KR101286838B1

KR101286838B1 - 석탄침출폐수의 처리장치, 및 화학적 활성화처리법에 의한 석탄침출폐수의 정화방법

Info

Publication number: KR101286838B1
Application number: KR1020110121280A
Authority: KR
Inventors: 김민중
Original assignee: 김민중
Priority date: 2011-11-17
Filing date: 2011-11-17
Publication date: 2013-07-17
Also published as: KR20130054895A

Abstract

본 발명은 석탄취급 사업장에서 발생하는 석탄침출폐수의 부유고형물을 제거하기 위한 방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자연 침강에 의한 토사 및 고형물을 분리하고, 침강되지 않는 부유 고형물을 화학적 활성화과정 및 급속침전과정을 통하여 분리 제거함으로써 석탄폐수를 정화하는 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

이를 위하여 본 발명은 석탄침출폐수를 처리하는 방법에 있어서, 폐수중 침강성 고형물을 침전시키는 1차 침전단계; 상기 1차 침전단계에서 제거되지 않는 부유고형물이 포함된 폐수를 집수시키는 단계; 부유고형물이 포함된 석탄폐수의 화학적 활성화처리에 의한 전처리단계; 침강 반응제에 의한 부유고형물의 급속침전단계; 상등액의 분리 및 pH조정단계; 최종처리수의 배출단계; 급속침전고형물 및 1차 침전고형물의 집수단계; 침전고형물의 탈수단계; 분리고형물의 배출단계로 이루어진 것에 특징이 있다.

석탄 침출폐수처리

Description

석탄침출폐수의 처리장치, 및 화학적 활성화처리법에 의한 석탄침출폐수의 정화방법{A apparatus for treatment of coal-leached wastewater and a method for purification of coal-leached wastewater by the chemical activating treatment}

본 발명은 석탄취급 사업장에서 발생하는 침출폐수처리방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자연 침강에 의한 고형물의 분리 후, 침강되지 않는 부유고형을 화학적 활성화과정 및 급속침전과정을 통하여 침강 분리함으로써 석탄폐수를 정화하는 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

일반적으로 폐수처리방법을 기능별로 보면 물리적 처리, 화학적 처리 및 생물학적 처리로 분류되는데 물리적 처리는 중력 및 밀도차를 이용하여 고형물을 자연 침강 및 부상 분리시킴으로써 제거시키는 것이고, 화학적 처리는 불용성 콜로이드나 수용성 오염물을 산화, 환원, 흡착 및 중화 등 화학적 반응에 의해 응집 침전하여 제거하는 방식이며, 생물학적 처리는 미생물에 의해 유기물을 산화, 환원분해하거나 및 질소, 인 등 오염물을 처리하는 방식이다.

현탁성 물질은 입경이 0.1 - 0.5μm의 콜로이드입자로 되어있는데, 콜로이드 입자는 표면에 전하를 띠고 있어, 입자간의 정전기적 반발력에 의하여 입자들이 상호 응집하지 못하고 현탁상이 된다. 입자의 표면전하 원인은 수중에 분산된 화학적 불활성물질들이 매질내의 음이온(특히, 수산화 이온)을 선택적 흡착하거나, 단백질 및 미생물 등의 경우 아미노산 구조내 아미노기와 카복실기의 이온화, 점토입자의 경우 Si⁺⁴, Al⁺³ 등의 다가이온이 Ca⁺², Mg⁺² 등 금속의 저가이온에 의해 치환되는 이종동형치환에 의해 표면에 음전하를 띠게 된다. 따라서, 자연수중의 현탁 물질인 점토질, 조류, 박테리아세포 등 대부분은 음전하를 띠게 된다. 또한, 콜로이드입자는 입자성분 및 흡착기의 종류에 따라 친수성과 소수성으로 구분되는데 술폰기, 카복실기, 아민 및 암모늄기는 친수성이고 탄화수소 및 할로겐 방향족 및 유리규소 등은 소수성을 띤다.

통상적으로, 폐수의 화학적 응집침전은 용존 및 현탁 고형물의 물리적 상태를 변화시켜 응집 침전시키는 방법으로, 양전하를 가진 무기응집제나 양이온성 유기고분자 응집보조제를 주입하고 교반하여 폐수중 입자의 표면전하를 감소시킴으로써 입자간의 결합을 용이하게 하여 자연침강이 일어나게 한다. 대표적으로 사용되는 화학적 응집제로는 명반(Al₂(SO₄)₃·18H₂O), 황산철(FeSO₄·7H₂O), 소석회(Ca(OH)₂)가 사용되는데 적정 pH의 유지 및 주입농도의 설정이 중요하다.

화학적 응집침전은 다음과 같이 응결반응과 응집반응에 따른다.

응결반응 : 명반의 전해양이온(Al⁺³)과 용존 알카리도(OH,HCO₃)의 반응

Aℓ₂(SO₄)₃ + OH,HCO₃ = 2Aℓ(OH)₃↓ + 3 CaSO₄ + 6 CO₂↑ ----(1)

Aℓ(OH)₃의 표면양전하 + 콜로이드 표면음전하 = 플록 생성 ---(2)

응집반응 : 미세 Floc + 고분자 응집보조제 = 거대 중량화, 침전 ----(3)

반응식(1)에서 명반은 물에 녹아 Al⁺³이온을 띄고, 폐수에 포함된 알카리도와 반응하여 침강성 Aℓ(OH)₃가 형성된다. Aℓ(OH)₃은 표면전하가 양이온을 나타내는데, 반응식(2)와 같이 물속의 콜로이드표면의 음이온과 반응하여 중화되면서 분산상태의 콜로이드를 침강시킨다. 한편, 반응식(2)에 의해 생성된 미세 플록은 가벼워서 침강성이 떨어지므로 입자를 크게 하기 위하여 반응식(3)의 고분자 응집보조제를 주입하게 된다.

석탄폐수에는 석탄조성에 따라 차이가 있으나 물에 용해되는 성분, 불용성 고형성분, 분산성 콜로이드성분 등이 존재한다. 국내무연탄의 경우 황화철 및 염소 등의 성분으로 pH 3-4의 산성을 보이고, 자연산화과정을 통해 백화현상 및 노란색의 침전(Yellow boy)현상을 일으켜 수역 농작물 및 어류의 생장장애에 영향을 주며, 음용수 및 생활용수 오염을 일으키는 문제가 있다. 수입유연탄의 경우에는 침출수는 pH 5.2-6.5로 국내무연탄보다 산성도는 약하나, 공히, 석탄침출폐수는 부유고형물 침강이 매우 어려워 미관상 문제를 야기한다. 석탄입자는 주성분이 사슬형 탄화수소의 비극성화합물로 물에 녹기 힘드나, 물속에서 미셀(miselle)구조를 형성함으로써 계면활성제 역할을 하여 수중에서 분산상태로 떠있기에 통상의 물리적 여과장치에 의해서도 처리가 용이하지 않고, 응집침전방법으로도 처리가 곤란한 문제 점이 있다. 미셀구조란 분자가 친수성기와 소수성기를 함께 가지고 있어서 물속에서 이온상태로 용해되지 않고, 안쪽방향으로는 소수성기를 핵으로 모여 있고, 바깥방향의 물 분자쪽으로는 친수성기가 향해있는 구조로써 침강이 곤란하게 된다. 석탄구조에서는 소수성기로는 메틸기(-CH3)가, 친수성기로는 카복실기(-COOH), 에테르기(-OR), 히드록실기(-OH)등이 포함하고 있다.

일반적인 석탄폐수처리공정은 물리화학적 방법으로서 1차 침전조에서 침강성 고형물을 분리하고, 여과에 의해 산화철 및 미세 부유물질을 제거하는 여과 흡착법, 알칼리제 및 인산염 투입의 의한 중화방식, 황산염 환원성 박테리아의 의한 생물학적 처리, 소택지체류에 의한 자연정화 방식이 있는데, 다단계 처리공정에 따른 넓은 설치부지의 소요, 약품비 고가로 운영비증가 및 자연정화방식의 경우 처리효과저하 등의 문제점이 있다.

석탄광산배수를 침전 슬러지화 시킨 사례는 전체공정의 일부로서 침전조에서 소석회와 반응시켜 고액 분리하여 획득한 석탄광산 슬러지를 분말화하여 금속광산배수의 정화에 이용한 예가 있지만 상기 소석회와의 반응은 침전속도가 낮고, 상등수의 미세부유물 제거효율이 낮은 단점이 있으며, 석탄침출폐수만의 부유물을 제거하기위한 방법과는 거리가 있다.

종래기술의 문헌정보

[문헌1] 최지용, 부산석회를 활용한 휴.폐석탄 광산폐기물의 안전화 및 식생복원, 강원대학교, 2004.12 (검색일: 2010.7.9)

[문헌2] 발전교육원, 폐수처리기술, 환경수질실무, 2000.5

[문헌3] 한국광해관리공단, 석탄광산 슬러지를 사용하여 금속광산배수를 정화하는 방법 및 장치(특허, 10-2008-0085504)

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 제 1 목적은, 석탄침출폐수의 불침강성 부유 고형물을 신속히 침강시켜 분리하는 석탄침출폐수의 정화 방법을 제공함을 목적으로 한다.

본 발명의 제 2 목적은, 석탄침출폐수의 처리효율을 높이고 후속처리공정을 간단히 함으로써 설치비용을 줄이고, 운영비가 저렴한 석탄 침출폐수 처리장치를 제공함을 목적으로 한다.

본 발명인 석탄침출폐수의 처리장치는 하우징; 하우징의 입구에 형성되어, 석탄침출폐수의 고형침전물을 침전시키는 1차침전조; 1차침전조를 월류하는 침출수가 유입되는 전처리 반응조; 전처리 반응조의 상부에 형성되어, 석탄폐수중의 부유고형물을 강제 양이온화 시키기 위하여 강산성물질의 활성 반응제가 투입되는 활성 반응제 투입구; 전처리반응조 내부에 위치하여 부유고형물폐수와 활성반응제의 급속접촉을 위한 전처리반응조 교반기; 전처리 반응조를 월류하는 강제 양이온화 된 부유고형물폐수가 유입되는 침강 반응조; 침강 반응조의 상부에 위치하여, 침강 반응제가 투입되는 침강 반응제 투입구; 침강 반응조의 내부에 위치하여 강제 양이온화 된 부유고형물폐수와 침강 반응제의 혼합반응을 위한 침강반응조 교반기; 침강 반응조를 월류하는 부유고형물이 제거된 상등수가 유입되는 pH조정조; pH조정조 상부에 위치하여, pH조절제가 주입되는 pH조절제 투입구, 상기 상등수와 pH조절제의 혼합반응을 위한 pH조정조 교반기; pH조정조를 월류하는 최종처리수가 유입되는 최종처리조; 침강 반응조의 하부에 위치하여 침강반응조 하부에 침전된 슬러지와 상기 1차 침전조에 침전된 고형물을 집수하기위한 고형물 저장조; 고형물 저장조의 후단에 위치하여 고형물중 수분을 분리하기 위한 고형물 탈수장치; 하우징의 제 1 출구에 형성되어 최종처리수가 배출되는 최종처리수 배출구; 하우징의 제 2 출구에 형성되어 탈수 건조된 고형물이 배출되는 분리고형물 배출구로 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명인 석탄침출폐수의 처리장치는 일체형으로 설치가 가능하여 고정 설비시공 뿐만 아니라 이동 가능한 구조로 된 것을 특징으로 한다.

이를 위하여 본 발명은 석탄침출폐수를 처리하는 방법에 있어서, (a)침강성 고형물을 침전시키는 1차 침전단계; (b)상기 1차 침전단계에서 제거되지 않는 부유고형물이 포함된 폐수를 집수시키는 단계; (c)부유고형물이 포함된 석탄폐수를 강제 양 이온화시키는 전처리단계; (d)침강 반응제 주입에 의한 부유고형물의 중화침전단계; (e)상등액의 분리 및 pH조정단계; (f)최종처리수의 배출단계; (g)중화침전고형물 및 1차 침전고형물의 집수단계; (h)침전고형물의 탈수단계; (i)분리고형물의 배출단계로 이루어진 것에 특징이 있다.

본 발명에서 석탄침출폐수의 부유고형물을 급속침전 처리함에 있어, 산, 염기의 중화반응원리를 이용하는바, 현탁상의 부유물 성분을 응집, 침강시키기 위하여 산성의 활성 반응제를 접촉시킴으로써 부유물입자표면을 양이온으로 활성화시키는 활성화공정과 알칼리성의 침강 반응제를 주입함으로써 부유고형물을 중화 침전시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

석탄폐수는 조성에 따라 물에 용해되는 성분, 불용성 고형성분, 분산성 콜로이드성분 등으로 나눌 수 있는데, 현탁상의 부유고형물은 석탄의 주성분인 사슬형 탄화수소와 방향족 물질로 구성되어 있는데, 사슬형 탄화수소는 거대분자구조로 대개 소수성 특성이 있어 물에 용해되기 어렵고, 수중에서 석탄부유고형물이 분산상태로 떠있어, 장기간 방치해도 자연 침강이 어렵기 때문에 통상의 화학적 폐수처리방법으로는 처리가 어렵다. 본 발명의 화학적 활성화처리법은 분산상태의 소수성의 석탄입자가 포함된 석탄폐수에 산성 물질을 첨가하여 강제로 석탄입자표면을 양이온화 하는 방법으로 친수성화 시킨 후, 알칼리성 물질을 주입하여 산 알칼리 중화반응에 의한 침전을 유도함으로써 분상상태의 침강이 어려운 석탄침출폐수를 신속히 처리하여 정화하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 급속침전반응은 부유석탄입자뿐 만 아니라 산 알칼리 중화침전물질이 부유입자에 부착되어 함께 침전되므로 침강속도가 빨라, 통상의 폐수처리에서처럼 고분자 응집보조제를 주입할 필요가 없는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 구성된 본 발명은 하기와 같은 효과가 있다.

본 발명의 제 1 효과는, 산성 활성 반응제에 의한 부유고형물 입자의 양이온 활성화 및 알칼리성 침강 반응제의 중화침전반응을 적용함으로써 통상의 응집방법으로는 처리가 어려운 석탄침출폐수의 부유고형물을 침전시킬 수 있어 효과적이다.

본 발명의 제 2 효과는, 석탄침출폐수 중 부유석탄입자뿐 만 아니라 반응제의 중화침전물이 석탄입자 표면에 부착되어 함께 침전되므로 침강이 신속히 이루어 져, 부유물의 제거효율을 높이는 이점이 있다,

본 발명의 제 3 효과는, 플록입자 거대화를 위해 고분자 응집보조제를 주입할 필요가 없어 경제적이며, 신속한 처리속도와 높은 제거효율로 처리장치를 소형화시킬 수 있으므로 넓은 설치면적이 소요되지 않는 설치공간 이점이 있다.

본 발명의 제 4 효과는, 침강된 석탄고형물은 건조 후 연료로 재순환 사용할 수 있어 폐기물처리비용 절감뿐 만아니라 에너지자원 재활용의 이점이 있다.

본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 석탄침출폐수의 발생과 처리구성에 관한 개념도이고, 도 2는 본 발명의 화학적 활성화처리법에 의한 석탄침출폐수의 정화방법에 관한 화학적 반응메카니즘의 도식도이고, 도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 석탄침출폐수의 처리장치의 공정흐름도이고, 도 4는 본 발명의 화학적 활성화처리법에 의한 석탄침출폐수의 정화방법의 단계 흐름도이다. 석탄침출폐수는 석탄을 취급하는 탄광, 석탄발전소, 제철소 및 석탄 야적장 등 석탄폐수 발생원(100)에서 강우, 비산먼지방지를 위해서 뿌리는 살수 및 기타 석탄취급설비의 유지관리를 위한 청소에 의해 발생된다. 일반 공장폐수와는 달리 침강이 어렵고, 탁도가 높으며, 석탄입자의 소수성특징에 따라 수중에서 일반 폐수 응집 반응제에 의해서는 응집침전이 곤란하여 통상의 폐수처리방법으로는 처리가 어렵다. 또한, 일반폐수와 혼합하여 처리할 경우, 일반폐수처리 설비의 기능이 저하될 뿐 아니라 처리효율이 낮은데, 물리적 여과에 의해서도 미세석탄입자는 제거가 불량하여 처리수에는 여전히 색도 및 탁도가 잔존하게 된다. 따라서, 별도의 석탄침출 폐수처리설비(200)가 필요하다. 석탄침출폐수는 석탄의 조성에 따라 차이가 있지만 주오염물은 석탄자체의 고형물입자로 구성된 부유고형물이 대부분으로 적절히 처리한다면 고형물은 탈수 건조하여 분리 고형물 재활용 계통(400)을 거쳐 연료로써 재사용할 수 있다. 한편, 정화된 처리수는 최종 처리수 배출계통(300)을 거쳐 방류하거나 원수로써 재사용 할 수 있다.

폐수의 화학적 처리의 하나인 응집반응처리는 오염물질이 수중에서 이온성, 콜로이드성 물질, 현탁성 물질로 존재할 때 모두 전하를 가짐에 따라 이를 중화처리를 함으로써 제거하는 것에 기초한다. 특히, 자연계 원수에 존재하는 콜로이드입자는 음전하로 하전되어 서로 떨어져서 분산상태로 되어 자연 침강이 어려운데, 응집 반응제를 투입하면 먼저 물과 수화반응에 의해 플록이 형성되고, 플록 표면은 양전하를 띄므로 콜로이드 입자와 중화 반응하여 침강이 되면서 정화되는 것이다. 석탄은 주 성분이 탄화수소인 거대 사슬형의 분자구조로 탄소의 소수성 특성으로 전하를 갖지 못한다. 하지만 미량 포함된 친수성 물질에 의하여 물속에서 미셀구조라는 독특한 구조로 있기 때문에 침강되지 못하고 부유고형물 상태로 존재한다.

본 발명의 화학적 활성화처리법에 의한 석탄침출폐수의 정화법은 부유석탄입자를 산성 활성 반응제를 주입하여 입자표면을 강제로 양이온화 시킨 후에, 알칼리성 침강 반응제를 첨가함으로써 형성되는 음이온이 석탄표면의 양이온과 중화 반응되면서 침전물질이 석탄입자와 함께 침강을 일으킴으로써 침출부유 고형물을 제거하는 방법이다.

석탄 + 물 = 석탄침출폐수(물 + 석탄부유입자) -----------(4)

석탄부유입자 + 활성반응제 = 석탄입자의 표면 양이온화 --------(5)

표면양이온 + 침강반응제(음이온 제공) = 표면에서의 중화반응침전 및 석탄입자와의 동시침강 ----------------------------------(6)

반응식(5)는 활성반응제로서의 산의 수소양이온에 의해 석탄입자표면이 순간 양이온으로 치환되는데, 치환율을 높이기 위해 급속 교반시킨다. 반응식(6)은 침강반응제를 주입함으로써 음이온을 형성되면, 석탄표면에 생성된 양이온과 중화반응이 일어나고, 동시에 생성된 염은 석탄입자 표면에 침전부착상태로 침강된다. 이때 염은 분자량이 크므로 석탄입자의 침강속도를 더욱 높이는 역할을 하게 된다.

상기 반응식(5), 반응식(6)에서 활성반응제는 강산을 사용하는데 산의 종류별 침강속도에 차이를 보이나 그 차이는 크지 않다. 침강반응제로 알칼리성의 물질을 사용하는데, 종류에 따라 그 침강반응효과는 차이가 크다. 특히, 특정 침강반응제는 우수한 침강반응성을 나타냈고. 여타 알칼리성 금속수산화물은 침강반응효과가 없거나 부유고형물의 제거효과가 불량하다. [표 1]은 활성반응제와 침강반응제의 종류에 따른 석탄침출폐수의 부유고형물 제거효과를 실험실적 반응을 통하여 나타낸 것이다.

[표 1]

※ 석탄침출시료 : 유연탄(호주 PRB탄) + 증류수 1시간 진탕 후 침출액 사용

침출액 고형물농도 : 3.5％ (35,000ppm),

2주 이상 정치해도 침강 안 됨

실험장치 : 500ml 비이커 + 교반기

실험방법 : 침출시료 300ml에 활성반응제를 2-3ml 넣고 급속교반(250rpm)

침강반응제를 넣어 중화시키면서 교반(100rpm). 단, 중화점을 다소 초과할 정도의 침강반응제 주입. 상등액의 pH9.5-10.0유지 교반정지 및 침강상태(침강시간) 및 처리직후 상등액의 탁도(NTU)측정 (1 NTU ; 약 0.67ppm 해당 @10-100NTU )

(탁도계 : DRT-15CE Turbidimeter, Scientific Inc.)

한편, 침강반응 및 상등액의 처리효율이 가장 우수한 활성반응제 A-1과 침강반응제 B-1에 대해서 주입농도조건에 따른 반응차이를 실험실적 반응을 통하여 [표 2]에 나타냈다.

[표 2]

석탄침출폐수의 중화침강반응에서 반응최적조건은 침출수의 고형물농도에 따라 다르겠지만, 본 발명의 일실시 예에서 나타난 바, 활성반응제 A-1의 주입농도는 석탄침출폐수의 부피대비 0.9％로 주입하고, 침강반응제의 주입농도는 침강반응제 주입, 반응 후 상등액의 pH를 낮게는 9.0 높게는 10.5의 범위로 주입할 경우, 부유고형물의 제거효과가 높았다.

한편, 상기 반응식(5)와 (6)에서 활성반응제 및 침강반응제의 반응순서를 바꾸어 침강반응제를 먼저 주입하여 반응시키고, 나중에 활성반응제를 주입할 경우에 는 모든 경우에서 응집침강 반응효과가 불량한 것으로 나타났으며, 가장, 침강반응효과가 우수한 A-1과 B-1의 반응의 경우에도 처리효과가 저하되었다. 이는 석탄에서 친수성기로 대표되는 카복실기 및 히드록실기는 표면 음전하를 띠고 있는 바, 침강 반응제가 먼저 주입되면 수산 음이온과 표면전하가 반발되고, 이어서 주입되는 산성의 활성반응제는 침강반응제와 반응할 뿐이고, 석탄입자와는 반응경쟁에서 불리하기 때문인 것에 기인한다고 판단된다. 반대로, 산성의 활성반응제를 먼저 주입하게 되면 석탄입자의 친수성기 음전하는 활성반응제와 강력한 양이온과 중화반응되고, 더욱 양이온으로 강제 치환되는 효과를 갖게 된다. 이어서 주입되는 침강반응제의 염기성 이온에 의해 중화반응이 일어나고, 입자표면에서 생성염이 침전되면서 석탄입자의 침강반응이 신속히 일어나는 것으로 해석할 수 있다. B-3의 경우는 A-1과의 반응에서만 침강효과가 나타났고, B-1은 모든 활성반응제와 반응하는 우수한 침강효과가 나타났는데, 활성반응제 없이 단독으로도 침강반응이 일어나지만 침강속도가 낮고, 처리수의 탁도 제거효과도 낮은 결과가 나타났다.

도 2는 상기 화학적 활성화처리법에 의해서 예상되는 석탄침출폐수의 정화방법의 화학적 반응 메카니즘을 도식화한 것으로 미셀구조의 석탄입자와 활성반응제, 침강반응제와의 반응관계를 나타낸 것이다.

이상은 본 발명의 일 실시를 위한 실험실적 시도를 통하여 그 효과를 확인한 것인데, 이의 포괄적 적용을 위한 경우에 있어서도 활성반응제와 침강반응제의 중화반응을 이용한 상기 화학적 활성화처리법에 의한 석탄침출폐수의 정화법은 그 원리가 독특하다 할 것이다. 또한, 산성의 활성반응제와 알칼리성의 침강반응제는 본 발명의 일 실시 예에서 사용한 것에 국한되는 것이 아니며, 석탄침출폐수를 상기 화학적 활성화처리법으로 처리하는데 이용 될 수 있는 활성반응제와 특정 침강반응제를 발견함이 독특하다고 할 것이다.

따라서, 상기 화학적 활성화처리법에 의한 석탄침출폐수의 정화방법을 이용하여 처리효과를 높이고, 국지적 발생 및 발생원의 접근도 여부에 관계없이, 공정을 단순화하고, 장치를 집약화 함으로써 설치운영비를 절감하는 석탄침출폐수의 처리장치를 실현한다면 유익할 것이다.

본 발명인 석탄침출폐수의 처리장치는 상기 화학적 활성화처리법에 의한 석탄침출폐수의 정화방법에 따라 고안 것으로 일반적인 폐수처리공정에 준해서 설계할 수 있다. 그러나 처리효능의 곤란함 때문에 석탄침출폐수를 일반 폐수처리공정으로 처리하는 사례는 없다.

도 3은 석탄침출폐수의 처리장치를 간략화한 개념도인데, 석탄침출폐수(Wc)를 먼저, 1차 침전조(211)를 통과시켜 고형침전물을 침전시키는데, 침전조 상부의 침출폐수는 1차 침전조 상부수 배출구(W1)를 통해서 전처리 반응조(220)로 유입 된다. 이때 전처리 반응조의 상부에 위치한 활성반응제 투입구(R1)를 통해서 석탄폐수 중 부유고형물을 활성화시키기 위해 활성반응제를 주입하고, 급속교반을 위한 전처리 반응조 교반기(A1)을 설치한다. 활성화 처리된 전처리폐수는 전처리 반응조 전처리폐수 배출라인(W2)을 통해서 침강반응조(230)로 유입되는데, 침강반응조는 이중원통형으로 내통부(232)와 외통부(231), 그리고 침강부(233)로 나누어진다. 활성화폐수는 내통부로 유입되며, 이때 침강반응조 상부에 위치한 침강반응제 투입구 (R2)를 통해서 활성화폐수와 반응시키기 위하여 침강반응제를 주입하고, 완속교반을 위한 침강반응조 교반기(A2)를 설치한다. 침강된 석탄입자 가 포함된 반응침강물은 침강반응조 침강부(233)에 모인다. 부유고형물이 제거된 상등수는 침강반응조 상등수 배출구(W3)를 통하여 pH조정조(240)로 유입된다. 이때 유입상등수는 pH가 알칼리성이므로 pH조정을 위하여 pH조정조 상부에 위치한 pH조절제 투입구(Adj)를 통해서 pH조절제를 주입하고, 완속교반을 위한 pH조정조 교반기(A3)를 설치한다. pH가 조절된 최종처리수는 pH 조정수 배출구(W4)를 통하여 최종처리조(250)에 모여지고 최종처리수는 최종처리수 배출구(Wr)를 통해 배출되는데 후속 처리수 배출계통(300)을 거쳐 최종방류되거나 원수로서 재활용하게된다. 한편, 상기 1차 침전조에서 침전된 고형침전물은 1차 침전조 침전부(211)에 모이고, 1차 침전조 고형침전물 배출구(Cw)를 통하여 고형물저장조(260)에 모인다. 또한 상기 침강반응조 침강부(233)에 모인 반응침강물도 침강반응조 반응침강물 배출구(Sw)를 통하여 고형물저장조(260)에 모인다. 고형물저장조에 모인 석탄침강물이 포함된 고형물은 고형물저장조 배출구(SCw)를 통하여 고형물 탈수장치(270)로 유입되고 수분이 제거된 탈수건조된 고형물은 분리고형물 배출구(SCd)를 통해 재이용 처리되고, 이때 발생된 수분은 상기 1차 침전조(270) 상부로 유입된다.

상기 전처리 반응조, 침강 반응조 및 pH조정조에서의 교반속도는 전처리반응조에서 100-300rpm, 침강반응조에서 5-20rpm, pH조정조에서 20-40rpm의 범위로 각각 운전한다. 또한, 상기 1차 침전조 침전부 및 침강반응조 침강부에는 고형물의 집적을 용이하게 하기위한 슬러지 집수장치가 설치될 수 있으나 이는 일반 폐수처 리설비공정에 따라 설치될 수 있을 것이다. 상기 고형물 탈수장치도 통상의 중력식, 진공식, 원심분리식 및 열건조식 등 일반 탈수건조공정을 적용할 수 있다.

도 4는 본 발명의 화학적 활성화처리법에 의한 석탄침출폐수의 정화방법의 단계 흐름도이다. 본 발명이 적용될 수 있는 장소로는 상기 석탄폐수의 발생원(100)인 탄광, 석탄발전소, 제철소 및 석탄야적장 등을 들 수 있으나, 반드시 이곳에만 국한되는 것은 아니다.

덧붙여 이상의 설명은 본 발명의 일예에 지나지 않는바, 세부적인 부분에 대한 여러 가지 변형이 있을 수 있음은 당업자에게 자명한 사실이다. 하지만 이들 변형이 본 발명의 기술적 사상을 만족시키는 한, 발명의 권리범위 내에 속한다 해야 할 것이며 이에 대해서는 특허 청구범위를 통해 확인할 수 있다.

도 1은 본 발명의 석탄침출폐수의 발생과 처리구성에 관한 개념도.

도 2는 본 발명의 화학적 활성화처리법에 의한 석탄침출폐수의 정화방법에 관한 화학적 반응메카니즘의 도식도.

도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 석탄침출폐수의 처리장치의 공정흐름도.

도 4는 본 발명의 화학적 활성화처리법에 의한 석탄침출폐수의 정화방법의 단계 흐름도.

Claims

본 발명인 석탄침출폐수의 처리장치는 하우징; 하우징의 입구에 형성되어, 석탄침출폐수의 고형침전물을 침전시키는 1차침전조; 1차침전조를 월류하는 침출수가 유입되는 전처리 반응조; 전처리 반응조의 상부에 형성되어, 석탄폐수중의 부유고형물을 강제 양이온화 시키기 위하여 강산성물질의 활성 반응제가 투입되는 활성 반응제 투입구; 전처리반응조 내부에 위치하여 부유고형물폐수와 활성반응제의 급속접촉을 위한 전처리반응조 교반기; 전처리 반응조를 월류하는 강제 양이온화 된 부유고형물폐수가 유입되는 침강 반응조; 침강 반응조의 상부에 위치하여, 침강 반응제가 투입되는 침강 반응제 투입구; 침강 반응조의 내부에 위치하여 강제 양이온화 된 부유고형물폐수와 침강 반응제의 혼합반응을 위한 침강반응조 교반기; 침강반응조를 월류하는 부유고형물이 제거된 상등수가 유입되는 pH조정조; pH조정조 상부에 위치하여, pH조절제가 주입되는 pH조절제 투입구, 상기 상등수와 pH조절제의 혼합반응을 위한 pH조정조 교반기; pH조정조를 월류하는 최종처리수가 유입되는 최종처리조; 침강 반응조의 하부에 위치하여 침강반응조 하부에 침전된 슬러지와 상기 1차 침전조에 침전된 고형물을 집수하기위한 고형물 저장조; 고형물 저장조의 후단에 위치하여 고형물중 수분을 분리하기위한 고형물 탈수장치; 하우징의 제 1 출구에 형성되어 최종처리수가 배출되는 최종처리수 배출구; 하우징의 제 2 출구에 형성되어 탈수 건조된 고형물이 배출되는 분리고형물 배출구로 구성된 것을 특징으로 하는 석탄침출폐수의 처리장치.
석탄침출폐수의 정화방법에 있어서,(a)침강성 고형물을 침전시키는 1차 침전단계; (b)상기 1차 침전단계에서 제거되지 않는 부유고형물이 포함된 폐수를 집수시키는 단계; (c)부유고형물이 포함된 석탄폐수를 강제 양 이온화시키는 전처리단계; (d)침강 반응제 주입에 의한 부유고형물의 중화침전단계; (e)상등액의 분리 및 pH조정단계; (f)최종처리수의 배출단계; (g)중화침전고형물 및 1차 침전고형물의 집수단계; (h)침전고형물의 탈수단계; (i)분리고형물의 배출단계를 포함하여 석탄침출폐수 부유고형물 처리공정을 완성하고,

상기 전처리단계에서는 무기산을 주입함으로써 석탄부유고형물 표면을 양이온으로 급속히 변화시키는 활성화공정을 포함하고,

상기 중화침전단계에서는 알칼리성의 침강 반응제를 주입함으로써 양이온으로 전화된 부유고형물표면을 중화 침전시키는 공정을 포함하며,

상기 전처리단계의 무기산은 강산원액으로 1차 침전조를 통과하는 석탄침출폐수의 부피대비 0.8％ 내지 1.2％의 주입비율로 주입하며, 주입시 교반속도는 100에서 300rpm의 범위로 급속교반을 하고,

상기 침강반응제는 알칼리성의 물질을 사용하되, 본 실시 예와 같이 특정의 알카리성 물질을 사용하는데, 그 주입농도를 처리후 상등액을 기준으로 pH범위가 8.5 내지 11.0으로 되도록 주입하며, 주입시 교반속도는 5 내지 20rpm의 범위로 완속교반을 실시하는 것을 특징으로 하는 석탄침출폐수의 정화방법.