KR100464865B1

KR100464865B1 - 석탄회나 소각회로부터 제조된 알로페인이나 이모고라이트를 하·폐수, 분뇨, 녹조와 적조처리의 정화제로 사용하는 방법

Info

Publication number: KR100464865B1
Application number: KR10-2002-0021837A
Authority: KR
Inventors: 서영진; 서희동; 서영준
Original assignee: 서희동
Priority date: 2002-04-20
Filing date: 2002-04-20
Publication date: 2005-01-06
Also published as: KR20020039292A

Abstract

본 발명은 석탄회(Fly ash)나 소각회를 알로페인(Allophane) 및 이모고라이트(Imogolite) 점토광물로 전환한 것을 하·폐수, 분뇨처리, 녹조, 적조처리의 정화제로 사용하는 것에 관한 것이다.

이를 위하여 본 발명은, 비정질무수규산(非晶質無水硅酸)알루미늄염의 형태인 석탄회나 소각회를 90∼180℃에서 알칼리(Alkali) 처리 후 90∼100℃에서 산처리를 하여 양이온치환과 음이온치환의 기능을 가진 비정질화수규산(非晶質和水硅酸)알루미늄염인 알로페인(Allophane)및 준정질화수규산(準晶質和水硅酸)알루미늄염인 이모고라이트(Imogolite) 점토질 광물로 전환한 것을 하·폐수처리, 분뇨처리에 정화제로 사용하거나 녹조, 적조의 예방 및 처리제로 사용한다.

본 발명의 특징은, 알로페인과 이모고라이트는 질소, 인 제거 효율이 매우 우수하기 때문에 질소, 인의 농도가 높은 축산폐수, 분뇨처리에 유용하게 이용할 수 있으며, 특히 녹조, 적조의 예방 및 처리에 효과가 있기 때문에 이들 분야에 널리 이용될 것으로 본다.

Description

석탄회나 소각회로부터 제조된 알로페인이나 이모고라이트를 하·폐수, 분뇨, 녹조와 적조처리의 정화제로 사용하는 방법{Using method of purifying agent for sewage, wastewater, night-soil, red tide, green algal ... etc from fly ash or cinder}

본 발명은 비정질무수규산(非晶質無水硅酸)알루미늄염(Non-Crystalline anhydrate aluminosilicate)의 형태인 석탄회(Fly ash)나 소각회를 1차 알칼리(Alkali)수용액 상태에서 90∼180℃로 가열하면서 교반 반응을 하여 제올라이트(Zeolite)로 안정화 처리를 한 후 탈수 및 수세처리를 한 다음 산(H₂SO₄, HCl 등)을 가해서 산성(pH=4.0∼6.5)의 조건에서 90∼100 ℃로 가열하면서 교반반응을 하여 비정질화수규산(非晶質和水硅酸)알루미늄염인 알로페인(Allophane)질이나 반정질화수규산(半晶質和水硅酸)알루미늄염인 이모고라이트(Imogolite)질의 점토광물(Clay minerals)을 만들어 이를 하·폐수처리, 분뇨처리의 정화제를 사용하던가 녹조, 적조의 예방 및 처리의 정화제로 사용하는 방법에 관한 것이다.

석탄회나 소각회에서 알로페인질 점토광물을 만드는 방법으로 대한민국특허공개번호 2001-0089935호 에서는 석탄회나 소각회를 알칼리처리를 하지 않고 바로 산처리를 하여 알로페인질을 만듦으로서 생산비는 저렴하지만 아로페인질로 전환율이 떨어지므로 이온교환능력이 떨어지는 점이 있다.

분뇨나 축산폐수와 같이 유기물과 질소, 인과 같은 오염물질의 농도가 높은 폐수에 시리카(Siliga)를 함유한 첨가제를 사용한 일본특허공개번호 2001 -179284호와 평(平)11-033590호의 경우 단순응집 또는 첨가제의 목적으로 유입폐수에 주입하여 처리를 하였으나 처리효율을 크게 향상하지는 못하였다.

그리고, 시리카 성분을 함유한 부석(Pumice)과 부식물질을 주체로 하는 토양성형체를 이용한 일본특허공개번호 평(平)10-034175호와 평(平)07-100470호의 경우에는 폐수 중 유기오염물질과 질소, 인과 같은 영양물질을 부식화반응에 의해서 처리를 하였으나 부식화반응의 경우 질소화합물은 부식전구물질에 부동화(Immobilization)되어 잉여오니로 배출하여 제거되는데, 기체상태의 질소(N₂)가스(Gas)로 탈질처리되는 것으로 보았으며, 부식화반응이 원활하게 일어나기 위해서는 산화환원전위(ORP) 값을 적절히(+250∼+350mV) 조절하여야 하는데 산화환원전위값의 조정을 전혀 고려하지 않는 등 처리 메커니쥼(Mechanisms)을 잘못 파악한 처리공정으로서 처리효율을 크게 향상할 수 없었다.

적조, 녹조처리 방법으로서는 황토를 이용하는 방법으로 대한민국특허 공개번호 1998-033476호, 1999-083053호 및 1999-085575호가 있으며, 이외에도 전기적인 방법, 길항미생물을 이용하는 방법, 불포화지방산을 살포하는 방법, 세라믹제를 살포하는 방법 등 다양한 방법이 제시되어 있으나 경제적이면서 효율적으로 처리할 수 있는 방법은 없는 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 양이온치환용량(Cation exchange capacity ; CEC)과 음이온치환용량(Anion exchange capacity ; AEC)이 높은 정화제를 하·폐수처리, 분뇨처리나 녹조, 적조 발생지역에 살포하여 유기산, 질소, 인, 중금속과 같은 이온성물질을 흡착 결합하여 물에 불용성인 고형물질로 전환하여 처리를 함으로써 경제적이면서 효율적으로 처리하는 방법을 제공하는데 본 발명의 목적이 있는 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 소각로에서 배출되는 소각회나 화력발전소에서 배출되는 석탄회를 1차 알칼리 처리를 하여 제올라이트로 전환한 후 산처리를 하여 높은 양이온치환용량과 음이온치환용량을 가지는 알로페인이나 이모고라이트 점토광물을 만들어 하·폐수처리, 분뇨처리에 살포하면 조류번식에 영양물질인 질소, 인과 유기산, 중금속과 같은 이온성물질을 흡착 결합하여 물에 불용성물질로 전환함으로 경제적이면서 효율적으로 처리할 수 있는 특징이 있다.

도 1은 정화제 제조 공정도

본 발명에서 원료로 사용하는 석탄회나 소각회는 석탄이나 산업폐기물의 연소시 불연성 회(灰)성분이 연소온도가 광물질의 융점(1400∼1450℃) 이상인 1500∼1700℃로 연소될 때 물엿과 같은 상태로 용융되었다가 냉각되면서 구상의 비정질무수규산알루미늄으로 된다.

석탄회의 성분은 연료 석탄의 종류에 따라서 약간의 차이가 있으나 대개 SiO₂와 Al₂O₃가 70∼80％ 정도 존재하며, 이외의 성분으로는 Fe₂O₃, CaO, MgO, TiO₂,Na₂O, K₂O 등이 소량 함유되어 있는 점토토양의 조성과 유사하다.

그러나, 회가 점토토양과 다른 점은 점토토양은 결정질의 규산알루미늄염의 광물인데, 석탄회나 소각회는 연소시 에너지를 받아 용융되었다가 냉각되면서 비정질무수규산알루미늄이 되면서 대부분 미네랄 성분이 활성화되어 있다.

이중 알칼리금속 및 알칼리토금속의 일부는 유리 산화물의 형태로 존재하기 때문에 수용액에서 가수분해되면 알칼리성이 된다.

석탄회 또는 소각회에 가성소다(NaOH), 탄산소다(Na₂CO₃), 소석회(Ca(OH)₂) 와 같은 알칼리성 물질의 4∼8N 정도의 수용액을 가하고, 90∼180℃로 가열하면서 8∼24시간 정도 교반반응을 하여 제올라이트로 전화시킨다.

제올라이트로 전환하는 반응이 완료되면 탈수 후 수세를 한 다음 황산(H₂SO₄), 염산(HCl)과 같은 산성의 수용액을 가해서 pH를 3.5∼6.5로 조정하고 90∼100℃로 가열하면서 4시간이상 교반반응을 하면 비정질화수규산알루미늄염의 형태인 알로페인[(1∼2)SiO₂·Al₂O₃·(2.5∼3)H₂O]이나 준정질화수규산알루미늄염의 형태인 이모고라이트[(OH)₃·Al₂O₃·SiOH]로 전환된다.

석탄회와 같이 규반비(SiO₂/ Al₂O₃중량비)가 2∼3인 경우 pH를 5.0∼6.0의 약산성에서 90∼100℃로 가열하면서 4시간이상 교반반응을 하면 주로 알로페인질이 생산되며, 소각회와 같이 규반비가 1.0 정도로 낮은 경우 pH를 3.5∼4.5를 조정하고 90∼100℃로 가열하면서 4시간이상 교반반응을 하면 주로 이모고라이트가 생산된다.

제올라이트는 암모늄이온(NH₄ ⁺), 금속이온과 같은 양이온만 치환하는 능력이 있는데 반해서 알로페인과 이모고라이트는 암모늄이온(NH₄ ⁺), 중금속이온과 같은 양이온치환능력과 유기산, 인산과 같은 음이온치환능력을 동시에 가지고 있기 때문에 축산폐수나 분뇨와 같이 유기물, 질소, 인과 같은 오염물질의 농도가 높은 폐수의 생물학처리 공정에 살포하면 유기산, 질소, 인, 중금속 등은 흡착결합을 하여 물에 불용성물질인 고형물로 전환하기 때문에 처리효율을 향상할 수 있다.

또한, 녹조와 적조가 발생한 장소에 알로페인이나 이모고라이트를 살포하면 조류의 영양소인 질소, 인과 조류자체를 흡착결합을 하여 물에 불용성의 고형물로 되어 침전되므로 서 조류의 번식이 억제하게 된다.

[실시 예1]

슬러지(Slurry) 돈사에서 배출되는 축산폐수 15㎥/일을 2단 활성오니로 처리하는 공정에 석탄회를 알로페인질로 전환한 것을 5000ppm 정도 주입하면서 운전한결과와 활성부식토를 50ppm 주입하면서 운전한 결과는 표 1의 내용과 같다.

[실시 예2]

녹조가 발생한 저수지에 석탄회에서 제조한 알로페인과 이모고라이트를 200ppm 정도로 격일로 5회 살포한 결과 15일 이후 녹조는 처리되었다.

이상에서 상술한 바와 같이 본 발명은, 하·폐수, 분뇨의 처리에서 질소, 인과 같은 영양물질과 유기오염물질(BOD 및 COD)의 처리효율을 향상하며, 녹조, 적조에서도 질소, 인과 같은 영양물질의 제거효율이 우수하기 때문에 이들 분야에 널리이용될 것으로 기대된다.

Claims

석탄회나 소각회에 알칼리성물질[가성소다(NaOH), 탄산소다(Na₂CO₃), 소석회(Ca(OH)₂)]의 4∼8N의 수용액을 가하고, 90∼180℃로 가열하면서 8∼24시간 교반반응을 하여 제올라이트로 전환하는 반응이 완료되면 탈수후 수세를 한 다음에 산[황산(H₂SO₄), 염산(HCl)]수용액을 가해서 pH를 3.5∼6.5로 조정하고, 90∼100℃로 가열하면서 교반반응을 하여 비정질화수규산알루미늄염의 형태인 알로페인[(1∼2)SiO₂·Al₂O₃·(2.5∼3)H₂O]이나 준정질화수규산알루미늄염의 형태인 이모고라이트[(OH)₃·Al₂O₃·SiOH]로 전환한 것을 하·폐수, 분뇨, 녹조나 적조발생지역에 살포하여 정화제로 사용하는 방법.
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