황토를 이용한 염색폐수 처리

서정호, 안갑환*, 박영식**, 문정현***

울산전문대학 공업화학과, 지산전문대학 환경관리과*,

부산대학교 화학공학과**, 서봉 리사이클링(주)***

Treatment of Dyeing Wastewater Using Yellow Clay(Loess)

Jung Ho Suh, Kab Hwan Ahn*, Young Seek Park**, Jung Hyun Moon***

Ulsan Junior College, Jisan Junior College*

Pusan National University**, SuhBong Recyling Co.***

1. 서론

급속한 산업의 발전은 인류에게 물질문명의 풍요를 안겨주었지만 다양한 오염물질의 발생으로 자연 생태계의 파괴도 더불어 제공하였다. 하천이나 강으로 배출되는 일반하수, 산업폐수, 각종 폐기물의 매립 및 농약살포 등의 다양한 오염물질의 배출로 인해 지구 환경이 파괴되고 있을 뿐만 아니라 인류의 건강까지도 위협당하고 있다[1]. 특히 섬유의 염색 가공시 발생되는 염색폐수는 그 성상이 다양하고 유기물의 농도가 높을 뿐만 아니라 시각적인 불쾌함까지 유발시키므로, 오래전부터 처리에 많은 노력을 기울여 왔다[2].

일반적으로 염색폐수를 처리하는 방법은 화학적 침전법과 활성슬러지법을 사용하고 있으나, 화학적 침전법은 불용성 슬러지의 발생으로 인해 후처리가 필요하며 활성슬러지법은 색도의 처리를 위해 별도의 2차처리를 해야하는 번거러움과 운전비가 많이 소요된다. 따라서 최근 유기물과 색도의 동시 제거를 위해서 입상활성탄을 흡착제로 널리 사용하고 있지만 그 재생과정에서 소요되는 비용이 고가이고 다른 유기물에 비해 특정 오염물에 대한 흡착능력이 떨어지므로 활성탄의 대체제로 smetiti계 천연 점토 등이 사용되기도 한다[3].

현재 우리나라 토양의 약 15∼20%를 점유하고 있는 황토는 SiO2(50∼60%), Al2O3(8∼12%), Fe2O3(2∼4%) 및 FeO(0.8∼1.1%) 등의 물질이 다량 함유되어 있으며[5] 그 값이 저렴하여, 최근 양어장에서 잉어의 빠른 생육과 어병 방지를 위해 사용되고 있다고 보고되고[6] 있으며, 또한 매년 남해안에서 발생되어 양식장에 대규모의 피해를 입히고 있는 적조의 제어에도 대량으로 사용되어 많은 효과를 보고 있는 것으로 알려져 있다. 따라서 최근 이러한 황토의 다양한 기능을 산업에 이용하려는 노력이 진행되고 있다.

본 연구에서는 대구와 부산의 염색공장에서 발생된 염색폐수의 유기물 및 색도를 황토를 이용하여 제거할 때, 시간의 경과에 따른 제거량, 초기 염색폐수의 농도에 따른 제거량, 황토의 양에 따른 제거량 등을 관찰하여 황토에 의한 염색폐수의 제거가능성을 살펴보았다.

2. 재료 및 방법

본 연구에서는 부산 및 대구에 소재하고 있는 염색공장에서 발생된 폐수를 사용하였으며, 황토를 사용하여 폐수의 색도와 유기물의 흡착제거실험을 수행하였다. 황토는 양산 인근의 야산으로부터 채취하여 건조시켜 분쇄후 전기로(Fisher Programmable Muffle Furnaces)를 이용하여 550℃에서 소성하여 사용하였다. 황토의 물리적인 분석은 Martin의 토양채취와 분석방법을 따랐다[7]. 흡착실험은 원하는 농도의 염색폐수용액에 적절한 양의 황토를 넣어 shaking incubator (VISION)에서 30℃, 150rpm으로 흡착평형에 도달할 때까지 반응시켰다. 색도 및 유기물의 분석시료는 상등액을 일정량 씩 취하여 원심분리기(Hanil Mega)에서 10000rpm으로 10분간 원심분리한 후 상등액을 적절히 희석하여 사용하였다. 염색폐수의 색도는 ADMI Tristimulus fiter method[8]를 사용하여 측정하였으며, 색도표준용액은  K2PtCl6 2.4903g와 COCl2·6H2O 2.01g를 36%의 HCl에 녹여 전량을 1□로 하여 사용하였으며(색도 : 1000도) UV-VIS spectrophotometer (Shimadzu UV-1201)를 이용하여 422.2∼645.9nm에서 투과율을 측정한 후 색도로 환산하였다. 염색폐수 내 유기물 농도는 TOC analyzer (Shimadzu TOC-500A)를 이용하여 측정하였다. 황토에 의한 유기물 및 색도의 흡착량은 q = V(Ci - Cf)/M으로 계산하였다. 여기서, q는 유기물 및 색도의 흡착 제거량, V는 용액의 부피, Ci와 Cf는 각각 초기와 최종 유기물 및 색도의 양, M은 사용된 황토의 양이다.

결과 및 토론

Fig. 1은 대구와 부산의 염색공장에서 발생된 염색폐수에 일정량의 황토 투입 후 시간에 따른 TOC 농도를 측정한 결과이다. 그림에서 보는 바와 같이, 본 실험에 사용된 대구에서 발생된 염색폐수(TD-1)와 부산에서 발생된 염색폐수(PD-1)의 초기농도는 다른 것을 알 수 있었으며, 황토를 이용하여 유기물을 제거할 때 제거 시간은 매우 빨라 약 1시간에서 2시간 사이에 평형에 도달하는 것을 알 수 있었다. 또한 제거량은 TD-1에 비해 PD-1이 월등히 높았으며 이는 두 염색폐수의 초기 유기물 농도의 차이에 의한 것으로 판단된다.

Fig. 2는 대구와 부산 염색폐수의 색도를 황토를 이용하여 제거한 결과를 나타내었다. 색도 역시 부산과 대구의 염색폐수 사이에는 큰 차이를 나타내었으며, 제거량도 많은 차이를 나타냄을 알 수 있었다. 유기물의 제거와 마찬가지로 색도의 제거에서도 흡착 평형에 도달하는 시간이 매우 빨라 약 30분 후에는 거의 평형에 도달하는 것을 알 수 있었다. 따라서 위 두 실험의 결과를 바탕으로 흡착 평형시간을 2시간으로 결정하여 향후 실험을 진행하였다. Fig. 1과 2의 결과에서 TD-1 보다 PD-1이 유기물과 색도의 제거량이 훨씬 높은 것을 볼 수 있었으나 평형 유기물 농도 및 색도는 초기 농도가 낮은 TD-1이 훨씬 낮게 나타남을 알 수 있었다. 이것은 PD-1이 TD-1 보다 높은 초기 유기물 및 색도 농도를 지니고 있기 때문으로 판단된다. 이러한 결과를 검증하기 위하여 Fig. 3에 초기 대구 염색폐수를 여러번 희석하여 염색폐수의 초기 농도를 달리하면서 유기물 제거 효율을 비교한 결과를 나타내었다. 그림에서 보는 바와 같이 염료의 농도가 높을수록 제거량은 증가됨을 알 수 있었다. 그러나 제거율은 염료 농도가 증가할 때 초기에는 증가하다가 더 이상 증가하지 않는 것을 알 수 있었으며 약 60%가 최고의 제거율임을 나타내었다. Fig. 4는 부산 염색폐수를 여러 비율로 희석하여 초기 농도를 다르게 하여 각 초기 농도에 따른 제거량과 제거율을 나타낸 것이다. Fig. 3의 결과와 마찬가지로 초기 염색폐수의 농도가 높을수록 염료의 제거량은 증가하였으나 제거율은 거의 일정한 값을 나타내었으며 초기 염색폐수의 농도가 150mg/L 이상에서는 오히려 제거율이 약간 감소함을 알 수 있었다. 그러나 Fig. 4에 나타낸 실험 범위(염색폐수의 농도)가 Fig. 3의 경우보다 월등히 높으므로 위의 두 경우를 연계해서 생각해보면, 염색폐수의 초기 농도가 10mg/L 이하에서는 제거율이 상당히 낮으나 10∼100mg/L 사이에는 약 60% 정도의 제거율을 나타내며, 150mg/L 이상에서는 제거량은 계속 증가하지만 제거율은 약간 감소 하는 것으로 판단할 수 있었다.

결론

황토를 이용하여 대구와 부산 염색공장에서 발생된 염색폐수에 대한 유기물 및 색도 제거 실험을 진행한 결과, 황토에 의한 유기물과 색도의 제거는 약 1시간 이내에 평형에 도달할 정도로 빨리 진행되었으며, 염색폐수의 농도가 높을수록 제거량은 증가하였으나 제거율은 약 60%로 거의 일정하게 나타났다. 대구와 부산 염색폐수의 제거량이 상당히 차이가 났는데 이는 두 염색폐수의 초기 염색폐수 농도의 차이에 기인한 것으로 판단되었다.

참고문헌

1. 서정호, Saccharomyces cerevisiae와 Aureobasidium pullulans의 납 흡착 특성, 부산대학교 박사학위논문, 1997.

2. Chung, K.T. and Stevens, S.E., Environmental toxicology and chemistry, 12(11), 2121-2132, 1993.

3. 방시욱, 전해산화법에 의한 염료폐수의 색도처리, 부산대학교 석사학위논문, 1993.

4. 송은지, 최상준, 전영웅, 유기 점토 흡착제를 이용한 Phenol 성분의 제거, 화학공학의 이론과 응용, 3(1), 965-968, 1997.

5. 박재순, 1996년 남해안의 적조발생과 황토살포에 의한 적조방제대책, 여수수산대 수산과학연구소, 39-61, 1996.

6. 유도옥, 황토의 신비, 행림출판, 1997.

7. Martin, R.C., Soil sampling and methods of analysis, Lewis Publishers, 1993.

8. American Public Health Association, Standard Methods for the examination of water and wastewater 18th., 1992.