수질관리 125회 2교시 문제 1. 염색폐수의 특성과 처리방법을 간략히 설명하고, 처리방법 중 펜톤산화공정에 대하여 상세히 설명하시오.

답 1. 염색폐수의 특성과 처리방법

1) 염색폐수의 특성

- 염색가공 산업은 섬유에 부착되어 있는 불순물을 제거한 후, 각종 염료와 조제를 첨가하여 가공하는 공정에서 많은 물을 사용하므로 폐수가 많이 발생하는 전형적인 용수 다소비 업종임

- 염색폐수에는 미생물에 의해 분해되지 않거나 분해속도가 느린 염료, 염료조제, 산화제, 계면활성제 등의 각종 고분자 유기화합물이 함유되어 있기 때문에 폐수처리 어려움

- 염색가공 산업은 피가공물의 종류 및 가공 종류에 따라 다양한 공정을 채택하고 있으며, 제조공정 중 오염물을 가장 많이 배출하는 공정은 호발공정, 정련·표백공정 및 염색공정이 대표적임

2) 처리공정 계획

- 현재 염색폐수처리장에서 주로 운전되고 있는 처리공정은 크게 응집·침전처리, 생물학적 처리, 펜톤산화 처리의 세가지 공정임

- 염색폐수를 응집·침전공정에 의해 처리하는 경우가 가장 일반적이며, 전체 처리장의 약 80% 채택

→ 유입물량 변동에 따른 폐수처리장의 조절과 운전 용이, 소규모 배출시설이나 종말처리장이 있는 곳에서 1차 처리로 많이 이용. 단 처리효율 및 색도 제거율 낮음

- 응집·침전, 생물학적 처리에 의해 처리하는 경우 단순 응집·침전처리에 비해 처리효율이 높으나, 독성물질 및 난분해성 물질에 의한 영향 주의 필요. 색도 제거율은 단순 응집·침전처리와 비슷

- 응집·침전, 생물학적 처리, 펜톤산화 처리는 처리수의 BOD, COD 농도를 현저하게 낮출 수 있으며, 특히 펜톤 산화처리의 강력한 산화력으로 난분해성 물질의 처리 및 색도 제거율 높음

답 2. 펜톤산화공정

- O2, ClO2, Cl2, O3, KMnO4 등으로도 분해하기 어려운 난분해성 물질을 분해시킬 수 있는 강력한 산화제인 OH 라디칼을 만들어 산화 · 분해시키는 방법을 AOP(Advanced Oxidation Process, 고도산화 공정)라 하며, 펜톤 산화법은 AOP의 일종임

- 펜톤산화법의 경우, H2O2와 FeSO4가 혼합되었을 때에는 H2O2가 강력한 산화력을 갖는 OH· 라디칼(산화전위 2.8)을 생성시켜기 때문에 유기물을 쉽게 분해함

- 이러한 AOP(고도산화 공정)은 유기물 제거, 맛 · 냄새 제거, THMs 억제 대안, GAC/BAC 등의 전처리 공정으로 활용

답 3. 반응원리

- H2O2와 FeSO4가 혼합되었을 때에는 H2O2가 강력한 산화력을 갖는 OH· 라디칼(산화전위 2.8)을 생성시키기 때문에 유기물이 쉽게 분해됨

- 펜톤 산화반응올 알려진 H2O2와 Fe2+의 전형적인 반응은 매우 빠르게 진행되며, 이런 반응의 전형적인 메카니즘에서는 유기화합물을 공격할 수 있는 OH· 라디칼의 중간체가 형성됨

답 4. 화학반응식

- 일반적으로 라디칼이 관여하는 반응은 몇 단계의 복잡한 연쇄반응 메카니즘을 통해 진행됨

1) 개시단계 : 라디칼 생성

· Fe2+ + H2O2 → Fe3+ + OH· + OH-

2) 전파단계 : 개시단계에서 생성된 라디칼로부터 새로운 라디칼 생성

· OH· + H2O2 → HO2· + H2O

· HO2· → H+ + O2-

· O2- + Fe3+ → Fe2+ + O2

· Fe2+ + H2O2 → Fe3+ + OH· + OH-

3) 종결단계 : 라디칼이 소멸

· Fe2+ + OH· → Fe3+ + OH-

답 5. 펜톤산화조의 구성 및 투입약품

- 펜톤산화법은 대상폐수 및 여건에 따라 다소 차이는 있으나 현재 우리나라에서 많이 시도되고 있는 폐기물 매립장 침출수 폐수처리 공정은 생물학적 처리 → 화학적 처리 → 펜톤산화의 순으로 구성

- 펜톤 산화조의 구성 및 투입약품은 아래와 같음