KR100270080B1 - 해수에 함유된 황화철 제거장치 - Google Patents

Abstract

매립등으로 인하여 해수내에 발생된 황화철 오염물을 제거하는 장치가 제공된다. 이 장치는, 해수내의 황성분검출수단, 검출된 황성분의 농도에 따라 공기 및 과산화수소의 주입여부 및 주입량을 결정하는 제어수단, 제어수단에 연결되어 해수내에 주입된 공기 및 과산화수소를 이용하여 해수내의 황화철을 산화처리하고, 내부에 복수의 해수통과공이 형성되어 있는 반응기, 및 상기 반응기의 내부에 장착되어 공기를 폭기하는 공기기폭기와 과산화수소로 배출하는 과산화수소 배포기로 구성되어 있어 이들 각각으로 부터 나오는 공기 및 과산화수소로 해수내의 황화철을 산화 제거하는 화학처리장치, 를 포함하여 구성된다.

해수에서 황화철발생이 의심되거나 확인된 지점에 설치함으로써 해수에서 발생된 황화철을 신속히 산화처리 할 수 있다.

Description

해수에 함유된 황화철 제거장치

본 발명은 해수에 함유되어 있는 황화철을 제거하는 장치에 관한 것이며, 보다 상세히는 해수에서 생물학적 또는 화학적 작용에 의해 생성되는 황화철(FeS)을 산화시켜 제거하는 장치에 관한 것이다.

최근들어 세계적으로 해상오염문제가 심각한 지경에 이르고 있으며, 특히 연안에서의 해수오염은 연안주변의 어민들에게 경제적으로 큰 타격을 줄 뿐만아니라 전체해양 생태계에 심각한 영향을 준다는 측면에서 그 방지에 대한 대책은 시급한 것이다.

연안에서의 해수오염의 원인중 하나는 연안에서의 공업 및 농업 용지확보를 위해 진행되는 대규모 매립사업시 발생하기 쉬운 황화철에 의한 오염이다. 황화철에 의한 해수오염은 황화합물과 철분이 함유된 암석이나 인공석을 해저에 투척하여 매립하는 경우 박테리아에 의한 생물학적 작용이나 함유된 성분들의 화학적 반응에 의해 황화철이 생성된다.

해수오염물중 하나인 상기 황화철의 발생원인에 대하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

일반적으로 연안의 퇴적물 또는 매립물 내부층의 입자간 간극내에는 간극수 또는 공극수(interstitial water)라고 하는 액상물질이 있는데, 이러한 긍극수가 퇴적물과 함께 묻히면 그 화학적 조성이 변하게 된다. 이러한 변화는 주로 유기물이 박테리아에 의해 분해되면서 나타나는 결과로 알려져 있다. 하기 표1은 박테리아에 의한 이러한 작용이 일어날때의 표준자유에너지 변화를 나타낸다.

상기 박테리아에 의한 유기물 분해는 유기물의 산화과정으로서, 산소가 풍부할 때는 산소를 산화제로 이용하게 되나, 산소가 소모되어 없어지게 되면 다른 화학종을 산화제로 사용한다. 유기물이 비교적 활발하게 공급되는 연안의 퇴적환경에서는 무산소 환경이 잘 형성될 경우, 바닷물에 약 2000-3000ppm 정도 함유되어 있는 황산염(sulfate:SO₄ ^2-)이 산소대신 산화제로 박테리아에 이용되어 최종적으로 -2가의 산화수를 갖는 황화물(sulfides)로 환원된다.

해수중의 황화물은 박테리아 이외에도 황성분이 함유된 자연석 혹은 인공석을 해양에 투기할 경우에도 역시 같은 현상이 발생된다.

또한 해양에서 발생된 황화물은 pH, 은도, 산화환원 조건 등에 따라 기체상 (gaseous phase) 혹은 용존상 황화수소(Hydrogensulfide:H₂S)로 되는데, 이 황화합물은 철분이 포함된 암석 혹은 인공석이 해양에 투기되어 있는 경우, 철분과 반응하여 황화철을 생성한다. 특히 황화수소는 온도에 따라 용해도가 하기 표2와 같이 다르기 때문에 지역에 따라서는 계절적으로 황화철 발생이 심하게 나타나는 경우도 있다.

해양에서 황화철이 생성되고 산학되는 자세한 메카니즘은 매우 복잡하나, 다음과 같이 나타낼 수 있다.

Fe²⁺+ S^2-→ FeS

Fe²⁺+ HS^-→ FeS + H⁺

3FeS + S0⁰→ Fe₃S₄

2FeOOH + FeS + 4H⁺→ 2Fe²⁺+ S⁰+ 4H₂O

FeOOH + 3/2HS + 1/16S₈ ⁰+ 3/2H+ → FeS2 + 2H₂O

FeS + S⁰→ FeS₂

Fe₃S₄+ 2S⁰→ 3FeS₂

H₂S + FeS + 산화제 → FeS₂+ H⁺+ SO₄ ^2-

위 반응식에서 생성된 황화철은 수중의 황화물 혹은 산화물에 의해 매우 다양한 형태로 변화된다. 그러나 이와같은 반응이 진행될 경우, 해수의 수질은 흑색을 띄게되고, 유화수소(H₂S)에 의해 계란 썩는 냄새를 나타내는 것이다.

상기와 같은 반응에 의해 해양에서 생성된 황화철은 해수의 색을 검게 변화시켜 심미적으로 좋지 않을 뿐아니라 해양미생물의 성장에도 악영향을 주는 것으로 알려져 있다. 그러나 현재까지 이같은 황화철에 의한 해양오염을 발견할 수 있는 방법 및 제거하는 방법에 대하여는 제안된바 없는 것이다.

본 발명의 목적은 해수내에 함유된 황화철을 제거하는 장치를 제공하는데 있다.

제1도는 본 발명에 의한 장치를 개략적으로 배열한 개략도.

제2도는 본 발명에 의한 제거장치를 구성하는 반응기의 개략사시도.

제3도는 제2도 반응기의 내부에 장착되는 화학적 처리장치의 개략사시도.

제4도는 본 발명의 실시예에 사용되는 합성혼탁수와 해수의 흡광광도스캐닝 결과를 보여주는 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 공기 및 H₂O₂주입량 제어수단 2 : 연결수단

3 : 반응기 4 : 공기주입관

5 : 과산화수소주입관 6 : 연결선

7,11 : 해수통과공 8 : 화학적처리장치

9 : 과산화수소배출기 10 : 공기기폭기

12 : 황성분 검출기

본 발명에 의하면 해수내의 황성분을 검출하는 검출수단; 상기 황성분 검출수단이 황성분이 검출되면 그 검출결과에 따라 공기 및 과산화수소의 주입량을 제어하는 제어수단; 상기 제어수단과 연결되어 있으며 공기주입관 및 과산화수소 주입관을 통해 주입된 공기 및 과산화수소에 의해 해수중의 황화칠을 산화처리하며 복수개의 해수통과공이 형성되어 있는 반응기;및 상기 반응기의 내부에 장착되어 있으며 상기 공기주입관과 연결된 공기기폭기와 상기 과산화수소 주입관과 연결된 과산화수소 배포기를 포함하여 구성되며 상기 반응기의 해수통과공을 통해 유입된 해수가 통과될 수 있도록 형성된 복수개의 해수통과공을 갖는 화학적 처리장치; 를 포함하여 구성되는 해수에 함유된 황화철 제거장치가 제공된다.

본 발명에 의한 황화철 제거장치의 예를 첨부도면에 따라 설명한다.

제1도는 본 발명에 의한 장치를 개략적으로 배열한 개략도로써, 해수와 직접접촉하여 해수내의 황화철을 산화처리하는 반응기(3)이 호안 혹은 제방의 내부에 설치되어 있으며, 반응기(3)은 공기주입관(4), 과산화수소주입관(5) 및 황성분 검출수단과 연결된 연결선(6)으로 이루어진 연결수단(2)에 의해 외부의 공기 및 H₂O₂주입량 제어장치(1)에 연결되어 있다.

제어장치(1)은 도시되지 않는 황성분 검출수단(12)에 의해 검출된 황성분의 농도에 따라 공기와 과산화수소의 주입량을 제어하여 도시되지 않은 공기발생기 및 과산화수소저장조로 부터 공기 및 과산화수소를 각각 공급하게 되어있다.

제2도는 본 발명의 장치중 반응기(3)을 개략적으로 도시한 사시도로써, 바닷물이 자유롭게 통과할 수 있는 해수통과공(7)이 복수개 형성되어 있으며, 그 내부에는 상기 제어장치(1)에 각각 연결되어 았는 공기주입관(4) 및 과산학수소 주입관(5)를 통해 유입되는 공기 및 과산화수소를 각각 배출하게 되어 있는 공기기폭기(10) 및 과산화수소 배포기(9)로 이루어진 화학적 처리장치(8)이 내장되어 있다.

상기 화학적처리장치(8)을 이루는 공기기폭기(10)과 과산화수소 배포기(9)에는 상기 반응기의 해수통과공(7)을 통해 유입된 해수가 통과할 수 있는 해수통과공(11)이 복수개 헝성되어 있다.

한편, 부호12는 해수내의 황성분을 검출하기 위한 검출수단으로서의 센서이며, 센서(12)는 연결선(6)에 의해 상기 제어장치(1)에 연결되어 있다.

이같이 구성된 본 발명의 장치는, 먼저 시각과 후각을 이용하여 해수의 색상 및 냄새로서 황화철오염물의 발생을 1차로 탐지하여 황화철오염물이 발생되었다고 판단되면, 그 발생장소에서 채취한 해수시료에 대하여 기기분석적 방법으로 오염물이 황화철이라고 확인된 다음, 상기 황화철오염발생 지역에 설치 사용하게 된다.

상기 황화철오염발생이 확인된 지역에 본 발명의 장치를 설치하면, 상기 제어장치(1)에 연결된 황성분 검출수단(12)가 황성분의 검출(이 경우 황성분은 황화철임을 사전 확인된 바 있다) 및 농도를 연결선(6)을 통해 제어장치(1)로 전달한다.

상기 검출수단(12)로부터 황성분의 검출 및 그 농도를 전달받은 제어장치 (1)은 황성분의 산화처리에 필요한 공기 및 과산화수소량을 산출한 후 도시되지 않은 공기발생기 및 과산화수소 저장조로부터 공기 및 과산화수소를 각각 공기주입관(4) 및 과산화수소 주입관(5)를 통해 반응기(3)의 내부에 장착된 공기기폭기(10) 및 과산화수소 배포기(9)로 송부하게 된다.

한편 황화철로 오염된 흑색의 혼탁수는 해수와 함께 반응기(3) 및 화학적 처리장치(8)의 해수통과공(7)(11)을 통해 유입되며, 유입된 혼탁수는 상기 공기기폭기(10) 및 과산학수소배포기(9)로 부터 배출되는 공기 및 과산화수소와 접촉하게 되며, 이에따라 혼탁수내의 황화철은 산학처리되어 제거되게 되는 것이다.

상기 공기기폭기(10)과 과산화수소배포기(9)는 각각 공급하는 공기 및 과산화수소를 고르게 분산시켜 혼탁수와의 반응을 원활하게하는 구조로 되어 있다.

상기한 바와같이 제방에서 혼탁수 발생(황화철발생)이 확인된 지점에 본 발명의 장치를 설치하면, 황화철 화합물이 반응기에 유입되고 이때 황성분 검출수단의 작동으로 공기 및 과산화수소가 적절히 배포되어 황화철을 단시간내에(2-4분) 산화처리하여 제거되는 것이다.

상기 산화반응에서 FeS 발생원인 물질인 H₂S는 공기(공기내에 함유된 산소)와 과산화수소(H₂O₂)에 의해 산화되어 S₂O₃ ^2-, SO₄ ^2-및 산화철(Fe₂O₃)를 생성하는 것으로 생각되며 이들은 무해한 것이다.

본 발명에 의하면 매립등으로 인해 해수내에 발생된 황화철(FeS)을 공기 및 과산화수소를 이용하여 효율적으로 산화처리 함으로써 해양오염을 방지할 수 있는 것이다.

Claims (1)

1. 해수내의 황성분을 검출하는 검출수단(12); 상기 검출수단(12)에 의해 황성분이 검출되면 그 검출결과에 따라 공기 및 과산화수소의 주입량을 제어하는 공기 및 H₂O₂주입 제어수단(1); 상기 제어수단과 공기주입관(4), 과산화수소 주입관(5) 및 연결관(6)으로 구성되는 연결수단(2)에 의해 연결되고, 상기 공기주입관(4) 및 과산화수소주입관(5)를 통해 주입된 공기 및 과산화수소에 의해 해수내의 황화철을 산화처리하며, 복수개의 해수통과공이 형성되어 있는 반응기(3); 및 상기 반응기의 내부에 장착되어 있으며 상기 공기주입관(4)와 연결된 공기기폭기(10)과 상기 과산화수소주입관(5)와 연결된 과산화수소배포기(9)를 포함하며, 상기 반응기(3)의 해수통과공(7)을 통해 유입된 해수가 통과할 수 있도록 형성된 복수개의 해수통과공(11)을 갖는 화학처리장치(8);을 포함하여 구성된 해수내의 황화철 제거장치.