KR0149599B1 - 산폐수 중화물질을 이용한 산업폐수 처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 백운석(돌로마이트), 마그네샤 석회, 고토석회, 수산화마그네슘, 탄산마그네슘, 마그네시아 등 마그네슘 이온을 함유한 물질로 황산, 염산, 질산등 산을 함유한 산도가 높은 산폐수를 중화 시킨 물질(산등액과 이때 발생한 침전물)을 이용하여 산업폐수를 처리하는 방법에 관한 것으로써, 산업 폐수를 처리하는 방법에 있어서, 먼저 산세척폐수나 산도가 높은 산폐액을 마그네슘이온을 함유한 물질로 중화시킨 액과 이때 발생한 침전물을 알칼리제를 사용하여 pH = 11 이상으로 유지한 산업폐수에 주입하여, 이 용액을 수분동안 교반한 후 응집 침전 시키거나 침전용액을 여과시켜 색도, 총 인, 총 질소, 탁도, 부유 고형물, 유기물 등을 저감하는 것을 특징으로 하는 산폐수 중화 물질을 이용한 산업폐수 처리 방법.

Description

산폐수 중화물질을 이용한 산업폐수 처리방법

도 1은 본 발명과 종래 기술의 처리공정 개략도

도 2는 본 발명과 종래 기술의 폐수처리 결과사진

[발명의 목적]

[발명이 속하는 기술분야 및 그분야의 종래기술]

본 발명의 목적은 백운석(돌로마이트), 마그네샤 석회, 고토석회, 수산화마그네슘, 탄산마그네슘, 마그네시아 등 칼슘과 마그네슘 이온을 함유한 알칼리성 물질로 황산, 염산, 질산 등 산을 함유한 산도가 높은 산폐수를 중화 시킨 물질(산등액과 이때 발생한 침전물)을 이용하여 산업폐수를 처리를 위한 것이다.

일반적으로 산업폐수란 방적폐수, 염색폐수, 염료폐수, 피혁폐수, 인쇄폐수, 제지폐수, 식품폐수, 펄프폐수, 화학폐수, 정유폐수, 하수종말처리장폐수 등을 말한다.

산업폐수를 처리 하는데 있어 화학적 응집 처리 공정은 폐수 중의 부유고형 물질, 유기물질, 색도, 인 화합물, 질소 화합물 등을 제거 하기 위해서 반드시 거쳐야 하는 중요한 공정이다.

기존의 화학 응집처리 공정은 주로 철염 이나 황산 반토를 주로 사용하여 왔지만 색도 제거나 유기물질, 부유고형물, 인 화합물, 질소 화합물 제거에 있어 다소 미흡 하였고 처리제 비용은 폐수 처리 업체의 큰 부담이 되어 왔다.

또한, 산도가 1,000ppm에서 20,000ppm 정동되는 도금폐수, 전자공업폐수, 배터리 제조폐수, 제강공장 산세척 폐수, 산제조시 발생하는 산폐액, 금속공장의 연폐산, 아연 폐산 등 산폐수의 중화에는 석회, 가성소다등 알카리제가 주로 사용되고 있으나 폐 석고의 발생, 상등액의 방류에 따른 귀중한 화학물질과 수 자원의 낭비 등 큰 문제점을 갖고 있다.

그리고, 마그네슘이온이 함유된 농축바닷물을 이용하여 알칼리성 산업폐수를 정화시키는 방법(공고특허공보 제95-2113호)이 선행기술이지만 본 발명은 산폐수를 중화시킬수 있는 알칼리성인 칼슘과 마그네슘을 함유한 백운석(CaCO3*MgCO3), 마그네샤 석회(Ca(OH)2*Mg(OH))2), 고토석회(Ca(OH)2*Mg(OH)2), 수산화마그네슘(Mg(OH)2), 마그네시아(MgO) 등을 산도가1,000ppm에서 20,000ppm 정도되는 도금폐수, 전자공업 폐수, 배터리 제조폐수, 제강공장 산세척 폐수, 산제조시 발생하는 산폐액, 금속공장의 연폐산, 아연 폐산 등 산폐액처리에 이용하고 난후 상등액과 침전물에 존재하는 칼슘과 마그네슘화합물을 다시 산업폐수처리에 폐수처리제로써 재이용함을 특징으로 한다.

즉, 본 발명은 일반적으로 중금속을 함유한 산폐액을 알칼리성인 칼슘과 마그네슘화합물 함유물질로 처리하여 중금속을 제거하고 난후 처리수중에 포함된 칼슘과 마그네슘을 일반폐수 처리에 재이용하므로서 폐수를 가지고 폐수를 처리하는 폐기물 재활용 및 자원절약 특징을 가지고 있다.

한편, 일반적으로 산성인 중금속을 함유한 폐액처리 시설과 염색폐수등 일반폐수처리 시설은 보통 한 공단내에 공존하므로 이 두시설을 연계한다면 배출하여만 될 중금속폐수 처리수를 재이용하여 일반 폐수처리도 가능하므로 그 경제적효과가 상당히 크며 전체 폐수의 양도 감소할수 있으므로 환경보호적 차원에서도 매우 유용하다고 할 수 있다.

선행기술의 농축바닷물이나 간수는 MgC12 형태로 마그네슘이온을 함유하고 있어 산폐수를 중화할수 없으며, 중금속 함유 산폐액처리에도 부적절하다. 또한 본 발명에서 이용한 알칼리성인 칼슘과 마그네슘을 함유한 백운석(CaCO3*MgCO3), 마그네샤 석회(Ca(OH)2*Mg(OH)2), 고토석회(Ca(OH)2*Mg(OH)2), 수산화마그네슘(Mg(OH)2), 마그네시아(MgO) 등과는 전혀 다른 마그네슘 함유물질이므로 처리요율면에서도 차이가 있다. 따라서, 중금속함유산폐액 처리수 재활용의 측면에서 본다면 본 발명과 선행기술은 전혀 다른 내용이라고 할 수있다. 지금까지 기술한 본 발명의 폐수처리 공정도와 선행기술의 폐수처리공정도를 도1에 나타내었다.

또한, 선행기술은 일반 산업폐수중 오직 알칼리성폐수에 한하여 별도의 알칼리제나 약품의 투입없이 간수 또는 농축된 바닷물만을 이용하여 처리하는 것을 특징으로 하고 있다. 그러나, 간수만을 사용하였을 경우 응집체 형성이 약하여 침강성이 나쁘므로 일반적으로 처리효율이 낮다.

한편, 본 발명에서는 폐수중 카보네이트 이온, 포스페이트 이온, 실리케이트이온 등이 함유되어 있어 이들이 석고, 염화칼슘, 소석회, 질산칼슘등 칼슘화합물과 용해도가 작은 탄산칼슘, 인산칼슘, 규산칼슘 등을 형성하여 이들이 수산화마그네슘과 망구조를 이룬 큰 응집체를 형성할수 있어 침강성이 좋으므로 처리효율이 매우 높다, 또한, 탄산칼슘 생성을 유도하기 위하여 탄산염을 주입하기도 합니다.

따라서, 본 발명은 농축바닷물만을 사용하였을때의 문제점인 응집체를 키우고 침강성을 개선하며 처리효율도 높다.

이례로 도 2에 선행기술과 본 발명의 방법으로 염색폐수를 처리한 사진을 나타내었는데 보는 바와 같이 선행기술은 색도 등이 처리가 안되었으나 본 발명으로는 양호하게 처리가 되었다.

참고로 지금까지 기술한 선행기술과 본 발명과의 차이점을 별표 1에 정리하였다.

[발명이 이루고자하는 기술적과제]

본 발명이 이루고자하는 기술적과제는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 도금페수, 전자공업폐수, 배터리 제조폐수, 제강공장 산세체폐수, 산제조시 발생하는 산폐액, 금속 공장의 연폐산, 아연 폐산 등 산도가 높은 산폐액을 돌로마이트, 마그네샤 석회, 고토 석회, 수산화마그네슘, 탄산마그네슘, 마그네시아, 마그네사이트 등 칼슘과 마그네슘이온을 함유한 알칼리성 물질로 중화시킨 액과 이때 발생한 침전물(산폐수중화물질)을 이용하여 염색 폐수에서 문제가 되고 있는 색도 제거는 물론 부영양화의 원인이 되는 총 인, 총 질소를 제거하고, 폐수 중의 부유 고형물과 유기물질도 경제적으로 제거하는 것이다.

[발명의 구성 및 작용]

본 발명은 중화액과 침전물 주입시 함유된 다가의 양이온 즉 칼슘 이온, 마그네슘 이온 등이 폐수 중 표면이 음이온으로 대전된 콜로이드 표면의 제타 전위를 저하시켜 응집 침전이 일어나 색소 화합물 및 유기물질, 인 화합물, 질소 화합물이 제거되는 현상과 마그네슘이 수산화물로 바뀌어 침전 될 때 색소 화합물 및 유기물질, 인 화합물, 질소 화합물을 흡착 제거하는 현상을 이용한 방법이다. 또한, 화학반응에 의해서도 색소 화합물, 인 화합물, 질소화합물 등이 제거된다고 사료된다.

본 발명의 방법은 이 원리를 적절하게 조화시키고 침강성과 탈수성을 우수하게 하며 경제적으로 산업폐수를 처리할수 있는 시멘트(정성 예, SiO2 22.2%, CaO 65.4% 등), 슬래그 (조성 예, SiO2 10.9%, CaO 42.9% 등), 생석회, 소석회, 가성소다 등의 알칼리제를 단독 혹은 병행사용에도 특징이 있다.

따라서, 본 발명은 산업폐수를 처리하는 방법에 있어서, 먼저 도금폐수, 전자공업 폐수, 배터리 제조공장 폐수, 제강공장 산세척폐수, 산제조시 발생하는 산폐액, 금속 제련공장의 연폐산, 아연 폐산 등 산도가 높은 산폐액을 백운석(돌로마이트), 마그네샤 석회, 고토 석회, 수산화마그네슘, 탄산 마그네슘, 마그네시아, 마그네사이트 등 칼슘과 마그네슘이온을 함유한 알칼리성 물질로 중화시킨 액과 이때 발생한 침전물(산폐수 중화 물질)을 그대로 혹은 여과, 증발 농축, 분말화하여 이를 시멘트, 슬래그, 생석회, 소석회, 가성소다 등 알칼리제를 단독 혹은 병행 사용하여 pH = 11 이상으로 유지한 방적폐수, 염색폐수, 염료폐수, 피혁폐수, 인쇄폐수, 제지폐수, 식품폐수, 펄프폐수, 화학폐수, 정유폐수, 하수종말처리장 폐수등 산업폐수에(원 폐수의 ph가 11.5 이상일 경우는 시멘트, 슬래그, 생석회, 소석회, 가성소다등 알칼리제를 사용하지 않을 수 있음) 주입하여(폐수 성상에 따라 응집효과를 높이기 위하여 폐수에 염화칼슘, 석고, 탄산칼슘등 칼슘화합물과 탄산소다(소다회), 탄산암모늄등 탄산염을 적당량 넣는다.) 이 용액을 수분동안 교반한 후 응집 침전 시키거나 또는 침전 용액을 여과시켜 색도, 총 인, 총 질소, 탁도, 부유 고형물, 유기물 등을 저감하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 관한 실제 폐액의 처리효율을 측정하기 위해 실 산업현장에서 채취된 폐수를 사용하였으며 시료 분석은 산도 측정의 경우 표준 방법(Standard Methods 402)에 따라 측정 하였으며, 색도 측정의 경우 표준 방법(Standard Methods 204 B)에 따라 측정하여 최대 흡광도를 나타내는 특성 흡성 피크의 파장에서 흡광도(Absorbance)를 측정하였고, 화학적 산소 요구량(COD, Chemical Oxgen Demand) 측정은 표준 방법(Standard Mrthods 508 C)에 따라 분광 광도계(HACH사, DR-2000)를 사용 분석 하였다. 총 인 분석은 표준 방법(Standard MethodS 424 F)의 아스코르빈산법에 따라 분석하였고, 총 질소 분석은 표준 방법(Standard Methods 420 B)의 세미마이크로킬달법(Semi-Micro-Kieldahl Method)에 따라 분석하였다.

본 발명에서 산폐수 중화 물질이란 도금폐수, 전자공업 폐수, 배터리 제조폐수, 제강공장 산세척폐수, 산제조시 발생하는 산폐액, 금속공장의 연폐산, 아연 폐산 등 산도가 높은 산폐액을 돌로마이트, 마그네샤 석회, 고토 석회, 수산화마그네슘, 탄산마그네슘, 마그네시아, 마그네사이트들 칼슘과 마그네슘이온을 함유한 알칼리성 물질로 중화시킨 액과 이때 발생한 침전물을 말한다. 산폐수 특성과 사용 마그네슘이온 함유물질의 특성에 따라 상등액과 침전물에 마그네슘, 칼슘이온 등이 각각 적정비율로 존재할수 있다,

이하 본 발명의 처리 방법을 그 공정순서에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

[실시예]

1. 실험 대상 산업 폐수를 시멘트, 슬래그, 생석회, 소석회, 가성소다등 알칼리제를 단독 혹은 병행하여 사용 pH = 11이상으로 유지한다. 원폐수의 pH 가 11.5 이상일 경우는 시멘트, 슬래그, 생석회, 소석회, 가성 소다등 알칼리제를 사용하지 않을 수 있다.

2. 1의 용액에 산 폐수 중화 물질을 실험폐수의 마그네슘이온 농도가 0.001 - 0.01 몰 정도 되도록 넣는다. 폐수 성상에 따라 응집 효과를 놓이기 위하여 폐수에 염화 칼슘, 석고, 탄산 칼슘등 칼슘화합물과 탄산소다(소다회), 탄산암모늄 등 탄산염을 적당량 넣는다.

3. 그 후 2의 용액을 수분 동안 교반한 후 교반을 중지하면 응집이 일어나 침전된다.

4. 일반적으로 침전 및 탈수 속도는 빠르나 침전 및 탈수 속도를 증가 시키기 위하여 고분자 물질을 사용할 수도 있다.

본 발명에 의한 산업폐수처리의 구체적인 실시예는 다음과 같다.

[실시예 1]

도금공장 산폐수 중화물질을 이용한 방적 공장 폐수 처리 예로서 산도가 970ppm인 도금공장 폐수를 수산화마그네슘으로 pH를 9로 조정하여 크롬등 중금속을 침전 제저한 후 상등액을 취한다. 실험대상 방적공장 원폐수는 암갈색을 나타내었고 색도는 원수와 처리수 모두의 흡광도가 최대인 383nm에서 측정한 흡광도로 나타내었으며 흡광도는 4.5. COD는 1,000ppm이다. pH 12.8인 원폐수 1리터에 산폐수 1리터에 산폐수 중화물질 100cc 주입하고 석회로 pH 12까지 맞추어 5분간 교반후 30분 동안 침전시켜 상등액을 채취분석하였다. 상등액의 흡광도는 0.15였고 COD는 370으로 양호하게 처리되었다.

[실시예 2]

금속 제련공장 산폐수 중화물질을 이용한 염색공단 공동폐수 처리장의 폐수처리 예로서 산도가 15,000ppm인 금속 제련공장 산폐수를 고토석회로 pH를 9로 조정하여 납, 아연 등 중금속을 침전 제거한 후 상등액을 취한다. 실험대상 방적공장 원폐수는 암록색을 나타내었고 색도는 원수와 처리수 모두의 흡광도가 최대인 330nm에서 측정한 흡광도로 나타내었으며 흡광도는 2.7, COD는 2,322ppm이다. pH 11.7인 원폐수 1리터에 산폐수 중화 물질 50cc 주입하고 석회로 pH 12까지 맞추어 5분간 교반후 30분 동안 침진시켜 상등액을 채취 분석하였다. 상등액의 흡광도는 0.16이었고 COD는 1,180ppm 양호하게 처리되었다.

[실시예 3]

황산제조공장 산폐수 중화물질을 이용한 피혁 공장 1의 폐수처리 예로서 산도가 10,000ppm인 황산제조공장 산폐수를 백운석으로 pH를 6으로 조정하여 석고 침전물 등과 용액을 잘 교반하여 혼합 용액을 취한다. 실험 대상 피혁공장 원폐수는 COD 2,010ppm이었다. pH 8.9인 원폐수 1리터에 산폐수 중화물질 50cc를 주입하고 소다회 소량과 가성소다로 pH 12까지 맞추어 5분간 교반후 30분 동안 침전시켜 상등액을 채취 분석하였다. 상등액의 COD는 700ppm으로 양호하게 처리되었다.

[실시예 4]

금속 제련공장 산폐수 중화물질을 이용한 피혁 공장 2의 폐수 처리 예로서 산도가 15,000ppm인 금속 제련공장 산폐수를 탄산마그네슘으로 pH를 5로 조정하여 상등액을 취한다. 실험대상 피역공장 2의 원폐수는 COD 8,895ppm이었다. pH12.5인 원폐수 1리터에 산폐수 중화물질 50cc주입하고 시멘트로 pH 12까지 맞추어 5분간 교반후 30분 동안 침전시키 상등액을 채취 분석하였다. 상등액의 COD 는 2,700ppm으로 양호하게 처리되었다.

[실시예 5]

도금공장 산폐수 중화물질을 이용한 제지 공장 폐수 처리 예로서 산도가 970ppm인 도금공장 폐수를 수산화마그네슘으로 pH를 9로 조정하여 크롬등 중금속을 침전 제거한 후 상등액을 취한다. 본 발명의 실험에서는 COD 600ppm이고 pH 6.9인 원폐수 1리터에 산폐수 중화물질 100cc 주입하고 소석회로 pH 12.0 까지 맞추어 5분가 교반후 30분 동안 침전시켜 상등액을 채취 분석하였다. 상등액의 COD는 280ppm으로 양호하게 처리되었다.

[실시예 6]

금속 제련공장 산폐수 중화물질을 이용한 인쇄 공장 폐수 처리 예로서 산도가 15,000ppm인 금속 제련공장 산폐수를 고토 석회로 pH를 9로 조정하여 납, 아연등 중금속을 침전 제거한 후 상등액을 취한다. 본 발명의 실험에서는 COD 2,490ppm이고 pH 12인 원폐수 1리터에 산폐수 중화물질 40cc를 넣고 소석회로 pH 12.5까지 맞추어 5분간 교반후 30분 동안 침전시켜 상등액을 채취 분석하였다. 상등액의 COD는 350ppm으로 양호하게 처리되었다.

[실시예 7]

제강공장 산폐수 중화물질을 이용한 하수종말처리장폐수 처리예로서 산도가 6,500ppm인 제강공장 산폐수를 탄산마그네슘으로 pH를 5로 조정하여 상등액을 취한다. 본 발명의 실험에서는 총 인 20ppm, 총 질소 78ppm, COD 6,900ppm, pH 7.3인 폐수 1리터에 산폐수 중화물질 50cc를 넣고 소석회로 pH 11까지 맞추어 5분간 교반후 30분 동안 침전시켜 상등액을 채취 분석하였다. 상등액의 총 인 2ppm, 총 질소 30ppm, COD 330ppm으로 양호하게 처리되었다.

[발명의 효과]

이와 같은 본 발명에 의한 산업폐수 처리는 산폐수 처리물질을 재이용하여 색도가 문제가 되어 있는 방적폐수, 염색폐수, 염료폐수, 인쇄폐수, 제지폐수등 뿐만 아니라 피혁폐수를 비롯해 일반 식품폐수, 펄프폐수, 화학폐수, 정유폐수. 광산폐수, 하수종말처리장 폐수등 까지도 처리 할수 있고, 앞에서 열거한 폐수 중의 총 인, 총 질소 화합물도 효과적으로 처리 할수 있다. 따라서, 앞으로 이웃한 산폐수 처리공정 방적, 염색, 인쇄, 식품등 산업폐수처리 공정을 연계할 경우 산폐수처리공정 규모의 10-20배정도의 일반산업폐수를 처리할 수있으며 일반적으로 산폐수 자체의 화학적 산소요구량이 작기 때문에 높은 화학적 산소요구량을 갖은 일반 산업폐수의 경우 희석효과도 기대할 수 있어 경제적 측면 뿐만 아니라 자원 재활용 측면, 기술적 측면에 있어서도 실효성 있게 응용될 수 있는 방법인 것이다.

Claims (2)

1. 마그네슘 이온이 함유된 산업부산물을 이용하여 산업 폐수를 처리하는 방법에 있어서, 먼저 산세척폐수나 산도가 높은 산폐액(도금폐수, 전자공업폐수, 배터리 제조폐수, 제강공장 산세척 폐수, 산제조시 발생하는 산폐액, 금속공장의 연폐산, 아연 폐산 등)을 칼슘과 마그네슘이온을 함유한 알칼리성 물질(백운석, 마그네샤 석회, 고토석회, 수산화마그네슘, 탄산마그네슘, 마그네시아, 마그네사이트 등)로 중화시킨 액과 이때 발생한 침전물을 알칼리제를 사용하여 pH=11 이상으로 유지한 산업폐수에 주입하여, 폐수의 마그네슘이온 농도가 0.001-0.01 몰 정도 되도록 넣고, 폐수 성상에 따라 응집 효과를 높이기 위하여 폐수에 염화 칼슘, 석고, 탄산 칼슘 등 칼슘화합물을 넣고 이 용액을 수분동안 교반한 후 응집 침전 시키거나 침전용액을 여과시켜 색도, 총 인, 총 질소, 탁도, 부유 고형물, 유기물 등을 저감하는 것을 특징으로 하는 산폐수 중화물질을 이용한 산업폐수 처리 방법.
2. 제1항에 있어서, 폐수 성상에 따라 응집효과를 높이기 위하여 탄산염을 넣는 것을 특징으로 하는 산폐수 중화물질을 이용한 산업폐수처리 방법.