Chlorine-based oxidants are commonly used for decolorization and disinfection as they have the advantage of low prices and longer retention times compared to high oxidation forces. In particular, color wastewater is difficult to decompose naturally due to its small amount of visible and mostly stable molecular structure, and most of it is toxic, so it should be discharged after decolorization. In the case of defense wastewater, the growth rate has continued to rise since 2015, and the high proportion of explosive manufacturers is increasing the need to develop effective and economical wastewater treatment technologies. However, chlorine oxidant used in the bleaching process has a fatal problem. Large amounts of exposure can cause corrosion of building exterior walls, ecosystem destruction, and damage to human respiratory organs. If exposed to 30 ppm for more than an hour, the substance is toxic enough to cause death. One of the problems with the deadly chlorine oxidant is the odor problem. Chlorine exists in various forms according to pH, hypochlorite in basicity, hypochlorous acid in neutral, and chlorine gas in acid, which is a malodor substance that is exposed to the atmosphere and has a small threshold value of 0.31 ppm. Besides, chlorine oxidant is combined with ammonia in wastewater and present in the form of combined chloramine, where the combined residual chlorine also exists in various forms depending on pH. It exists in the form of monochloramine in basicity, dichloramine in neutral, and trichloramine in acid, which is another odorous substance because it is released into the atmosphere without melting in water due to its low solubility, and the WHO restricts emissions to less than 0.5 ppb. Because of this odor problem, to solve this problem, there are wastewater treatment methods to reduce chlorine-based oxidant, which is the original cause of the odor, and air treatment methods to remove chlorine gas that is discharged without reacting with bleached substances.
Chapter 1 was intended to reduce the amount of hypochlorite used for decolorization to reduce the amount of chlorine gas generated during wastewater treatment. By adding radical, which is more oxidative than hypochlorite, it was expected that the same efficiency of bleaching would be treated with less amount than conventional hypochlorite Similar to the Fenton reaction, which reacts hydrogen peroxide and iron to form radical, the Fenton-like reaction was applied to the decolorization treatment by reacting hypochlorite and iron. In
order to reduce the amount of trichloramine, which is another odor substance, we tried to remove ammonia quickly by applying a Fenton-like reaction, just like decolorization treatment.
Chapter 2 attempted to effectively remove the impeller-based scrubber to remove chlorine gas that was released unreacted to dye during the process of decolorization. The conventional chlorine gas treatment uses a basic solution in a wet scrubber. However, there are problems with gas backflow, mist discharge, and additional wastewater treatment, which are pointed out as disadvantages of conventional wet scrubbers. By introducing a new type scrubber, the installation of an impeller that helps flow fluid and inner wall to remove mist prevented backflow and mist discharge problems. It also reduced the additional wastewater treatment burden by returning a minimal amount of absorbent. Using chlorine gas removal as a reduction of chlorine, we compared the efficiency of chlorine gas removal by using a basic solution as well as a sulfite solution to find a solution that works well. The advantage of using a basic solution is that chlorine gas can be used again as a decolorant because it reacts with ions of hydroxide and converts to hypochlorite, and to prove this, the actual wastewater was decolorized with an absorption solution used to remove 100 ppm of high concentration chlorine gas for 350 minutes.
In conclusion, the effective desorption process of defense wastewater using hypochlorite, a chlorine oxidant, was developed, and in the case of discharged chlorine gas, the circulation system of chlorine, which is removed with the impeller-based scrubber and reused to decolorization chlorine collected with hypochlorite, was studied.
염소 기반의 산화제는 높은 산화력에 비해 저렴한 가격과 잔류시간이 길다는 장점이 있어 탈색과 소독에 보편적으로 사용되고 있다. 특히 염색폐수는 소량으로 눈에 띄고 대부분 안정한 분자구조로 인해 자연적으로 분해되기 어렵고, 대부분 독성을 가지기 때문에 탈색 후 배출하여야 한다. 방산폐수의 경우 성장률이 2015년부터 지속적으로 상승하고 있으며 그중 폭약 제조 업체의 높은 비율로 인해 효과적이며 경제적인 폐수처리기술 개발의 필요성이 높아지고 있다. 하지만 탈색 공정에 사용되는 염소 산화제의 경우 치명적인 문제점이 있다. 다량 노출 시 건물 외벽 부식과, 생태계 파괴, 그리고 인체 호흡기관에 손상을 주게 된다. 30ppm으로 1시간 이상 노출될 시 사망에 이를 정도로 유독한 물질이다. 그중 치명적인 염소 산화제의 문제점 중 하나는 바로
악취문제이다. 염소는 pH에 따라 여러 형태로 존재하는데 염기성에서는 차아염소산, 중성에서는 하이포아염소산 그라고 산성에서는 염소가스 형태로 존재하는데 염소가스는 대기중에 노출되어 0.31ppm의 작은 역치값을 가지는 악취물질이다. 또한 염소 산화제는 폐수 속에 암모니아가 존재하는 경우 암모니아와 결합하여 결합잔류염소 형태로 존재하게 되는데 이때 결합 잔류염소도 역시 pH에 따라 여러 형태로 존재한다. 염기성에서는 일염화질소, 중성에서는 이염화질소, 그리고 산성에서는 삼염화질소 형태로 존재하는데 삼염화 질소는 용해도가 낮아 물에 녹지 않고 대기중에 배출되기 때문에 또 하나의 악취 물질이며 WHO에서는 0.5ppb이하로 배출을 제한한다. 이러한 악취문제가 있기 때문에 이를 해결하기 위해서는 악취의 원천적인 원인이 되는 염소계열 산화제 감소시키는 폐수처리적 방법과, 탈색 물질과 반응치 않고 배출되는 염소가스를 제거하는 대기처리적인 방법이 있다.
1장에서는 폐수처리시 발생하는 염소가스의 발생량을 줄이기 위해 탈색을 위해 사용되는 차아염소산의 투입량을 줄이고자 하였다. 차아염소산보다 산화력이 큰 라디칼을 첨가함으로 기존의 차아염소산보다 적은 양으로 같은 효율의 탈색 처리를 기대하였다. 기존의 과산화수소와 철을 반응시켜 라디칼을 형성시키는 팬톤반응과 유사하게 차아염소산과 철을 반응시켜 팬톤유사반응을 탈색처리에 적용하였다. 또다른 악취물질인 삼염화질소 발생량을 줄이기 위해 탈색처리와 마찬가지로 팬톤유사반응을 적용해 암모니아를 빠르게 제거하고자 하였다.
2장에서는 탈색처리 과정에서 염색분자와 반응치 못하고 배출되는 염소가스를 제거하기 위해 임펠러 기반의 스크러버를 제작하여 효과적으로 제거하는 방법을 시도하였다. 기존의 염소가스
처리는 습식 스크러버에 염기성 용액을 사용한다. 하지만 기존의 습식 스크러버의 단점으로 지적되는 가스 역류현상과 미스트 배출 그리고 추가적인 폐수처리의 문제가 있다. 새로운
스크러버를 도입함으로 유체의 흐름을 도와주는 임펠러와 미스트 제거를 위한 내부벽의 설치로 역류현상과 미스트 배출의 문제를 방지하였다. 또한 최소량의 흡수제를 반송하는 방법으로 추가적인 폐수처리 부담을 줄였다. 염소가스 제거가 염소의 환원이라는 점을 이용해서 효과가 좋은 제거 용액을 찾기 위해 염기성 용액과 더불어 아황산수용액을 사용하여 염소가스를 제거 효율을 비교해 보았다. 그리고 염기성 용액을 사용했을 경우 염소가스가 수산화 이온과 반응하여 차아염소산으로 전환되기 때문에 이를 다시 탈색제로 사용할수 있다는 장점이 있으며 이를 증명하기 위해 100ppm의 고농도의 염소가스를 350분동안 제거하는데 사용된 흡수용액으로 실제 폐수를 탈색하였다.
결론적으로 염소산화제인 차아염소산을 이용한 효과적인 방산폐수 탈색 공정을 개발하였고, 의도치 않게 배출되는 염소가스의 경우 임펠러 기반의 스크러버로 제거한 뒤 차아염소산으로 포집된 염소를 다시 탈색하는데 재사용 하는 염소의 순환 시스템을 연구하였다.
