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업종개요 염색은 인류가 자연의 아름다운 색채를 찬미하고 인간의 미를 섬유인 면, 마, 견, 양모, 화학섬유등에 어떤 염료로서 착색하는 산업이다. 염색법은 침염법(Dipdyeing), 날염법(Printing), 압염법(Padaing), 고압염색법(High Pressure Dyeing), 고온염색법(High Temperature Dyeing), 인염법(Brushing), 분무법(Spray Print), 교염(Prangi)등이 있는데 주로 단일색으로 염료를 용매에 녹인 염액에 침지시켜 전면 또는 부분적으로 염색하는 침염법과 다종색상의 염료나 안료로 무늬를 나타내는 날염법을 많이 사용한다.
2. 섬유염색공정 a. 염색공정
b. 공정설명 직조과정의 압력에 견디는 인장강도를 위해 이용한 풀을 제거하는 공정을 말한다. 이때 제거를 위해 산또는 효소를 이용한다. 폐수는 합성유기화합물의 사용으로 오염도가 매우 크지만 양은 많지 않다.
표백,염색공정을 용이하게 할 목적으로 섬유의 불순물을 제거하는 공정이다. 주로 계면활성제류가 많이 사용되어 폐수는 알칼리성을 띤다. 이 공정에서 배출되는 폐수는 그 양도 많고 오염도도 비교적 높다.
섬유중의 착색물질을 제거하는 공정이며 표백분, 과산화수소, 차아염소산나트륨 등이 사용된다. 폐액은 표백분인 경우 중성, 차아염소산나트륨인 경우 알칼리성, 과산화수소인 경우 약알칼리성을 띈다.
면 또는 마를 가성소다 용액에 침지하여 짜고 장력을 걸어서 수세하는 공정으로 강알칼리성의 폐수를 배출한다.
Polyester 섬유가 알칼리 수용액에서 용해하는 것을 응용하여 Polyester섬유의 표면을 개선하여 격(Silk Acid)와 같은 특성을 부여하는 공정이다. 배출되는 폐수는 강알칼리성이며 오염부하가 매우 높다. 특히 폐수중에 생물학적 난분해성 물질이 함유되어 일반적인 폐수처리가 힘들다. 염색공정은 다양한 염료를 사용하므로 일반적으로 수량이 많고 짙게 착색되어 있으며 때로는 유독성을 지닌다. 또한 성상은 시간에 따라 변화가 심한 특징을 갖고 있다.
섬유에 방추성, 방축성을 주기 위하여 페놀수지, 멜라민수지, 요소 포르말린 수지등을 이용한 수지가공기술이 발전하게 되었다. 이 공정에서는 용기나 기계의 세척이외에는 폐수가 잘 발생되지 않는다.
3. 염색폐수의 특성 a. 폐수의 특성 염색가공 공정에서 발생되는 폐수는 가공방법 및 소재 등이 계절별, 시대별로 변화하여 폐수의 성상이 자주 변동되고 일간 오염부하량의 변화가 심하여 폐수처리의 최적상태를 유지하는데 상당한 문제점을 안고 있다. 그리고 염색가공공정에서 배출되는 폐수에는 미생물에 의해 분해가 되지 않거나 분해속도가 느린 염료와 각종 고분자 유기화합 물질을 다량 함유하고 있다. 또한 염색폐수의 수질은 업종별, 업체별로 같은 제품을 생산한다 하더라도 제품 가공 공정에 따라 큰 차이를 보이고 있다. 염색폐수는 하절기에는 40도를 넘는 고온이고 pH가 11.5~12인 강알칼리성으로 전반적인 처리효율이 낮으며 BOD,COD, 색도등의 배출농도가 높아 심각한 오염원으로 분류되고 있다. 또한 가공공정에서 발생하는 난분해성물질로 인해 생물학적인 처리에 많은 악영향을 끼치고 있다. 염료의 종류에 따른 폐수중의 성분은 다음과 같다. <염료의 종류에 따른 폐수중의 성분>
b. 폐수의 오염물질 농도 <섬유제품 제조시설의 오염물질 농도> (환경부 자료)
<각종 공정의 폐수 분석표>
<배출폐수 수질현황> (평균치)
4. 염색폐수처리공정 염색정리폐수는 화학적 성질의 변동이 심하므로 적절한 용량의 저류조를 설치하여 폐수의 균질화, 수온변동의 방지, 급격한 수질변화의 방지를 기할 수 있다. 또 폐수의 각성분간의 상호작용에 의해서 중화나 응집침전을 일으켜 그 후의 응집, 폭기등의 화학적, 생물학적 처리효율을 높일 수 가 있다. a. 화학적 방법 염색폐수의 중화는 보통 산 또는 알칼리를 사용하며 응집침전처리에는 응집제로서 황산제1철, 황산알루미늄 등이 유효하며 응집에 적당한 pH로 하기 위하여 소석회등을 가하여 처리하기도 한다. 염색폐수의 산화에 사용되는 약품은 염소, 표백분 등이며 이들은 색도나 COD의 제거에 효과가 있다. 응집처리를 할 때에 사용하는 응집제는 값이 싸며 손쉽게 구할 수 있고, 침강속도가 빠르고 사용 pH범위가 넓은 철염이나 황산아루미늄이 좋다. 각종 폐수에 대한 각 응집제의 효과는 다음과 같다.
<염색폐수에 대한 각종 응집제의 최적 주입량> 산성염색폐수(원수 pH 5~8, 색도 200, 탁도 80
황화염색폐수(원수 pH 11.4, 색도 20,000)
b. 생물학적 처리 생물학적 처리는 폐수를 미생물을 이용하여 분해, 제거하는 방법이다. 염색폐수의 처리에 생물학적 처리를 채택하면 BOD의 제거에는 효과가 있으나 색도의 저하는 기대할 수 없으므로 화학적 처리를 병용할 필요가 있다. 또 생물학적 처리시에는 미생물을 사멸시키지 않도록 원폐수의 산도나 알칼리도의 극단적인 변화를 억제하고 영양분으로서 질소와 인을 적당량 공급하여야 한다. 따라서 염색공장의 폐수를 다량의 가정하수와 혼합하여 처리하는 것도 한 방법이 될 수 있다.
c. 감량가공공정의 폐수처리 감량공정이 포함된 염색폐수는 고농도의 난부내성 유기물질들이 포함되어 있으므로 감량공정 폐수만 별도 분리 처리한 후 다른 염색폐수와 혼합하여 처리함이 바람직하다. 감량폐수를 대상으로 한 처리 연구결과를 예로들면 다음과 같다. (자료 : 김웅하, 폴리에스테르 감량가공 폐수의 최적처리방안, 1991) - 감량폐수에 함유된 유기물질들은 TPA, EG, Sizing material등이며 다른 염색폐수에 비해 오염부하가 매우 높아 COD는 60,000mg/l 내외이며, pH는 14로 강알칼리성이며, 특히 TPA는 생물학적 난분해성이므로 일반적인 폐수처리로는 처리가 힘들다. - TPA의 구조가 벤젠환을 함유하여 안정된 상태로 존재함으로서 국내의 환경오염 공정시험법상의 COD망간법은 산화력이 약하여 TPA의 이론적 COD의 5%내외의 수율을 나타내므로 감량가공 폐수의 COD측정법으로는 부적합하다. - 염색폐수에서 감량공정 폐수만을 집수 분리한 후 황산에 의한 산처리를 통해 TPA를 석출시켜 슬럿지화할 경우 후속처리인 생물학적 처리의 오염부하량을 크게 줄여 운전 및 설비비를 줄일 수 있다. - 실제 폐수의 경우 산처리시 TPA를 석출시킬 수 있는 적정 pH는 2.2내외이며 이때의 석출량은 21,825mg/l까지 감소되어 81.1%의 처리효율을 나타내었으며, TPA석출은 pH11부터 진행되어 pH5.8 이하일 때는 전체석출량의 95.6%를 나타내었다. 인공폐수의 경우 최대로 TPA를 석출시킬수 있는 적정 pH는 1.3~0.53내외이며 이때 석출량은 34,000~37,000mg/l 으로서 총 TPA의 65.4~71.2%가 석출되었따. 이때의 산투입량은 3.5V/V%~4.5V/V%였으며, 초기의 COD 89,600mg/l에서 22,000~25,000mg/l까지 감소되어 75~71%의 COD 제거율을 보였다. - 산을 이용한 전처리 공정에 소모되는 황산의 양은 기존의 공정보다 대량으로 소모되지는 않는다. 대부분의 업체에서 발생하는 염색폐수의 특성이 강알칼리성이므로 반드시 중화시킨후 방류해야 하므로 중화처리시 보다 약간의 황산첨가에 의해 TPA를 석출시켜 폐수처리시설에 대한 부하량을 줄일 수 있다. - TPA가 석출된 후의 상등수는 pH가 낮기 때문에 감량폐수 산처리 공정에 재이용할 수 있어 전처리에 소모되는 황산의 양을 줄일 수 있다.
d. 환경부 표준 공정도 - 아크릴사, 나이론사 등 합성섬유제조
- 합성섬유의 염색가공(감량처리된 원단 사용)
- 폴리에스텔등 합성섬유의 감량 염색가공
e. 현장사례 1 f. 현장사례 2
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호발공정(전분제거공정)
