KR100753547B1

KR100753547B1 - 산성광산배수 자연정화식 처리장치

Info

Publication number: KR100753547B1
Application number: KR1020070048865A
Authority: KR
Inventors: 심연식; 최상욱
Original assignee: 광해방지사업단
Priority date: 2007-05-18
Filing date: 2007-05-18
Publication date: 2007-08-30

Abstract

본 발명은 산성광산배수 자연정화식 처리장치에 관한 것으로서, 특히 산성광산배수의 배출경로 상에 배치되고 내부에 유기물 층과 석회석 층이 상하로 적층된 조(槽)와, 상기 석회석 층의 하부에 일측이 연결되어 상기 유기물 층과 석회석 층을 통과한 산성광산배수가 조의 외부로 방류되는 방류파이프와, 일측이 상기 방류파이프의 타측과 연통되어 방류된 산성광산배수가 유입됨과 아울러 내부 중앙에 상하로 적층되는 복수개의 칸막이로 구성된 수문이 설치되어 타측에 설치된 배출관을 통하여 산성광산 배수가 배출되는 수위를 조절할 수 있는 맨홀로 구성되어, 상기 맨홀의 칸막이 높이를 조절함으로서 조의 산성광산배수를 외부로 일시에 많은 양을 배출될 수 있도록 함으로써 석회석 층에 대한 플러싱(flushing, 세척) 효과를 얻을 수 있다.

산성광산배수, AMD, SAPS, RAPS, 맨홀

Description

산성광산배수 자연정화식 처리장치{Passive treatment apparatus of Acid mine drainage}

도 1은 본 발명에 의한 산성광산배수 자연정화식 처리장치가 설치된 모습을 보인 개략도.

도 2는 본 발명에 의한 산성광산배수 자연정화식 처리장치의 맨홀과 수문의 모습을 보인 사시도.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

10: 폐광 20: 조(槽)

22: 유기물층 24: 석회석층

26: 산성광산배수 30: 방류파이프

40: 맨홀 42: 배출관

44: 가이드레일 50: 수문

52: 칸막이 52a: 본체부

52a′: 손잡이 52b: 상향돌출부

52c: 하향돌출부

본 발명은 산성광산배수 자연정화식 처리장치에 관한 것으로서, 특히 처리 조 내의 산성광산배수의 수위를 조절할 수 있을 뿐만 아니라, 산성광산 배수에 용해되어 있는 알루미늄성분이 젤라틴 형태의 침전물을 형성하면서 석회석 층의 공극을 축소시키고 석회석의 용해 작용을 방해하여 중화력을 저하시킬 때 일시에 많은 양의 산성광산배수를 흘려 내 보냄으로서 석회석 층에 대한 플러싱(flushing, 세척)효과를 얻을 수 있는 산성광산배수 자연정화식 처리장치에 관한 것이다.

그동안 우리나라는 경제발전을 제 1모토로 하여 지속적인 산업화를 추구해옴에 따라, 이에 소모되는 에너지원을 개발하기 위하여 탄광을 지속적으로 개발하였고, 그 이후 경제성 등 여러 가지 이유로 기존에 사용되던 많은 탄광들이 휴광 또는 폐광되었다.

이렇게 휴·폐광된 광산에서는 오랜 시간동안 갱내부에서 외부로 물이 유출되는데, 이러한 물은 산성이고 철, 알루미늄, 망간 등 여러 가지 중금속이 포함되어 있어 하천에 예로우보이현상은 물론 인근 지하수나 토지 등에 스며들게 되고, 이로 인하여 환경오염을 유발한다.

휴,폐광된 광산으로 인하여 발생되는 환경오염으로는 지반 침하, 폐석과 광미의 유실로 인한 하천 매몰 및 토양의 중금속오염, 갱구 유출수와 폐석 침출수에 의한 수질오염 등을 들 수 있다. 특히, 금속광산은 물론 석탄광산 갱도 및 폐더미로 부터 나오는 이른바 산성광산배수에 의한 수질오염 문제는 1990년대 중반 이후 상당히 심각하게 대두되기 시작하였다.

산성광산배수는 대기 중에 노출된 황철석, 백철석(FeS₂) 등의 황화광물이 공기 중의 산소 및 물과 반응하여 산화되면서 형성되며, pH가 낮아 산성을 띠고 있고, 황산염을 비롯한 철, 알루미늄, 망간 등 금속함량이 높은 것이 특징이다.

황철석의 산화반응은 다음 식들과 같다.

위 식에서 나타난 바와 같이, 황철석은 산화되면서 철 이온 및 황산 이온이 발생되고 수소 이온으로 인해 산성화된다.

이러한 산성광산배수는 낮은 pH로 인해 독성 중금속의 이동도가 높아 주변 지표수와 지하수를 오염시켜 수중 생태계를 파괴시킬 뿐만 아니라, 금속 이온들이 산화되어 철, 알루미눔, 망간등의 금속 수산화물로 침전되어 하천바닥에 적갈색(철수산화물, Fe(OH)₃) 또는 백색(알루미늄수산화물, Al(OH)₃)의 침전물을 발생(yellow boy현상)시켜 미관을 해치게 된다.

이러한 산성광산배수의 정화방법은 크게 적극적 처리법(active treatment)과 소극적 처리법(passive treatment)으로 나뉘어 진다. 적극적 처리법은 중화제와 같은 화공약품을 이용한 pH조절, 응집, 침전 등의 공정을 말하며, 대표적인 적극적 처리법으로는 물리화학적 처리법이 있다.

그러나, 이러한 적극적 처리법은 처리효율은 좋지만 기게설비, 화학약품, 인력, 동력 등이 지속적으로 투입되어야 하므로 운영·유지비용이 지속적으로 많이 든다는 문제가 있으므로, 시설투자비와 유지비가 적극적 처리법에 비하여 매우 적게 소모되는 소극적 처리법이 많이 이용되고 있다.

이러한 소극적 처리법으로는 ALDs(anoxic limestone drains), OLD(oxic limestone drains) 등의 석회석을 이용한 중화 처리방식과 호기성 및 혐기성 인공 소택지방식, 그리고 이들의 혼합형인 SAPS(successive alkalinity-producing systems) 또는 RAPS 등이 있다.

상기 SAPS는 산성광산배수의 배출 경로상에 커다란 웅덩이 형태의 조(槽)를 형성하고, 이 조의 하부에 석회석 층을 깔고 이 석회석 층의 상부에 유기물 층을 적층하여 ALD와 인공소택지를 혼합한 구조이다. 이러한 유기물로는 버섯퇴비, 톱밥 또는 하수슬러지 등이 사용된다.

한편, 상기 유기물 층에는 황산염 환원균(SRB: surfate reducing bacteria)이 내포되어 있다. 상기 황산염 환원균은 우리 주변의 황산염과 유기물이 충분히 있는 환원환경에서 흔히 볼 수 있는 미생물이다.

상기한 바와 같이 구성되는 SAPS에서 산성광산배수는 갱도로부터 외부로 배출되어 조의 개구된 상면을 통하여 조의 내부로 유입되고 중력의 법칙에 따라 아랫방향으로 흐르게 된다. 즉, 상기 산성광산배수는 유기물 층을 거쳐 석회석 층으로 흘러 들어가며, 이 석회석 층에 연결되어 있는 방류파이프를 따라 조의 외부로 배출된다.

이렇게 산성광산배수가 배출되는 도중에 상기 유기물 층의 황산염 환원균은 대사작용을 일으키고, 이 대사 작용에 의하여 산성광산배수내의 황산염은 황화수소로 환원되고 알칼리도가 발생되며, 산성광산 배수 내에 있던 금속 이온, 특히 철 등은 황화수소와 결합하여 유기물 층에 충적되고 황화수소와 결합되지 못하는 성질이 있는 알루미늄은 석회석 층에서 젤라틴 형태의 알루미늄수산화물 침전물로 됨으로서 정화작용이 수행된다.

그러나, 상기한 종래의 SAPS는 건설 되고 가동 개시 후 일정기간동안 유기물 층이 산성광산배수로 포화되는 기간과 포화된 후에 투수성이 저감되는 현상이 있 고, 가동시간이 경과하면서는 황화수소와 결합한 금속이온의 침전물이 유기물 층에 충적되고 알루미늄 침전물이 석회석 층에 쌓여 석회석 층의 공극을 축소시키고 석회석의 표면적을 감소시켜 용해작용을 방해함으로서 중화력을 저감시키는(알칼리도의 생성을 저해하는) 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 일측이 석회석 층 바닥과 연결되어 산성광산배수를 조의 외부로 배출시키는 방류파이프의 타측에 산성광산배수의 수위를 조절할 수 있는 맨홀을 설치하여 처리조의 유기물이 산성광산 배수로 포화되었을 때 감소할 수 있는 투수성을 보상하기 위한 수두차를 조절할 수 있는 산성광산배수 자연정화식 처리장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 알루미늄 수산화물 침전물에 의하여 석회석 층의 공극이 축소되어 산성광산배수의 흐름이 저하되고 석회석의 용해작용을 방해하여 알카리 공급기능이 저하됨으로써 상기 침전물의 제거가 필요할 때 방류 맨홀의 수위를 낮추어 줌으로서 산성광산배수의 배출수량을 일시적으로 증가시켜 석회석 층에 대한 플러싱(flushing, 세척)효과를 얻을 수 있는 산성광산배수 자연정화식 처리장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 산성광산배수 자연정화식 처리장치는 산성광산배수의 배출경로상에 배치되고 내부에 유기물층과 석회석층이 상하로 적층된 조(槽)와, 상기 석회석 층의 하부 바닥에 일측이 연결되어 상기 유기물 층과 석회석 층을 통과한 산성광산배수가 조의 외부로 방류되는 방류파이프와, 일측이 상기 방류파이프의 타측과 연통되어 방류된 산성광산배수가 유입됨과 아울러 내부 중앙에 상하로 적층되는 복수개의 칸막이로 구성된 수문이 설치되어 칸막이의 높이를 조절함으로서 조의 수위를 조절할 수 있는 맨홀로 구성된다.

이하, 본 발명에 의한 산성광산배수 자연정화식 처리장치의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 산성광산배수 자연정화식 처리장치가 설치된 모습을 보인 개략도이고, 도 2는 본 발명에 의한 산성광산배수 자연정화식 처리장치의 맨홀과 복수개의 높이 조절 칸막이를 보인 사시도이다.

본 발명에 의한 산성광산배수 자연정화식 처리장치는 폐광(10)의 갱도로부터 배출되는 산성광산배수의 배출경로 상에 설치되는 조(槽,20)와, 일측이 상기 조(20)의 하측에 연결된 방류파이프(30)와, 상기 방류파이프(30)의 타측에 연결된 맨홀(40)을 포함하여 구성된다.

상기 조(20)는 상면이 개구되고 내부에 소정공간이 마련된 웅덩이 형태로 형성되는데, 상기 조(20)의 내부에는 그 하측에 석회석층(24)이 소정높이로 쌓이고, 상기 석회석층(24)의 상측에는 소정높이의 유기물층(22)이 적층되며, 이렇게 적층된 유기물 층(22)의 상측에 폐광(10)의 갱도로부터 배출된 산성광산배수(26)가 유입되어 일정높이를 이룬다.

상기 방류파이프(30)는 좌측 끝단이 상기 조(20)를 관통하여 상기 석회석층(24)의 하부에 매립되고, 중력에 의하여 상기 유기물층(22)과 석회석층(24)을 통과한 산성광산배수(26)를 상기 조(20)의 외부로 방류한다.

상기 맨홀(40)은 내부에 빈 공간이 형성된 직육면체 형상으로, 그 높이는 상기 조(20)의 높이와 같거나 그보다 조금 높게 형성시키고, 맨홀(40)의 좌측 하단은 상기 방류파이프(30)의 우측단과 연통되어 상기 방류파이프(30)를 통하여 방류된 산성광산배수(26)가 유입된다. 물론, 상기 맨홀(40)의 형상을 반드시 직육면체로 구성하여야만 하는 것은 아니고 설치환경에 따라서 원통형 등 여러 가지 형상으로 구성할 수 있다.

그리고, 상기 맨홀(40)의 우측 하단, 좀 더 자세하게는 상기 방류파이프(30)가 연결되는 맨홀(40)의 좌측 하단에 대향되는 우측 하단에는 상기 방류파이프(30)와 동일한 직경을 갖는 배출관(42)이 형성된다.

한편, 상기 방류파이프(30)와 배출관(42) 사이 즉, 상기 맨홀(40)의 내부 중앙에는 높이조절이 가능한 복수개의 칸막이 수문(50)이 맨홀(40)의 전후면을 가로질러 설치된다.

상기 수문(50)은 복수개의 칸막이(52)가 상하방향으로 착탈 가능하게 적층되어 형성된 것이다.

상기 칸막이(52)는 직육면체 형상으로 구성되고 좌/우측면에 손잡이(52a′)가 형성된 본체부(52a)와, 상기 본체부(52a)의 좌측 상단에서 소정높이로 돌출된 상향돌출부(52b)와, 상기 본체부(52a)의 우측 하단에서 상기 상향돌출부(52b)와 동일한 높이로 돌출되어 형성된 하향돌출부(52c)로 구성된다. 따라서, 상기 상향돌출부(52b)와 하향돌출부(52c)는 상기 본체부(52a)를 기준으로 하여 대각선방향으로 동일한 크기로 형성된다.

이렇게 형성된 칸막이(52)를 상하로 적층시킬 때는 상부에 배치되는 칸막이의 하향돌출부(52c)가 하부에 배치되는 칸막이의 상향돌출부(52b) 우측에 끼워지는 형태로 적층된다. 따라서, 상부에 배치되는 칸막이의 하향돌출부(52c)와 하부에 배치되는 상향돌출부(52b)가 끼움되는 형태로 적층되므로, 유기물 층(22)과 석회석 층을 통과한 이후 맨홀(40) 내부로 유입된 산성광산배수가 칸막이(52) 사이로 누수되는 것을 효과적으로 차단할 수 있다.

한편, 상기한 바와 같은 복수개의 칸막이(52)로 구성된 수문(50)을 맨홀(40)의 내부에 설치하고 상기 수문(50)을 지탱할 수 있는 별다른 지지수단을 마련하지 않으면 맨홀(40) 내부로 유입된 산성광산배수의 압력에 의하여 수문(50)이 무너질 수 있다. 따라서, 상기 맨홀(40)의 내부에는 상기 복수개의 칸막이(52)가 슬라이딩될 수 있도록 전면 중앙과 후면 중앙에 상하방향으로 길게 가이드레일(44)을 형성시킨다.

이렇게 가이드레일(44)을 형성시키면 맨홀(40) 내부에 유입된 산성광산배수가 고수위가 된다 하더라도 수문(50)이 무너지지 않을 뿐만 아니라 칸막이(52)를 적층시킬 때도 상기 가이드레일(44)이 칸막이(52)의 이동로 역할을 수행하여 칸막이(52)의 적층작업이 훨씬 수월해진다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 산성광산배수 자연정화식 처리장치는 적층되는 칸막이의 개수를 조절하여 맨홀 내에 저장되는 산성광산배수의 수위를 조절함으로서 궁극적으로는 조의 수위를 조절할 수 있으므로 산성광산배수가 공극이 작은 유기물 층을 통과할 때 소모되는 투수력을 수두차로 제어해 줄 수 있을 뿐 아니라, 석회석 층에 쌓일 수 있는 알루미늄수산화물 침전물로 인하여 공극이 축소되고 용해율이 떨어져 알칼리의 공급의 감소로 중화력 떨어졌을 때, 맨홀 내에 적층되어 있던 칸막이들 중에서 다수개의 칸막이를 제거하면 일시에 많은 양의 산성광산배수가 배출되고, 이에 따라 석회석층을 투과하는 산성광산배수의 양도 많아져서 그 유속에 의하여 석회석 층에 쌓인 침전물을 제거함으로써 상기 석회석 층에 대한 플러싱(flushing, 세척)효과를 얻을 수 있는 이점이 있다.

또한, 각각의 칸막이에 손잡이가 부착되어 상기 칸막이의 적층과 해체작업이 수월한 이점이 있다.

Claims

산성광산배수의 배출경로상에 배치되고, 내부에 유기물층(22)과 석회석층이 상하로 적층된 조(槽)와;

상기 석회석층의 하부에 일측이 연결되어 상기 유기물층(22)과 석회석층을 통과한 산성광산배수가 조의 외부로 방류되는 방류파이프와;

일측이 상기 방류파이프의 타측과 연통되어 방류된 산성광산배수가 유입됨과 아울러 타측에 설치된 배출관을 통하여 유입된 산성광산배수를 외부로 배출하는 맨홀로 구성되되,

상기 맨홀은 내부 중앙에 높이조절이 가능한 수문이 전후면을 가로질러 설치된 것을 특징으로 하는 산성광산배수 자연정화식 처리장치.
청구항 1에 있어서,

상기 수문은 복수개의 칸막이가 상하방향으로 착탈가능하게 적층되어 형성된 것을 특징으로 하는 산성광산배수 자연정화식 처리장치.
청구항 2에 있어서,

상기 맨홀은 상기 복수개의 칸막이가 슬라이딩될 수 있도록 내측전면 중앙과 내측후면 중앙에 상하방향으로 가이드레일이 길게 형성된 것을 특징으로 하는 산성광산배수 자연정화식 처리장치.
청구항 2에 있어서,

상기 칸막이는 직육면체 형상의 본체부와;

상기 본체부의 좌측 상단에서 소정높이로 돌출된 상향돌출부와;

상기 본체부의 우측 하단에서 상기 상향돌출부와 동일한 높이로 돌출되어 형성된 하향돌출부로 구성된 것을 특징으로 하는 산성광산배수 자연정화식 처리장치.
청구항 4에 있어서,

상기 칸막이는 본체부의 좌/우측면에 손잡이가 부착된 것을 특징으로 하는 산성광산배수 자연정화식 처리장치.