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Fenton 산화공법을 적용한 염색폐수처리 연구
A study on the dye wastewater treatment by Fenton oxidation process 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.12 no.9, 2011년, pp.4274 - 4282  

안준수 (대진대학교 환경공학과) ,  박태술 (대진대학교 환경공학과) ,  조정호 (공주대학교 화학공학부)

초록
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본 연구는 염색폐수 처리시설에서 생물학적공정(2차) 처리를 거처 배출되고 있는 방류수 중에 미처리되어 잔존하고 있는 난분해성 유기물(COD) 성분을 제거하기 위하여, 고도처리공법으로서 Fenton 산화공정을 적용하여, 공법의 적용 가능성과 최적의 운전조건을 얻고자, 실험실 실험과 Pilot Plant 현장 운전을 실시하였다. 본 Fenton 산화실험의 원수로 사용된 생물학적(2차) 처리수의 수질은 실험기간동안 $COD_{Mn}$ 30~50mg/L으로 측정되었다. Fenton 산화반응 실험 결과, 최적의 반응조건은 pH 3~3.5, 반응시간 2~2.5시간, 약품 주입량비($FeCl_2$(33%)/$H_2O_2$(35%)) 3 : 1 로 나타났다. 약품 주입량 비가 적정조건일 때, 슬러지 발생량($SV_{2hr}$)은 전체 양의 21~28% 범위인 것으로 측정되었다. Pilot Plant 실험 결과, 산화반응조의 체류시간 변화에 따라 처리효율이 크게 영향을 받고 있었으며, 적정 체류시간은 2.0시간 이었다. 현장에 Pilot Plant($2m^3/d$)를 설치하여 연속운전을 실시한 결과, COD 농도가 제거효율 면에서 60~70%를 나타내었고, 처리수질은 20mg/L 이하로 측정되어, 대체로 안정적이고 양호한 처리효율을 나타내고 있었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this study, Fenton reaction was studied for the possibility of applying as advanced treatment and its optimal condition for the removal of refractory organics from the dye wastewater. Fenton reaction was applied to remove refractory organics after the bio-treatment (secondary treatment) inside te...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 기존의 폐수처리장에서 배출되고 있는 최종 방류수의 COD 농도는 약 30∼40mg/L으로서, 법적 방류수 수질기준인 40mg/L 이내로 존재하나, 환경영향평가 협의기준인 20mg/L 또는 설계 방류수 수질 18.2mg/L보다 상회하고 있으므로, 이들 수질기준에 적합하도록 하기 위하여, 고도처리공법으로서 이전에 오존처리공법을 적용하였으나 목표 설계수질에 이르지 못하여, Fenton 산화공법에 대하여 적용 가능성을 알아보고자 본 연구를 실시하였다.
  • 본 실험은 동일한 시료에 대하여 Fenton 산화 반응시켰을 경우, 처리수에서의 COD와 BOD의 제거특성을 각각 파악하고자 하였다. 그림 6과 7에서 볼 수 있는 바와 같이, Fenton 실험 후 최종 방류수에서 BOD는 평균 45% 제거되었으며, COD는 평균 61%가 제거되었다.
  • 본 연구는 염색폐수 처리시설에서 생물학적공정(2차) 처리를 거처 배출되고 있는 방류수 중에 미처리되어 잔존하고 있는 난분해성 유기물(COD) 성분을 제거하기 위하여, 고도처리공법으로서 Fenton 산화공정을 적용하여, 공법의 적용 가능성과 최적의 운전조건을 얻고자, 실험실 실험과 함께 Pilot Plant를 설계ㆍ제작하여 현장 운전을 실시하였으며, 그 실험결과는 다음과 같다.
  • 본 연구대상 염색폐수는 기존의 처리공정으로는 COD 성분이 설계기준에 맞출 수 없는 한계상황에 직면해 있어서, 이를 처리하기 위한 고도처리 기술로서 Fenton 산화공법을 선정하여, 이에 대한 적용 가능성과 최적의 운전 조건을 파악하기 위하여 연구를 실시하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
Fenton 산화공법의 장점은 무엇인가? Fenton 산화공법은 폐수 중에 함유된 COD 및 색도 성분 등 난분해성 유기물질을 용이하게 분해시킴으로서, 그 응용범위가 염색폐수 뿐만 아니라 축산폐수, 펄프제지공업 및 석유화학공업 폐수 등에 광범위하게 적용시킬 수 있는 것으로 알려져 있다. 그러나 Fenton 시약이라고 불리는 과산화수소와 철염을 사용하므로, 폐수 중에 난분해성물질을 제거하기 위하여 과량의 과산화수소와 철염을 사용함으로 인하여 소요 약품비용의 증가로 폐수처리 비용이 상승하게 된다 [3-8].
기존의 대부분의 염색폐수 처리기술들은 주로 무엇을 기본 공정으로 적용하고 있는가? 한편, 우리나라 섬유·염색산업의 폐수량은 전체 산업폐수 발생량의 절반 가까이를 차지하고 있으며, BOD, COD, 색도 및 pH 등의 오염 유발 물질을 많이 함유하고 있다. 기존의 대부분의 염색폐수 처리기술들은 주로 미생물을 이용한 생물학적 처리방법을 기본 공정으로 적용하고 있으나, 염색폐수는 생물학적으로 처리하기 어려운 난분해성 유기화합물이 다량 함유되어 있어, 일반적으로 생분해성 물질이 함유된 성분에 대해서는 처리기술이 입증되어 비교적 양호한 처리효율을 나타내지만, 새로운 구조를 갖고 있는 특정성분을 함유한 폐수는 효과적으로 처리하지 못하는 경우가 점점 증대되고 있다. 그러므로 이와 같은 과제를 해결하기 위해서는 물리·화학적 처리방법을 병행하여야 하는데, 효과적으로 처리할 수 있는 기술로서는 자외선 조사, 전자빔, Fenton 산화공법, 플라즈마, 광촉매를 이용한 산화법(ZnO, TiO2) 등이 있다.
Fenton 산화공법의 단점은 무엇인가? Fenton 산화공법은 폐수 중에 함유된 COD 및 색도 성분 등 난분해성 유기물질을 용이하게 분해시킴으로서, 그 응용범위가 염색폐수 뿐만 아니라 축산폐수, 펄프제지공업 및 석유화학공업 폐수 등에 광범위하게 적용시킬 수 있는 것으로 알려져 있다. 그러나 Fenton 시약이라고 불리는 과산화수소와 철염을 사용하므로, 폐수 중에 난분해성물질을 제거하기 위하여 과량의 과산화수소와 철염을 사용함으로 인하여 소요 약품비용의 증가로 폐수처리 비용이 상승하게 된다 [3-8].
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참고문헌 (11)

  1. Yong-woon, Yang, "Color Removal of Dye Using Electron Beam Acceleratort", J. of Environmental Hi-Technology, 11, pp. 2-10, 1996. 

  2. Igarashi, J., Yoshida, T., Watanabe, H., "Oxidative Degradation of Lubricating Oils", INFORM, Vol. 7, No. 9, pp. 1001-1008, 1996. 

  3. Kotronarou, A., Mills, G., Hoffmann, R., "Decomposition of Parathion in Aqueous Solution by Ultrasonic Irradiation", Env. Sci. Tech., Vol. 26, No. 7, pp. 1460-1462, 1992. 

  4. In-ryang, Huh, Yeong-kwan, Kim, Chan-ki, Lee, "Removals of Refractory Organics and Color in Improperly Managed Landfill Leachate by Fenton Oxidation", J. of KSEE, Vol. 18, No. 1, pp. 43-54, 1996. 

  5. Sims, A. F. E., "Phenol Oxidation with Hydrogen Peroxide", Effluent and Water Treatment Journal, Vol. 21, No. 3, pp. 109-112, 1981. 

  6. Wang, Y. T., "Effect of Chemical Oxidation on Anaerobic Biodegradation of Model Phenolic Compound", Environ. Sci, Tech., Vol. 64, No. 3, pp. 268-273, 1992. 

  7. Bowers, A. R., et al., "Treatment of Toxic or Refractory Wastewaters with Hydrogen Peroxide", Water Sci. Tech., Vol. 21, pp. 477-486, 1989. 

  8. Sedlak, D. L., and Andren, A. W., "Oxidation of Chlorobenzene with Fenton's Reagent", Environ. Sci. Tech., Vol. 25, No. 4. pp. 777-782, 1991. 

  9. Jong-hyun, Lee, Hyun-jun, Lee, Hai-uk, Nam, Tae-joo, Park, "Characteristics of COD and Color Removal of Pigment Wastewater using Fenton Oxidation", J. of KSEE, Vol. 21, No. 5, pp. 1013-1021, 1999. 

  10. Dong-gyu, Oh, Tai-il, Yoon, "Treatment of Dye-Wastewater with Fenton's Reagent", J. of KSEE, Vol. 13, No. 2, pp. 123-132, 1991. 

  11. Tail-il, Yoon, Won-seok, Chang, "Dyestuff Wastewater Treatment by Chemical Oxidation, Absorption, and Fixed Bed Biofilm Process", J. of KSEE, Vol. 16, No. 7, pp. 863-875, 1994. 

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