KR101334641B1 - 폐수로부터 유가금속을 회수하는 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 폐수 내에 존재하는 유가금속을 강한 환원제에 속하는 황화나트륨(Na2S) 또는 수황화나트륨(NaSH)과 반응시켜 황화물의 금속침전물 형태로 침전시켜 폐수와 분리시킴으로써 폐수로부터 유가금속을 고품위로 회수시킬 수 있는 폐수로부터 유가금속을 회수하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, 폐수를 집수하는 집수조; 상기 집수조로부터 이송된 폐수를 황화나트륨(Na2S) 또는 수황화나트륨(NaSH)과 반응시켜 금속황화물로 생성시키는 반응기; 상기 반응기에 의해 생성된 금속황화물을 슬러지 형태로 침전시키는 침전조; 및 상기 침전조에 의해 침전된 슬러지를 탈수시켜 금속황화물을 수득하는 탈수기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐수로부터 유가금속을 회수하는 장치를 제공한다.

Description

폐수로부터 유가금속을 회수하는 장치 및 방법{Apparatus for recycling of valuable metal from wastewater and the method thereof}
본 발명은 폐수로부터 유가금속을 회수하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게 설명하면, 폐수 내에 존재하는 유가금속을 강한 환원제에 속하는 황화나트륨(Na2S) 또는 수황화나트륨(NaSH)과 반응시켜 황화물의 금속침전물 형태로 침전시켜 폐수와 분리시킴으로써 폐수로부터 유가금속을 고품위로 회수시킬 수 있는 폐수로부터 유가금속을 회수하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 자원의 재활용이나 환경오염이 중요한 문제로 대두되고 있다. 예를 들면 각종 전자제품에 사용되는 회로기판(Printed Circuit Board) 등을 포함하는 전자부품 스크랩(scrap)이나, 화학공장에서 많이 나오는 폐 촉매 등으로부터 유가금속을 재활용하거나, 또는 도금공장이나 섬유공장 외 기타공장의 폐수와 사진현상시 발생하는 폐수 등에는 다량의 중금속이 함유되어 있으므로, 이러한 폐수들의 재활용 및 상기 폐수들로부터 회수 가치가 있는 유가금속의 효율적인 회수는, 폐자원의 가치 창출 및 환경오염 방지 차원에서 매우 중요하게 다뤄지고 있는 현안 중의 하나이다.
기존에 적용되고 있는 일반적인 폐수처리방법으로는, 폐자원을 파쇄한 후 주로 산이나 알칼리 등을 용매로 하여 침출해내고, 화학적 침전 또는 전기분해를 이용하여 유가금속을 회수하는 것이다.
상기 전기분해방식은 폐수내에 함유된 유가금속이나 중금속의 회수뿐만 아니라 일반적인 무기화합물 또는 유기화합물의 처리 및 생산에서 부분적으로 사용되고 있으나, 기존의 전기분해장치에 의해서는 처리시간이 오래 걸리거나 효율이 낮았으며 장치 자체가 많은 공간을 차지하게 되는 등의 단점이 있었다.
한편, 이상에서 설명한 폐수처리방법 및 그것에 적용되는 장치 이외에도, 현재 도금업체 등에서 주로 사용되는 폐수처리방법으로는, 화학약품 처리에 의해 슬러지화하여 매립하는 등의 처리방식이 대부분이어서 폐수내의 유가금속 성분 및 용수를 거의 재활용하지 못하고 그대로 방류시켜 심각한 환경오염을 초래할 뿐만 아니라, 화학약품 처리시에 많은 비용 부담을 안게 되는 문제점이 있었다.
특허문헌 KR 10-2012-0018985
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 폐수 내에 존재하는 유가금속을 강한 환원제에 속하는 황화나트륨(Na2S) 또는 수황화나트륨(NaSH)과 반응시켜 황화물의 금속침전물 형태로 침전시켜 폐수와 분리시킴으로써 폐수로부터 유가금속을 고품위로 회수시킬 수 있는 폐수로부터 유가금속을 회수하는 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 의하면, 폐수를 집수하는 집수조; 상기 집수조로부터 이송된 폐수를 황화나트륨(Na2S) 또는 수황화나트륨(NaSH)과 반응시켜 금속황화물로 생성시키는 반응기; 상기 반응기에 의해 생성된 금속황화물을 슬러지 형태로 침전시키는 침전조; 및 상기 침전조에 의해 침전된 슬러지를 탈수시켜 금속황화물을 수득하는 탈수기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐수로부터 유가금속을 회수하는 장치를 제공한다.
한편, 상기 반응기는 폐수를 수황화나트륨(NaSH)과 반응시켜 금속황화물로 생성된 후 발생되는 부산물인 황화수소를 집수조로 이송시키며, 상기 집수조로 이송된 황화수소는 폐수 중의 금속과 반응하여 금속황화물로 변화되는 것을 특징으로 한다.
한편, 황화나트륨 또는 수황화나트륨을 저장한 후, 상기 저장된 황화나트륨 또는 수황화나트륨을 상기 반응기로 공급하는 약품저장탱크; 및 상기 집수조로부터 폐수와 미반응된 황화수소를 공급받아 수산화나트륨(NaOH)과 반응시켜 수황화나트륨을 생성시키고, 미반응된 황화수소는 배출시키는 스크러버;를 더 포함하되,상기 스크러버는 생성된 수황화나트륨을 상기 황화나트륨 또는 수황화나트륨이 저장된 약품저장탱크로 재공급하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 의하면, 반응기의 내부에서 폐수를 황화나트륨과 수황화나트륨을 반응시켜 금속황화물로 생성된 후 발생되는 부산물인 황화수소를 집수조로 이송시켜 집수된 폐수와 반응시키는 제 1단계; 상기 제 1단계에서 반응된 폐수를 반응기에서 황화나트륨(Na2S)과 수황화나트륨(NaSH)을 반응시켜 금속황화물로 생성시키는 제 2단계; 및 상기 제 2단계에서 생성된 금속황화물을 침전조에서 슬러지 형태로 침전시켜 상기 침전된 슬러지를 탈수시켜 금속황화물을 수득하는 제 3단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐수로부터 유가금속을 회수하는 방법을 제공한다.
한편, 상기 제 2단계는 약품저장탱크에 저장되는 황화나트륨 및 수황화나트륨을 상기 반응기로 공급하는 것을 포함하되, 상기 수황화나트륨은 집수조에서 폐수와 미반응된 황화수소를 스크러버로 공급받아 수산화나트륨(NaOH)과 반응시켜 생성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 폐수 내에 존재하는 유가금속을 회수하기 위해 황화나트륨과 수황화나트륨을 이용해 유가금속과의 반응효율을 높여 금속을 침전물의 형태로 쉽게 회수할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명은 폐수 내에 존재하는 금속의 종류에 따라 pH 미터와 산화환원전위 미터를 이용해 황화나트륨 및 수황화나트륨의 사용량을 조절함으로써 금속을 침전물 형태로 선택적으로 회수할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명은 황화나트륨 및 수황화나트륨과의 반응에 의해 얻어진 유가금속을 보다 쉽게 재활용하여 금속의 원료비를 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명은 반응 후 남은 황화수소를 수산화나트륨과 재반응시켜 수황화나트륨을 생산함으로써 약품의 사용량을 절감할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유가금속을 회수하는 장치에 관한 구성도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유가금속을 회수하는 장치에 관한 구성도이다.
도 1을 참조하면, 유가금속을 회수하는 장치(10)는 집수조(100), 반응기(200), 침전조(300), 탈수기(400), 약품저장탱크(500) 및 스크러버(600)를 포함한다.
상기 집수조(100)는 폐수를 집수하는 역할을 한다. 특히 반응기(200)에서 폐수와 수황화나트륨(NaSH)을 반응시켜 금속황화물로 생성시킨 후 발생되는 부산물인 황화수소를 상기 집수조(100)로 이송시켜 상기 집수조(100)에서 황화수소와 폐수를 반응시킬 수 있다. 이러한 황화수소와 폐수의 반응(아래 반응식 참조)에 의해 금속황화물이 생성된다. 상기 집수조(100)는 반응성을 높이기 위해 폐수를 집수받은 후, 다시 집수조(100) 내부로 순환시킬 수 있다(도 1참조).
금속이온 + H2S → 금속황화물↓ + H2↑
상기 반응기(200)는 상기 집수조(100)로부터 이송된 폐수를 황화나트륨(Na2S) 또는 수황화나트륨(NaSH)과 반응시켜 금속황화물로 생성시키는 역할을 한다. 이러한 폐수와 수황화나트륨 및 황화나트륨의 반응(아래 반응식 참조)에 의해 금속황화물이 생성된다.
금속이온 + Na2S → 금속황화물↓ + 2Na+
금속이온 + NaSH → 금속황화물↓ + Na+ + H2↑
H+ + NaSH → Na+ + H2S↑
한편, 상기 반응기(200)는 위의 반응식에 나타난 것처럼, 폐수를 수황화나트륨(NaSH)과 반응시켜 금속황화물로 생성된 후 발생되는 부산물인 황화수소를 집수조(100)로 이송시킬 수 있다.
또한 상기 반응기(200)는 집수조(100)로부터 폐수를 공급받고, 약품저장탱크(500)로부터 황화나트륨 및 수황화나트륨을 공급받는다. 이때, 상기 반응기(200)는 반응성을 높이기 위해 반응시킨 폐수를 다시 반응기(200) 내부로 순환시킬 수 있다(도 1참조).
또한 상기 반응기(200)에는 pH 미터(210)와 산화환원전위(ORP) 미터(220)가 설치될 수 있다. 상기 pH 미터(210)와 산화환원전위 미터(220)는 반응기(200) 내부의 폐수의 pH 및 산화환원전위를 측정해 폐수 내에 존재하는 금속의 종류에 따른 황화나트륨 및 수황화나트륨의 사용량을 조절함으로써 금속을 침전물 형태로 선택적으로 회수할 수 있게 된다.
상기 침전조(300)는 상기 반응기(200)에 의해 생성된 금속황화물을 슬러지 형태로 침전시키는 역할을 한다. 따라서 상기 침전조(300)의 하단에는 금속황화물이 슬러지 형태로 침전되며, 침전 후 상등액은 최종적으로 방류된다.
상기 탈수기(400)는 상기 침전조(300)에 의해 침전된 슬러지를 탈수시켜 금속황화물을 수득하는 역할을 한다. 따라서 상기 탈수기(400)는 침전조(300) 하부에 침전된 슬러지를 공급받아 탈수시키며, 금속황화물은 슬러지 형태로 발생하며, 탈수액은 다시 반응기(200)로 공급되어 미반응된 금속이온을 다시 반응시킬 수 있다.
상기 약품저장탱크(500)는 황화나트륨 또는 수황화나트륨을 저장한 후, 상기 저장된 황화나트륨 또는 수황화나트륨을 상기 반응기(200)로 공급하는 역할을 한다. 이때, 상기 약품저장탱크(500)에는 황화나트륨 및 수황화나트륨이 공급되어 저장되어질 수 있을뿐만 아니라, 스크러버(600)에서 생성된 수황화나트륨이 상기 약품저장탱크(500)에 재공급되어 수황화나트륨의 사용량을 절약할 수 있게 된다.
상기 스크러버(600)는 상기 집수조(100)로부터 폐수와 미반응된 황화수소를 공급받아 수산화나트륨(NaOH)과 반응시켜 수황화나트륨을 생성시키고, 미반응된 황화수소는 배출시키는 역할을 한다. 따라서 스크러버(600)에서 집수조(100)로부터 폐수와 미반응된 황화수소를 그대로 배출시키는 것이 아니라 스크러버(600) 내부에 수산화나트륨을 공급하고 상기 공급된 수산화나트륨과 황화수소를 반응시켜 최종적으로 배출되는 황화수소의 양을 최소화할 수 있게 된다.
또한 상기 스크러버(600)는 생성된 수황화나트륨을 상기 약품저장탱크(500)로 공급한다. 이러한 수산화나트륨과 황화수소의 반응(아래 반응식 참조)에 의해 수황화나트륨이 생성된다. 이때, 상기 스크러버(600)는 반응성을 높이기 위해 반응시킨 수산화나트륨을 다시 스크러버(600) 내부로 순환시킬 수 있다(도 1참조).
NaOH + H2S → NaSH + H2O
본 발명에 의한 유가금속을 회수하는 방법을 설명하면 다음과 같다.
제 1단계는 반응기(200)의 내부에서 폐수를 황화나트륨과 수황화나트륨을 반응시켜 금속황화물로 생성된 후 발생되는 부산물인 황화수소를 집수조(100)로 이송시켜 집수된 폐수와 반응시키는 단계이다.
제 2단계는 상기 제 1단계에서 반응된 폐수를 반응기(200)에서 황화나트륨(Na2S)과 수황화나트륨(NaSH)을 반응시켜 금속황화물로 생성시키는 단계이다. 한편, 상기 제 2단계는 약품저장탱크(500)에 저장되는 황화나트륨 및 수황화나트륨을 상기 반응기(200)로 공급하는 것을 포함하되, 상기 수황화나트륨은 집수조(100)에서 폐수와 미반응된 황화수소를 스크러버(600)로 공급받아 수산화나트륨(NaOH)과 반응시켜 생성될 수 있다.
제 3단계는 상기 제 2단계에서 생성된 금속황화물을 침전조(300)에서 슬러지 형태로 침전시켜 상기 침전된 슬러지를 탈수시켜 금속황화물을 수득하는 단계이다.
따라서 본 발명에 의해 유가금속을 회수할 경우, 폐수 내에 존재하는 유가금속을 회수하기 위해 황화나트륨과 수황화나트륨을 이용해 유가금속과의 반응효율을 높여 금속을 침전물의 형태로 쉽게 회수할 수 있는 효과가 있다. 또한 본 발명은 황화나트륨 및 수황화나트륨과의 반응에 의해 얻어진 유가금속을 보다 쉽게 재활용하여 금속의 원료비를 절감할 수 있는 효과가 있으며, 반응 후 남은 황화수소를 수산화나트륨과 재반응시켜 수황화나트륨을 생산함으로써 약품의 사용량을 절감할 수 있는 효과가 있다.
이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 사상과 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 유가금속을 회수하는 장치
100: 집수조
200: 반응기
210: pH 미터
220: 산화환원전위(ORP) 미터
300: 침전조
400: 탈수기
500: 약품저장탱크
600: 스크러버

Claims (5)

  1. 폐수를 집수하는 집수조;
    상기 집수조로부터 이송된 폐수를 황화나트륨(Na2S) 또는 수황화나트륨(NaSH)과 반응시켜 금속황화물로 생성시키되, 폐수를 수황화나트륨(NaSH)과 반응시켜 금속황화물로 생성된 후 발생되는 부산물인 황화수소를 집수조로 이송시키는 반응기;
    상기 반응기에 의해 생성된 금속황화물을 슬러지 형태로 침전시키는 침전조;
    상기 침전조에 의해 침전된 슬러지를 탈수시켜 금속황화물을 수득하는 탈수기;
    황화나트륨 또는 수황화나트륨을 저장한 후, 상기 저장된 황화나트륨 또는 수황화나트륨을 상기 반응기로 공급하는 약품저장탱크; 및
    상기 집수조로부터 폐수와 미반응된 황화수소를 공급받아 수산화나트륨(NaOH)과 반응시켜 수황화나트륨을 생성시키고, 미반응된 황화수소는 배출시키는 스크러버;를 더 포함하되,
    상기 집수조로 이송된 황화수소는 폐수 중의 금속과 반응하여 금속황화물로 변화되며, 상기 스크러버는 생성된 수황화나트륨을 상기 황화나트륨 또는 수황화나트륨이 저장된 약품저장탱크로 재공급하는 것을 특징으로 하는 폐수로부터 유가금속을 회수하는 장치.
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