KR100874197B1

KR100874197B1 - 중금속함유 광산 폐수 및 하·폐수처리를 위한 고정화 담채 및 그 제조방법(고정화 담채 및 그 ｃａｐｈ제조방법)

Info

Publication number: KR100874197B1
Application number: KR20080038998A
Authority: KR
Inventors: 손주현; 최상열; 박충보
Original assignee: 거성환경(주); 손주현; 최상열; 박충보
Priority date: 2008-04-25
Filing date: 2008-04-25
Publication date: 2008-12-15
Also published as: KR20080042788A

Abstract

본 발명은 중금속함유 광산 폐수 및 하·폐수처리를 위한 고정화 담채 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 강한 산성의 폐수에서도 중금속을 정화하는 효과가 뛰어나고, 충격 등에 의해서 비표면적을 형성하는 다공성 발포공간이 파손되지 않도록, 무연탄(Anthracite)과 활성탄(active carbon), 백탄(white charcol), 크리노프티로라이트(Clinoptilolite), 몰데나이트(Mordenite), 그라니트포필리(Granite porphyry), 알칼리실리케이트(Alkaline Silicate)로 구성된 중금속함유 광산 폐수 및 하·폐수처리를 위한 고정화 담채 및 그 제조방법에 관한 것이다.

본 발명은 무연탄 10중량% 내지 20중량%와 활성탄 10중량% 내지 20중량%, 백탄 30중량% 내지 36중량%, 크리노프티로라이트 7중량% 내지 15중량%, 몰데나이트 7중량% 내지 15중량%, 그라니트포필리 2.5중량% 내지 7.5중량% 및 알칼리실리케이트 5중량% 내지 15중량%로 구성된 중금속함유 광산 폐수 및 하·폐수처리를 위한 고정화 담채.

그리고 무연탄 10중량% 내지 20중량%와 활성탄 10중량% 내지 20중량% 및 백탄 30중량% 내지 36중량%을 혼합정련하여 파우더 형태의 제1조성물을 획득하는 제1혼합단계와; 상기 제1혼합단계를 거친 후, 그 제1조성물을 수세하고, 그 수세 된 제1조성물이 흡수한 수분이 증발되도록 가열건조하는 가열단계와; 상기 가열단계를 거친 후, 그 제1조성물에 질산용액으로 다시 수세하고, 그 수세 된 제1조성물이 흡수한 수분이 증발되도록 자연건조하는 건조단계와; 상기 건조단계를 거친 후, 그 제1조성물에 크리노프티로라이트 7중량% 내지 15중량%와 몰데나이트 7중량% 내지 15중량%, 그라니트포필리 2.5중량% 내지 7.5중량% 및 알칼리실리케이트 5중량% 내지 15중량%로 혼합하여 제2조성물을 획득하는 제2혼합단계와; 상기 제2혼합단계를 거친 후, 성형장치를 통해 제2조성물을 특정 형태로 가공하는 가공단계와; 상기 가공단계를 거친 후, 소결로를 통해 제2조성물을 800℃ 내지 900℃의 온도로 5시간 내지 7시간 소결하는 소결단계로 구성됨을 특징으로 하는 중금속함유 광산 폐수 및 하·폐수처리를 위한 고정화 담채의 제조방법으로 구성된 것이다.

본 발명은 활성탄, 백탄, 크리노프티로라이트, 몰데나이트, 그라니트포필리, 알칼리실리케이트로 구성되어 중금속 처리효율 자체가 높은 효과가 있다.

더욱이 내구성이 강화되어 약한 충격 및 폐수의 유속으로 담채 표면이 파손되거나 마모되지 않아서, 비표면적을 형성하는 다공성 발포공간이 장기간 유지되고, 높은 pH농도의 폐수 속에 포함된 중금속을 정화하는 정화효율이 대폭 높아지는 효과가 있다.

담채, 필터, 정화장치, 정화기, 활성탄

Description

중금속함유 광산 폐수 및 하·폐수처리를 위한 고정화 담채 및 그 제조방법(고정화 담채 및 그 ＣＡＰＨ제조방법) { carrier and the process for purify a heavy metal waste water or sewage }

본 발명의 주요목적이 되는 중금속이 포함된 폐수는 광산, 전기 도금 시설, 건설 현장, 교통 설비 및 전기 산업 시설 등과 같은 광범위한 산업 및 군사 시설에서 약 2,000,000톤 이상을 배출되고 있고, 이렇게 배출된 폐수는 4대 강을 비롯한 기타 하천에 유입되고 있는 실정이다.

상기 하천에 유입된 폐수는 다시 토양 및 지하수는 물론 하천에 유입됨으로써, 상수원 오염과 식수 오염의 주범으로 지적되고 있다.

그리고 각종 오·폐수에 함유된 구리, 납 등과 같은 양 이온형 중금속들은, 토양 중의 흡착 매체인 금속(수)산화물들과의 흡착 반응시 pH가 커질수록 흡착 매체에 흡착되어 산성도가 높아지고, 그 높은 산성의 양 이온형 중금속들은 토양 중의 흡착 매체인 금속(수)산화물에 의해 쉽게 제거되지 못하게 된다.

위 흡착 매체에 흡수되지 못한 양 이온형 중금속들은 하천수 및 지하수 흐름을 따라 이동하면서 지하수, 하천 및 토양의 중금속 오염을 더욱 증대시키고 있는 실정이다.

위와 같이, 폐수에 포함된 중금속을 제거하기 위해서 많은 연구들이 수행되어 오고 있는데, 현재까지 실용화되었거나 또는 연구되고 있는 방법으로는 응집침전법, 이온교환법, 흡착법, 산화환원법, 전기분해법, 중화법 및 추출법 등과 같은 물리화학적 처리방법들이 주로 사용되고 있다.

상기 방법 중 흡착법은 중금속들을 흡착 제거하기 위한 흡착 매체인 금속산화물, 활성탄, 플라이 애쉬(fly ash), 피트(peat), 활성슬러지, 폐슬러지, 생흡착제 등과 같은 다양한 종류의 천연 또는 합성 흡착제로 구성된 담채가 다방면으로 연구되고 있고, 물속에 포함된 중금속을 특별히 제거를 위한 목적으로 활성탄을 단 일재료로 가공하여 널리 사용되고 있는 실정이다.

상기 배경기술에서 설명된 바와 같이, 흡착법으로 물속에 포함된 중금속을 제거하기 위한 목적으로 제조된 폐수용 활성탄 담채는 중금속 처리효율 자체가 낮은 문제점이 있다.

더욱이 약한 충격 및 폐수의 유속으로 담채 표면이 파손되거나 마모되어 비표면적을 형성하는 다공성 발포공간이 파손되고, 높은 pH농도의 폐수 속에 포함된 중금속을 정화하는 정화효율이 대폭 낮은 문제점이 있다.

그리고 무연탄 10중량% 내지 20중량%와 활성탄 10중량% 내지 20중량% 및 백탄 30중량% 내지 36중량%을 혼합정련하여 파우더 형태의 제1조성물을 획득하는 제1혼합단계와; 상기 제1혼합단계를 거친 후, 그 제1조성물을 수세하고, 그 수세 된 제1조성물이 흡수한 수분이 증발되도록 가열건조하는 가열단계와; 상기 가열단계를 거친 후, 그 제1조성물에 질산용액으로 다시 수세하고, 그 수세 된 제1조성물이 흡수한 수분이 증발되도록 자연건조하는 건조단계와; 상기 건조단계를 거친 후, 그 제1조성물에 크리노프티로라이트 7중량% 내지 15중량%와 몰데나이트 7중량% 내지 15중량%, 그라니트포필리 2.5중량% 내지 7.5중량% 및 알칼리실리케이트 5중량% 내지 15중량%로 혼합하여 제2조성물을 획득하는 제2혼합단계와; 상기 제2혼합단계를 거친 후, 성형장치를 통해 제2조성물을 특정 형태로 가공하는 가공단계와; 상기 가공단계를 거친 후, 소결로를 통해 제2조성물을 800℃ 내지 900℃의 온도로 5시간 내지 7시간 소결하는 소결단계로 구성됨을 특징으로 하는 중금속함유 광산 폐수 및 하·폐수처리를 위한 고정화 담채의 제조방법을 본 발명의 과제 해결 수단으로 한다.

본 발명은 강한 산성의 폐수 속에 포함된 중금속을 정화하는 효과가 뛰어나고, 충격 등에 의해서 비표면적을 형성하는 다공성 발포공간이 파손되지 않도록, 무연탄 10중량% 내지 20중량%와 활성탄 10중량% 내지 20중량%, 백탄 30중량% 내지 36중량%, 크리노프티로라이트 7중량% 내지 15중량%, 몰데나이트 7중량% 내지 15중량%, 그라니트포필리 2.5중량% 내지 7.5중량% 및 알칼리실리케이트 5중량% 내지 15중량%로 구성된 중금속함유 광산 폐수 및 하·폐수처리를 위한 고정화 담채에 관한 것이다.

상기 본 발명의 중금속함유 광산 폐수 및 하·폐수처리를 위한 고정화 담채 의 제조방법은 무연탄 10중량% 내지 20중량%와 활성탄 10중량% 내지 20중량% 및 백탄 30중량% 내지 36중량%을 혼합정련하여 파우더 형태의 제1조성물을 획득하는 제1혼합단계와(S1); 상기 제1혼합단계를 거친 후, 그 제1조성물을 수세하고, 그 수세 된 제1조성물이 흡수한 수분이 증발되도록 가열건조하는 가열단계와(S2); 상기 가열단계를 거친 후, 그 제1조성물에 질산용액으로 다시 수세하고, 그 수세 된 제1조성물이 흡수한 수분이 증발되도록 자연건조하는 건조단계와(S3); 상기 건조단계를 거친 후, 그 제1조성물에 크리노프티로라이트 7중량% 내지 15중량%와 몰데나이트 7중량% 내지 15중량%, 그라니트포필리 2.5중량% 내지 7.5중량% 및 알칼리실리케이트 5중량% 내지 15중량%로 혼합하여 제2조성물을 획득하는 제2혼합단계와(S4); 상기 제2혼합단계를 거친 후, 성형장치를 통해 제2조성물을 특정 형태로 가공하는 가공단계와(S5); 상기 가공단계를 거친 후, 소결로를 통해 제2조성물을 800℃ 내지 900℃의 온도로 5시간 내지 7시간 소결하는 소결단계(S6)로 크게 6단계로 구성된다.

이하 본 발명의 실시 예를 통한 첨부된 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 제조방법을 도식화한 도면이다.

첫째, 제1혼합단계(S1)는 그레뉼(granulite) 형태의 분말 무연탄 10중량% 내지 20중량%와 그레뉼(granulite) 형태의 분말 활성탄 10중량% 내지 20중량% 및 그레뉼(granulite) 형태의 분말 백탄 30중량% 내지 36중량%을 제1조성물 형태로 혼합정련하여 제1조성물을 형성하는 것으로 구성된다.

둘째, 가열단계(S2)는 상기 제1혼합단계를 거친 제1조성물의 표면에 존재하는 이물질이 제거되도록, 맑은 물로 10회 내지 20회 수세하고, 그 수세과정으로 제1조성물이 흡수한 수분이 증발되도록 100℃ 이상의 온도로 7시간 ~ 11시간 동안 가열하여 건조하는 것으로 구성된다.

셋째, 건조단계(S3)는 상기 가열단계를 거친 제1조성물에 질산용액으로 다시 5회 내지 11회로 수세하고, 그 수세과정으로 제1조성물이 흡수한 수분이 증발되도록 30시간 ~ 70시간 동안 자연건조하는 것으로 구성된다.

넷째, 제2혼합단계(S4)는 상기 건조단계를 거친 제1조성물에 분말형태의 크리노프티로라이트 7중량% 내지 15중량%와 분말형태의 몰데나이트 7중량% 내지 15중량%, 분말형태의 그라니트포필리 2.5중량% 내지 7.5중량% 및 분말형태의 알칼리실리케이트 5중량% 내지 15중량%로 혼합하고, 다시 파우더 형태의 제2조성물을 형성하는 것으로 구성된다.

위 크리노프티로라이트와 몰데나이트는 제올라이트의 한 종류로서, 본원 발명에서 크리노프티로라이트와 몰데나이트의 선택적 이온교환 특성은 많은 무기염류(주된 성분은 마그네슘 및 칼슘 이온)가 녹아 있는 경수를 연 수화시키는 특성이 있다.

더욱이 크리노프티로라이트는 제올라이트 중에서 결정화학적으로나 교환성 양이온 성격에 있어서 다양한 광물 상을 이루는 특징으로, 약알카리성으로 환원되어 칼슘 이온을 안정시키는 양이온교환역할을 한다.

또한, 크리노프티로라이트와 몰데나이트는 구조상의 공동 내에는 양이온들 주위에 많은 양의 물이 존재하지만 외부의 온도 및 압력에 따라서 쉽게 탈수된다.

특히, 탈수된 크리노프티로라이트와 몰데나이트는 적합한 크기와 형태의 무기 및 유기분자들을 선택적으로 흡착함으로써, 서로 다른 분자들을 개별적으로 분 리할 수 있는 뛰어난 선택적 흡착성을 갖는다.

위와 같이, 크리노프티로라이트는 공동의 크기가 약 4~5Å으로 중금속이온 및 방사성 물질의 흡착하는 역할을 하고, 모데나이트는 공동의 크기가 6~7Å으로 황화수소(H₂S), 중금속이온 및 방사성 물질의 흡착 및 소취하는 역할을 한다.

그리고 모데나이트는 제올라이트 중에서 상대적으로 우수한 표면활성과 큰 결정 공극 및 열적 안정성이 높기 때문에 흡착 및 분자체 특성이 우수하고, 타 광물에는 없는 무기염류(예를 들면 칼슘 이온)를 제공하는 역할을 한다.

그리고 상기 그라니트포필리는 제1조성물의 역할을 보조하여, 원적외선 및 음이온의 방사로 인한 생체의 활성화, 무기염류의 제공 및 흡착성에 의한 중금속 제거 등의 역할을 한다.

마지막으로 알칼리실리케이트는 상기 무연탄 활성탄, 백탄 크리노프티로라이트, 몰데나이트 및 그라니트포필리를 결합시키는 역할을 한다.

다섯째, 가공단계(S5)는 상기 제2혼합단계(S2)를 거친 제2조성물을 성형장치를 통해 사각형과 삼각형 및 원형 형태로 가공하는 것으로 구성된다.

여섯째, 소결단계(S6)는 상기 가공단계에 의해 특정한 모양으로 형성된 제2조성물을 소결로를 사용하여 800℃ 내지 900℃의 온도로 5시간 내지 7시간 소결하 는 것으로 구성된다.

상기와 같은 제조방법을 통하여, 다양한 형상으로 형성된 폐수처리용 담채는 중금속 처리효율 자체가 높은 효과가 있고, 내구성이 강화되어 약한 충격 및 폐수의 유속으로 담채 표면이 파손되거나 마모되지 않아서, 비표면적을 형성하는 다공성 발포공간이 유지되며, 폐수의 높은 pH농도에서도 중금속을 정화하는 정화효율이 대폭 높아지는 효과가 있다.

[실시 예]

우선, 그레뉼 형태로 형성된 분말형태의 무연탄 150g과 분말형태의 활성탄 150g 및 분말형태의 백탄 330g을 믹서장치로 혼합정련하는 제1혼합단계(S1)를 진행하여, 파우더 형태의 제1조성물을 형성한다.

그 후, 상기 제1혼합단계(S1)를 거친 제1조성물을 맑은 물로 12회 수세하고, 150℃로 9시간 동안 가열하는 가열단계(S2)를 진행하여, 표면의 이물질이 제거된 제1조성물을 획득한다.

상기 가열단계(S2)를 거친 제1조성물에 질산용액으로 다시 8회로 수세하고, 50시간 동안 자연건조하는 건조단계(S3)를 진행하여, 가열단계(S2)에 형성된 이물 질이 제거된 제1조성물을 획득한다.

그리고 상기 건조단계(S3)를 거친 제1조성물에 분말형태의 크리노프티로라이트 110g과 분말형태의 몰데나이트 110g, 분말형태의 그라니트포필리 50g 및 분말형태의 알칼리실리케이트 100g을 혼합하는 제2혼합단계(S4)를 진행하여, 다시 파우더 형태의 제2조성물을 획득한다.

그 후, 상기 제2혼합단계(S4)를 거친 제2조성물을 압출성형장치를 사용하여 원형 형태로 가공하는 가공단계(S5)를 진행하여, 원형 형태로 가공된 제2조성물을 획득한다.

마지막으로, 상기 가공단계(S5)에 의해 특정한 모양으로 형성된 제2조성물을 소결로를 사용하여 850℃의 온도로 6시간 동안 가열하는 소결단계(S6)를 진행하여, 소결된 중금속함유 광산 폐수 및 하·폐수처리를 위한 고정화 담채를 획득한다.

이렇게 구성된 본 발명은 3가지 종류의 시료를 A그룹으로 정하여, 종래의 활성탄이 실시된 정화장치를 통해 정화한 후의 시료 속에 포함된 성분의 양과, 그 A그룹과 동일한 시료를 B그룹으로 정하여, 본 발명이 실시된 정화장치를 통해 정화한 후의 시료 속에 포함된 성분의 양을 대비한 표1과 같이,

[표 1]

성분/그룹	A그룹			B그룹
성분/그룹	제1 시료	제2 시료	제3 시료	제1 시료	제2 시료	제3 시료
pH (PPM)	3.34	3.53	3.44	3.34	3.53	3.44
COD (㎎/ℓ)	10.58	7.5	15.28	0.21	0.075	0.15
알루미늄 (㎎/ℓ)	19	15	14.8	0.38	0.15	0.44
카드뮴 (㎎/ℓ)	0.22	0.24	0.25	0.008	0.009	0.013
구리 (㎎/ℓ)	4	3	5	0.6	0.12	0.1
비소 (㎎/ℓ)	0.489	0.191	0.21	0.04	0.026	0.27
철 (㎎/ℓ)	149	202	221	1.49	4.04	11.05
망간 (㎎/ℓ)	59	79	82	4.13	5.53	16.4
아연 (㎎/ℓ)	14	27	29	0.28	3.51	1.16
칼슘 (㎎/ℓ)	394	476	484	3.94	66.64	16.94
마그네슘 (㎎/ℓ)	142	174	178	18.46	12.18	5.7

중금속 처리효율 자체가 높은 효과가 있고, 분말형태로 혼합되고 다시 가열되며, 또다시 혼합되고 건조됨에 따라, 모스경도가 7 이상으로 향상되어 비표면적을 형성하는 다공성 발포공간이 유지되고, 폐수의 높은 pH농도에서도 중금속을 정 화하는 처리유지되어 폐수에 포함된 중금을 정화하는 처리효율이 대폭 높아지는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 공정도를 도시한 도면.

Claims

중금속이 포함된 폐수의 처리용 담채에 있어서,

무연탄 10중량% 내지 20중량%와 활성탄 10중량% 내지 20중량%, 백탄 30중량% 내지 36중량%, 크리노프티로라이트 7중량% 내지 15중량%, 몰데나이트 7중량% 내지 15중량%, 그라니트포필리 2.5중량% 내지 7.5중량% 및 알칼리실리케이트 5중량% 내지 15중량%로 구성된 중금속함유 광산 폐수 및 하·폐수처리를 위한 고정화 담채.
삭제
폐수처리용 담채의 제조방법에 있어서,

무연탄 10중량% 내지 20중량%와 활성탄 10중량% 내지 20중량% 및 백탄 30중량% 내지 36중량%을 혼합정련하여 파우더 형태의 제1조성물을 획득하는 제1혼합단계와;

상기 제1혼합단계를 거친 후, 그 제1조성물을 수세하고, 그 수세 된 제1조성물이 흡수한 수분이 증발하도록 가열건조하는 가열단계와;

상기 가열단계를 거친 후, 그 제1조성물에 질산용액으로 다시 수세하고, 그 수세 된 제1조성물이 흡수한 수분이 증발하도록 자연건조하는 건조단계와;

상기 건조단계를 거친 후, 그 제1조성물에 크리노프티로라이트 7중량% 내지 15중량%와 몰데나이트 7중량% 내지 15중량%, 그라니트포필리 2.5중량% 내지 7.5중량% 및 알칼리실리케이트 5중량% 내지 15중량%로 혼합하여 제2조성물을 획득하는 제2혼합단계와;

상기 제2혼합단계를 거친 후, 성형장치를 통해 제2조성물을 특정 형태로 가공하는 가공단계와;

상기 가공단계를 거친 후, 소결로를 통해 제2조성물을 800℃ 내지 900℃의 온도로 5시간 내지 7시간 소결하는 소결단계로 구성됨을 특징으로 하는 중금속함유 광산 폐수 및 하·폐수처리를 위한 고정화 담채의 제조방법.