KR100388026B1 - 제철소 폐수처리공정에서 발생하는 활성슬러지를 이용한 흡착제의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제철소 폐수의 생물학적 처리공정에서 발생하는 활성슬러지의 활용방안에 관한 것으로, 그 목적은 활성슬러지를 소량의 활성화조제를 사용하여 흡착제로 제조할 수 있는 경제적인 방법을 제공함에 있다.

이와 같은 목적을 갖는 본 발명은, 제철소의 폐수처리공정에서 발생하는 활성슬러지를 흡착제로 제조하는 방법에 있어서,

상기 활성슬러지를 건조하고, 이 건조된 활성슬러지를 0.5∼1Mol의 KOH용액에 침적하여 고형분을 분리한 다음, 고형분을 불활성분위기에서 600-800℃의 온도로 30분∼1시간 열처리하고, 이어 세척하는 것을 포함하여 이루어지는 제철소 폐수처리공정에서 발생하는 활성슬러지를 이용한 흡착제의 제조방법에 관한 것을 그 기술적요지로 한다.

Description

제철소 폐수처리공정에서 발생하는 활성슬러지를 이용한 흡착제의 제조방법

본 발명은 제철소 폐수의 생물학적 처리공정에서 발생하는 활성슬러지의 활용방안에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제철소에서 발생하는 활성슬러지를 경제적인 방법으로 특성이 우수한 흡착제로 제조하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 폐수의 처리에는 폐수내에 존재하는 용해성 유기물질을 미생물의 세포와 반응시켜 제거되기 쉬운 미생물세포와 무기물로 전환하는 생물학적방법이 많이 이용되고 있다. 생물학적 방법에 의한 폐수처리에는 활성오니공법의 1차처리와 약품처리공정의 2차처리가 연속적으로 이루어지며, 최근에는 활성탄흡착탑을 이용한 3차처리를 추가하여 폐수를 안정적으로 처리하고 있다. 즉, 유입된 폐수를 폭기조에 유입하여 미생물과 접촉하여 유해물질의 분해를 촉진하는 단계와, 이어 침전조로 유입하여 상등수와 활성슬러지를 분리하는 과정으로 이루어지는 활성오니공법의 1차처리단계을 거치고, 여기서 나온 상등수는 다시 2차처리의 약품처리공정으로 유입되어 다시 상등수와 활성슬러지로 분리된다. 이때 발생하는 활성슬러지는 일정기간이 지나거나 반응이 완료되는 경우 침강되어 반응조 외부로 유출된다. 이 유출된 활성슬러지는 2차처리인 약품처리공정에서 투입되는 무기성약품에 따라 일부 성상이 다르므로, 무기성약품의 종류가 다른 도시폐수와 제철소 폐수의 처리공정에서 발생하는 활성슬러지는 각각 그 성상이 다르다. 그래도, 유기성 미생물이 다량 함유되어 있는 것은 공통된 사항이다.

이와 같이, 생물학적방법에 의한 폐수처리에는 활성슬러지가 많이 발생되며, 이 활성슬러지는 다시 폐기물로서 탈수과정을 거친 다음 매립지에 매립하여 처리하거나, 매립부피를 감소하기 위해 소각에 의해 연소처리한 다음, 연소후 발생하는 재 성분을 매립하는 과정을 거치게 된다. 그러나, 매립만을 목적으로 하는 경우 제한된 매립면적에 매립되는 양이 증가하는 부담을 가지게 된다. 또한, 연소하여 매립하는 경우에 있어서도, 수분함량이 85%이상의 활성슬러지(탈수과정을 거친 것) 자체만으로 연소가 불가능하기 때문에 외부에서 연료를 공급하여 이를 연소시켜야 하므로 에너지 소모가 많이 필요하게 된다.

이에 따라, 활성슬러지를 효율적으로 처리하기 위한 방법이 계속적으로 요구되었으며, 이 요구에 부응하여 활성슬러지를 흡착제를 제조하는 방법이 제시되었다. 이 기술은 도시폐수처리공정에서 발생하는 활성슬러지를 대상으로 하는 것으로, 제조된 흡착제를 다시 폐수처리공정에 다시 이용하고자 하는 것이다. 그 대표적인 기술로, 활성슬러지를 황산(활성화조제)으로 활성화하여 흡착제로 제조하는 방법이 미국 특허 3998756호에 제안된 바 있다. 그러나, 이 기술에서는 활성화조제인 황산의 양이 매우 많아 경제적인 문제가 있다.

또 다른 기술로, Lu 등이(Gas Separation & Purification, Vol.10, p.103) 도시폐수에서 발생한 활성슬러지를 황산 및 ZnC₂의 활성화조제로 활성화하여 흡착제로 제조하는 방법을 보고한 바 있다. 이 방법에서는 ZnC₂를 사용하였을 때, 슬러지를 건조하고 이것을 ZnCl₂용액에 혼합하고 이 혼합물을 열처리하여 흡착제로 제조하는 것으로, 다량의 ZnCl₂를 사용하여야 하며, 또한 이로 인한 장치의 부식문제 등이 크게 부각될 것으로 생각이 된다.

위에서 살펴본 바와 같이, 지금까지 생물학적방법에 의한 폐수처리에서 발생한 활성슬러지를 흡착제로 제조하는 기술은 도시폐수에 대한 것만 검토되고 있는데, 이는 도시폐수와 제철소 폐수는 다르기 때문이다. 즉, 제철소의 폐수처리에는 폐수를 법적 규정치로 방류하기 위해서 다량의 무기질 약품를 첨가하고 있어 도시폐수에서 발생한 활성슬러지를 대상으로 하는 종래기술를 적용하기가 쉽지 않기 때문이다. 또한, 상기한 종래기술들에서는 활성화조제가 다량 요구되는 비경제적인 기술이여서 실제 적용하여도 실익이 크지 않다.

본 발명은 제철소의 폐수처리공정에서 발생하는 활성슬러지를 소량의 활성화조제를 사용하여 흡착제를 제조할 수 있는 방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법은,

제철소 폐수처리공정에서 발생하는 활성슬러지를 건조하고, 이 건조된 활성슬러지를 0.5∼1Mol의 KOH용액에 침적하여 고형분을 분리한 다음, 고형분을 불활성분위기에서 600-800℃의 온도로 30분∼1시간 열처리하고, 이어 세척하는 것을 포함하여 구성된다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명은 제철소의 폐수처리공정에서 발생하는 슬러지를 KOH의 활성화 조제에 침적하고 열처리하여 간단히 흡착제로 제조하는데, 그 특징이 있다. 먼저, 본 발명의 대상이 되는 '활성슬러지'란 용어는 제철소에서 발생하는 폐수를 생물학적방법에 의해 폐수처리를 할 때 부생되는 것을 의미하며, 이 활성슬러지를 공업적(활성슬러지를 태웠을 때)으로 분석하면 아래 표 1과 성분을 가진다. 이는 본 발명에 적용되는 활성슬러지의 한 예이다.

고유수분	휘발분	재(ash)	고정탄소
1.27%	43.56%	50.5%	5.94%

위 표에서 알 수 있듯이, 활성슬러지에는 탄소가 일정량 함유되어 있으므로, 이 활성슬러지를 본 발명에 따라 KOH용액에 침적하면 활성슬러지의 탄소질성분에 K이 침투하게 되고, 이를 열처리하면 활성슬러지로 K이 확산해 들어가 기공을 만들게 되어 활성슬러지의 비표면적이 넓어지게 된다. 본 발명의 활성화조제 KOH는 상기와 같이 작용하는데, 이를 처리방법에 따라 상세히 설명한다.

본 발명에 따라 활성슬러지를 침적하기전에 건조하는 것이 좋은데, 이는 건조된 활성슬러지가 KOH용액에 침적이 용이하기 때문이다. 젖은 상태에서 보다 건조상태에서 KOH가 슬러지의 내부까지 충분히 침투하기 때문이며, 또한 건조하면 슬러지가 입상의 형태를 유지되므로 흡착제로서의 활용성이 높기 때문이다.

상기와 같이 활성슬러지를 건조한 다음, 이를 KOH용액에 침적하는데, 이 KOH용액은 0.5-1Mol이 좋다. 이는 슬러지중에 함유된 탄소질 성분이 충분하지 않은 상태에서 KOH의 농도를 높게 유지하여 침적한 경우 농도상승 만큼의 효과를 기대할 수 없기 때문이다. 이때, KOH용액에 침적되는 활성슬러지의 양은 농도조정된 용액에 침적될 수 있는 양만큼 투입하면 된다. 그리고, 이때의 침적시간은 충분히 해줄수록 반응이 좋으며, 본 발명의 일실시예에 의하면 30분이상 침적하는 것이 좋다.

상기와 같이 침적한 다음, 고형분만을 여과하여 600-800℃의 온도에서 30분에서 1시간동안 열처리하는 것이 좋다. 이는 600℃이하의 온도로 열처리 하는 경우 시간이 많이 소요되며 또한, 800℃이상의 경우 온도가 상승한 만큼 흡착제의 성능이 향상되지 못하기 때문이다. 시간은 1시간 이상을 유지하여 제조할 수 있으나 시간이 긴 만큼 흡착제의 비표면적이 증가하지 않으므로 1시간이내면 충분하다. 그리고 30분 미만을 처리하는 경우 반응이 충분하지 못하므로 30분 이상의 반응시간이 요구된다.

상기와 같이 열처리하고, 나온 고형물을 세척하는데, 이는 고형물에 있는 K를 제거하기 위해서이다. 이와 같이 KOH를 제거하면 다공성이 흡착제가 얻어진다.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

본 발명의 다음의 실시예에서는 위 표 1과 같은 특성을 갖는 제철소폐수처리공정에서 발생한 활성슬러지를 동일하게 사용하였다.

[실시예 1]

활성슬러지를 1Mol의 KOH 용액에 1시간 침적한후 이를 질소분위기로 600℃에서 30분 열처리한 다음, 비표면적을 측정한 결과 140m²/g이었다. 이 슬러지를 건조시킨후 측정한 비표면적은 6.4m²/g이었다.

[실시예 2]

활성슬러지를 0.5Mol의 KOH용액에 1시간 침적한 후 이를 질소분위기로 700℃에서 1시간 열처리 하고 비표면적을 측정한 결과, 비표면적은 140 m²/g이었다.

[실시예 3]

활성슬러지를 1Mol KOH용액에 1시간 침적한후 이를 질소분위기로 800℃에서 1시간 열처리하고 비표면적을 측정한 결과, 비표면적은 220m²/g이었다.

[비교예 1]

실시예 3과 열처리조건만 900℃로 1시간으로 다르게 하고, 다른 조건은 동일하게 하여 흡착제를 제조하고 비표면적을 측정한 결과, 비표면적은 220m²/g이었다.

[실시예 4]

활성슬러지를 1Mol KOH용액에 1시간 침적한 후 이를 700℃에서 1시간 열처리 한결과 비표면적은 180m²/g이었다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 제철소의 폐수처리공정에서 발생하는 활성슬러지를 경제적인 방법으로 흡착제로 제조하는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 제철소의 폐수처리공정에서 발생하는 활성슬러지를 흡착제로 제조하는 방법에 있어서, 상기 활성슬러지를 건조하고, 이 건조된 활성슬러지를 0.5∼1Mol의 KOH용액에 침적하여 고형분을 분리한 다음, 고형분을 불활성분위기에서 600-800℃의 온도로 30분∼1시간 열처리하고, 이어 세척하는 것을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 제철소 폐수처리공정에서 발생하는 활성슬러지를 이용한 흡착제의 제조방법.