KR102200926B1

KR102200926B1 - 심해저 채광 잔재물 정화처리 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR102200926B1
Application number: KR1020200048065A
Authority: KR
Inventors: 김경련
Original assignee: 한국해양과학기술원
Priority date: 2020-04-21
Filing date: 2020-04-21
Publication date: 2021-01-11
Also published as: US20210323841A1

Abstract

본 발명은 심해저 채광 잔재물과 물이 혼합되어 고액비가 조정되며, 고액비가 조정된 혼합물에 황산알루미늄이 첨가되어 심해저 채광 잔재물로부터 중금속이 용출되도록 하는 반응조;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

심해저 채광 잔재물 정화처리 시스템 및 방법{Remediation treatment metods for deep-sea mining tailings and their system}

본 발명은 심해저 채광 잔재물로부터 중금속을 용출시키는 등에 의해 처리수를 배출토록 하면서 잔류고형물을 탈수, 안정화 시키도록 하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.

우리나라의 금속광물 자급률은 0.4%에 불과하며, 특히 경제활동이 증가함에 따라 국내·외 육상 광물자원의 고갈이 심화되어 심해저 광물자원 등 해양 광물자원의 개발요구가 증가하고 있는 실정으로, 주요 국가들에서 해역조사, 탐사권 확보 및 개발권 획득경쟁이 심화되고 있으며, 우리나라는 1994년부터 2020년까지 5개 광구(태평양, 인도양 등 해역, 총면적 115천 km2, 한반도 남부 대비 1.16배)에서 독점탐사권을 확보하였다.

또한 주요 선진국 다국적 기업(예: Lockhed Martin, Nautilus Minerals 등)에 의한 심해저 광물자원의 상업개발이 가시화됨에 따라 국제기구에서는 이와 관련된 환경기준을 설정(2020~2021년)하였다.

일반적으로 심해저 광물 자원을 개발하는 공간은 공해(The high seas)이므로 해역(Sea areas)에서 적용할 수 있으며, 국제 환경 기준에 대응할 수 있는 정화 처리 방법과 시스템이 필수적으로 요구되고 있다.

심해저 광물 자원 개발에서 필요한 정화는 태평양, 인도양 등 우리나라에서 멀리 떨어진 해역의 심해저에 존재하는 광물을 집광(Collecting)하여, 해수면 위까지 양광(Lifting)한 다음, 채광선박에서 유용광물만 회수하는 선광(Ore dressing) 후 나머지 물질(수십~100 um 크기의 미세한 고형물과 폐액이 혼합된 Slurry 상태)을 현장에서 환경에 미치는 영향을 최소화하여 처리, 처분하는 일련의 과정이다.

심해저 채광 잔재물 정화와 직접 또는 간접 관련된 기술은 주로 육상 광산, 퇴적물 또는 토양정화에 사용하는 기술을 사용하고 있는데, 이런 기술들은 육상에 기초한 기술들(Land-based technologies)로써 일반적으로 하나의 처리시스템(Treatment system)은 여러 단위처리 공정(Unit treatment process)으로 구성되며, 물(Tap water), 전기(Electric power) 등 기반시설(Infrastructure)이 필요하고, 물리적 입자분리 또는 화학적 세척 등 처리에 사용하는 장치의 크기가 약 수 m 내지 수십 m이기 때문에 설치 및 운전에 상당한 공간이 필요하다.(예: 수처리 시설의 침전지; 직경 약 50 m, 단위 시설당 4개)

그런데 해역은 육상과 달리 기반시설과 공간 등이 제한되기 때문에, 육상에 기초한 기술들을 그대로 해역에서 구현할 수 없다. 심해저 채광 잔재물을 해역에서 정화 처리하기 위해서는 파랑 등 해황(Sea conditions)이나 염소 이온 등 영향을 극복할 수 있도록 내진동, 내부식 처리 장치를 구성하여야 하며, 해역은 생물이 함께 서식하는 환경이므로 오염도 저감처리 후 산물이 해역 처분에 적합하도록 시스템을 구성하여야 한다.

대한민국 특허등록 제10-1590037호

따라서 본 발명의 목적은 심해저 채광 잔재물의 해역 또는 채광선박에서 처리가 효율적으로 이루어지도록 하기 위한 시스템 및 방법을 제공하고자 함이다.

상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 심해저 채광 잔재물 정화처리 시스템(이하 "본 발명의 시스템"이라함)은, 심해저 채광 잔재물과 물이 혼합되어 고액비가 조정되며, 고액비가 조정된 혼합물에 황산알루미늄이 첨가되어 심해저 채광 잔재물로부터 중금속이 용출되도록 하는 반응조; 상기 반응조로부터 중금속이 용출된 상태의 혼합물이 유입되어 중공의 이온교환막에 의해 중금속이 여과되며 처리수가 중공을 통해 외부로 배출되도록 하고 잔류고형물이 침전되도록 하는 여과처리장치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 여과처리장치는, 내부에 공간이 형성되는 하우징과, 하우징에 탈착 가능하도록 장착되며 복수의 이온교환막이 장착되는 이온교환막 모듈과, 상기 하우징의 하부에 연결되어 상기 하우징에 침전되는 잔류고형물이 유입되며 유입된 잔류고형물을 개량하는 개량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 이온교환막 모듈은, 복수의 이온교환막과, 상면이 개구되고 내부에 복수의 이온교환막이 장착되는 장착부와 상기 장착부 상부에서 각 이온교환막의 중공과 연통하여 각 이온교환막의 중공으로부터 배출되는 처리수가 포집되는 포집부를 형성하는 프레임을 포함하는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 이온교환막 모듈에 있어 이온교환막에 세척수를 분사하는 분사수단이 구성되며, 상기 이온교환막은 상기 장착부에서 회전가능 하도록 장착되는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 이온교환막의 외주연에는 일방향으로 경사구배를 형성하는 돌출단이 형성되어 유체압에 의해 회전연동을 하는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 개량부는 원통형으로 일측에 첨가제투입구 및 상기 하우징 하면에 연결되는 유입관과 타측에 개량산물 배출구가 구성되는 제 2하우징과, 상기 제 2하우징에서 회전연동하는 스크류를 포함하는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 유입관의 내부에는 하방향으로만 힌지연동을 하는 개폐구가 하나 이상 구성됨을 특징으로 한다.

한편 본 발명의 심해저 채광 잔재물 정화처리 방법(이하 "본 발명의 방법"이라함)은, 심해저 채광 잔재물을 물과 혼합하면서 고액비를 조정하는 단계(S10); 고액비가 조정된 혼합물에 황산알루미늄을 첨가하여 중금속을 용출시키는 단계(S20); 용출된 중금속을 여과하는 단계(S30);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 잔류고형물을 개량하는 단계(S40)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 S30단계에서는, 중공의 이온교환막을 이용하여 용출된 중금속을 여과하고, 처리수는 중공을 통해 외부로 배출토록 하는 것을 특징으로 한다.

이와 같이 본 발명은 심해 채광 선광 잔재물에 함유된 유해 중금속을 추출하여 여과처리함과 동시에 여과과정에서 발생되는 잔여고형물의 경우도 성상개량이 이루어지도록 할 수 있어 해역 또는 채광선박에서 그 적용성이 높은 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 시스템은 나타내는 개략도.
도 2는 본 발명의 일 구성으로서 이온교환막 모듈을 나타내는 실시예.
도 3은 도 2에 도시된 이온교환막 모듈의 단면도.
도 4는 이온교환막의 일 실시예를 나타내는 사시도.
도 5는 본 발명의 일 구성으로서 개량부의 일 실시예를 나타내는 개략도.
도 6은 황산알루미늄 1% 첨가 시 경과 시간에 따른 망간 단괴 시료의 중금속 용출 특성 (위: 긴 시간, 아래: 짧은 시간)을 나타내는 그래프.
도 7은 상용 용출제(EDTA 0.1 M) 사용 시 경과 시간에 따른 망간 단괴 시료의 중금속 용출 특성 (위: 긴 시간, 아래: 짧은 시간)을 나타내는 그래프.
도 8은 다양한 조건에서 처리후 원심분리로 분리된 고체의 크기변화를 나타내는 사진.
도 9는 본 발명의 방법을 나타내는 블록도.

이하, 본 발명의 구성 및 작용을 첨부된 도면에 의거하여 좀 더 구체적으로 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명의 시스템(1)은 도 1에서 보는 바와 같이 심해저 채광 잔재물과 물이 혼합되어 고액비가 조정되며, 고액비가 조정된 혼합물에 황산알루미늄이 첨가되어 심해저 채광 잔재물로부터 중금속이 용출되도록 하는 반응조(2); 상기 반응조(2)로부터 중금속이 용출된 상태의 혼합물이 유입되어 중공의 이온교환막(321)에 의해 중금속이 여과되며 처리수가 중공(321-2)을 통해 외부로 배출되도록 하고 잔류고형물이 침전되도록 하는 여과처리장치(3);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 반응조(2)는 심해저 채광 잔재물과 물이 혼합되어 고액비가 조정되며, 고액비가 조정된 혼합물에 황산알루미늄이 첨가되어 심해저 채광 잔재물로부터 중금속이 용출되도록 하는 구성에 해당한다. 상기 반응조(2)는 도면에서는 1개의 조로 도시되고 있으나 이에 한정하는 것은 아니며 혼합조와 화학적 초리조로 구성될 수도 있다.

상기 반응조(2)에서는 심해저 채광 잔재물(Slurry 상태)을 균질하게 혼합토록 하면서 고액비가 조정(초기 혼합/유량 조정)되도록 한 후에 적정 농도의 황산알루미늄을 주입하고 적정 처리시간 동안 완전 혼합하면서 화학적 세척 처리가 이루어지도록 하는 것이다. 이러한 화학적 세척 처리과정에서 처리 대상 물질로부터 구리 등 유해 중금속이 용출되어 혼합물은 액상으로서 금속 양이온이 용출된 상태가 되는 것이다.

상기 고액비는 고체와 액체가 중량비로 1:3 내지 1:6으로 조정하는 것이 바람직하다.

현재까지 황산알루미늄은 상수 또는 하·폐수 등 수처리 과정에서 상용(Common use) 응집제(Coagulating agent)로 일반적으로 사용되고 있다. 그런데 본 출원인은 심해 채광 선광 잔재물을 포함한 퇴적물과 토양정화기술 개발을 위한 연구과정에서 황산알루미늄을 첨가제로 사용한 화학적 처리과정에서 망간단괴시료에 함유된 주요 오염물질 중 구리(Copper; Cu), 아연(Zinc; Zn), 니켈(Nickel; Ni), 카드뮴(Cadmium; Cd) 등 유해 중금속이 용출되는 양은 첨가제 농도와 처리 시간(Elapsed time)에 따라 영향을 받는다는 결과를 도출할 수 있었다.

황산알루미늄의 작용기작을 보면, 황산알루미늄은 물에서 해리(Dissociation)되어 3가의 알루미늄 양이온(Cation)과 2가의 황산 음이온(Anion)이 되기 때문에 망간단괴 등 퇴적물 또는 토양 등 유해 중금속을 함유하는 매체로부터 이온교환(Ion exchange) 반응으로 구리 등 유해 중금속을 떼어내 액상 중 금속 양이온을 생성할 수 있으며, 황산 음이온의 총 전자가 수(-6 e^-)를 고려하면 2가뿐만 아니라 3가의 금속 양이온(3M⁺², 2M⁺³)도 화학 양론(Stoichiometry)적으로 대응 가능하다.

Al₂(SO₄)₃ → 2Al⁺³ + 3(SO₄)^-2

황산알루미늄을 기존 응집제로 사용뿐만 아니라 유해 중금속 용출(Extraction)을 위한 화학적 처리에서 첨가제로 사용 가능함을 하기 실험에서도 확인할 수 있었다.

도 6 및 도 7을 보면 황산알루미늄을 새로운 첨가제로 사용할 경우를 고려하여, 대표적인 상용 용출제(Extraction agent)로 사용되는 EDTA를 사용한 화학적 처리 결과와 비교하였다.

황산알루미늄을 사용한 경우(농도 조건 1%), 망간단괴 시료(입경 32 ~ 63 ㅅm)로부터 유해 중금속 용출량은 구리, 아연, 니켈, 카드뮴 각각 EDTA를 사용한 경우(농도 조건 0.1M) 대비 0.40배, 2.20배, 0.36배, 0.69배로서 EDTA 결과와 큰 차이가 없는 것을 알 수 있다. 즉 황산알루미늄의 경우도 유해 중금속 용출제로 사용할 수 있음을 확인할 수 있었다.

또한 상기 황산알루미늄은 상기 화학적 처리과정에서 처리대상물질을 응집시켜 후단에서 여과효율을 더욱 배가시킨다.

이러한 처리대상물질에 대한 응집의 경우도 도 8에서 보는 바와 같이 망간 단괴시료에 황산알루미늄을 첨가제로 사용한 화학적 처리과정에서는 처리시간에 비례하여 황산알루미늄의 응집반응(Cagulation reaction)에 의해 처리대상물질의 입자 크기가 커지는 것을 알 수 있는 바, 이로서 망간단괴시료로부터 유해 중금속 용출후 후단에서 이온교환막에 의한 여과처리시 여과효율 향상시킬 수 있음을 알 수 있었다.

상기 여과처리장치(3)는, 내부에 공간이 형성되는 하우징(31)과, 하우징(31)에 탈착 가능하도록 장착되며 복수의 이온교환막(321)이 장착되는 이온교환막 모듈(32)과, 상기 하우징(31)의 하부에 연결되어 상기 하우징(31)에 침전되는 잔류고형물이 유입되며 유입된 잔류고형물을 개량하는 개량부(33)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 하우징(31)은 일측에 유입라인이 형성되어 유입라인을 통해 내부로 상기 반응조(2)에서 중금속이 용출된 상태의 혼합물이 유입되도록 하는 것이다. 상기 하우징(31)은 밀폐된 구성이며 도면에 도시된 바는 없으나 이온교환막 모듈(32)의 수에 대응하는 장착홀이 형성되어 장착홀을 통해 이온교환막 모듈(32)이 장착되도록 하는 것이며, 내부에서 여과가 이루어진 처리수는 이하에서 설명하는 바와 같이 이온교환막 모듈(32)를 통해서만 외부로 배출되도록 하는 것이다. 여기서 하우징(31)의 장착홀을 통해 이온교환막 모듈(32)의 탈착은 다양한 공지의 구조에 의해 구현이 가능하므로 그 상세 설명은 생략한다.

상기와 같이 이온교환막 모듈(32)에서 배출되는 처리수는 상기 반응조(2)에서 고액비 조정시에 재이용이 되도록 할 수 있다.

상기 이온교환막 모듈(32)은 도 2 및 도 3에서 보는 바와 같이 복수의 이온교환막(321)과, 상면이 개구되고 내부에 복수의 이온교환막(321)이 장착되는 장착부(322-1)와 상기 장착부(322-1) 상부에서 각 이온교환막(321)의 중공과 연통하여 각 이온교환막(321)의 중공으로부터 배출되는 처리수가 포집되는 포집부(322-2)를 형성하는 프레임(322)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 이온교환막(321)은 도 2에서 보는 바와 같이 원통형상으로 몸체(321-1)와 중공(321-2)으로 구성되며 그 재질은 유체중에 양이온의 투과만을 저지토록 하는 특성을 가진 것으로 이러한 재질은 공지의 재질로서 그 설명은 생략한다. 상기 이온교환막(321)의 측면을 통해 유체가 유입되되, 이온교환막(321)의 재질에 의해 용출된 중금속이온은 걸러지게 되는 것이며, 당연히 잔류고형물의 경우도 걸러지게 되는 것이다. 이렇게 중금속이온과 잔류고형물이 걸러진 처리수는 중공(321-2)을 통해 상향 유동하여 외부로 배출되도록 하는 것이다.

이러한 과정에서 이온교환막(321)의 외주연에는 잔류고형물이 침적될 수 있는데 이러한 침적이물질을 제거하기 위해 상기 이온교환막 모듈(32)에 있어 이온교환막(321)에 세척수를 분사하는 분사수단(34)이 구성되도록 하여 이온교환막(321)의 외주연의 세척이 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.

상기 분사수단(34)은 도면에서 하우징(31)의 내부에서 상기 이온교환막 모듈(32)의 상단부에 분사가 이루어지도록 하는 것이 바람직하다. 상기 분사수단(34)의 구조는 다양한 공지의 구조에 의해 구현이 가능하므로 그 상세 설명은 생략한다.

상기 프레임(322)은 장착부(322-1)와 포집부(322-2)로 구성되는 바, 장착부(322-1)는 상면이 개구되고 내부에 복수의 이온교환막(321)이 장착되는 구성이다. 상기 장착부(322-1)의 경우 상면의 개구는 물론 타면의 경우도 메쉬 등에 의해 유체의 유동이 원활하도록 구성될 수 있으나 이온교환막(321)의 하단과 접하는 면은 폐면으로 구성하여 유체가 여과없이 이온교환막(321) 하단으로 유입되는 것은 제어토록 하여야 한다.

상기 포집부(322-2)는 상기 장착부(322-1)와 격벽(322-3)에 의해 구획되며 상기 장착부(322-1) 상부에서 각 이온교환막(321)의 중공과 연통하여 각 이온교환막(321)의 중공으로부터 배출되는 처리수가 포집되는 구성으로서 상기 포집부(322-2)에는 배출라인(35)이 형성되어 포집부(322-2)에 포집된 처리수가 외부로 배출되도록 하는 것이다. 이온교환막(321)의 중공은 격벽(322-3)의 관통공(322-31)과 대향함으로써 상기 포집부(322-2)와 연통하도록 하는 것이다.

바람직하게 각 이온교환막(321)은 상기 프레임(322)에서 회전가능 하도록 장착됨이 타당하다. 이는 장착부(322-1)에서 각 이온교환막(321)의 노출부분을 계속적으로 교체해줌으로써 폐색을 방지토록 하기 위한 것이며, 상기 분사수단(34)에 의한 세척시도 이온교환막(321)의 전체 외주연의 세척이 가능하도록 하기 위한 것이다. 이를 위해 상기 이온교환막(321)이 전기적인가에 의한 구동수단을 통해 회전이 이루어지도록 할 수도 있으나 본 발명에서는 에너지 공급없이 회전이 가능하도록 하는 구조를 제시한다.

본 실시예에서는 도 3에서 보는 바와 같이 각 이온교환막(321)은 격벽(322-3)의 체결테두리(322-32) 및 상기 격벽(322-3)과 대향하는 장착부(322-1)의 측벽에 형성된 체결테두리(322-11)에 각 이온교환막(321)의 양단이 체결되도록 하여 각 이온교환막(321)이 회전이 가능하도록 하는 것이다.

이에 더하여 도 4에서 보는 바와 같이 상기 이온교환막(321)의 외주연에는 일방향으로 경사구배를 형성하는 돌출단(321-3)이 형성되어 유체압에 의해 회전연동이 가능하도록 하는데 특히 상기 분사수단(34)에 의해 분사된 세척수가 상기 돌출단(321-3)을 타격함으로써 이온교환막(321)이 회전연동이 가능하도록 하는 것이다. 즉 이러한 연동에 의해 세척이 이온교환막(321) 외주연에서 균등하게 이루어지도록 하는 것이다.

이렇게 하우징(31) 내부에서 여과 및 침전된 잔류고형물 등은 하우징(31) 하부에 구성된 개량부(33)로 유입되어 성상이 개량되는 것이다. 여기서 개량이라함은 정화처리를 거친 잔류고형물 등이 운반이 가능할 정도로 고화시키는 것과 최소한도의 중금속 유출상태 등 최소한의 강도와 환경안정성을 갖도록 하는 정도의 성상으로 개량하는 것을 정의한다.

상기 개량부(33)는 도 1에서 보는 바와 같이 원통형으로 일측에 첨가제투입구(331-1) 및 상기 하우징(31) 하면에 연결되는 유입관(331-2)과 타측에 개량산물 배출구(331-3)가 구성되는 제 2하우징(331)과, 상기 제 2하우징(331)에서 회전연동하는 스크류(332)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 첨가제투입구(331-1)에 의해 투입되는 첨가제는 다양한 공지의 재질이 사용될 수 있는데 예로 이산화규소(SiO₂) 또는 삼산화알루미늄(Al₂O₃) 함량이 높은 성분으로 고로슬래그분말, 칼슘설포알루미네이트, 산화마그네슘 등을 주재로 하여 유입된 잔류고형물 등을 고형화시키기 위한 것이다.

한편 도 5에서는 상기 유입관(331-2)의 내부에는 하방향으로만 힌지연동을 하는 개폐구(333)가 하나 이상 구성되도록 하여 스크류(332)의 회전연동에 의한 탈수과정에서 잔류고형물이 역류되는 것을 제어토록 하는 실시예를 제시하고 있다. 상기 개폐구(333)는 도면에서 보는 바와 같이 하면에 제어테두리가 형성되는 장착링(333-1)과 상기 제어테두리에 힌지결합(333-2)에 의해 체결되는 개폐판(333-3)으로 구성되어 상기 개폐판(333-3)이 하방향으로만 힌지연동이 가능하도록 하여 역류를 제어토록 하는 것이다.

더욱 바람직하게는 상기 힌지결합(333-2)은 도면에 도시된 바는 없으나 스프링의 장착에 의해 닫힘복원력이 발생되도록 하여 외력이 없을 시에는 닫힌상태에서 상방향에서 하방향으로 잔류고형물이 유동시에는 열린상태가 유지되도록 하는 것이 타당하다.

한편 본 발명의 방법에서는 도 9에서 보는 바와 같이 심해저 채광 잔재물을 물과 혼합하면서 고액비를 조정하는 단계(S10); 고액비가 조정된 혼합물에 황산알루미늄을 첨가하여 중금속을 용출시키는 단계(S20); 용출된 중금속을 여과하는 단계(S30);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

우선 심해저 채광 잔재물을 물과 혼합하면서 고액비를 조정하는 단계(S10) 및 고액비가 조정된 혼합물에 황산알루미늄을 첨가하여 중금속을 용출시키는 단계(S20)는 상기 반응조(2)에서 수행되어 지는 것이다.

그 다음으로 용출된 중금속을 여과하는 단계(S30)를 갖는데 본 단계(S30)에 있어 여과는 상기에서 언급한 이온교환막 모듈(32)에 의해 수행되어 지는 것이다. 이온교환막 모듈(32)에 의한 여과기작은 상기에서 언급한 바이므로 그 설명은 생략한다.

그 다음으로 잔류고형물을 개량하는 단계(S40)를 갖는다. 본 단계(S40)는 상기 개량부(33)에 의해 수행되어지는 것으로 그 작동기작의 경우도 상기에서 언급한 바이므로 그 상세 설명은 생략한다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정해져야만 할 것이다.

2 : 반응조 3 : 여과처리장치
31 : 하우징 32 : 이온교환막 모듈
33 : 개량부 34 : 분사수단
321 : 이온교환막 332 : 프레임
321-1 : 몸체 321-2 : 중공
322-1 : 장착부 322-2 : 포집부

Claims

심해저 채광 잔재물과 물이 혼합되어 고액비가 조정되며, 고액비가 조정된 혼합물에 황산알루미늄이 첨가되어 심해저 채광 잔재물로부터 중금속이 용출되도록 하는 반응조;를 포함하며,
상기 반응조로부터 중금속이 용출된 상태의 혼합물이 유입되어 중공의 이온교환막에 의해 중금속이 여과되며 처리수가 중공을 통해 외부로 배출되도록 하고 잔류고형물이 침전되도록 하는 여과처리장치;를 포함하고,
상기 여과처리장치는, 내부에 공간이 형성되는 하우징과, 하우징에 탈착 가능하도록 장착되며 복수의 이온교환막이 장착되는 이온교환막 모듈과, 상기 하우징의 하부에 연결되어 상기 하우징에 침전되는 잔류고형물이 유입되며 유입된 잔류고형물을 개량하는 개량부를 포함하고,
상기 이온교환막 모듈은,
복수의 이온교환막과, 상면이 개구되고 내부에 복수의 이온교환막이 장착되는 장착부와 상기 장착부 상부에서 각 이온교환막의 중공과 연통하여 각 이온교환막의 중공으로부터 배출되는 처리수가 포집되는 포집부를 형성하는 프레임을 포함하는 것을 특징으로 하는 심해저 채광 잔재물 정화처리 시스템.
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제 1항에 있어서,
상기 이온교환막 모듈에 있어 이온교환막에 세척수를 분사하는 분사수단이 구성되며, 상기 이온교환막은 상기 장착부에서 회전가능 하도록 장착되는 것을 특징으로 하는 심해저 채광 잔재물 정화처리 시스템.
제 5항에 있어서,
상기 이온교환막의 외주연에는 일방향으로 경사구배를 형성하는 돌출단이 형성되어 유체압에 의해 회전연동을 하는 것을 특징으로 하는 심해저 채광 잔재물 정화처리 시스템.
제 1항에 있어서,
상기 개량부는 원통형으로 일측에 첨가제투입구 및 상기 하우징 하면에 연결되는 유입관과 타측에 개량산물 배출구가 구성되는 제 2하우징과, 상기 제 2하우징에서 회전연동하는 스크류를 포함하는 것을 특징으로 하는 심해저 채광 잔재물 정화처리 시스템.
제 7항에 있어서,
상기 유입관의 내부에는 하방향으로만 힌지연동을 하는 개폐구가 하나 이상 구성됨을 특징으로 하는 심해저 채광 잔재물 정화처리 시스템.
심해저 채광 잔재물을 물과 혼합하면서 고액비를 조정하는 단계(S10);
고액비가 조정된 혼합물에 황산알루미늄을 첨가하여 중금속을 용출시키는 단계(S20); 및
용출된 중금속을 여과하는 단계(S30);를 포함하되,
상기 용출된 중금속을 여과하는 단계(S30)에서는,
상기 청구항 제1항, 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항의 여과처리장치를 이용하여 여과 처리를 수행하는 것을 특징으로 하는 심해저 채광 잔재물 정화처리 방법.
제 9항에 있어서,
잔류고형물을 개량하는 단계(S40)를 포함하는 것을 특징으로 하는 심해저 채광 잔재물 정화처리 방법.
제 9항에 있어서,
상기 S30단계에서는, 중공의 이온교환막을 이용하여 용출된 중금속을 여과하고, 처리수는 중공을 통해 외부로 배출토록 하는 것을 특징으로 하는 심해저 채광 잔재물 정화처리 방법.