KR100732464B1 - 중금속 흡착 제거제 및 이를 이용한 중금속 제거 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐수중 저농도로 함유된 구리와 니켈을 효율적으로 제거할 수 있는 미세 조류를 포함하는 중금속 흡착 제거제 및 이를 이용한 중금속 제거 방법에 관한 것이다. 상기 중금속의 제거 방법은 폐수에 미세 조류를 투입하여 흡착반응에 의하여 구리와 니켈을 제거하고, 구리와 니켈을 함유한 흡착제를 침강시켜 제거한 후 폐수를 방류하는 공정을 포함한다.

미세조류,흡착,구리,니켈,폐수

Description

중금속 흡착 제거제 및 이를 이용한 중금속 제거 방법{HEAVY METAL ABSORBENT AND METHOD FOR REMOVING HEAVY METAL USING THE SAME}

도 1은 폐수중 중금속의 제거공정을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 2는 중금속 함유 폐수에 본 발명에 따른 흡착 제거제를 투입한 후 교반시간에 따른 폐수에 존재하는 구리와 니켈의 흡착량을 도시한 그래프이다.

[산업상 이용 분야]

본 발명은 중금속 흡착 제거제 및 이를 이용한 중금속 제거 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 폐수중 중금속을 효율적으로 제거할 수 있는 흡착 제거제 및 이를 이용한 중금속 제거 방법에 관한 것이다.

[종래 기술]

산업발전과 더불어 발생되는 폐기물의 적정 처리 문제가 경제 규모가 커짐에 따라 심각한 문제로 대두되고 있다. 자연계에 방출되는 각종 폐수 속의 중금속은 동식물뿐만 아니라 인간에 대해서도 나쁜 영향을 미칠 수 있으므로 이의 제거가 필수적으로 요청된다.

산업적으로 중금속 제거에 자주 활용되는 방법으로는 수산화물이나 황화물 형태로 침전시키는 방법, 이온교환 방법, 활성탄을 이용한 흡착 처리 방법, 전기화학적인 처리 방법, 용매추출, 및 증발법 등이 사용되고 있다. 그러나 이들 방법은 처리 비용이 많이 들고, 항목에 따라 불완전하게 제거되기도 하며, pH 조건에 제약을 받거나 고농도의 경우로 한정되거나 또는 유해한 슬러지나 부산물을 생성하는 단점들을 갖고 있다.

따라서, 환경친화적이면서도 중금속에 대한 높은 선택성 및 효율성을 가지는 생물학적 방법이 필요한데, 생물학적인 방법으로 중금속을 제거할 경우 중금속만을 선택적으로 제거할 수 있으며, 적당한 고정화 방법을 이용하면 기존의 중금속 제거 공정과 비교하여 경제성 및 효율성이 높다.

그러나 이제까지 개발된 생물학적 방법은 고농도의 중금속을 제거하는 데 사용되는 것이며 저농도의 중금속을 제거하는 방법에 대해서는 개발이 미미한 실정이다. 또한 이제까지 개발된 생물학적 방법은 여러 가지 원생동물, 박테리아, 효모 등 생체의 미생물을 이용하는 것에 한정되는 방법이었다.

본 발명의 목적은 저농도의 구리와 니켈을 효율적으로 제거하여 수질 환경을 개선할 수 있는 저가의 중금속 흡착 제거제를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기 중금속 흡착 제거제를 이용하여 경제적인 방법으로 폐수중 저농도로 존재하는 구리와 니켈을 제거하는 방법을 제공하기 위한 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 미세 조류를 포함하는 중금속 흡착 제거제를 제공한다. 상기 미세 조류는 사체(死體)일 수 있다.

본 발명은 또한 폐수에 미세 조류를 투입하여 흡착반응에 의하여 중금속을 제거하고, 중금속을 함유한 흡착제를 침강시켜 제거한 후 폐수를 방류하는 공정을 포함하는 중금속 제거 방법을 제공한다.

이하 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.

본 발명에서는 폐수 중의 저농도의 구리(Cu)와 니켈(Ni)을 흡착 제거하기 위하여 미세 조류를 흡착제로 사용한다. 상기 저농도는 금속이 폐수중에 10ppm 이하, 바람직하게는 1 내지 10ppm의 양으로 존재하는 경우를 의미한다. 상기 미세 조류로는 클로렐라 불가리스 (Chlorella vulgaris), 클로렐라 피레노이도사 (C.pyrenoidosa), 클로렐라 엘립소이데아 (C.ellipsoidea) 등이 있으며, 이들은 담수 중에서 쉽게 볼 수 있는 단세포 녹조류이다.

상기 미세 조류는 살아 있는 상태로 사용할 수도 있고, 사체로 사용할 수도 있다. 즉 미세 조류 사체를 일정한 형태로 성형하여 흡착제로 사용할 수 있다. 미세 조류 사체는 펠렛 형태로 성형될 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다,

상기 미세 조류는 5 mg/l 이상으로 투입하는 것이 바람직하고 5 내지 1000 mg/l의 양으로 사용되는 것이 바람직하고, 5 내지 100 mg/l의 양으로 사용되는 것이 더 바람직하고 5 내지 50 mg/l의 양으로 사용되는 것이 더욱 더 바람직하다. 사용량이 5 mg/l 미만이면 흡착 제거효과가 작아질 수 있으며, 1000 mg/l를 초과하는 경우에는 초기 흡착능이 떨어지고 경제적이지 못한 문제가 있다.

이하에서는 상기 미세 조류 흡착제를 이용한 중금속 제거 방법을 설명한다.

도 1은 본 발명의 중금속 흡착 제거 공정을 개략적으로 도시한 것이다. 먼저 폐수가 담긴 흡착 반응조(1)에 미세 조류(3)를 투입한 후 교반기(5)로 교반하여 흡착제거 반응을 실시한다.

흡착 반응시간은 30분 이상인 것이 바람직하고, 40분 내지 1.5 시간인 것이 더 바람직하다. 흡착 반응시간이 30분 미만이면 흡착 반응이 충분히 이루어지지 않을 가능성이 있으며, 1.5 시간을 초과하면 경제적이지 못할 수 있다.

상기 흡착 반응조(1)에서 교반을 중지하면 흡착 반응에 의하여 구리와 니켈은 미세 조류 흡착제와 함께 침강되고 구리와 니켈이 제거된 폐수는 방출된다. 또한 도 1에 도시된 바와 같이 흡착 반응조(1)에서 침강조(7)로 옮겨 구리와 니켈이 흡착된 미세 조류는 침강시키고 나머지 폐수는 침강조(7)를 거쳐 방류되도록 할 수도 있다. 본 발명에 따르면 구리는 96% 이상, 니켈은 93% 이상 제거 가능하다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기한 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일 뿐 본 발명이 하기한 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

(실시예 1)

클로렐라 불가리스를 Chu-10 메디아를 이용, pH 6.0 에서 배양하였다. 이렇게 배양된 클로렐라 불가리스 종은 배양액 내에서 분리된 후 원심분리를 통해 펠렛 형태로 만들어지고 증류수로 2~3번 정도 씻어내었다.

이와 같이 만들어진 펠렛을 니켈과 구리의 농도가 10ppm 이내인 폐수가 들어 있는 흡착 반응조에 하기 표 1에 기재된 양으로 투입하였다. 투입 후 30분 동안 흡착 반응을 실시한 결과를 하기 표 1에 기재하였다.

[표 1]

클로렐라 투입량 (mg/l)	Cu (mg/g)	Ni (mg/g)
5	22.6	12.3
50	13.1	10.3
100	8.6	7.1
1000	6.1	4.6

상기 표 1에서 보는 바와 같이 폐수 내 투입하는 클로렐라 불가리스의 투입량은 5 mg/l 이상이면 중금속 제거 효율이 우수함을 알 수 있다. 클로렐라의 투입량이 증가할수록 흡착량이 줄어드는 것은 클로렐라 세포들간의 거리가 클수록 흡착되는 중금속 양이 커질 수 있기 때문이다. 다시 말하면 단위 부피당 클로렐라 투입량이 클수록 클로렐라 세포들이 더 밀집하게 되어 중금속 제거 효율이 떨어질 수 있기 때문이다.

클로렐라의 투입량 50 mg/l 수준일 때의 구리와 니켈의 흡착량을 도 2에 도시하였다. 도 2에 도시된 바와 같이 클로렐라 펠렛 투입 후 30 분 이내에 중금속 제거 반응이 모두 마무리됨을 알 수 있다.

(실시예 2)

클로렐라 피레노이도사 (C.pyrenoidosa) 펠렛을 이용하여 실시예 1과 동일한 방법으로 중금속 흡착 실험을 행하였다. 클로렐라 피레노이도사를 이용한 실시예 2 또한 실시예 1과 마찬가지로 5 mg/l 이상에서 우수한 중금속 제거능을 보였다.

상술한 바와 같이, 본 발명에서는 저가의 미세 조류를 중금속 흡착제로 활용함으로써 경제적인 방법으로 폐수 중 구리와 니켈을 제거할 수 있다. 본 발명의 미세 조류 흡착제는 10ppm 이하의 저농도의 중금속을 함유하는 폐수에 효과적으로 사용될 수 있다.

Claims (9)

1. 클로렐라 불가리스(Chlorella vulgaris), 클로렐라 피레노이도사(C.pyrenoidosa), 클로렐라 엘립소이데아(C.ellipsoidea) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 미세 조류를 포함하는 중금속 흡착 제거제.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,

   상기 미세 조류는 사체(死體)인 것인 중금속 흡착 제거제.
4. 제1항에 있어서

   상기 중금속은 구리와 니켈인 것인 중금속 흡착 제거제.
5. 폐수에 클로렐라 불가리스(Chlorella vulgaris), 클로렐라 피레노이도사(C.pyrenoidosa), 클로렐라 엘립소이데아(C.ellipsoidea) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 미세 조류를 투입하여 흡착반응에 의하여 중금속을 제거하고,

   중금속을 함유한 흡착제를 침강시켜 제거한 후 폐수를 방류하는 공정

   을 포함하는 중금속 제거 방법.
6. 삭제
7. 제5항에 있어서,

   상기 미세 조류는 사체인 것인 중금속 제거 방법.
8. 제5항에 있어서,

   상기 중금속은 구리와 니켈인 중금속 제거 방법.
9. 제5항에 있어서,

   상기 중금속은 폐수 내 10 ppm 이하의 저농도로 존재하는 것인 중금속 제거 방법.

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