KR100345405B1

KR100345405B1 - 제강 슬래그를 이용한 폐수처리방법

Info

Publication number: KR100345405B1
Application number: KR1020000025360A
Authority: KR
Inventors: 오옥수; 오상윤
Original assignee: 오옥수; 오상윤
Priority date: 2000-05-12
Filing date: 2000-05-12
Publication date: 2002-07-24
Also published as: AU2000255774A1; WO2001085618A1; KR20010105510A

Abstract

본 발명은 폐수중의 유기물을 효율적으로 제거하면서도 처리비용이 저렴한 폐수처리방법을 제공하기 위하여, 아토마이징(attomizing) 처리된 제강 슬래그(슬래그 볼) 또는 산화칼슘(CaO)이 다량 함유된 산업폐기물인 제강 슬래그 미세분말을 응집제와 혼합하여 폐수처리장치에 투입시킨 후 전자석이 설치된 폐수처리장치의 하부 저면에 유기물질이 응집·침전되면 상부의 처리수를 방류시키는 것을 특징으로 하는, 제강 슬래그를 이용한 폐수처리방법에 관한 것으로서,

부유물질 처리 및 유기물질 제거효율이 우수하고, 대량 생산되는 산업폐기물인 제강 슬래그를 응집제로 이용함으로써 산업폐기물을 재활용하여 환경오염을 방지하고 폐수처리비용을 절감하는 효과가 있다.

Description

제강 슬래그를 이용한 폐수처리방법{Method for treating waste water with steel slag}

본 발명은 제강 슬래그(slag)를 이용한 폐수처리방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 아토마이징(attomizing) 처리된 제강 슬래그(이하 "슬래그 볼"-slag ball-이라 칭함) 또는 산화칼슘(CaO)이 다량 함유된 산업폐기물인 제강 슬래그를 이용하여 폐수의 부유혼탁물질을 단시간내에 입경이 큰 플럭(flock)으로 응집시킴으로써 별도의 응집·침전을 위한 농축조 및 고액분리장치의 설치 없이 기존 장치로 유기물을 효과적으로 제거할 수 있는 폐수처리방법에 관한 것이다.

일반적으로 폐수처리방법은 생물학적 분해가 가능한 유기물질을 산화시키는 생물학적 처리방법과, 부유물질 및 유기물질을 제거하고 산화시키는 물리화학적 처리방법으로 나뉘는데, 독성 및 난분해성 유기물질의 농도가 높은 침출수, 산업폐수 및 축산폐수의 경우 생물학적 처리방법으로는 독성 및 난분해성 유기물질을 만족할 만한 수준으로 제거하지 못하였고, 유기물질의 부하를 줄이고 독성 및 난분해성 물질을 응집, 침전, 막분리, 흡착 등의 방법으로 제거시키는 물리학적 처리방법으로도 폐수의 배출허용기준을 만족시키기에는 경제적ㆍ기술적으로 어려움이 많았다.

따라서, 폐수처리장치의 설치비 및 운영비를 절감하면서도 폐수처리효율을 높일 수 있는 다양한 방법들이 연구되었는데, 철염 또는 알루미늄염 등의 응집제를 폐수에 투입시켜 응축ㆍ침전된 오염물질들을 제거시킨 후 처리수를 방류시키는 폐수처리방법도 그 중의 하나이다.

그러나, 상기 응집제 투입방법은 오염물질이 효과적으로 응집될 수 있도록 폐수의 pH를 조절하는 것이 용이하지 않으며, 철염을 응집제로 사용하는 경우에는 폐수중의 유기물 제거효과는 비교적 우수하나 처리 후 잔류철염에 의해 폐수가 착색되는 문제점이 있었으며, 알루미늄염을 응집제로 사용하는 경우에는 처리 후 폐수의 색도가 양호하기는 하나 처리시 발생하는 잔류 알루미늄에 의해 상수가 오염될 우려가 있었으며 응집물의 강도가 약하여 쉽게 부숴지기 쉽고 가벼워서 침강속도가 느리며 함수율이 높아 탈수가 용이하지 않은 문제점이 있었다.

본 발명자는 본 발명자의 선등록특허 제98062호(미국특허등록 제5,417,738호, 일본특허등록 제2,521,030호)에 제시되어 있는 슬래그 볼(아토마이징 처리된 제강 슬래그)이 안정한 스피넬(spinel)형의 2CaO·Fe₂O₃복합산화물을 형성하는 것임에 착안하여 종래의 응집제에 비해 환경친화적이면서도 보다 신속하고 효율적으로 폐수처리를 할 수 있는 응집제로서 산업폐기물인 제강 슬래그를 이용한 본 발명을 완성하게 되었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 폐수중의 유기물을 효율적으로 제거하면서도 처리비용이 저렴한 폐수처리방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 유기물질의 응집속도가 빠르고 응집물의 강도가 강하며 응집물의 함수율을 최소화하여 탈수가 용이한 폐수처리방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 풍부한 양으로 대량 생산되는 산업폐기물을 재활용하는 폐수처리방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 상기와 같은 목적들은 슬래그 볼 또는 산화칼슘(CaO)이 다량 함유된 산업폐기물인 제강 슬래그를 이용하는 폐수처리방법을 제공함으로써 달성되는데, 본 발명에 의한 폐수처리방법은 유기물질의 응집속도가 빠르고 응집물의 강도가 강하여 폐수처리작업이 보다 신속하고 용이하게 이루어지므로 경제적이고 간단한 조작으로 최종 처리수를 현행방류수질기준으로 방출시킬수 있다.

도 1은 본 발명의 폐수처리공정도.

본 발명은 폐수에 응집제를 투입시켜 유기물을 제거하는 폐수처리방법에 있어서, 슬래그 볼 또는 산화칼슘(CaO)이 다량 함유된 산업폐기물인 제강 슬래그 미세분말을 코팅제의 역할을 하는 기존 응집제와 혼합하여 폐수처리장치에 투입시킨 후 전자석이 설치된 폐수처리장치의 하부 저면에 유기물이 응집·침전되면 상부의 처리수를 방류시키는 것을 특징으로 하는 폐수처리방법에 관한 것이다.

이하 본 발명을 도면을 참조하여 상세히 설명하고자 하나, 본 발명이 이에한정되는 것은 물론 아니다.

먼저 도 1에 도시된 바와 같이 폐수처리장치에 폐수를 유입시킨 후 기존 응집제로 코팅된 슬래그 볼 또는 제강 슬래그를 투입하여 폐수 중의 유기물을 응집시킨다.

이 때, 상기 슬래그 볼 또는 제강 슬래그는 미세분말화하여 투입할수록 폐수와 접촉되는 반응표면적이 넓어져 폐수처리효율이 높아지며, 코팅제로 작용하는 기존 응집제는 슬래그 볼 또는 제강 슬래그의 3∼10 중량%로 첨가되는 것이 바람직하다.

일반적인 제강 슬래그는 하기 표 1과 같은 화학성분으로 구성되어 있다.

제강용 전로에서 발생하는 슬래그의 화학성분 (단위:%)

FeO	Fe₂O₃	SiO₂	CaO	Al₂O₃	MgO	P₂O₅	S
≤1	22∼35	7∼10	36∼43	≤1	6∼9	1∼2	≤0.06

본 발명의 실시에서 투입되는 제강 슬래그로는 아토마이징 처리를 거친 제강 슬래그인 슬래그 볼이 바람직한데, 제강 슬래그를 수중 또는 물이 분사되는 분사기류내로 통과시켜 아토마이징 처리를 하면 용융상태로 균일하게 분포되어 있던 칼슘 이온(Ca²⁺), 산소 이온(O^2-), 철 이온(Fe²⁺) 등이 응고되어 2개의 산화물과 3가의 산화물의 복합체인 안정한 스피넬(spinel)형의 2CaO·Fe₂O₃복합산화물을 형성하기 때문인데, 이와 같이 안정된 구조의 복합산화물에 유기물이 흡착되면 아토마이징 처리를 하지 않은 일반 슬래그에 유기물이 흡착되었을 때보다 응집물의 응집속도가빠르고 응집물의 강도 또한 강하게 된다.

그러나, 일반적인 제강(製鋼) 과정중에 발생되는 슬래그도 산화칼슘(CaO)을 다량 함유하므로 폐수처리효율이 떨어지는 점을 고려하여 고급 정수가 아닌 일반 생활용수로의 정수시에 사용될 수 있다.

상기 응집 반응은 슬래그 볼 또는 제강 슬래그를 코팅하고 있는 (+) 이온의 기존 응집제가 (-) 이온을 띠고 있는 부유물(유기물)들을 끌어당김으로써 슬래그 볼 또는 제강 슬래그가 핵의 역할을 하여 응집된 부유물을 빠른 시간내에 침전시키며 침전물의 부피를 현저히 축소시키는 것이다.

이때, 상기 플럭을 형성한 오염물질들은 철 성분을 함유하는 제강 슬래그 응집제에 흡착되어 있으므로 폐수처리장치의 하부 저면에 전자석을 설치하면 전자석의 자력에 이끌려 플럭의 폐수처리장치 하부로의 침강속도가 매우 빨라지게 되며, 일단 침전된 플럭 또한 전자석의 자력에 의해 쉽게 상부로 부유되거나 흩어지지 못하고 안정적으로 고착되므로 고액분리가 매우 용이하게 되어 처리수 방류후에 전자석의 전원을 끄고 침전물을 제거하면 된다.

따라서, 본 발명에 따르면 폐수를 처리함에 있어 폐수내의 부유성의 점토입자, 유기성 콜로이드, 일부 중금속 등을 대상으로 하는 별도의 전처리 및 중화처리 과정없이 슬래그 볼 또는 제강슬래그와 소량의 기존 응집제의 첨가만으로도 단시간내에 유기물을 응집시켜 매우 안정한 상태의 플럭으로 침강시킬 수 있으며, 종래 응집제만을 첨가하였을 때 생성되는 플럭 또는 슬러지 양의 1/10 정도밖에 되지 않는 현저히 감소된 양의 플럭만이 생성되어, 상기 플럭이 제거된 처리수는 유입된폐수에 비해 용존산소량이 30∼50%까지 증가하게 된다.

본 발명의 실시에 있어서 슬래그 볼 또는 제강 슬래그를 코팅하는 역할을 하는 응집제는 종래의 공지된 것으로서 (+) 이온을 띠고 있는 것이면 충분하며 특별히 한정되지 않는다.

또한, 응집제에 의해 생성되는 플럭의 침강성을 향상시키기 위하여 응집제와 함께 폴리머(polymer)를 첨가할 수 있는데, 응집제 투입으로 생성된 미세한 플럭들이 폴리머의 작용에 의해 서로 완만하게 결착되어 강도가 크고 입경이 큰 플럭으로 빠른 시간내에 응집되므로 처리수의 색도가 더 맑아지며 폐수처리효율도 높아진다. 이러한 폴리머로는 양이온, 음이온, 폴리양이온성 고분자를 예로 들 수 있는데, 그 중에서도 실리콘이 첨가되는 것이 가장 바람직하다.

이하, 본 발명을 실시예를 들어 상세히 설명한다.

실시예

실시예 1

저면에 전자석이 설치된 탱크내에 공단지역의 폐수 1000㎖를 넣고 슬래그 볼 미세분말 30g과, 기존 응집제 1.5g을 혼입하여 응집물을 침전시킨 후 그 상층액을 분리하였다.

하기 표 2은 상기 실시예 1의 폐수처리 결과로서 원폐수와 처리수의 수질을 비교한 것이다.

폐수명	측정항목	원폐수	처리수	처리효율
공장폐수	pH	8.6	8.1
	COD(ppm)	28.0	5.2	81.4%
	BOD(ppm)	19.3	4.4	77.2%

실시예 2

탱크 저면에 전자석을 설치하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건으로 폐수처리를 하였다.

폐수 처리 후 처리수의 BOD와 COD는 실시예 1과 동일하였으나 플럭의 응집ㆍ침강속도가 실시예 1보다 느렸고 상층액 분리시 다소 어려움이 있었다.

실시예 3

저면에 전자석이 설치된 탱크내에 생활오수가 함유된 폐수 1000㎖를 넣고 슬래그 볼 미세분말 25g과 기존 응집제 0.75g을 혼입하여 응집물을 침전시킨 후 그 상층액을 분리하였다.

하기 표 3은 상기 실시예 3의 폐수처리 결과로서 원폐수와 처리수의 수질을 비교한 것이다.

폐수명	측정항목	원폐수	처리수	처리효율
생활오수	pH	8.2	7.2
	COD(ppm)	17.3	3.4	80.3%
	BOD(ppm)	11.8	1.9	83.9%

실시예 4

저면에 전자석이 설치된 탱크내에 축산 폐수 1000㎖를 넣고 슬래그 볼 미세분말 30g과 기존 응집제 2.4g과 폴리머 20g을 혼입하여 응집물을 침전시킨 후 그 상층액을 분리하였다.

하기 표 4은 상기 실시예 4의 폐수처리 결과로서 원폐수와 처리수의 수질을 비교한 것이다.

폐수명	측정항목	원폐수	처리수	처리효율
축산폐수	pH	8.6	8.3
	COD(ppm)	28.0	5.2	81.4%
	BOD(ppm)	19.3	2.8	85.5%

상기 표 2, 3, 4에 나타난 바와 같이 본 발명에 의한 폐수처리과정을 거친 폐수는 폐수내 COD,BOD가 현저히 감소되어 높은 폐수처리효율을 나타내었다.

실시예 5

저면에 전자석이 설치된 탱크내에 생활오수가 함유된 폐수 1000㎖를 넣고 아토마이징 처리를 하지 않은 일반 제강 슬래그 미세분말 40g과, 기존 응집제 3.2g을 혼입하여 응집물을 침전시킨 후 그 상층액을 분리하였다.

하기 표 5은 상기 실시예 5의 폐수처리 결과로서 원폐수와 처리수의 수질을 비교한 것이다.

폐수명	측정항목	원폐수	처리수	처리효율
생활오수	pH	8.2	7.7
	COD(ppm)	17.3	4.5	74.0%
	BOD(ppm)	11.8	3.3	72.0%

상기 실시예 5에서는 아토마이징 처리를 하지 않은 일반 제강 슬래그를 사용하였기 때문에 안정된 상태의 플럭이 침전되었던 실시예 3보다 폐수처리 효과가 낮았으나, 현행방류수질기준으로 방출시킬 수는 있었다.

본 발명에 의한 폐수처리방법은 부유물질 처리 및 유기물질 제거효율이 종래보다 매우 높으며, 대량 생산되는 산업폐기물인 제강 슬래그를 응집제로 이용함으로써 산업폐기물을 재활용하여 환경오염을 방지하고 폐수처리비용을 절감하는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의한 폐수처리방법은 유기물질의 응집속도가 빠르고 응집물의 강도가 강하며 응집물의 함수율이 매우 낮으므로 별도의 응집·침전을 위한 농축조 및 고액분리장치의 설치 없이도 응집물 플럭을 효과적으로 제거할 수 있다.

따라서, 폐수처리작업이 보다 신속하고 용이하게 이루어지므로 경제적이고 간단한 조작으로 최종 처리수를 현행방류수질기준으로 방출시킬 수 있다.

Claims

폐수에 응집제를 투입시켜 유기물을 제거하는 폐수처리방법에 있어서, 아토마이징(attomizing) 처리된 제강 슬래그(슬래그 볼) 또는 산화칼슘(CaO)이 다량 함유된 산업폐기물인 제강 슬래그 미세분말을 응집제와 혼합하여 폐수처리장치에 투입시킨 후 전자석이 설치된 폐수처리장치의 하부 저면에 유기물질이 응집·침전되면 상부의 처리수를 방류시키는 것을 특징으로 하는, 제강 슬래그를 이용한 폐수처리방법.
제1항에 있어서, 응집제는 슬래그 볼 또는 제강 슬래그의 3∼10 중량%로 첨가되는 것을 특징으로 하는, 제강 슬래그를 이용한 폐수처리방법.
제1항에 있어서, 응집제에 폴리머(polymer)가 더욱 첨가되는 것을 특징으로 하는, 제강 슬래그를 이용한 폐수처리방법.
제3항에 있어서, 폴리머(polymer)가 실리콘인 것을 특징으로 하는, 제강 슬래그를 이용한 폐수처리방법.