KR101228082B1 - 중금속 오염수 정화방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 중금속 오염수 정화방법에 관한 것으로서, 이는 광산 광물을 원료로 하여 중금속 오염수를 정화하기 위한 것이다. 이를 위해 본 발명은, 방해석(Calcite) 및 슈워트마나이트(Schwertmannite) 중 하나 이상과 침철석(Geothite)을 함유한 광산 광물에 유기성 폴리머 단독으로 또는 유기성 폴리머 및 폴리우레탄이 함께 첨가된 조성물을 중금속 오염수와 교반하여 그 조성물에 중금속이나 비소가 고착되도록 하는 간단한 과정만으로도 광산배수, 산업폐수, 오염된 지하수 등을 효율적으로 정화할 수 있다.

Description

중금속 오염수 정화방법{COMPOSITE MINE MINERAL FOR PURIFYING HEAVY METALS AND METHOD FOR PURIFYING HEAVY METALS CONTAMINATED WATER}

본 발명은 중금속 오염수 정화방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 보다 구체적으로는 광산 광물을 원료로 하여 중금속 오염수 내 포함된 비소, 아연, 납, 카드뮴, 구리, 철과 같은 성분을 제거하기 위한 광산 광물을 활용한 중금속 오염수 정화방법에 관한 것이다.

일반적으로 광산이라함은 광물자원을 개발하는 작업이 실행되는 장소, 광석을 채굴하는 장소뿐만 아니라 선광, 제련 등이 이루어지는 작업장을 의미한다. 광산은 채굴되는 광물의 성질에 따라 크게 금속광산과 비금속광산으로 나뉘며, 비금속 광산의 대부분은 석탄을 생산하기 위한 탄광이 주류를 이루고 있다.

일광 금속광산 배수의 화학적 특성

Item	pH	Cu (㎍/L)	Zn (㎍/L)	Cd (㎍/L)	Cr (㎍/L)	Pb (㎍/L)	As (㎍/L)	Ni (㎍/L)
산성배수	3.3	25,500	44,040	132	4	1,626	14	108

그런데 표 1과 같이 현재 채굴작업이 진행 중인 금속광산이나 폐광된 금속광산으로부터 배출되는 수분에는 다량의 중금속 성분이 함유되어 있거나, 갱도와 채굴갱내에 산소의 유입과 물에 의한 광상의 산화로 수분이 pH 4 이하의 산성을 띄고 있다. 이에 따라 금속광산배수는 강우 등에 의해 인근의 지하수를 오염시키고, 주변 토양을 오염시키는 주요 원인이 될 뿐만 아니라 금속광산 주변의 경작지에서 생산되는 농작물에 대한 오염을 유발시켜 결과적으로 사람과 동식물에 피해를 주고 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 광산 광물을 원료로 하여 중금속 오염수 내 포함된 비소, 아연, 납, 카드뮴, 구리, 철과 같은 성분을 제거하기 위한 광산 광물을 활용한 중금속 정화용 조성물 및 이를 사용한 중금속 오염수 정화방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 광산 광물을 활용한 중금속 정화용 조성물에는, 방해석(Calcite) 및 슈워트마나이트(Schwertmannite) 중 하나 이상과 침철석(Geothite)을 함유한 광산 광물에 유기성 폴리머 단독으로 또는 유기성 폴리머 및 폴리우레탄이 함께 첨가되며, 여기서 상기 유기성 폴리머는 폴리아민 타입(Polyamine type)의 양이온 폴리머 및 아크릴 타입(Acryl type)의 음이온 폴리머 중 하나 이상이 선택되는 것을 특징으로 한다.

한편으로 본 발명에 따른 중금속 정화용 조성물을 사용한 중금속 오염수 정화방법은, 광산배수를 물리화학적 또는 전기적으로 반응시켜 분리된 광산 광물에 유기성 폴리머를 혼합한 다음 농축탈수하여 분말화된 조성물을 제조하는 제1 단계와; 상기 조성물을 중금속 오염수와 교반시켜 슬러리화함으로써 그 조성물에 중금속 또는 비소가 고착되도록 하는 제2 단계와; 중금속 또는 비소가 상기 조성물에 고착된 슬러리를 고체 및 액체상태로 분리하여 그 액체를 외부로 배출하는 제3 단계;로 이루어지거나, 광산배수를 물리화학적 또는 전기적으로 반응시켜 분리된 광산 광물에 유기성 폴리머를 혼합한 다음 농축탈수하여 분말화하는 제1 단계와; 분말화된 광산 광물과 유기성 폴리머의 배합물에 폴리우레탄을 혼합한 조성물을 제조한 다음, 상기 조성물을 고정상 컬럼에 충전 후 중금속 오염수를 통과시켜 그 조성물에 중금속 또는 비소가 고착되도록 하는 제2 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상술된 바와 같이, 본 발명에 따른 광산 광물을 활용한 중금속 정화용 조성물 및 이를 사용한 중금속 오염수 정화방법은 방해석(Calcite), 슈워트마나이트(Schwertmannite), 침철석(Geothite)을 포함하는 광산 광물에 유기성 폴리머나 폴리우레탄을 배합하여 그 광물의 전기적 표면을 개조함으로써 높은 효율로 중금속 오염수 내 포함된 비소, 아연, 납, 카드뮴, 구리, 철과 같은 성분을 제거할 수 있다.

도 1은 본 발명의 비소 제거능을 나타낸 그래프도.
도 2는 본 발명의 아연 제거능을 나타낸 그래프도.
도 3은 본 발명의 납, 카드뮴, 구리, 철 제거능을 나타낸 그래프도.

이하, 도면을 참조로 하여 본 발명에 따른 광산 광물을 활용한 중금속 정화용 조성물 및 이를 사용한 중금속 오염수 정화방법을 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 광산 광물을 활용한 중금속 정화용 조성물은 방해석(Calcite) 및 슈워트마나이트(Schwertmannite) 중 하나 이상과 침철석(Geothite)을 함유한 광산 광물에 유기성 폴리머 단독으로나 유기성 폴리머 및 폴리우레탄을 함께 첨가시킨 것으로, 지역 광산별로 방해석과 침철석이 주로 함유된 광물이 발생되거나 슈워트마나이트와 침철석이 주로 함유된 광물이 발생되는데, 전자의 경우는 아연, 납, 카드뮴, 구리, 철과 같은 중금속을 제거하기에 적합하며 후자의 경우는 비소를 제거하는데 적합하다.

이에 따라 중금속이 다량 함유된 오염수에 대해서는 방해석과 침철석이 주로 함유된 광물을 적용하게 되고, 비소가 다량 함유된 오염수에 대해서는 슈워트마나이트와 침철석이 주로 함유된 광물을 적용하게 되는 한편, 중금속과 비소가 특정 비율로 함유된 오염수에 대해서는 그 비율에 따라 방해석 침철석 함유 광물과 슈워트마나이트 침철석 함유 광물을 혼합하여 사용함으로써 오염수로부터 중금속과 비소를 동시에 제거할 수 있게 된다.

여기서 상기와 같은 광산 광물에 유기성 폴리머 단독으로나 유기성 폴리머 및 폴리우레탄을 함께 첨가하는 이유는 그 광물 표면에 붙어있는 황산염(Sulfate)이 유기성 폴리머나 폴리우레탄에 의해 개조된 전기적 표면을 갖게 됨에 따라 중금속이나 비소를 함유한 오염수의 처리 효율을 향상시킬 수 있기 때문인데, 특히 유기성 폴리머의 경우 폴리아민 타입(Polyamine type)의 양이온 폴리머를 사용할 시에는 비소 제거에 탁월한 효과를 나타낼 수 있고, 아크릴 타입(Acryl type)의 음이온 폴리머를 사용할 시에는 중금속 제거에 탁월한 효과를 나타낼 수 있으며, 이러한 양이온 및 음이온 폴리머를 동시에 사용함으로써 대상 오염수에 대한 양이온성 중금속과 음이온성 비소를 함께 제거할 수 있도록 광산 광물을 개선시키게 된다.

한편으로 본 발명은 기술된 바와 같은 중금속 정화용 조성물을 사용하여 광산배수, 산업폐수, 광산 근방의 지하수 등과 같은 중금속 오염수를 정화하기 위한 방법에 관한 것으로, 유기성 폴리머를 사용하는 본 발명의 제1 실시예는 광산배수를 물리화학적 또는 전기적으로 반응시켜 분리된 광산 광물에 유기성 폴리머를 혼합한 다음 농축탈수하여 분말화된 조성물을 제조하는 제1 단계와, 상기 조성물을 중금속 오염수와 교반시켜 슬러리화함으로써 그 조성물에 중금속 또는 비소가 고착되도록 하는 제2 단계와, 중금속 또는 비소가 상기 조성물에 고착된 슬러리를 고체 및 액체상태로 분리하여 그 액체를 외부로 배출하는 제3 단계로 이루어진다.

상기 제1 단계에서는 물리화학적 방식 또는 전기정화 방식을 통해 분리된 광산 광물과 유기성 폴리머가 혼합된 조성물을 분말화하게 되는데, 전자는 중화반응조에서 Ca(OH)₂ 및 소석회와 반응시킨 다음에 침전조에서 침전된 광물과 유기성 폴리머를 혼합한 다음 농축탈수하여 분말화하는 방식이고, 후자는 전기정화반응조를 거친 다음으로 침전조에 침전된 광물을 유기성 폴리머와 혼합한 다음 농축탈수하여 분말화하는 방식이다.

상기 제2 단계에서는 제1 단계를 거쳐 분말화된 조성물을 중금속 오염수와 함께 교반기가 구비된 반응조에서 교반하는 과정이 이루어지도록 하여, 그 광산 광물에 함유된 방해석 및 슈워트마나이트 중 하나 이상과 침철석을 통해 중금속 또는 비소가 기술된 본 발명의 조성물에 고착되도록 하며, 오염수에 함유된 중금속 또는 비소의 비율에 대응하여 방해석이 많은 광물이나 슈워트마나이트가 많은 광물을 단독으로 사용하거나 혼합하여 사용하게 된다.

참고로 상기 제1 실시예의 제3 단계에서 분리된 고체는 제2 단계에서의 중금속 오염수와 함께 1회 이상 교반되도록 사용될 수 있는 한편, 기술된 광물 분말 및 유기성 폴리머를 혼합한 조성물은 단순히 탈수후에 소정기간동안 건조시킨 후 그 건조된 분말을 체를 통해 걸러냄으로써 일정크기의 조성물 분말을 획득할 수도 있다.

또한 본 발명의 제1 실시예에 포함된 제3 단계에서는 중금속 또는 비소가 본 발명의 조성물에 고착된 광물을 침전조에서 체류시켜 고체 및 액체상태로 분리한 다음 그 정화된 액체를 외부로 배출하게 되고, 분리된 고체는 제2 단계에서의 중금속 오염수를 정화하는데 재사용되며, 제3 단계에서 분리된 액체는 종래의 공지된 샌드필터 또는 역삼투막(Reverse Osmosis)과 같은 멤브레인(Membrane)을 통해 여과하는 제4 단계를 더 추가하여 그 액체의 정화정도를 향상시킬 수 있다.

한편으로 폴리우레탄을 사용하는 본 발명의 제2 실시예는 광산배수를 물리화학적 또는 전기적으로 반응시켜 분리된 광산 광물에 유기성 폴리머를 혼합한 다음 농축탈수하여 분말화하는 제1 단계와, 분말화된 광산 광물과 유기성 폴리머의 배합물에 폴리우레탄을 혼합한 조성물을 제조한 다음, 상기 조성물을 고정상 컬럼에 충전시킨 후 그 컬럼으로 중금속 오염수를 통과시켜 기술된 조성물에 중금속 또는 비소가 고착되도록 하는 제2 단계로 이루어진다.

상기 제1 및 제2 실시예에 사용되는 조성물의 흡착력을 평가하고자 상온에서 1L 용기에 중금속 오염수를 넣고 본 발명의 조성물을 5-40g의 범위에서 첨가하여 24시간동안 일정시간 간격으로 시료를 채취하여 As, Zn, Pb, Cd, Cu, Fe의 중금속을 분석하였으며, 그 결과는 도 1 내지 도 3과 같다.

도 1을 참조로 하면, 본 발명의 조성물을 이용할 경우 비소 처리 효율이 더욱 상승된다는 것을 확인할 수 있었다.

도 2는 아연의 제거 효율을 나타낸 그래프도로, 예를 들면 중금속 아연이 45 ppm인 조건하에서 본 발명의 조성물을 사용하였을 경우 약 70일간 0.03~0.7ppm(평균 0.07ppm)으로 현저히 낮아짐을 알 수 있다.

도 3을 참조로 하면, Pb, Cd, Cu, Fe 각각이 0.1, 0.2, 22, 91ppm으로 유입될 경우 본 발명의 조성물에 의해서는 각각 0.003, 0.004, 0.06, 0.02ppm으로 거의 모든 유입 중금속에 대한 제거가 이루어짐을 알 수 있다.

Claims (7)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 광산배수를 물리화학적 또는 전기적으로 반응시켜 분리된 광산 광물에 유기성 폴리머를 혼합한 다음 농축탈수하고, 분말화된 방해석(Calcite), 슈워트마나이트(Schwertmannite), 침철석(Geothite)에 유기성 폴리머를 혼합하는 제1 단계와;
   상기 유기성 폴리머 혼합물을 중금속 오염수와 교반시켜 슬러리화함으로써 상기 유기성 폴리머 혼합물에 중금속 또는 비소가 고착되도록 하는 제2 단계와;
   중금속 또는 비소가 상기 유기성 폴리머 혼합물에 고착된 슬러리를 고체 및 액체상태로 분리하여 그 액체를 외부로 배출하는 제3 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 중금속 오염수 정화방법.
5. 삭제
6. 청구항 4에 있어서,
   상기 제3 단계에서 분리된 고체는 상기 제2 단계에서의 중금속 오염수와 함께 1회 이상 교반되도록 사용되는 것을 특징으로 하는 중금속 오염수 정화방법.
7. 청구항 4에 있어서,
   상기 제3 단계를 거쳐 분리된 액체를 샌드필터 또는 멤브레인(Membrane)을 통해 여과하는 제4 단계가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 중금속 오염수 정화방법.

Images