KR101149104B1

KR101149104B1 - 전기로 제강분진을 활용한 염소계 유기화합물 함유 폐수의 처리방법

Info

Publication number: KR101149104B1
Application number: KR1020090006477A
Authority: KR
Inventors: 손석규; 김상빈
Original assignee: 현대제철 주식회사
Priority date: 2009-01-28
Filing date: 2009-01-28
Publication date: 2012-05-25
Also published as: KR20100087469A

Abstract

본 발명은 전기로 제강분진을 활용한 염소계 유기화합물 함유 폐수의 처리방법에 관한 것이다. 본 발명은 전기로 제강분진을 열처리하여 염소계 유기화합물 수처리제로 제조하는 제1단계와, 염소계 유기화합물이 함유된 폐수를 반응조로 유입하고, 반응조 내로 상기 제1단계에서 제조된 염소계 유기화합물 수처리제를 투입하여 염소계 유기화합물을 환원성 탈염소화 반응시키는 제2단계를 포함한다. 본 발명은 전기로 제강분진을 재활용하여 폐수 중의 염소계 유기화합물을 제거하므로 제강분진의 재활용 효과 및 염소계 유기화합물 처리에 소요되는 비용을 현저히 절감시킬 수 있는 이점이 있다.

전기로 제강분진, 염소계 유기화합물

Description

전기로 제강분진을 활용한 염소계 유기화합물 함유 폐수의 처리방법{Treating method of waster water containing chlorinated organic compounds using steel-making dust}

본 발명은 전기로 제강분진을 활용한 염소계 유기화합물 함유 폐수의 처리방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 철성분을 다량 함유하는 전기로 제강분진을 재활용하여 폐수에 함유된 염소계 유기화합물을 제거하도록 한 전기로 제강분진을 활용한 염소계 유기화합물 함유 폐수의 처리방법에 관한 것이다.

산업화에 따라 각종 유해 산업폐기물의 발생량이 급격히 증가하고 있으며 이러한 유해폐기물의 적절한 처리는 중요한 환경문제로 대두되고 있다.

유해폐기물은 적절한 처리를 통해 인간과 자연에 무해하도록 안전하게 처리되어야 한다. 하지만 매립이나 야적 등의 바람직하지 못한 방법으로 폐기되어 처리되고 있는 실정이다.

예를 들어 산업폐기물 중 전기로 제강분진은 각종 중금속과 잔류성 유기오염물질을 포함하고 있어 재활용에 극히 제한을 받으므로 산업발생물로 처리하여 매립하고 있다. 하지만 이는 경제성이 떨어질 뿐 아니라 침출에 따른 2차적인 환경오염 을 일으킬 수 있는 문제점이 있다.

따라서 전기로 제강분진을 효율적으로 재활용할 수 있는 방안이 요구되고 있다.

그리고, 최근 환경오염물질로 관심의 대상이 되고 있는 휘발성 유기오염물질인 염소계 유기화합물은 화학공정의 부산물로 발생하거나 제철공장의 냉연 세정공정 등에서 배출되는 오염물질로, 오존을 형성하거나 스모그가 발생되도록 하는 전구체 역할을 할 뿐만 아니라 그 자체가 독성을 갖기도 하므로 제거되어야 한다.

염소계 유기화합물을 제거하는 방법으로는 고온의 열에 의한 고온산화방식, 촉매를 이용한 산화법, 흡착법 등이 있다.

그 중 열에 의한 고온산화방식은 1000℃ 이상의 고온이 필요하기 때문에 경제적이지 못하다는 단점이 있고, 흡착법은 사용된 흡착제의 2차적인 폐기문제 등이 발생하기 때문에 촉매를 이용하여 비교적 저온에서 산화시켜 제거하는 방법이 주로 사용된다.

염소계 유기화합물을 제거하는 촉매로는 Cr₂O₅/Al₂O₅, 흡칼라이트(Hopcalite) 및 Pt/Ni/Al₂O₃등이 사용된다. 그러나 촉매를 이용하는 방법의 경우는 트리크로로에틸렌(TCE,Trichloroethylene)이 생성되며 적정규모화가 어려운 문제점을 지니고 있다.

하지만 TCE와 같은 염소계 유기 화합물은 환원성 탈염소화 반응에 의해 에틸렌을 거쳐 토양 중 미생물의 작용을 통해 무해한 이산화탄소로 쉽게 분해되는 특성 을 갖는다.

따라서 트리크로로에틸렌을 단시간 내에 탈염소화시키는 특징을 갖는 영가 금속철(Fe(O))을 촉매로 사용하여 TCE를 화학적으로 제거하는 방법이 최근 광범위하게 사용되고 있다. 하지만 영가 금속철 또한 순수물질로서 고가라는 단점이 있어 그 적용에 어려움이 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 염소계 유기화합물을 제거함에 있어 영가 금속철(Fe(O))을 대체하여 저비용으로 폐수에 함유되어 있는 염소계 유기화합물의 제거 효율을 높일 수 있도록 한 전기로 제강분진을 활용한 염소계 유기화합물 함유 폐수의 처리방법을 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 전기로 제강분진을 열처리하여 염소계 유기화합물 수처리제로 제조하는 제1단계와, 염소계 유기화합물이 함유된 폐수를 반응조로 유입하고, 반응조 내로 상기 제1단계에서 제조된 염소계 유기화합물 수처리제를 투입하여 염소계 유기화합물을 환원성 탈염소화 반응시키는 제2단계를 포함한다.

상기 염소계 유기화합물 수처리제는 전기로 제강분진을 900~1100℃ 온도영역에서 8~9시간 가열하는 환원열처리를 실시한다.

상기 염소계 유기화합물 수처리제는 염소계 유기화합물이 100mg 함유되는 폐수 1L당 10~12%범위로 투입한다.

상기 반응조에서 탈염소화 반응시간은 6~8시간이다.

본 발명은 전기로 제강분진을 900℃ 이상의 온도에서 8시간 이상 열처리하여 제조한 염소계 유기화합물 수처리제를 이용하여 폐수에 함유된 염소계 유기화합물을 제거한다. 따라서 고가인 순수 영가 금속철을 대체하는 것이 가능하므로 원가절감 측면에서 염소계 유기화합물의 경제적 처리가 가능한 효과가 있다.

또한, 본 발명에서는 종래 매립하였던 전기로 제강분진을 염소계 유기화합물 처리에 사용하므로 전기로 제강분진의 재활용성을 높일 수 있어 매립에 따른 2차 오염을 줄일 수 있는 유용한 효과가 있다.

이하 본 발명에 의한 전기로 제강분진을 활용한 염소계 유기화합물 함유 폐수의 처리방법의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.

본 발명은 전기로 제강분진을 열처리하여 염소계 유기화합물 수처리제로 제조하는 제1단계와, 염소계 유기화합물이 함유된 폐수를 반응조로 유입하고, 반응조 내로 염소계 유기화합물 수처리제를 투입하여 염소계 유기화합물을 환원성 탈염소화 반응시키는 제2단계를 포함한다.

본 발명은 폐수에 함유된 염소계 유기화합물을 처리함에 있어 전기로 제강공정에서 발생되는 분진을 재활용하는데 그 특징이 있다.

전기로 제강공정에서 발생되는 전기로 분진의 성분비는 아래의 표 1과 같다.

성분	T-Fe	ZnO	PbO	CaO	Al₂O₃	Na₂O	SiO₂	기타
함량(wt%)	36.01	14.68	2.53	7.16	1.33	0.81	2.32	35.16

표 1에 의하면, 전기로 제강분진은 철(Fe) 성분이 36.01wt%로 높아 염소계 유기화합물을 탈염소화 반응시키는 영가 금속철(Fe(O))의 대체물질로서 적용이 가능하다. 하지만 전기로 분진에는 아연(Zn), 납화합물(PbO) 등 중금속도 상당량을 차지하므로 전기로 분진을 염소계 유기화합물 수처리제로 만든 후 염소계 유기화합물 처리에 활용한다.

염소계 유기화합물 수처리제는 전기로 제강분진을 고온 열처리하여 휘발 제거 가능한 중금속을 제거하고 함유된 철성분을 영가 금속철(Fe(0))로 환원한 것이다.

염소계 유기화합물 수처리제는 전기로 제강분진을 900~1100℃ 온도영역에서 8~9시간 가열하는 환원열처리를 실시하여 제조한다.

이때, 전기로 제강분진의 가열온도는 900℃ 이상에서 검출되지 않는 정도의 중금속 농도감소를 보인다. 그러나 1100℃를 초과하면 에너지 손실이 큰 문제점이 있으므로 900~1100℃ 온도영역에서 열처리 한다.

가열시간은 8시간 미만이면 중금속 제거 및 철성분의 환원율이 충분하지 않아 목적하는 효과를 확보하기 어렵고, 9시간을 초과하면 효율면에서 포화된다.

전기로 제강분진을 열처리하여 만든 염소계 유기화합물 수처리제의 철과 납의 함량은 아래의 표 2와 같다.

성분(wt%)	열처리 하지 않음	300℃	600℃	900℃	1100℃
T-Fe	36.01	37.52	39.69	42.31	43.24
PbO	2.53	2.22	1.97	1.02	0.62

표 2는 전기로 제강분진을 별도의 인위적 처리없이 300~1100℃의 온도로 8시간 동안 열처리한 후 전기로 제강분진에 함유된 철(T-Fe)과 납(PbO)의 함량을 나타낸 것이다.

표 2에 의하면, 전기로 제강분진은 고온 열처리에 의해 납, 아연 등의 휘발 가능한 성분이 제거됨에 따라 철 성분이 5%정도 증가한다. 이러한 철성분 함량의 증가는 탈염소화 반응을 촉진하여 염소계 유기화합물 수처리제의 사용량을 감소시킨다.

납화합물의 경우 일부가 휘발에 의해 함량이 낮아지는 걸 볼 수 있으며 이는 전기로 제강분진을 염소계 유기화합물 반응촉매로 활용하는 경우나, 또는 매립 처분하는 경우 납 성분의 용출에 의한 2차 오염을 줄이는 작용을 하게 된다.

표 3은 표 1의 성분을 갖는 전기로 제강분진을 900℃의 온도로 각 2시간, 4시간, 8시간 열처리 한 후 전기로 제강분진에 함유된 철과 납의 함량을 나타낸 것이다.

성분(wt%)	열처리 하지 않음	2시간	4시간	8시간
T-Fe	36.01	37.82	40.14	42.31
PBO	2.53	2.36	2.01	1.02

이하, 각 단계 공정에 대해 상세히 설명하기로 한다.

1. 제1단계(염소계 유기화합물 수처리제 제조)

전기로 제강분진을 900~1100℃에서 8~9시간 열처리하여 제강분진에 함유된 중금속을 휘발 제거하고, 함유된 철성분을 영가 금속철(Fe(O))로 환원시켜 염소계 유기화합물 수처리제로 제조한다.

2. 제2단계(염소계 유기화합물 수처리제 투입)

염소계 유기화합물이 함유된 폐수를 반응조로 유입하고, 반응조 내의 폐수에제1단계에서 제조된 염소계 유기화합물 수처리제를 투입하고 교반을 실시한다.

이때, 염소계 유기화합물 수처리제는 염소계 유기화합물이 100mg함유된 폐수 1L당 10~12%범위로 투입한다. 투입량은 10% 미만이면 염소계 유기화합물의 제거효과가 미비하고, 12%를 초과하면 그 효과는 포화되며 과도한 슬러지의 발생의 우려가 있다.

반응시간은 염소계 유기화합물 수처리제의 투입후 6~8시간의 반응시간이 필요하다. 이는 탈염소화반응의 특성상 분해 중 중간오염물질의 발생이 가능하므로 추가적인 반응시간이 필요하기 때문이다.

이하, 본 발명의 이해를 돕고자 전기로 제강분진을 활용한 염소계 유기화합물 함유 폐수의 처리방법을 실시예를 통해 설명하기로 한다.

[실시예 1]

전기로 제강분진을 고온 열처리하여 제조한 염소계 유기화합물 수처리제를 폐수처리에 활용할 경우 발생할 수 있는 중금속의 용출정도를 확인하기 위해 열처리 온도를 각각 다르게 한 전기로 제강분진을 pH 6인 3차 증류수에 5g씩 투입하여 중금속 용출정도를 실험하였다. 그 결과는 표 4에 나타내었다.

성분(mg/L)	열처리 하지 않음	300℃	600℃	900℃	1100℃
Zn	0.6	0.26	0.15	0.01	N.D
Cu	N.D	N.D	N.D	N.D	N.D
Cd	N.D	N.D	N.D	N.D	N.D
Ni	N.D	N.D	N.D	N.D	N.D
Pb	0.85	0.71	0.57	N.D	N.D

표 4에 의하면, 아연, 납 등의 경우 전기로 제강분진의 열처리 온도가 높아지면서 중금속 용출농도가 감소하였으며, 900℃이상으로 열처리 하였을 경우 철 성분의 함량 증가로 반응성이 높아져 검출되지 않는 정도의 농도 감소를 보임이 확인된다.

따라서 전기로 제강분진을 900℃이상으로 열처리시 중금속 용출의 2차오염을 감소시킨 염소계 유기화합물 수처리제로 활용이 가능하다.

[실시예 2]

실시예 1에 의해 제조된 염소계 유기화합물 수처리제의 처리효율을 확인하기 위해 TCE 100mg/L인 인공오염 용액을 제조하여 밀폐된 반응기에 주입하고, 여기에 900℃로 열처리하여 제조한 염소계 유기화합물 수처리제를 2%, 5%, 10%, 12%, 14%를 투입한 후 3시간, 6시간, 8시간, 10시간 후의 제거효율을 확인하였다.

표 5는 염소계 유기화합물 수처리제의 주입량과 반응시간에 따른 반응시간대별 TCE농도 변화를 실험한 결과이다.

전기로분진 주입량	반응시간별 TCE농도
전기로분진 주입량	0 hour	3 hour	6 hour	8hour	10hour
2%	100 mg/L	87 mg/L	62 mg/L	54 mg/L	43 mg/L
5%	100 mg/L	73 mg/L	54 mg/L	42 mg/L	40 mg/L
10%	100 mg/L	30 mg/L	13 mg/L	12 mg/L	12 mg/L
12%	100 mg/L	29 mg/L	13 mg/L	12 mg/L	12 mg/L
14%	100 mg/L	29 mg/L	13 mg/L	12 mg/L	12 mg/L

표 5를 살펴보면, 염소계 유기화합물 수처리제를 10%이상 주입하여 6시간 반응시킨 경우 87%의 TCE 제거효율을 나타내는 것으로 확인된다.

TCE의 오염농도 등 조건에 따라 적용농도는 상이할 수 있으나 오염용액 10%~12%의 양으로 염소계 유기화합물 수처리제를 투입하고 6~8시간 이상의 반응시간을 가지는 것이 효과적임을 알 수 있다. 하지만 8시간을 초과하고 투입량이 12%를 넘는 경우에는 그 효과가 포화됨을 알 수 있다.

이와 같은 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형이 가능함은 물론이고, 본 발명의 권리범위는 첨부한 특허청구 범위에 기초하여 해석되어야 할 것이다.

Claims

전기로 제강분진을 열처리하여 염소계 유기화합물 수처리제로 제조하는 제1단계와,

염소계 유기화합물이 함유된 폐수를 반응조로 유입하고, 상기 반응조 내로 상기 제1단계에서 제조된 염소계 유기화합물 수처리제를 투입하여 염소계 유기화합물을 환원성 탈염소화 반응시키는 제2단계를 포함하며,

상기 염소계 유기화합물 수처리제는 전기로 제강분진을 900~1100℃ 온도영역에서 8~9시간 가열하는 환원열처리를 실시한 것임을 특징으로 하는 전기로 제강분진을 활용한 염소계 유기화합물 함유 폐수의 처리방법.
삭제
청구항 1에 있어서,

상기 염소계 유기화합물 수처리제는 염소계 유기화합물이 100mg 함유되는 폐수 1L당 10~12%범위로 투입하는 것을 특징으로 하는 전기로 제강분진을 활용한 염소계 유기화합물 함유 폐수의 처리방법.
청구항 1에 있어서,

상기 반응조에서 탈염소화 반응시간은 6~8시간인 것을 특징으로 하는 전기로 제강분진을 활용한 염소계 유기화합물 함유 폐수의 처리방법.