산요화성뉴스 No.531호

2022.03.17

물은 우리의 일상생활 뿐 아니라, 산업활동에 있어서도 필수불가결의 존재이다.

인류가 이용 가능한 물은 유한하고 귀중한 자원으로, 수역 생태계 보호를 위해서도 물 환경을 양호한 상태로 보존하는 것은 중요한 과제이다.

이런 과제 해결의 중핵이 되는 방침의 한가지가 폐수처리이며, 물 환경에 부담을 저감 시키기 위해 폐수에는 지금까지보다 더 한 환경기준이 요구되고 있다.

한편, 인구 증가나 경제발전에 따라, 물 사용량은 이후로도 계속 증가될 것으로 예상 되며, 폐수처리능력의 향상이나 보다 깨끗한 처리기술의 확립,

폐수를 적절히 처리하는 순환이용기술 의 향상 등이 요구되고 있다.
본고에서는, 당사가 개발중인 용해성 COD(화학적산소요구량) 성분처리약제를 중심으로, 물 환경부담 저감에 활약하는 약제에 대해 소개한다. 

일반 가정이나 공장에서 배출되는 물에는 다양한 오염물이 포함 되어있으며, 그대로 강이나 바다에 흘려보내면 생태계에 영향을 줄 뿐 아니라, 식수 등의 수질에도 영향을 준다.

그렇기 떄문에 일반 가정에서 나오는 가정용수는 하수처리장에서, 공장에서 발생 되는 산업용수는 각 공장의 수처리 시설에서 정화처리가 된 후 방류 된다.
방류 시에는, 각국이 배수중 무기, 유기물에 관해 초과해서는 안되는 기준치를 정하고 있으며, 정기적으로 모니터링되고 있다.
배수 중에 포함된 오염물에는 플라스틱 부스러기, 안료, 박테리아, 단백질, 계면활성제 및 다양한 분자 등 유기계부터 무기계, 용해된 것,

되지 않은 것까지 다양한 물질이 있으며 대상 오염물의 종류와 성질 및 처리 목표에 따른 처리기술이 선택되어 진다.

배수처리 기술은 물리적 처리, 화학적 처리, 생물학적 처리로 크게 구분되지만 복수의 처리기술이 조합되어 이용되는 경우가 대부분이다.

처리 대상 물질의 크기에 주목한 처리 기술을 그림 1에 나타낸다3） 

일반적인 배수처리 흐름에서는 1차 처리로서 현탁물질(SS), 유지분, 분자량이 큰 유기물질 등의 현탁물의 표면하전을 무기응집제나 유기응결제로 중화하여 작은 응집체(플록)로 만든다.

또한 고분자 응집제를 이용해 가교 흡착하고, 플록 덩어리를 키운 후 침전 분리시킨다. 이 과정에서는 제거 대상이 되는 현탁물의 표면 전하와 크기에 따라, 고분자 응집제에 다양한 흡착성 및 반응성이 요구된다.

당사는 고분자 응집제용 원료로서 수용성, 친수성, 음이온성 화합물과의 흡착성, 반응성 등 많은 기능을 가진 폴리머를 생성할 수 있는 양이온기 함유 모노머 「メタクリレート」시리즈를 제공하고 있다(그림 2).

メタクリレート 시리즈는 분자 내에 이중결합과 제3아미노기 또는 제4암모늄기를 가진 아미노알킬메타크릴레이트 유도체로 아미드계 단량체이기 때문에 내가수분해성이 우수하다.
이 특징을 살려 고분자 응집제 외에 제지용 약제, 대전방지제, 전기투석, 역삼투막, 이온교환수지, 지력증강제, 안료분산제, 화장품 원료로 사용되고 있다. 

또한 당사는 고분자 응집제『サンフロック』시리즈도 제공하고 있으며 범용 그레이드부터 산성 배수에 효과적인 N 그레이드,

벨트 프레스 탈수기에서 높은 탈수효과를 나타내는 C 그레이드, 무기 응집제와의 병용으로 높은 탈수효과를 나타내는 R 그레이드까지 폭넓게 갖추고 있다.
무기응집제나 유기응결제, 고분자응집제에 의한 응집,침전 등 1차 처리 후에는 통상적으로 미생물의 생화학적 산화반응을 촉진하는 활성슬러지를 이용한 생물처리나 막처리가 이루어지고,

지금까지의 과정에서 제거할 수 없었던 물질을 활성탄처리나 산화처리 등으로 제거하고 있다(그림3). 

배수오염의 대표적인 수질지표로는, 생물화학적
산소요구량(BOD)나 COD등이 있다. 특히 자연환경에서 분해되지 않는유기물은 BOD의 수치로 나타나지 않기 때문에, COD 관리가 중요시 되고 있다.
COD등의 수질 기준이 갈수록 엄격해지는 가운데, 인구 증가와 경제 발전으로 물 사용량이 증가하고 배수 중의 오염물이 다양화되고 난분해성 물질이 포함되는 등 배수 처리에는 큰 부하가 걸리고 있다.
최근 폭넓은 분야에서 수요가 증가하고 있는 비이온성 계면활성제나 폴리비닐알코올 등은 고용해성으로 비이온성 유기물이어서,

배수의 화학적 처리가 어렵고 생물처리에도 악영향을 주는 등 배수처리에 대한 부하가 큰 물질이다.
이러한 용해성 COD의 제거에는 활성탄에 의한 흡착이나 오존 산화, 펜톤 산화 등의 산화법에 의한 분해 제거 등이 적용되고 있지만,

모두 설비 및 처리비용이 높은 문제가 있다. 비생산설비인 배수처리설비에는 가능한 한 저비용으로 효율적이게 COD를 저감 시키는 것이 과제이며,

특히 배수처리의 정비가 필요한 신흥국에서는 저비용 처리기술이 필요 불가결하다.

당사는 기존의 응집 침전조에 투입하는 것만으로 용해성 COD 성분을 불용화하여 배수의 COD 저감에 빠른 효과를 발휘하는 「용해성 COD 성분 처리 약제(개발품)」의 개발에 힘쓰고 있다(그림 4).
비교적 낮은 비용으로 용해성 COD를 저감할 수 있는 새로운 타입의 배수 처리 약제이다.
본 개발품은 이온성기를 갖는 화합물[폴리머(처리제 A)와 무기화합물(처리제 B)]을 조합한 것으로, 이들의 상호작용에 의해 용해성 COD에 선택적으로 작용하여 석출시킬 수 있다(그림 5).
그 모습을 그림 6에 나타냈다. '용해성 COD 성분 처리 약제(개발품)'로 처리한 후에, 가용 성분이 석출·침전되어 있다.
그림 7에 나타낸 바와 같이 음이온성 가용성분, 비이온성 가용성분 모두 TOC(전유기탄소.수중의 산화될 수 있는 유기물의 전량을 탄소의 양으로 나타낸 것)를 1/5 이하로 할 수 있으며,

성분을 수중에서 제거할 수 있다는 것을 알 수 있다.
기존의 응집·침전·가압부상 설비를 그대로 사용할 수 있어 처리에 특별한 에너지가 필요 없어 운용 비용도 절감할 수 있다.
번거롭지 않게 COD를 기준치까지 저감할 수 있어 처리능력 향상, 생산라인 안정화가 가능해진다. 

배수에는 다양한 물질이 포함되어 있지만, 석탄화력발전에 의해 발생하는 물에는 알데히드류가 많이 포함되어있다. 4）
또한, 포름알데히드는 의료기구 등의 소독제나 방부제로 사용되고있기에, 이러한 배수에서도 포름알데히드가 포함된다.
또한, 배수뿐 아니라 정수처리 시에도 포름알데히드가 생성된 예도 있으며6）, 당사는 배수처리나 물의 순환・이용에 대해서, 수중 알데히드류의 처리에 약제를 적용 가능하지 않을까 생각했다.
개발중인 「수중알데히드 포착제」는 수중에 알데히드류와 반응하는 폴리머를 사용해 효율적인 알데히드류 저감을 가능하게 할 것이라고 생각하고 있다.(표1) 

배수처리는 지구 전체의 수질 환경 개선을 위해, 일본 같은 선진국 뿐 아니라, 아직 설비가 정비되지 않은 신흥국 등에도 도입이 될 것으로 예상 되어진다.
당사는 다양한 요구에 응하는 솔루션을 세계에 제공하여, 수질환경개선, 수자원 확보에 공헌을 목표로 하고있다.