KR100522543B1 - 중화 처리 용액의 제조장치 및 그것을 이용한 중금속폐수 처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수처리, 특히 중금속 폐수 처리 시스템용 중화 처리 용액의 제조장치에 관한 것으로, 산성 수용액으로부터 이격적으로 구비된 산기조에 석회석을 충진시키고, 이 석회석 충진 산기조에 공기와 물을 통과시켜, 중화 처리 용액을 제조하는 동시에 제조된 중화 처리 용액이 수용액에 공급되도록 한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 석회석 여재가 산성 수용액에 직접 접촉하는 것이 아니기 때문에 여재의 요염을 방지하고, 장기간 사용할 수 있는 효과가 있다. 또한 구조가 간단하여 기존의 중소규모 또는 대규모의 수처리 시스템에도 손쉽게 적용할 수 있는 이점이 있다.

Description

중화 처리 용액의 제조장치 및 그것을 이용한 중금속 폐수 처리방법{Liming agent solution manufacture apparatus and heavy-metal wastewater treatment method using the same}

본 발명은 수처리 시스템용 중화 처리 용액의 제조장치에 관한 것으로, 특히 중금속 폐수 처리 시스템에 효과적으로 적용될 수 있는 중화 처리 용액의 제조장치에 관한 것이다.

예를 들어 폐수에 함유된 중금속 이온의 제거하기 위한 방법으로, 가장 보편적으로는 화학적 침전법이 사용되고 있다. 이 방법은 중성 상태의 pH 조건에서, 폐수에 함유된 중금속 이온의 응집을 유도하여 금속 수산화물 형태로 침전시키고, 이 침전물을 침강 분리하거나 여과 분리하여 제거하는 것이다. 이 과정에서, 응집/침전을 위한 최적의 조건을 유지하기 위하여 산성 폐수 내 중화 처리제의 지속적인 공급이 필요하게 된다.

일반적인 화학적 침전법에서, 폐수의 pH 조절을 목적으로 가성소다(NaOH) 또는 석회(Ca(OH)₂) 등의 화학 약품이 투입된다. 그러나 화학 약품을 사용하는 것은, 잘 알려진 바와 같이, 고비용을 수반함은 물론 처리 슬럿지의 양이 증가하는 단점이 있다.

이를 보완하기 위해 최근에는 알칼리성 천연 여재를 폐수에 접촉시켜 용출된 중화 처리 용액으로 산성 폐수를 중화 처리하는 경우가 있다. 그러나 이 경우에는 여재 표면에 폐수가 직접 접촉함으로써 여재의 수명이 단축되고 그 결과로써 여재의 잦은 교환으로 인한 운전비 상승을 초래하는 문제점이 있다.

본 발명은, 여재가 산성 수용액에 직접 접촉되지 않은 상태에서 중화 처리 용액을 제조하는 동시에 그 제조된 중화 처리 용액이 수용액에 공급되도록 함으로써, 상술한 여재-수용액 직접 접촉식 종래 기술의 문제점을 해결하고자 한다.

본 발명에 따른 중화 처리 용액의 제조장치는, 산성 수용액으로부터 이격적으로 구비된 산기조에 석회석을 충진시키고, 이 석회석 충진 산기조에 공기와 물을 통과시켜, 중화 처리 용액을 제조하는 동시에 제조된 중화 처리 용액이 수용액에 공급되도록 한 것을 특징으로 한다. 본 발명에서, 석회석 여재는 수용액에 직접 접촉하지 않으므로 산성 수용액에 의한 여재의 오염을 방지할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 특징들과 그에 따른 효과는 본 발명의 실시예를 통한 이하의 설명에 의하여 보다 명백하게 될 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 중화 처리 용액의 제조장치가 적용된 중금속 폐수의 처리 시스템(1)을 개략적으로 예시한다. 상기 중금속 폐수의 처리 시스템(1)은 산기조(2)와 응집조(4) 및 침전조(6)를 포함하여 이루어 진다.상기 산기조(2)는 그 내부에 석회석(8)을 충진시킨 석회석 충진 산기조이며, 상기 산기조(2)의 일측으로는 공기 및 물을 주입하기 위한 주입관(10)이 형성되고, 타측으로는 응집조(4)로 향하는 토출용 산기관(12)이 형성된다.여기에서, 상기 석회석 충진 산기조(2)를 중심으로 주입관(10), 산기관(12)를 포함하여 중화 처리 용액의 제조장치를 구성한다. 바람직하게, 상기 석회석(8)은 자연산 원석을 1.2 - 2.0 mm 크기로 분쇄한 것이다.

중화 처리 용액은, 공기와 물이 주입관(10)을 따라 산기조(2)를 경유하면서 제조되고, 제조된 중화 처리 용액은 계속해서 산기관(12)을 경유하여 응집조(4) 내 폐수에 분산 공급된다. 이 때, 원활한 수산화기 또는 칼슘 이온의 공급을 위하여, 공기와 물을 동시에 석회석 충진 산기조(2)에 주입하여 충분히 혼합되도록 하는 것이 좋다.여기서, 상기 공기와 물의 혼합은 도 1에서와 같이 물과 함께 고속의 공기(대략 50L/min)가 산기조(2) 내부로 유입되면, 산기조(2) 내에서는 이미 산기조(2) 내에 충진된 석회석과 물이 고속으로 유입된 공기에 의해 격렬한 혼합이 발생된다.이 때, pH 7 이하의 물은 석회석 표면의 칼슘카보네이트(CaCO₃) 성분을 용출시키게 되며, 칼슘카보네이트는 물속에서 칼슘이온(CA²⁺)과 바이카보네이트 이온(CO₃ ^2-)으로 해리된다.따라서, 산기조(2)에서 유출되는 중화처리 용액은 5mg/L 정도의 칼슘이온을 포함하며, 바이카보네트 이온으로 인해 그 pH도 증가하게 되며, 또한 pH가 상승된 물은 더 이상 석회석 표면을 용출시키지 못하므로 pH 7.8 부근에서 포화되는 것이다.

상기 시스템(1)에서, 중금속 폐수의 처리 공정을 살펴보면 다음과 같다.

(1) 소정의 응집제가 혼합된 중금속 폐수가 응집조(4)로 유입된다.

(2) 공기와 물이 주입관(10)을 따라 산기조(2)를 경유하면서 중화 처리 용액이 제조되고, 그 제조된 중화 처리 용액은 산기관(12)을 경유하여 응집조(4) 내 폐수에 분산 공급된다.

(3) 산기조(2)를 통하여 공급된 중화 처리 용액에 의하여 조성된 pH 적정에서 미세 입자들 간의 상호 흡착 및 금속 수산화물들의 응집이 이루어 지며, 미세 금속 입자들은 플럭 형태의 금속 수산화물들에 포함되어 침전이 유도된다.

(4) 침전조(6)에서 침전물의 자연 침강에 의하여 고/액 분리가 이루어 지며, 그 중 난침전성 플럭은 스크린 막(16)에 의해 여과되어 최종적으로 침전물과 처리수와의 분리가 이루어 진다.

(5) 처리수는 배수구(14)를 통하여 배출되며, 그 중 일부는 중화 처리 용액의 제조를 위하여 석회석 충진 산기조(2)로 환류된다.

상기 시스템(1)에서, 염화 제2철 (FeCl₃)을 응집제로 사용하는 것이 좋다. 알려진 바와 같이, 염화 제2철은 중금속 폐수 중에 투입되었을 때, 생성되는 3가의 철 이온들에 의하여 주위의 무기 이온들이나 미세 입자의 표면전하가 중화되고, 이로 인해 이온층이 감소되고 정전기 전위가 사라져 입자들간의 상호 흡착 및 응집이 유도된다. 그리고 3가의 철 이온들이 중성상태의 pH 조건에서 수산화 철 (Fe(OH)₃) 형태의 불용성 플럭을 형성한다. 따라서 염화 제2철을 응집제로 사용함으로써 처리 슬럿지 양을 낮출 수 있는 이익이 있다.

<실시예 1>

본 발명에 따른 장치에 의해 제조된 중화 처리 용액의 제조능을 평가해 보기 위하여, 증류수에서 pH의 상승과 칼슘 이온의 생성량을 조사하였다.

1.2 - 2.0 mm 크기의 석회석 알갱이들을 충진시켜 석회석 충진 산기조를 형성한 다음, 공기와 증류수를 함께 산기조 내부로 공급하면서 알칼리화된 용액의 유출을 유도하였다.

그 결과, 도 2에 나타난 바와 같이, 제조된 중화 처리 용액의 pH는 7.8 이상, 칼슘 이온 농도는 5.5 mg/l 이상으로 나타났다. 따라서 본 발명에 따른 장치에 의해 제조된 중화 처리 용액은 중금속 폐수의 처리를 위한 pH 적정을 유지할 수 있는 것으로 확인되었다.여기서, 본 실시예1에서는 중금속 원수가 아닌 증류수를 이용하여 산기조의 특성 및 성능을 제시하였으며, 또한 도면에서 시간 0일 때 pH 및 칼슘 농도가 초기 값들이다.

<실시예 2>

여러 중금속이 함유된 혼합 중금속 폐수에 대해, 본 발명에 따른 장치가 적용된 중금속 폐수 처리 시스템의 중금속 제거능을 조사하였다.

각각 10 mg/l의 농도를 가진 구리, 납, 카드뮴의 혼합폐수가 응집조로 유입되었다. 응집제로써 염화 제2철이 사용되었으며, 본 발명에 따른 장치를 통해 생성 공급된 중화 처리 용액에 의한 폐수 pH 적정(pH 7)으로 금속 수산화물들의 응집이 유도되었다. 응집을 마친 폐수는 침전조로 공급되어 자연침강이 유도되었고, 난침전성 플럭은 스크린 막에 의해 여과되어 최종적으로 침전물과 처리수와의 분리가 이루어 졌다.

그 결과, 하기 표 1에 나타난 바와 같이, 최종 처리수 중에는 구리가 0.07 mg/l, 납이 0.04 mg/l, 카드뮴이 0.08 mg/l 농도로 검출되어, 모든 중금속에 대해 99.9 % 이상의 제거율을 얻을 수 있음이 확인되었다.

	원수농도(mg/l)	최종 처리수 농도(mg/l)	제거율(%)
구리	10.0	0.07	99.93
납	10.0	0.04	99.96
카드뮴	10.0	0.08	99.92

본 실시예2에서 사용한 혼합 중금속 원수의 pH는 2.8이었으며, 본 발명에서 적용한 중금속 처리 공정은 염화 제 2 철을 이용한 공침제거 공정이므로 중화처리 용액을 이용하여 염화 제 2 철 처리가 된 중금속수의 pH를 7.0 부근으로만 유지해주면 위의 99% 이상의 제거율이 획득된다.따라서, 투입된 중화처리 용액의 양이 중요한 것이 아니라 응집조(4)에서 세팅된 pH 값, 즉 pH 7.0 만 유지하도록 중화처리 용액을 자동으로 공급해주게 된다.

이상에서는, 본 발명에 따른 중화 처리 용액의 제조장치가 중금속 폐수 처리 시스템에 적용된 예를 설명하였으나, 그로 인하여 본 발명이 중금속 폐수 처리 시스템에 적용되는 것으로 한정되는 것은 아니며, 처리 공정상 산성 수용액의 중화 처리가 필요한 모든 수처리 시스템에 적용될 수 있을 것이다.

본 발명에 따른 중화 처리 용액의 제조장치는 석회석 여재가 산성 수용액에 직접 접촉하는 것이 아니기 때문에 여재의 요염을 방지하고, 장기간 사용할 수 있는 효과가 있다. 또한 구조가 간단하여 기존의 중소규모 또는 대규모의 수처리 시스템에도 손쉽게 적용할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 중화 처리 용액의 제조장치가 적용된 중금속 폐수의 처리 시스템의 예시도.

도 2는 본 발명에 따른 중화 처리 용액의 제조장치의 제조능을 측정한 그래프.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

2. 산기조 4. 응집조

6. 침전조 8. 석회석

10. 주입관 12. 산기관

Claims (6)

1. 산성 수용액으로부터 이격적으로 구비된 산기조에 석회석을 충진시키고, 이 석회석 충진 산기조에 공기와 물을 통과시켜, 중화 처리 용액을 제조하는 동시에 제조된 중화 처리 용액이 수용액에 공급되도록 하기 위해,

   상기 산기조와 응집조 및 침전조를 포함하여 이루어지며, 상기 산기조는 그 내부에 석회석을 충진시킨 석회석 충진 산기조이고, 상기 산기조의 일측으로는 공기 및 물을 주입하기 위한 주입관이 형성되며, 타측으로는 응집조로 향하는 토출용 산기관이 형성되어 구성된 것을 특징으로 하는 중화 처리 용액의 제조장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 산기조에 충진되는 석회석은 자연산 원석을 분쇄한 것임을 특징으로 하는 중화 처리 용액의 제조장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 산기조에 공기와 물이 동시에 주입되도록 한 것을 특징으로 하는 중화 처리 용액의 제조장치.
4. 응집제가 혼합된 중금속 폐수가 유입되는 폐수 유입공정,

   공기와 물이 폐수로부터 이격적으로 구비된 석회석 충진 산기조를 경유하면서 중화 처리 용액이 제조되고, 그 제조된 중화 처리 용액이 응집조 내 폐수에 분산 공급되는 중화 처리 용액 공급공정,

   미세 입자들 간의 상호 흡착 및 금속 수산화물들의 응집이 이루어 지며, 미세 금속 입자들이 플럭 형태의 금속 수산화물들에 포함되어 침전이 유도되는 응집공정,

   침전물의 침강에 의하여 고/액 분리가 이루어 지며, 그 중 난침전성 플럭은 스크린 막에 의해 여과되어 최종적으로 침전물과 처리수와의 분리가 이루어 지는 침전/분리공정

   을 통하여 폐수 중에 존재하는 중금속을 제거하는 것을 특징으로 하는 중금속 폐수 처리방법.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 응집제로써 염화 제2철을 사용하여 불용성 철 수산화물 형태의 응집을 유도하는 것을 특징으로 하는 중금속 폐수 처리방법.
6. 제 4 항에 있어서, 상기 중화 처리 용액의 제조를 위한 물은 처리수를 환류시켜 얻어지는 것을 특징으로 하는 중금속 폐수 처리방법.