KR102068411B1 - 펜톤 무기 슬러지에 포함된 철의 회수 및 재활용 순환 공법 - Google Patents

펜톤 무기 슬러지에 포함된 철의 회수 및 재활용 순환 공법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 펜톤 무기 슬러지에 포함된 철의 회수 및 재활용 순환 공법은, 펜톤 공정을 통해 유기물의 폐수를 펜톤 시약으로 수처리하여 무기 슬러지를 생성하는 제 1 단계; 상기 무기 슬러지를 농축조에서 농축시킨 후 탈수 처리하여 탈수 슬러지를 생성하는 제 2 단계; 전체 혼합물 중량 대비, 상기 탈수 슬러지 20 내지 50중량%와 염산 50 내지 80중량%를 혼합하여 생성된 1차 상등액을 수득하는 제 3 단계; 전체 혼합물 중량 대비, 반응하지 않은 탈수 슬러지 20 내지 50중량%와 상기 1차 상등액 50 내지 80중량%를 혼합하여 생성된 2차 상등액을 수득하는 제 4 단계; 전체 혼합물 중량 대비, 상기 2차 상등액 90 내지 99중량%와 철 분말 1 내지 10중량%를 혼합한 후 12 내지 30시간 동안 반응시켜 생성된 3차 상등액을 수득하여 염화제1철을 회수하는 제 5 단계; 상기 3차 상등액을 포함하는 펜톤 시약으로 유기물의 폐수를 펜톤 공정을 통해 수처리하는 제 6 단계; 상기 제 1 단계 내지 상기 제 6 단계를 반복하는 제 7단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

펜톤 무기 슬러지에 포함된 철의 회수 및 재활용 순환 공법{Circulatory Method of Recovery and Recycle of Iron in Fenton Inorganic Sludge}
본 발명은 펜톤 공정에서 발생한 무기 슬러지에 포함된 철을 염화제1철로 회수하여 펜톤 공정에 재활용하는 순환 공법에 관한 것으로서, 보다 상세하게 설명하면 펜톤 공정에서 촉매로 이용되는 철은 반응 종료 후 소멸되지 않고 수산화철 형태로 펜톤 무기 슬러지에 전량 포함되어 폐기되는데, 이러한 철을 다량 함유한 펜톤 무기 슬러지를 탈수시킨 후 산화제인 염산과 반응시켜서 철과 염산이 포함된 상등액을 생산하고, 이 상등액을 미반응 탈수 슬러지와 반응시켜서 철 함량을 농축시킨 후에 환원시키는 과정을 통해 폐기되는 무기 슬러지에 포함된 철을 염화제1철로 만들어 다시 폐수처리 공정에 이용하는 공정을 반복함으로서 슬러지 감량과 약품 사용량의 감소를 기대할 수 있는, 펜톤 무기 슬러지에 포함된 염화제1철의 회수 및 재활용 순환공정 공법에 관한 것이다.
펜톤 공정이라 함은 철염과 과산화수소를 포함하는 펜톤 시약을 유기물의 폐수와 혼합하여 OH 라디칼에 의해 유기물을 분해하여 수처리하는 공정을 말한다.
이러한 펜톤 공정은 일반적으로 염료 폐수를 처리할 시 많이 사용되는 공정인데, 염료 폐수는 높은 COD와 BOD를 나타내며 40 내지 80℃의 온도를 가지는 알칼리성의 폐수이다. 이러한 염료 폐수를 펜톤 공정을 통해 수처리하는 다양한 기술이 개발되고 있는 실정이다.
일반적으로 철을 촉매로 사용하여 펜톤 공정을 통해 수처리하는 폐수 처리장에서 발생하는 탈수 슬러지는 촉매로 사용되었던 철이 펜톤 반응 후 거의 대부분 슬러지에 포함되기 때문에 다량의 철을 포함하고 있다. 이러한 탈수 슬러지는 대부분 폐기되거나 시멘트 재활용으로 처리되고 있다. 그러나 탈수 슬러지를 시멘트로 재활용할 수 있는 가용 용량에 한계가 있고, 탈수 슬러지의 폐기로 인한 환경 오염이 야기된다는 문제점이 존재한다.
본 발명의 선행기술로는 본 출원인의 한국 등록특허 제 10-0168280호(발명의 명칭 : 난분해성 폐수의 펜톤처리 공정에서 발생되는 펜톤 무기슬러지의 처리방법)에 개시된 기술에 따라 펜톤처리 후 발생하는 무기슬러지를 농축슬러지 단계에서 황산과 반응시켜 슬러지 내의 철을 산화 및 환원 과정을 거쳐 다시 펜톤 공정에 투입하여 재활용 하는 것이지만, 농축슬러지 내의 철 함량이 높지 않고 약품만을 따로 추출하여 재활용하는 것이 아니라 농축슬러지와 황산의 반응액을 그대로 사용하는 것이기 때문에 그 효율성이 미약하였다.
따라서 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 펜톤 공정을 통해 생성된 무기 슬러지에서 농축슬러지가 아닌 탈수 슬러지에 포함된 철염을 산화제 및 환원제를 통해 다시 회수하고 이를 다시 펜톤 공정에 재활용함으로써 약품 사용량을 감소시키고 탈수 슬러지의 처리 방안을 제시하는 철의 회수 및 재활용 순환 공법에 대한 개발의 필요성이 대두되었다.
본 발명은 상기 기술의 문제점을 극복하기 위해 안출된 것으로, 탈수 슬러지와 산화제를 혼합 및 철 함량 농축 후 철 분말을 투입하여 염화제1철을 회수하여 공정에 재활용하는 것을 주요 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은, 펜톤 공정을 통해 발생한 무기 슬러지에 응집제를 첨가하여 무기 슬러지의 응집도를 높이고 이로부터 탈수 슬러지를 생성하는 것이다.
삭제
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 펜톤 무기 슬러지에 포함된 철의 회수 및 재활용 순환 공법은, 펜톤 공정을 통해 유기물의 폐수를 펜톤 시약으로 수처리하여 무기 슬러지를 생성하는 제 1 단계; 상기 무기 슬러지를 농축조에서 농축시킨 후 탈수 처리하여 탈수 슬러지를 생성하는 제 2 단계; 전체 혼합물 중량 대비, 상기 탈수 슬러지 20 내지 50중량%와 염산 50 내지 80중량%를 혼합하여 생성된 1차 상등액을 수득하는 제 3 단계; 전체 혼합물 중량 대비, 반응하지 않은 탈수 슬러지 20 내지 50중량%와 상기 1차 상등액 50 내지 80중량%를 혼합하여 생성된 2차 상등액을 수득하는 제 4 단계; 전체 혼합물 중량 대비, 상기 2차 상등액 90 내지 99중량%와 철 분말 1 내지 10중량%를 혼합한 후 12 내지 30시간 동안 반응시켜 생성된 3차 상등액을 수득하여 염화제1철을 회수하는 제 5 단계; 상기 3차 상등액을 포함하는 펜톤 시약으로 유기물의 폐수를 펜톤 공정을 통해 수처리하는 제 6 단계; 상기 제 1 단계 내지 상기 제 6 단계를 반복하는 제 7단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 무기 슬러지를 생성하는 제 1 단계와 상기 탈수 슬러지를 생성하는 제 2 단계 사이에는, 상기 무기 슬러지에 철염과 규산염을 유효 성분으로 하는 무기 응집제를 첨가하는 단계;를 포함하며, 상기 탈수 슬러지를 생성하는 제 2 단계는, 상기 무기 응집제가 첨가된 무기 슬러지를 탈수 처리하여 응집 탈수 슬러지를 생성하는 것을 특징으로 한다.
나아가, 상기 무기 응집제를 제조하는 단계는, 전체 제 1 용액 중량 대비, 염산 20 내지 50중량%와 물 50 내지 80중량%를 혼합하여 제 1 용액을 제조하는 단계; 전체 제 2 용액 중량 대비, 규산나트륨(Na2SiO3) 20 내지 50중량%와 물 50 내지 80중량%를 혼합하여 제 2 용액을 제조하는 단계; 전체 제 3 용액 중량 대비, 상기 제 1 용액 15 내지 40중량%와 상기 제 2 용액 60 내지 85중량%를 혼합하되 상기 제 1 용액을 교반함과 동시에 40 내지 70℃에서 100 내지 200분 동안 상기 제 2 용액을 상기 제 1 용액에 적가하여 제 3 용액을 제조하는 단계; 전체 제 4 용액 중량 대비, 상기 제 3 용액 10 내지 30중량%와 염화제2철(FeCl3) 1 내지 10중량% 및 물 60 내지 85중량%를 혼합하여 제 4 용액을 제조하는 단계; 상기 제 4 용액의 pH가 1.4 내지 1.7이 되도록 염산을 첨가하여 무기 응집제를 완성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
더하여, 상기 2차 상등액을 수득하는 제 4 단계와 상기 염화제1철을 회수하는 제 5 단계 사이에는, 상기 철 분말에 포함된 불순물을 제거하는 단계;를 포함하고, 상기 염화제1철을 회수하는 제 5 단계는, 전체 혼합물 중량 대비, 상기 2차 상등액 50 내지 80중량%와 상기 불순물이 제거된 철 분말 1 내지 10중량%를 혼합한 후 12 내지 30시간 동안 반응시켜 생성된 제 1 보조 상등액을 수득하며, 상기 수처리하는 제 6 단계는, 상기 제 1 보조 상등액을 포함하는 펜톤 시약으로 유기물의 폐수를 펜톤 공정을 통해 수처리하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 펜톤 무기 슬러지에 포함된 철의 회수 및 재활용 순환 공법은,
1) 펜톤 무기 슬러지로부터 염화제1철 회수 및 재활용이 공정에서 순환 반복되는 것으로 펜톤 시약 약품의 사용량을 감소시키고 무기 슬러지 감량 및 처리 효과를 제공하며,
2) 펜톤 무기 슬러지에 응집제를 첨가함으로써, 무기 슬러지의 탈수를 용이하게 하여 탈수 슬러지를 쉽게 생성할 수 있는 효과를 가진다.
도 1은 본 발명의 공법의 개략적인 프로세스를 나타낸 개념도.
도 2는 본 발명의 공법의 전체적인 프로세스를 나타낸 순서도.
도 3은 본 발명의 무기 응집제를 제조하는 단계를 나타낸 순서도.
도 4는 본 발명의 철 분말의 불순물을 제거하는 단계를 나타낸 순서도.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다. 첨부된 도면은 축척에 의하여 도시되지 않았으며, 각 도면의 동일한 참조 번호는 동일한 구성 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 공법의 개략적인 프로세스를 나타낸 개념도이며, 도 2는 본 발명의 공법의 전체적인 프로세스를 나타낸 순서도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 펜톤 무기 슬러지에 포함된 철의 회수 및 재활용 순환 공법은 펜톤 공정을 통하여 유기물의 폐수(예를 들어, 염료 폐수)를 수처리한 후 생성된 무기 슬러지로부터 염화제1철(FeCl2)을 회수하는 공법에 관한 것으로서, 이렇게 회수된 염화제1철을 다시 펜톤 공정의 펜톤 시약으로 사용하고, 펜톤 공정에서 발생한 무기 슬러지에서 다시 염화제1철(FeCl2)을 회수하여 폐수처리 공정에 재활용하는 반복적인 순환 공정을 통해 염료 폐수 처리 시 사용되는 펜톤 시약의 사용량을 감소시킬 수 있는 기능을 제공한다.
이때 펜톤(Fenton) 공정이라 함은 2가 철염(Fe2+)을 촉매로 하여 과산화수소(H2O2)에서 발생하는 OH 라디칼에 의한 산화 환원 반응을 통해 폐수 내의 유기물을 산화 처리하는 공정을 의미한다. 이러한 펜톤 공정은 주지 관용의 공정이므로 원리 및 작용에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 공법에 대한 기본적인 프로세스를 설명하면, 본 발명의 공법은 기본적으로 무기 슬러지를 생성하는 제 1 단계(S100)와, 탈수 슬러지를 생성하는 제 2 단계(S200) 및, 1차 상등액을 수득하는 제 3 단계(S300)와, 2차 상등액을 수득하는 제 4 단계(S400) 및, 염화제1철을 회수하는 제 5 단계(S500)와, 유기물의 폐수를 펜톤 공정을 통해 수처리하는 제 6 단계(S600) 및, 제 1 단계 내지 제 6단계를 반복하는 제 7단계(S700)로 이루어진다.
먼저, 무기 슬러지를 생성하는 제 1 단계(S100)는 펜톤 공정을 통해 유기물의 폐수를 펜톤 시약으로 수처리하여 무기 슬러지를 생성하는 과정으로서, 펜톤 시약의 2가 철염과 과산화수소의 반응으로 인한 OH 라디칼이 유기물을 분해하고 무기물의 슬러지가 생성된다. 이때 일반적으로 펜톤 시약이라 함은 2가 철염을 포함하는 물질을 의미하나 상기 단계에서는 2가 철염을 포함하는 물질 및 과산화수소를 포함하여 지칭하고 반응 촉매로 쓰인 2가 철염은 대부분이 수산화철 형태로 무기 슬러지에 포함된다.
이후, 탈수 슬러지를 생성하는 제 2 단계(S200)는 무기 슬러지를 농축조에서 농축시킨 후 탈수 처리하여 탈수 슬러지를 생성하는 과정으로서, 이때 탈수 슬러지라 함은 수분이 제거된 무기 슬러지를 의미하는 것으로서, 이때 탈수 슬러지는 함수율이 65 내지 70%일 수 있다. 이러한 탈수 슬러지는 슬러지 탈수기에 의해 탈수되거나 무기 슬러지에 탈수 약품을 투입하여 탈수될 수 있으며, 그 방법에는 제한이 없다. 이때, 탈수 슬러지에는 산성 상태의 펜톤공정 후 촉매로 사용된 철이 중화반응을 통해 수산화철(Fe(OH)3) 형태의 철염으로 다량으로 존재하게 된다.
다음으로, 1차 상등액을 수득하는 제 3 단계(S300)는 전체 혼합물 중량 대비, 상기 탈수 슬러지 20 내지 50중량%와 염산 50 내지 80중량%를 혼합하여 생성된 1차 상등액을 수득하는 과정으로서, 다량의 철염(Fe3+)을 포함하는 탈수 슬러지와 염산의 혼합으로 인해 염화제2철이 생성되고(
Figure 112018060134210-pat00001
) 1차 상등액에는 이온화된 염화제2철(
Figure 112018060134210-pat00002
)과 반응하지 않은 염산이 존재하게 된다.(즉, 1차 상등액에는 다량의 3가 철염이 존재하게 된다.)
여기서, 혼합물이라 함은 둘 이상의 물질이 혼합된 것을 의미하며, 상등액이라 함은 혼합물이 별도의 용기에 있다고 가정할 때 혼합물이 용기의 하층에 침전된 후 상층에 존재하는 용액을 의미한다.
이후, 2차 상등액을 수득하는 제 4 단계(S400)는 상기 1차 상등액을 수득하는 제 3 단계(S300)에서 반응에 참여하지 않은 미반응 탈수 슬러지와 1차 상등액을 혼합하여 2차 상등액을 수득하는 과정으로서, 구체적으로 전체 혼합물 중량 대비, 반응하지 않은 탈수 슬러지 20 내지 50중량%와 상기 1차 상등액 50 내지 80중량%를 혼합하여 생성된 2차 상등액을 수득하는 과정이다.
이는 3가 철염과 염산을 포함하는 1차 상등액(즉, 염화제2철)을 수산화철을 포함하는 미반응의 무기 슬러지와 혼합하여 염산과 수산화철의 반응으로 2차 상등액을 생성함으로써 2차 상등액은 상기 1차 상등액보다 더 높은 함량의 3가 철염을 포함할 수 있게 된다.
다음으로, 염화제1철을 회수하는 제 5단계(S500)는 전체 혼합물 중량 대비, 상기 2차 상등액 90 내지 99중량%와 철 분말 1 내지 10중량%를 혼합한 후 12 내지 30시간 동안 반응시켜 생성된 3차 상등액을 수득하여 염화제1철을 회수하는 과정이다.
이때, 2차 상등액에 존재하는 염화제2철과 철 분말(Fe)의 반응으로 인해 염화제1철이 생성되므로(
Figure 112018060134210-pat00003
) 상기 3차 상등액은 염화제1철을 유효 성분으로 포함한다는 것을 알 수 있다. 즉, 상기 3차 상등액은 2가 철염을 유효 성분으로 포함한다고 할 수 있다. 이때 염화제2철과 철 분말이 충분히 반응할 수 있도록 반응 시간을 조절할 수 있다.
다음으로, 유기물의 폐수를 펜톤 공정을 통해 수처리하는 제 6 단계(S600)는 3차 상등액을 펜톤 반응의 촉매로 활용하여 유기물의 폐수를 펜톤 공정으로 수처리하는 과정으로서, 회수된 철을 염화제1철로 변환시켜 다시 펜톤 공정에 재활용함으로써 유기물 폐수를 다시 수처리하는 기능을 제공한다. 즉, 수처리로 인해 생성된 무기 슬러지로부터 펜톤 공정에서 OH 라디칼 발생 촉매로 쓰이는 2가 철염을 다시 생성하고, 이를 다시 폐수 처리하는데 재활용하는 것이다.
마지막으로, 제 1 단계 내지 제 6단계를 반복하는 제 7단계(S700)는 상술한 바와 같이, 폐수 처리를 통해 생성된 무기 슬러지에 염산을 혼합하여 염화제2철을 생성하고 염화제2철과 철 분말을 혼합하여 염화제1철을 생성한 후 염화제1철을 다시 폐수 처리 시 사용하여 2가 철염의 순환이 가능하게 된다.
이때, 도 2에 나타난 단계 중 상술하지 않은 단계는 후술할 도 3 내지 도 6과 함께 설명하기로 한다.
여기서, 본 발명의 공법은 슬러지의 응집도를 높여 탈수가 용이하게 진행되도록 하기 위해 무기 슬러지에 무기물로 이루어진 응집제를 첨가하여 무기 슬러지의 응집도를 높일 수 있다. 이에 대한 설명을 도 3과 함께하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명의 무기 응집제를 제조하는 단계를 나타낸 순서도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 무기 슬러지를 생성하는 제 1 단계(S100)와 탈수 슬러지를 생성하는 제 2 단계(S200) 사이에는 무기 슬러지에 무기 응집제를 첨가하는 단계(S110)가 더 수행될 수 있다.
이때 무기 응집제라 함은 무기물로 이루어진 응집제를 말하는 것으로서, 예를 들어 알루미늄염 응집제, 철염 응집제 등이 있다. 이때 유기물로 이루어진 유기 응집제는 수처리하고자 하는 폐수의 성분에 따라 유기 응집제의 선택이 까다롭다는 점과 수처리 공정 운전 조건이 어렵다는 단점이 존재하여 무기 응집제를 많이 사용하고 있는 실정이다.
특히, 무기 응집제 중 알루미늄염 응집제는 응집 효과가 현저하다는 장점이 있으나, 식수에 포함될 경우 신경계 질환 등 인체에 유해하다는 단점이 존재한다. 반면, 철염 응집제는 플록(floc) 형성을 잘 하고 침강 속도가 빠르며 인체에 영향이 적어 철염 응집제를 무기 응집제로써 사용하는 것이 바람직하다.
이때 알루미늄염 응집제보다 더 우수한 응집 효과를 가지면서 인체에 영향이 적은 철염의 장점을 동시에 갖기 위해 철염과 규산염을 유효 성분으로 하는 무기 응집제를 제조하여, 상기 제 2 단계는 무기 응집제가 첨가된 무기 슬러지를 탈수 처리한 응집 탈수 슬러지를 생성할 수 있다.
이러한 무기 응집제를 제조하는 단계는 제 1 용액을 제조하는 단계(S111), 제 2 용액을 제조하는 단계(S112), 제 3 용액을 제조하는 단계(S113), 제 4 용액을 제조하는 단계(S114), 무기 응집제를 완성하는 단계(S115)를 포함할 수 있다.
먼저, 제 1 용액을 제조하는 단계(S111)는 전체 제 1 용액 중량 대비, 염산 20 내지 50중량%와 물 50 내지 80중량%를 혼합하여 제 1 용액을 제조하는 과정이며, 제 2 용액을 제조하는 단계(S112)는 전체 제 2 용액 중량 대비, 규산나트륨(Na2SiO3) 20 내지 50중량%와 물 50 내지 80중량%를 혼합하여 제 2 용액을 제조하는 과정이다.
상기 제 1 용액은 염산 수용액으로서, 철염과 규산염을 유효 성분으로 하는 무기 응집제를 제조하기 위한 반응물로서의 역할을 수행하는 것으로 이에 대한 자세한 설명은 다음 단계에서 후술하기로 한다. 또한, 제 2 용액은 규산나트륨 수용액으로서, 무기 응집제를 제조하기 위한 출발 물질이다. 이때 규산염은 효과적인 응집제이며 이를 유효 성분으로 하는 무기 응집제 역시 우수한 응집 기능을 가질 수 있다.
이후, 제 3 용액을 제조하는 단계(S113)는 전체 제 3 용액 중량 대비, 제 1 용액 15 내지 40중량%와 제 2 용액 60 내지 85중량%를 혼합하되, 제 1 용액을 교반함과 동시에 40 내지 70℃에서 100 내지 200분 동안 제 2 용액을 제 1 용액에 적가하여 제 3 용액을 제조하는 과정이다.
이는 염산 수용액인 제 1 용액과 규산나트륨 수용액인 제 2 용액을 반응시켜 산성의 중합 규산 용액(H2SiO3)을 생성하는 과정으로서, 이는 제 1 용액에 제 2 용액을 적가하는 방식으로 혼합하여 염산과 규산나트륨의 중합 반응이 천천히 발생되도록 한다.
다음으로, 제 4 용액을 제조하는 단계(S114)는 전체 제 4 용액 중량 대비, 제 3 용액 10 내지 30중량%와 염화제2철(FeCl3) 1 내지 10중량% 및 물 60 내지 85중량%를 혼합하여 제 4 용액을 제조하는 과정이다.
이는 규산염과 3가 철염을 유효 성분으로 하는 응집제인 제 4 용액을 제조하는 과정으로서, 이때 상술한 제 3 용액과 염화제2철의 중량비일 때 무기 응집제의 응집 효율이 최대가 되므로, 제 3 용액은 10 내지 30중량%, 염화제2철은 1 내지 10중량%로 혼합하는 것이 바람직하다.
마지막으로, 무기 응집제를 완성하는 단계(S115)는 제 4 용액의 pH가 1.4 내지 1.7이 되도록 염산을 첨가하여 무기 응집제를 완성하는 과정이다.
pH는 수처리에 영향을 미치는 인자 중 하나인데, 규산염 및 철염을 유효 성분으로 하는 무기 응집제는 산성의 조건에서 응집 효율이 최대가 되므로, 제 4 용액의 pH가 1.4 내지 1.7, 바람직하게는 pH 1.5일 때 응집 효율이 최대가 될 수 있다.
이와 같이 제조된 무기 응집제를 첨가한 무기 슬러지는 응집도가 향상되고 응집도가 향상된 무기 슬러지로부터 수분을 용이하게 제거하여 무기 슬러지의 효율적인 탈수 처리가 가능하게 된다. 이에 따라 상기 제 2 단계에서는 무기 응집제가 첨가된 무기 슬러지를 탈수 처리하여 응집 탈수 슬러지를 생성할 수 있으며, 이러한 응집 탈수 슬러지로부터 다음 공정 단계를 수행하게 된다.
본 발명의 공법에서 상기 제 5 단계(S500)는 염화제2철을 유효 성분으로 하는 2차 상등액과 철 분말을 혼합하여 3차 상등액을 수득함으로써 염화제1철을 회수하는 과정이다. 이때 반응물인 철 분말은 불순물을 포함할 수 있는데, 이렇게 반응물에 불순물이 포함되면 반응성이 떨어질 뿐 아니라 생성물의 수율이 감소할 수 있다. 이러한 현상을 방지하기 위하여 상기 철 분말은 불순물을 제거하는 별도의 과정을 거쳐 순도를 높일 수 있는데 이에 대한 설명을 도 4와 함께 하면 다음과 같다.
도 4는 본 발명의 철 분말의 불순물을 제거하는 단계를 나타낸 순서도이다.
도 2 및 도 4를 참조하면, 상기 2차 상등액을 수득하는 제 4 단계(S400)와 염화제1철을 회수하는 제 5 단계(S500) 사이에는 철 분말에 포함된 불순물을 제거하는 단계(S410)를 포함할 수 있다.
이렇게 불순물이 제거된 철 분말은 불순물이 제거되기 전보다 순도가 높기 때문에 그만큼 염화제2철과 반응할 수 있는 철이 많아질 수 있으며, 이로 인해 염화제1철의 생성이 수월해질 수 있다.
따라서 철 분말의 순도를 높여 염화제2철과의 반응성을 높이기 위해, 철 분말의 불순물을 제거하는 단계는 준비 용액을 제조하는 단계(S411)와, 여과액을 수득하는 단계(S412) 및, 세척 후 건조시키는 단계(S413)를 포함할 수 있다.
먼저, 준비 용액을 제조하는 단계(S411)는 혐기성 조건의 별도의 용기에 전체 준비 용액 중량 대비, 철 분말 10 내지 40중량%와 물 60 내지 90중량%를 혼합한 후 밀봉 처리하여 준비 용액을 제조하는 과정이다.
철은 환원력이 매우 뛰어난 금속이므로 철과 물의 혼합으로 인해 산화환원반응이 발생하여 철이 산화되지 않도록 하기 위해 혐기성 조건의 별도 용기에 상기 단계를 진행하는 것이 바람직하다. 이때 물이 60중량% 미만이면 철 분말과 혼합 시 용액 형상이 될 수 없으며, 90중량% 초과면 철과 물의 반응으로 인한 수산화철이 생성되어 영가철(Fe)의 수가 줄어들게 되므로, 전체 준비 용액 중량 대비, 철 분말 10 내지 40중량%와 물 60 내지 90중량%을 혼합하여 준비 용액을 제조하는 것이 바람직하다.
이후, 여과액을 수득하는 단계(S412)는 준비 용액을 1 내지 5시간 동안 초음파 처리한 후 여과하여 여과액을 수득하는 과정이다.
상기 준비 용액은 철 분말과 물의 혼합으로 제조되는 것으로서, 준비 용액 내에서 철 분말을 물속에 고르게 분산시키기 위해 준비 용액을 초음파 처리하는 과정을 수행할 수 있다. 이때 초음파 처리 과정 시 철 분말뿐만이 아니라 철 분말에 포함된 불순물도 같이 분산될 수 있는데, 이는 여과 과정을 통해 제거될 수 있다. 여기서, 여과 과정에서 반응성이 높은 철 분말의 산화를 방지하기 위해 나일론 필터를 이용하여 여과를 하는 것이 바람직하며, 이를 통해 철 분말로부터 불순물을 제거하고 순도가 높은 철 분말을 다시 얻을 수 있다. 이때, 철 분말은 여과지를 통과하고 불순물은 여과지에 그대로 남아 철 분말의 불순물을 제거하기 위해서는 여과지의 메쉬(혹은 미세 통공의 크기)가 철 분말의 메쉬보다 작은 것이 바람직하다.
이때 여과액이라 함은 준비 용액이 여과 필터에 의해 여과되어 얻은 용액을 의미하는 것으로서, 상기 단계에서 여과액에는 불순물이 제거된 철 분말과 물을 포함한다.
마지막으로, 세척 후 건조시키는 단계(S413)는 여과액을 아세톤으로 1 내지 5회 세척한 후 건조시키는 과정이다.
이때, 여과액에는 불순물이 제거된 철 분말과 물이 혼합된 용액인데, 상기 준비 용액을 제조하는 단계와 여과액을 수득하는 단계를 통해 철 분말 일부가 대기 중 수분과 반응하여 산화되었을 가능성이 있으므로, 산화된 철을 제거하기 위해 아세톤으로 상기 여과액을 1 내지 5회 세척하는 것이 바람직하다. 이렇게 아세톤으로 세척된 여과액은 건조 과정을 통해 물 및 아세톤이 제거됨으로써 불순물이 제거된 철 분말을 얻을 수 있다.
즉, 상술한 단계를 통해 기존의 철 분말에서 이물질이 제거되어 순도 높은 철 분말을 얻을 수 있게 되어, 염화제2철과의 반응성이 증가함으로 인해 염화제1철의 수득율이 증가하게 되고 유기물의 폐수를 처리하는데 사용되는 펜톤 시약의 재활용도가 증가할 수 있다. 이에 따라, 상기 제 5 단계(S500)에서는 전체 혼합물 중량 대비, 상기 2차 상등액 90 내지 99중량%과 상기 불순물이 제거된 철 분말 1 내지 10중량%를 혼합한 후 12 내지 30시간 동안 반응시켜 생성된 상등액인 제 1 보조 상등액을 수득하게 되며, 상기 제 6 단계는, 상기 제 1 보조 상등액을 포함하는 펜톤 시약으로 유기물의 폐수를 펜톤 공정을 통해 수처리하게 된다.

지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 펜톤 무기 슬러지에 포함된 철의 회수 및 재활용 순환 공법의 구성 및 작용을 상기 설명 및 도면에 표현하였지만 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하여 본 발명의 사상이 상기 설명 및 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능함은 물론이다.
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S100 : 무기 슬러지를 생성하는 제 1 단계
S110 : 무기 응집제를 첨가하는 단계
S111 : 제 1 용액을 제조하는 단계
S112 : 제 2 용액을 제조하는 단계
S113 : 제 3 용액을 제조하는 단계
S114 : 제 4 용액을 제조하는 단계
S115 : 무기 응집제를 완성하는 단계
S200 : 탈수 슬러지를 생성하는 제 2 단계
S300 : 1차 상등액을 수득하는 제 3 단계
S400 : 2차 상등액을 수득하는 제 4 단계
S410 : 철 분말의 불순물을 제거하는 단계
S411 : 준비 용액을 제조하는 단계
S412 : 여과액을 수득하는 단계
S413 : 세척한 후 건조시키는 단계
S420 : 미세화된 철 분말을 제조하는 단계
S421 : 산화철 분말을 제조하는 단계
S500 : 염화제1철을 회수하는 제 5 단계
S600 : 펜톤 공정을 통해 수처리하는 제 6 단계
S700 : 제 1 단계 내지 제 6 단계를 반복하는 제 7 단계

Claims (9)

  1. 펜톤 무기 슬러지에 포함된 철의 회수 및 재활용 순환 공법으로서,
    펜톤 공정을 통해 유기물의 폐수를 펜톤 시약으로 수처리하여 무기 슬러지를 생성하는 제 1 단계;
    상기 무기 슬러지를 농축조에서 농축시킨 후 탈수 처리하여 탈수 슬러지를 생성하는 제 2 단계;
    전체 혼합물 중량 대비, 상기 탈수 슬러지 20 내지 50중량%와 염산 50 내지 80중량%를 혼합하여 생성된 1차 상등액을 수득하는 제 3 단계;
    전체 혼합물 중량 대비, 반응하지 않은 탈수 슬러지 20 내지 50중량%와 상기 1차 상등액 50 내지 80중량%를 혼합하여 생성된 2차 상등액을 수득하는 제 4 단계;
    전체 혼합물 중량 대비, 상기 2차 상등액 90 내지 99중량%와 철 분말 1 내지 10중량%를 혼합한 후 12 내지 30시간 동안 반응시켜 생성된 3차 상등액을 수득하여 염화제1철을 회수하는 제 5 단계;
    상기 3차 상등액을 포함하는 펜톤 시약으로 유기물의 폐수를 펜톤 공정을 통해 수처리하는 제 6 단계;
    상기 제 1 단계 내지 상기 제 6 단계를 반복하는 제 7단계;를 포함하되,
    상기 2차 상등액을 수득하는 제 4 단계와 상기 염화제1철을 회수하는 제 5 단계 사이에는, 상기 철 분말에 포함된 불순물을 제거하는 단계;를 포함하고,
    상기 염화제1철을 회수하는 제 5 단계는,
    전체 혼합물 중량 대비, 상기 2차 상등액 50 내지 80중량%와 상기 불순물이 제거된 철 분말 1 내지 10중량%를 혼합한 후 12 내지 30시간 동안 반응시켜 생성된 제 1 보조 상등액을 수득하며,
    상기 수처리하는 제 6 단계는,
    상기 제 1 보조 상등액을 포함하는 펜톤 시약으로 유기물의 폐수를 펜톤 공정을 통해 수처리하는 것을 특징으로 하는, 펜톤 무기 슬러지에 포함된 철의 회수 및 재활용 순환 공법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 무기 슬러지를 생성하는 제 1 단계와 상기 탈수 슬러지를 생성하는 제 2 단계 사이에는,
    상기 무기 슬러지에 철염과 규산염을 유효 성분으로 하는 무기 응집제를 첨가하는 단계;를 포함하며,
    상기 탈수 슬러지를 생성하는 제 2 단계는,
    상기 무기 응집제가 첨가된 무기 슬러지를 탈수 처리하여 응집 탈수 슬러지를 생성하는 것을 특징으로 하는, 펜톤 무기 슬러지에 포함된 철의 회수 및 재활용 순환 공법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 무기 응집제를 제조하는 단계는,
    전체 제 1 용액 중량 대비, 염산 20 내지 50중량%와 물 50 내지 80중량%를 혼합하여 제 1 용액을 제조하는 단계;
    전체 제 2 용액 중량 대비, 규산나트륨(Na2SiO3) 20 내지 50중량%와 물 50 내지 80중량%를 혼합하여 제 2 용액을 제조하는 단계;
    전체 제 3 용액 중량 대비, 상기 제 1 용액 15 내지 40중량%와 상기 제 2 용액 60 내지 85중량%를 혼합하되 상기 제 1 용액을 교반함과 동시에 40 내지 70℃에서 100 내지 200분 동안 상기 제 2 용액을 상기 제 1 용액에 적가하여 제 3 용액을 제조하는 단계;
    전체 제 4 용액 중량 대비, 상기 제 3 용액 10 내지 30중량%와 염화제2철(FeCl3) 1 내지 10중량% 및 물 60 내지 85중량%를 혼합하여 제 4 용액을 제조하는 단계;
    상기 제 4 용액의 pH가 1.4 내지 1.7이 되도록 염산을 첨가하여 무기 응집제를 완성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 펜톤 무기 슬러지에 포함된 철의 회수 및 재활용 순환 공법.
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 불순물을 제거하는 단계는,
    혐기성 조건의 별도의 용기에 전체 준비 용액 중량 대비, 상기 철 분말 10 내지 40중량%와 물 60 내지 90중량%를 혼합한 후 밀봉 처리하여 준비 용액을 제조하는 단계;
    상기 준비 용액을 1 내지 5시간 동안 초음파 처리한 후 여과하여 여과액을 수득하는 단계;
    상기 여과액을 아세톤으로 1 내지 5회 세척한 후 건조시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 펜톤 무기 슬러지에 포함된 철의 회수 및 재활용 순환 공법.
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