KR101605096B1 - Methode of Acid Mine Drainage Treatment using Eggshell and Microalgae Hybrid System - Google Patents

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Abstract

Provided is a treatment method of acid mine drainage. The present invention relates to a process of effectively treating acid mine drainage discharged from an abandoned mine and a dormant mine. The treatment method of the present invention firstly injects waste eggshells in a powder form and neutralizes strong acid content in acid mine drainage while removing heavy metals in acid mine drainage by adsorption. When acid mine drainage is primarily neutralized, heavy metals existing in acid mine drainage is secondarily removed by a biological method while obtaining biomass at the same time. Therefore, treatment method of acid mine drainage in the present invention is performed as a hybrid-type method. In addition, the treatment method of the present invention uses domestic wastes without using chemical substances and thus is environment-friendly while having low costs.

Description

폐난각과 미세조류를 이용한 하이브리드 방식의 산성 광산배수 처리방법{Methode of Acid Mine Drainage Treatment using Eggshell and Microalgae Hybrid System} Technical Field [0001] The present invention relates to an acidic mine drainage treatment method using an egg shell and microalgae,

본 발명은 폐난각과 미세조류를 이용한 산성 광산배수의 처리방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 가정 생활 등에서 배출되어지는 폐난각과 미세조류를 이용하여 광산 또는 휴광산에서 배출되어지는 산성의 광산배수 중에 존재하는 중금속을 효율적으로 제거함과 동시에, 바이오매스를 동시에 수득할 수 있도록 하는 하이브리드 방식의 산성 광산배수를 처리하는 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method of treating acidic mine drainage using waste egg shells and microalgae, and more particularly, to a method for treating acid mine drainage using waste egg shells and microalgae discharged from households, The present invention relates to a method of treating a hybrid type acidic mine drainage which is capable of efficiently removing heavy metals present in the soil and simultaneously obtaining biomass.

우리나라는 과거 60~70년대 근대화에 따른 에너지 수요를 확충하기 위해 광산의 개발이 활발하였으나, 80년대 중반 이후 에너지의 소비형태가 변하였고, 1989년부터 시행된 석탄산업의 합리화 사업에 따라 대부분의 탄광이 폐광되어 있다. In Korea, the development of mines has been active in order to expand the energy demand due to the modernization of the 60s and 70s in the past. However, since the mid 1980s, the consumption pattern of energy has changed and since the 1989 rationalization project of the coal industry, Is abandoned.

이러한 폐광산 지역의 환경오염은 현재 빈번하게 이슈화되고 있는 사항이다. 폐광산으로부터의 환경오염 문제는 주로 폐석(Mine Waste Rock), 광미(Tailing)와 이들과 연관되어 발생하는 산성 광산배수(AMD; Acid Mine Drainage) 등으로부터 발생한다. Environmental pollution in these abandoned mines is a subject that is frequently being addressed. Environmental pollution problems from abandoned mines arise mainly from mine waste rock, tailing and acid mine drainage (AMD) associated with them.

폐광산 지역의 AMD는 폐갱구 및 광산폐기물에서의 황(Sulfide)과 철(Fe)등의 산화에 의해 발생되는 pH가 낮은 배출수를 말하는데, 이는 대기 중에 노출된 황철석(FeS2)과 백철석(FeS) 등의 황화합물이 호기성 조건에서 물 및 산소와 반응하여 생성되는 것으로, 반응 중 수소이온이 생성되어 낮은 pH 값을 갖는 AMD가 만들어지는 것으로 알려져 있다. AMD in the abandoned mine area refers to low-effluent water generated by the oxidation of sulfide and iron (Fe) in the wastewater and mine wastes. This is because pyrite (FeS 2 ) and petroleum (FeS) Are formed by reacting with water and oxygen under aerobic conditions. It is known that hydrogen ions are generated during the reaction to produce AMD having a low pH value.

폐광산 지역의 AMD에는 알루미늄과 같은 양이온과 철, 망간, 카드뮴, 비소 등의 중금속 이온과, 고농도의 황산염이 포함되어 있고, 또한 pH가 매우 낮으므로, 이러한 AMD가 인근 지역의 토양과 지하수를 오염시켜 농작물에도 악영향을 끼치게 된다. 또한, AMD는 하천으로 흘러들어가, 하천바닥에 적갈색의 침전물을 형성시켜 생태학적으로 주변환경에 많은 악영향을 끼치게 된다. AMD in abandoned mines contains heavy metal ions such as aluminum, cations such as aluminum, iron, manganese, cadmium, arsenic, and high concentrations of sulphate, and because the pH is very low, these AMD contaminate the soil and groundwater in nearby areas Crops will be adversely affected. In addition, AMD flows into rivers and forms reddish brown deposits on the bottom of the stream, which has a negative impact on the ecological environment.

오늘날 개발되어 있는 AMD의 처리 방식은 크게 2가지 정도로 구분될 수 있는데, 첫째 AMD의 형성을 방지하는 방법과, 둘째 미생물의 활동을 억제하는 방법이 그것이다. Today, AMD's processing methods can be roughly classified into two categories: first, preventing AMD formation; and second, inhibiting the activity of microorganisms.

상기 AMD의 형성 방지 방식은 특정지역에 산소의 공급을 차단하여 AMD의 형성을 방지하는 방법이다. 이 방법은 폐광산의 토양이나 폐광산 지역의 지표에 합성물질을 씌우거나 폐광의 갱도를 막아서 산소의 공급을 차단함으로써, 산소에 의한 황철석의 산화를 예방하려는 방식이다. 그러나, 이와 같은 방법은 완벽한 산소공급의 차단이 불가능하고, 이로 인하여 지하수 오염영역이 더욱 확산될 수 있다는 점 때문에 적용하기에는 문제점이 있다. The AMD formation prevention method is a method of preventing the formation of AMD by blocking the supply of oxygen to a specific region. This method is intended to prevent the oxidation of pyrite by oxygen by putting synthetic materials on the soil of abandoned mines or abandoned mines, or by blocking the supply of oxygen by blocking the mines of abandoned mines. However, such a method has a problem in that it is impossible to shut off a perfect oxygen supply, and thus the groundwater contamination area can be further diffused.

상기 미생물의 활동 억제 방법은 황철석의 산화속도를 결정하는 미생물(예: Thiobacillus ferrooxidans)을 멸균시킴으로써 황철석의 산화를 방해하는 방법이다. 상기 황철석의 산화 미생물을 멸균시키기 위하여, 별도의 미생물 멸균제를 투여하여야 하는데, 이와같은 멸균제로는 sodium lauryl sulfate 또는 sodium benzoate를 주로 사용하게 된다. 미국 West Virginia 주와 Dawmont 에서는 이 방법을 사용해 AMD의 유출을 줄이는데 성공하였다. 그러나, 이 방법은 상기 멸균제가 또 다른 수질오염을 일으킬 수 있고, 멸균제의 지속적인 살포를 관리해야 하며, 효과적인 멸균제 공급이 구조 및 수리 지질학적인 특성에 따라 좌우된다는 점으로 인하여 광산배수의 산성화를 방지하는 방법으로는 문제점이 있다. The method of inhibiting activity of the microorganisms is a method of inhibiting the oxidation of pyrite by sterilizing a microorganism (for example, Thiobacillus ferrooxidans) which determines the oxidation rate of pyrite. In order to sterilize the oxidizing microorganism of the pyrite, an additional microorganism sterilant should be administered. As such sterilant, sodium lauryl sulfate or sodium benzoate is mainly used. In West Virginia and Dawmont in the United States, this method was used to reduce the leakage of AMD. However, this method is not suitable for the acidification of mine drainage due to the fact that the sterilizing agent may cause further water pollution, maintain the continuous application of the sterilant, and the effective sterilant supply depends on the structural and hydraulic geology characteristics. There is a problem with the method of preventing.

한편, 우리나라의 폐광산은 주로 산악지대 특히, 강원지역에 밀집되어 있어서, 오염부하가 매우 큰 AMD에 대한 자연 정화시설을 위한 부지를 확보하기 어려운 문제점이 있고, 또한 영세한 업체가 대부분이기 때문에, 폐광과 광산폐기물에 대한 관리와 광산지역으로부터의 오염을 차단할 수 있는 시설의 확보와 운영이 미비한 상태로 방치되고 있다. On the other hand, since abandoned mines in Korea are mainly concentrated in mountainous areas, especially in Gangwon area, there is a problem that it is difficult to secure a site for a natural purification facility for AMD having a very high pollution load, And management of mine waste and the establishment and operation of facilities that can prevent pollution from mining areas are being neglected.

이러한 문제는 비록 강원지역에만 한정된 것이 아니고, 폐광산이 존재하는 지역에서는 공통적으로 발생되고 있는 현상이지만, 이러한 문제점을 해결할 수 있는 기술 및 그에 대한 연구가 매우 미미한 실정이다.
Although this problem is not limited to Gangwon area but it is a common phenomenon in the area where abandoned mines exist, there are very few researches and techniques to solve such problems.

대한민국 등록특허 제10-527336호 "황산염 환원세균을 이용한 산성 광산배수의 정화방법 및정화장치" (2005. 11. 2.);Korean Patent No. 10-527336 "Method for Purifying and Purifying Acid Mine Drainage Using Sulfate Reducing Bacteria" (2005. 11. 2); 대한민국 등록특허 제10-427774호 "폐광산배수의 정화방법 및 그 장치" (2004. 4. 7.);Korean Patent No. 10-427774 "Method and apparatus for purifying abandoned mine drainage" (2004. 4. 7.); 대한민국 등록특허 제10-667095호 "광산배수 처리장치 및 이를 이용한 광산배수 처리방법" (2007. 1. 4.);Korean Patent No. 10-667095 "Mine drainage treatment apparatus and mine drainage treatment method using same" (2007. 4. 4.); 대한민국 등록특허 제10-649729호 "산성폐수의 정화장치 및 정화방법" (2006. 11. 17.);Korean Patent No. 10-649729 "Purification apparatus and purification method of acid wastewater" (Nov. 17, 2006); 대한민국 실용신안등록 제20-357173호 "산성폐수 고농도 반송 처리장치" (2004. 7. 14.).Korean Utility Model Registration No. 20-357173 "High Concentration Transfer Device for Acid Wastewater" (2004. 14. 14).

본 발명은, 상기 종래기술의 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로, 폐광산 또는 휴광산에서 배출되어지는 산성의 광산배수를 처리하는데 있어서, 1차적으로 생활 폐기물로 버려지는 폐난각을 이용하여 물리적으로 중성화시키고, 2차적으로 중성화된 광산배수 중에 존재하는 중금속을 생물학적 방식으로 제거함과 동시에, 바이오매스를 동시에 수득할 수 있도록 함으로써, 하이브리드 방식으로 진행되는 산성의 광산배수를 처리하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
Disclosure of Invention Technical Problem [7] The present invention has been made to solve the above problems of the prior art, and it is an object of the present invention to physically neutralize acid mine drainage discharged from abandoned mines or mines by using a waste egg shell, It is an object of the present invention to provide a method for treating acid mine drainage which proceeds in a hybrid manner by biologically removing heavy metals present in the secondary neutralized mine drainage and simultaneously obtaining biomass .

본 발명은, 상기 목적을 달성하기 위하여, 폐광산 또는 휴광산 등에서 배출되는 산성의 광산배수를 모으고, 그 중에서 부유물과 협잡물을 제거하고, 다음 단계로 이동하기 전까지 일정한 시간동안 정치시키는 전처리 단계와; 상기 전처리된 광산배수에 건조된 폐난각 분말체를 20 g/L 내지 30 g/L 의 비율로 투입하고 20분 내지 60 분 혼련하여 상기 광산배수를 중성화시킴과 동시에 광산배수 중의 일부 중금속을 흡착시키는 광산배수의 중화 처리단계와; 담수용 미세조류를 선택하고, 선택된 미세조류를 일정한 온도와 배양 조건에서 배양하고 7일 내지 12일 동안 성장시킨 후, 상기 중화된 광산배수와 상기 미세조류의 배양물을 10 : 0.5 내지 3 부피 비율(v/v)로 혼합하고, 외부에서 공기를 공급하면서, 실온에서 1일 내지 6일 동안 혼련시키고, 그 과정에서, 상기 담수용 미세조류가 상기 광산배수 중의 영양 염류를 먹이로 삼아 광산배수 중의 중금속 오염물을 제거하는 미세조류에 의한 광생물 처리단계와; 상기 미세조류에 의한 생물학적 처리단계를 거친 처리수를 배출하고, 그와 별도로 전단계에서 중금속 오염물을 흡수하여 성장한 미세조류를 별도로 수득하는 마무리 처리단계; 를 포함하고 있다.
In order to accomplish the above object, the present invention provides a method of treating a mine drainage wastewater, comprising: a pre-treatment step of collecting acidic mine wastewater discharged from abandoned mines or fugitive mines, removing suspended matters and contaminants from the mines; The dried egg shell powder is added to the pretreated mine wastewater at a rate of 20 g / L to 30 g / L and is kneaded for 20 to 60 minutes to neutralize the mine drainage and to adsorb some heavy metals in the mine drainage A neutralization treatment step of mine drainage; The selected microalgae are cultivated at a constant temperature and culture conditions and grown for 7 days to 12 days. The neutralized mine drainage and the culture of the microalgae are then mixed at a ratio of 10: 0.5-3 volume (v / v) and kneaded for 1 day to 6 days at room temperature while supplying air from the outside. In the course of the mixing, the micro-algae for drinking water feeds the nutrients in the mine drainage to the mine drainage A photobiological treatment step with microalgae removing heavy metal contaminants; A finishing treatment step of discharging the treated water through the biological treatment step with the microalgae and separately obtaining microalgae grown by absorbing heavy metal contaminants in the previous stage; .

본 발명은 1차적으로 폐난각 분말체를 이용하여 산성의 광산배수를 중화시킴과 동시에, 광산배수 중의 중금속을 일부 제거시키게 되므로, 최종적인 중금속 물질을 효과적으로 제거할 수 있는 장점이 있다. The present invention primarily neutralizes acidic mine drainage using pulpy egg shell powder and partially removes heavy metals in mine drainage, thereby effectively removing the final heavy metal material.

또한, 본 발명은 폐난각 분말체와 미세조류를 이용하여 AMD를 처리하게 되므로, 생활 폐기물을 활용할 수 있고, 더구나 종래와 같이 화학약품을 사용하지 않아 환경 친화적이고 경제적인 잇점이 있다. In addition, since the present invention treats AMD by using pulpy egg shell powder and microalgae, it can utilize municipal waste, and is environmentally friendly and economical because it does not use chemicals as in the prior art.

또한, 본 발명은 광산배수 중의 중금속을 제거함과 동시에, 미세조류에 의한 바이오매스를 부가적으로 얻을 수 있으므로, 바이오매스를 이용한 바이오디젤 등 다른 용도로 이용할 수 있게 되어, 일거양득이다.
Further, since the present invention can remove heavy metals in mineral wastewater and additionally obtain biomass due to microalgae, it can be used for other purposes such as biodiesel using biomass, and thus it is an allotment.

도 1은 본 발명에 의한 광산배수의 처리방법에 관한 개략적인 블록도이고,
도 2는 본 발명에 의한 광산배수의 처리방법을 실시하는데 적합한 처리장치의 개념도이고,
도 3a는 본 발명에서 사용된 폐난각 분말체이고,
도 3b는 상기 폐난각 분말체의 SEM 사진이며,
도 4는 광산배수의 중성화 과정을 시간대별로 나타낸 그래프이고,
도 5는 본 발명의 전체 공정을 거친 이후 중금속 오염물의 제거율을 나타낸 도표이며,
도 6은 본 발명의 전체 공정을 거친 이후에 바이오 매스의 수득한 양을 나타낸 도표이며,
도 7은 폐난각 분말체를 이용한 경우와 하이브리드 방식으로 진행하였을 경우의 각각에 대한 AMD의 중금속 제거 효율을 상호간 비교하여 제시한 도표이다.
1 is a schematic block diagram of a method for treating mine drainage according to the present invention,
2 is a conceptual diagram of a treatment apparatus suitable for carrying out a method of treating mine drainage according to the present invention,
FIG. 3A is a pulpy egg shell powder used in the present invention,
FIG. 3B is an SEM photograph of the lung egg shell powder,
FIG. 4 is a graph showing the neutralization process of mine drainage by time zone,
FIG. 5 is a graph showing the removal rates of heavy metal contaminants after the entire process of the present invention,
Figure 6 is a chart showing the amount of biomass obtained after the entire process of the present invention,
FIG. 7 is a graph showing the comparison of heavy metal removal efficiencies of AMD with respect to each of the case of using the pulpy egg shell powder and the case of traveling in the hybrid system.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다. 다만, 첨부된 도면은 본 발명의 기술사상을 보다 상세하게 설명하기 위한 것일 뿐이며 본 발명의 기술사상이 이에 한정되는 것이 아니며, 다양한 변형이 가능함을 미리 밝혀둔다. 또한, 본 발명의 명세서에 있어서, 동일한 부분에 대해서는 동일한 참조번호를 사용하기로 하며, 이 기술분야에서 공지된 것으로서 통상의 기술을 가진 자에 의해 용이하게 창작될 수 있는 부분에 대해서는 상세한 설명을 생략하기로 한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It is to be understood, however, that the drawings are for the purpose of describing the technical idea of the present invention in more detail and that the technical idea of the present invention is not limited thereto and that various modifications are possible. In the description of the present invention, the same reference numerals are used for the same parts, and parts that can be easily created by those having ordinary skill in the art are omitted in the description of the present invention .

또한, 본 발명에 있어서, 광산배수라 함은 폐광산 또는 휴광산에서 흘러나오는 배출수 또는 광산폐수를 의미한다. 상기 광산배수는 통상적으로 폐갱구 또는 광산폐기물에서 유래한 황(Sulfide)과 철(Fe) 등의 산화에 의해 산성을 나타내고 있으며, 알루미늄, 철, 망간, 카드뮴, 비소 등의 중금속 이온을 포함하고 있다.
In the present invention, the term "mine drainage" means drainage water or mine waste water flowing out from abandoned mines or mines. The mine drainage is usually acidic due to oxidation of sulfide and iron derived from waste wastes or mine waste and includes heavy metal ions such as aluminum, iron, manganese, cadmium and arsenic .

도 1은 본 발명에 의한 광산배수의 처리방법에 관한 개략적인 블록도이고, 1 is a schematic block diagram of a method for treating mine drainage according to the present invention,

도 2는 본 발명에 의한 광산배수의 처리방법을 실시하는데 적합한 처리장치의 개념도이다. 2 is a conceptual diagram of a treatment apparatus suitable for carrying out a method of treating mine drainage according to the present invention.

본 발명은 광산배수 중에서 부유물과 협잡물 등을 제거하는 전처리 단계(S 210)를 포함하고 있다. The present invention includes a pretreatment step (S 210) for removing suspended matters and contaminants from mine drainage.

상기 전처리 단계(S 210)는 휴광산 또는 폐광산 등에서 발생되고 있는 광산배수를 일정한 장소로 모으고, 이들로부터 부유물과 흙, 미세한 잔모래 등의 협잡물을 제거한다. 상기 광산배수 중의 부유물과 협잡물의 제거방식은 통상적인 방법 및 통상적인 수단으로 수행될 수 있다. The preprocessing step (S 210) collects the mine drainage generated in the mine or abandoned mine, and removes impurities such as float, soil, and fine dirt from them. The manner of removing the suspended matters and the contaminants in the mine drainage can be carried out by conventional methods and conventional means.

상기 전처리 단계(S 210)는 광산배수 중에 부유물과 협잡물이 제거되어지면, 소정의 저장용기에 투입하여 일정한 기간 동안 정치시키는 것이 바람직하다. 상기 저장용기에 투입하여 전처리된 광산배수를 안정화시키고, 다음 단계로 원만하게 진행할 수 있도록 하기 위함이다. 상기 저장용기는 통상적으로 사용되는 유량 조정조를 포함하고 있으며, 스크린에 의한 여과작업을 그 이후 또는 동시에 수행할 수 있다.
In the pre-treatment step (S 210), if the floating matters and the contaminants are removed in the mine drainage, it is preferable that the pre-treatment step (S 210) is put into a predetermined storage vessel and allowed to stand for a predetermined period. The waste water is supplied to the storage vessel to stabilize the pre-treated mine drainage, and to smoothly proceed to the next step. The storage vessel includes a commonly used flow rate regulator, and the screening operation may be performed thereafter or simultaneously.

본 발명은 상기 전처리된 광산배수를 폐난각 분말체의 중화흡착제에 의하여 중성화시킴과 동시에, 광산배수 중의 중금속의 일부를 제거시키는 광산배수의 중화 처리단계(S 220)를 포함하고 있다. The present invention includes a neutralization treatment step (S 220) of neutralizing the pre-treated mine drainage by a neutralizing adsorbent of the pulpy egg shell powder and removing a part of heavy metals in the mine drainage.

본 발명은 상기 광산배수의 중화 처리단계(S 210)를 2단계로 진행한다. 먼저, 상기 전처리된 광산배수를 중성화시키기 위하여 폐난각 분말체의 중화흡착제를 제조하고, 그 다음 상기 폐난각 분말체의 중화흡착제를 상기 광산배수에 투입하여 중화과정을 수행하는 것이다. The present invention proceeds to the neutralization treatment step (S 210) of the mine drainage in two steps. First, in order to neutralize the pre-treated mine drainage, a neutralization adsorbent of the crushed egg shell powder is prepared, and then a neutralization adsorbent of the crushed egg shell powder is injected into the mine drainage to perform the neutralization process.

본 발명은 광산배수를 중화시켜 사용하기 위하여, 일상 생활에서 음식물 쓰레기로 버려지는 폐난각을 이용하고, 상기 폐난각을 적절하게 가공하여 중화흡착제로 활용하게 된다. In order to neutralize mine wastewater, the present invention utilizes a waste egg shell that is discarded as food waste in daily life, and uses the waste egg shell as a neutralized adsorbent by appropriately processing the waste egg shell.

상기 폐난각은 일상 생활에서 음식물 쓰레기로 버려지는 계란 껍질(폐난각)을 수거하여 사용한다. 상기 계란 껍질(폐난각)은 일반 음식물의 쓰레기로 분류되지만, 일반 음식물과 함께 버려서는 안되고, 별도로 구분하여 버려야 하는 한계가 있다. 본 발명은 이렇게 골치아픈 음식물 쓰레기 중의 계란 껍질(폐난각)을 활용하게 되는데, 이는 계란 껍질(폐난각)이 탄산칼슘(CaCO3)을 주성분으로 하여 구성되어 있다는 점에 착안한 것이다. The lung egg shell collects egg shells (lung egg shells) that are discarded as food waste in daily life. Although the egg shell (lung egg shell) is classified as general food waste, it is not allowed to be discarded together with general food, and there is a limit to separate it. The present invention utilizes egg shells (lung egg shells) in this troublesome food waste, which is based on the fact that egg shells (lung egg shells) are composed mainly of calcium carbonate (CaCO 3 ).

상기 폐난각은 단백질 성분으로 구성된 멤브레인 부분을 제거하고, 깨끗하게 세척한 다음, 건조시키고 미세하게 분말화하여 사용하거나, 분말화된 폐난각을 소성하여 폐난각 분말체를 만들고, 이것을 폐난각 분말체의 중화흡착제로 사용하는 것이 바람직하다. 미세하게 분말화시킬 경우, 그 표면적을 더욱 확장시킬 수 있어서, 산성배수와 반응하는데 유리하기 때문이다. 보다 바람직하기로는, 폐난각을 깨끗이 세척한 후, 90℃ 내지 120℃에서 7시간 내지 12시간 동안 건조한 후에, 대략 300 ~ 600 메쉬 크기로 미세하게 분쇄하여 사용하는 것이 좋다. The pulmonary egg shell is prepared by removing the membrane portion composed of protein components, washing it cleanly, drying and finely pulverizing the pulmonary egg shell, or pulverizing the pulmonary egg shell to form pulmonary egg shell powder, It is preferably used as a neutralized adsorbent. When finely pulverized, the surface area can be further enlarged, which is advantageous in reacting with acidic drainage. More preferably, the waste egg shell is cleanly washed, dried at 90 to 120 ° C. for 7 to 12 hours, and finely pulverized to a size of approximately 300 to 600 mesh.

도 3a는 본 발명의 실시예에서 사용된 325 메쉬의 폐난각 분말체를 보여주고, 도 3b는 상기 폐난각 분말체의 SEM 사진을 보여주고 있다. FIG. 3A shows the 325 mesh lung egg shell used in the embodiment of the present invention, and FIG. 3B shows the SEM photograph of the lung egg shell powder.

한편, 상기 폐난각 분말체를 분말상의 상태로 사용할 경우, 광산배수 중에서 흐트러지게 되므로, 소정의 바인더 성분에 혼합하여 소정의 고정화된 형상으로 만들어 사용하는 것이 더 바람직하다. 소정의 고정화된 형상이라 함은 특별히 제한될 필요는 없지만, 동글동글한 형상이 바람직하다. 고정화의 방식으로서는 1차적으로 소정의 바인더와 혼합하여 일정한 형태로 고정화시키고, 그 이후 2차적으로 상기 고정화된 폐난각 결합체를 90℃ 내지 120℃에서 7시간 내지 12시간 동안 건조하여 폐난각 결합체를 만들고, 이것을 광산배수의 중화흡착제로 사용하는 것이 좋다. On the other hand, when the waste egg shell powder is used in the form of powder, it is disturbed in the mine drainage. Therefore, it is more preferable that the waste egg shell powder is mixed with a predetermined binder component and formed into a predetermined fixed shape. The predetermined fixed shape is not particularly limited, but a dongle dongle shape is preferable. As a method of immobilizing, the mixture is first mixed with a predetermined binder and immobilized in a predetermined form, and then the immobilized lung egg shell assembly is dried at 90 ° C to 120 ° C for 7 hours to 12 hours, , It is recommended to use this as a neutralization adsorbent of mine drainage.

본 발명은 상기 폐난각 분말체의 중화흡착제를 위에서 설명한 전처리 광산배수에 투입하되, 광산배수 1 리터에 대하여 상기 폐난각 분말체의 중화흡착제를 20g 내지 30g 의 비율로 투입하고 20분 이상 60 분 동안 혼련하여 상기 광산배수를 중성화시킴과 동시에, 상기 광산배수 중의 일부 중금속을 흡착시킨다. 상기 광산배수에 대하여 상기 폐난각 분말체의 중화흡착제를 20g/L 이하로 투입할 경우에는, 광산배수를 중화시키는데 많은 시간이 필요할 뿐만 아니라 적절한 수준의 중화효과를 가져오기 어려운 반면에, 30g/L 이상으로 투입할 경우에는, 중화시키는데 비교적 빠른 시간으로 가능하지만, 과도한 중화흡착제의 투입으로 인한 상승효과의 차이가 크지 않는 것으로 밝혀졌다. In the present invention, the neutralizing adsorbent of the pulpy egg shell powder is introduced into the pretreatment mine drainage as described above, and the neutralizing adsorbent of the pulpy egg shell powder is added at a rate of 20 g to 30 g per 1 liter of the mine drainage, And the mine drainage is neutralized and at the same time, some heavy metals in the mine drainage are adsorbed. When the neutralization adsorbent of the lung egg shell powder is added to the mineral wastewater at 20 g / L or less, it takes a long time to neutralize the mine drainage and it is difficult to obtain an appropriate level of neutralization effect. On the other hand, , It is found that the increase of the synergistic effect due to the excessive introduction of the neutralizing adsorbent is not large.

상기 광산배수에 대하여, 상기 폐난각 분말체의 중화흡착제를 투입하고, 계속적으로 혼련시키면, 상기 광산배수 중에 존재하는 이온성 물질들이 상기 폐난각 분말체의 중화흡착제에 일부 흡착되어지고, 상기 폐난각의 주성분을 이루고 있는 탄산칼슘(CaCO3)이 광산배수 중의 산성 이온과 결합되면서 중성화 경향을 띠게 된다. When the neutralized adsorbent of the pulpy egg shell powder is added to the mineral wastewater and continuously kneaded, the ionic substances present in the mineral wastewater are partially adsorbed on the neutralized adsorbent of the pulmonary egg shell powder, Calcium carbonate (CaCO 3 ), which is the main component of the mine drainage, combines with acidic ions in the mine drainage and tends to neutralize.

결과적으로, 상기 폐난각 분말체는 그 주성분이 광산배수 중의 산성이온과 결합하여 광산배수를 중성화시키는 반면에, 상기 폐난각 분말체의 미세한 기공구조가 상기 광산배수 중의 유해한 중금속 성분들을 흡착하게 되는 것이다.
As a result, the main component of the pulpy egg shell powder is combined with acid ions in the mine drainage to neutralize the mine drainage, while the fine pore structure of the pulpy egg shell powder adsorbs harmful heavy metal components in the mine drainage .

본 발명은 담수용 미세조류를 선택하고, 상기 미세조류를 이용하여 상기 중화된 광산배수 중에서 중금속 오염물을 제거하는 미세조류에 의한 광생물 처리단계(S 230)를 포함하고 있다. The present invention includes a photo-biological treatment step (S 230) by selecting a micro-algae for microbial algae and removing microbial contaminants from the neutralized mine drainage using the microalgae.

상기 미세조류에 의한 광생물 처리단계(S 230)는 담수용 미세조류를 선택하고 배양 및 증식하는 제1 단계와, 증식된 미세조류의 배양물을 상기 중화된 광산배수에 투입하여 혼련하면서 상기 광산배수 중의 중금속 오염물을 제거하는 제2 단계로 진행되어진다. The photobiological treatment step (S 230) by the microalgae comprises a first step of selecting microalgae for fermentation and culturing and propagating, and a step of adding a culture of the microalgae to the neutralized mine drainage, And then proceeds to the second step of removing heavy metal contaminants in the waste water.

본 발명은 광산배수를 처리하기 위하여, 담수용 미세조류를 선택하고, 선택된 미세조류를 일정한 온도와 배양 조건에서 배양하고 7일 내지 12일 동안 성장시킨 후, 광생물반응기에 투입하는 것이 바람직하다.In order to treat mine drainage, it is preferable to select micro-algae for the treatment of mine drainage, cultivate selected microalgae at a constant temperature and culture condition, grow for 7 days to 12 days, and then introduce the microalgae into the photobioreactor.

본 발명은 다양한 미세조류 중에서 담수용 미세조류를 선택하여 사용하게 되는데, 담수용 미세조류는 해수용 미세조류와는 달리 염분을 함유하고 있지 않은 물속에 잘 생존할 수 있고, 그러한 물속에서 광생물반응을 진행할 수 있는 미세조류를 말한다. 상기 담수용 미세조류는 전단계에서 상기 광산배수를 강산성에서 중성화시킨 것이므로, 훨씬 용이하게 광생물반응을 진행할 수 있다. 상기 담수용 미세조류로서는 예컨대, Chlorella vulgaris, Scenemus sp., Botryococcos braunii, Eudorina unicocca, Microcystis sp., Navicula sp., Nannochloris sp. 등을 예시적으로 제시할 수 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. In the present invention, micro-algae are selected and used from various microalgae. Unlike microalgae for seawater, microalgae are able to survive well in a water containing no salt, To the micro-algae. Since the micro-algae are neutralized at the stage of strong acidity in the mine drainage, the photobioreaction can proceed much more easily. Examples of the micro-algae containing the above-mentioned microcavity include Chlorella vulgaris , Scenemus sp., Botryococcus braunii , Eudorina unicocca , Microcystis sp., Navicula sp., Nannochloris sp. And the like may be exemplarily shown, but the present invention is not limited thereto.

상기 담수용 미세조류는 JM(Jaworski's Medium, Thompson et al., 1988) 영양배지에서 배양하되, 22℃ ± 2℃ 의 일정한 항온 조건하에 7일 내지 12일 동안 배양하여 증식하는 것이 바람직하다. 상기 JM 배지의 구체적인 성분은 아래의 실시예에 소개되어 있다. 또한, 상기 담수용 미세조류의 배양 및 증식 조건은 상기 JM 배양 용액을 pH (7.2 ± 0.3)로 유지하고, 낮 (8시간)과 밤 (16시간)의 주기로 진행하는 것이 바람직하다. Preferably, the microcavity is cultured in a JM medium (Jaworski's Medium, Thompson et al., 1988) and cultured for 7 to 12 days at a constant temperature of 22 ° C ± 2 ° C. Specific components of the JM medium are introduced in the following examples. It is preferable that the culture and propagation conditions of the microorganism containing the above-mentioned buffer solution are maintained at a pH (7.2 ± 0.3) and the period of the day (8 hours) and the night (16 hours).

상기 담수용 미세조류는 상기의 배양 및 증식 과정을 마친 이후, 그대로 사용할 수도 있지만, 이를 정제하여 사용하는 것이 더욱 바람직하다. 이를 위하여, 상기 배양과정을 마친 담수용 미세조류 배양물을 원심분리기에 의해 상등액과 배양액으로 분리한 다음, 상등액을 초기 배양물의 50 % 내지 70 % 정도를 버리고, 그 나머지의 농축되어 잔존하는 담수용 미세조류 배양물을 '정제된 담수용 미세조류 배양물'로서 사용하는 것이 좋다. The above-mentioned microorganism of the present invention can be used as it is after completion of the above-mentioned culture and propagation, but it is more preferable to use the microalgae by refining them. To this end, the cultured microalgae of the dipping microalgae are separated by a centrifuge into a supernatant and a culture, and then the supernatant is discarded by about 50% to 70% of the initial culture, and the remaining concentrated, It is advisable to use the microalgae culture as a 'purified microalgae culture for the water.'

본 발명은 상기 중화된 광산배수와 상기 미세조류의 배양물을 10 : 0.5 내지 3 부피 비율(v/v)로 혼합하고, 외부에서 공기를 공급하면서, 실온에서 1일 내지 6일 동안 혼련시킨다. 이 과정에서, 상기 담수용 미세조류는 상기 광산배수 중의 중금속 성분을 먹이로 삼아 더욱 증식하게 되는 반면에, 상기 광산배수 중의 중금속 오염물은 자연스럽게 제거되어지게 된다. In the present invention, the neutralized mine drainage and the culture of the microalgae are mixed at a volume ratio of 10: 0.5 to 3 (v / v) and kneaded at room temperature for 1 to 6 days while supplying air from the outside. In this process, the micro-algae-bearing microalgae are used as a feed for the heavy metal component in the mine drainage, and the heavy metal contaminants in the mine drainage are naturally removed.

본 발명은 처리용기의 내부에 상기 광산배수 10 리터에 대하여 상기 담수용 미세조류 배양물 0.5 리터 내지 3 리터의 비율로 투입하고 혼합한다. 상기 광산배수 10 리터에 대하여, 상기 담수용 미세조류 배양물을 0.5 리터 이하로 투입할 경우, 장기간 생물학적 처리기간을 요하게 되고, 이로 인하여 광산배수의 오염물질 제거 효율이 낮아져서 경제성 측면에서 부담을 가져올 수 있으므로 바람직스럽지 못한 반면에, 상기 담수용 미세조류 배양물을 3.0 리터 이상으로 투입할 경우, 생물학적 처리기간을 단축할 수 있지만, 상기 담수용 미세조류의 배양을 위하여 과다한 비용을 부담해야 하므로, 바람직스럽지 못하다. In the present invention, 0.5 liters to 3 liters of the above-mentioned culture medium for microcavities for drinking water is added to 10 liters of the mine drainage inside the processing vessel and mixed. When the culture medium for microbial algae containing 10 liters of the mine drainage is fed at a rate of 0.5 liters or less, a long biological treatment period is required, which lowers pollutant removal efficiency of mine drainage, However, when the culture of the microalgae containing the above-mentioned microalgae is fed at a rate of 3.0 liters or more, the biological treatment period can be shortened. However, since the microalgae are required to bear an excessive cost for culturing the microalgae, Can not do it.

본 발명은 상기 처리용기의 내부에서 상기 광산배수와 상기 담수용 미세조류 배양물을 실온에서 1일 내지 6일 정도를 서서히 혼련시키면서, 상기 담수용 미세조류가 광산배수 중에 다량 포함되어 있는 중금속성 오염물질을 영양원으로 삼아 먹어치우면서 성장하도록 유도한다. 이와 같은 광생물 반응은 실온에서 1일 내지 4일 정도이면 충분한 것으로 보인다. 통상적으로 실온은 여름철과 겨울철에 약간씩 차이가 있을 수 있지만, 여름철에는 대략 15 ℃ 내지 30 ℃ 정도를 가리키는 반면, 겨울철에는 대략 10 ℃ 내지 25 ℃ 정도를 가리킨다. 대체적으로 낮은 온도에서는 보다 장기간의 배양기간을 요하고, 높은 온도에서는 보다 단기간의 배양기간을 통해서도 높은 영양 염류의 제거효율을 달성할 수 있게 된다. The present invention is characterized in that the mineral wastewater and the culture medium for microbial algae are slowly mixed in the processing vessel at room temperature for about 1 to 6 days, It feeds the material as a nutrient and induces it to grow. Such photobioreaction seems to be sufficient for about one to four days at room temperature. Typically, the room temperature may range from about 15 ° C to 30 ° C in summer, and from about 10 ° C to 25 ° C in winter, although there may be slight differences between summer and winter. In general, longer periods of incubation are required at lower temperatures, and higher nutrient removal efficiencies can be achieved even at shorter periods of incubation at higher temperatures.

상기 광생물 반응은 상기 담수용 미세조류가 투입되어 있는 상기 처리용기의 내부로 외부에서 공기 및 빛을 투입해주는 것이 바람직하다. 상기 공기는 CO2 가스의 공급수단이 되고, 상기 빛은 담수용 미세조류가 광합성 작용을 하기 위한 에너지원으로 사용되어진다. 상기 공기를 용기의 내부로 공급할 경우, 공기 중의 CO2 가스가 상기 광산배수 중에 녹아 들어가게 되고, 상기 담수용 미세조류는 CO2 가스와 빛에너지를 활용하여 광합성 작용을 하게 된다. 또한, 외부에서 공기를 투입할 경우, 상기 처리용기의 내부에서 공기가 버블을 일으키면서 위쪽으로 올라가게 되고, 그 과정에서 자연스럽게 상기 광산배수를 혼련시키게 되는 부수적인 효과를 갖게 된다. 이러한 혼련 과정에서 상기 담수용 미세조류는 광산배수 중의 각종 오염물질들과 끊임없이 접촉하게 된다. Preferably, the photobioreaction introduces air and light from the outside into the inside of the processing vessel into which the microbes are introduced. The air serves as a means for supplying CO 2 gas, and the light is used as an energy source for the micro-algae for photosynthetic action. When the air is supplied to the inside of the container, CO 2 gas in the air is dissolved in the mine drainage, and the micro-algae are used for CO 2 gas and light energy to perform a photosynthetic action. In addition, when air is supplied from the outside, the air bubbles up inside the processing vessel to rise upward, and the mineral wastewater is kneaded naturally in the process. In this kneading process, the micro-algae are continuously brought into contact with various contaminants in the mine drainage.

상기 광생물 반응은 외부에서 빛을 균일하게 공급하는 광공급 매체를 활용하는 것이 더 좋다. 상기 광공급 매체는 외부에서 발생된 빛을 상기 용기의 내부에 있는 광산배수 중에 골고루 빛을 공급해 줌으로써, 광산배수 중에 존재하는 담수용 미세조류가 상기 CO2 가스와 더불어 광합성 작용을 수행하는데 크게 기여할 수 있기 때문이다. 이러한 광공급 매체로서는 도광판(OP: Optical Panel)을 예시할 수 있다. 상기 도광판은 광생물반응에서 통상적으로 사용되고 있는 것을 활용할 수 있다. 상기 빛은 광원을 통하여 제공되어지고, 낮 8시간 동안 비추어주고, 밤 16시간 동안 차단하는 것이 바람직하다. (도 2 참조).It is preferable that the photobioreaction utilizes a light supply medium that uniformly supplies light from the outside. The light supply medium can uniformly supply light generated from the outside to the mine drainage inside the container, thereby contributing greatly to the micro-algae present in the mine drainage performing the photosynthesis action together with the CO 2 gas It is because. As such a light supply medium, a light guide plate (OP: Optical Panel) can be exemplified. The light guide plate may utilize those conventionally used in photobioreaction. Preferably, the light is provided through a light source, illuminated for 8 hours during the day, and blocked for 16 hours at night. (See Fig. 2).

상기 담수용 미세조류는 상기 광산배수 중에 잔류하는 각종의 염류들을 영양원으로 삼아 상기 용기의 내부에서 더욱 자라나게 되고, 증식되어지게 된다. 이를 통하여, 상기 담수용 미세조류는 상기 광산배수 중에서 기하급수적으로 증식되어져서 바이오 매스의 생물자원으로 활용될 수 있는 기반을 구축해주게 된다. 이는 상기 광산배수 중의 각종 중금속 오염물질을 먹이로 삼아 성장함으로써, 광산배수 중의 중금속 성분을 제거하는 점을 고려할 때, 일거 양득의 효과를 가져오게 됨을 의미한다. The micro-algae are further grown in the inside of the container by using various kinds of salts remaining in the mine drainage as a nutrient source. Accordingly, the micro-algae can be proliferated exponentially in the mine drainage, thereby establishing a basis for biomass utilization. This means that when the heavy metal contaminants in the mine drainage are grown as a prey and the heavy metal components in the mine drainage are removed, the effect of the net gain is obtained.

또한, 상기 담수용 미세조류는 일반 하수 또는 산업용 폐수 중에 다량 존재하게 되는 각종 영양 염류들을 먹이로 삼아 성장하게 되므로, 상기 광산배수 중에 이러한 영양 염류들이 동시에 포함되어 있을 경우에도, 효과적인 제거수단으로 활용될 수 있다. 이러한 영양 염류 중의 대표적인 것으로서는 용존 무기질소(N), 용존 무기인(P), 암모니아, 아질산염, 질산염, 유기질소화합물, 무기인산염, 유기 인산염, 규산염 등을 예시할 수 있다.
In addition, since the micro-algae are grown by feeding various nutrients present in large quantities in general wastewater or industrial wastewater, even when these nutrients are simultaneously contained in the mine drainage, they can be effectively used as a removal means . Representative examples of such nutrients include dissolved inorganic nitrogen (N), dissolved inorganic phosphorus (P), ammonia, nitrite, nitrate, organic nitrogen compound, inorganic phosphate, organic phosphate, silicate and the like.

본 발명은 상기 미세조류에 의한 광생물 처리단계(S 230)를 거친 후, 중금속 오염물을 흡수하여 성장한 미세조류를 별도로 수득하고, 중금속 오염물이 제거된 처리수를 배출하는 마무리 처리단계(S 240)를 포함하고 있다. In the present invention, a finishing treatment step (S 240) for removing microbial algae grown by absorbing heavy metal contaminants after the photobiological treatment step (S 230) by the microalgae and discharging the treated water from which heavy metal contaminants have been removed, .

본 발명은 상기 미세조류에 의한 광생물 처리단계(S 230)를 거치는 과정에서 처리용기의 내부에서 중금속 오염물을 먹이로 삼아 성장한 미세조류를 수거한다. 상기 미세조류의 수거 방식은 특별히 제한되지 않는다. 상기 처리용기의 내부에 통상적으로 사용되는 산화철 등을 투입하여 미세조류를 하부로 침전되어지도록 한 다음, 처리용기의 하단에 설치된 배출구를 통하여 상기 미세조류를 얻을 수 있다. 상기 미세조류는 새로운 바이오매스의 생물자원으로 활용할 수 있는 장점이 있다. The present invention collects the microalgae grown from the heavy metal pollutants as a food in the processing vessel through the photobiological treatment step (S 230) by the microalgae. The collection method of the microalgae is not particularly limited. Iron oxide or the like which is commonly used in the interior of the treatment vessel is injected so that the microalgae are precipitated to the bottom and then the microalgae can be obtained through an outlet provided at the lower end of the treatment vessel. The microalgae have an advantage that they can be utilized as biological resources of new biomass.

본 발명은, 상기 미세조류를 수거하여 얻은 다음, 상기 중금속 오염물과 상기 미세조류를 제거한 상태에서, 처리 용기의 내부에 남아 있는 처리수를 외부로 배출한다.
In the present invention, the micro-algae are collected and then the treated water remaining in the treatment vessel is discharged to the outside while the heavy metal contaminants and the micro-algae are removed.

이하, 본 발명을 보다 구체적인 실시예로서 설명한다.
Hereinafter, the present invention will be described as a more specific example.

<< 실시예 1 : 폐난각 분말체의 중화흡착제에 의한 AMD의 중성화 여부 >> << Example 1: Neutralization of AMD by neutralizing adsorbent of pulpy egg shell powder >>

실험은 강원도 Y 광산의 AMD를 수거하여 사용하였다. 수거된 강원도 Y 광산의 광산배수를 측정한 결과, 다량의 중금속 성분들이 검출되었고, 이를 아래의 표 1로 나타내었다.
The experiment was conducted by collecting AMD from Y mine in Kangwon province. As a result of the measurement of the mine drainage of the Y mine in Kangwondo, a large amount of heavy metal components were detected and are shown in Table 1 below.

Y 광산의 광산배수(AMD) 성분 및 측정 결과      Mine drainage (AMD) composition and measurement results of Y mine 검출된 성분    The detected component 측정된 값        Measured value pH    pH 2.41 (2.28-2.50)     2.41 (2.28-2.50) DO [mg/L]   DO [mg / L] 4.35 (3.10-4.88)    4.35 (3.10-4.88) Water Temp. [℃]    Water Temp. [° C] 12.10 (10.80-14.7)    12.10 (10.80-14.7) Eh [mV] (산화환원전위)   Eh [mV] (redox potential) 322.28 (305.1-351.40)    322.28 (305.1-351.40) EC [uS/cm] (전기전도도 )   EC [uS / cm] (electrical conductivity) 2295.00 (2070-2570)    2295.00 (2070-2570) Cu   Cu 22.78 (20.11-26.78)    22.78 (20.11-26.78) Fe   Fe 137.48 (140.83-225.80)    137.48 (140.83-225.80) Zn    Zn 19.77 (17.39-23.57)    19.77 (17.39-23.57) As   As 0.45 (0.16-0.67)    0.45 (0.16-0.67) Cd   CD 0.27 (0.15-0.36)    0.27 (0.15-0.36) Mn   Mn 10.35 (9.23-11.95)    10.35 (9.23-11.95)

상기 Y 광산에서 배출된 광산배수의 중금속 성분 등을 측정하기 위하여, Eh는 pH/ORP meter (ISTEK, pH-20N), 수온과 EC는 EC/TDS/Salinity meter (ISTEK, EC-40N), DO는 DO/O2/Air meter (ISTEK, DO-30N), 그리고 산성도는 pH meter(SevenGO pro, Mettler Toledo)를 이용하여 측정하였다. 상기 광산배수 중의 Fe, Cu, Zn, Mn, As, 그리고 Cd은 유도결합 플라즈마 원자방출분광기(Perkin-elmer, Optima 3300XL)을 이용하여 분석하였다. 이때, 상기 AMD 내의 중금속 이온의 농도는 Fe > Cu > Zn > Mn > As > Cd 순이었으며, Fe 성분이 가장 높은 것으로 측정되었다. (ISTEK, EC-40N), DO (ISTEK, pH-20N), water temperature and EC were measured using the EC / TDS / Salinity meter Was measured using a DO / O 2 / air meter (ISTEK, DO-30N) and acidity using a pH meter (SevenGO pro, Mettler Toledo). Fe, Cu, Zn, Mn, As, and Cd in the mine drainage were analyzed using an inductively coupled plasma atomic emission spectrometer (Perkin-Elmer, Optima 3300XL). The concentration of heavy metal ion in the AMD was in the order of Fe>Cu>Zn>Mn>As> Cd, and the Fe content was the highest.

상기 Y 광산의 AMD 에 대하여, 105℃에서 12시간 동안 건조한 후 325 메쉬로 분말화한 폐난각 분말 흡착제를 사용하였고, 적절한 성분 비율 등을 확인하기 위하여, 폐난각 분말 흡착제 0 ~ 150 g/L 를 혼합한 후, 0 ~ 180 분 동안, 150 rpm으로 교반하였고, 1시간 동안 침전시켰다. 그 후 상등액을 얻고, 그 상등액의 pH의 변화를 관찰하였다. 상기 Y 광산의 AMD 의 초기 산성도는 pH 2.41 ± 0.11 이었다.
The AMD of the Y mine was dried at 105 ° C for 12 hours and then pulverized into 325 mesh pulverized egg shell powder adsorbent. In order to confirm the proper composition ratio, 0-150 g / L of pulpy egg shell powder adsorbent After mixing, the mixture was stirred at 150 rpm for 0 to 180 minutes and precipitated for 1 hour. The supernatant was then obtained and the pH change of the supernatant was observed. The initial acidity of AMD of the Y mine was 2.41 ± 0.11.

도 4는 상기 광산배수의 중성화 과정을 시간대별로 나타낸 그래프이다. FIG. 4 is a graph showing the neutralization process of the mine drainage by time zone.

폐난각 분말을 AMD와 혼합하여 교반한 결과, 초기 pH 2.41 ± 0.11에서 점차 pH가 상승하여 30분 교반 후에는 6.75 ± 0.26을 나타내어 AMD의 pH가 중성화되었음을 알 수 있었다. 90분 교반 후에는 pH가 7.75를 나타내었으며, 특히 120분 교반 후에는 7.92 ± 0.31의 pH를 나타내었지만 그 후로는 pH의 변화가 없었다. 따라서, 교반 시간이 많아지면 그만큼 중성화 경향이 크게 나타나게 되지만, 20 분 내지 60 분 정도가 바람직하고, 가장 바람직하기로는 30분간 정도 수행하는 것이 적합한 것으로 판단되었다. As a result of agitation of the egg shell powder with AMD, the pH was gradually increased at 2.41 ± 0.11 and 6.75 ± 0.26 after 30 minutes agitation, indicating that the pH of the AMD was neutralized. After 90 minutes of stirring, the pH was 7.75, especially after 120 minutes of stirring, the pH was 7.92 ± 0.31, but there was no change in pH thereafter. Therefore, when the agitation time is increased, the tendency of neutralization is remarkably increased, but it is judged that it is preferable to perform about 20 minutes to 60 minutes, and most preferably about 30 minutes.

폐난각의 다양한 농도에 따른 AMD의 pH 변화는 20 g/L에서 pH 6.8 ± 0.17을 나타내었고, 30 g/L에서 pH 7.01 ± 0.22을 나타내었으므로, 20 g/L와 30 g/L의 차이가 거의 없었다. 폐난각의 양에 따라 90 g/L까지는 pH가 7.83 로 상승하였으나, 100 g/L 이상에서는 폐난각의 양에 관계없이 pH가 더 이상 상승하지 않고 일정하였다. 폐난각에 가장 많이 함유되어 있는 탄산칼슘(CaCO3)의 일반적인 pH는 9.3 ~ 9.8 정도이다. 본 실험결과 폐난각이 AMD와 반응하여 나타낼 수 있는 최대의 pH는 7.92 ~ 7.93으로 나타났으며, 폐난각을 이용하여 AMD를 중화시키기 위해서는 30분 교반에 20 g/L ~ 30 g/L의 농도가 최적인 것으로 확인되었다.
The pH of AMD was varied from 20 g / L to 6.8 ± 0.17 at 30 g / L and 7.01 ± 0.22 at 30 g / L. Therefore, the difference of 20 g / L and 30 g / L . The pH increased to 7.83 up to 90 g / L depending on the amount of lung egg shell, but the pH did not increase any more than 100 g / L regardless of the amount of lung egg shell. Calcium carbonate (CaCO 3 ), which is most abundant in the lung egg shell, has a general pH of 9.3 to 9.8. In this experiment, the maximum pH that can be shown by reacting the lung egg with AMD was 7.92 ~ 7.93. To neutralize the AMD using lung egg shell, the concentration of 20g / L ~ 30g / L Was found to be optimal.

<< 실시예 2 : 폐난각 분말 중화흡착제에 의한 AMD의 중금속 흡수 여부 >> << Example 2: Absorption of heavy metals by AMD by pulmonary egg shell neutralizing adsorbent >>

상기 실시예 1에 의한 실험 조건을, 폐난각 30g/L 투입하고, 30분 교반한 다음, 반응 접촉시간을 총 180분으로 하였다. 그 후, 각 중금속의 성분을 측정하여 폐난각 분말체의 흡착성능을 측정하였고, 그 결과를 아래의 표 2로 나타내었다.
The experimental conditions according to Example 1 were put into a 30 mg / L pulmonary egg shell and stirred for 30 minutes, and the total reaction contact time was 180 minutes. After that, the components of each heavy metal were measured to measure the adsorption performance of the pulpy egg shell powder. The results are shown in Table 2 below.

Y 광산배수에서의 중금속 흡착제거율   Removal rate of heavy metal adsorption in Y mine drainage Fe    Fe Cu    Cu Zn     Zn Mn    Mn Cd   CD Initial concentration
[mg/L]
Initial concentration
[mg / L]

137.48

137.48

22.78

22.78

19.77

19.77

10.35

10.35

0.27

0.27
End concentration
[mg/L]
End concentration
[mg / L]

54.99

54.99

8.88

8.88

7.31

7.31

5.80

5.80

0.10

0.10
Removal
[%]
Removal
[%]

60.00

60.00

61.02

61.02

63.02

63.02

43.96

43.96

62.96

62.96

실험결과는 위의 표 2에서 확인되는 바와 같이, Fe 60.00%, Cu 61.02%, Zn 63.02%, Mn 43.96% 그리고 Cd 62.96% 제거율을 나타내었다. The experimental results show that 60.00% of Fe, 61.02% of Cu, 63.02% of Zn, 43.96% of Mn and 62.96% of Cd were removed as shown in Table 2 above.

Fe, Cu, Zn 그리고 Cd은 60% 이상의 제거율을 나타내었으나 Mn은 44%의 제거율을 나타내어 다른 중금속에 비해 상대적으로 낮은 제거율을 나타내었다. CaCO3는 hexagonal의 결합구조로 다른 화합물에 비하여 공간이 넓다. 이러한 구조에서는 중금속이온이 Ca 이온과 치환하거나 구조상 넓은 공간에서 자리 잡아 흡착되게 된다. 그러므로 중금속의 제거능력이 매우 우수한 것으로 여겨진다.
Fe, Cu, Zn and Cd showed more than 60% removal rate, but Mn had 44% removal rate and relatively lower removal rate than other heavy metals. CaCO 3 is a hexagonal bonding structure, which is larger than other compounds. In such a structure, Substituted or structurally spaced and adsorbed. Therefore, the removal ability of heavy metals is considered to be very good.

<< 실시예 3 : 미세조류의 배양 및 증식 >><< Example 3: Cultivation and proliferation of microalgae >>

본 발명은 미세조류로서 3 ~ 8 μm 크기의 구형 클로렐라 (Chlorella vulgaris)를 선택하였다. 상기 Chlorella vulgaris는 한국 해양미세조류은행 (KMMCC, Kores)에서 분양받아 JM 배지 (Jaworski's Medium, Thompson et al., 1988)에서 배양하였다. 배양 조건은 pH (7.2 ± 0.3), 낮 (8h) 밤 (16h)의 주기로 온도 (23℃ ± 1℃) 의 항온기에서 7일간 증식시켰다. The present invention selected spherical chlorella ( Chlorella vulgaris ) having a size of 3 to 8 μm as microalgae . The Chlorella vulgaris was cultivated in JM medium (Jaworski's Medium, Thompson et al., 1988), which was purchased from Korean Marine Microalgae Bank (KMMCC, Kores). Culturing conditions were proliferated for 7 days in a thermostat (23 ° C ± 1 ° C) with a cycle of pH (7.2 ± 0.3), day (8h) and night (16h).

상기 JM 배지의 구성성분은 200 mL의 증류수를 기준으로 4.0 g Ca(NO3)2ㆍH2O, 2.48 g KH2PO4, 10.0 g MgSO4ㆍH2O, 3.18 g NaHCO3, 0.45 g EDTAFeNa, 0.45 g EDTANa2, 0.496 g H3BO3, 0.278 g MnCl2ㆍH2O, 0.20 g (NH4)6Mo7O24ㆍH2O, 0.008 g cyanocobalamin, 0.008 g thiamine HCl, 0.008 g biotin, 16.0 g NaNO3 그리고 7.2 g Na2HPO4ㆍ2H2O 이었다.
The constituents of the JM medium were 4.0 g Ca (NO 3 ) 2 .H 2 O, 2.48 g KH 2 PO 4 , 10.0 g MgSO 4 .H 2 O, 3.18 g NaHCO 3 , 0.45 g EDTAFeNa, 0.45 g EDTANa 2, 0.496 g H 3 BO 3, 0.278 g MnCl 2 and H 2 O, 0.20 g (NH 4) 6 Mo 7 O 24 and H 2 O, 0.008 g cyanocobalamin, 0.008 g thiamine HCl, 0.008 g biotin, was 16.0 g NaNO 3 and Na 2 HPO 4 and g 2H 7.2 O 2.

<< 실시예 4: 중성화된 광산배수의 미세조류에 의한 처리 >>&Lt; Example 4: Treatment with microalgae of neutralized mine drainage &gt; >

상기 실시예 2에 의하여 중성화된 광산배수에 대하여, 상기 실시예 3에 의하여 배양 및 증식된 미세조류 배양물을 혼합하여 광생물 반응을 진행하였다. 상기 강릉시 Y 광산의 광산배수의 37 L 에 대하여, 7일 동안 배양한 Chlorella vulgaris 배양물 3.7 L를 넣어 광산배수와 미세조류의 부피 비율을 10 : 1로 맞추어 혼합하였다. 초기 투입된 Chlorella vulgaris 의 농도는 1.12 ± 0.6 g/L 이었다. The microbial cultures cultured and propagated according to Example 3 were mixed with the neutralized mine wastewater according to Example 2 to conduct the photobioreaction. For the 37 L of the mine drainage in the Y mine in Gangneung City, 3.7 L of the cultured Chlorella vulgaris culture for 7 days was added and the volume ratio of mine drainage and microalgae was adjusted to 10: 1. The initial concentration of Chlorella vulgaris was 1.12 ± 0.6 g / L.

상기 Y 광산의 광산배수 및 상기 Chlorella vulgaris 배양물를 혼합한 폐수 용액을 처리하기 위하여, 도 2에 도시된 바와 같은 처리장치를 이용하였다. A treatment apparatus as shown in FIG. 2 was used to treat the waste water solution mixed with the mine drainage of the Y mine and the Chlorella vulgaris culture.

처리용기의 용량은 45 L [450 mm (가로) * 300 mm (세로) * 330 mm (높이)] 이었다. 초기 미세조류의 농도는 1.12 ± 0.6 g/L이었고, 중성 pH (7.2 ±0.3)로 유지하였으며, 처리 온도는 25 ℃ ± 2 ℃ 이었고, 낮(8시간)과 밤(16시간)의 주기를 유지하였다. 상기 처리용기의 내부에 도광판(OP)을 넣고, LEDs 램프를 사용하여, 빛을 균일하게 공급하였다. 그때, 빛의 파장은 430 nm ~ 670 nm 를 발생하였으며, 6일 동안 진행하였다. 상기 처리 용기 내부의 빛의 분포는 305 mm 깊이에서 94%로 측정되었으므로, 상기 처리용기 내부까지 90% 이상의 빛이 고르게 확산되었음을 알 수 있었다. 또한, 상기 처리용기에는 분당 0.5 L의 공기를 주입했고, 공기 안에 함유되어 있는 CO2의 양은 0.02 vvm 이었다. The capacity of the processing vessel was 45 L [450 mm (width) * 300 mm (length) * 330 mm (height)]. The initial microalgae concentration was 1.12 ± 0.6 g / L and the neutral pH (7.2 ± 0.3) was maintained. The treatment temperature was 25 ℃ ± 2 ℃ and the period of day (8 hours) and night Respectively. A light guide plate (OP) was placed inside the processing container, and light was uniformly supplied using an LEDs lamp. At that time, the wavelength of the light was 430 to 670 nm and proceeded for 6 days. Since the light distribution inside the processing vessel was measured at a depth of 305 mm at 94%, it was found that at least 90% of light was uniformly diffused into the inside of the processing vessel. In addition, the treatment vessel was charged with 0.5 L of air per minute, and the amount of CO 2 contained in the air was 0.02 vvm.

상기 처리용기에는 컴퓨터에 연결된 다수의 측정용 센서들을 결합시켜 상기 광산배수의 중금속 오염물질의 농도 등을 측정하도록 하였고, 순환펌프를 통하여 계속적으로 광산배수의 순환을 유도하였다.
The processing vessel is connected to a plurality of measurement sensors connected to a computer to measure concentrations of heavy metal pollutants in the mine drainage, and circulation of mine drainage is continuously conducted through a circulation pump.

<< 실시예 5: 광산배수의 중금속 오염물질의 제거효율 >><< Example 5: Removal Efficiency of Heavy Metal Contaminants in Mineral Drainage >>

상기 실시예 4에 의한 실험을 진행하면서, 컴퓨터에 연결된 다수의 측정용 센서들을 통하여 상기 Y 광산의 광산배수의 중금속 오염물질의 농도 등을 측정하였고, 다음과 같은 중금속 오염물질의 제거 현상을 확인하게 되었다. During the experiment according to Example 4, the concentration of heavy metal contaminants in the mine drainage of the Y mine was measured through a plurality of measuring sensors connected to a computer, and the following heavy metal pollutant removal phenomenon was confirmed .

상기 Y 광산의 광산배수를 중화시키고, 이어서 상기 Chlorella vulgaris 를 이용하여 광생물반응을 수행한 결과, 중금속의 제거율은 Fe은 97.31%, Cu는 99.76%, Zn은 99.6%, Mn은 99.41%, 그리고 Cd은 99.6% 정도인 것으로 확인되었다. As a result of photobiological reaction using the Chlorella vulgaris , the removal rates of heavy metals were 97.31% for Fe, 99.76% for Cu, 99.6% for Zn, 99.41% for Mn, Cd was found to be about 99.6% .

도 5는 상기 광산배수를 중성화시킨 후 Chlorella vulgaris 를 이용하여 광생물반응을 수행한 결과 중금속 오염물의 제거율을 나타낸 그래프이다. FIG. 5 is a graph showing the removal rate of heavy metal contaminants as a result of photobiological reaction using Chlorella vulgaris after neutralizing the mine drainage.

식물체가 성장하는 데에는 15개의 원소인 무기영양소 (C, H, O, N, P, K, S, Ca, Mg, Fe, Mn, Cu, Zn, B 및 Mo 등)이 필요하고, 이는 미세조류의 성장에도 똑같이 적용될 것이므로, 상기 실시예 5에서 Fe, Cu, Zn 그리고 Mn이 Cd과 비교하여 8 ~ 10 % 정도 제거율이 높았는데, 이는 Fe, Cu, Zn 그리고 Mn이 미세조류의 성장에 필요한 미량원소이기 때문에 Cd과 비교하여 제거율이 높았을 것으로 추정되었다. 따라서, 미세조류를 광산배수의 중금속 제거에 활용할 경우, 인체에 유해한 미량원소(Co, Mo, Ca, Mg, Cu, Zn, Cr, Pb, Se)를 제거할 수 있음을 알 수 있다.
The growth of plants requires 15 elements: inorganic nutrients (C, H, O, N, P, K, S, Ca, Mg, Fe, Mn, Cu, Zn, B and Mo) The removal rate of Fe, Cu, Zn, and Mn was about 8 to 10% higher than that of Cd in Example 5, because Fe, Cu, Zn, and Mn required a small amount It is presumed that the removal rate is higher than that of Cd because it is an element. Therefore, it can be seen that the trace elements (Co, Mo, Ca, Mg, Cu, Zn, Cr, Pb and Se) harmful to human body can be removed by using microalgae for removing heavy metals from mine drainage.

<< 실시예 6: 광산배수의 처리시 바이오 매스의 획득량 >>&Lt; Example 6: Amount of biomass obtained when treating mine drainage &gt; >

상기 실시예 4에 의한 실험을 진행하면서, 매일 동일한 시간대에 상기 Chlorella vulgaris 의 증식 여부를 살펴보았다. 바이오매스 생산량은 초기 농도 1.12 g/L에서 3일째 2.82 g/L의 생산량을 나타내어 초기농도와 비교하여 2.52배 증가하였음을 알 수 있었다. Chlorella vulgaris 는 3일째까지는 지속적으로 생산량이 증가하였으나, 4일째부터는 둔화되어 5, 6일째에는 큰 변화가 없었다.During the experiment according to Example 4, the growth of Chlorella vulgaris was examined at the same time every day. Biomass yield was 2.82 g / L at the initial concentration of 1.12 g / L on day 3, which was 2.52 times higher than the initial concentration. Chlorella vulgaris continued to increase production until day 3, but slowed down from day 4 and remained unchanged at day 5 and 6.

도 6는 상기 실시예 6에 의한 실험을 진행하면서 얻은 바이오 매스의 생산량에 관한 그래프이다. FIG. 6 is a graph showing the production amount of biomass obtained in the experiment according to the sixth embodiment.

한편, 도 7은 상기 폐난각 분말 중화흡착제를 이용하여 상기 AMD의 중금속 제거 효율과, 미세조류를 이용하여 하이브리드 방식으로 진행하였을 경우 상기 AMD의 중금속 제거 효율을 상호간 비교하여 제시한 도표이다. Meanwhile, FIG. 7 is a graph showing the heavy metal removal efficiency of AMD using the lung egg shell powder neutralizing adsorbent and the heavy metal removal efficiency of AMD when the microorganism is hybridized.

본 발명은, 상기 도 7에 의하여 확인되는 바와 같이, 생활 음식물 쓰레기로 버려지는 폐난각을 활용하여 AMD의 중금속 성분을 매우 높은 비율로 흡착 제거할 수 있음을 알 수 있고, 미생물에 의한 광생물 반응을 추가할 경우 거의 완벽하게 AMD 의 중금속 성분을 제거할 수 있음을 알 수 있는 것이다.
As shown in FIG. 7, it can be seen that the heavy metal component of AMD can be adsorbed and removed at a very high rate by utilizing the waste egg shell that is thrown away into household food waste, and the photobiological reaction by microorganisms Can be removed almost completely by removing the heavy metal component of AMD.

이상에서 본 발명에 의한 하이브리드 방식으로 진행되는 광산배수를 처리하는 방법을 구체적으로 설명하였으나, 이는 본 발명의 가장 바람직한 실시양태를 기재한 것일 뿐, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의해서 그 범위가 결정되어지고 한정되어진다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to the preferred embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, The range is determined and limited by the range.

또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 명세서의 기재내용에 의하여 다양한 변형 및 모방을 행할 수 있을 것이나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어난 것이 아님은 명백하다고 할 것이다. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the scope of the present invention.

Claims (5)

폐광산 또는 휴광산 등에서 배출되는 산성의 광산배수를 모으고, 그 중에서 부유물과 협잡물을 제거하고, 다음 단계로 이동하기 전까지 일정한 시간동안 정치시키는 전처리 단계(S 210)와;
폐난각을 깨끗이 세척한 후, 90℃ 내지 120℃에서 7시간 내지 12시간 동안 건조한 후에, 300 ~ 600 메쉬 크기로 미세하게 분쇄하여 광산배수용 폐난각 분말체의 중화흡착제를 제조하고,
상기 전처리된 광산배수에 상기 폐난각 분말체의 중화흡착제를 광산배수 1리터당 20 g 내지 30 g의 비율로 투입하고, 20분 내지 60분 동안 혼련하여, 상기 광산배수를 중성화시킴과 동시에, 상기 광산배수 중의 중금속의 일부를 흡착제거시키는 광산배수의 중화 처리단계(S 220)와;
담수용 미세조류를 선택하고, 선택된 미세조류를 통상적인 온도와 배양 조건으로 배양시키고 7일 내지 12일 동안 성장시킨 후, 상기 중화된 광산배수와 상기 미세조류의 배양물을 10 : 0.5 내지 3 부피 비율(v/v)로 혼합하고, 외부에서 공기를 공급하면서, 실온에서 1일 내지 6일 동안 혼련시키고, 그 과정에서, 상기 담수용 미세조류가 상기 광산배수 중의 영양 염류를 먹이로 삼아 광산배수 중의 중금속 오염물을 제거하는 미세조류에 의한 광생물 처리단계(S 230); 를
포함하고 있는 것을 특징으로 한, 하이브리드 방식의 광산배수 처리방법.
A pretreatment step (S 210) of collecting acidic mine drainage discharged from an abandoned mine or a mine site, removing floating matters and contaminants from the mine drainage, and allowing the mine drainage to stay for a predetermined time before moving to the next step;
Dried at 90 ° C to 120 ° C for 7 hours to 12 hours and finely pulverized to a size of 300 to 600 mesh to prepare a neutralized adsorbent of a hollow egg shell powder for mine drainage,
The neutralized adsorbent of the pulpy egg shell powder is added to the pretreated mineral wastewater at a rate of 20 g to 30 g per liter of mineral wastewater and kneaded for 20 to 60 minutes to neutralize the mineral wastewater, A neutralization treatment step (S 220) of mine drainage which adsorbs and removes a part of heavy metals in the drainage;
The selected microalgae are cultivated under normal temperature and culture conditions and grown for 7 days to 12 days, and then the neutralized mine drainage and the microalgae culture are cultivated in a ratio of 10: 0.5 to 3: (V / v) and kneaded for 1 day to 6 days at room temperature while supplying air from the outside. In the course of the mixing, the micro-algae for drinking water feeds the nutrients in the mine drainage, A step (S 230) of photobiological treatment by microalgae to remove heavy metal contaminants in the sample; To
Wherein the mineral wastewater treatment method is a hybrid wastewater treatment method.
삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 광생물 처리단계(S 230)는 담수용 미세조류를 JM 배지에서, 22℃ ± 2℃ 의 항온조건하에서, pH (7.2 ± 0.3)으로, 낮 (8h) 밤 (16h)의 주기로 7일 내지 12일 동안 배양 및 성장시킨 후, 중화처리된 광산배수와 상기 담수용 미세조류의 배양물을 10 : 0.5 내지 3 부피 비율(v/v)로 혼합하고, 외부에서 공기를 공급하면서, 실온에서 1일 내지 6일 동안 혼련시키고, 그 과정에서, 상기 담수용 미세조류가 상기 광산배수 중의 영양 염류를 먹이로 삼아 광산배수 중의 중금속 오염물을 제거하는 것을 특징으로 한, 하이브리드 방식의 광산배수 처리방법.
The method according to claim 1,
The photobiological treatment step (S 230) may be carried out in a JM medium under a constant temperature condition of 22 ° C ± 2 ° C, at pH (7.2 ± 0.3), at a period of day (8h) After culturing and growing for 12 days, the neutralized mine drainage and the culture of the microcavity were mixed at a volume ratio (v / v) of 10: 0.5-3 volume (v / v) Wherein the micro-algae are mixed with the nutrients in the mine drainage to remove heavy metal contaminants in the mine drainage.
제 4 항에 있어서,
상기 광생물 처리단계(S 230)를 거친 처리수를 배출하고, 그와 별도로 전단계에서 중금속 오염물을 흡수하여 성장한 미세조류를 별도로 수득하는 마무리 처리단계; 를 더욱 포함하고 있는 것을 특징으로 한, 하이브리드 방식의 광산배수 처리방법.
5. The method of claim 4,
A finishing treatment step of discharging the treated water through the photobiological treatment step (S 230) and separately absorbing the heavy metal contaminants in the previous step to obtain the grown microalgae; Further comprising the steps of: (a) extracting the mineral wastewater from the waste water;
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