KR100555134B1 - 강알칼리수의 중화방법 및 그 시스템 - Google Patents

강알칼리수의 중화방법 및 그 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 강알칼리수의 중화방법 및 그 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 슬래그가 물과 접하여 생성된 강알칼리수의 중화방법에 있어서, 상기 강알칼리수에 이산화탄소를 연속적으로 혼합하고, 반응시켜 수행되는 강알칼리수의 중화방법에 관한 것이다.
본 발명의 강알칼리수의 중화방법 및 그 시스템에 의하면 슬래그가 물과 접하여 생성된 강알칼리수를 저비용과 처리시간을 단축하여 중화시킬 수 있다.
슬래그. 강알칼리수. 이산화탄소. 탄산칼슘. 필터.

Description

강알칼리수의 중화방법 및 그 시스템{Neutralization method of alkaline water and system thereof}
도 1은 본 발명에 의한 강알칼리수의 중화 시스템을 나타낸 개략도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10: 원수수조 11: 송수펌프
20: 이산화탄소 발생기 21, 23: 밸브
22, 24: 주입관 30: 반응조
31: 이산화탄소 회수관 32: 폭기장치
40: 필터 50: 배출관
60: 탄산칼슘
본 발명은 강알칼리수의 중화방법 및 그 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 슬래그가 물과 접하여 생성된 강알칼리수에 이산화탄소를 혼합하여 중화시키는 방법 및 그 시스템에 관한 것이다.
철강공정에서 발생되는 철강슬래그는 크게 전로슬래그, 전기로슬래그 및 평 로슬래그 등의 제강슬래그와 고로슬래그(제선슬래그)로 대분된다. 상기 제강슬래그는 철분을 다량(평균 33%이상) 함유하고 있으며 잠재수경성이 전혀 없으며, 상기 제선슬래그는 철분을 거의 함유하고 있지 않으며(평균 0.5%이하) 급냉하여 미분쇄될 경우 잠재수경성을 가지는 것으로 알려져 있다.
한편 고로 슬래그, 특히 고로 수재 슬래그는 고로 시멘트 원료로 활용되고 있으며, 괴재 슬래그는 분쇄에 의한 입도 조절을 통해 매립하거나 도로 골재용으로 일부 활용되고 있다. 이에 반해 제강슬래그는 탈인, 탈유를 목적으로 투입한 생석회가 충분히 반응하지 않고 미반응상태로 남아 있거나 또는 석출하여 CaO 상태로 남아 있는 소위 “free CaO”를 일부 함유하고 있다. 이와 같은 미반응 CaO는 제강 슬래그를 활용할 경우 이러한 미반응 CaO가 물과 반응하여 Ca(OH)2 로 되며, 이는 pH11~12 정도의 강알칼리성을 나타낸다. 이를 건설자재로 활용할 경우, 수화팽창을 하게 되어 구조물에 손상을 일으키기도 하고 때로는 부분적으로 융기하는 현상을 초래하기도 한다. 더욱이, 상기 제강슬래그를 성토재나 토목공사용 골재로 사용하는 경우에는 슬래그가 지하수 또는 우수 등과 접촉하여 강알칼리성 침출수가 생성되게 되며, 상기 강알칼리성 침출수를 바로 하천이나 해수에 방출할 경우 심각한 환경오염의 문제가 발생되기 때문에 중화시켜야 할 필요가 있는 것이었다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 종래에도 대한민국 특허 제0411268호 ‘슬래그에 기인한 알칼리성 침출수 중화방법’이 제시된 바 있으며, 구체적으로 살펴보면 슬래그가 물과 접하여 강알칼리성 침출수를 형성하는 지역에 인산석고를 첨가, 혼합함으로써 알칼리성 침출수를 중화하는 방법을 개시하고 있다.
그러나 이러한 방법으로 알칼리성 침출수를 중화시키는 경우, 인산석고와의 반응시간이 길어 대량 투입시 연속처리가 어려운 문제가 있다.
따라서 반응효율이 개선되고 연속처리가 가능하여 현장에서 사용될 수 있는 알칼리수의 중화방법이 시급하다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 저비용 및 처리시간이 단축될 수 있는 강알칼리수의 중화방법 및 그 시스템을 제공함에 있다.
이와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 슬래그가 물과 접하여 생성된 강알칼리수의 중화방법에 있어서, 상기 강알칼리수에 이산화탄소를 연속적으로 혼합하고, 반응시켜 수행되는 강알칼리수의 중화방법을 제공한다.
본 발명의 강알칼리수의 중화방법에 있어서, 상기 이산화탄소가 밀폐된 반응조에 강알칼리수의 농도에 대비하여 과량으로 연속공급되고, 또한 상기 과량의 이산화탄소가 반응후, 회수되어 재반응되는 것이 바람직하다.
또한 본 발명은 상기 강알칼리수를 수용하는 원수수조; 상기 원수수조로부터 상기 강알칼리수를 공급받는 반응조; 상기 반응조에 이산화탄소원을 주입하는 주입구; 상기 강알칼리수와 상기 이산화탄소가 반응하여 석출되는 탄산칼슘 고체를 여과하는 필터; 및 상기 필터를 통해 상기 탄산칼슘이 여과된 처리수를 배출하는 배 출관을 포함하여 이루어지는 강알칼리수의 중화시스템을 제공한다.
본 발명의 강알칼리수의 중화시스템에 있어서, 상기 이산화탄소원은 드라이아이스 또는 이산화탄소 발생기로부터 제공되는 것이 바람직하다.
본 발명의 강알칼리수의 중화시스템에 있어서, 상기 반응조의 하부에 폭기수단 또는 교반수단이 더 부가될 수 있다.
또한 본 발명의 강알칼리수의 중화시스템에 있어서, 상기 반응조내에 존재하는 미반응 이산화탄소를 회수하여 재반응시킬 수 있도록 이산화탄소 회수수단이 더 구비될 수 있다.
이하, 본 발명에 의한 강알칼리수의 중화방법을 구체적으로 설명한다.
상술한 바와 같이, 슬래그를 성토재나 토목공사용 골재로 사용함으로써 상기 슬래그가 지하수 또는 우수 등과 접촉함에 따라 수산화칼슘(Ca(OH)2)이 내포된 강알칼리수가 생성되는데, 본 발명은 이와 같이 생성된 강알칼리수에 이산화탄소를 혼합, 반응시키면 탄산칼슘(CaCO3)의 침전물을 형성함으로써 상기 강알칼리수를 중화하는 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 중화시스템의 구성 및 작용을 구체적으로 설명한다.
도 1을 참조하면, 본 실시예는 원수수조(10), 이산화탄소 발생기(20), 반응조(30), 폭기장치(32), 이산화탄소 회수관(31), 필터(40) 및 배출관(50)을 포함하여 구성된다.
상기 원수수조(10)는 강알칼리수가 수용된 탱크이다. 상기 원수수조(10)에 수용된 강알칼리수는 송수펌프(11)에 의해 반응조 상부에 공급되고, 강알칼리수가 큰 낙차를 가지고 반응조에 참여하여 반응면적을 넓힐 수 있다.
상기 이산화탄소 발생기(20)는 공기를 채집하여 공기 중에 약 0.03%의 양만큼 포함된 이산화탄소를 걸러내는 공지의 수단이다. 이와 같이 획득된 이산화탄소는 상기 반응조의 측벽 하부 및 하면에 연결된 주입관(22, 24)을 통해 주입된다. 상기 이산화탄소의 공급을 제어하기 위한 밸브(21, 23)가 구비되어 있음을 알 수 있다.
또한 상기 이산화탄소 발생기(20)로부터 공급되는 이산화탄소의 적정량을 공급하기 위한 이산화탄소 공급분배제어기(미도시) 및 상기 강알칼리수가 역류하여 상기 이산화탄소 발생기(20)가 손상되는 것을 방지하기 위하여 역류방지기(미도시)가 부가됨이 바람직하다.
상기 반응조(30)는 상부에서 낙하하는 강알칼리수가 그 하부에 공급된 이산화탄소와 접촉, 반응하여 중화되는 공간이다. 반응조는 강알칼리수에 대하여 안정한 내화학성의 재질이라면 특별히 제한되지 않는다.
상기 폭기장치(32)는 반응조(30)내의 하부 중앙에 설치되어, 강알칼리수와 이산화탄소간의 반응면적을 넓혀 반응효율을 증가시킬 수 있다.
상기 이산화탄소 회수관(31)은 상기 반응조(30)내에 존재하는 이산화탄소가스를 회수하여 다시 반응조(30) 하부에 연속공급하기 위한 수단이며, 공급된 이산화탄소를 모두 소모하기 위한 수단이다. 이 때, 이산화탄소 회수관(31)은 반응조 내 공급된 강알칼리수가 차지하는 높이에서부터 반응조 최상부까지의 위치에 설치될 수 있다.
상기 필터(40)는 반응조(30)내에서 이산화탄소와 강알칼리수가 반응하여 생성되는 탄산칼슘(60) 고체를 여과하기 위한 수단이다. 이 때, 필터의 공극은 중화수를 배출하고 탄산칼슘 고체를 분리할 수 있을 정도라면 특별히 제한되지 않고 필터의 공극을 달리하며 2개 이상을 순차적으로 설치할 수 있다.
배출관(50)은 강알칼리수와 이산화탄소의 반응으로 생성된 흰색 고체의 탄산칼슘이 필터에서 분리된 후 중화수만 배출하기 위한 수단이다. 이 때 필터(40) 및 배출관은 일정간격을 갖고 같은 선상에 위치할 수 있으며, 강알칼리수의 공급수위의 상부에 해당되는 반응조 어느 한면의 측면에 설치되거나, 반응조 하단에 설치되어 칼럼크로마토그래피 형상의 정제수단으로 도입될 수도 있다.
이와 같이 구성된 중화시스템의 작용을 설명하면, 반응조의 내측에 이산화탄소를 공급한 상태에서 강알칼리수를 낙하시키면 이들이 접촉, 반응하여 탄산칼슘 고체를 형성하면서 강알칼리수는 중화한다. 상기 반응이 완료되면 상기 반응조(30)의 하부에는 탄산칼슘(60) 고체가 석출되는데, 필터(40)에 의해 상기 탄산칼슘(60)을 여과하고 중화수만을 배출하는 것이다.
또한, 상기 반응조(30)에는 미반응 이산화탄소가스가 잔존하게 되는데, 이를 회수하여 다시 반응조(30)에 재투입함으로써 이산화탄소의 활용률을 높일 수 있도록 구성되어 있다.
한편, 상술한 이산화탄소 발생기 이외에 드라이아이스를 반응조 내에 직접 공급하는 방법도 가능하다.
상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 강알칼리수의 중화방법은 pH 11~12의 강알칼리수에 이산화탄소 기체를 접촉하여 반응시킴으로써, 저비용과 단시간에 pH 6~8의 중화수를 얻을 수 있다.
본 발명에 따르면 이산화탄소를 이용하여 강알칼리수를 중화하기 때문에 2차 오염문제가 발생할 우려가 없다.
또한 이산화탄소의 반응률을 최대화함으로써 처리비용을 절감할 수 있다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (9)

  1. 슬래그가 물과 접하여 생성된 강알칼리수를 수용하는 원수수조;
    상기 원수수조로부터 상기 강알칼리수를 공급받는 반응조;
    상기 반응조에 이산화탄소를 주입하는 주입구;
    상기 강알칼리수와 상기 이산화탄소가 반응하여 석출되는 탄산칼슘 고체를 여과하는 필터; 및
    상기 필터를 통해 상기 탄산칼슘이 여과된 처리수를 배출하는 배출관을 포함하는 강알카리수의 중화시스템을 이용하여 상기 강알칼리수를 중화하는 방법에 있어서,
    상기 반응조에 공급된 상기 강알칼리수에 상기 주입구로부터 주입되는 상기 이산화탄소를 연속적으로 혼합하고, 반응시켜, 상기 강알칼리수를 중화하는 것을 특징으로 하는 강알칼리수의 중화방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 강알칼리수가 pH 11~12의 수산화칼슘을 함유하는 것을 특징으로 하는 상기 강알칼리수의 중화방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 이산화탄소가 밀폐된 반응조에 강알칼리수의 농도에 대비하여 과량으로 연속공급되는 것을 특징으로 하는 상기 강알칼리수의 중화방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 과량의 이산화탄소가 반응 후, 회수되어 재반응되는 것을 특징으로 하는 상기 강알칼리수의 중화방법.
  5. 슬래그가 물과 접하여 생성된 강알칼리수의 중화시스템에 있어서,
    상기 강알칼리수를 수용하는 원수수조;
    상기 원수수조로부터 상기 강알칼리수를 공급받는 반응조;
    상기 반응조에 이산화탄소원을 주입하는 주입구;
    상기 강알칼리수와 상기 이산화탄소가 반응하여 석출되는 탄산칼슘 고체를 여과하는 필터; 및
    상기 필터를 통해 상기 탄산칼슘이 여과된 처리수를 배출하는 배출관을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 강알칼리수의 중화시스템.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 이산화탄소원은 드라이아이스 또는 이산화탄소 발생기로부터 제공되는 것을 특징으로 하는 상기 강알칼리수의 중화시스템.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 반응조의 하부에 폭기수단이 더 부가된 것을 특징으로 하는 상기 강알칼리수의 중화시스템.
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 반응조의 하부에 교반수단이 더 부가된 것을 특징으로 하는 상기 강알칼리수의 중화시스템.
  9. 제 5항에 있어서,
    상기 반응조내에 존재하는 미반응 이산화탄소를 회수하여 재반응시킬 수 있도록 이산화탄소 회수수단이 더 구비된 것을 특징으로 하는 상기 강알칼리수의 중화시스템.
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