KR102230845B1 - 정수슬러지 기반의 광산배수 내 불소이온 제거용 비드형 흡착제 제조 방법 및 이를 통해 제조된 비드형 흡착제 - Google Patents

정수슬러지 기반의 광산배수 내 불소이온 제거용 비드형 흡착제 제조 방법 및 이를 통해 제조된 비드형 흡착제 Download PDF

Info

Publication number
KR102230845B1
KR102230845B1 KR1020190175238A KR20190175238A KR102230845B1 KR 102230845 B1 KR102230845 B1 KR 102230845B1 KR 1020190175238 A KR1020190175238 A KR 1020190175238A KR 20190175238 A KR20190175238 A KR 20190175238A KR 102230845 B1 KR102230845 B1 KR 102230845B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
adsorbent
sludge
purified
present
water
Prior art date
Application number
KR1020190175238A
Other languages
English (en)
Inventor
지원현
조상현
권오훈
이준학
이호용
이증용
김민길
이동하
김영호
이동희
배나리
Original Assignee
한국광해관리공단
주식회사 태성공영
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국광해관리공단, 주식회사 태성공영 filed Critical 한국광해관리공단
Priority to KR1020190175238A priority Critical patent/KR102230845B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102230845B1 publication Critical patent/KR102230845B1/ko

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/30Processes for preparing, regenerating, or reactivating
    • B01J20/3028Granulating, agglomerating or aggregating
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/02Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
    • B01J20/06Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising oxides or hydroxides of metals not provided for in group B01J20/04
    • B01J20/08Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising oxides or hydroxides of metals not provided for in group B01J20/04 comprising aluminium oxide or hydroxide; comprising bauxite
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/30Processes for preparing, regenerating, or reactivating
    • B01J20/3014Kneading
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/30Processes for preparing, regenerating, or reactivating
    • B01J20/3042Use of binding agents; addition of materials ameliorating the mechanical properties of the produced sorbent
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/30Processes for preparing, regenerating, or reactivating
    • B01J20/3078Thermal treatment, e.g. calcining or pyrolizing
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/58Treatment of water, waste water, or sewage by removing specified dissolved compounds
    • C02F1/583Treatment of water, waste water, or sewage by removing specified dissolved compounds by removing fluoride or fluorine compounds

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Water Treatment By Sorption (AREA)
  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)

Abstract

본 발명은 알루미늄계 응집제에 의한 정수처리과정에서 발생하는 부산물인 정수슬러지를 이용한 흡착제의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에서는 정수슬러지와 무기계 바인더를 혼합하여 구형, 비드 형태의 흡착제를 성형한다. 특히 흡착제를 건조 후 하소함으로써, 흡착제 내 유기물이 탄화되어 흡착제의 비표면적이 비약적으로 증대하고, 조직이 결정화되며, 유기물에 의한 악취발생을 미연에 방지할 수 있다.

Description

정수슬러지 기반의 광산배수 내 불소이온 제거용 비드형 흡착제 제조 방법 및 이를 통해 제조된 비드형 흡착제{MANUFACTURING METHOD OF BEAD TYPE ABSORBENT FOR ELEMINATING FLUORIINE IN MINE DRAINAGE FROM WATER TREATMENT SLUDGE AND BEAD TYPE ABSORBENT MADE BY THE SAME}
본 발명은 환경 오염 저감기술에 관한 것으로서, 특히 광산배수와 같은 오폐수로부터 불소를 제거하기 위한 흡착제 제조방법에 관한 것이다.
광산배수(mine drainage)는 황화광물을 포함하는 암석이 공기 및 물과 접촉하여 산화·분해되면서 발생한다. 예컨대, 갱내수, 노천채굴적의 유출수, 선광폐수, 폐석장이나 광물찌꺼기 적치장을 거쳐서 배출된 침출수 등이 광산배수에 해당한다. 광산배수는 황화광물의 산화에 의하여 강한 산성을 띠며, 철, 알루미늄, 망간 등의 금속이 높은 농도로 포함되어 있다는 특징이 있다.
광산배수에는 철, 알루미늄, 망간과 같은 중금속의 농도가 상대적으로 높지만, 지층의 구성성분에 따라 불소가 포함되기도 한다. 형석(CaF2), 빙정석(Na3AlF6), 플루오린화 인회석(CaF2·3Ca3(PO4)2)과 같은 불소 포함 광물에는 약 250~750ppm 범위로 불소가 포함되어 있다. 위와 같은 광물이 존재하는 광산의 가행 기간에는 채광 및 선광 과정에서 불소함유 광산배수가 배출된다. 또한 폐광 이후에는 광산의 채굴적으로부터 배출된 광산배수 또는 광미적치장의 침출수에 불소가 포함되어 있다.
물 환경보전법상 불소는 배출 허용 기준은 청정지역 3mg/L 이하로 규정되어 있다. 이에 광산배수가 주변 수계로 최종 방류되기 전에 불소를 제거하는 공정이 요청된다.
물속에 존재하는 불소를 제거하기 위한 방법으로는 응집침전법이 가장 널리 사용되어 왔다. 하지만 이 방법은 불소를 저농도로 낮추기 불가능하거나 과대한 양의 응집제를 사용해야 한다는 단점이 있다. 응집침전법 외에도 막여과법, 전기응집부상법, 전기화학처리법, 유동상 침전법, 이온 교환법, Donnan 투석법, 전기투석법 및 흡착 등 다양한 방법이 사용되고 있다.
이러한 방법들 중 흡착제를 이용하여 불소 이온을 흡착제거하는 방법이 에너지 투입이 적어 경제적이고, 환경친화적일 뿐만 아니라, 유지관리가 쉽다는 장점이 있다.
그러나 기존의 불소 흡착제는 대부분 분말형으로 제조되어 폐수의 투과성이 저하된다는 문제점이 있다. 투과성이 저하되면 폐수를 별도의 펌프를 이용하여 고압으로 압력 주입을 해야 하므로 공정을 구현하는데 어려움이 있다. 또한 분말형의 경우 공정 과정에서 배수와 함께 유실되어 2차적 오염을 발생시키거나 회수가 곤란한 문제점이 있었다.
본 발명은 폐수 내 불소를 효과적으로 흡착하여제거하면서도, 배수의 투과성이 향상되어 공정 효율이 개선되는 불소 흡착제를 제조하는 방법 및 이를 이용하여 제조된 비드형 불소 흡착제를 제공하는데 그 목적이 있다.
한편, 본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 정수슬러지를 이용한 흡착제 제조방법은, (a)정수장 수처리의 부산물로 발생하며 알루미늄계 응집제와 유기물을 포함하는 정수슬러지와, 무기계 바인더를 상호 혼합하는 단계; (b)정수슬러지와 무기계 바인더가 혼합된 혼합물을 분쇄기를 이용하여 압축, 전단 및 마찰력을 인가하여 상기 혼합물 내 재료들을 균질하게 혼합하여 반죽물로 형성하는 단계; (c)상기 반죽물을 입상 비드 형태의 흡착제로 성형하는 단계; (d)상기 흡착제를 건조하는 단계; (e)하소 공정을 통해 건조된 상기 흡착제 내 유기물을 탄화시켜 상기 흡착제의 비표면적을 상승시키고 상기 흡착제를 결정화하는 단계;를 포함하는 것에 특징이 있다.
본 발명에 따르면, 상기 흡작제는 상기 정수슬러지 50~95 중량부와, 무기계 바인더 5~45중량부로 배합할 수 있다.
그리고 상기 비드형 흡착제는 지름 4~6mm의 범위의 구형으로 형성되는 것이 바람직하다.
특히, 본 발명의 일 예에서 상기 흡착제를 건조하는 단계 후 상기 흡착제의 함수율은 5~20%인 것이 바람직하다.
또한, 상기 흡착제에 하소하는 단계에서 400~440℃ 범위로 가열하며, 산소가 배제된 질소분위기 또는 진공상태에서 수행하는 것이 바람직하다.
본 발명에서는 정수슬러지를 이용한 음이온성 오염물질 제거용 흡착제를 제공한다.
본 발명에 따른 흡착제는 4~6mm의 입경을 가지는 비드 형태로 제조되어 투수율이 매우 높으므로 카트리지나 캐니스터에 담아 오염배수를 용이하게 통과시킬 수 있어 공정 운용에 유리하다는 이점이 있다.
무엇보다도 비드 형태의 흡착제이지만 비표면적이 100m2/g으로 높아 오염수 내 불소 이온의 흡착율이 매우 우수하다는 이점이 있다.
본 발명에서는 하소 공정을 도입하여 정수슬러지 내 유기물을 탄화시킴으로써, 흡착제의 비표면적을 비약적으로 증가시키고, 흡착제를 결정화시켜 오염물의 흡착능을 증가시킬 뿐만 아니라, 유기물의 산화에 의한 악취를 미연에 방지할 수 있다는 이점이 있다.
한편, 여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급됨을 첨언한다.
도 1은 본 발명의 일 예에 따른 정수슬러지를 이용한 흡착제 제조방법의 개략적 흐름도이다.
도 2는 본 발명에 따라 제조된 흡착제의 실제 사진이다.
도 3은 본 발명에 따른 흡착제 제조방법에서 하소공정(탄화공정)의 효과를 알아보기 위한 실험의 결과를 나타낸 표이다.
도 4는 탄화 공정에 따른 흡착제의 결정화를 분석한 결과값이다.
※ 첨부된 도면은 본 발명의 기술사상에 대한 이해를 위하여 참조로서 예시된 것임을 밝히며, 그것에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지는 아니한다.
본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다.
본 발명은 정수슬러지를 이용하여 수처리용 흡착제를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명에서는 정수슬러지를 이용한 흡착제를 이용하여 주로 광산배수 내 불소를 제거하는데 사용한다. 다만 본 발명이 광산배수를 수처리하는데 국한된 것은 아니며, 다양한 오폐수 처리에 적용될 수 있다. 또한 불소만을 제거하고자 하는 것은 아니며, 오염수 내에 포함된 다양한 음이온성 물질에 대해서도 적용할 수 있다.
정수슬러지를 이용한 흡착제는 기존에도 이미 개발되었지만, 몇 가지 문제점이 있었다.
먼저 비표면적의 문제이다. 흡착제는 기본적으로 비표면적이 넓어야 오염원과의 접촉 면적이 증대하기 때문에 오염원 제거에 효과적이다. 종래에는 비표면적을 넓히기 위하여 흡착제를 잘게 분쇄하여 1mm 이하, 더 작게는 마이크로 미터 사이즈로 조성하였다. 그러나 분말형 흡착제는 비표면적의 증대라는 이점이 있지만 사용상에서 문제가 있다. 일반적으로 흡착제는 카트리지에 담고, 오염수가 카트리지를 통과하면서 오염원이 제거되는 형태로 사용하게 된다. 흡착제가 분말로 되었기 때문에 카트리지도 흡착제가 유출되지 못하도록 물 입자만 통과할 수 있는 투과성을 가져야 한다. 이에 따라 오염수의 투과성이 떨어지게 되며 공정이 원활하지 않는다. 이에 오염수를 펌프를 이용해 가압해서 카트리지에 주입해야 하는 문제가 있다. 더불어 분말형 흡착제가 카트리지의 기공을 막아서 폐색되거나, 흡착제가 외부로 유출되어 2차적 오염이 발생되기도 한다.
그렇다고 입상의 비드 형태로 제작하게 되면 비표면적이 작아져서 오염원 흡착능이 저하되며, 흡착제의 물리적 강도가 떨어지면 오염수 내에서 쉽게 풀어져 버려 2차적 오염이 발새되기도 하였다.
본 발명에서는 흡착제를 비드 형태로 제조하지만, 기계적 강도가 높을 뿐만 아니라, 비표면적도 매우 커서 오염원 제거능이 우수한 흡착제 제조방법과, 이를 통해 제조된 흡착제를 제공하고자 한다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여, 본 발명의 일 예에 따른 정수슬러지를 이용한 흡착제 제조방법에 대하여 더욱 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 흡착제 제조방법의 개략적 흐름도이다.
도 1을 참고하면, 본 발명에 따른 흡착제 제조방법에서는 정수슬러지와 무기계 바인더를 혼합한다.
정수슬러지는 정수처리장의 수처리 과정에서 발생한 부산물이다. 특히 본 발명에서는 알루미늄계 응집제를 사용하여 정수처리한 과정에서 발생하는 부산물을 사용한다. 정수슬러지에는 유기물이 포함되어 있다. 정수슬러지를 구성하는 물질의 화학적 성상은 매우 다양하지만, 본 발명에서는 사용하는 슬러지에는 알루미늄계 응집제와 유기물을 포함한다.
본 발명에서 사용하는 정수슬러지는 알루미늄(Al) 성분이 대략 35wt%, 철(Fe) 성분이 대략 20wt% 수준으로 함유되어 있다. 알루미늄(Al) 성분은 물론 철 (Fe) 성분 역시 수중의 음이온과의 반응성이 매우 큰 특성을 갖는 바, 흡착제로 기능할 수 있다.
그리고 정수슬러지는 함수율이 매우 높기 때문에 우선 건조시켜 함수율을 대략 50~60% 수준으로 조절한다. 가열을 통해 온도를 85~95℃로 승온하여 건조하는 것도 가능하지만, 자연 건조하는 것도 가능하다.
무기계 바인더는 슬러지를 상호 결합시켜 주는 것으로서, 예컨대 벤토나이트, 카올리나이트, 디카이트, 헬로이사이트, 몬모릴로나이트, 산성백토 등 점토계 광물을 주로 사용한다. 이외에도 다양한 무기계 바인더가 사용될 수 있다.
중요한 것은 정수슬러지와 무기계 바인더의 배합비율이다. 본 실시예에서는 정수슬러지 50~95중량%, 무기계 바인더 5~50중량%의 범위로 배합한다. 무기계 바인더가 5중량% 미만이면 최종 제조되는 흡착제의 기계적 강도가 저하되어 물 속에서 해리되어 유실되거나 카트리지를 폐색시킬 우려가 있다. 반면 50중량%를 초과하는 경우에는 정수슬러지의 양이 너무 적어져 오염원 제거능이 저하되므로 바람직하지 않다. 또한 실험 결과 무기계 바인더의 함량이 50%를 초과하면 비표면적이 50m2/g 미만으로 낮아져 바람직하지 않은 것을 확인하였다.
무기계 바인더와 정수슬러지를 혼합하여 형성한 혼합물을 분쇄기를 이용하여 2차적으로 혼합한다. 본 실시예에서 분쇄기로 롤밀 또는 롤크러셔를 사용할 수 있다. 혼합물은 롤밀에서 두 개의 롤러 사이를 통과하면서 압축력, 전단력 및 마찰력이 인가된다. 이에 입자 사이즈가 작아지며, 슬러지, 물(공정수를 일부 더 추가할 수 있음) 및 무기계 바인더가 균일하게 혼합될 수 있다. 슬러지와 무기계 바인더 및 물은 서로 비중이 다르기 때문에 회전식 교반만으로는 재료들이 완전히 섞이지 않는데, 본 예에서는 롤밀을 통해 압력을 인가함으로써 균질한 혼합물을 형성할 수 있다. 특히 롤밀의 가압력을 조절하여 점성을 원하는 수준으로 조절할 수 있다는 이점이 있다. 롤밀을 통과한 후의 산물을 설명의 편의상 '반죽물'이라 한다.
반죽물은 비드 성형기를 통해 구형의 흡착제로 성형된다. 성형기는 공지의 장치로서 다양한 형태가 있으며, 본 발명에서는 다양한 형태의 성형기를 사용할 수 있다. 성형기에선느 반죽물을 구형의 비드 형태로 성형한다. 흡착제는 대략 4~6mm의 입경으로 조절한다. 앞에서도 언급하였지만, 분말 형태의 흡착제는 다양한 문제를 발생시키는 바, 흡착제를 일정 지름 이상의 구형으로 만들어, 오염수의 투과성을 향상시키고 오염원 흡착공정도 원활하게 수행할 수 있게 한다.
흡착제를 구형으로 성형한 후에는 흡착제의 함수율을 낮추기 위한 건조과정을 수행한다. 건조 과정은 100~200℃의 온도로 흡착제를 가열하여, 최종적으로 흡착제의 함수율을 20% 이하로 낮춘다. 함수율의 범위는 중요한 의미가 있는데, 본 실시예에서는 5~20%로 조정한다. 5% 미만으로 낮추는 것은 건조 과정에서 온도를 300℃ 이상으로 높여야 하기 때문에 공정 경제상 바람직하지 않다. 반면에 함수율이 20%를 초과하면 후술할 하소 공정에서 문제가 나타난다. 즉, 하소 공정에서는 400℃ 이상의 높은 온도에서 진행되는데, 함수율이 20%를 넘는 조건에서 갑자기 고온 환경에 처하면 흡착제 내 수분이 급격하게 증발하면서 흡착제에 크랙을 발생시키기 때문이다. 크랙이 발생되면 흡착제의 기계적 강도를 낮추기 때문에 흡착제를 구형 비드 형태로 유지할 수 없다.
건조 과정 후에는 하소 공정을 수행한다. 하소 공정은 고온의 열처리를 통해 흡착제 내 유기물을 탄화시켜 제거한다. 또한 흡착제가 결정 구조를 형성하도록 한다. 본 발명에서는 산소가 배제된 상태, 예컨대 질소 분위기 또는 진공 분위기에서 400~440℃로 흡착제를 가열한다.
본 발명은 정수슬러지를 구형 비드 형태로 제조하였기 때문에 분말형태에 비하여 비표면적이 작아진다. 본 발명에서는 이를 해결하기 위하여 흡착제 내 유기물을 고온으로 탄화, 제거함으로써 비표면적을 증대시킨다. 즉 흡착제에 포함되어 있던 유기물이 탄화되면서 유기물이 차지하고 있던 부분이 기공으로 남게 되는 바, 비표면적이 비약적으로 증대된다.
또한 정수슬러지는 유기물을 함유하고 있는 바, 흡착제로부터 악취가 발생되어, 취급상에 어려움이 있다. 본 발명에서는 유기물을 사전에 탄화시켜 악취를 제거할 수 있다.
또한 고온으로 흡착제를 가열하면 비정형성을 가지는 조직구조가 일부 결정구조로 변환됨으로써 기계적 강도가 우수해지기도 한다. 알루미늄은 슬러지 내에서 알루미나(Al2O3) 형태로 존재하는데, 결정구조에 따라 알파(α-Al2O3), 베타(β-Al2O3), 감마알루미나(γ-Al2O3) 등으로 구분된다. 여기서 감마알루미나(γ-Al2O3)는 알파(α-Al2O3) 또는 베타 알루미나(βAl2O3)에 비해 상대적으로 다공성의 결정구조를 갖고 있어 알루미늄 이온과 음이온의 배위결합 특성이 우수하다.
즉, 본 발명에서는 하소 공정을 통해 3가지 효과를 부여한다. 유기물의 탄화를 통해 비표면적을 증대시키고, 악취를 제거하며, 조직 구조를 결정화한다.
위와 같은 기능의 하소공정을 위해서는 상기한 온도범위를 유지하는 것이 무척 중요하다. 위 온도 범위를 초과하게 되면 흡착제의 함수율이 20% 이하라고 하더라도 급격한 증발을 통해 흡착제에 크랙이 발생할 수 있다. 온도가 위의 범위 미만이면 하소 효과가 떨어진다. 다만 결정 구조와 관련하여 감마알루미나는 450℃ 이상에서 잘 나타나는데, 본 발명에서는 최고 440℃에서 하소를 수행하지만, 진공 상태 또는 질소 분위기에서 공정을 수행하여, 감마알루미나의 발현을 활성화할 수 있다. 즉, 온도를 상대적으로 낮게 가열하면서도, 진공 및 질소분위기에서 공정을 수행하여, 유기물의 탄화는 물론 흡착제 내 미생물이 모두 제거될 수 있다.
상기한 과정을 거쳐 제조된 흡착제를 촬영한 사진이 도 2에 도시되어 있다. 본 흡착제는 100m2/g 이상의 매우 큰 비표면적으로 형성된다. 흡착제를 분말형으로 만든 것과 비교하여 비표면적이 더 우수하게 발현된다.
상기한 바와 같이 제조된 흡착제는 카트리지나 캐니스터에 충진되며, 광산배수 및 오염수가 지나는 경로에 설치된다. 본 흡착제는 4~6mm의 구형으로 흡착제들 사이로 오염수가 쉽게 통과할 수 있기 때문에 종래의 분말형 흡착제를 이용한 경우에 펌프를 사용한다거나, 장치가 폐색되거나, 흡착제가 유실되는 등의 문제를 해결할 수 있다.
본 발명에 따라 제조된 흡착제를 실험하였다.
먼저 하소 공정을 통한 탄화 전후 흡착제의 비표면적, 기공부피 변화를 실험하였다. “Micromeritics”사의 “Tristar II 3020” 장치를 이용하여 측정했으며, 그 결과는 도 3의 표에 나타나 있다.
도 3의 표에서 확인할 수 있는 것과 같이 하소 공정을 통해 비표면적은 100.54m2/g으로 약 22.2배 증가하였고, 기공 부피도 22.6배 증가하여 탄화 효과를 확인할 수 있다.
도 4는 탄화 전 후의 흡착제의 결정 구조 변화를 XRD를 이용하여 분석한 것이다.
그림에서 확인된 것과 같이 탄화전의 흡착제(아래쪽)는 20∼60° 범위에서 넓은 피크 형태가 나타나며, 이는 결정 구조가 비정질(amorphous)임을 추정할 수 있다. 반면 열처리 후 흡착제의 피크 위치는 탄화 전과 비교 시 약간 좌측으로 이동했으며, 일부 특정 피크가 발달(43°)했고, 넓은 범위의 형태가 사라져 결정성이 향상되었음을 확인할 수 있다.
또한 탄화전 흡착제는 용액(물/광산배수) 속에서 쉽게 분해되어 사용할 수 없지만, 제조된 탄화 후의 흡착제는 용액(물/광산배수)속에서 쉽게 분해되지 않아 열처리 효과를 확인할 수 있다.
본 발명에 의해 제조된 흡착제의 불소 이온 제거 효과에 대하여 실험하였다. 실험 과정은 아래와 같다.
(1)배수 내 불소 농도 설정
갱내 유출수 내 포함된 불소 이온의 농도는 일반적으로 조사되어 보고된 바는 없지만, 충북보건환환경연구원(2008) 자료에 따르면 충북 17개 광산 유출수 내 불소 이온 농도는 최대 4ppm이었고, 그밖에 광해관리공단에서 측정한 삼보광산 유출수 내 불소 이온 농도는 5.8ppm(pH 6.19), 전주광산 갱내수 내 불소이온 농도는 16.2ppm(pH 6.62)로 나타났다. 즉 갱내 유출수는 약산성에 불소 이온 농도가 최대 20ppm을 초과하지 않는 것으로 조사되었다. 이에 본 실험에서는 불소 농도를 10ppm을 기준으로 흡착 제거 실험을 실시하였다.
(2)흡착 실험 및 실험 결과
본 발명에 따라 제조된 정수 슬러지 기반의 흡착제를 이용하여 회분식 장치(batch type)에서 실험을 실시하였으며, 실험조건은 다음과 같다.
- 고액비 (흡착제:용액=2.5g:1L), 실험온도(25℃), 교반 속도(120rpm)
- 시약: 시약급 NaF을 탈이온수에 10mg/L로 혼합
- 실험 결과: 평형 흡착능은 약 3.2mg/g-흡착제
(3)비교 실험
무기 결합제를 5중량부 미만을 첨가한 정수슬러지 흡착제의 경우 상술한 바와 같이 물에 해리되어 실험 결과를 도출할 수 없었다.
무기 결합제를 50중량부 이상 첨가한 정수슬러지 흡착제의 경우 상술한 바와 같이 물에 해리되지는 않지만, 탄화 공정 후 흡착제에 기공이 발달하지 않아(비표면적 30m2/g 미만) 최종 평형 흡착능이 2.2mg/g-흡착제 정도로 최적 조건에서 제조한 정수슬러지 흡착제의 약 70%정도인 것으로 나타났다.
Tomar and Kumar(2013) 등이 보고한 기존 문헌을 살펴보면, 알루미나 및 알루미늄 함유 흡착제(활성 알루미나 등)의 경우 흡착용량이 2∼88mg/g(초기 불소 이온 농도 5∼100ppm)이며, 개질 알루미나 흡착제의 경우 흡착용량이 7.8∼101.1mg/g(초기 불소 이온 농도 1∼1000ppm)이다. 또한 철 함유 흡착제의 경우 2.3∼64mg/g(초기 불소 이온 농도 2∼150ppm)이고, 탄소 함유 흡착제의 경우 0.16∼52mg/g(초기 불소 이온 농도 1∼200ppm)이다.
본 흡착 실험 조건과 유사한 조건에서 비교 시 불소 제거량은 기존에 개발된 흡착제가 비슷하거나 약간 높은 값을 나타내는 것으로 추정할 수 있다. 또한 용액의 농도가 염기성 조건에서 흡착량이 일반적으로 상승하는 것으로 나타났다.
따라서 상술한 기존의 흡착제와 비교할 때, 정수슬러지의 수용액 상에서 불소의 흡착량이 거의 유사하거나 약간 높지만, 제조 과정의 용이성과 입상형의 활용성을 고려할 때, 본 발명에 따른 흡착제는 충분한 장점을 갖는다고 할 수 있다.
본 발명의 보호범위가 이상에서 명시적으로 설명한 실시예의 기재와 표현에 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 자명한 변경이나 치환으로 말미암아 본 발명이 보호범위가 제한될 수도 없음을 다시 한 번 첨언한다.

Claims (7)

  1. (a)정수장 수처리의 부산물로 발생하며 알루미늄계 응집제와 유기물을 포함하는 정수슬러지와, 무기계 바인더를 상호 혼합하는 단계;
    (b)정수슬러지와 무기계 바인더가 혼합된 혼합물을 분쇄기를 이용하여 압축, 전단 및 마찰력을 인가하여 상기 혼합물 내 재료들을 균질하게 혼합하여 반죽물로 형성하는 단계;
    (c)상기 반죽물을 입상 비드 형태의 흡착제로 성형하는 단계;
    (d)상기 흡착제를 건조하는 단계;
    (e)하소 공정을 통해 건조된 상기 흡착제 내 유기물을 탄화시켜 상기 흡착제의 비표면적을 상승시키고 상기 흡착제를 결정화하는 단계;를 포함하며,
    상기 흡착제를 건조하는 단계 후 상기 흡착제의 함수율은 5~20%인 것을 특징으로 하는 정수슬러지를 이용한 흡착제 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 흡착제는 상기 정수슬러지 50~95 중량부와, 무기계 바인더 5~45중량부로 배합되는 것을 특징으로 하는 정수슬러지를 이용한 흡착제 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 비드형 흡착제는 지름 4~6mm의 범위의 구형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 정수슬러지를 이용한 흡착제 제조방법.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 흡착제에 하소하는 단계에서 400~440℃ 범위로 가열하는 것을 특징으로 하는 정수슬러지를 이용한 흡착제 제조방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 하소하는 단계는 질소분위기 또는 진공상태에서 수행하는 것을 특징으로 하는 정수슬러지를 이용한 흡착제 제조방법.
  7. 청구항 1 내지 청구항 3 및 청구항 5 내지 청구항 6 중 어느 하나의 방법에 의하여 제조된 정수슬러지를 이용한 흡착제.
KR1020190175238A 2019-12-26 2019-12-26 정수슬러지 기반의 광산배수 내 불소이온 제거용 비드형 흡착제 제조 방법 및 이를 통해 제조된 비드형 흡착제 KR102230845B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190175238A KR102230845B1 (ko) 2019-12-26 2019-12-26 정수슬러지 기반의 광산배수 내 불소이온 제거용 비드형 흡착제 제조 방법 및 이를 통해 제조된 비드형 흡착제

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190175238A KR102230845B1 (ko) 2019-12-26 2019-12-26 정수슬러지 기반의 광산배수 내 불소이온 제거용 비드형 흡착제 제조 방법 및 이를 통해 제조된 비드형 흡착제

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102230845B1 true KR102230845B1 (ko) 2021-03-23

Family

ID=75223558

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190175238A KR102230845B1 (ko) 2019-12-26 2019-12-26 정수슬러지 기반의 광산배수 내 불소이온 제거용 비드형 흡착제 제조 방법 및 이를 통해 제조된 비드형 흡착제

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102230845B1 (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102388941B1 (ko) 2021-06-11 2022-04-21 한국광해관리공단 광산배수 정화처리용 샵스조의 무인자동정화관리시스템
KR102453854B1 (ko) * 2022-01-12 2022-10-12 주식회사 태성공영 광산배수슬러지와 정수슬러지를 포함하는 흡착제 제조방법 및 이를 통해 제조된 흡착제
KR20230050605A (ko) * 2021-10-08 2023-04-17 한국지질자원연구원 광산배수처리장에서 발생하는 망간슬러지를 이용한 흡착제 제조방법 및 이를 이용한 폐수처리방법

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101534830B1 (ko) * 2014-06-30 2015-07-08 신평산업(주) 알루미늄계 부산물을 이용한 산성 또는 알칼리성과 중성 악취원 제거용 흡착제 제조 방법 및 이 방법에 의해 제조된 흡착제
KR20170057581A (ko) * 2015-11-17 2017-05-25 한국과학기술연구원 폐정수슬러지 기반 비드형 흡착여재 및 그 제조방법
KR20190023459A (ko) * 2017-08-29 2019-03-08 주식회사 이앤켐솔루션 산성광산배수를 이용한 황화합물 제거용 흡착제의 제조방법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101534830B1 (ko) * 2014-06-30 2015-07-08 신평산업(주) 알루미늄계 부산물을 이용한 산성 또는 알칼리성과 중성 악취원 제거용 흡착제 제조 방법 및 이 방법에 의해 제조된 흡착제
KR20170057581A (ko) * 2015-11-17 2017-05-25 한국과학기술연구원 폐정수슬러지 기반 비드형 흡착여재 및 그 제조방법
KR20190023459A (ko) * 2017-08-29 2019-03-08 주식회사 이앤켐솔루션 산성광산배수를 이용한 황화합물 제거용 흡착제의 제조방법

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102388941B1 (ko) 2021-06-11 2022-04-21 한국광해관리공단 광산배수 정화처리용 샵스조의 무인자동정화관리시스템
KR20230050605A (ko) * 2021-10-08 2023-04-17 한국지질자원연구원 광산배수처리장에서 발생하는 망간슬러지를 이용한 흡착제 제조방법 및 이를 이용한 폐수처리방법
KR102670393B1 (ko) 2021-10-08 2024-05-29 한국지질자원연구원 광산배수처리장에서 발생하는 망간슬러지를 이용한 흡착제 제조방법 및 이를 이용한 폐수처리방법
KR102453854B1 (ko) * 2022-01-12 2022-10-12 주식회사 태성공영 광산배수슬러지와 정수슬러지를 포함하는 흡착제 제조방법 및 이를 통해 제조된 흡착제

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102230845B1 (ko) 정수슬러지 기반의 광산배수 내 불소이온 제거용 비드형 흡착제 제조 방법 및 이를 통해 제조된 비드형 흡착제
Wen et al. Effects of modified zeolite on the removal and stabilization of heavy metals in contaminated lake sediment using BCR sequential extraction
Wang et al. Novel applications of red mud as coagulant, adsorbent and catalyst for environmentally benign processes
Papandreou et al. Copper and cadmium adsorption on pellets made from fired coal fly ash
Sdiri et al. Evaluating the adsorptive capacity of montmorillonitic and calcareous clays on the removal of several heavy metals in aqueous systems
CA2886864C (en) Modified biochar treatment media, system and method
US4935146A (en) Method for removing arsenic or selenium from an aqueous solution containing a substantial background of another contaminant
JP5482979B2 (ja) 吸着剤
Kadirova et al. Ion uptake properties of low-cost inorganic sorption materials in the CaO–Al2O3–SiO2 system prepared from phosphogypsum and kaolin
WO2008113840A1 (en) Surface treated calcium carbonate and its use in waste water treatment
Talaat et al. Evaluation of heavy metals removal using some Egyptian clays
KR101570130B1 (ko) 천연제올라이트가 포함된 혼합물을 이용한 복합 악취 흡착재 및 이의 제조방법
Guo et al. Magnesium hydroxide with higher adsorption capacity for effective removal of Co (II) from aqueous solutions
WO2007120910A1 (en) Arsenic absorbing composition and methods of use
Marszałek et al. Simultaneous adsorption of organic and inorganic micropollutants from rainwater by bentonite and bentonite‑carbon nanotubes composites
CN109071349B (zh) 用于纯化水的颗粒组合物和过滤器
JP2011240325A (ja) 排水中の重金属イオンおよびリン酸イオンの除去剤とそれを使用した重金属イオンおよびリン酸イオンの除去方法
Kadirova et al. Simultaneous removal of NH4+, H2PO4− and Ni2+ from aqueous solution by thermally activated combinations of steel converter slag and spent alumina catalyst
KR101344235B1 (ko) 알럼 슬러지를 이용한 유해성 이온 제거용 흡착제 및 이의 제조방법
Popov et al. Use of natural and modified zeolites from Bulgarian and Chilian deposits to improve adsorption of heavy metals from aqueous solutions
Grifoni et al. From waste to resource: sorption properties of biological and industrial sludge
RU2187459C2 (ru) Способ адсорбционной очистки сточных вод от нефтепродуктов и ионов металлов
Zahar et al. Treatment of acid mine drainage (AMD) using industrial by-product: sorption behavior of steel slag for metal-rich mine water
EP2664376A1 (en) An adsorbent comprising schwertmannite, a method of preparing the adsorbent and the use of the adsorbent for purifying water or gas
Lu et al. Removal of Mn (II) from Acidic Wastewater on the Red Mud–Loess Mixture: Fixed–Bed Column Tests

Legal Events

Date Code Title Description
GRNT Written decision to grant