O/W 에멀젼 폐수의 계면화학적 특성 및 전기 화학적 처리

Abstract

O/W 에멀젼 형태로 배출되는 산업 폐수는 수계에서의 복잡한 물리화학적 특성으로 인해 계면 화학적 거동의 파악 및 제거 처리가 매우 어렵다. 효율적인 에멀젼 형태 폐수의 제거와 처리 방안을 모색해보고자 물리적인 인자 변화에 따른 에멀젼의 계면화학적 거동의 변화 양상을 관찰하고, 전기적인 처리 공정의 적용 가능성과 제거 효율성을 타진해보았다. 에멀젼의 표면장력은 오일의 농도가 증가함에 따라 점차 감소하는 경향을 보였다. 또한, 오일농도가 증가함에 따른 오일입자의 접촉각 크기 변화를 관찰한 결과, 접촉각의 변화에 대상물질의 소수성이 큰 영향을 미치는 것으로 관찰되었다. 이는 에멀젼의 표면장력과 접촉각으로부터 도출해 낸 각기 다른 소수성을 나타내는 대상물질에 대한 에멀젼의 W_a를 통해 다시금 확인되었다. 온도와 pH는 에멀젼의 탁도와 표면장력에 영향을 미칠 주요 영향 인자로서 두 인자의 변화에 따른 오일입자의 electrophoretic 특성과 탁도와 매우 밀접한 관계를 갖는 것으로 고찰되었다. 또한, 다양한 무기염류와 계면활성제를 적용시켜 각각의 첨가제 농도에 따른 에멀젼의 electrokinetic mobility의 변화 양상에 대해 파악하였다. 에멀젼의 안정성에 미치는 응집제의 영향성은 DLVO 이론에 근거하여 오일입자간의 거리에 따른 상호에너지를 도출해 낸 결과를 통해 해석 가능하였으며, 이의 결과는 무기염류 종류와 농도에 따른 에멀젼의 electrokinetic potential 측정을 통해 얻은 결과와 일치하였다. 다양한 조건에서의 에멀젼의 계면 화학적 특성에 관한 결과를 바탕으로 실질적인 처리 공정을 적용시켜 보았으며 흡착 공정에 의한 에멀젼 폐수로부터의 오일 제거율을 파악해보았다. 또한 전기적 응집 공정의 적용 가능성에 대해 고찰해보고 이 공정을 통한 에멀젼의 처리 효율성 및 오일 제거율 또한 함께 관찰해보았다. 우선, pH에 따른 에멀젼의 electrokinetic potential의 변화 검토 결과, pH가 증가함에 따라 potential은 음의 방향으로 절대값이 증가하는 경향을 나타내었다. 오일 입자의 분산도는 pH가 증가함에 따라 점차 커져 용액의 탁도를 증가시켰으며 pH가 10인 조건에서 최대의 탁도값을 나타내었다. 전기적 응집 공정의 적용 가능성을 타진해본 결과, 오일제거효율 측면에서 매우 효과적일 것으로 판단되었으며, 이는 다양한 조건하에서 수행한 실험들을 통해 확인할 수 있었다. 즉, 에멀젼 폐수의 제거를 위해 전기적 응집 공정을 적용할 경우, 적용 전극의 크기가 클수록, 전압의 크기는 35 V 정도로 조절해주었을 때 최대의 제거 효율을 얻을 수 있었다. 또한 첨가제로서의 계면활성제는 탁도 제거에 미치는 영향이 거의 없었으며, 여러 전해질을 적용시켜본 결과 Al^3+ 이온의 응집 효과에 의한 탁도 제거율이 가장 높게 나타났다. 활성탄을 이용한 흡착 공정을 부가적으로 적용시킨 실험을 수행해본 결과, 입상 활성탄과 분말 활성탄 둘 모두 대략 90% 이상의 오일 제거율을 나타냄을 확인하였으며, 분말 활성탄에 비해 입상 활성탄을 적용하여 처리한 경우가 보다 더 오일제거효율이 좋을 것으로 판단되었다.;Wastewater produced in the form of o/w emulsion is difficult to be treated properly owing to its complex behavior. To investigate the removal trend of oil droplets and the optimal operation condition for the effective treatment of o/w emulsion type wastewater, it was examined here the behavior of emulsion on the interfacial aspect under the various conditions of physical factors. Surface tension was found to be decreased as the increase in oil content and contact angle was influenced by the hydrophobicity of substrate. The work of adhesion of emulsion for substrates with different degree of hydrophobicity had been estimated from the contact angle and surface tension. Temperature and pH have a strong influence on the turbidity and surface tension and it was observed that electrophoretic characteristics of oil droplets were closely related with turbidity. Also, effects of the content of inorganic salts and surfactant on the electrokinetic property of emulsion have been considered. The influence of coagulan t on stability was discussed through the calculation of the interaction energy between oil droplets based on the DLVO theory. Practical treatment in relation with the interfacial characteristics of emulsion was examined and the treatment efficiency of adsorption process has been investigated under various conditions. This study also reported an experimental considerations on the efficiencies and removal rate of emulsion by the electrocoagulation process. As the result of measurement of electrokinetic potential of emulsion with pH, it was observed the tendency of increase to the negative directions as pH increased. The extent of dispersion of emulsion was increased with pH, therefore, the turbidity of emulsion solution was more increased, which approached the maximum point at around pH 10. In the various investigations for the application of electrocoagulation process on the removal of emulsion, it could be observed that the application of electrocoagulation process on the removal of emulsion was possible. Th e removal rate was found to increase as the size of applied electrode was more bigger, and the maximum removal rate could be obtained at 35V of applying potential. While surfactant as an additive had no effect on the removal of emulsion, the removal effect of Al^3+ ion was the highest among various electrolytes on the electrocoagulation process. Through the additional adsorption process using activated carbon joined with electrocoagulation treatment, it was determined that the removal rate of emulsion was shown to be over 90%, and the removal efficiency employing granular-type activated carbon as adsorbent was more effective on the treatment of o/w emulsion.