KR100387029B1 - 산화철 폐촉매를 이용한 중금속함유폐수 처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 산화철 폐촉매를 이용한 중금속함유폐수 처리방법에 관한 것으로, 그 목적은 스티렌모노머 합성반응후 폐처리되는 자성이 강한 산화철촉매를 도금폐수, 광산배수등과 같은 중금속이 함유된 폐수에 적용하여 폐수를 중화시키고 중금속을 흡착제거시키므로써, 자원을 재활용할 수 있는 산화철 폐촉매를 이용한 중금속함유폐수 처리방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 Cu,Fe,Ni,Cr,Zn 이 함유된 pH 1.0 정도의 산성폐수 처리방법에 있어서; 상기 폐수에 마그네타이트(Fe₃O₄)가 70% 이상 함유된 산화철 폐촉매를 1: 0.05 의 중량비로 첨가하고, 상기 산화철 촉매가 첨가된 폐수를 교반기에서 60 rpm의 속도로 15 분 교반한 후, 이를 자석에 의해 고액분리하여 중금속을 흡착·제거하는 산화철 폐촉매를 이용한 중금속함유폐수 처리방법을 제공함에 있다.

Description

산화철 폐촉매를 이용한 중금속함유폐수 처리방법{Treatment of wastewater with heavy metals by used iron oxide catalyst}

본 발명은 산화철 폐촉매를 이용한 중금속함유폐수 처리방법에 관한 것으로, 스티렌모노머 합성반응에 사용된 산화물 촉매를 이용하여 중금속이 함유된 폐수중 중금속이온을 흡착·제거하는 산화철 폐촉매를 이용한 중금속함유폐수 처리방법에 관한 것이다.

석유화학에서 폴리머의 원료인 스티렌모노머는 에틸벤젠으로부터 산화철 촉매를 사용하여 제조하며, 상기 산화철 촉매는 삼산화이철(Fe₂O₃)을 주원료로 하고, 촉매의 활성도를 높이기 위해 알카리금속과 알카리토금속등이 함유되어 있다. 산화철촉매가 쓰여지는 스티렌모노머 합성반응은 탈수소반응이므로 수소가 발생하여 삼산화이철(Fe₂O₃)의 산화철이 마그네타이트(Fe₃O₄)로 환원됨에 따라 촉매 수명은 보통 1~2년 정도이다.

이와 같이 촉매수명이 다하여 버려지는 산화철 폐촉매는 특정폐기물처리 업체에 의해 처리비용을 지불하고 매립되어지고 있으며, 매립되고 있는 폐촉매의 약 70% 이상은 마그네타이트(Fe₃O₄)이다.

종래에는 도금폐수, 광산배수등과 같은 중금속이 함유된 폐수를 처리하고자 할 경우, 현탁물질로서 존재하는 것은 직접 고액분리하여 제거하나 용존하고 있는 금속은 산화, 환원에 의해 침전이 생성하기 쉬운 양이온으로 변화시키거나, 중금속 양이온은 중화시킨 후 기타의 복분해 반응에 의해 침전시키거나, 흡착법(수은), 이온교환법, 역침투압법에 의해 잔존하는 용존금속을 제거하는 방법을 사용하였으며, 일반적으로 사용되고 있는 방법이 중금속이온을 함유한 대상폐수를 수산화칼슘(소석회)으로 중화침전시키는 방법이다.

그러나, 상기와 같이 소석회를 이용하여 중화침전시킬 경우, 여과하여 발생된 슬러지는 2종 폐기물로 매립해야 하나, 발생된 슬러지에는 수분이 80% 이상 함유되어 있으므로 슬러지의 부피가 크고, 이로 인해 매립시 침출수가 발생되며, 토양오염 등 환경문제가 야기됨과 동시에, 비용이 증대되는 등 여러 가지 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 이루어진 것으로, 그 목적은 스티렌모노머 합성반응후 폐처리되는 자성이 강한 산화철촉매를 도금폐수, 광산배수등과 같은 중금속이 함유된 폐수에 적용하여 폐수를 중화시키고 중금속을 흡착제거시키므로써, 자원을 재활용할 수 있는 산화철 폐촉매를 이용한 중금속함유폐수 처리방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 Cu,Fe,Ni,Cr,Zn 이 함유된 pH 1.0 정도의 산성폐수 처리방법에 있어서; 상기 폐수에 마그네타이트(Fe₃O₄)가 70% 이상 함유된 산화철 폐촉매를 1: 0.05 의 중량비로 첨가하고, 상기 산화철 촉매가 첨가된 폐수를 교반기에서 60 rpm의 속도로 15 분 교반한 후, 이를 자석에 의해 고액분리하여 중금속을 흡착·제거하는 산화철 폐촉매를 이용한 중금속함유폐수 처리방법을 제공함에 있다.

본 발명은 촉매수명이 다하여 버려지는 산화철 폐촉매를 이용하여 Cu,Fe,Ni,Cr,Zn 등이 함유된 폐수의 중금속을 흡착·제거하는 것으로, 폐수와 일정중량비로 산화철 폐촉매를 첨가하고 이를 교반한 후, 자석에 의해 고액분리하도록 되어 있다.

상기 산화철 촉매는 에틸벤젠으로부터 스티렌모노머 제조에 쓰여지고 난 후 매립되고 있는 특정폐기물로서, 마그네타이트(Fe₃O₄)가 70% 이상 함유되어 있고, 그 밖의 과 같은 알카리금속 및 알카리토금속이 함유되어 있다. 폐촉매중의 알카리 금속 및 토금속 원소는 물에 쉽게 용해하여 강한 알카리성을 나타내므로 대부분 산성인 도금폐수, 광산배수 등의 폐수를 중화시킨다. 또한 Fe₂O₃,Fe₃O₄와 같은 산화철 입자는 중금속을 흡착하는 특성이 있다.

즉, 산화철 폐촉매는 주성분이 마그네타이트(Fe₃O₄)로 강한 자성을 띄고 있어 중성에서 침전된 중금속이온들을 산화철 폐촉매에 흡착한 후 고액분리를 용이하게 이루어지게 하며, 알카리금속 및 알카리토금속에 의해 대상폐수의 산성을 중화시키도록 되어 있다.

이와 같이 본 발명은 산화철 폐촉매 분말을 Cu,Fe,Ni,Cr,Zn 등이 함유된 대상폐수에 대한 중량비로 5% 첨가하고, 이를 약 15 분동안 60rpm으로 교반한 후 자석에 의해 고액분리하도록 되어 있다.

이하 본 발명을 실시예에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

실시예1

대상폐수로 Cu,Fe,Ni,Cr,Zn 이온농도를 각각 200㎎/ℓ의 합성폐수를 만들었으며, 각각의 1ℓ 합성폐수의 pH를 1.0~2.0 으로 조절하였다. 일정 pH의 합성폐수에 산화철 폐촉매 50g 을 첨가하고 15분 동안 60 rpm에서 교반기로 교반한 후 자석으로 슬러지를 분리하고 여액을 채취하여 각각의 중금속 이온 농도를 분석한 바 표 1 과 같다.

표1

	Cu	Fe	Ni	Zn	total Cr
처리후 여액의 농도(㎎/ℓ)	0.05	0.10	0.01	0.02	0.02
제거율(%)	99.975	99.95	99.995	99.99	99.99

실시예2

대상폐수로 Cu,Fe,Ni,Cr,Zn 이온농도를 각각 500㎎/ℓ의 합성폐수를 만들었으며, 각각의 1ℓ 합성폐수의 pH를 1.0~2.0 으로 조절하였다. 일정 pH의 합성폐수에 산화철 폐촉매 50 g 을 첨가하고 15분 동안 60 rpm에서 교반기로 교반한 후 자석으로 슬러지를 분리하고 여액을 채취하여 각각의 중금속 이온 농도를 분석한 바 표 2 와 같다.

표2

	Cu	Fe	Ni	Zn	total Cr
처리후 여액의 농도(㎎/ℓ)	0.10	0.10	0.05	0.10	0.05
제거율(%)	99.98	99.98	99.99	99.98	99.99

실시예3

Zn 이온농도는 200㎎/ℓ, pH는 2.0 인 합성폐수 1ℓ에 중금속 침전제로 사용하는 소석회를 pH 10.0 이 되도록 첨가한 후 1ℓ 실린더에 넣고 슬러지의 체적과 침강속도등을 조사하였다. 슬러지중 함수율도 분석하였다. 한편 Zn 이온농도는 200㎎/ℓ, pH는 2.0 인 합성폐수 1ℓ에 산화철 폐촉매를 50 gr을 넣고 15분동안 교반한 후 1ℓ 실린더에 넣고 슬러지의 체적과 침강속도등을 조사하여 소석회의 결과와 비교하였다.(표3)

표3

중금속이온 제거제 종류	소석회	산화철 폐촉매
슬러지 체적 (㎤)	125	39
슬러지의 함수율(%)	81	27
슬러지의 침강속도(㎤/min)	275	250
자석을 이용하였을 때 슬러지의 침강속도(㎤/min)	275	420

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위내에 있게 된다.

이와 같이 본 발명은 스티렌 모노머 합성에 사용된 산화철 폐촉매를 도금폐수, 광산배수등의 중금속이 함유된 산성폐수에 재활용하여 중금속을 흡착제거하므로, 자원의 재활용 효과가 크고, 기존 침전제인 소석회를 사용하였을 경우 보다 여과 대신 자석을 이용하므로, 고액분리 시간이 단축되고, 중금속 이온의 침전물인 슬러지의 체적과 수분 함량이 현저히 감소되며, 이로 인해 슬러지의 재처리 비용을 절감할 수 있는 등 많은 효과가 있다.

Claims (1)

1. Cu,Fe,Ni,Cr,Zn 이 함유된 pH 1.0 정도의 산성폐수 처리방법에 있어서;

   상기 폐수에 마그네타이트(Fe₃O₄)가 70% 이상 함유된 산화철 폐촉매를 1: 0.05 의 중량비로 첨가하고, 상기 산화철 촉매가 첨가된 폐수를 교반기에서 60 rpm의 속도로 15 분 교반한 후, 이를 자석에 의해 고액분리하여 중금속을 흡착·제거하는 것을 특징으로 하는 산화철 폐촉매를 이용한 중금속함유폐수 처리방법.