염료제조공정에서 발생되는 폐수는 미반응 물질, 중간합성체, 반응기 세척액 등의 난분해성 물질과 함께 고농도의 염(salt)를 함유하고 있어 기존의 생물학적 처리를 위해서는 폐수를 3-5배 희석하여 처리한다. 따라서 폐수처리장의 규모가 커지고 처리 약품과 에너지의 소모가 증가하므로 처리가 비효율적으로 수행된다. 본 연구에서는 염료폐수처리 및 회수에 역삼투막을 적용하여 폐수의 농축과정에 따른 투과율, 배제율의 변화를 조사하였다. 염료폐수의 생물학적 처리공정에서 문제점으로 대두되는 염의 농도를 낮추기 위해서 Nanofiltration(NF)막을 이용하여 염료성분과 염을 분리하는 실험을 수행하였다.
분리막공정을 폐수처리에 적용시 적용되는 각 폐수의 특성과 조건에 따라 공정의 안정성 및 경제성에 많은 영향을 받게 된다. 특히 폐수에 대한 농축도는 공정의 경제성과 밀접한 관계를 갖고 있는 중요한 인자이다. 폐수중에 염류 및 난분해성 유기물의 농도가 높을 경우 최종 처리수의 양을 줄이지 않으면 추가로 농축수에 대한 처리비용이 증가하기 때문에 폐수에 대한 분리막의 농축특성을 실험을 통하여 충분히 고려하여야 한다. 난분해성 폐수의 일종인 염료폐수는 고농도의 유기물과 높은 염류를 함유하고 있어 분리막공정을 이용하여 처리시 농축도의 증가와 함께 폐수의 특성변화로 막의 성질을 변화시킬 수도 있다. 더불어 과포화된 무기이온성분에 의하여 막표면에 scale을 유발시킬 수 있으므로 농축에 따른 적절한 무기이온성분의 제거는 농축도를 높이는 중요한 인자라고 볼 수 있다. 본 연구에서는 2가 이온에 대한 선택적 배제가 가능한 nanfiltration계열의 분리막을 이용하여 염료폐수를 대상으로 처리효율, cold crystallization공정을 응용한 농축실험 및 세척효과에 관하여 연구하였다.
국내 산업폐수 발생량 중 소량이지만 오염도가 높고 난분해성이 다량 함유되어 있는 염료폐수는 일반적인 응집침전 + 생물학적처리로는 폐수 방류기준치인 COD_{MN} 100ppm이하로 처리하기가 불가능하다. 따라서 S화학에서는 방류수 수질 기준을 만족시키기 위하여 생물학적 처리 후단에 3차 처리로서 분말 활성탄 설비와 같은 고도처리설비를 도입하여 운전하고 있으나 운전비가 과다하고, 분말활성탄의 주입시 미분의 비산으로 인하여 주위시설에 영향을 미치는 것으로 나타났다. S화학에서는 활성탄처리설비의 문제점을 해결하고 폐수를 공업용수로 재활용하기 위해 일일 $1500m^3$의 폐수 중 $750m^3$에 고도처리설비인 역삼투설비를 적용하였다.
역삼투공정을 이용하여 염료폐수를 공업용수로 재활용하기 위해 설비의 구성, 운전조건 및 경제성에 대한 검토를 실시하였다. 이를 위해 먼저 원수의 성상 및 처리수 수질기준에 대한 검토를 통해 단위공정으로 물리적여과, 역삼투 및 증발농축으로 선정하고 2차에 걸친 Pilot Test를 실시하여 실 Plant 설치를 위한 설계인자를 확보하였다. 이를 바탕으로 750m$^{3}$/일의 염료폐수재활용 Plant를 설치하고 시운전과정을 통하여 성능 확인 및 운전조건을 확보하고 이에 따른 설비투자비 및 운전비 등의 경제성 검토를 실시하였다.
Carboxylated alginic acid bead를 이용한 중금속 제거에 관한 염색폐수의 영향에 대해 연구를 수행하였다. Carboxylated alginic acid bead를 담체로 사용하였을 때 때 납과 구리이온의 흡착에 미치는 염색폐수의 영향은 매우 작았다. 또한, 납 이온이 염색폐수와 같이 섞여 있을 때 흡착공정은 거의 2-3 시간 내에 이루어졌으며 50ppm의 납 이온은 0.3g의 담체만으로 대부분 제거 되었다. 이와 같은 결과는 Carboxylated alginic acid bead가 염색폐수 내에 존재하는 중금속 이온의 제거에 대해서 효과적인 흡착제임을 의미한다.
본 연구는 에멀젼 액막을 이용한 염색 폐수 내의 염료 이온 제거에 관한 연구이다. Aliquat 336을 함유한 액막과 D2EHPA를 함유한 액막으로 각각 음이온성 염료와 양이온성 염료 제거에 관한 최적 조건을 확립하였으며, 이 조건하에서 실제의 염색 폐수 처리 실험을 행하였다. 직접 염료인 Sirius Red, 반응성 염료인 Reactofix Supra Blue 및 염기성 염료인 Apollo Blue를 대상으로 하여 막상의 계면활성제(Span 80)와 담체(Aliquat 336 or D2EHPA)의 농도, 내수상의 counter ion($Na_2SO_4$) 농도, 그리고 에멀젼 투여량 등을 변화시키며 염료 제거 실험을 행하였다. 반응 5분 후에 추출 평형에 도달하였으며, 각 염료에 대하여 색소 성분의 95% 이상을 제거할 수 있었다. 제막 조건에 가장 큰 영향을 미치는 인자는 담체의 농도로서 일정량 이상의 담체는 막의 물질 전달 저항을 증가시켜 색도 제거 효과를 감소시킴을 알 수 있었다. 또한, 막상의 계면활성제의 양, 내수상의 counter ion의 양 및 투여 에멀젼의 양은 평형 도달 후의 최종 색도보다는 추출 속도에 더 큰 영향을 미침을 알 수 있었다. 실제 염색 폐수를 에멀젼 액막으로 2단계 처리한 결과 550nm에서의 흡광도를 초기 0.53에서 10분 후 0.03까지 낮출 수 있었다.
본 총설은 수 처리용으로 이용되는 여러 가지 종류의 농업부산물과 염료를 종합평가한 것이다. 염료로 인한 수질오염은 심각한 환경문제를 유발하고 있으나 적절한 기술과 장치는 물론, 수 처리제가 고가로 공급되어 수질관리에 어려움을 겪고 있다. 그에 따른 대체제로 최근에 농업부산물을 이용한 저가흡착제 개발에 높은 관심을 보이고 있는 가운데, 각종 농업부산물의 흡착기능을 조사하였다. 또한 활성탄을 대체할 만한 저가이면서 환경친화적인 염료폐수처리제 개발과 그 효용성을 연구하여 활성탄과 같은 흡착제의 대체가능성을 평가하였다.
일시적 수용성 반응성 분산염료는 염료합성시에 분산제를 사용하지 않기 때문에 원가절감 및 밀링공정 생략에 의한 생산성 증대효과가 있다[1-2l. 또한 혼방섬유를 단일염료로 일욕에서 염색할 수 있기 때문에 공정단축의 효과, 염색공정시에도 분산제를 사용하지 않아도 되므로 조제절감 및 염색폐수의 환경문제 개선 둥의 장점이 있다. 3원색(yellow, red, blue)의 일시적 수용성 반응성 분산염료를 이용하여, Acetate/Nylon(A/N), Acetate/polyester(A/P), Polyester/Nylon(P/N) 혼방섬유를 일욕에서 염색하였으며, 염색성, 견뢰도 및 염색폐수의 환경성을 평가하였다. (중략)
함금속 염료는 이들 염료들의 우수한 일광견뢰도 때문에 섬유산업에서 광범위하게 사용되고 있다. 함금속 염료에 사용되는 금속으로는 크롬, 코발트 및 구리 등이 이용되고있다. 금속 착물은 주로 안료뿐만 아니라 산성, 직접 및 반응성 염료에서 사용하고 있다[1,2] 섬유 염색에서 중요한 부분으로는 염색폐수의 방출에 있다 [3]. 특히, 몇몇 염료들의 발암성물질과, 환원에 의한 아조 그룹의 파괴 등으로 발성하는 아민류가 심각한 환경문제로 관심을 갖고있다[4]. (중략)
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[게시일 2004년 10월 1일]
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