KR100649729B1 - 산성폐수의 정화장치 및 정화방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 염기성의 클링커에 의한 중화작용과 제올라이트의 흡착작용을 이용하여 산성광산폐수와 같이 중금속을 많이 함유하는 산성폐수를 정화시키기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 산성폐수의 정화장치는, 클링커로 이루어지는 클링커층(11)을 포함하는 클링커조(10)와; 상기 클링커조(10)와 유체적으로 연결되며, 제올라이트로 이루어지는 제올라이트층(21)을 포함하는 적어도 하나 이상의 제올라이트조(20);를 포함하며, 산성폐수가 상기 클링커층과 제올라이트층을 통과하도록 이루어짐을 특징으로 한다.

산성폐수, 산성광산폐수, 클링커, 제올라이트, 여과사, 중화, 흡착

Description

산성폐수의 정화장치 및 정화방법 {Purifying apparatus and purifying method of acidic wastewater}

도 1은 본 발명에 따른 산성폐수의 정화장치의 하나의 구체예를 개략적으로 도시한 구성도이다.

도 2 내지 도 5는 본 발명에 따른 산성폐수의 정화장치의 다른 구체예들을 개략적으로 도시한 구성도들이다.

도 6은 도 1의 산성폐수의 정화장치를 구성하는 클링커조에 설치되는 기포발생기의 배치상태를 개략적으로 도시한 구성도이다.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 클링커조 11 : 클링커층

12 : 인입구 13 : 투수지지대

14 : 배출구 15 : 방출구

16 : 출수로 20 : 제올라이트조

21 : 제올라이트층 22 : 인입구

23 : 투수지지대 24 : 배출구

25 : 방출구 26 : 도수로

30 : 침전조 31 : 여과사층

32 : 인입구 33 : 투수지지대

34 ; 배출구 35 : 방출구

36 : 도수로 41 : 수중펌프

42 : 입수구 43 : 출수구

50 : 기포발생기 51 : 노즐

52 : 압축공기공급관 60 : 전처리조

61 : 클링커층 62 : 인입구

63 : 투수지지대 64 : 배출구

65 : 방출구 70 : 혼합조

71 : 수평격판 72 : 제1중간격판

73 : 제2중간격판 74 : 수직격판

75 : 배출구 76 : 전처리수인입구

77 : 방출구 81 : 산성폐수인입구

본 발명은 산성폐수의 정화장치 및 정화방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 본 발명은 염기성의 클링커에 의한 중화작용과 제올라이트의 흡착작용을 이용하여 산성광산폐수와 같이 중금속을 많이 함유하는 산성폐수를 정화시키기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

폐광에서 나오는 갱내수의 근본적인 문제점은 이 갱내수가 산을 발생시키며, 이 산이 중금속을 용해시킨다는 데 있다. 이러한 갱내수를 산성광산폐수(AMD ; acid mine drainage)라 부르며, 이 산성광산폐수에는 철(Fe), 알루미늄(Al), 망간(Mn) 등의 중금속이 고농도로 용해되어 있으며, 강한 산성인 것이 특징이다.

산성광산폐수의 발생원인으로는 황화철 같은 성분의 산화가 주 원인이 되는 것으로 고려된다.

황화철(Pyrite ; FeS₂)이 물과 산소에 노출되면 산화가 시작되며, 하기 화학식 1과 같은 반응을 하고, 이때 발생된 산은 물에 용해되어 pH를 낮추게 되며, 이러한 산성수를 접하게 되는 물질들로부터 중금속을 용출시키게 된다.

2FeS₂(s) + 7O₂(aq) + 2H₂O → 2Fe^{2 +} + 4SO₄ ^{2 -} + 4H⁺

용존산소가 충분하거나 물이 공기에 노출되면 하기 화학식 2와 같이 2가철(Fe^{2 +})이 3가철(Fe^{3 +})로 더 산화된다.

4Fe^{2 +} + O₂ + 4H⁺ → 4Fe^{3 +} + 2H₂O

그 다음 단계로 3가철은 물과 반응하여 하기 화학식 3과 같이 수산화제2철로 침전되거나, 하기 화학식 4와 같이 황화철과 직접 반응하여 2가철을 생성시킨다.

4Fe^{3 +} + 12H₂O + → 4Fe(OH)₃ ↓ + 12H⁺

FeS₂ + 14Fe^{3 +} + 8H₂O → 15Fe^{2 +} + 2SO₄ ^{2 -} + 16H⁺

상기 화학식 4의 결과와 같이 2가철이 생성되고, 충분한 용존산소가 존재하면 이 2가철 때문에 상기 화학식 2 및 화학식 3의 순환반응이 끊임없이 계속되게 된다.

만일 용존산소가 없다고 하더라도 3가철은 황화철과 직접 반응하여 2가철 농도의 급격한 상승이 나타난다.

물이 충분히 산성이 되면, 주로 아시디티오바실러스 페록시단스(Acidithiobacillus Ferroxidans)와 같은 낮은 pH에서 사는 호산성(好酸性 ; acidophilic)의 박테리아가 증식하여 촉매작용으로 2가철을 산화시켜 상기 화학식 2에서 화학식 4까지의 반응을 반복하게 된다(Costello C. 2003, Ridge T.외 Johnson DB외 2004).

따라서 일단 산성광산폐수가 발생하면 산소가 없더라도 황철석의 산화작용이 계속된다.

산성광산폐수의 산화의 주원인은 아니더라도 중금속의 침전에 따른 수소이온의 발생도 산성광산폐수를 처리하는 데 고려하여야 할 사항이며, 그 주요 반응식들 을 하기 화학식 5 내지 화학식 8들에 나타내었다.

Al^{3 +} + 3H₂O → Al(OH)₃ ↓ + 3H⁺

Fe^{3 +} + 3H₂O → Fe(OH)₃ ↓ + 3H⁺

Fe^{2 +} + 0.25O₂(aq) + 2.5H₂O → Fe(OH)₃ ↓ + 2H⁺

Mn^{2 +} + 0.25O₂(aq) + 2.5H₂O → Mn(OH)₃ ↓ + 2H⁺

pH와 중금속 침전과의 관계는 해당 중금속의 종류에 따라 다르고, 생물학적인 방법인지의 여부나, 혐기성 또는 호기성인지의 여부 등등에 따라 달라지지만, 크게 인위적 정화시설과 자연정화시설로 나뉘는데, 인위적 정화시설은 처리효율이 99% 이상으로 높지만, 항상 관리 인원이 필요하고, 처리 약품과 시설 운전에 필요한 동력 등 자연정화시설에 비하여 설치 및 유지 관리비가 많이 소요되어 그 적용 사례가 많지 않다. 반면에 석회석이나 박테리아 등을 이용하는 자연정화시설은 인위적 정화시설에 비하여 훨씬 경제적이지만, 설치위치 상 산간오지로 인한 수해피해, 동절기의 효율 저하, 적기 시설보수 미비로 인한 정화효율 저하(낙엽, 흙의 막 힘), 부지확보 미진으로 정화시설 크기 부족(폐탄광 광해복구 및 갱외 유출수 처리 : 석탄산업합리화사업단 광해사업팀 2005) 등 그 문제점이 적지 않다.

기존의 산성광산폐수를 정화하는 자연정화방법은 일반적으로 금속성분의 대다수는 산성에서는 해리되어 이온형태로 존재하다가도 중성에 이르면 수산화물로 산화, 침전되어 용액에서 분리되는 성질(폐탄광 자연정화시설 효과분석 및 효율적 사후관리방안 연구. 2001. 석탄산업합리화사업단)을 이용하여 pH를 조절하고, 산화 환원반응을 이용하여 물에 용해되어 있는 중금속을 침전시켜, 그 침전물을 모아서 처리하는 과정이다. 석회석이 혐기성 환경계에 있을 때, 산성광산폐수와 접촉하게 되면 석회석이 용해되어 알칼리도가 증가하게 된다는 것을 미국 테네시개발공사(TVA) 연구진이 발견한 이래 이 방법에서는 주로 석회석을 이용하는데, 석회석에 의한 산성광산폐수 중화과정은 하기 화학식 9 내지 11에 의해 요약될 수 있다.

CaCO₃ + H₃SO₄ → CaSO₄ + H₂CO₃

3CaCO₃ + Fe₂(SO₄)₃ + 6H₂O → 3CaSO₄ + 2Fe(OH)₃ + 3H₂CO₃

3CaCO₃ + Al₂(SO₄)₃ + 6H₂ → 3CaSO₄ + 2Al(OH)₃ + 3H₂CO₃

석회석을 이용하는 방법과 함께 많이 사용되는 것은 박테리아를 이용하여 소택지에서 금속을 환원제거하는 원리를 이용한 것으로, 산성광산폐수가 유기물 질(CH2O)이 존재하는 혐기성지역을 통과하게 되면, 하기 화학식 12 및 13에 나타낸 바와 같이, 황산염 환원 박테리아(SRB : Sulfate Reducing Bacteria)의 황산이온 환원작용에 의해 황화물과 알칼리도(중탄산 이온)가 발생하게 된다.

2(CH₂O) + SO₄ ^{2 -} → H₂S + 2HCO^{3 -}

H₂S + M+ → MS + 2H⁺

상기 화학식 13에서 M은 중금속 이온을 나타낸다.

SRB는 S^{4 +} 를 S^{2 -}로 환원시키며 중탄산이온을 발생시키고, 일부는 H₂S의 형태로 대기 중으로 방출하게 되고, 나머지는 황화철(FeS) 등의 금속 황화물로서 침전하게 되어 금속을 제거시킨다. 이러한 소택지 내에서의 금속제거과정은 (1) 박테리아에 의한 산화 및 침전, (2) 산수산화물(oxyhydroxide)에 의한 금속의 흡착, (3) 식물의 금속 흡수 및 (4) 기타로 구분될 수 있다.

산성광산폐수를 처리하는 방법으로서 구체화된 종래의 방법들을 간단히 설명하면 다음과 같다.

첫째 ; ALD법

ALD법(Anoxic limestone drains method)은 산성광산폐수 유도 수로를 파쇄한 석회석(limestone)으로 채우고, 공기가 통하지 않는 플라스틱 등으로 봉하여 산소 를 물과 차단시킴으로써 중금속의 산화를 방지하여 석회석이 침전물로 코팅되는 것을 방지하고, 진흙 등으로 덮어서 산성광산폐수를 통과시키는 처리방법이다. ALD법에 의해 처리된 산성광산폐수는 침전조나 소택지로 유입시켜 중금속의 침전을 유도한다. ALD법의 기능은 산성광산폐수의 염기성을 높여주는 것이며, 일반적으로 석회석이 ALD법에 가장 효율적인 것으로 알려져 있다.

용존산소(DO), 3가철, 3가알루미늄의 농도는 1㎎/ℓ 이하, 황산염의 농도는 2,000㎎/ℓ 이하, pH 6 이하인 산성광산폐수 유입수일 때 가장 효율이 높은 것으로 알려져 있으며, 이러한 한계치를 넘는 유입수를 수용할 경우, 석회석에 침전물이 쌓이고, 산성광산폐수 흐름이 느려지거나 정지하게 되어 시스템의 수명이 조기에 마감될 수 있는 문제점이 있다. 따라서, ALD법은 다른 시스템(호기성 또는 혼합 소택지(Aerobic or Compost Wetland))에서 처리한 후, 방출된 산성광산폐수를 개선시키는 목적으로 적용하는 경우가 많으며, 유기물질이나 미생물이 석회석에 섞여 있으면 시스템의 효율이 저하된다는 보고가 있다(MEND Report 3.14.1 1999, Johnson DB 외 2004).

둘째 ; 인공소택지(Constructed Wetlands)를 이용하는 방법

일반적으로 호기성(Aerobic)과 혐기성(Anaerobic/Compost) 소택지로 구분되며, 생태학자들에 의하여 천연 소택지가 물을 맑게 하고, 독을 제거하는 기능이 있다는 것이 밝혀져, 그것이 인공 소택지 처리방법의 이론적인 근거가 되었다. 호기성 소택지에서 산화, 가수분해, 침전의 과정을 거쳐 철을 제거하고, 혐기성 소택지에서 황산염 환원박테리아(SRB : Sulfate Reducing Bacteria)의 작용으로 pH를 높 여 주는 것이 효율적인 조합 방법으로 알려져 있다. 호기성 소택지는 얕고 넓은 표면적의 연못에 부들이나 다른 식생물이 심어져 있다. 산성광산폐수를 어느 정도의 시간 동안 머무르게 하여 산소와 접촉함으로써 중금속이 침전되도록 하는 시스템이다. 염기성 유입수 만 효과적으로 처리할 수 있으며, 유입수에 함유된 금속은 산화되어 침전하게 된다. 이 진행은 pH가 5.5 이상일 때 더 잘 이루어지며, 소택지에 유입되기 전에 계단이나 칸막이 등으로 폭기시키면 효율은 더 좋아진다. 철 이온의 농도는 현저하게 저하시킬 수 있으나, 산화반응에 의하여 pH는 더 낮아지므로 유입되기 전에 ALD와 같은 방법으로 조절을 하기도 한다. 전형적인 호기성 소택지는 물의 깊이가 15 내지 45㎝ 정도로 얕아서 겨울에 빨리 얼지만, 더 많은 산소를 공급 받아 산화반응으로 침전시키기 위해서는 얕은 것이 좋은 것으로 알려져 있다(Johnson DB 외 2004, Ridge T.외). 혐기성 소택지는 유기물질(CH₂O ; 보통 퇴비를 사용)을 소택지 기저의 기질물질로 사용한 넓은 연못을 말한다. 유기물질은 30 내지 60㎝ 정도의 두께가 보통이며, 부들 등의 수생식물을 식재하여 기질물질을 안정시키고 황산염 환원박테리아(SRB : Sulfate Reducing Bacteria)가 지속적인 활동을 할 수 있도록 양분을 공급하게 한다. 산성광산폐수는 이 기질물질(혐기성 지역)을 수평으로 통과하면서 SRB의 작용으로 황산이온이 환원되어 황화물(H₂S)과 알칼리도(Alkalinity)가 생성되며, 황화물의 일부는 대기 중으로 방출되고 나머지는 황화철(FeS) 등의 금속 황화물로 침전하게 된다. 그러나 식물의 뿌리가 산소를 기질물질(혐기성 환경)에 공급하여 환원작용을 저해할 수 있으므로 좋지 않다는 견해 도 있으며(Johnson DB 외 2004), 무엇보다도 넓은 처리시설을 요구하며, 유지, 보수가 용이하지 않다는 단점이 있다.

셋째 ; SAPS(Successive Alkalinity Producing Systems)을 이용하는 방법

VFS(Vertical Flow Systems), VFR(Vertical Flow Reactors) 또는 RAPS(Reducing and Alkalinity Producing System)이라고도 한다. SAPS는 ALD법과 혼합소택지(Compost Wetlands)의 장점을 취하여 바닥에 석회석을 깔고, 그 위에 유기물질을 덮고, 광폐수를 채운 형식이며, 위로 유입된 광폐수는 유기물질 층을 지나며, 용존산소가 제거되고, 철과 황산염이 환원되고, 그 다음 아래의 석회석 층을 지나면서 ALD에서와 같이 알칼리도가 높아지게 된다. SAPS에서 나온 산성광산폐수는 침전조나 호기성 소택지로 유입되어 중금속을 침전시킨다. 인공 소택지에 비하여 작은 면적이 소요되는 것이 장점이 있기는 하나, 여전히 넓은 처리시설을 요구하며, 유지, 보수가 용이하지 않다는 단점이 있다.

넷째 ; Open Limestone Channels을 이용하는 방법장 간단한 방법 중의 하나로 수로를 파고, 거기에 석회석을 까는 방법이다. 수산화제2철(Fe(OH)₃) 등의 침전물로 석회석이 코팅되므로 장기간 사용하려면 대량으로 석회석을 투입해야 한다.

유속이 빠르면 석회석의 코팅이 줄어들어 효율적이므로 이점을 고려하여 기울기 등을 설계에 반영하는 것이 좋다. 산성광산폐수의 지하 침투가 우려되는 경우 수로 바닥을 라이너 등으로 깔아주기도 한다. 넓은 면적에 걸쳐 수로를 형성하여야 하기 때문에 건설 및 유지, 보수가 어렵고, 대량의 석회석이 요구되는 등의 단점이 있다.

대한민국 공개특허공보 제10-2001-38679호에는 “무산소-호기 유동상을 이용한 폐수처리 장치 및 방법”이 개시되어 있으며, 여기에서는 혐기성 세균과 호기성 세균을 각각의 반응조에서 유동시키면서 탈질화 반응 및 유기물 제거반응을 활성화시킴으로써 폐수처리의 효율을 향상시킬 수 있는 무산소-호기 유동상을 이용한 폐수처리 장치 및 방법이 설명되어 있다. 그러나 이는 폐수 중의 질소성분을 제거하는 탈질화 및 유기물의 제거에는 효과적이나, 중금속 등의 제거 및 산성 폐수의 처리에는 적용되지 못한다는 단점이 있다.

대한민국 공개특허공보 공개번호 제10-2001-8222호에는 “유기질토를 포함하는 반응벽체를 이용한 오염물의 정화방법”이 개시되어 있으며, 여기에서는 유기질토의 일종인 부식토를 포함하여 이루어지는 반응벽체를 만들고, 이를 오염물질이 통과하는 장소에 설치하는 단계와 오염물질을 상기 반응벽체를 통과시켜 오염성분을 제거하는 단계를 포함하는 것을 내용으로 하고 있으며, 이에 의해 황산염, 은, 카드뮴, 코발트, 구리, 철, 니켈, 납, 아연 등을 오염물로부터 제거할 수 있다고 하고 있으나, 중요한 요소의 하나인 부식토의 수급 및 그 구성 등이 항상 일정치 않아 오염성분의 제거효능이 일정치 못하고, 그에 따라 정화의 정도에 있어서 편차가 크다는 단점이 있다.

본 발명의 목적은 염기성의 클링커에 의한 중화작용과 제올라이트의 흡착작용을 이용하여 산성광산폐수와 같이 중금속을 많이 함유하는 산성폐수를 정화시키 기 위한 산성폐수의 정화장치 및 정화방법을 제공하는 데 있다.

본 발명에 따른 산성폐수의 정화장치는, 클링커로 이루어지는 클링커층을 포함하는 클링커조와; 상기 클링커조와 유체적으로 연결되며, 제올라이트로 이루어지는 제올라이트층을 포함하는 적어도 하나 이상의 제올라이트조;를 포함하며, 산성폐수가 상기 클링커층과 제올라이트층을 통과하도록 이루어진다.

상기 클링커조의 내부에 기포발생을 위한 기포발생기, 수중펌프, 진동기 또는 교반기들 중 어느 한 가지 또는 2가지 이상 더 취부될 수 있다.

상기 클링커조와 제올라이트조 사이에는 상기 클링커조 및 제올라이트조와 유체적으로 연결되며, 적어도 하나 이상의 침전조를 더 포함할 수 있다.

상기 침전조는 여과사로 이루어지는 여과사층을 포함하여 이루어진다.

본 발명에 따른 산성폐수의 정화장치는, 클링커로 이루어지는 클링커층을 포함하는 전처리조와; 상기 전처리조와 유체적으로 연결되어 상기 전처리조로부터 유입되는 전처리수인입구와, 산성폐수인입구를 포함하여 이루어지는 혼합조와; 상기 혼합조와 유체적으로 연결되며, 제올라이트로 이루어지는 제올라이트층을 포함하는 적어도 하나 이상의 제올라이트조;를 포함하며, 전처리조를 통과한 물이 혼합조에서 산성폐수와 혼합된 후 제올라이트층을 통과하도록 이루어진다.

상기 클링커조와 제올라이트조 사이에는 상기 클링커조 및 제올라이트조와 유체적으로 연결되며, 적어도 하나 이상의 침전조를 더 포함할 수 있다.

상기 침전조는 여과사로 이루어지는 여과사층을 포함하여 이루어진다.

또한 본 발명에 따른 산성폐수의 정화방법은, (1) 처리하고자 하는 산성폐수를 클링커와 접촉시켜 중화시키는 중화단계; 및 (2) 상기 중화단계를 거친 산성폐수를 제올라이트와 접촉시켜 침강되지 않은 미세한 고형분을 흡착시키고, 미반응의 양이온들을 이온교환에 의해 제거시키는 흡착단계;를 포함하여 이루어진다.

상기 중화단계에는 중화 동안에 클링커 입자를 움직여주고 산성폐수의 순환을 강하게 하기 위하여 기포발생기, 수중펌프, 진동기 또는 교반기들 중 어느 한 가지 또는 2가지 이상 더 취부될 수 있다.

상기 흡착단계 이전에 침전물들을 침전 및 여과시켜 제거하는 침전여과단계가 더 포함될 수 있다.

상기 중화단계는 클링커를 물과 접촉시켜 전처리수를 수득하고, 이 전처리수를 처리하고자 하는 산성폐수와 혼합시키는 것으로 이루어질 수 있다.

상기 흡착단계 이전에 침전물들을 침전 및 여과시켜 제거하는 침전여과단계가 더 포함될 수 있다.

이하, 본 발명의 구체적인 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 산성폐수의 정화장치는, 클링커로 이루어지는 클링커층(11)을 포함하는 클링커조(10)와; 상기 클링커조(10)와 유체적으로 연결되며, 제올라이트로 이루어지는 제올라이트층(21)을 포함하는 적어도 하나 이상의 제올라이트조(20);를 포함하며, 산성폐수가 상기 클링커층(11)과 제올라이트층(21)을 통과하도록 이루어짐을 특징으로 한다. 상기 클링커조(10)는 본 발 명에 따라 산성폐수를 정화함에 있어 산성폐수의 pH를 중화시켜 산성폐수 중에 포함되어 있는 중금속을 침전시켜 제거토록 기능한다. 상기 클링커조(10)는 처리하고자 하는 용량에 맞는 내용적을 갖는 용기와; 상기 용기 내에 클링커를 적층하여서 이루어지는 클링커층(11)과; 상기 용기 내로 처리하고자 하는 산성폐수를 유입시키기 위한 인입구(12)와, 상기 클링커층(11)을 상기 용기 내, 일정 높이에 지지시키기 위한 투수지지대(13)와; 상기 클링커층(11)을 구성하는 클링커와 접촉된 산성폐수를 배출하는 배출구(14);를 포함하여 이루어진다. 상기 클링커층(11)을 구성하는 클링커는 시멘트 제조 공정에서 미세하게 분쇄된 석회석, 점토, 규석, 산화철광물 등의 원료를 약 1,450℃ 정도의 고온에서 소성하여 얻어지는 고형물의 집합체를 의미한다. 이 클링커를 구성하고 있는 광물은 그 원료인 천연 광물을 고온에서 소성하여 형성된 일종의 합성광물들이며(시멘트 산업과 광물. 최 헌수. 광물과 인간생활. 서울대학교 대학원 지질학과 광물학연구실 刊 1999) 클링커의 화학 성분(국내 시멘트 제조 회사 제공 자료. 2006.1.1~1.24 평균)을 하기 표 1에 나타내었다.

원소	구성비(%)
이산화규소(SiO2)	21.5
산화알루미늄(Al2O3)	4.81
산화철(Fe2O3)	3.48
산화칼슘(CaO)	64.15
산화마그네슘(MgO)	4.77
황산화물(SO3)	0.46
산화칼륨(K2O)	0.993
산화나트륨(Na2O)	0.086
총알칼리(Total Alkali)	0.74
유리 산화칼슘(Free CaO)	1.76
염소(Cl)	0.0055

클링커의 성분 중에서 가장 많은 양(약 64%)을 차지하고 있는 산화칼슘은 물과 반응하면 열을 내면서 수산화칼슘(Ca(OH)2)을 생성한다. 상기 수산화칼슘은 물에 약간 녹아 강한 염기성을 나타낸다. 따라서 클링커가 물과 접촉하면 클링커의 성분 중에서 산화칼슘이 물과 반응하여 수산화칼슘이 되고, 이 수산화칼슘은 물에 녹아 강한 염기성을 나타내어 pH를 높이고, 하기 화학식 14 및 15에 나타낸 바와 같이, 중금속과 반응하여 수산화물을 형성하며, 중금속을 침전시킨다.

3Ca(OH)₂ + 2M^{3 +} → 2M(OH)₃↓ + 3Ca^{2 +}

Ca(OH)₂ + M^{2 +} → M(OH)₂↓ + Ca^{2 +}

현재 산성광산폐수 처리에 주로 사용되고 있는 석회석(탄산칼슘 ; CaCO3)도 물에 녹아 염기성을 나타내지만 그 용해도는 25℃에서 약 7㎎/ℓ인데 반하여, 본 발명에서 사용되는 클링커로부터 형성되는 수산화칼슘은 0℃에서 약 1.85g/ℓ으로, 석회석과 비교하여 현저한 차이를 나타낸다. 따라서 본 발명에서는 이러한 클링커의 높은 염기성을 이용하여 산성폐수를 충분히 중화시키고, 그에 따라 중금속을 효율적으로 침전시켜 제거할 수 있도록 한 점에 특징이 있다. 상기 클링커층(11)의 적층높이는 처리하고자 하는 산성폐수의 pH 및 성분, 단위시간 당 양에 따라 달라질 수 있음은 당업자에게는 당연히 이해될 수 있는 것이다. 상기 클링커층(11)의 두께가 너무 얇으면 클링커의 양이 충분치 못하여 중화반응이 충분히 이루어지지 못하게 되고, 그에 따라 중금속 제거에 충분한 중화작용을 수행치 못하게 되는 문제점이 있을 수 있고, 반대로 너무 두꺼우면 pH가 너무 높아져서 방출수 허용기준인 pH8.6을 넘게 되는 문제점이 있을 수 있다. 상기 클링커조(10) 내로 처리하고자 하는 산성폐수를 유입시키는 인입구(12)는 상기 클링커층(11)의 하방 또는 상방에 위치하며, 클링커층(11)을 통과한 산성폐수를 배출하는 상기 배출구(14)는 상기 클링커층(11)의 상방 또는 하방에 위치한다. 따라서 상기 인입구(12)를 통해 유입된 산성폐수는 상기 클링커층(11)을 통과하는 동안에 중화되어 상기 배출구(14)를 통해 배출되어 상기 클링커조(10)에 유체적으로 연결된 상기 제올라이트조(20) 내로 유입된다. 상기 투수지지대(13)는 내식성, 특히 내산성이 우수한 재질, 특히 바람직하게는 스테인리스스틸로 된 강선을 서로 교차시켜 엮는 것에 의해 통상의 철망과 같이 형성할 수 있으며, 그에 의해 산성폐수는 통과(투수)할 수 있고, 그 위에 얹혀지는 클링커의 입자들은 빠지지 않도록 지지하는 기능을 한다. 상기 클링커조(10)의 하방에는 방출구(15)가 더 형성될 수 있으며, 이는 상기 클링커조(10)의 유지, 보수를 위하여 상기 클링커조(10) 내의 잔수를 배출하도록 기능한다.

상기 클링커조(10)와 연결된 상기 제올라이트조(20)는 본 발명에 따라 산성폐수를 정화함에 있어 상기 클링커조(10)에서 배출되는 산성폐수 중의 미반응의 양이온을 이온교환에 의해 흡착, 제거하고, 또한 다수의 미세한 공동에 의해 침전물 중 침강하지 않고, 부유하는 미세한 침전물들을 흡착하여 제거하는 기능을 한다.

상기 제올라이트조(20)는 처리하고자 하는 용량에 맞는 내용적을 갖는 용기와; 상기 용기 내에 제올라이트를 적층하여서 이루어지는 제올라이트층(21)과; 상기 용기 내로 처리하고자 하는 산성폐수를 유입시키기 위한 인입구(22)와, 상기 제올라이트층(21)을 상기 용기 내, 일정 높이에 지지시키기 위한 투수지지대(23)와; 상기 제올라이트층(21)을 구성하는 제올라이트와 접촉된 산성폐수를 배출하는 배출구(24);를 포함하여 이루어진다. 상기 제올라이트층(21)을 구성하는 제올라이트는 일반적으로 그 결정 내부에 존재하는 2 내지 10Å 크기의 공동(surface pore)으로 연결되어 있는 특이한 세공구조(細空構造) 때문에 산업적으로 유용한 각종 물리화학적 특성을 갖는 천연 및 합성 광물질을 의미하는 광물군 명칭이다. 이들은 결정 구조, 화학 조성 및 물리화학적 특성 면에서 서로 다르지만, 주변 조건에 따라 그 결정구조 내에서 각종 양이온들과 적당한 크기의 분자들이 쉽게 드나들 수 있을 만큼 큰 결정구조상의 공극을 형성하고 있다는 공통적인 특징이 있다(노진환, 2001).

천연제올라이트는 화학조성 면에 있어서 나트륨(Na), 칼륨(K), 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg), 스트론튬(Sr) 또는 바륨(Ba)을 양이온으로 소량 함유하는 함수규산염(含水硅酸, hydrous aluminosilicates) 광물이다. 제올라이트의 구조 단위인 (Si,Al)O4 사면체 내에서 Si4+ 의 일부가 Al3+ 로 치환됨으로서 발생하는 전하 결손을 보상하기 위해서 양이온들이 흔히 구조 내에 개입된다. 이 양이온들은 공동 내의 음이온 자리에 대전되어 약하게 붙들려 있어서 주위의 다른 양이온들에 의해서 쉽게 치환되는 성향을 갖는다. 이렇게 다른 양이온으로 교환될 수 있는 양을 총양이온교환능(CEC : Cation Exchange Capacity)이라 하는데, 이는 다른 양이온들 의 용액으로 단순히 씻어주는 정도의 처리로도 공동 내의 양이온들이 쉽게 이온교환이 일어나는 성질을 의미한다. 일반적으로 제올라이트의 양이온교환능력은 100g당 200 내지 400meq 정도로서, 유사한 용도로서 사용되는 벤토나이트의 주성분 광물인 스멕타이트의 양이온교환능력(80 내지 100meq/100g) 보다 2배 이상의 높은 값을 가진다. 상기 제올라이트층(21)의 두께가 두꺼울수록 중금속 흡착효과가 크다는 것은 당업자에게는 당연히 이해될 수 있는 것이다. 상기 제올라이트조(20)에는 그 일측에 제올라이트조(20)의 상방에서 하방으로 향하며, 상기 제올라이트층(21)을 통과하여 형성된 도수로(26)가 포함되며, 그에 의해 상기 제올라이트조(20)의 상단에 위치한 인입구(22)를 통해 처리하고자 하는 산성폐수가 유입되어도 이를 상기 제올라이트조(20) 내의 제올라이트층(21)의 하방으로 유도하여 상기 제올라이트층(21)의 하방에서 상방으로 향하여 흐를 수 있도록 한다. 상기 투수지지대(23)는 상기 클링커조(10)의 투수지지대(13)와 동일 또는 유사한 것이 될 수 있다. 상기 제올라이트조(20)의 하방에는 방출구(25)가 더 형성될 수 있으며, 이는 상기 제올라이트조(20)의 유지, 보수를 위하여 상기 제올라이트조(20) 내의 잔수를 배출하도록 기능한다. 상기 클링커조(10)와 제올라이트조(20)는 서로 유체적으로 연결되어 상기 클링커조(10)의 배출구(15)로부터 배출되는 산성폐수는 통상의 배관과 통상의 펌프 등에 의해 상기 제올라이트조(20) 내로 공급될 수 있다. 이하에서 ‘유체적으로 연결한다’라는 뜻은 상기한 바와 같이 인입구와 배출구들을 통상의 배관과 통상의 펌프 등에 의해 서로 연결하여 어느 하나의 조의 산성폐수를 다른 하나의 조로 전달하는 것을 의미하는 것으로 사용된다. 도 1에는 상기 제올라이트조(10) 내에서 처리하고자 하는 산성폐수의 흐름을 상기 제올라이트층(21)의 하방에서 상방으로 흐르도록 하는 것을 도시하고 있으나, 산성폐수의 흐름이 중력에 의하여 상기 제올라이트층(21)의 상방에서 하방으로 향하여 흐르도록 하는 것도 가능함은 당업자에게는 당연히 이해될 수 있는 것이다. 이 경우, 상기 제올라이트조(20) 내로 처리하고자 하는 산성폐수를 유입시키는 상기 인입구(22)는 상기 제올라이트층(21)의 상방에 위치하며, 제올라이트층(21)을 통과한 산성페수를 배출하는 상기 배출구(24)는 상기 제올라이트층(21)의 하방에 위치하게 된다. 또한, 이러한 구성에서는 상기 클링커조(10)로부터 상기 제올라이트조(20)로 유입되는 산성폐수는 펌프 등에 의해 강제될 수도 있으나, 달리 상기 클링커조(10)를 상부(높은 곳)에 위치시키고, 그에 연결되는 상기 제올라이트조(20)를 하부(낮은 곳)에 위치시킴으로써 중력에 의하여 상기 클링커조(10)로부터 상기 제올라이트조(20) 내로 산성폐수를 이송시킬 수 있음은 당연히 이해될 수 있는 것이다.

상기 클링커조(10)의 클링커층(11) 하부에는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 기포발생을 위한 기포발생기(50)가 더 취부될 수 있다. 상기 기포발생기(50)에는 다수의 통공(51)들과, 상기 기포발생기(50)에 연결되어 압축공기를 공급하는 압축공기공급관(52)을 포함하여 이루어진다. 상기 압축공기공급관(52)에는 통상의 공기압축기와 어큐뮬레이터(accumulator)가 연결되며, 도면의 단순화를 위하여 상기 공기압축기와 어큐뮬레이터는 도시하지 않았다. 상기 기포발생기(50)는, 도 6에 나타낸 바와 같이, 바람직하게는 상기 투수지지대(13)의 상면 또는 하면 또는 상면과 하면 모두에 인접하게 취부될 수 있다. 또한, 도 7에 도시한 바와 같이, 상기한 기포발생기(50) 대신 클링커조(10) 내에 클링커조의 용량에 따라 적어도 하나 이상의 수중펌프(41)들을 상기 클링커조(10) 내의 클링커층(11)에 매립시킬 수 있다. 상기 수중펌프(41)는 입수구(42)와 출수구(43)를 포함하여 이루어지며, 입수구(42)를 통해 물을 빨아들여 출수구(43)를 통해 내뿜어줌으로써 수중에서 물과 같은 유체를 펌핑하여 흐름을 발생시키기 위한 것으로서, 당업자에게는 국내외 유수의 제조업자들에 의해 상용적으로 제공되는 것을 구입하여 사용할 수 있을 정도로 공지된 것으로 이해될 수 있는 것이다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 클링커조(10)의 내부에 수용되는 클링커층(11) 내에 적어도 하나 이상의 수중펌프(41)들을 매립하고, 상기 클링커조(10) 내에 처리하여야 할 폐수가 들어있는 동안 상기 수중펌프(41)들을 가동시킴으로써 상기 클링커조(10) 내의 폐수를 순환시키고, 또한 상기 클링커조(10)의 내부 하단에 설치된 투수지지대(13)를 통과한 폐수는 출수로(16) 및 배출구(14)를 경유하여 상기한 바의 제올라이트조(20)로 이송되게 된다. 상기 수중펌프(41)의 개수가 하나인 경우, 가동시간을 늘리는 것으로 폐수의 순환을 촉진할 수 있으나, 시간이 많이 소요되는 단점이 있을 수 있고, 수중펌프의 개수가 많아지는 것은 경제적으로 바람직하지 못하기는 하나, 상기 클링커조(10) 내에 수용할 수 있는 한에서는 제한이 없다.

또한, 상기한 수중펌프(41) 대신 클링커조(10) 내에 클링커조의 용량에 따라 적어도 하나 이상의 진동기들을 상기 클링커조(10) 내의 클링커층(11)에 매립시킬 수 있다. 상기 진동기는 클링커층에 매립되어 진동을 함으로써 클링커 입자가 움직여 침전물이 클링커 입자에 흡착되는 것을 억제하기 위한 것으로서, 당업자에게 는 국내외 유수의 제조업자들에 의해 상용적으로 제공되는 것을 구입하여 사용할 수 있을 정도로 공지된 것으로 이해될 수 있는 것이다.

또한, 상기한 진동기(41) 대신 클링커조(10) 내에 클링커조의 용량에 따라 교반기를 상기 클링커조(10) 내에 설치할 수 있다. 상기 교반기는 클링커 입자를 교반함으로써 클링커 입자가 움직여 침전물이 클링커 입자에 흡착되는 것을 억제하기 위한 것으로서, 당업자에게는 국내외 유수의 제조업자들에 의해 상용적으로 제공되는 것을 구입하여 사용할 수 있을 정도로 공지된 것으로 이해될 수 있는 것이다.

달리 상기 클링커조의 내부에 기포발생을 위한 기포발생기, 수중펌프, 진동기 또는 교반기들 중 2가지 이상이 함께 취부될 수 있다. 즉, 기포발생기와 수중펌프, 기포발생기와 진동기, 기포발생기와 교반기 등이 함께 사용될 수 있으며, 다른 조합들도 가능함은 당업자에게는 당연히 이해될 수 있는 것이다.

따라서 상기 기포발생기(50)로 기포를 공급하거나 수중펌프로 물을 뿜어주거나 진동기, 교반기를 가동시키게 되면 클링커조 내에 있는 클링커 입자를 움직여주거나 산성폐수가 클링커조 내에서 빠르게 순환되면서 침전물이 클링커에 흡착하는 것을 억제하여 주는 효과가 있다.

도 2에 도시한 바와 같이, 상기 클링커조(10)와 제올라이트조(20) 사이에 상기 클링커조(10) 및 제올라이트조(20)와 유체적으로 연결되며, 적어도 하나 이상의 침전조(30)를 더 포함할 수 있다. 상기 침전조(30)는 그 내부로 유입되는 산성폐수 중에 포함된 고형분들을 침강시켜 상기 산성폐수를 정화하는 기능을 한다. 상 기 침전조(30)는 바람직하게는 여과사로 이루어지는 여과사층(31)을 포함하여 이루어질 수 있다. 상기 여과사층(31)은 여과사를 쌓아서 층을 형성시켜 이루어지며, 그에 의해 상기 여과사층(31)을 통과하는 산성폐수의 유속이 저하되면서 고형분의 침강이 촉진되며, 침강되지 않은 미세한 고형분들은 상기 여과사층(31)을 통과하면서 여과사층(31) 내에서 여과사들 사이에 형성되는 미세한 유로를 통과하면서 제거될 수 있다. 상기 침전조(30)는 처리하고자 하는 용량에 맞는 내용적을 갖는 용기와; 상기 용기 내에 여과사를 적층하여서 이루어지는 여과사층(31)과; 상기 용기 내로 처리하고자 하는 산성폐수를 유입시키기 위한 인입구(32)와, 상기 여과사층(31)을 상기 용기 내, 일정 높이에 지지시키기 위한 투수지지대(33)와; 상기 여과사층(31)을 구성하는 여과사에 의해 여과된 산성폐수를 배출하는 배출구(34);를 포함하여 이루어진다. 통상의 침전조는 침전물이 중력에 의한 자유 낙하로 침전 되도록 하고 있으나, 본 발명에서는 도 2에서와 같이 상기 침전조(30) 내에서 처리하고자 하는 산성폐수의 흐름을 상기 여과사층(31)의 하방에서 상방으로 흐르도록 함으로서 침전물의 침전 시간을 단축하고 침전물의 부피를 줄이는 효과를 볼 수 있다. 상기 여과사층(31)을 구성하는 여과사는 통상의 모래가 될 수 있다. 여과사는 1 내지 4.75㎜의 평균입경을 갖는 것이 바람직하나, 입도가 작을수록 여과작용이 강하다는 것은 당업자에게는 당연히 이해될 수 있는 것이다. 상기 여과사층(31)의 두께는 두꺼울수록 여과작용이 강하다는 것은 당업자에게는 당연히 이해될 수 있는 것이나, 산성폐수의 유속과 유량에 따라 조절하여야 할 것이다. 감당할 수 있는 유량보다 더 많은 유량이 유입된다면 일부만 침전조에 유입되고 나머지 는 유입되지 못하여 클링커 반응조의 수위가 높아져서 월류될 것이기 때문이다.

도 3에 나타낸 바와 같이, 상기 제올라이트조(20)가 2개 이상 유체적으로 연결되어 양이온교환기능 및 흡착기능을 강화시켜 산성폐수의 정화효율을 높일 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 산성폐수의 정화장치는, 도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 클링커로 이루어지는 클링커층(61)을 포함하는 전처리조(60)와; 상기 전처리조(60)와 유체적으로 연결되어 상기 전처리조(60)로부터 유입되는 전처리수인입구(76)와, 산성폐수인입구(81)를 포함하여 이루어지는 혼합조(70)와; 상기 혼합조(70)와 유체적으로 연결되며, 제올라이트로 이루어지는 제올라이트층(21)을 포함하는 적어도 하나 이상의 제올라이트조(20);를 포함하며, 전처리조(60)를 통과한 물이 혼합조(70)에서 산성폐수와 혼합된 후 제올라이트층(21)을 통과하도록 이루어짐을 특징으로 한다. 도 4 및 도 5에는 비록 상기 혼합조(70)와 상기 제올라이트조(20) 사이에 침전조(30)가 더 개재되어 있는 것으로 도시되어 있기는 하나, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니고, 상기한 바와 같이, 전처리조(60), 혼합조(70) 및 제올라이트조(20)가 순차적으로 그리고 유체적으로 서로 연결되어 산성폐수를 중화 및 흡착시켜 정화시킬 수 있도록 구성될 수 있다. 상기 전처리조(60)는 처리하고자 하는 용량에 맞는 내용적을 갖는 용기와; 상기 용기 내에 클링커를 적층하여서 이루어지는 클링커층(61)과; 상기 용기 내로 전처리하고자 하는 물을 유입시키기 위한 인입구(62)와, 상기 클링커층(61)을 상기 용기 내, 일정 높이에 지지시키기 위한 투수지지대(63)와; 상기 클링커층(61)을 구성하는 클링 커와 접촉되어 알칼리성을 갖는 전처리수를 배출하는 배출구(64);를 포함하여 이루어진다. 따라서 상기 전처리조(60)는 앞서 설명한 클링커조(10)와 동일 또는 유사한 구조를 가지며, 역시 동일 또는 유사한 기능을 하나, 상기 클링커조(10)가 산성폐수와 직접 접촉하여 산성폐수를 중화시킴에 비해, 상기 전처리조(60)는 물, 바람직하게는 지하수 등과 같이 깨끗한 물과 접촉하면서 물을 전처리하여 알칼리성을 갖는 전처리수를 만들고, 이를 후속의 혼합조(70)에서 산성폐수와 혼합하여 중화토록 한다. 상기 전처리조(60)는 상기 클링커조(10)와 비교할 때, 상기 클링커층(61)이 산성폐수와 직접 접촉하면서 생성되는 침전물들에 의해 클링커가 피복되어 더 이상 클링커의 용해에 의한 중화작용을 기대할 수 없게 되는 기존 처리시스템에서의 가장 큰 문제를 방지하여 처리 시설의 수명을 향상시킬 수 있으며, 또한 전처리수와 산성폐수를 혼합조(70)에서 혼합시킴으로써 보다 빠른 중화를 가능하게 하는 기능을 한다. 상기 전처리조(60) 역시 상기 클링커조(10)와 마찬가지로 물의 흐름이 중력에 의하여 상기 전처리조(60)의 클링커층(61)의 상방에서 하방으로 향하여 흐르도록 하는 것도 가능함은 당업자에게는 당연히 이해될 수 있는 것이다.

상기 혼합조(70)는 상기 전처리조(60)로부터 유입되는 전처리수와 처리하고자 하는 산성폐수를 혼합하여 중화시키는 기능을 한다. 상기 혼합조(70)는 처리하고자 하는 용량에 맞는 내용적을 갖는 용기와; 상기 용기 내로 전처리수를 유입시키기 위한 전처리수인입구(76)와; 처리하고자 하는 산성폐수를 유입시키기 위한 산성폐수인입구(81)와; 상기 용기 내에 위치하여 유체의 흐름의 방향을 바꾸어서 혼합을 촉진시키기 위한 적어도 하나 이상의 격판(72, 73, 74)들과; 혼합되고, 중화 된 산성폐수를 배출하기 위한 배출구(75)를 포함하여 이루어진다. 상기 격판들은 혼합의 효율을 촉진시키기 위하여 여러 형상으로 성형될 수 있다. 예를 들어, 1차적으로 상기 혼합조(70) 내로 유입될 때 혼합조(70)의 상방에 위치한 전처리수인입구(76)와 산성폐수인입구(81)들로부터 낙하하여 유입되는 유체들의 흐름방향을 1차적으로 절환시키기 위하여 지면에 대해 수평방향으로 설치되어 유체의 흐름방향을 180°로 절환시키기 위한 수평격판(71)이 취부될 수 있다. 또한, 상기 혼합조(70)의 중간에 적어도 하나 이상의 T자형으로 성형되는 중간격판(72, 73)들이 취부될 수 있다. 이들 T자형으로 성형되는 중간격판(72, 73)들은 유체의 흐름방향을 반복적으로 90° 씩 절환시켜 유로를 복잡하게 함으로써 혼합의 효율을 촉진시킬 수 있다. 상기 중간격판(72, 73)들을 도 4 및 도 5에서는 제1중간격판(72) 및 제2중간격판(73)으로 구분하여 도시하였다. 또한, 유체의 흐름방향을 180°로 절환시키기 위한 수직격판(74)이 취부될 수 있다. 본 발명에서는 이들 격판들을 예시적으로 도시하고, 설명하였으나, 본 발명은 이들에 제한되는 것은 아니며, 단지 예시적으로 열거한 것으로서, 유체의 흐름방향을 절환시켜 유체의 혼합을 촉진시키기 위한 구성은 당연히 본 발명에서 사용되는 혼합조(70)를 구성하는 데 사용될 수 있음은 당연히 이해될 수 있는 것이다. 상기 전처리조(60)로부터의 전처리수의 상기 혼합조(70)에로의 유입 및 처리하고자 하는 산성폐수의 상기 혼합조(70)에로의 유입 역시 앞서 설명한 바와 같이 펌프 등에 의해 강제될 수도 있으나, 달리 상기 전처리조(60) 및 산성폐수의 수원을 상부(높은 곳)에 위치시키고, 그에 연결되는 상기 혼합조(70)를 하부(낮은 곳)에 위치시킴으로써 중력에 의하여 상기 혼합조(70) 내로 산성폐수를 이송시킬 수 있음은 당연히 이해될 수 있는 것이다.

도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 상기 혼합조(70)와 제올라이트조(20) 사이에 상기 혼합조(70) 및 제올라이트조(20)와 유체적으로 연결되며, 적어도 하나 이상의 침전조(30)를 더 포함할 수 있다. 상기 침전조(30)는 앞서 설명한 바와 동일한 것으로 이해될 수 있다. 상기 침전조(30)는 도 4에 나타낸 바와 같이, 하나가 설치될 수 있으며, 침전 및 여과에 따른 정화효율을 높이기 위하여, 도 5에 나타낸 바와 같이, 2개 이상이 설치될 수도 있다. 상기 제올라이트조(20) 역시 도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 2개 이상이 설치될 수도 있으며, 도시하지는 않았으나, 하나의 제올라이트조(20) 만을 설치하는 것도 가능함은 당연히 이해될 수 있는 것이다.

또한, 본 발명에 따른 산성폐수의 정화방법은, (1) 처리하고자 하는 산성폐수를 클링커와 접촉시켜 중화시키는 중화단계; 및 (2) 상기 중화단계를 거친 산성폐수를 제올라이트와 접촉시켜 침강되지 않은 미세한 고형분을 흡착시키고, 미반응의 양이온들을 이온교환에 의해 제거시키는 흡착단계;를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다. 상기 중화단계는 산성폐수를 클링커와 접촉시켜 산성폐수를 구성하는 물에 클링커를 구성하는 주요 성분들 중 하나인 산화칼슘을 용해시켜 알칼리성을 띠게 함으로써 산성폐수를 중화시킬 수 있음은 앞서 설명한 바와 같다. 또한, 상기 흡착단계는 제올라이트의 우수한 흡착기능 및 양이온교환기능을 이용하여 상기 중화단계에서 중화에 의해 침전되는 침전물들을 제올라이트에 흡착시켜 제거할 수 있음은 역시 앞서 설명한 바와 같다. 본 발명에서는 산성폐수를 정화함에 있어 산 화칼슘을 다량 함유하는 클링커를 이용하여 중화시키고, 중화에 의해 침전되는 중금속들을 제올라이트에 흡착시켜 제거하며, 미반응의 금속이온 등의 양이온들은 역시 제올라이트의 우수한 이온교환능을 이용하여 역시 치환시켜 제거토록 함으로써, 클링커를 이용한 중화능력과, 제올라이트를 이용한 흡착 및 양이온교환능력의 조합에 의해 중금속을 다량 함유하는 산성폐수, 특히 산성광산폐수를 효과적으로 정화시킬 수 있도록 한 점에 특징이 있는 것이다.

상기 중화단계에서 중화 동안에 클링커 입자를 움직여주고 산성폐수의 순환을 강하게 하기 위하여 기포발생기, 수중펌프, 진동기 또는 교반기가 더 취부될 수 있다.

기포발생기(50)로 기포를 공급하거나 수중펌프로 물을 뿜어주거나 진동기, 교반기를 가동시키게 되면 클링커조 내에 있는 클링커 입자를 움직여주거나 산성폐수가 클링커조 내에서 빠르게 순환되면서 침전물이 클링커에 흡착하는 것을 억제하여 주는 효과가 있다.

상기 흡착단계 이전에 침전물들을 침전 및 여과시켜 제거하는 침전여과단계가 더 포함될 수 있다. 이 침전여과단계를 상기한 흡착단계 이전에 수행하여 부유물들을 제거함으로써 상기 흡착단계에서 사용되는 제올라이트의 기공들이 쉽게 폐색되는 것을 방지하고, 제올라이트에 의한 흡착기능을 보다 오래 유지시킬 수 있도록 할 수 있다.

상기 중화단계는 바람직하게는 클링커를 물과 접촉시켜 전처리수를 수득하고, 이 전처리수를 처리하고자 하는 산성폐수와 혼합시키는 것으로 이루어질 수 있 다. 이렇게 함으로써 클링커를 산성폐수와 직접 접촉시키지 않도록 하고, 그에 의해 클링커의 표면이 침전물 등으로 오염 또는 폐색되는 것을 방지할 수 있으며, 그에 따라 클링커를 보다 효율적으로 사용할 수 있게 된다.

상기 전처리수와 산성폐수의 혼합에 있어서도, 제올라이트에의 흡착을 수행하는 상기 흡착단계 이전에 침전물들을 침전 및 여과시켜 제거하는 침전여과단계를 더 포함할 수 있음은 앞서의 설명으로부터 당연히 이해될 수 있는 것이다.

이하에서 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예들이 기술되어질 것이다.

이하의 실시예들은 본 발명을 예증하기 위한 것으로서 본 발명의 범위를 국한시키는 것으로 이해되어져서는 안 될 것이다.

실시예 1

클링커를 중화제로 사용하고, 클링커에 침전물이 코팅되는 것을 방지하기 위하여 기포발생기로 클링커조 내의 산성폐수를 순환시켜, 강한 산성(pH 2.57)인 광산산성폐수(AMD)의 pH를 방류수 배출 허용치인 5.8 내지 8.6으로 맞추고, 철(Fe), 알루미늄(Al), 망간(Mn) 등의 중금속을 침전시킨 후, 제올라이트에 통과시킴으로써 클링커조에서 침전되지 않은 중금속들을 흡착시켜 제거하기 위한 산성폐수의 정화장치를 설계하였다.

클링커조는 네 변이 각각 32㎝ 인 정사각형을 바닥으로 하고, 높이가 50㎝ 인 아크릴 반응조의 바닥에서 23.5㎝ 되는 곳에 인입구를, 그리고 38㎝ 되는 곳에 배출구를 만들고, 바닥에서 25.5㎝ 되는 곳에 투수지지대를 설치하고, 기포발생기(한국메도상사 제품 LA-160 AC 220V, 60㎐, 10W) 2개(공기량 20ℓ/분)에 나누어 연 결시켰다. 클링커는 국내 시멘트회사에서 할애받은 “신담파” 클링커를 체에 걸러 4.75 내지 6.7㎜(Mesh #4)의 크기로 선별한 것으로 13,511.3g(약 10ℓ)을 두께 약 10㎝ 정도 되게 펼쳐서 넣었다.

침전조는 직경 24㎝의 아크릴원통에 폭 15㎝, 길이 30㎝의 칸막이를 하여 그 칸막이 사이로 산성폐수가 인입되도록 구성하였다. 배출구는 원통 윗단에서 3.5㎝ 아래에 형성시켜 산성폐수가 칸막이를 통하여 침전조 밑으로 내려갔다가 위로 올라오면서 여과사층을 통과하여 상기 배출구를 통하여 나가도록 하고, 바닥에서 25㎝ 되는 곳에 투수지지대를 설치하고, 그 위에 스테인레스망을 놓고 여과사(입경 1 내지 4.75㎜)를 약 2㎝ 두께로 펼쳐놓는 것으로 제조하였다.

제1제올라이트조는 내경 14㎝의 아크릴원통에 칸막이를 하고 투수지지대를 설치하여 투수지지대 위에 제올라이트 3.5ℓ(3,285g)를 넣는 것으로 제조하였다.

제2제올라이트조는 내경 9㎝의 아크릴원통에 칸막이를 하고 투수지지대를 설치하여 투수지지대 위에 제올라이트 1ℓ(998.4g)를 넣는 것으로 제조하였다. 배출구는 원통 윗단에서 각각 3.5㎝와 4.5㎝ 아래에 만들어 산성폐수가 칸막이를 통하여 조의 밑으로 내려갔다가 위로 올라오면서 제올라이트층을 통과하여 배출구를 통해 배출되도록 하였다. 제올라이트는 중금속 이온흡착능력이 우수하다고 알려진 구룡포 지역의 Clinoptilolite 계열의 제올라이트 광석을 구하여 돌절구로 분쇄, 체(Mesh # 6 내지 8, 1 내지 3.35㎜)로 거르고, 정제수로 세척한 것으로 사용하였다.

설치순서는 클링커조-침전조-제1제올라이트조-제2제올라이트조의 순서로 산 성광산폐수가 통과하도록 순차로 연결하였다. 산성폐수의 공급은 정량펌프(STENNER pump(Classic single Head 85 Series)를 사용하였으며, 산성폐수는 2006년 1월 13일 강원도 도계의 삼마 태정 산성광산폐수 처리장 유입로에서 채취한 것을 사용하였다. 산성폐수는 1분당 120㎖씩 상향흐름(upflow)방식으로 클링커조 내로 유입시켰으며, 상기의 순서대로 통과시켜 제2제올라이트조에서 산성광산폐수가 유출되면, 침전조, 제1제올라이트조, 제2제올라이트조에서 출수되는 산성광산폐수 각 50㎖를 채수(처음 채수하는 것은 초수라 칭하고, 시료번호는 각각 A1, A2, A3로 함)하여 pH를 측정하고, 이후 45분 경과 시 마다 침전조, 제1제올라이트조, 제2제올라이트조에서 채수(45분 마다 채수할 때 시료번호는 알파벳 순서로 정함)하여 pH를 측정하고, 각 50㎖ 씩 채수한 산성광산폐수는 여과지(Toyo 5C 150㎜, 공극사이즈 1㎛)에 두 번 여과하고, 농질산 한 방울씩을 떨어뜨려 유도결합플라즈마분광분석법(ICP)을 이용하여 중금속 함량을 검사하였으며, 그 결과를 표 2 및 도 8에 pH의 변화를, 도 9에 철(Fe)의 함량 변화를, 도 10에 알루미늄(Al)의 함량 변화를, 그리고 도 11에 망간(Mn)의 함량 변화를 각각 그래프로 나타내었다.

		pH	Fe(㎎/ℓ)	Al(㎎/ℓ)	Mn(㎎/ℓ)
허용치		5.8-8.6	3	10	10
원수		2.57	161.65	43.1	17.725
초수	A-1	8.94	0.029	2.623	0.201
	A-2	8.91	0.033	2.295	0.482
	A-3	8.57	0.021	1.195	0.198
45분	B-1	8.91	0.025	2.696	0.179
	B-2	8.83	0.029	2.486	0.360
	B-3	8.54	0.033	2.309	0.418
90분	C-1	8.79	0.033	2.710	0.197
	C-2	8.77	0.033	2.535	0.279
	C-3	8.58	0.038	2.425	0.337
135분	D-1	8.81	0.033	2.735	0.221
	D-2	8.79	0.033	2.585	0.256
	D-3	8.56	0.038	2.473	0.279
180분	E-1	8.78	0.033	2.708	0.280
	E-2	8.68	0.038	2.589	0.225
	E-3	8.52	0.033	2.495	0.248
225분	F-1	8.77	0.042	2.705	0.332
	F-2	8.74	0.042	2.624	0.224
	F-3	8.46	0.042	2.544	0.224
270분	G-1	8.73	0.038	2.757	0.421
	G-2	8.67	0.046	2.663	0.236
	G-3	8.47	0.042	2.626	0.235
315분	H-1	8.69	0.046	2.713	0.473
	H-2	8.52	0.046	2.700	0.274
	H-3	8.40	0.050	2.661	0.249
360분	I-1	8.67	0.050	2.778	0.605
	I-2	8.54	0.058	2.784	0.304
	I-3	8.32	0.046	2.643	0.273
405분	J-1	8.59	0.046	2.801	0.721
	J-2	8.38	0.058	2.763	0.333
	J-3	8.25	0.054	2.673	0.297
450분	K-1	8.39	0.058	2.813	0.845
	K-2	8.20	0.046	2.757	0.380
	K-3	8.04	0.058	2.694	0.329
495분	L-1	8.17	0.054	2.843	0.968
	L-2	7.95	0.046	2.711	0.423
	L-3	7.82	0.050	2.699	0.369
540분	M-1	7.95	0.054	2.753	1.059
	M-2	7.83	0.063	2.766	0.511
	M-3	7.75	0.054	2.686	0.421
585분	N-1	7.77	0.054	2.755	1.149
	N-2	7.67	0.054	2.750	0.584
	N-3	7.61	0.067	2.737	0.499
630분	O-1	7.61	0.054	2.792	1.428
	O-2	7.57	0.063	2.764	0.736
	O-3	7.51	0.063	2.736	0.561

상기 표 2 및 도 8 내지 도 11에 나타난 바와 같이, 산성광산폐수의 투입 직후, 초수를 얻을 때부터 pH가 8.4에 근접하여 배출허용기준을 만족할 수 있을 정도로 중화효과가 나타나고, 중금속들도 마찬가지로 산성광산폐수의 투입 직후, 초수를 얻을 때부터 거의 0㎎/ℓ에 가까워지며, 허용치를 밑도는 중금속제거효율을 보임을 확인할 수 있었다.

실시예 2

클링커를 중화제로 사용하고, 클링커에 침전물이 코팅되는 것을 방지하기 위하여 수중펌프로 클링커조 내의 산성폐수를 순환시켜, 강한 산성(pH 2.89)인 산성광산폐수(AMD)의 pH를 방류수 배출 허용치인 5.8 내지 8.6으로 맞추고, 철(Fe), 알루미늄(Al), 망간(Mn) 등의 중금속을 침전시킨 후, 제올라이트에 통과시킴으로써 클링커조에서 침전되지 않은 중금속들을 흡착시켜 제거하기 위한 산성폐수의 정화장치를 설계하였다.

클링커조는 폭 11㎝, 길이 45㎝의 칸막이가 설치된 직경 19㎝, 높이 50㎝의 아크릴원통에 수중펌프 20W 3개와 7.5W 1개를 물이 하방수직으로 뿜어나가게 직렬로 설치하고, 바닥에서 10㎝ 되는 곳에 투수지지대를 설치하여 그 위에 스테인레스망을 놓고 클링커(사이즈 12.7 내지 19.1㎜) 약 9ℓ(약 11㎏)을 넣었다. 클링커는 국내 시멘트회사에서 할애받은 “신담파” 클링커를 사용하였다.

침전조는 직경 9㎝의 아크릴원통에 폭 7㎝, 길이 30㎝의 칸막이를 하여 그 칸막이 사이로 산성폐수가 인입되도록 구성하였다. 바닥에서 20.5㎝ 되는 곳에 투수지지대를 설치하고, 그 위에 스테인레스망을 놓고 여과사(입경 1 내지 3㎜)를 약 10㎝ 두께로 펼쳐놓았고, 배출구는 원통 윗단에서 6㎝ 아래에 형성시켜 산성폐수가 칸막이를 통하여 침전조 밑으로 내려갔다가 위로 올라오면서 여과사층을 통과하여 상기 배출구를 통하여 나가도록 하여 제조하였다. 본 실시예 2에서는 상기한 침전조 2개를 직렬로 연결하여 사용하였다.

제올라이트조는 내경 14㎝의 아크릴원통에 칸막이를 하고 투수지지대를 설치하여 투수지지대 위에 제올라이트를 분쇄한 것을 넣는 것으로 제조하되, 체(Mesh #18 내지 6, 1 내지 3.35㎜)로 거른 것 약 2ℓ(1,859g)을 넣고, 그 위에 체(Mesh #30 내지 18, 0.6 내지 1㎜)로 거른 것 약 1.5ℓ(1,752g)를 넣었다. 모두 정제수로 세척하여 사용하였다. 배출구는 원통 윗단에서 각각 3.5㎝ 아래에 만들어 산성폐수가 칸막이를 통하여 조의 밑으로 내려갔다가 위로 올라오면서 제올라이트층을 통과하여 배출구를 통해 배출되도록 하였다. 제올라이트는 중금속 이온흡착능력이 우수하다고 알려진 구룡포 지역의 클리놉틸로라이트(Clinoptilolite) 계열의 제올라이트 광석을 구하여 돌절구로 분쇄하여 사용하였다.

설치순서는 클링커조-제1침전조-제2침전조-제올라이트조의 순서로 산성광산폐수가 통과하도록 순차로 연결하였다.

산성폐수의 공급은 정량펌프(STENNER pump(Classic single Head 85 Series)를 사용하였으며, 산성폐수는 2006년 2월 16일 강원도 도계의 삼마 태정 산성광산폐수 처리장 유입로에서 채취한 것을 사용하였다. 산성폐수는 1분당 35㎖씩 하향흐름(downflow)방식으로 클링커조 내로 유입시켰으며, 상기의 순서대로 통과시켜 제올라이트조에서 산성광산폐수가 유출되면, 제2침전조, 제올라이트조에서 출수되는 산성광산폐수 각 50㎖를 채수(처음 채수하는 것은 초수라 칭하고, 시료번호는 각각 A1, A2로 함)하여 pH를 측정하고, 이후 90분 경과 시 마다 제2침전조, 제올라이트조에서 채수(90분 마다 채수할 때 시료번호는 알파벳 순서로 정함)하여 pH를 측정하고, 각 50㎖ 씩 채수한 산성광산폐수는 여과지(Toyo 5C 150㎜, 공극사이즈 1㎛)에 두 번 여과하고, 농질산 한 방울씩을 떨어뜨려 유도결합플라즈마분광분석법(ICP)을 이용하여 중금속 함량을 검사하였으며, 그 결과를 표 3 및 도 12에 pH의 변화를, 도 13에 철(Fe)의 함량 변화를, 도 14에 알루미늄(Al)의 함량 변화를, 그리고 도 15에 망간(Mn)의 함량 변화를 각각 그래프로 나타내었다.

		pH	Fe(㎎/ℓ)	Al(㎎/ℓ)	Mn(㎎/ℓ)
허용치		5.8-8.6	3	10	10
원수		2.89	68.618	50.453	14.315
초수	A-1	8.56	ND	1.332	0.029
	A-2	8.53	0.005	0.317	0.079
1.5시간	B-1	8.38	0.025	1.438	0.048
	B-2	8.31	ND	0.889	0.104
3시간	C-1	7.54	0.015	1.281	0.361
	C-2	7.56	ND	0.701	0.090
4.5시간	D-1	7.32	0.011	1.088	0.807
	D-2	7.38	0.021	1.094	0.077
6시간	E-1	7.15	ND	1.506	0.918
	E-2	7.19	ND	0.892	0.097
7.5시간	F-1	7.06	0.011	1.731	0.903
	F-2	7.11	ND	1.147	0.160
9시간	G-1	6.99	ND	1.442	1.062
	G-2	7.05	0.013	0.898	0.250
10.5시간	H-1	6.88	0.002	1.124	1.255
	H-2	6.98	0.002	1.031	0.364
12시간	I-1	6.86	0.046	1.514	1.483
	I-2	6.93	ND	1.251	0.496
13.5시간	J-1	6.86	ND	1.451	1.774
	J-2	6.96	ND	1.198	0.609
15시간	K-1	6.84	0.061	1.502	2.045
	K-2	6.93	0.075	1.299	0.736
16.5시간	L-1	6.80	0.080	1.364	2.612
	L-2	6.86	ND	1.271	0.934
18시간	M-1	6.77	ND	1.241	2.825
	M-2	6.88	ND	1.378	1.180

상기 표 3 및 도 12 내지 도 15에 나타난 바와 같이, 산성광산폐수의 투입 직후, 초수 이후부터 pH가 5.6 내지 8.6의 허용범위 이내에 들어 배출허용기준을 만족할 수 있을 정도로 중화효과가 나타나고, 중금속들도 마찬가지로 산성광산폐수의 투입 직후, 초수를 얻을 때부터 거의 0㎎/ℓ에 가까워지며, 허용치를 밑도는 중금속제거효율을 보임을 확인할 수 있었다.

실시예 3

클링커를 중화제로 사용하되, 전처리조 내에서 클링커를 지하수로 먼저 접촉시켜 얻은 전처리수를 중화제로 사용하여 강한 산성(pH 2.73)인 산성광산폐수(AMD)의 pH를 방류수 배출 허용치인 5.8 내지 8.6으로 맞추고, 철(Fe), 알루미늄(Al), 망간(Mn) 등의 중금속을 침전시킨 후, 제올라이트에 통과시킴으로써 클링커의 중화작용으로 침전되지 않은 중금속들을 흡착시켜 제거하기 위한 산성폐수의 정화장치를 설계하였다.

전처리조는 내경 19㎝ 아크릴 원통에 바닥에서 7㎜ 되는 곳에 인입구와 바닥에서 30㎝ 되는 곳에 배출구를 만들고 바닥에서 3.5㎝ 되는 곳에 투수지지대(스테인리스 망)를 설치하고 그 위에 클링커를 채웠다. 클링커는 국내 시멘트회사에서 할애 받은 “신담파” 클링커를 체에 걸러 1㎜(Mesh#18) 내지 2.36㎜(Mesh#8) 사이즈를 선별한 것 7.5㎏을 사용하였다.

혼합조는 20 x 5 x 10cm 사각수조에 격판(baffle)들을 설치하여 상기 전처리수와 산성광산폐수가 이 혼합조를 통과하면서 잘 섞이도록 하였다.

제1침전조는 내경 19㎝인 아크릴 원통에 폭 11㎝, 길이 30㎝의 칸막이를 하여 그 칸막이 사이로 혼합조에서 유출된 산성광산폐수를 흘려넣도록 만들었다. 바닥에서 20㎝ 되는 곳과 30㎝ 되는 곳에 투수지지대를 설치하고, 그 위에 스테인리스망을 놓고 여과사(사이즈 : 3.35 내지 5㎜)를 약 2㎝ 두께로 펼쳐 놓았다. 배출구는 원통 윗단에서 3.5㎝ 아래에 만들어 산성광산폐수가 칸막이를 통하여 침전조 밑으로 내려갔다 위로 올라오면서 여과사를 통과하여 이 배출구로 나가도록 하였다.

제2침전조는 내경 9㎝인 아크릴원통에 폭 7㎝, 길이 30㎝의 칸막이를 하여 그 칸막이 사이로 제1침전조에서 유출된 산성광산폐수를 흘려 넣도록 만들었다. 바닥에서 20.5㎝ 되는 곳에 투수지지대를 설치하고, 그 위에 스테인레스망을 놓고 여과사(사이즈 1 내지 3㎜)를 약 7㎝ 두께로 펼쳐 놓았다. 배출구는 원통 윗단에서 6㎝ 아래에 만들어 산성광산폐수가 칸막이를 통하여 침전조 밑으로 내려갔다 위로 올라오면서 여과사를 통과하여 이 배출구로 나가도록 하였다.

제1제올라이트조는 내경 14㎝의 아크릴원통에 칸막이를 하고, 받침대를 설치하여 받침대 위에 정제수로 세척한 제올라이트 약 3.5ℓ(3,329g)를 넣었다. 배출구는 원통 윗단에서 3.5㎝ 아래에 만들어 산성광산폐수가 칸막이를 통하여 제올라이트조 밑으로 내려갔다 위로 올라오면서 제올라이트를 통과하여 이 배출구로 나가도록 하였다.

제2제올라이트조는 내경 9㎝의 아크릴원통에 칸막이를 하고, 투수지지대를 설치하여 투수지지대 위에 정제수로 세척한 제올라이트 약 1ℓ(951g)을 넣었다. 배출 구는 원통 윗단에서 4.5㎝ 아래에 만들어 산성광산폐수가 칸막이를 통하여 제올라이트조 밑으로 내려갔다 위로 올라오면서 제올라이트를 통과하여 이 배출구로 나가도록 하였다. 제올라이트는 중금속 이온 흡착능력이 우수하다고 알려진 구룡포 지역의 Clinoptilolite 계열의 제올라이트 광석을 구하여 돌절구로 분쇄, 체(Mesh #6 내지 18, 1 내지 3.35mm)로 거르고 정제수로 세척하여 사용하였다.

설치순서는 전처리조-혼합조-제1침전조-제2침전조-제1제올라이트조-제2제올라이트조의 순서로 산성광산폐수가 통과하도록 순차로 연결하였다.

산성폐수와 지하수의 공급은 모두 정량펌프(STENNER pump(Classic single Head 85 Series 와 MITYFLEX Peristaltic Pump(Model No. 913-24127)를 사용하였으며, 산성폐수는 2006년 1월 6일 강원도 도계의 삼마 태정 산성광산폐수 처리장 유입로에서 채취한 것을 사용하였다. 지하수는 1분당 50㎖씩 상향흐름(upflow)방식으로 전처리조 내로 유입시켜 클링커 반응조를 통과하여 나오면 혼합반응조로 유입 시키고, 동시에 정량펌프를 이용하여 산성폐수를 1분당 50㎖ 씩 혼합반응조로 유입시켜 클링커 반응조를 통과한 반응수와 혼합하여 혼합반응조를 통과시킨 후 수두차를 이용하여 상기의 순서대로 통과시켜 제2제올라이트조에서 산성광산폐수가 유출되면, 제2침전조, 제2제올라이트조에서 출수되는 산성광산폐수 각 50㎖를 채수(처음 채수하는 것은 초수라 칭하고, 시료번호는 각각 A1, A2로 함)하여 pH를 측정하고, 이후 2시간 경과 시 마다 제2침전조, 제2제올라이트조에서 채수(2시간 마다 채수할 때 시료번호는 알파벳 순서로 정함)하여 pH를 측정하고, 각 50㎖ 씩 채수한 산성광산폐수는 여과지(Toyo 5C 150㎜, 공극사이즈 1㎛)에 두 번 여과하고, 농질산 한 방울씩을 떨어뜨려 유도결합플라즈마분광분석법(ICP)을 이용하여 중금속 함량을 검사하였으며, 그 결과를 표 4 및 도 16에 pH의 변화를, 도 17에 철(Fe)의 함량 변화를, 도 18에 알루미늄(Al)의 함량 변화를, 그리고 도 19에 망간(Mn)의 함량 변화를 각각 그래프로 나타내었다.

		pH	Fe(㎎/ℓ)	Al(㎎/ℓ)	Mn(㎎/ℓ)
허용치		5.8-8.6	3	10	10
원수		2.73	51.533	32.942	9.579
초수	A-1	8.58	0.014	0.752	0.007
	A-2	8.43	0.084	0.035	0.025
2시간	B-1	8.47	0.100	0.821	0.156
	B-2	8.37	0.005	0.326	0.048
4시간	C-1	8.48	0.100	0.901	0.061
	C-2	8.39	0.009	0.478	0.056
6시간	D-1	8.45	0.040	0.891	0.125
	D-2	8.35	0.031	0.615	0.064
8시간	E-1	8.43	0.019	0.940	0.100
	E-2	8.34	0.056	0.574	0.048
10시간	F-1	8.46	ND	0.885	0.219
	F-2	8.36	0.041	0.659	0.059

상기 표 4 및 도 16 내지 도 19에 나타난 바와 같이, 산성광산폐수의 투입 직후, 초수 이후부터 pH가 5.6 내지 8.6의 허용범위 이내에 들어 배출허용기준을 만족할 수 있을 정도로 중화효과가 나타나고, 중금속들도 마찬가지로 산성광산폐수의 투입 직후, 초수를 얻을 때부터 거의 0㎎/ℓ에 가까워지며, 허용치를 밑도는 중금속제거효율을 보임을 확인할 수 있었다.

따라서 본 발명에 의하면 염기성의 클링커에 의한 중화작용과 제올라이트의 흡착작용을 이용하여 산성광산폐수와 같이 중금속을 많이 함유하는 산성폐수를 정화시키기 위한 장치 및 방법을 제공하는 효과가 있으며, 그에 의해 산성폐수, 특히 산성광산폐수 등을 효과적으로 정화시킬 수 있도록 하며, 넓은 면적이나 시설 등을 요구하지 않으면서도 효과적인 폐수의 정화를 가능하게 하여 자연보호 및 환경오염의 방지 등에 기여토록 할 수 있다.

이상에서 본 발명은 기재된 구체 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (12)

1. 산성폐수의 정화장치에 있어서,

   클링커로 이루어지는 클링커층을 포함하는 클링커조와; 상기 클링커조와 유체적으로 연결되며, 제올라이트로 이루어지는 제올라이트층을 포함하는 적어도 하나 이상의 제올라이트조;를 포함하며, 산성폐수가 상기 클링커층과 제올라이트층을 통과하도록 이루어지고,

   상기 클링커조의 내부에, 상기 클링커를 움직여주거나 산성폐수를 순환되게 하여 침전물이 클링커에 흡착하는 것을 억제하는 것으로서 기포발생기, 수중펌프, 진동기 및 교반기들 중에서 선택된 어느 한 가지 또는 2가지 이상이 취부되어 이루어짐을 특징으로 하는 산성폐수의 정화장치.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 클링커조와 제올라이트조 사이에 상기 클링커조 및 제올라이트조와 유체적으로 연결된 적어도 하나 이상의 침전조를 더 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 산성폐수의 정화장치.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 침전조가 여과사로 이루어지는 여과사층을 포함하며 상향흐름(upflow)방식으로 이루어짐을 특징으로 하는 산성폐수의 정화장치.
5. 산성폐수의 정화장치에 있어서,

   클링커로 이루어지는 클링커층을 포함하는 전처리조와; 상기 전처리조와 유체적으로 연결되어 상기 전처리조로부터 유입되는 전처리수인입구와, 산성폐수인입구를 포함하여 이루어지는 혼합조와; 상기 혼합조와 유체적으로 연결되며, 제올라이트로 이루어지는 제올라이트층을 포함하는 적어도 하나 이상의 제올라이트조;를 포함하며, 전처리조를 통과한 물이 상기 혼합조에서 산성폐수와 혼합된 후 제올라이트층을 통과하도록 이루어지고, 상기 혼합조에는 유체의 흐름 방향을 바꾸어 상기 전치리조를 통과한 물과 산성폐수의 혼합을 촉진시키는 적어도 하나 이상의 격판이 설치된 것을 특징으로 하는 산성폐수의 정화장치.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 클링커조와 제올라이트조 사이에 상기 클링커조 및 제올라이트조와 유체적으로 연결된 적어도 하나 이상의 침전조를 더 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 산성폐수의 정화장치.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 침전조가 여과사로 이루어지는 여과사층을 포함하며 상향흐름(upflow)방식으로 하여 이루어짐을 특징으로 하는 산성폐수의 정화장치.
8. 산성폐수의 정화방법에 있어서,

   (1) 처리하고자 하는 산성폐수를 클링커와 접촉시켜 중화시키는 중화단계; 및

   (2) 상기 중화단계를 거친 산성폐수를 제올라이트와 접촉시켜 침강되지 않은 미세한 고형분을 흡착시키고, 미반응의 양이온들을 이온교환에 의해 제거시키는 흡착단계;를 포함하되,

   (3) 상기 중화단계에서 중화되는 동안에 클링커 입자를 움직여주거나 산성폐수를 순환되게 하여 침전물이 클링커에 흡착하는 것을 억제하는 단계로서, 기포를 공급하는 기포공급단계; 수중 펌핑단계; 클링커층에 진동을 일으키는 진동단계; 및 클링커 입자를 교반하여 주는 교반단계;로부터 선택된 하나 이상의 단계를 더 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 산성폐수의 정화방법.
9. 삭제
10. 제 8 항에 있어서,

    상기 흡착단계 이전에 침전물들을 침전 및 여과시켜 제거하는 침전여과단계를 더 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 산성폐수의 정화방법.
11. 산성폐수의 정화방법에 있어서,

    (1) 클링커를 물과 접촉시켜 전처리수를 수득하는 단계;

    (2) 상기 전처리수를 격판이 설치된 혼합조에 유입시켜 처리하고자 하는 산성폐수와 혼합시켜 중화시키는 단계;

    (3) 상기 중화단계를 거친 산성폐수를 제올라이트와 접촉시켜 침강되지 않은 미세한 고형분을 흡착시키고, 미반응의 양이온들을 이온교환에 의해 제거시키는 흡착단계;를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 산성폐수의 정화방법.
12. 제 11 항에 있어서,

    상기 흡착단계 이전에 침전물들을 침전 및 여과시켜 제거하는 침전여과단계를 더 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 산성폐수의 정화방법.

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