있어서,
분말 형태의 제올라이트, 벤토나이트 및 활성탄을 교반기에 의해 균질하게 혼합시킨 후 120 ℃의 온도 및 1 기압에서 45분 동안 열처리시키는 단계를 포함하고,
제올라이트, 벤토나이트 및 활성탄은 평균 직경이 100 내지 400 ㎚인 50 wt%의 제올라이트, 평균 직경이 500 내지 1,000 ㎚인 42 wt%의 벤토나이트 및 평균 직경이 50 내지 100 ㎛인 8 wt%의 활성탄을 포함하는 것을 특징으로 하는 COD 제거용 폐수 처리 조성물의 제조방법.
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