KR101707769B1 - 수처리제 제조방법 및 그에 의해 제조되는 수처리제 - Google Patents

Abstract

본 발명은 슬러지의 발생량을 최소화하면서 수질에 포함되어 있는 용해성 인을 초고도 처리할 수 있게 해주는 수처리제 제조방법 및 그에 의해 제조되는 수처리제를 제공하고자 한다.
본 발명에 따른 수처리제 제조방법 및 그에 의해 제조되는 수처리제는, 사업장 폐기물 상태의 적니; 상기 적니에 염화칼슘, 염화마그네슘 중 어느 하나 또는 둘을 혼합한 제1첨가제를 첨가하여 혼합하는 단계; 상기에서 혼합된 혼합물에 황산, 염산, 황산알루미늄 중 어느 하나 또는 둘 이상을 혼합한 제2첨가제를 첨가하여 혼합하는 단계; 상기에서 혼합된 혼합물을 건조장치를 통해 건조하는 단계; 상기에서 건조된 건조물을 분쇄기로 분쇄한 후 스크린 처리를 통해 일정크기의 분말을 선별하여 획득하는 단계;를 거쳐 제조되는 것을 특징으로 한다.

Description

수처리제 제조방법 및 그에 의해 제조되는 수처리제{Water treatment agent manufacturing method and a water treatment agent is made by him}

본 발명은 슬러지의 발생량을 최소화하면서 수질에 포함되어 있는 용해성 인을 초고도 처리할 수 있게 해주는 수처리제 제조방법 및 그에 의해 제조되는 수처리제를 제공하고자 한다.

일반적으로 상/하수처리장 방류수의 총인 처리장치에 있어서, 부영양화의 주원인이자 조류 증식의 제한 물질인 인(인산)은 지금까지 생물학적 처리 방법이나, 응집제를 이용한 화학적 처리방법이 주를 이루고 있으며, 최근 많이 연구하고 있는 전기분해/응집에 의한 인의 제거기술은 화학적인 제거기술이 갖고 있는 장점을 살리고 화학약품침전법이 갖고 있는 단점을 해결할 수 있는 기술의 하나이기는 하나, 전극 부식 등의 문제점으로 유지관리가 어려움 문제점이 있었다.

한편, 패각의 재이용은 배기가스제거 및 산성토양의 개량제, 중금속 흡착, 고농도 인 제거 등에 이용되고 있으나, 굴 패각의 대부분을 차지하는 탄산칼슘은 수 처리에 적용 시 슬러지 발생량이 많고, 다량의 유기물과 무기물을 함유하고 있는 문제점 때문에 적정한 소성과정을 거쳐야 하는 또 다른 문제점이 있었다.

또 다른 대안으로, 납석이나 천연응집제를 이용하여 총인을 처리하고자 하는 기술을 개발하고 있지만, 일반적으로 용해성 인은 용해성 인을 하나 또는 그 이상의 금속이온, 예를 들면 Al(알루미늄), Fe(철) 또는 칼슘(Ca)과 반응시켜 생성된 불용성 금속 인산염으로 침전시켜 제거하는데, 이때 약품의 과다 사용 및 이로 인하여 하천 바닥에 응집제가 쌓이고 잔류알루미늄 및 잔류철이 고농도로 집적되어 수생태계에 악영향을 미치고, 이렇게 쌓인 슬러지 처리처분에 상당한 애로가 있었다.

따라서, 종래는 총인 농도를 초고도 처리하기 위하여 액상의 무기 응집제 적용 시 발생되는 슬러지 과다 발생 및 처리처분 그리고 잔류 알루미늄과 잔류철로 인한 수 생태계에 악영향을 미치는 문제점이 있었다.

등록특허공보 제10-1334861호

본 발명은 상술한 종래 문제점들을 해결하기 위해 개발된 것으로, 특히 액상의 무기 응집제 적용 시 발생되는 슬러지 과다 발생 및 처리처분 그리고 잔류 알루미늄과 잔류철로 인한 수 생태계에 악영향을 미치는 문제점을 해결할 뿐만 아니라, 총인 농도를 초고도 처리해주면서 슬러지 발생량을 감소시킬 수 있는 새로운 무기 흡착제로 이루어지는 수처리제를 제공하려는 데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 사업장 폐기물 상태의 적니; 상기 적니에 염화칼슘, 염화마그네슘 중 어느 하나 또는 둘을 혼합한 제1첨가제를 첨가하여 혼합하는 단계; 상기에서 혼합된 혼합물에 황산, 염산, 황산알루미늄 중 어느 하나 또는 둘 이상을 혼합한 제2첨가제를 첨가하여 혼합하는 단계; 상기에서 혼합된 혼합물을 건조장치를 통해 건조하는 단계; 상기에서 건조된 건조물을 분쇄기로 분쇄한 후 스크린 처리를 통해 일정크기의 분말을 선별하여 획득하는 단계;를 거쳐 제조되는 것을 특징으로 하는 수처리제 제조방법 및 그 제조방법에 의해 제조되는 수처리제를 제안한다.

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상기한 제조방법으로 이루어지는 수처리제는 적니에 포함된 삼산화이철, 산화알루미늄, 이산화규소, 산화티탄, 산화칼슘, 산화나트륨 등의 천연광물질이 활성화되면서 물속에 포함된 오염물질 및 용해성 인을 빠르게 흡착, 응집, 치환, 분해, 제거하는 성질을 갖추게 되며, 더불어 용해제류로 이루어지는 제1첨가제와 응집기능을 갖춘 산성화학약품류로 이루어지는 제2첨가제를 혼합함으로써 적니의 물리화학적인 성질을 보완하고, 광물질들의 반응을 극대화시켜 처리효율이 더욱 향상되며, 이로 인해 수질에 포함되어 있는 오염물질 및 용해성 인을 2차적인 문제없이 완전하게 제거해 줌은 물론 슬러지 발생을 최소화시키는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 제조단계를 나타낸 블록도

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 다만, 설명에 사용되는 용어 및 명칭은 사전적인 의미가 아닌 구성의 형상이나 작용, 역할 등에 의해 함축적으로 정해질 수 있으며, 선 등록된 공지기술 및 통상적 기술에 대한 구체적인 설명은 요지를 흐릴 수 있어 생략한다.

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먼저, 도1을 참조하여 본 발명에 따른 수처리제의 제조방법 및 그에 의해 제조되는 수처리제를 설명하면 다음과 같다.

도1은 본 발명에 따른 수처리제의 제조단계를 나타낸 블록도로서, 도시 및 해결수단에서 언급한 것과 같이, 본 발명에 따른 수처리제의 제조방법은, 사업장 폐기물 상태의 적니; 상기 적니에 염화칼슘, 염화마그네슘 중 어느 하나 또는 둘을 혼합한 제1첨가제를 첨가하여 혼합하는 단계; 상기에서 혼합된 혼합물에 황산, 염산, 황산알루미늄 중 어느 하나 또는 둘 이상을 혼합한 제2첨가제를 첨가하여 혼합하는 단계; 상기에서 혼합된 혼합물을 건조장치를 통해 건조하는 단계; 상기에서 건조된 건조물을 분쇄기로 분쇄한 후 스크린 처리를 통해 일정크기의 분말을 선별하여 획득하는 단계;를 거쳐 제조되며, 그에 의해 제조되는 수처리제로 이루어진다.

이하, 상기한 제조방법의 각 단계를 더욱 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 적니를 설명하면 다음과 같다.

적니는 보크사이트 정제과정에서 발생하는 사업장 폐기물로서, 폐기물상태의 적니는 함수율이 40~55%이고 pH는 11~13의 강알칼리로 이루어져 있다. 이러한 적니를 그대로 수처리제로 사용하게 되면 강알칼리에 의해 수질을 염기화시켜 악영향을 끼치게 된다. 더 구체적으로 설명하면, 적니는 정제과정 중 보크사이트 원광석에 베이어 프로세스를 적용하여 수산화알루미나를 추출하는 과정에 다량의 수산화나트륨을 투입하기 때문에 적니 자체는 12.4%라는 높은 Na2O를 함유하게 된다. 이렇게 높은 Na2O를 함유하기 때문에 폐기물로 분류되며, 이를 바로 물속에 투입하게 되면 수질을 염기화 시킴은 물론 생태계의 파괴 등 수질에 악영향을 끼치게 된다. 따라서, 이러한 적니를 수처리제에 적합하도록 처리하는 과정을 거쳐야 한다.
배경기술에 설명하진 않았지만, 적니를 수처리에 사용할 수 있도록 처리하는 종래의 방법은 적니를 산성물질과 혼합하여 물리적 교반 및 화학적 반응으로 중화시키는 방법이 일반적이다. 그러나 이러한 방법은 대규모부지가 필요함은 물론 커다란 중화설비가 마련되어야 하는데, 이로 인해 원가가 상승함은 물론 중화과정에 상당한 시간이 소요되므로 생산성이 떨어지는 문제점이 있었다.

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다음으로, 제1첨가제를 혼합하는 단계를 설명하면 다음과 같다.

제1첨가제는 염화칼슘, 염화마그네슘 중 어느 하나 또는 둘을 혼합한 혼합물로 이루어지고, 폐기물 상태의 적니에 제1첨가제를 투입한 다음 혼합하는 공정을 수행한다.

제1첨가제의 그룹은 염화물로 이루어지는 용해제류로서, 이러한 용해제류를 투입하는 이유는 적니의 용해를 통해 폐기물 상태의 적니에 함유되어 있는 수분을 빼앗기 위하여 첨가시키게 된다.

이에, 폐기 적니에 제1첨가제를 투입하여 혼합하게 되면, 적니의 용해를 통해 적니의 수분을 빼앗게 되며 그 과정에서 이온교환반응이 일어나고 이를 통하여 적니의 나트륨 성분을 칼슘과 마그네슘으로 치환시켜 알칼리도를 낮추어 주고 동시에 흡착반응 및 ligand exchange반응으로 칼슘과 마그네슘을 포함하는 새로운 미량광물질을 형성시켜주는 작용을 한다.

상기한 작용으로 인해 제1첨가제를 포함하여 이루어지는 최종의 수처리제를 물속에 투입하게 되면, 물속에 함유되어 있는 총인을 포함한 오염물질을 빠르게 흡착, 응집, 분해, 제거하는 반응이 활발하게 일어나고, 그 반응과정에서 수질이 개선되는 것이다.

한편, 제1첨가제의 그룹 중, 예를 들어 염화칼슘 하나만 혼합하는 것과, 염화칼슘과 염화마그네슘 둘을 혼합한 혼합물과의 차이를 설명하면, 염화칼슘만을 단독으로 혼합하였을 때는 이온교환 반응, 흡착, 및 ligand exchange 반응으로 칼슘만을 포함하는 새로운 미량광물이 형성되지만, 염화칼슘과 염화마그네슘 둘을 혼합하였을 때는 칼슘과 마그네슘 둘 다의 성분을 포함하는 새로운 미량광물들이 형성되기 때문에 총인을 포함한 오염물질의 제거효율이 더욱 높아지게 된다.

따라서, 제1첨가제는 원가절감이나 특수한 용도, 자기가 처한 환경에 따라 그룹 중 어느 하나를 선택하여 적용할 수도 있다. 그러나 가급적이면 둘을 혼합하여 적용하는 것이 더욱 바람직하다.

되돌아가, 제1첨가제의 혼합은 적니 100 중량부에 대하여 제1첨가제를 1~5 중량부를 혼합기에 넣고 회전속도를 150rpm으로 5~10분간 교반하여 혼합한다.

상기에서 제1첨가제의 혼합비율이 상당이 중요한데 그 이유는 제1첨가제를 1 중량부 이하로 첨가할 경우 적니와 제1첨가제 간의 화학반응도가 약하여 적니 자체 내 함유되어 있는 나트륨을 칼슘이나 마그네슘으로 충분히 치환시키지 못하여 수처리 효율이 낮아지는 문제점이 발생하고, 제1첨가제를 5 중량부 이상으로 첨가할 경우 적니 자체가 총인을 흡착하는데 이용되는 유용광물인 헤마타이트(Fe2O3), 보헤마이트 그리고 깁사이트(Al2O3)와 같은 광물들의 활성도를 오히려 낮추는 현상이 발생되어 적니 자체의 특성을 상실하게 되는 문제점이 발생하기 때문이다.

따라서, 상기한 조건은 최종으로 완성되는 수처리제의 작용에 매우 중요한 역할을 하며 만약 상술한 조건으로 이루어지지 않을 경우 효과를 담보할 수 없다.

다음으로, 제2첨가제를 혼합하는 단계를 설명하면 다음과 같다.

제2첨가제는 황산, 염산, 황산알루미늄 중 어느 하나 또는 둘 이상을 혼합한 혼합물로 이루어지고, 전 단계의 혼합물에 제2첨가제를 투입한 다음 혼합하는 공정을 수행한다.

제2첨가제의 그룹은 산성화학약품류들로서, 이러한 제2첨가제를 첨가하는 이유는 적니의 염기성을 중화함과 적니 자체가 지니는 부족한 화학적인 특성을 보완하기 위하여 첨가시키게 된다.

이에, 전 단계의 혼합물에 제2첨가제를 투입하여 혼합하게 되면, 적니와 이온교환반응이 일어나고, 이를 통하여 적니의 높은 알칼리도를 약산성영역으로 낮추어 주어 총인 제거에 유용광물인 헤마타이트(Fe2O3), 보헤마이트 그리고 깁사이트(Al2O3)와 같은 광물들이 활성화될 수 있는 최적의 환경조건으로 만들어 주는 작용을 한다.

상기한 작용으로 인해 제2첨가제를 포함하여 이루어지는 최종의 수처리제를 물속에 투입하게 되면, 수질의 pH에 영향을 끼치지 않으면서 적니를 구성하고 있는 광물들의 철 및 알루미늄 이온들이 이온교환반응 및 흡착반응이 활발하게 일어나 총인을 포함한 오염물질 제거효율이 더욱더 높아지게 되는 것이다.

한편, 제2첨가제의 그룹 중, 예를 들어 황산 하나만 혼합하는 것과, 황산과 염산과 황산알루미늄을 함께 혼합하는 것과의 차이는, 단독으로 혼합하였을 때는 황산 이온과 적니 간의 반응에 의한 새로운 미량광물이 소수로 형성시키는 작용이 있지만, 모두 함께 혼합한 것은 단독으로 혼합하였을 때에 비해 황산 이온과 염산 이온 그리고 알루미늄과 적니 간의 혼합적인 상호 반응으로 인해 더 많은 미량광물들이 생성되는 작용이 있으며, 이로 인해 모두 함께 혼합한 것이 수질개선효과가 더욱더 향상된다.

따라서, 제2첨가제는 원가절감이나 특수한 용도, 자기가 처한 환경에 따라 그룹 중 어느 하나를 선택하여 적용할 수도 있다. 그러나 가급적이면 모두 함께 혼합하여 적용하는 것이 더욱 바람직하다.

되돌아가, 제2첨가제는 적니 100 중량부에 대하여 제2첨가제를 5~35 중량부를 혼합기에 투입하여 rpm200에서 3~10분간 교반하여 혼합한다.

상기에서 제2첨가제의 혼합비율이 상당이 중요한데 그 이유는, 제2첨가제를 5 중량부 이하로 첨가할 경우 적니와 화학반응이 약하여 적니를 구성하고 있는 헤마타이트, 보헤마이트 그리고 깁사이트와 같은 광물들을 활성화시키지 못해 수처리 효율이 낮아지는 문제점이 발생하고, 제2첨가제를 35 중량부 이상으로 첨가할 경우 적니 자체에 함유되어 있는 수분과 격렬한 반응으로 인하여 심한 가스가 발생할 뿐만 아니라 적니의 pH가 너무 낮아지고 적니 내 함유되어 있는 Fe2O3와 Al2O3와 같은 유용광물들이 손실되어 수처리 효율이 낮아지는 문제점이 발생하기 때문이다.

따라서, 상기한 조건은 최종으로 완성되는 수처리제의 작용에 매우 중요한 역할을 하며 만약 상술한 조건으로 이루어지지 않을 경우 효과를 담보할 수 없다.

다음으로, 건조단계를 설명하면 다음과 같다.

건조단계는 전 단계의 혼합물을 건조기에 넣어 40~200℃ 사이에서 혼합물의 pH가 2~9사이로 낮춰질 때까지 1~3시간 동안 건조하는 공정을 수행한다.

상기한 건조단계를 수행하는 이유는, 전 단계의 혼합물과 제2첨가제 간의 화학반응이 충분히 일어나게 하기 위해 수행된다.

이에, 상기한 건조단계를 거치게 되면, 적니의 나트륨 성분을 칼슘, 마그네슘, 알루미늄 성분과 치환작용을 일으켜 새로운 미량광물들을 생성시키게 되고, 동시에 적니를 구성하고 있는 헤마타이트(Fe2O3), 보헤마이트, 깁사이트(Al2O3)와 같은 광물들과 이온교환반응을 통하여 철과 알루미늄이 적니로부터 쉽게 해리될 수 있게 최대한 활성화시키는 작용이 일어난다.

상기한 작용으로 인해 건조단계를 포함하여 이루어지는 최종의 수처리제는, 물속에 포함된 총인을 포함한 오염물질과 이온교환 및 흡착반응이 활성화되고, 이에 의해 수질개선효과가 극대화되는 것이다.

되돌아가, 상기한 건조단계에서 건조온도가 상당히 중요한데 그 이유는, 건조 온도가 40℃ 이하가 되면 적니의 광물격자 내에 함유되어 있는 나트륨 성분과 화학약품으로 투입한 제2첨가제 간의 치환능력이 약해져 새로운 미량광물들을 형성시키지 못하고 적니를 구성하고 있는 헤마타이트, 보헤마이트 그리고 깁사이트와 같은 유용광물들을 활성화시키지 못해 수처리 효율이 낮아지는 문제점이 발생하며, 온도가 200도 이상이 되면 황산, 염산이 적니와 화학반응을 일으키지 못하고 빠르게 휘발되어 가스로 방출되므로서 적니의 유용광물인 헤마타이트, 보헤마이트 그리고 깁사이트와 같은 알루미늄과 철로 구성되어 있는 광물들을 활성화시키지 못할 뿐만 아니라 새로운 미량광물들을 형성시키지 못해 수처리 효율이 낮아지는 문제점이 발생하기 때문이다.

따라서, 상기한 조건은 최종으로 완성되는 수처리제의 작용에 매우 중요한 역할을 하며 만약 상술한 조건으로 이루어지지 않을 경우 효과를 담보할 수 없다.

다음으로, 선별단계를 설명하면 다음과 같다.

선별단계는 이전의 건조단계를 통해 덩어리 형태로 뭉쳐진 건조물을 분쇄기를 이용하여 원래의 분말형태로 분쇄한 다음 분쇄된 분쇄물을 망체에 체질을 하여 미세 스크린을 통해 3~25㎛의 분말을 선별하여 얻는 공정을 수행한다.

상기한 선별단계를 수행하는 이유는, 건조단계를 통해 얻어진 분말의 크기가 다양하므로 이를 분쇄하고 선별하여 일정한 크기의 분말가루를 얻음으로써 물속에서 수처리제의 반응이 일정하고 골고루 일어나며 투입량의 제어가 용이하도록 하기 위해 수행된다.

이에, 상기한 선별단계를 거치게 되면, 상술한 바와 같이 물속에서 수처리제의 반응이 일정하고 골고루 일어나는 작용을 하고, 특히 물속에 포함된 오염물질을 미립자형태로 흡착하기 때문에 응집 및 침전 속도가 빠르게 일어나는 작용을 하게 된다.

상기한 작용으로 인해 선별단계를 포함하여 이루어지는 최종의 수처리제는 수질개선효과가 더욱 극대화됨은 물론 슬러지 발생량을 최소화시켜준다.

되돌아가, 상기한 선별단계에서 선별되는 분말의 크기가 중요한데 그 이유는, 분말의 크기가 3㎛ 이하일 경우 물속의 오염물질을 응집시키지 못함은 물론 침전속도가 더뎌져 수처리 효율이 떨어지는 문제점이 발생하고, 분말의 크기가 25㎛ 이상일 경우 물속의 오염물질과 반응이 일어나기 전에 중력 침강에 의해 침전이 너무 빨리 일어나므로 수처리 효율이 떨어지는 문제점이 발생하기 때문이다.

따라서, 상기한 조건은 최종으로 완성되는 수처리제의 작용에 매우 중요한 역할을 하며 만약 상술한 조건으로 이루어지지 않을 경우 효과를 담보할 수 없다.

이상으로, 본 발명의 설명을 모두 마치며, 이 기술분야에 통상의 지식을 가진 기술자라면 상술한 구체적인 내용을 통해 본 발명에서 추구하고자 하는 요지를 충분히 파악할 수 있을 것으로 보이고, 이를 기반으로 다양한 응용과 변경이 가능할 것이다.

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Claims (12)

1. 사업장 폐기물 상태의 적니;
   상기 적니에 염화칼슘, 염화마그네슘 중 어느 하나 또는 둘을 혼합한 제1첨가제를 첨가하여 혼합하는 단계;
   상기에서 혼합된 혼합물에 황산, 염산, 황산알루미늄 중 어느 하나 또는 둘 이상을 혼합한 제2첨가제를 첨가하여 혼합하는 단계;
   상기에서 혼합된 혼합물을 건조장치를 통해 건조하는 단계;
   상기에서 건조된 건조물을 분쇄기로 분쇄한 후 스크린 처리를 통해 일정크기의 분말을 선별하여 획득하는 단계;를 거쳐 제조되는 것을 특징으로 하는 수처리제 제조방법.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1첨가제는 적니 100 중량부에 대하여 1~5 중량부로 첨가하여 혼합하고, 상기 제2첨가제는 적니 100 중량부에 대하여 5~35 중량부로 첨가하여 혼합하며, 상기 건조는 건조기에서 40~200℃ 사이로 혼합물의 pH가 2~9로 낮춰질 때까지 건조하고, 상기 일정크기의 분말은 3~25㎛의 분말을 선별하여 획득하는 것을 포함하는 수처리제 제조방법.
   
3. 청구항 1에 의해 제조되는 수처리제.
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