KR101762551B1

KR101762551B1 - 입상 수처리제의 제조방법

Info

Publication number: KR101762551B1
Application number: KR1020160147344A
Authority: KR
Inventors: 서정율
Original assignee: 서정율
Priority date: 2016-11-07
Filing date: 2016-11-07
Publication date: 2017-08-04

Abstract

본 발명은 수질에 포함되어 있는 부유물질 및 용해성 인을 포함한 오염물질을 초고도 처리할 수 있게 해주는 입상 수처리제의 제조방법에 대한 것이다.
본 발명에 따른 입상 수처리제의 제조방법은 함수율이 40~55%이고, pH가 11~13인 사업장 폐기물 상태의 적니; 상기 적니에 플라이애시, 탈황석고 중 어느 하나 또는 이들을 혼합한 고형화물질류로 이루어지는 제1첨가제를 첨가하여 혼합함으로써 건조하지 않고 폐기 적니를 전 처리하는 단계; 상기 건조하지 않고 폐기 적니를 전처리하는 단계의 혼합물을 그늘진 곳에서 양생하여 굳어지게 한 후, 그 양생물을 분쇄한 다음 스크린 처리하여 5~50㎛의 분말을 획득하는 단계; 상기 분말에 황산, 염산, 황산알루미늄 중 어느 하나 또는 둘 이상을 혼합한 산성화학약품류로 이루어지는 제2첨가제를 첨가하여 혼합하는 단계;를 포함하여서 제조되는 것을 특징으로 한다.

Description

입상 수처리제의 제조방법{Process for producing granular water treatment agent}

본 발명은 하/폐수 처리장 방류수, 반류수 그리고 천변저류지, 빗물 재이용 수, 생태부도, 생태습지 등과 같은 비점오염원에 적용하여 유지관리가 용이하면서 수질에 포함되어 있는 부유성 물질을 제거하고 동시에 총인(T-P)을 포함한 오염물질을 초고도로 처리할 수 있게 해주는 입상 수처리제의 제조방법을 제안하고자 한다.

일반적으로 하/폐수처리장 방류수의 총인 처리에 있어서, 부영양화의 주원인이자 조류 증식의 제한 물질인 인(인산)은 지금까지 생물학적 처리 방법을 병행하면서 무기액상응집제를 이용하여 화학적 처리방법이 주로 적용되고 있다. 그러나 응집제를 투입하는 경우, 용해성 인을 하나 또는 그 이상의 금속이온, 예를 들면 Al(알루미늄), Fe(철) 또는 칼슘(Ca)과 반응시켜 생성된 불용성 금속 인산염으로 침전시켜 제거하는 것이 일반적인데, 이때 약품의 과다 사용으로 인하여 방류수 내 잔류 알루미늄이나 잔류 철로 인해 수 생태계를 지속적으로 파괴하는 문제점으로 이어지고 있는 실정이다.

또한, 천변저류지, 빗물 재이용 수, 생태부도, 생태습지 등과 같은 비점오염원 내 함유되어 있는 부유물질 및 인을 제거하기 위하여 세라믹, 제올라이트 또는 화산석 등과 같은 여재를 주로 적용하고 있다. 그러나 이들 여재의 특성이 물리적으로 부유물질만을 여과하는 기능을 수행하고 물속에 녹아있는 인산염은 화학적으로 흡착하기가 어려워 처리효율이 낮은 문제점이 있다. 이러한 방법은 여재 비용 대비 용해성 인의 제거 효율이 너무 낮아 비효율적임은 물론, 제거되지 못한 인산염은 처리수가 지류나 지천으로 유입되어 쌓이면서 농도가 짙어지고, 이에 결국에는 하천의 부영양화를 초래하는 문제점으로 이어지고 있다.

따라서 하/폐수 방류수, 반류수 그리고 천변저류지, 빗물 재이용 수, 생태부도, 생태습지 등과 같은 비점오염원 등에 적용하여 물리적으로 부유물질을 제거하면서 동시에 화학적으로 총인(T-P)을 포함한 오염물질을 흡착할 수 있는 입상 수처리제의 개발이 필요하다.

등록특허공보 제10-1334861호

본 발명은 상술한 종래 문제점들을 해결하기 위해 개발된 것으로, 특히 수질에 포함된 미립자형태의 부유물질과 총인(T-P)을 포함한 오염물질 들을 2차적인 문제없이 흡착 제거할 수 있도록 하려는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 사업장 폐기물 상태의 적니; 상기 적니에 플라이애시, 탈황석고 중 어느 하나 또는 이들을 혼합한 고형화물질류로 이루어지는 제1첨가제를 첨가하여 혼합함으로써 건조하지 않고 폐기 적니를 전 처리하는 단계; 상기 건조하지 않고 폐기 적니를 전처리하는 단계의 혼합물을 그늘진 곳에서 양생하여 굳어지게 한 후, 그 양생물을 분쇄한 다음 스크린 처리하여 5~50㎛의 분말을 획득하는 단계; 상기 분말에 황산, 염산 중 어느 하나 또는 둘을 혼합한 산성화학약품류에 황산알루미늄을 선택적으로 더 혼합한 제2첨가제를 첨가하여 혼합하는 단계;를 포함하여 제조되는 입상 수처리제의 제조방법을 제안한다.

상기한 제조방법으로 이루어지는 입상 수처리제는 적니를 구성하고 삼산화이철, 산화알루미늄, 이산화규소, 산화티탄, 산화칼슘, 산화나트륨을 포함하는 천연광물질들이 활성화되고, 특히 알루미늄과 철로 이루어지는 비정질(amorphous) 또는 반비정질(semi-amorphous)의 광물들이 새롭게 생성되어 물속에 포함된 미립자형태의 부유물질 및 용해성 인을 빠르게 흡착, 응집, 치환, 분해, 제거하는 성질을 갖추게 된다. 이로 인해 수질에 포함된 미립자형태의 부유물질과 총인(T-P)을 포함한 오염물질들을 2차적인 문제없이 흡착하여 완벽하게 제거할 수 있는 효과가 있다.

또한, 상기한 제조방법으로 이루어지는 입상 수처리제는 사업장 폐기물 상태의 적니를 수처리제로 형성하는데 소비되는 비용과 시간이 현저하게 절감될 뿐 아니라, 그 제조과정이 간소하면서도 편리하고, 그 제조에 의해 완성된 수처리제는 입상으로 이루어져 사용이 상당히 편리한 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 제조방법을 나타낸 블록도

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 다만, 첨부된 도면은 요부에 대한 설명의 편의를 위해 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시될 수 있고, 설명에 사용되는 용어 및 명칭은 사전적인 의미가 아닌 구성의 형상이나 작용, 역할 등에 의해 함축적으로 정해질 수 있으며, 위치에 대한 설명은 특별한 언급이 없는 한 도면을 기준으로 설명한다. 그리고 선등록된 공지기술 및 통상적 기술에 대한 구체적인 설명은 요지를 흐릴 수 있어 생략 또는 간단한 부호나 명칭으로 대체한다.

먼저, 도1을 참조하여 본 발명에 따른 입상 수처리제의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 입상 수처리제의 제조방법은 함수율이 40~55%이고, pH가 11~13인 사업장 폐기물 상태의 적니; 상기 적니에 플라이애시, 탈황석고 중 어느 하나 또는 이들을 혼합한 고형화물질류로 이루어지는 제1첨가제를 첨가하여 혼합함으로써 건조하지 않고 폐기 적니를 전 처리하는 단계; 상기 건조하지 않고 폐기 적니를 전처리하는 단계의 혼합물을 그늘진 곳에서 양생하여 굳어지게 한 후, 그 양생물을 분쇄한 다음 스크린 처리하여 5~50㎛의 분말을 획득하는 단계; 상기 분말에 황산, 염산, 황산알루미늄 중 어느 하나 또는 둘 이상을 혼합한 산성화학약품류로 이루어지는 제2첨가제를 첨가하여 혼합하는 단계;를 포함하여 이루어질 수 있다.

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

먼저, 적니를 설명하면 다음과 같다.

본 발명에서 말하는 적니는 보크사이트 정제과정에서 발생하는 사업장 폐기물상태의 적니를 말하는 것이며, 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 높은 Na2O를 함유하게 된다. 이렇게 높은 Na2O를 함유하기 때문에 폐기물로 분류되며, 이를 바로 물속에 투입하게 되면 수생태계의 파괴 등 수질에 악영향을 끼치게 된다.

따라서 이러한 적니를 수처리제에 적합하도록 처리하는 과정을 거쳐야 한다.

다음으로, 제1첨가제를 혼합하는 단계를 설명하면 다음과 같다.

제1첨가제는 적니에 플라이애시, 탈황석고 중 어느 하나 또는 이들을 혼합한 혼합물로 이루어지고, 적니에 제1첨가제를 투입한 다음 혼합하는 공정을 수행한다.

배경기술에 설명하진 않았지만, 적니를 발생시키는 회사에서 폐기물 상태의 적니를 로타리킬런 이라는 건조장치에 넣어서 약 800℃의 고온의 온도로 건조시키는 건조과정을 거치게 되고, 그렇게 건조된 건조물을 분쇄 및 스크린 하는 전 처리 과정을 거쳐 적니의 함수율이 2~5%, 그리고 pH는 여전히 11 이상으로 강알칼리의 성질을 가진 분말을 생산하여 도료, 안료, 벽돌 등에 색상을 가미하는 제품으로 고가에 판매하고 있다.

그러나 상기한 종래의 전처리 방식은 건조장치에 대한 설비 및 건조조건을 맞추기 위한 설비의 운영에 막대한 비용이 들어가고 있고, 건조처리된 적니는 폐기물임에도 불과하고 가격이 상당히 비싼 문제점이 있었다.

이에 본 발명의 출원인은 상기 건조에 의한 전처리비용을 절감하기 위해 폐기물인 적니를 아예 건조하지 않고도 적니의 함수율을 낮추면서 동시에 적니의 알칼리도를 낮출 수 있는 조성물을 분류하여 적용하게 되었으며, 그 조성물로서 상기한 제1첨가제를 제안하게 된 것이다.

상기한 제1첨가제의 그룹은 고형화물질들로서, 예를 들어 제1첨가제를 첨가하지 않은 채 적니 자체만을 이용할 경우, 높은 함수율로 인하여 상기에서 언급한 종래의 고온 건조에 의한 전 처리에 따른 에너지 비용이 많이 소요되고, 하기에 설명될 후속공정으로 투입되는 산성화학약품류와 반응도가 낮아진다는 문제점이 발생하게 된다.

따라서 적니에 제1첨가제를 첨가하는 이유는 적니 자체에 부족한 물리화학적인 특성을 보완하기 위하여 첨가시키게 되며, 특히 적니 자체에 보유하고 있는 높은 함수율을 상기와 같은 고온 건조에 의한 전 처리과정을 거치지 않고도 낮출 수 있도록 하기 위한 목적으로 첨가시키게 된다.

즉, 적니 자체에 보유하고 있는 높은 함수율을 낮추고, 고 농도의 나트륨 성분을 칼슘과 같은 원소로 이온교환 및 치환반응을 유도하며, 후속공정으로 이송을 용이하게 하고, 물리적인 강도를 증가시키고, 대량생산을 가능하게 해주기 위해 첨가시키게 된다.

이에 적니에 제1첨가제를 투입하여 혼합하게 되면, 적니와 제1첨가제 간에 수화반응 및 포즐란 반응이 일어나며, 이를 통하여 적니의 함수율이 낮아지고, 고형화되어 물리적인 강도가 증가할 뿐 아니라, 첨가된 칼슘 이온으로 인하여 총인 처리효율을 높여줄 수 있는 작용을 하게 된다.

상기한 작용으로 인해 제1첨가제를 포함하여 이루어지는 최종의 수처리제를 물속에 투입하게 되면, 적니가 물속에서 바로 반응하지 않고 오래도록 지속되면서 서서히 연속적으로 반응하게 되어 물속에 함유되어 있는 미립자형태의 부유물질과 총인을 포함한 오염물질을 빠르게 흡착, 응집, 분해, 제거하는 반응이 활발하게 일어나 수질이 확연하게 개선되는 효과가 일어난다.

한편, 제1첨가제의 그룹 중 예를 들어 플라이애시 하나만 혼합하는 것과, 플라이애시와 탈황석고 둘을 혼합하는 것과의 차이는 적니 자체의 경우, 칼슘성분이 매우 낮게 함유되어 있기 때문에 제1첨가제의 그룹 중 어느 하나만 투입하는 것에 비해 상호 간의 물리화학적으로 반응이 활성화되어 겔 상태에서 포즐란반응이 발생되며 화학반응도를 높여주어 더욱 견고해지게 되고, 칼슘 이온을 함유하고 있는 광물들이 더욱 활성화된다. 이로 인해 적니 자체의 철 및 알루미늄 이온뿐만 아니라 칼슘 이온까지 더욱 활발한 반응이 일어나 총인의 제기효율이 더욱 향상되기 때문이다.

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

되돌아가, 제1첨가제는 적니 100 중량부에 대하여 제1첨가제를 7~25 중량부로 혼합하여 rpm 200에서 5~10 분간 교반해주는 과정을 거쳐 혼합한다.

상기한 적니에 제1첨가제를 혼합하면 무기성광물들과 화학반응을 일으켜 적니의 수분과 함께 염기성분이 탈취되어 혼합물의 pH는 8~11 함수율은 10~25% 사이로 낮춰지게 된다.

상기에서 제1첨가제의 혼합비율이 상당이 중요한데, 그 이유는 제1첨가제를 7 중량부 이하로 첨가할 경우, 적니의 함수율을 낮추지 못하여 추가적으로 건조를 시켜야 하는 문제가 발생되고, 하기에 설명될 후속 공정으로 투입되는 산성용액과 반응도가 낮아 광물들의 활성도가 낮아지는 문제가 발생되고, 제1첨가제를 25 중량부 이상으로 첨가할 경우, 함수율은 낮아지지만 후속공정으로 투입되는 산성용액과의 화학반응이 적니 자체 보다 제1첨가제로 투입된 첨가제와 먼저 반응이 일어나 적니가 가지고 있는 고유한 알루미늄 및 철로 구성되어 있는 깁사이트, 보헤마이트 그리고 헤마타이트등 과의 반응성이 약해져 광물들의 활성화가 낮아지고 철과 알루미늄으로 구성되는 비정질 또는 반비정질 형태의 새로운 미량광물 침전물들이 형성되지 못해 적니가 가지고 있는 고유의 높은 흡착력을 상실하는 문제점이 발생하기 때문이다.

상기한 조건을 만족하는 혼합물은 물속에서 적니가 바로 반응하지 않고 오래도록 지속되면서 서서히 연속적으로 반응하게 되어 수질에 포함된 불순물을 더 많이 흡착하고, 더 강력하게 분해하며, 완전하게 소멸시킬 수 있는 효과가 있다.

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

다음으로, 분말을 획득하는 단계를 설명하면 다음과 같다.

상기한 적니에 제1첨가제를 혼합한 후 그 혼합물을 그늘진 곳에서 양생하여 굳어지게 한 다음 혼합과정에서 뭉쳐진 혼합물을 후속단계로 투입되는 화학약품, 가교제, 그리고 결착제와의 균질한 혼합을 원활하게 하기 위하여 분쇄기나 스크린을 통하여 입자크기가 5~50㎛로 이루어지는 분말을 얻을 수 있도록 분쇄한 다음 그 분쇄물을 스크린 처리를 하는 공정을 수행한다.

상기에서 분쇄한 다음 스크린 처리를 통해 얻어지는 분말의 입자크기가 상당히 중요한데, 그 이유는 입자크기가 5㎛ 이하일 경우, 이송 중 비산문제가 발생되고, 50㎛이상일 경우, 하술 될 후속공정으로 이루어질 수 있는 볏짚분말, 왕겨분말, 전분, 당밀과 같은 0.3mm 이하의 미립분말과 hydroxypropyl methylcellulose(HPMC), 폴리비닐알코올(PVA), 아크릴아미드, 메틸셀룰로오스(MC), 합성수지(비닐, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌), 실리카졸 등과 균질한 혼합이 어려워 물리화학적인 결합력이 떨어지고 비표면적이 감소되기 때문이다.

따라서 상기한 조건은 취급에 따른 문제 및 후술 될 혼합과정과 그 혼합물의 결합에 매우 중요한 역할을 하며, 만약 상술한 조건으로 이루어지지 않을 경우, 본 발명의 효과를 담보할 수 없다.

다음으로, 제2첨가제를 혼합하는 단계를 설명하면 다음과 같다.

제2첨가제는 황산, 염산 중 어느 하나 또는 둘을 혼합한 산성화학약품류에 황산알루미늄을 선택적으로 더 혼합한 혼합물로 이루어지고, 전 단계의 분말에 제2첨가제를 투입한 다음 혼합하는 공정을 수행한다.

배경기술에 설명하진 않았지만, 적니를 수처리에 사용할 수 있도록 처리하는 종래의 방법의 또 하나로 적니를 산성용액에 투입하여 물리적 교반 및 화학적 반응으로 중화시키는 방법이 있었다.

그러나 이러한 방법은 대규모부지가 필요함은 물론 진탕을 한 후 고액분리를 시키는 설비가 필요하고, 커다란 중화설비 및 적니에 남아 있는 산을 세척하는데 다량의 물이 소요된다.

이로 인하여 대규모 폐수 처리설비가 마련되어야 하고, 마지막 단계에서 상기에서 설명한 고온에서 건조를 시키는 전처리 과정과 그에 따른 비용이 추가로 발생 되는데, 이로 인해 원가가 상승함은 물론 고액분리, 중화과정, 산 세척 폐수처리, 그리고 고온에서의 건조과정 등에 상당한 비용과 시간이 소요되므로 생산성이 떨어지는 문제점이 있었다.

상기한 제2첨가제의 그룹은 산성화학약품들에 황산알루미늄을 혼합한 그룹으로서, 이러한 제2첨가제를 첨가하는 이유는 산성화학약품들로 적니의 높은 pH를 낮추어 주고, 적니 자체가 지니고 있는 알루미늄과 철로 구성되어 있는 광물들을 황산알루미늄으로 최대한 활성화 시키기 위함이며, 동시에 칼슘, 알루미늄 및 철로 구성되는 비정질 또는 반비정질의 미량광물 침전물들을 새롭게 형성시키는 역할을 수행하기 위해서이고, 또한 적니 자체의 부족한 물리화학적인 특성을 보완하기 위하여 첨가시키게 된다.

이에 상기한 제2첨가제를 종래의 전처리 공정 및 그 전처리 공정을 수행하기 이전의 공정에 투입하지 않고 제1첨가제를 투입한 다음 그 분말을 획득한 후 그 분말에 제2첨가제를 투입하게 되는 것이다.

이에 전 단계의 혼합물에 제2첨가제를 투입하여 혼합하게 되면, 혼합기에서 제2첨가제로 투입된 혼합물과 광물화학반응을 일으켜 적니를 구성하고 있는 삼산화이철과 산화알루미늄 광물들과 화학반응이 일어나 알루미늄 및 철로 구성된 깁사이트, 보헤마이트 그리고 헤마타이트 광물들이 활성화되고, 적니와 광물화학반응을 통하여 적니를 구성하고 있는 광물의 격자 속으로 칼슘, 알루미늄, 황산이온, 염소이온 등이 치환되어 새로운 비정질 또는 반 비정질의 새로운 미량광물 침전물들을 형성시켜 주어 흡착, 치환, 이온교환, 화학흡착반응 그리고 배위결합이 더욱더 활발하게 일어나며, 이에 의해 부유물질과 총인의 제거효율이 더욱더 향상되는 효과가 있다.

또한, 적니에 제1첨가제가 혼합된 혼합물에 제2첨가제를 첨가하여 혼합하면 적니 입자의 표면과 반응하여 비표면적이 증가하고 깁사이트, 보헤마이트, 헤마타이트와 같은 광물들을 활성화 시켜주고 비정질 및 반비정형질의 칼슘, 알루미늄 및 철을 함유하는 새로운 미량광물 침전물이 형성 되면서 미세한 기공이 다량 생겨 물속에 녹아있는 총인(T-P)을 포함한 오염물질에 대한 화학흡착 반응도가 증가하는 작용이 일어난다.

상기한 작용으로 인해 제2첨가제를 포함하여 이루어지는 최종의 수처리제를 물속에 투입하게 되면, 적니 자체의 높은 철 및 알루미늄 이온들과 제1첨가제에 다량으로 포함된 칼슘들이 이온교환반응, 치환반응, 흡착반응 그리고 화학흡착반응을 통하여 매우 짧은 시간 안에 총인과 반응하게 되어 제거효율이 더욱 향상되는 효과가 일어난다.

또한, 제2첨가제는 강알칼리를 띄는 적니를 중화하여 물이 염기화되는 것을 방지하며, 적니를 구성하고 있는 깁사이트, 보헤마이트, 헤마타이트와 같은 광물질들의 활성도를 최대한 높여주는 전하점 부근으로 물의 환경조건을 변화시켜 주어 적니가 물속의 부유물질 및 총인과 반응하여 흡착, 치환, 분해, 소멸시킬 수 있는 작용으로 이어진다. 이로 인해 부유물질과 인의 제기효율이 더욱더 향상되는 효과가 있다.

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 둘 이상을 혼합하여 적용하는 것이 더욱 바람직하다.

되돌아가, 제2첨가제는 제1첨가제가 혼합된 혼합물 100 중량부에 대하여 제2첨가제를 15~50 중량부로 혼합하여 rpm 150에서 10~30 분간 교반해주는 과정을 거친다.

상기 제2첨가제를 혼합하는 방법은 종래의 대규모 부지, 진탕 후 고액분리, 대규모 중화시설, 대규모 폐수 처리비용 발생과 같은 문제점을 모두 극복하여 공간절약, 설비비용의 감축, 폐수 무발생, 대량생산의 용이성, 생산속도, 원가절감 등이 향상되는 효과가 있다.

상기에서 제2첨가제의 혼합비율이 상당이 중요한데, 그 이유는 제2첨가제를 15 중량부 이하로 첨가할 경우, 적니에 제1첨가제가 혼합된 혼합물과 산성화학약품으로 구성된 제2첨가제와 균일한 혼합이 이루어지지 않아 혼합물의 pH를 원하는 만큼 낮추지 못해 적니를 구성하고 있는 알루미늄과 철을 함유하고 있는 유용광물들의 활성도가 떨어져 총인을 흡착하는 능력이 떨어지는 문제가 발생되고, 또한 광물화학반응도가 낮아 추가적으로 새로운 비정질 또는 반비정질의 미량광물 침전물들을 형성시키지 못하는 문제가 발생되고, 반면에 제2첨가제를 50 중량부 이상으로 첨가할 경우, 혼합물이 과포화 되어 혼합물의 pH가 매우 낮은 강산성으로 되고 후속공정으로 투입되는 볏집분말, 왕겨분말과 같은 가교제와 균일한 혼합이 어려워 추가적으로 건조를 시키는 문제가 발생되고, 건조 시 대량의 가스가 발생되어 작업 환경이 나빠지고 추가적인 비용이 소요된다. 또한, 알루미늄과 철로 구성되어 있는 깁사이트, 보헤마이트 그리고 헤마타이트와 같은 광물들의 활성도가 낮아지고 칼슘, 알루미늄 및 철로 구성되는 비정질 또는 반비정질의 미량광물 침전물들을 형성 시키지 못하는 문제점이 발생되어 물속에 투입 시 총인을 포함한 오염물질 흡착 효율이 매우 떨어지게 된다.

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

이상으로, 도1의 제조방법에 따른 설명의 마치며, 끝으로 도1의 제조방법에 따라 제조되는 수처리제는 발명의 효과에 설명한 바와 같이, 적니를 구성하고 삼산화이철, 산화알루미늄, 이산화규소, 산화티탄, 산화칼슘, 산화나트륨을 포함하는 천연광물질들이 활성화되고, 특히 알루미늄과 철로 이루어지는 비정질(amorphous) 또는 반비정질(semi-amorphous)의 광물들이 새롭게 생성되어 물속에 포함된 미립자형태의 부유물질 및 용해성 인을 빠르게 흡착, 응집, 치환, 분해, 제거하는 성질을 갖추게 된다. 이로 인해 수질에 포함된 미립자형태의 부유물질과 총인(T-P)을 포함한 오염물질들을 2차적인 문제없이 흡착하여 완벽하게 제거할 수 있는 효과가 있다. 또한, 사업장 폐기물 상태의 적니를 수처리제로 형성하는데 소비되는 비용과 시간이 현저하게 절감될 뿐 아니라, 그 제조과정이 간소하면서도 편리하고, 그 제조에 의해 완성된 수처리제는 입상으로 이루어져 사용이 상당히 편리한 효과가 있다.

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이하, 본 발명에 따른 입상 수처리제의 제조방법의 후속처리방법을 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 입상 수처리제의 제조방법은 도1의 단계의 최종 혼합물에 볏짚분말, 왕겨분말, 전분, 당밀 중 어느 하나 또는 둘 이상을 혼합한 농림부산물로 이루어지는 제3첨가제를 첨가하여 혼합하는 단계; 상기 혼합물에 hydroxypropyl methylcellulose(HPMC), 폴리비닐알코올(PVA), 아크릴아미드, 메틸셀룰로오스(MC), 합성수지(비닐, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌), 실리카졸 중 어느 하나 또는 둘 이상을 혼합한 결착제로 이루어지는 제4첨가제를 첨가하여 혼합하는 단계; 상기 혼합물을 환, 펠릿 또는 벽돌 형태 중 어느 하나의 성형물로 성형하는 단계; 상기 성형물을 그늘진 곳에서 최소 6시간 이상 자연건조시켜 자연건조에 의한 발포에 의해 성형물에 미세기공이 형성되도록 양생하는 단계; 상기 양생물을 건조기에 넣어 80~400℃ 사이에서 양생물의 pH가 3~7가 될 때까지 건조하는 단계; 상기 건조물을 그늘진 곳에서 최소 3시간 이상 자연 방냉시킨 후 스크린 처리를 통해 건조물의 표면에 붙어있는 미분을 제거하는 단계;로 이루어지는 후속처리방법을 더 포함하여서 제조될 수 있다.

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

먼저, 제3첨가제를 투입하는 단계를 설명하면 다음과 같다.

제3첨가제는 볏짚분말, 왕겨분말, 전분, 당밀 중 어느 하나 또는 둘 이상을 혼합한 혼합물로 이루어지고, 전 단계의 혼합물에 제3첨가제를 투입한 다음 혼합하는 공정을 수행한다.

상기의 제3첨가제는 농림부산물로서, 전단계의 혼합물에 대한 특성에 영향을 미치지 않으면서 상오 단단한 결합체를 형성시켜 주는 가교역할과 최종물의 비표면적을 증가시키는 역할을 수행하기 위해 첨가하며, 상기의 제3첨가제인 볏짚분말, 왕겨분말, 전분, 당밀의 입자 크기는 0.3mm 이하를 사용한다.

상기의 제3첨가제를 더 구체적으로 설명을 하면, 예를 들어 볏짚은 농가에서 수확기에 벼를 탈곡한 후 버리는 볏짚으로서 손쉽게 입수 가능하며, 볏짚의 경우, 높은 생분해성 특성을 가지는 친환경적인 재료로서, 볏짚 분말은 볏짚을 세절하여 분쇄기로 분말화하여 제조할 수 있다. 볏짚의 구성 원소는 탄소, 수소, 질소, 그리고 산소로 구성되어 있고, 볏짚의 함수율은 약 6~7%이고 구성 성분은 회분, 리그닌, 셀롤로오스로 구성되어 있어 전단계의 혼합물에 투입하게 되면 광물화학적인 특성을 잘 보존하면서 상오 결합력을 높일 수 있는 작용을 한다.

되돌아가, 제3첨가제는 제2첨가제가 혼합된 혼합물 100 중량부에 대하여 제3첨가제를 10~35 중량부로 혼합하여 rpm 200에서 5~10 분간 교반해주는 과정을 거친다.

상기에서 제3첨가제의 혼합비율이 상당이 중요한데, 그 이유는 제3첨가제를 10 중량부 이하로 첨가할 경우, 전단계의 혼합물과 균일한 혼합이 이루어지지 않아 결합제로서의 가교 역할이 부족하여 결합력이 낮아져 후속공정에서 투입되는 결착제를 투입 및 혼합한 후 스크류압출기 또는 성형기를 거쳐 성형을 한 후 건조를 시키면 성형물의 결합력이 약해 물속에 풀어지거나 물리적으로 깨어지는 문제가 발생되고, 반면에 제3첨가제를 35 중량부 이상으로 첨가할 경우, 생분해성 특성에 의해 적니의 고유한 특성인 총인과 화학반응하는 알루미늄 및 철을 함유하고 있는 깁사이트, 보헤마이트 헤마타아트와 같은 유용광물들의 활성도가 낮아지고, 비정질 또는 반비정질의 알루미늄과 철을 함유하는 새로운 광물들의 형성을 방해하여 물속에 투입 시 총인을 처리하는 효율이 오히려 낮아지게 되는 문제가 발생하기 때문이다.

한편, 제3첨가제의 그룹 중 예를 들어 볏짚분말 하나만 혼합하는 것과, 볏짚분말에 전분이나 당밀을 혼합한 혼합물과의 차이는 종이 다른 물성의 결합으로 인해 가교역할이 향상되고, 이로 인하여 상오 간에 더욱더 단단한 결합을 달성할 수 있는 효과가 있기 때문이다.

따라서 제3첨가제는 원가절감이나 특수한 용도, 자기가 처한 환경에 따라 그룹 중 어느 하나를 선택하여 적용할 수도 있다. 그러나 가급적이면 둘 이상을 혼합하여 적용하는 것이 더욱 바람직하다.

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

다음으로, 제4첨가제를 투입하는 단계를 설명하면 다음과 같다.

제4첨가제는 hydroxypropyl methylcellulose(HPMC), 폴리비닐알코올(PVA), 아크릴아미드, 메틸셀룰로오스(MC), 합성수지(비닐, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌), 실리카졸 중 어느 하나 또는 둘 이상을 혼합한 것으로 이루어지고, 전 단계의 혼합물에 제4첨가제를 투입한 다음 혼합하는 공정을 수행한다.

상기의 제4첨가제의 그룹은 결착제로서, 제4첨가제는 전단계의 혼합물을 상오 결착시키기 위한 목적으로 첨가하여 혼합한다.

이에 전단계의 혼합물에 제4첨가제는 첨가하여 혼합하게 되면, 전단계의 혼합물에 대한 물리화학적인 특성을 잘 보존하면서 상오 결착하여 스크류압출기나 성형기를 거쳐 성형된 성형물을 일정한 온도의 건조기에서 건조를 시킨 후 제조된 최종물을 물속에 투입했을 때 그 최종물이 물속에서 빠르게 풀어지거나 깨어지는 것을 방지해줄 수 있는 작용이 일어난다.

되돌아가, 제4첨가제는 제3첨가제가 혼합된 혼합물 100 중량부에 대하여 제4첨가제를 1~10 중량부로 혼합하여 rpm 150에서 5~10 분간 교반해주는 과정을 거친다.

상기에서 제4첨가제의 혼합비율이 상당이 중요한데, 그 이유는 제4첨가제를 1 중량부 이하로 첨가할 경우, 적니에 제1첨가제, 제2첨가제, 제3첨가제가 혼합된 혼합물과 균일한 혼합이 이루어지지 않아 결착제로서의 결착력이 낮아져 후속공정인 스크류압출기 또는 성형기를 거쳐 성형을 한 후 일정한 온도에서 건조를 시킨 후 성형물을 물속에 투입하면 성형물의 결합력이 약해 물속에 풀어지거나 물리적으로 깨어지는 문제가 발생되고, 반면에 제4첨가제를 10 중량부 이상으로 투입하면, 적니에 제1첨가제, 제2첨가제, 제3첨가제가 혼합된 혼합물과 균일한 혼합이 이루어져 결착제로서의 결합력이 높아져 후속공정인 스크류압출기 또는 성형기를 거쳐 성형을 한 후 일정한 온도에서 건조를 시킨 성형물은 물리적으로는 매우 강한 성질을 보이지만 성형물을 물속에 투입하면 성형물의 물리적인 결합력이 너무 강해 물의 투수성이 약해지고 성형물의 미세기공이 폐쇄되고 비정질 또는 반비정질의 알루미늄과 철로 구성되는 새로운 미량광물 침전물들의 반응성을 낮추게 되어 물속에 녹아있는 총인과의 화학반응이 약해지는 문제가 발생하기 때문이다.

상기에서 예를 들면, 전단계의 혼합물에 제4첨가제 중 hydroxypropyl methylcellulose(HPMC)을 투입할 경우, HPMC는 전단계의 혼합물 100중량부에 대하여 물 10~35 중량부에 hydroxypropyl methylcellulose(HPMC)를 1~10 중량부를 투입한 후 교반을 통하여 충분히 녹인 후 액상으로 투입한 다음 혼합물을 교반한다. 이때 고상인 hydroxypropyl methylcellulose(HPMC)를 혼합물이 상오 뭉쳐서 결착될 정도의 최소 양을 물에 녹여 투입한 후 혼합하면 혼합물들이 연한 반죽상태로 서로 뭉치는 역할을 수행하고 동시에 상오 화학반응을 유도하여 단단한 결합력 가지게 하는 작용이 일어난다.

한편, 제4첨가제의 그룹 중 예를 들어 HPMC 하나만 혼합하는 것과, HPMC에 실리카졸을 혼합한 혼합물과의 차이는 제3첨가제와 마찬가지로 종이 다른 물성의 결합으로 인해 상오 간의 결착이 향상되고, 이로 인하여 더욱더 단단한 결합을 달성할 수 있는 효과가 있기 때문이다.

따라서 제4첨가제는 원가절감이나 특수한 용도, 자기가 처한 환경에 따라 그룹 중 어느 하나를 선택하여 적용할 수도 있다. 그러나 가급적이면 둘 이상을 혼합하여 적용하는 것이 더욱 바람직하다.

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

다음으로, 성형단계를 설명하면 다음과 같다.

성형단계는 적니에 전단계의 혼합물을 반죽상태로 만들어 그 반죽을 스크류압출기나 성형기로 이송하여 환, 펠릿 또는 벽돌 형태로 성형하는 공정을 수행한다.

상기의 성형단계는 전단계의 혼합물에 대한 보관, 취급 등을 용이하게 함은 물론, 처리하고자 하는 수질의 상태나, 장소, 용도, 등에 따라 사용하기 적합하도록 만들기 위한 목적으로 수행된다.

예를 들어, 환이나 펠릿형태의 모양은 물속에 용해되어 있는 총인(T-P)의 농도를 극미량까지 초고도 처리가 필요한 곳에 적용할 수 있고, 벽돌형태의 성형물은 본류로 유입되기 전의 지류나 하천과 같이 대규모의 물량을 처리하는데 유용하게 적용할 수 있다.

다음으로, 양생단계를 설명하면 다음과 같다.

양생단계는 전단계의 성형물을 그늘진 곳에서 최소 6시간 이상 자연건조시켜 자연건조에 의한 발포에 의해 성형물에 미세기공이 형성되도록 양생하는 공정을 수행한다.

상기 양생단계는 결과적으로 최종으로 만들어지는 성형물이 미세기공을 갖는 다공질 물질로 만들기 위한 목적으로 수행함과, 성형물을 건조기에서 건조 시 과도한 수분증발로 인하여 성형물에 균열이 발생하는 것을 방지하고, 성형물의 결합강도를 보존하기 위함이며, 더불어 첨가제들의 혼합에 의해 만들어진 성형물이 양생과정에서 광물화학 반응을 일으켜 새로운 미량광물 침전물을 생성시켜 수질개선효과가 더 향상되는 성형물을 만들기 위해 수행한다.

상기한 양생과정을 거쳐 최종으로 완성되는 성형물은 양생과정에서 혼합물이 강하게 결착된 상태가 되어 물속에서 수분을 빠르게 흡수하여 반응속도를 향상시킬 수 있게 하며, 다공질에 의해 수분을 빠르게 중심부까지 흡수하여 적니를 구성하고 있는 깁사이트, 보헤마이트, 헤마타이트와의 반응을 활성화하고, 칼슘, 알루미늄 및 철로 구성된 비정질 및 반비정질의 미량광물 침전물들이 새롭게 형성되어 적니의 반응이 오래도록 지속되면서 연속적으로 일어나게 하여 수질에 포함된 불순물을 더 많이 흡착하고, 더 강력하게 분해하며, 완전하게 소멸시킬 수 있는 효과가 있다.

다음으로, 건조단계를 설명하면 다음과 같다.

건조단계는 전단계의 양생물을 건조기에 넣어 80~400℃ 사이에서 양생물의 pH가 3~7가 될 때까지 건조하는 공정을 수행한다.

상기 건조단계를 거치는 이유는, 전단계의 혼합 및 과정에 의해 양생물 내 수분과 유기물을 포함하고 있기 때문에 그 수분을 증발시키고, 그 유기물을 탄화시켜 성형물의 결합강도를 증가시킴과 더불어 비표면적을 증가시켜 주기 위한 목적으로 수행한다.

또한, 적니에 첨가된 산성화학약품류와 광물화학반응을 통하여 깁사이트, 보헤마이트, 헤마타이트 등과 같은 광물들을 활성화 시키는 동시에 알루미늄, 철, 염소이온, 황산이온 등으로 구성되는 다량의 비정질 또는 반비정질의 미량광물 침전물들이 추가적으로 생성되어 최종물을 물속에 투입 시 총인(T-P)을 포함한 오염물질 흡착 효율을 증가시키기 위한 목적으로 수행한다.

만약, 상기한 건조단계를 거치지 않을 경우, 전단계의 혼합물에 휘발되지 않고 남아 있는 다량의 황산이온 또는 염소 이온으로 인해 성형물 자체의 pH가 매우 낮아 약산성 및 약알칼리 수용액에 녹아 있는 총인 처리에 적용하지 못하는 문제점이 발생할 뿐만 아니라, 충분한 강도를 가지지 못해 최종물을 물속에 투입하면 쉽게 풀어지거나 쉽게 깨어지는 문제점이 발생한다.

되돌아가, 상기의 건조단계에서 건조 온도가 상당히 중요한데, 그 이유는 건조 온도가 80℃ 이하가 되면, 건조시간이 장기화됨은 물론, 상오 화학반응이 약하여 성형물 내 함유되어 있는 수분을 충분히 증발시키지 못하고 성형물을 상오 결합 및 결착시키기 위해 투입된 첨가제들을 충분히 휘발 및 탄화시키지 못해 결합력이 낮아져 물리적인 강도가 약할 뿐만 아니라 깁사이트, 보헤마이트, 헤마타이트 등과 같은 유용광물들을 활성화 시키지 못하고 동시에 칼슘, 알루미늄, 철, 염소이온, 황산이온 등으로 구성되는 다량의 비정질 또는 반비정질의 미량광물 침전물들을 추가적으로 생성시키지 못하는 문제점이 발생하기 때문이며, 반면에 건조 온도가 400℃ 이상이 되면, 성형물의 건조시간은 빨라지나 온도의 세기가 너무 높아 성형물 내 함유되어 있는 광물격자수가 빠르게 증발하여 성형물의 화학적인 결합력이 약해져 물리적인 강도가 떨어지고, 적니를 구성하고 있는 보헤마이트와 헤마타이트와 같은 광물들과 화학반응을 통하여 새로운 미량광물을 형성하는데 필요한 황산이온 또는 염소 이온이 성형물로부터 거의 전량이 빠르게 휘발 되어 황산가스 또는 염소가스의 다량 발생으로 인하여 작업환경을 악화시킬 뿐만 아니라 공해오염을 유발하는 문제점이 발생하기 때문이다.

상기한 조건을 만족하는 성형물은 물리적인 강도가 강할 뿐만 아니라 많은 미세기공을 가지고 있으며 높은 비표면적을 유지한다. 또한, 광물화학적으로 총인과 반응성이 높은 깁사이트, 보헤마이트, 헤마타이트와 같은 광물들이 최대한 활성화 되고 비정질 또는 반비정질의 칼슘, 알루미늄 및 철로 구성되는 미량광물 침전물들이 새롭게 형성되어 물속에 포함된 미립자형태의 부유물질과 총인을 빠르게 흡착, 치환, 분해, 소멸하는 작용으로 이어지며, 이에 의해 수질을 현저하게 개선 시 킬 수 있는 효과가 있다.

다음으로, 미분제거단계를 설명하면 다음과 같다.

미분제거단계는 전단계의 건조물을 그늘진 곳에서 최소 3시간 이상 자연 방냉시킨 후 스크린 처리를 통해 건조물의 표면에 붙어있는 미분을 제거하는 공정을 수행한다.

상기 미분을 제거하는 이유는, 전단계의 건조물은 건조과정에 의해 성형물의 표면에 미분이 형성되는데, 그 미분을 분리하지 않은 채 그대로 물속에 투입하게 되면, 미분의 분말 가루들로 인하여 오히려 물속에 부유물질이 증가하고, 이로 인하여 수질이 변질 될 우려가 있기 때문이다.

이상으로, 본 발명의 제조단계에 대한 구체적인 설명을 모두 마치며, 이하 상기한 제조방법을 적용하여 입상 수처리제를 제조한 다음 이를 분석하고 실험한 결과를 설명하면 다음과 같다.

실시 예 1은 적니 자체 100 중량부에 탈황석고 15 중량부를 혼합한 후 rpm 200으로 5분간 교반한 후 혼합물을 그늘진 곳에서 24시간 방치하였다. 이 혼합물의 함수율이 18% 측정되었으며 이를 체망을 이용하여 분쇄 및 체질하여 50㎛이하인 혼합물을 준비하였다. 50㎛이하인 혼합물 100 중량부에 황산을 30 중량부를 혼합기에 투입한 후 rpm 150으로 30분간 교반하였다. 황산이 투입된 혼합물 100 중량부에 볏짚을 세절하여 0.3mm이하로 분말화 시킨 볏짚분말 20 중량부를 혼합하여 rpm 150으로 5분간 교반하였다. 볏집 분말이 포함된 혼합물 100 중량부에 물 25 중량부에 결착제 hydroxypropyl methylcellulose(HPMC) 2 중량부를 투입한 후 충분한 교반을 통하여 액상화로 만들어 투입한 후 rpm 150으로 5분간 교반하였다. 결착제가 포함된 반죽 상태의 혼합물을 해체가 가능하게 만든 가로, 세로, 두께가 각각 3cm인 스테인레스 재질의 성형틀에 주입한 후 그늘진 곳에서 6시간 자연 건조하였다. 성형틀을 해체한 후 성형물을 260℃로 설정된 건조기에서 40분간 건조 시킨 후 이 성형물을 그늘진 곳에서 방냉시킨 후 체질을 거쳐 성형물의 미세 미분을 제거하는 과정을 거쳐 수처리제를 완성하였다. 이때 최종으로 완성된 수처리제의 pH는 3.1로 측정되었다.

이하, 상기한 실시 예1을 이용한 인산염 제거 실험 및 적니와 실시 예1의 구성광물 결과를 설명하면 다음과 같다.

상기한 실시 예를 이용하여 인산염 제거에 대한 결과를 알아보기 위해 아래와 같은 실험을 하였다.

[실험 1]

실험조건은 인산이수소칼륨(KH2PO4)1.4325g을 증류수에 녹여 용액을 정확히 1000㎖로 만들어 농도가 1,000ppm인 인산염(PO4-3) 표준용액을 제조하였다. 그 표준용액으로부터 일정량을 취한 후 증류수로 희석하여 비교대상(Blank)를 만들고, 이를 1L 비이커에 pH가 7이고 농도는 30mgP/L인 인공하수시료액을 제조하였다. 그리고 3개(실시 예 1-1, 실시 예 1-2, 실시 예 1-3)의 1L 비이커 각각에 인공하수시료액 1L를 채운 후 실시 예1에서 제조된 입상 수처리제를 커팅하여 각각 2g 무게의 입상 수처리제를 투입하고 12분 동안 150rpm에서 교반기를 이용하여 교반 한 후 상기 인공하수시료액을 30분 동안 방치하였다. 이후 시료액을 유리섬유여지를 통해 여과한 후 인산염을 분석하였다.

	적니	실시 예 1
Hematite	Fe2O3	Fe2O3
Boehmite	r-AlOOH	r-AlOOH
Gibbsite	Al(OH)3	Al(OH)3
Quartz	SiO2	SiO2
Sodalite	Na4Al3Si3O12Cl	Na4Al3Si3O12Cl
Cancrinite	(Na,Ca,K)8(Al,Si)12)24(SO4CO3)3H2O	(Na,Ca,K)8(Al,Si)12)24(SO4CO3)3H2O
Anatase	TiO2	TiO2
Gypsum	-	CaSO42H2O
Hydrocalumite	-	Ca2Al(OH)73H2O
Aragonite	-	CaCO3
p-aluminohydrocalcite	-	CaAl2(CO3)2(OH4)3H2O
Amorphous & semi amorphous precipitates	-	Numerous of Al & Fe amorphous & semi amorphous precipitates

위 표1은 일반 적니와 실시 예1에서 제조된 입상 수처리제의 구성광물을 비교한 것으로 입상 수처리제의 경우, 일반 적니와 비교해서 제1첨가제로 첨가된 칼슘이온으로 인하여 새로운 광물이 형성됨을 보여주고, 또한 알루미늄 및 철로 구성되는 다수의 비정질(amorphous) 또는 반비정질(semi-amorphous)형태로 새로운 미량광물 생성된다는 것을 증명해준다.

	입상 수처리제 투입량 (g)	인공하수 (pH)	인공하수 인산염의 농도	처리수 (pH)	처리수 인산염의 농도
실시 예 1-1	2.0	7.0	30.0mg/L	6.78	2.0mg/L
실시 예 1-2	2.0	7.0	30.0mg/L	6.76	1.9mg/L
실시 예 1-3	2.0	7.0	30.0mg/L	6.80	2.1mg/L

위 표 2에 나타낸 바와 같이, 실시 예1에서 제조된 입상 수처리제를 1L 비이커에 인공하수 1L가 채워진 물에 투입한 후 교반을 하여도 물속에서 풀어지거나 깨어지는 현상이 발생되지 않고 인공하수 대비 처리수의 pH가 큰 변화 없이 인산염의 농도를 90% 이상 제거해주는 것으로 분석되었다. 실시 예1에서 제조된 성형물은 물리적인 강도가 강할 뿐 만 아니라 많은 미세기공을 가지고 있으며 높은 비표면적을 가지고 있을 보여준다. 이와 더불어, 입상화 된 최종 제품이 총인을 제거하는 기작은 적니를 구성하고 있는 깁사이트, 보헤마이트, 헤마타이트와 같은 광물화학적으로 총인과 반응성이 높은 광물들이 최대한 활성화 되고 이를 통하여 이온교환반응, 흡착반응, 치환반응, 화학흡착, 그리고 배위결합 등으로 AlPO4 및 FePO4 뿐만 아니라 Al-P, Fe-P, Al-P-H3PO4, Fe-P-H3PO4와 같은 형태로 총인을 제거해준다. 더욱이 실시 예1에서 제조된 입상 수처리제는 제1첨가제로 첨가된 칼슘이온으로 인하여 새롭게 생성된 광물과 알루미늄 및 철로 구성되는 다수의 비정질(amorphous) 또는 반비정질(semi-amorphous)형태로 새로운 미량광물 침전물이 물속에 포함된 총인을 빠르게 흡착하여 제거해 줄 수 있다는 것을 증명해준다.

[실험 2]

상기한 실험 1을 토대로 대구시 00하수처리장의 탈리여액을 대상으로 실험을 하였으며, 실험조건은 실험 1과 동일한 방법으로 수행하였고 아래의 표3은 반류수 및 처리수의 pH 변화와 인산염의 농도변화 결과를 나타내었다.

	입상 수처리제 투입량 (g)	탈리여액 (pH)	탈리여액 인산염의 농도	처리수 (pH)	처리수 인산염의 농도
실시 예 1-1	2.0	7.92	40.0mg/L	6.88	8.0mg/L
실시 예 1-2	2.0	7.92	40.0mg/L	6.86	7.9mg/L
실시 예 1-3	2.0	7.92	40.0mg/L	6.82	8.1mg/L

위 표3의 실험결과를 통해 알 수 있듯이, 실험 1과 마찬가지로 하수처리장에서 슬러지를 탈수 시 발생되는 고농도의 인산염을 함유하고 있는 탈리여액을 대상으로 한 실험에서도 80% 이상 제거된다는 것을 알 수 있다. 이는 입상 수처리제를 탈리여액에 투입하면 입상 수처리제 광물 자체의 화학반응으로 인하여 탈리여액의 pH 7.92를 pH 6.80 부근으로 자동으로 조정되어 깁사이트, 보헤마이트 그리고 알루미늄과 철로 구성된 비정질 또는 반비정질의 새로운 미량광물 침전물들이 최대한 활성화 되어 탈리여액 내 함유되어 있는 인산염을 효율적으로 흡착 제거할 수 있음을 보여준다.

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 이 기술분야의 발전은 물론 사용상의 효율성을 더욱 증대시킬 수 있을 것이다.

Claims

함수율이 40~55%이고, pH가 11~13인 사업장 폐기물 상태의 적니;
상기 적니에 플라이애시, 탈황석고 중 어느 하나 또는 이들을 혼합한 고형화물질류로 이루어지는 제1첨가제를 첨가하여 혼합함으로써 건조하지 않고 폐기 적니를 전 처리하는 단계;
상기 혼합물을 그늘진 곳에서 양생하여 굳어지게 한 후, 그 양생물을 분쇄한 다음 스크린 처리하여 5~50㎛의 분말을 획득하는 단계;
상기 분말에 황산, 염산 중 어느 하나 또는 둘을 혼합한 산성화학약품류에 황산알루미늄을 선택적으로 더 혼합한 제2첨가제를 첨가하여 혼합하는 단계;
를 포함하여서 제조되는 것을 특징으로 하는 입상 수처리제의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 제2첨가제를 첨가하여 혼합한 혼합물에 볏짚분말, 왕겨분말, 전분, 당밀 중 어느 하나 또는 둘 이상을 혼합한 농림부산물로 이루어지는 제3첨가제를 첨가하여 혼합하는 단계;
상기 제3첨가제를 첨가하여 혼합한 혼합물에 hydroxypropyl methylcellulose(HPMC), 폴리비닐알코올(PVA), 아크릴아미드, 메틸셀룰로오스(MC), 비닐 수지, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 실리카졸 중 어느 하나 또는 둘 이상을 혼합한 결착제로 이루어지는 제4첨가제를 첨가하여 혼합하는 단계;
상기 제4첨가제를 첨가하여 혼합한 혼합물을 환, 펠릿 또는 벽돌 형태 중 어느 하나의 성형물로 성형하는 단계;
상기 성형물을 그늘진 곳에서 최소 6시간 이상 자연건조시켜 자연건조에 의한 발포에 의해 성형물에 미세기공이 형성되도록 양생하는 단계;
상기 양생물을 건조기에 넣어 80~400℃ 사이에서 양생물의 pH가 3~7가 될 때까지 건조하는 단계;
상기 건조물을 그늘진 곳에서 최소 3시간 이상 자연 방냉시킨 후 스크린 처리를 통해 건조물의 표면에 붙어있는 미분을 제거하는 단계;
를 포함하여서 제조되는 것을 특징으로 하는 입상 수처리제의 제조방법.
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