KR100522326B1 - 산성배수 처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 산악지형을 통과하는 터널 공사후 갱내에서 유출되는 산성배수를 소택지의 조성과 적니파우더를 이용하여 산성배수에 포함된 중금속을 제거함으로써 기존의 환경과 주변 생태계에 영향을 주지 않으면서 소정 수질기준 이상을 만족시킬 수 있는 산성배수의 처리장치에 관한 것이다.

본 발명은, 산악지형의 고속도로 공사시, 갱내에서 유출되는 유출수에 포함된 슬러지를 침강시켜 제거하는 라임스톤 드레인; 상기 라임스톤 드레인에서 배출된 처리수를 저류하되, 우기시나 수리지질학적인 현장여건(대수층)등으로 인하여 다량의 갱내 지하수가 유출될 경우를 감안하여 일정량이 유입되면 방류하는 저류조; 및 상기 저류조에서 방류된 방류수에 적니파우더를 혼화시켜 산성배수에 포함된중금속 농도를 음용수 수질기준의 수준으로 처리하는 반응조를 포함하는 산성배수 처리장치를 제공한다.

Description

산성배수 처리장치{Apparatus for Control of Supply of Water with acidity}

본 발명은 산악지형을 통과하는 도로 공사시, 갱내에서 유출되는 유출수에 포함된 산성배수를 처리하는 장치에 관한 것이다.

우리나라의 산악지형에는 여러가지 유해성 중금속을 함유한 암석이 많이 분포되어 있는데, 이러한 지질층을 갖는 산악지형을 통과하는 도로 공사시에는, 산성배수의 악영향에 대비하여 충분한 처리방안이 요구되고 있다.

특히, 지면 또는 터널 굴착에 따른 절개사면과 사토장에서 발생되는 중금속을 함유하고 있는 암버럭중, 황을 포함한 광물질의 경우 지하수나 빗물속에 용해되어 있는 용존산소와 반응하여 황산으로 변하고, 상기 황산은 광물에 포함된 각종 중금속을 용해시켜 강산성수를 생성하고, 이 강산성수는 강우에 의해 절개사면을 따라 하천으로 흘러들어감으로써 수생 생태계에 많은 악영향을 야기시킬 뿐만 아니라, 인근주민의 생활을 위협하고 있어 강산성 배수의 적절한 처리대책이 요구되고 있다. 따라서, 고속도로 시공업자는 터널굴착에서 발생되는 암버럭과 지하수와의 접촉을 원천적으로 차단하고, 터널에서 발생되는 지하수는 이미 강한 산성수로 특성이 변화된 상태에서 터널 외부로 유출되므로 하천으로 유입되기 전에 적절한 처리를 하여야 한다.

일반적으로, 광산 산성배수(AMD : acid mine drainage)는 pH가 6.0이하이고, 총산도(total acidity)가 총알칼리도(total alkalinity)를 초과하는 물로서 노천광이 가행되었던 지역, 가행중이거나 휴광 또는 폐광된 광산에서 유출되는 것으로 정의될 수 있으며, 또한 도로사면 절개부 및 터널 굴착시 노출된 지층, 도심지 지하철 터널에서 황철석(pyrite) 또는 백철석(marcasite)을 함유하는 지층이 공기중에 노출되면 산성수가 침출되어 나온다.

이러한 산성배수를 처리하는 방법으로는 알칼리제를 이용하여 수중의 산도를 중화하고 중화된 산성 침출수에 응집제를 주입함으로써 유해 중금속의 침전효과를 극대화하는 물리화학적 방법과, 자연에서 일어나는 화학적 및 생물학적 반응을 이용하여 자연정화하며 현재 국내의 광산배수에 수 개소 도입하여 운영하고 있는 생물학적 방법으로 크게 나눌 수 있다.

전자의 물리화학적 처리방법은, 일반적인 산성폐수 처리방법과 같이 화학약품(예를 들면, 산 중화제)과 기계력을 사용하여 배수를 정화하는 기술로서, 집수조, 혼합조, 응집조, 침강조, 그리고 여과조 등의 처리공정으로 구성되며, 응집/침전법, 라임스톤 배수(Limestone Drains)법, 그라우팅 등이 있다.

이러한 처리방법은 시설 운영비 및 화공 약품비, 그리고 인건비 등을 지속적으로 필요로 하는 문제점이 있다.

상기 물리화학적 처리방법 중 응집/침전법은 첫번째 단계로서 수중의 입자들을 화학처리하여 점착성을 갖거나 불안정하게 하고, 두번째 단계로서 불안정하게 된 입자들을 서로 접촉시켜 응집물을 형성시키되 이 응집물을 침전이나 여과에 의해 제거함으로써, 지속적인 운전이 필요하고 그에 수반하는 경비가 많이 소요되는 문제점이 있다.

다음으로, 상기 라임스톤 배수(Limestone Drains)법은 석회석과 산성광산배수를 접촉시켜서 산성배수를 알칼리수로 변환시키는 방법으로서, 운영비가 저렴하여 대규모 산성배수를 배출하는 곳에 많이 이용되고 있으나 처리 효율이 낮은 문제점이 있다.

상기 그라우팅은 지하수 유출 지점으로부터 유출되는 배수 자체를 원천적으로 봉쇄하고자 하는 방법으로, 정화개념 보다는 배수량을 줄이는데 그 목적이 있는 것이며, 이는 그라우팅을 통한 산성 배수 밀폐 시 암반 내의 특성 분석이 선행되어야 하며 다른 지층으로 누수가 되지 않도록 정밀한 지반조사와 함께 적정 그라우팅 재료 선정과 아울러 철저한 시공이 필요하다.

한편, 생물학적 방법에는 SAPS(Successive Alkalinity Producing System), 소택지법, 그리고 배수법 등이 있다.

먼저, SAPS를 이용한 처리법은 광산배수의 산도가 높고, 3가 철의 농도가 높아서 ALD(Anoxic Limestone Drains)나 Alkalinity를 공급하는 기존의 처리 시스템으로 광산배수를 처리하기 어려울 때 사용된다.

다음으로, 소택지법은 미생물의 생화학적 작용에 의해서 산성 배수를 정화하는 자연정화식 처리기술로서 인위적으로 소택지(늪지)를 조성하여 소택지 내부의 생화학적 반응을 통해서 광산배수를 정화한다. 소택지법은 물리화학적 방법에 비해서 정화효율의 조절이 어렵고 운영상 계절적인 요소에 제약을 받는다. 그러나, 물리화학적 폐수처리는 운영비 및 관리비가 지속적으로 소요되지만 자연정화식은 최소 유지비용이 소요되므로 현재 폐광지역에서 활용되고 있다.

다음으로, 배수법은 일종의 자연정화식으로 갱도 또는 광산배수 유로에 정화물질, 즉 석회석 등으로 배수층을 설치하여 광산배수를 흐르게 하면서 중화 또는 오염물질을 제거하는 방법이다. 배수법은 저렴하면서도 시공이 간단하나 시간이 경과되면서 철산화물 등에 의한 배수층 피복 때문에 정화효율이 떨어지는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 제반 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 산악지형을 통과하는 터널 공사후 갱내에서 유출되는 산성배수를 소택지의 조성과 적니파우더를 이용하여 산성배수에 포함된 중금속을 제거함으로써 기존의 환경과 주변 생태계에 영향을 주지 않으면서 소정 수질기준 이상을 만족시킬 수 있는 산성배수의 처리장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 산악지형의 고속도로 공사시, 갱내에서 유출되는 유출수에 포함된 슬러지를 침강시켜 제거하는 라임스톤 드레인; 상기 라임스톤 드레인에서 배출된 처리수를 저류하되, 우기시나 수리지질학적인 현장여건(대수층)등으로 인하여 다량의 갱내 지하수가 유출될 경우를 감안하여 일정량이 유입되면 방류하는 저류조; 및 상기 저류조에서 방류된 방류수에 적니파우더를 혼화시켜 산성배수를 음용수 수질기준으로 처리하는 반응조를 포함하는 산성배수 처리장치를 제공한다.

상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.

도1 은 본 발명에 따른 산성배수 처리장치에 대한 일실시예 구성도로서, 적니(Red Mud)를 이용한 산성배수 처리장치를 나타낸다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 실시예는 현장에 갱내 지하수 유출량을 바탕으로 적당한 크기의 소택지를 조성하고, 여기에 산성배수를 저류한 후, 상기 적니 파우더(Red Mud Powder)를 단순 살포처리하는 방법으로서 산을 중화시키고 중금속 원소들은 상기 중금속 제거 물질에 흡착된 후 해리되지 못하도록 하는 중성화/안정화/고형화 기술이다.

상기한 본 발명에 따른 적니 기술을 이용한 산성배수 처리장치는, 산악지형의 도로 공사시, 갱내에서 유출되는 유출수에 포함된 슬러지를 침강시켜 제거하는 라임스톤 드레인(210)과; 상기 라임스톤 드레인(210)에서 배출된 처리수를 저류하되, 우기시나 수리지질학적인 현장여건(대수층)등으로 인하여 다량의 갱내 지하수가 유출될 경우를 감안하여 일정량이 유입되면 방류하는 저류조(220)와; 상기 저류조(220)에서 방류된 방류수에 적니파우더를 혼화시켜 중금속을 제거함으로써 중금속 농도를 음용수 수질기준의 수준으로 처리하는 반응조(230)를 포함한다.

상기 각각의 구성에 의한 산성배수처리공정을 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.

상기 라임스톤 드레인(210)은 산성광산배수를 석회석에 접촉시켜 pH를 중화시킴으로써 상기 산성배수를 알칼리수로 변환시키며, 침강성이 좋은 일부 부유물질(탁질)을 제거하는 전처리 공정을 수행한다. 상기 저류조(220)는 산성배수의 저류과정에서 고탁질의 부유물질 및 상기 부유물질에 부착된 중금속을 침전제거하는 공정을 수행한다. 상기 반응조(230)는 적니파우더로 채워져 있어 응집/침전공정 후 탁질이 거의 없이 증금속이 함유된 유입수를 통과시켜 중금속을 제거하게 된다.

여기서, 상기 적니 파우더에 대하여 좀더 상세히 설명하면, 상기 적니파우더는 보오크사이트 원광석으로 수산화 알루미늄 또는 알루미나를 생산하는 과정에서 발생하는 부산물로서 산성배수의 중화 및 중금속 안정화에 이용되고 있다. 상기 적니는 높은 알칼리도를 가지고 있어 산을 중화시키고 독성의 중금속 원소들을 흡착하여 해리되지 않도록 하는 응집제 역활을 한다. 통상적인 상기 적니의 산중화능은 3.5 ∼ 7.5moles of acid/kg이며, 다양하게 전하된 입자들은 부가적인 수소이온을 결합할 수 있고, 공극수의 산도가 5이하로 존재하면 14 ∼ 20moles/kg 정도로 산을 중화시킬 수 있다.

상기 반응조(230)에서의 중금속 처리과정은 적니파우더가 가지고 있는 고유의 알칼리도에 의하여 산성을 중화시키고, 독성의 중금속 원소들을 흡착하여 해리되지 못하도록 응집하는 것이다. 이에 따라 상기 반응조(230)를 거친 산성배수에 함유된 중금속농도가 음용수 수질기준의 수준으로 처리될 수 있는 것이다.

상기 저류조(220) 및 반응조(230)는 단순 굴토하여 양 측벽과 바닥을 시멘트 벽체로 조성한 구조로 되어 있다.

상기와 같이 구성된 본 실시예에 따르면, 중화제와 같은 화학약품 투입이 불필요하고, 응집제의 투입과 같은 후속공정이 필요 없으며, 중금속 처리도를 음용수 수질기준까지 높일 수 있고, 기계장치가 필요없어 유지관리에 용이하다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

상기한 바와 같이 본 발명에 따르면, 산악지형을 통과하는 도로 공사중 또는 후에 갱내에서 유출되는 산성배수에 포함된 중금속농도를 소택지 조성과 적니파우더가 채워진 반응조를 이용하여 처리함으로써 기존의 환경과 주변 생태계에 악영향을 주지 않으면서 산성배수를 일정 수질기준 이상의 용수로 만들 수 있는 효과가 있다. 또한, 관리가 쉬우며 저류조의 용량과 현장의 운전 여건을 고려하여 처리장 가동 시기를 조절할 수 있어 산성배수를 처리하는데 소요되는 비용을 절감할 수 있는 다른 효과가 있다.

도1은 본 발명에 따른 산성배수 처리장치에 일실시예 구성도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

210 : 라임스톤 드레인 220 : 저류조

230 : 반응조

Claims (3)

1. 산악지형의 고속도로 공사시, 갱내에서 유출되는 유출수에 포함된 슬러지를 침강시켜 제거하는 라임스톤 드레인;

   상기 라임스톤 드레인에서 배출된 처리수를 저류하되, 우기시나 수리지질학적인 현장여건(대수층)등으로 인하여 다량의 갱내 지하수가 유출될 경우를 감안하여 일정량이 유입되면 방류하는 저류조; 및

   상기 저류조에서 방류된 방류수에 적니파우더를 혼화시켜 산성배수에 포함된중금속을 제거하는 반응조

   를 포함하는 산성배수 처리장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 저류조 및 반응조는,

   단순 굴토하여 양 측벽과 바닥을 시멘트 벽체로 조성되는 것을 특징으로 하는 산성배수 처리장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 저류조는 산성배수에 포함된 고탁질의 부유물질 및 상기 부유물질에 부착된 중금속을 침전 제거하는 기능을 수행하는 것을 특징으로 하는 산성배수 처리장치.