KR102230941B1 - Method for manufacturing a porous composite for treating contaminated water using waste sludge, a porous composite manufactured therefrom - Google Patents

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심홍석
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Abstract

The present invention relates to a method for preparing a porous composite for treating contaminated water using waste sludge and a porous composite prepared thereby. The present invention provides a method for preparing a porous composite for treating contaminated water using waste sludge and a porous composite prepared thereby, which comprises: a mixture preparation step of mixing waste sludge, zerovalent iron (Fe^0), an alginate binder and an admixture so that the waste sludge, zerovalent iron and admixture are attached to the alginate binder; and an alginate-zerovalent iron-waste sludge-admixture complex preparation step of heat-treating alginic acid to form a plurality of pores and form a three-dimensional support, in which the attached waste sludge, zerovalent iron and admixture form a complex. When the complex comes into contact with polluted water containing pollutants, the pollutants receive electrons from zerovalent iron and are reduced and decomposed, and adsorbed to the pores of the complex to remove the pollutants, thereby providing polluted water permeability and pollutant reactivity.

Description

폐 슬러지를 이용한 오염수처리용 다공성 복합체의 제조방법, 이로부터 제조되는 다공성 복합체{Method for manufacturing a porous composite for treating contaminated water using waste sludge, a porous composite manufactured therefrom}[Method for manufacturing a porous composite for treating contaminated water using waste sludge, a porous composite manufactured therefrom}

본 발명은 폐 슬러지를 이용한 오염수처리용 다공성 복합체의 제조방법, 이로부터 제조되는 다공성 복합체에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a porous composite for treating contaminated water using waste sludge, and to a porous composite manufactured therefrom.

산업이 다양화, 고도화 및 대형화됨에 따라 각 분야에서 새로운 형태의 오염원이 생겨나고 있으며, 배출량이 적고 오염도가 낮았던 산업분야에서도 심각한 상태로 확산되어 가고 있다.As industries become diversified, advanced, and large-sized, new types of pollutants are emerging in each field, and they are spreading to a serious state even in industrial fields with low emissions and low pollution levels.

그중 산업폐수, 오염 지하수 및 광산 산성배수와 같은 오염수는 생활하수에 비해 배출량이 상대적으로 적고 처리효율도 높지만 오염농도가 높고 오염부하량의 절대량도 많기 때문에 철저한 관리가 필요하다.Among them, contaminated water such as industrial wastewater, contaminated groundwater, and acidic drainage from mines has relatively low emissions and high treatment efficiency compared to domestic sewage, but requires thorough management because it has a high pollution concentration and a large amount of pollution load.

오염수에 함유된 물질은 염화 유기화합물, 농약류, 시안화합물류, 질산염류, 유류, 영양염류, 병원성미생물, 부유물질, 색도, 중금속, 산 및 알칼리 세제류 등으로 고농도를 갖는다.The substances contained in contaminated water are chlorinated organic compounds, pesticides, cyanide compounds, nitrates, oils, nutrients, pathogenic microorganisms, suspended substances, color, heavy metals, acid and alkali detergents, etc., and have a high concentration.

특히 매립지 침출수, 오염 지하수 및 광산 산성배수하수 등에서 중금속 또는 중금속 유효성분의 배출이 급격히 증가되고 있는데, 중금속은 토양을 통해 지하수에 침투할 경우 인간에게 치명적인 영향을 미칠 수 있다.In particular, the discharge of heavy metals or heavy metal active ingredients from landfill leachate, contaminated groundwater, and mine acid drainage and sewage, etc., is rapidly increasing, and heavy metals can have a fatal effect on humans if they penetrate the groundwater through the soil.

현재 각종 오염수에 함유된 중금속이나 염화 유기화합물과 같은 오염물질은 다양한 기술을 이용하여 용액상이나 고체상으로 처리하고 있는데, 가장 많이 사용되고 있는 공정으로는 증발법, 화학적 침전법, 전기분해 회수법, 막 분리법, 용매추출법 및 이온교환 수지법 등이 있다.Currently, contaminants such as heavy metals and chlorinated organic compounds contained in various contaminated water are treated in a solution or solid phase using various technologies. The most commonly used processes include evaporation, chemical precipitation, electrolysis and recovery, and membranes. There are separation methods, solvent extraction methods, and ion exchange resin methods.

이 중 화학적 침전법은 가장 일반적으로 사용되는 공정으로, 오염수 중 중금속이 함유된 경우 용해 상태나 부유 상태 중금속의 물리적 상태를 바꾸거나 침전을 시키기 위해 화학약품을 첨가하는 방법이다.Among them, chemical precipitation is the most commonly used process. When heavy metals are contained in contaminated water, chemicals are added to change the physical state of dissolved or suspended heavy metals, or to precipitate.

하지만 화학적 침전법은 중금속의 종류와 농도, 총 용존 고형물의 농도, 오염수의 pH 및 오염수의 성상에 많은 영향을 받고, 흡착제로 사용되고 있는 화학물질에 의한 2차 오염이 발생되는 문제점이 있다.However, the chemical precipitation method is greatly affected by the type and concentration of heavy metals, the concentration of total dissolved solids, the pH of the contaminated water, and the properties of the contaminated water, and there is a problem in that secondary contamination by chemical substances used as adsorbents occurs.

화학적 침전법의 개선 방안으로, "산성 광산배수 슬러지 및 알긴산을 포함하는 암모니아 제거용 흡착제, 이의 제조방법, 및 이를 이용한 암모니아 제거 방법(공개번호: 10-2020-0059972)"에서는 산성 광산배수 슬러지와 알긴산을 포함하는 암모니아 제거용 흡착제를 제공하여 수질을 정화해보고자 한 바 있다. 그러나 산성 광산배수 슬러지 내에 철의 함량이 70% 이상되어야지만 사용할 수 있기 때문에, 철의 함량이 70% 미만인 산성 광산배수 슬러지는 불필요해져 오히려 폐기되고 있는 슬러지의 양이 과도하게 많아지고 있는 문제점이 있다.As a method for improving the chemical precipitation method, "Ammonia removal adsorbent including acidic mine drainage sludge and alginic acid, its manufacturing method, and ammonia removal method using the same (Publication No.: 10-2020-0059972)" describes acidic mine drainage sludge and There has been an attempt to purify the water quality by providing an adsorbent for removing ammonia containing alginic acid. However, since it can be used only if the iron content in the acid mine drainage sludge is 70% or more, the acid mine drainage sludge with an iron content of less than 70% becomes unnecessary, and there is a problem that the amount of sludge being disposed of is excessively increasing. .

따라서 오염수에 함유된 오염물질을 효율적이고 경제적으로 처리할 수 있는 기술에 대한 연구가 절실히 필요한 시점이다.Therefore, it is the time of desperate need for research on technology that can efficiently and economically treat pollutants contained in contaminated water.

국내 공개특허공보 제10-2020-0059972호, 2020.05.29.자 공개.Korean Patent Application Publication No. 10-2020-0059972, published on May 29, 2020.

본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위하여 발명된 것으로, 영가철, 알긴산 바인더, 혼화제 및 폐 슬러지를 이용한 오염수처리용 다공성 복합체의 제조방법, 이로부터 제조되는 다공성 복합체를 제공하는 것을 기술적 해결과제로 한다.The present invention was invented to solve the above problems, and it is a technical solution to provide a method for preparing a porous composite for treating contaminated water using zero-valent iron, an alginic acid binder, an admixture, and waste sludge, and a porous composite prepared therefrom. .

상기의 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 유기탄소원을 포함하는 폐 슬러지, 영가철(Fe0), 알긴산 바인더 및 혼화제를 혼합하여, 상기 폐 슬러지, 영가철 및 혼화제가 상기 알긴산 바인더에 부착되도록 하는, 혼합물 제조단계; 및 상기 혼합물을 열처리하여 상기 폐 슬러지, 영가철 및 혼화제에 의해 상기 알긴산이 다수의 기공이 형성되며 3차원 지지체를 형성하되, 상기 부착된 폐 슬러지, 영가철 및 혼화제가 복합체를 형성하도록 하는, 알긴산-영가철-폐 슬러지-혼화제 복합체 제조단계;를 포함하되, 상기 복합체는 오염물질이 함유된 오염수와 접촉할 때, 상기 오염물질이 상기 영가철로부터 전자를 공여받아 환원 분해되면서 상기 복합체의 기공에 흡착되어 오염물질을 제거하여 오염수 투과성 및 오염물질 반응성을 가지며, 상기 오염수의 pH는 7.0~9.0 범위이고, 상기 복합체는 오염수와 접촉되어 상기 영가철이 산화되면서 이가철과 수산화이온으로 생성되어 pH 8.3~8.5 범위로 조절됨으로써 상기 오염물질을 상기 기공에 흡착시켜 제거되도록 하는 것을 특징으로 하는, 폐 슬러지를 이용한 오염수처리용 다공성 복합체의 제조방법을 제공한다.In order to solve the above technical problem, the present invention is a mixture of waste sludge containing an organic carbon source, zero-valent iron (Fe 0 ), an alginic acid binder, and an admixture, so that the waste sludge, zero-valent iron, and admixture are attached to the alginic acid binder. To, a mixture preparation step; And heat treatment of the mixture to form a three-dimensional support by forming a plurality of pores in the alginic acid by the waste sludge, zero-valent iron, and admixture, but allowing the attached waste sludge, zero-valent iron and admixture to form a complex, alginic acid. Including, wherein when the complex contacts contaminated water containing contaminants, the contaminant is reduced and decomposed by donating electrons from the zero-valent iron and pores of the complex. The contaminated water is adsorbed to remove contaminants to have permeability and reactivity of contaminated water, and the pH of the contaminated water is in the range of 7.0 to 9.0, and the complex is in contact with contaminated water to oxidize the zero-valent iron to form divalent iron and hydroxide ions. It provides a method for producing a porous composite for treating contaminated water using waste sludge, characterized in that the contaminants are adsorbed to the pores and removed by adjusting the pH in the range of 8.3 to 8.5.

본 발명에 있어서, 상기 혼합물 제조단계는, 상기 폐 슬러지 1중량부를 기준으로, 상기 영가철 10~60중량부, 상기 알긴산 바인더 1~80중량부 및 상기 혼화제 30~90중량부를 혼합하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the step of preparing the mixture comprises mixing 10 to 60 parts by weight of the zero-valent iron, 1 to 80 parts by weight of the alginic acid binder, and 30 to 90 parts by weight of the admixture based on 1 part by weight of the waste sludge. do.

본 발명에 있어서, 상기 알긴산 바인더는, 알긴산 철, 알긴산 칼슘 및 알긴산 나트륨 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 한다.In the present invention, the alginate binder is characterized in that at least one of iron alginate, calcium alginate, and sodium alginate.

본 발명에 있어서, 상기 혼화제는, 부석, 활성탄, 피트(peat), 카올린(kaolin) 및 벤토나이트 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 한다.In the present invention, the admixture is characterized in that at least one of pumice stone, activated carbon, peat, kaolin, and bentonite.

상기의 다른 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 상기 방법으로 제조되는 것을 특징으로 하는, 다공성 복합체를 제공한다.In order to solve the above other technical problems, the present invention provides a porous composite, characterized in that it is manufactured by the above method.

상기 과제의 해결 수단에 의한 본 발명의 폐슬러지를 이용한 오염수처리용 다공성 복합체의 제조방법에 따르면, 폐 슬러지, 영가철 및 혼화제가 알긴산 바인더에 부착되고, 열처리를 통하여 알간산에 다수의 기공이 형성되면서 3차원 지지체를 형성함으로 인해 다공성 구조를 만들어주고, 영가철이 전자 공여체로 작용함으로써 산화환원 반응을 통하여 오염물질을 제거할 수 있는 다기능성 복합물질을 제조할 수 있는 효과가 있다.According to the method of manufacturing a porous composite for treating contaminated water using waste sludge according to the solution to the above problem, waste sludge, zero-valent iron, and admixture are adhered to the alginic acid binder, and a number of pores are formed in the alganic acid through heat treatment. As a result, a porous structure is formed by forming a three-dimensional support, and since the zero-valent iron acts as an electron donor, there is an effect of manufacturing a multifunctional composite material capable of removing contaminants through an oxidation-reduction reaction.

도 1은 본 발명에 따른 오염수처리용 다공성 복합체의 제조방법을 나타낸 순서도.
도 2는 본 발명에 따른 오염수처리용 다공성 복합체의 모식도.
도 3은 본 발명에 따른 영가철과 오염물질 간의 반응을 나타낸 메커니즘.
1 is a flow chart showing a method of manufacturing a porous composite for treating contaminated water according to the present invention.
Figure 2 is a schematic diagram of a porous composite for treating contaminated water according to the present invention.
Figure 3 is a mechanism showing the reaction between the zero-valent iron and pollutants according to the present invention.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

도 1은 본 발명에 따른 오염수처리용 다공성 복합체의 제조방법을 순서도로 나타낸 것이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 다기능성을 갖는 다공성 복합체는 폐 슬러지, 영가철(Fe0), 알긴산 바인더 및 혼화제를 혼합하여, 폐 슬러지, 영가철, 알긴산 바인더 및 혼화제가 알긴산 바인더에 부착되도록 하는 혼합물 제조단계(S10), 혼합물을 열처리하여 알긴산이 다수의 기공이 형성되며 3차원 지지체를 형성하되, 부착된 폐 슬러지, 영가철 및 혼화제가 복합체를 형성하도록 하는 알긴산-영가철-폐 슬러지-혼화제 복합체 제조단계(S20)를 통하여 제조될 수 있다.1 is a flow chart showing a method of manufacturing a porous composite for treating contaminated water according to the present invention. Referring to Figure 1, the multifunctional porous composite of the present invention is a mixture of waste sludge, zero iron (Fe 0 ), alginic acid binder, and admixture, so that the waste sludge, zero iron, alginic acid binder, and admixture are attached to the alginic acid binder. The mixture manufacturing step (S10), alginic acid forming a three-dimensional support by heat treatment of the mixture to form a three-dimensional support, but attached waste sludge, zero iron and admixture to form a complex alginic acid-zero iron-waste sludge- It may be prepared through the admixture composite manufacturing step (S20).

단, 이렇게 제조되는 알긴산-영가철-폐 슬러지-혼화제 복합체는 다기능성을 가지는 바, 이러한 다기능성은 산업폐수, 오염 지하수 및 광산 산성배수와 같은 다양한 오염수에 흡착 활성을 가질 수 있기 때문에 다기능성을 갖는다 할 수 있다.However, the alginic acid-zero iron-waste sludge-admixture prepared in this way has multifunctionality.This multifunctionality is multifunctional because it can have adsorption activity to various contaminated waters such as industrial wastewater, contaminated groundwater, and acidic mine drainage. It can be said to have.

상술한 제조방법에 따르면 먼저, 혼합물 제조단계는 폐 슬러지, 영가철(Fe0), 알긴산 바인더 및 혼화제를 혼합하여, 폐 슬러지, 영가철 및 혼화제가 알긴산 바인더에 부착되도록 하는 단계이다(S10).According to the above-described manufacturing method, first, the mixture preparation step is a step of mixing waste sludge, zero-valent iron (Fe 0 ), an alginic acid binder, and an admixture so that the waste sludge, zero-valent iron, and admixture are attached to the alginic acid binder (S10).

설명에 앞서, 오염된 광산폐수나 지하수 대부분에는 인체에 유해한 염화 유기화합물과 중금속 성분이 녹아 있어 일반적인 방법으로는 제거가 어렵다. 즉 오염수에 함유된 중금속 이온이나 염화 유기화합물과 같은 오염물질을 산화, 침강 및 흡착할 수 있도록 하는 알긴산-영가철-폐 슬러지-혼화제 복합체를 제조하기 위하여, 우선 하수처리장으로부터 폐 슬러지를 수집하여 영가철, 알긴산 바인더 및 혼화제를 물리적으로 혼합하여 분말 형태의 혼합물을 제조한다.Prior to the explanation, most of the contaminated mine wastewater or groundwater contains chlorinated organic compounds and heavy metals that are harmful to the human body, so it is difficult to remove them by a general method. In other words, in order to manufacture an alginic acid-zero iron-waste sludge-admixture that enables the oxidation, sedimentation and adsorption of pollutants such as heavy metal ions or chlorinated organic compounds contained in contaminated water, waste sludge is collected from a sewage treatment plant A powdery mixture is prepared by physically mixing zero-valent iron, an alginic acid binder, and an admixture.

폐 슬러지, 영가철, 알긴산 바인더 및 혼화제를 상온에서 10분~1시간 동안 혼합하여 반죽 상태로 만드는 것이 바람직한데, 10분 이내로 혼합하면 반죽이 균일하지 못하여 최종 만들어지는 다공성 복합체가 오염물질의 흡착 활성을 최대화할 수 없게 되는 단점이 있고, 1시간을 초과하여 혼합하면 이 역시 오염물질의 흡착 활성이 저하되는 단점이 있다.It is desirable to mix waste sludge, zero-valent iron, alginic acid binder, and admixture at room temperature for 10 minutes to 1 hour to make a dough state.If the mixture is mixed within 10 minutes, the dough is not uniform, and the resulting porous composite has the adsorption activity of contaminants. There is a disadvantage in that it cannot be maximized, and if it is mixed for more than 1 hour, this also has a disadvantage that the adsorption activity of contaminants decreases.

폐 슬러지는 유기탄소원을 주요 성분으로 하는데, 하수처리장에서 폐기되고 있던 슬러지를 재활용하여 유용하게 활용해 보고자 하는 것인 바, 오염물질에 대한 흡착 활성을 도울 수 있기 때문에, 폐 슬러지를 재사용하게 되면 오염물질과의 흡착력을 높일 수 있게 하는 작용을 한다.Waste sludge is composed of organic carbon source as a major component, and it is intended to be useful by recycling the sludge that has been disposed of in a sewage treatment plant.Since it can help the adsorption activity of pollutants, reuse of waste sludge causes pollution. It acts to increase the adsorption power with substances.

폐 슬러지의 함수율은 10~90중량%인 것이 바람직하다. 폐 슬러지의 함수율이 10중량% 미만이면 슬러지가 뻑뻑하여 영가철, 알긴산 바인더 및 혼화제와의 균일한 혼합과정을 이루기 어렵다. 반면, 폐 슬러지의 함수율이 90중량%를 초과하면 수분 양이 너무 많아 악취 발생이 심할 수 있을 뿐만 아니라, 공정이 용이하지 못한 단점이 있다.The moisture content of the waste sludge is preferably 10 to 90% by weight. If the water content of the waste sludge is less than 10% by weight, the sludge is stiff and it is difficult to achieve a uniform mixing process with the zero-valent iron, the alginic acid binder, and the admixture. On the other hand, when the moisture content of the waste sludge exceeds 90% by weight, there is a disadvantage that the process is not easy, as well as the occurrence of bad odor due to too much moisture.

폐 슬러지의 밀도가 1.1g/㎤ 미만이면 추후 다공성 복합체의 형상을 구형으로 유지하여 단단하게 만들어주지 못하고, 밀도가 3.5g/㎤를 초과하면 영가철, 알긴산 바인더 및 혼화제와의 혼화력이 좋지 못하여 영가철, 알긴산 바인더 및 혼화제와 결합되지 못하기 때문에, 밀도가 1.1~3.5g/㎤ 범위인 폐 슬러지를 사용하는 것이 바람직하다.If the density of the waste sludge is less than 1.1g/cm3, the shape of the porous composite will not be maintained in a spherical shape in the future, and if the density exceeds 3.5g/cm3, the miscibility with zero iron, alginic acid binder and admixture is poor. Since it cannot be combined with zero-valent iron, alginic acid binder, and admixture, it is preferable to use waste sludge having a density in the range of 1.1 to 3.5 g/cm 3.

영가철은 철강산업 및 기타 천연에서 발생되는 산화철(FeO, Fe2O3, Fe3O4)에서 산소분자를 가지지 않는 순수한 철 분말로써, 표면의 강력한 산화력을 이용하여 중금속 이온, 염화 유기화합물과 같은 오염물질을 분해할 수 있는 작용을 한다. Zero-valent iron is a pure iron powder that does not have oxygen molecules from iron oxides (FeO, Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 ) generated in the steel industry and other natural sources, and uses the strong oxidizing power of the surface to produce heavy metal ions and chlorinated organic compounds. It acts to decompose the same contaminants.

영가철은 저비용 및 무독성 금속의 철로써, 표면적이 크고, 활성 사이트에서 유래되는 높은 효율로 인해 오염물질을 흡착하여 분해되도록 한 후 침전될 수 있도록 하는 것이다.Zero-valent iron is an iron of a low-cost and non-toxic metal, has a large surface area, and is capable of being precipitated after adsorbing and decomposing contaminants due to high efficiency derived from the active site.

보통 오염수의 pH는 7.0~9.0 범위인데, 다공성 복합체가 오염수와 접촉될 때 영가철이 산화되어 이가철과 수산화이온으로 생성되기 때문에 다공성 복합체의 pH가 8.3~8.5로 조절된다. 즉 다공성 복합체의 pH가 8.3~8.5 범위일 때에만 알칼리 조건의 오염수에 함유된 오염물질의 제거가 이루어질 수 있게 된다.Usually, the pH of the contaminated water is in the range of 7.0 to 9.0, and since the zero-valent iron is oxidized when the porous composite is in contact with the contaminated water and is produced as divalent iron and hydroxide ions, the pH of the porous composite is adjusted to 8.3-8.5. That is, only when the pH of the porous composite is in the range of 8.3 to 8.5, contaminants contained in contaminated water under alkaline conditions can be removed.

영가철이 별도로 첨가되지 않으면 필요한 양 만큼의 이가철과 수산화이온이 생성되지 않기 때문에, 다공성 복합체의 pH가 오히려 산성 범위로 낮춰져서, 오염물질의 흡착 효율을 저하시키는 요인이 된다.If zero-valent iron is not separately added, the required amount of divalent iron and hydroxide ions are not generated, so the pH of the porous composite is rather lowered to the acidic range, which is a factor that lowers the adsorption efficiency of contaminants.

영가철은 0.04~1mm 입자 크기를 가지면서, 밀도가 2~3.5g/㎤인 것이 바람직하다. 영가철은 입자 크기가 작을수록 입자 간 응집이 쉽게 일어나 분산성 및 안정성이 좋지 못해지기 때문에 직접적으로 오염수에 적용하는데에는 어려움이 있으므로, 영가철의 입자 크기는 0.04mm 이상 되어야 하는 것이 바람직하다.It is preferable that the zero-valent iron has a particle size of 0.04 to 1 mm and a density of 2 to 3.5 g/cm 3. The smaller the particle size of the zero-valent iron is, the more easily agglomeration between the particles occurs, resulting in poor dispersibility and stability. Therefore, it is difficult to directly apply it to contaminated water. Therefore, the particle size of zero-valent iron is preferably 0.04mm or more.

즉 영가철의 입자 크기가 0.04mm 미만이면 혼합물의 불규칙한 응집이 발생하기 쉬울 뿐만 아니라, 영가철의 크기가 너무 작아 알긴산 바인더에 기공을 충분히 만들어주지 못하여 오염물질이 흡착될 수 있는 공간이 부족해져 흡착 활성을 높일 수 없게 되는 단점이 있다.In other words, if the particle size of the zero-valent iron is less than 0.04mm, irregular agglomeration of the mixture is likely to occur, and the size of the zero-valent iron is too small to make enough pores in the alginic acid binder, resulting in insufficient space for contaminants to be adsorbed. There is a disadvantage that it cannot be increased.

반대로 영가철의 입자 크기가 1mm를 초과하면, 입자 크기가 너무 커서 오히려 알긴산 바인더를 절단하게 되기 때문에, 알긴산 바인더를 중심으로 폐 슬러지, 영가철 및 혼화제가 부착되지 못하게 된다.Conversely, when the particle size of the zero-valent iron exceeds 1 mm, the particle size is too large to cut the alginic acid binder, and thus waste sludge, zero-valent iron, and admixture cannot be attached around the alginic acid binder.

이에 따라 영가철의 입자 크기가 0.04~1mm 범위인 분말로 이루어질 때에만 알긴산-영가철-폐 슬러지-혼화제 복합체에 기공을 충분히 만들어주어 다공성 구조가 형성되도록 함으로써, 다공성 복합체에 흡착되는 오염물질의 양을 증가시킬 수 있게 된다.Accordingly, the amount of contaminants adsorbed to the porous composite by making pores sufficiently in the alginic acid-zero iron-waste sludge-admixture complex to form a porous structure only when the particle size of zero-valent iron is made of a powder in the range of 0.04 to 1 mm. Will be able to increase.

영가철 밀도의 경우, 2g/㎤ 미만이면 혼합물의 밀도 또한 낮아져 단단한 물성을 가지면서 구형의 다공성 복합체를 제조하지 못하게 되고, 3.5g/㎤를 초과하면 폐 슬러지, 알긴산 바인더 및 혼화제와의 결합이 용이하지 못하여 균일한 크기의 기공을 만들어주기 어려운 단점이 있다.In the case of zero-valent iron density, if the density is less than 2g/cm3, the density of the mixture is also lowered, making it impossible to manufacture a spherical porous composite with hard physical properties, and if it exceeds 3.5g/cm3, it is easy to combine with waste sludge, alginic acid binder, and admixture. There is a disadvantage that it is difficult to make pores of uniform size because it is not possible.

이러한 영가철은 폐 슬러지 1중량부 기준으로, 10중량부 미만으로 혼합되면 오염물질이 영가철로부터 공여받을 수 있는 전자가 부족하여 오염물질의 환원 분해가 용이하지 못하며, 특히 다공성 복합체를 pH 8.3 이상으로 맞추기 어려워진다. 영가철이 폐 슬러지 1중량부 기준으로 60중량부를 초과하여 혼합되면 영가철의 양이 너무 많아 알긴산 바인더에 끊김이 발생하여 추후 다공성 복합체의 오염물질 흡착 활성이 좋지 못해져 오염물질의 환원 분해에 적합하지 못하다.These zero-valent irons are based on 1 part by weight of waste sludge, and if they are mixed in less than 10 parts by weight, the reduction and decomposition of pollutants is not easy due to the lack of electrons that can be donated by the pollutants. It becomes difficult to fit. If zero-valent iron is mixed in excess of 60 parts by weight based on 1 part by weight of waste sludge, the amount of zero-valent iron is too large, causing breakage in the alginic acid binder, which results in poor adsorbing activity of pollutants in the porous composite, making it not suitable for reducing and decomposing pollutants. Can not do it.

이 때문에, 영가철이 폐 슬러지 1중량부를 기준으로 10~60중량부로 혼합되어야지만 다공성 복합체의 pH를 8.3~8.5로 조절이 가능하여 알칼리 오염수에 대한 투과성이 높아지고, 오염물질에 대한 반응성 또한 높아지게 된다.For this reason, the zero-valent iron should be mixed in an amount of 10 to 60 parts by weight based on 1 part by weight of waste sludge, but the pH of the porous composite can be adjusted to 8.3 to 8.5, so that the permeability to alkaline contaminated water is increased, and the reactivity to pollutants is also increased. .

알긴산 바인더는 독성이 낮은 천연고분자로써, 다공성 지지체 역할을 하는 다공성 스캐폴드(porous scaffold)가 되어 다공성 복합체의 오염물질 흡착을 도와주는 작용을 한다.Alginic acid binders are natural polymers with low toxicity, and become a porous scaffold that acts as a porous support, thereby helping the adsorption of contaminants in the porous composite.

이러한 알긴산 바인더는 D-만누론산과 L-글루론산이 블록공중합체 형태를 이루고 있어 스캐폴드 형성에 기인하며, L-글루론산이 양이온과 결합하여 하이드로젤을 생성할 수 있다. 바람직하게는 알긴산 바인더는 알긴산 철, 알긴산 칼슘 및 알긴산 나트륨 중 어느 하나 이상일 수 있다. 예를 들어 알긴산 나트륨은 나트륨 양이온과 결합하여 형성되는 알긴산으로, 분자들이 연속적으로 결합하여 이루어진 긴 고분자 물질인 바, 피막 형성 능력이 좋아 오염수에 함유된 오염물질과 신속한 결합을 가능하게 해준다.This alginic acid binder is due to the formation of a scaffold because D-mannuronic acid and L-gluronic acid form a block copolymer, and L-gluronic acid can combine with a cation to form a hydrogel. Preferably, the alginate binder may be at least one of iron alginate, calcium alginate, and sodium alginate. For example, sodium alginate is an alginic acid formed by bonding with sodium cations, and is a long polymeric material formed by successively bonding molecules, and has good film-forming ability, enabling rapid bonding with contaminants contained in contaminated water.

혼합과정을 통해 알긴산 바인더에 폐 슬러지, 영가철 및 혼화제가 부착되면서 상호간 결합이 이루어진다. 이때 알긴산 바인더에 부착되는 영가철에 의해, 알긴산 바인더에 부착된 폐 슬러지와 혼화제에도 기공이 형성될 수 있다.Through the mixing process, waste sludge, zero-valent iron, and admixture are attached to the alginic acid binder, thereby forming mutual bonding. At this time, pores may be formed in waste sludge and admixture attached to the alginic acid binder by the zero-valent iron attached to the alginic acid binder.

이어지는 열처리를 통해 폐 슬러지, 영가철 및 혼화제에 의한 부착으로 인해 생성되었던 공간이 기공을 이룸으로써, 알긴산-영가철-폐 슬러지-혼화제 복합체가 다공성 구조가 되도록 할 수 있다.Through the subsequent heat treatment, the space created by the adhesion of the waste sludge, the zero iron and the admixture forms pores, so that the alginic acid-zero iron-waste sludge-admixture composite can have a porous structure.

즉 혼합과정을 통해 알긴산 바인더를 중심으로 폐 슬러지, 영가철 및 혼화제가 부착되기 때문에 다공성 복합체가 3차원 구형을 유지할 수 있게 된다. 또한 추후 열처리를 통해 알긴산 바인더에 부착되어 있던 폐 슬러지, 영가철 및 혼화제에 의하여 생성되는 기공을 통하여 오염물질의 부착성 또한 높일 수 있게 된다.That is, since waste sludge, zero-valent iron, and admixture are attached around the alginic acid binder through the mixing process, the porous composite can maintain a three-dimensional sphere. In addition, it is possible to increase the adhesion of contaminants through the pores generated by the waste sludge attached to the alginic acid binder through the subsequent heat treatment, the zero-valent iron, and the admixture.

알긴산 바인더는 영가철의 밀도에 따라 그 양을 조절하여 사용할 수 있으며, 폐 슬러지 1중량부를 기준으로 1~80중량부 범위로 첨가될 수 있다. 알긴산 바인더가 1중량부 미만으로 첨가되면 폐 슬러지, 영가철 및 혼화제가 부착될 수 있는 공간이 생성되지 못하여 폐 슬러지, 영가철 및 혼화제들끼리 뭉치는 현상이 발생할 수 있다. 반면, 알긴산 바인더가 80중량부를 초과하여 첨가되면 폐 슬러지, 영가철 및 혼화제가 충분히 부착될 수 있는 공간이 만들어질 수는 있으나, 알긴산 바인더가 너무 많은 양으로 첨가되면 기공 형성이 어려워지는 단점이 있다.The alginic acid binder may be used by adjusting its amount according to the density of zero-valent iron, and may be added in the range of 1 to 80 parts by weight based on 1 part by weight of waste sludge. If the alginic acid binder is added in an amount of less than 1 part by weight, a space in which the waste sludge, the zero iron and the admixture can be attached may not be created, so that the waste sludge, the zero iron and the admixture may clump together. On the other hand, if the alginic acid binder is added in excess of 80 parts by weight, a space in which waste sludge, zero iron and admixture can be sufficiently attached may be created, but there is a disadvantage that pore formation becomes difficult if the alginic acid binder is added in an excessive amount. .

또한 알긴산 바인더는 100~500㎛의 입자 크기를 가진다. 알긴산 크기가 100㎛ 미만이면 다공성 스캐폴드 역할을 제대로 하지 못하여 영가철, 폐 슬러지 및 혼화제가 부착될 수 있는 공간이 협소해지고, 500㎛를 초과하면 알긴산 바인더가 너무 커, 이 역시 다공성 스캐폴드의 역할에 바람직하지 못하다.In addition, the alginic acid binder has a particle size of 100 ~ 500㎛. If the size of alginic acid is less than 100㎛, it does not function properly as a porous scaffold, so the space for attaching zero iron, waste sludge and admixture becomes narrow. If it exceeds 500㎛, the alginic acid binder is too large, which also acts as a porous scaffold. It is not desirable to

참고로, 오염물질 중 중금속 이온은 비중이 대부분 4.5 이상인 무거운 원소로써, 구리 이온(Cu2+), 코발트 이온(Co2+), 아연 이온(Zn2+), 카드뮴 이온(Cd2+), 납 이온(Pb2+) 및 수은 이온(Hg2+)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다. 즉 오염수 내에는 2가의 중금속 이온이 함유되어 있는데, 알긴산은 2가의 중금속 이온에 대하여 결합력이 크다. 단, 본 발명의 다공성 복합체에 의해 제거될 수 있는 중금속 이온은 +2가 뿐 아니라, +3가도 가능하다.For reference, heavy metal ions among pollutants are heavy elements with a specific gravity of 4.5 or more, and copper ions (Cu 2+ ), cobalt ions (Co 2+ ), zinc ions (Zn 2+ ), cadmium ions (Cd 2+ ), It may be one or more selected from the group consisting of lead ions (Pb 2+ ) and mercury ions (Hg 2+). That is, divalent heavy metal ions are contained in the contaminated water, and alginic acid has a high binding power to divalent heavy metal ions. However, the heavy metal ions that can be removed by the porous composite of the present invention are not only +2, but also +3.

혼화제는 부석, 활성탄, 피트(peat), 카올린(kaolin), 화산자갈과 같은 라필루스(lapillus) 및 벤토나이트 중 어느 하나 이상으로 이루어져 오염물질의 흡착 및 침전이 가능하도록 해주는 작용을 한다.The admixture is composed of any one or more of pumice, activated carbon, peat, kaolin, lapillus such as volcanic gravel, and bentonite, and acts to allow the adsorption and precipitation of contaminants.

혼화제가 폐 슬러지 1중량부를 기준으로 30중량부 미만이면 혼화제에 기공이 만들어질 수 있는 공간이 충분하지 않고 오염물질이 흡착된 다공성 복합체의 침강에 도움이 되지 못하며, 90중량부를 초과하면 혼화제의 양이 너무 많아 혼화제에 영가철이 결합되지 못하는 부분이 많이 발생하여 오히려 혼화제를 다공질 구조로 만들어주기 어려워진다.If the admixture is less than 30 parts by weight based on 1 part by weight of waste sludge, there is not enough space for pores in the admixture, and it is not helpful for the sedimentation of the porous composite adsorbed with contaminants. If it exceeds 90 parts by weight, the amount of admixture There are too many parts in which zero-valent iron cannot be bonded to the admixture, making it difficult to make the admixture into a porous structure.

여기서 혼화제와 영가철은 0.5~2mm의 입자 크기를 가지면서, 서로 입자 크기 범위가 상이한데, 특히 혼화제의 입자가 영가철의 입자보다 큰 것이 바람직하다. 다시 말해, 영가철의 입자 크기가 혼화제의 입자 크기보다 작은 것이 바람직하다. 이는 입자 크기가 상대적으로 큰 혼화제에 입자 크기가 상대적으로 작은 영가철이 부착되면서 혼화제에 기공이 많이 형성되도록 하여 다공성 구조를 만들어줄 수 있게 하기 위함이다.Here, the admixture and the zero-valent iron have a particle size of 0.5 to 2 mm, and the particle size ranges are different from each other. In particular, the particles of the admixture are preferably larger than the zero-valent iron particles. In other words, it is preferable that the particle size of the zero-valent iron is smaller than the particle size of the admixture. This is to make it possible to create a porous structure by allowing a large number of pores to be formed in the admixture as the zero-valent iron having a relatively small particle size is attached to the admixture having a relatively large particle size.

다음으로, 알긴산-영가철-폐 슬러지-혼화제 복합체 제조단계는 혼합물을 열처리하여 알긴산이 다수의 기공이 형성되며 3차원 지지체를 형성하되, 부착된 폐 슬러지, 영가철 및 혼화제가 복합체를 형성하도록 하는 단계이다(S2).Next, in the step of preparing the alginic acid-zero iron-waste sludge-admixture complex, the mixture is heat-treated to form a three-dimensional support with alginic acid forming a large number of pores, but the attached waste sludge, zero-valent iron, and the admixture form a complex. It is a step (S2).

열처리에 앞서, 혼합물을 건조하는 것이 바람직하다. 즉 건조는 추후 열처리를 위해 전처리하는 과정으로써, 열처리 시 영가철에 의해 폐 슬러지, 알긴산 바인더 및 혼화제에 형성되는 기공이 유지될 수 있도록 하는 과정이라 할 수 있다.Prior to the heat treatment, it is preferred to dry the mixture. That is, drying is a pretreatment process for later heat treatment, and it can be said that during heat treatment, pores formed in waste sludge, alginic acid binder, and admixture can be maintained by zero-valent iron.

이를 위해 상온인 15℃에서부터 80℃까지의 범위 내에서 10분~1시간 동안 혼합물에 함유된 수분의 양이 30중량% 이하가 되도록 건조함으로써, 다공성 복합체의 오염물질 흡착 활성이 증가될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.To this end, by drying so that the amount of moisture contained in the mixture is less than 30% by weight for 10 minutes to 1 hour within the range of room temperature from 15℃ to 80℃, the adsorption activity of pollutants of the porous composite can be increased. It is desirable.

혼합물을 15℃ 미만으로 건조시키면 혼합물이 얼 수 있어 시간이 흐른 후 녹음에 따라 오히려 수분 함량이 더 많아지는 단점이 있으며, 80℃를 초과하면 혼합물의 물성 변화를 초래하여 다공성 복합체의 흡착 활성이 만족되지 못하는 단점이 있다.Drying the mixture below 15°C may cause the mixture to freeze, so the moisture content will increase depending on the melting after a period of time, and if it exceeds 80°C, the properties of the mixture will change, resulting in satisfactory adsorption activity of the porous composite. There is a drawback of not being able to do so.

혼합물을 10분 이내로 건조시키게 되면 건조시간이 너무 짧아 혼합물의 수분함량이 30중량% 이하가 되기에 부족한 시간이어서 중금속 이온과 같은 오염물질의 흡착 활성을 최대화시킬 수 없게 되고, 1시간을 초과하여 건조시키는 경우 그 이하의 시간으로 건조시킨 경우와 대비하여 오염물질을 흡착하는데 있어서, 더 탁월한 효과가 도출되지 않아 공정시간만 소모하게 되는 단점이 있다.If the mixture is dried within 10 minutes, the drying time is too short and the moisture content of the mixture is not sufficient to reach 30% by weight or less, so that the adsorption activity of contaminants such as heavy metal ions cannot be maximized, and the drying time exceeds 1 hour. In the case of making it, compared to the case of drying in a shorter period of time, there is a disadvantage in that a more excellent effect is not drawn in adsorbing contaminants, and thus only the processing time is consumed.

건조에 이어서, 화학적인 열처리를 하게 되면 알긴산 바인더에 다수의 기공이 형성되면서 3차원 지지체를 형성함으로 인해 다공성 구조로 이루어지면서 구형의 알긴산-영가철-폐 슬러지-혼화제 복합체로 형성될 수 있다. 도 2의 사진을 참조하면, 알긴산 바인더, 영가철, 폐 슬러지 및 혼화제가 함께 결합된 다공성 복합체에 형성된 기공과, 이러한 기공을 통해 만들어진 다공성 구조를 확인할 수 있으며, 알긴산 바인더에 형성되는 기공을 통한 다공성 구조에 의하여 오염물질이 흡착될 수 있는 면적이 증대됨을 알 수 있다.Following drying, when chemical heat treatment is performed, a number of pores are formed in the alginic acid binder, thereby forming a three-dimensional support, thereby forming a porous structure and forming a spherical alginic acid-zero iron-waste sludge-admixture. Referring to the photo of FIG. 2, the pores formed in the porous composite in which the alginic acid binder, zero-valent iron, waste sludge, and admixture are bonded together, and the porous structure created through these pores can be confirmed. Porosity through the pores formed in the alginic acid binder It can be seen that the area in which contaminants can be adsorbed is increased by the structure.

이런 구조에 의하여 영가철이 전자 공여체로 작용하고, 오염수에 함유된 오염물질이 전자 수용체로 작용함으로써, 복합체가 오염물질이 함유된 오염수에 접촉될 때, 오염물질이 영가철로부터 전자를 공여받아 환원 분해되면서 복합체의 기공에 흡착되어 오염물질을 제거함으로써, 오염수 투과성 및 오염물질 반응성을 갖게 된다.With this structure, zero-valent iron acts as an electron donor, and pollutants contained in contaminated water act as electron acceptors, so when the complex comes into contact with contaminated water containing pollutants, the pollutants receive electrons from zero-valent iron. As it is reduced and decomposed, it is adsorbed to the pores of the complex to remove contaminants, thereby having contaminated water permeability and contaminant reactivity.

열처리는 상온인 15℃에서부터 500℃ 범위 내에서 이루어질 수 있는데, 15℃ 미만으로 열처리하면 건조된 혼합물 내의 밀도를 증가시키기 어려워 견고한 물성을 갖는 다공성 복합체를 제조하기 어려울 뿐만 아니라, 영가철이 전자 공여체로 작용하지 못해 오염물질의 흡착을 활성화시킬 수 없다. 500℃를 초과하는 온도로 열처리하면 건조된 혼합물이 과소성되어 다공성 복합체를 완전한 구형 형상으로 유지할 수 없게 된다. 이때 열처리 분위기는 공기 또는 이산화탄소 분위기 하에서 이루어질 수 있다.The heat treatment can be performed within the range of room temperature from 15℃ to 500℃. If the heat treatment is less than 15℃, it is difficult to increase the density in the dried mixture, making it difficult to manufacture a porous composite with strong physical properties, and zero-valent iron acts as an electron donor. It is not possible to activate the adsorption of pollutants. If heat treatment is performed at a temperature exceeding 500°C, the dried mixture is underfired, and the porous composite cannot be maintained in a perfect spherical shape. At this time, the heat treatment atmosphere may be formed in air or carbon dioxide atmosphere.

도 3은 본 발명에 따른 영가철과 오염물질 간의 반응을 메커니즘으로 나타낸 것이다. 도 3을 참조하면, 열처리를 통해 제조되는 다공성 복합체에 있어서, 영가철은 전자 공여체로 작용하는데, 예컨대 영가철은 하기 식 1과 같은 과정으로 산화를 일으킨다. 즉 영가철(Fe0)이 이가철(Fe2+) 또는 삼가철(Fe3+)로 산화되면서 전자를 공여할 수 있다.Figure 3 shows the reaction between the zero-valent iron and pollutants according to the present invention as a mechanism. Referring to FIG. 3, in the porous composite manufactured through heat treatment, the zero-valent iron acts as an electron donor, and, for example, the zero-valent iron is oxidized in the same manner as in Equation 1 below. That is, zero-valent iron (Fe 0 ) is oxidized to divalent iron (Fe 2+ ) or trivalent iron (Fe 3+ ), thereby donating electrons.

[식 1][Equation 1]

Fe0 + 2H2O → Fe2+ + H2 + 2OH- Fe 0 + 2H 2 O → Fe 2+ + H 2 + 2OH -

오염물질이 질산염인 경우, 하기 식 2, 식 3 및 식 4와 같은 반응이 이루어질 수 있다. 식 2와 관련하여, 오염수에 함유된 질산염이 영가철과 반응하여 질소로 환원되어 분해되는 xFe2+ + yNO3 - + zH2O → xFe3+ + y/2N2 + 2zOH- 반응이 가능하기 때문에 이루어지는 식이라 할 수 있다.When the contaminant is nitrate, reactions such as the following Equations 2, 3, and 4 may be performed. In relation to the formula (2), a nitrate, a zero-valent iron is reduced to nitrogen by reaction with decomposition xFe 2+ + yNO 3+ zH 2 O → xFe 3+ + y / 2N 2 + 2zOH contained in the polluted water - can be reacted It can be said that it is an equation that is achieved because of this.

[식 2][Equation 2]

10Fe2+ + 2NO3 - + 6H2O → 10Fe3+ + N2 + 12OH- 10Fe 2+ + 2NO 3+ 6H 2 O → 10Fe 3+ + N 2 + 12OH -

[식 3][Equation 3]

4Fe0 + NO3 - + 7H2O → 4Fe2+ + NH4 + + 10OH- 4Fe 0 + NO 3 - + 7H 2 O → 4Fe 2+ + NH 4 + + 10OH -

[식 4][Equation 4]

5Fe0 + 2NO3 - + 6H2O → 5Fe2+ + N2 + 12OH- 5Fe 0 + 2NO 3 - + 6H 2 O → 5Fe 2+ + N 2 + 12OH -

오염물질이 시안인 경우, 하기 식 5, 식 6 및 식 7과 같은 반응이 이루어질 수 있다. 단, Me는 중금속을 의미한다.When the contaminant is cyan, reactions such as the following Equations 5, 6, and 7 may be performed. However, Me means a heavy metal.

[식 5][Equation 5]

Fe2+ + 6CN- + Me2+ → Fe(CN)6 2- Fe 2+ + 6CN - + Me 2+ → Fe (CN) 6 2-

[식 6][Equation 6]

3Fe2+ + 2Fe3+ + 12CN- → Fe3[Fe(CN)6]2 3Fe 2+ + 2Fe 3+ + 12CN - → Fe 3 [Fe (CN) 6] 2

[식 7][Equation 7]

Fe2+ + 6CN- + Me2+ + 2H+ → MeH2Fe(CN)6 Fe 2+ + 6CN - + Me 2+ + 2H + → MeH 2 Fe (CN) 6

오염물질 중에서 염화 유기화합물의 일종인 염화 탄화수소는 [식 1]에서 방출되는 전자를 받아들여 환원이 이루어지며, 이는 식 8과 같다.Among pollutants, chlorinated hydrocarbons, which are a kind of chlorinated organic compounds, are reduced by accepting electrons emitted in [Equation 1], which is shown in Equation 8.

[식 8][Equation 8]

RCl + H+ + 2e- → RH + ClRCl + H + + 2 e- → RH + Cl

식 1과 식 8의 전체 반응은 식 9와 같다.The overall reaction of Equations 1 and 8 is the same as Equation 9.

[식 9][Equation 9]

RCl + Fe0 + H+ → RH + Fe2+ + Cl- RCl + Fe 0 + H + → RH + Fe 2+ + Cl -

오염물질이 중금속인 경우에는 식 10, 식 11, 식 12, 식 13, 식 14 및 식 15와 같은 반응이 이루어진다.When the pollutant is a heavy metal, reactions such as Equations 10, 11, 12, 13, 14, and 15 are performed.

[식 10][Equation 10]

Fe0 + 2H2O → Fe2+ + H2 + 2OH- + 2e- Fe 0 + 2H 2 O → Fe 2+ + H 2 + 2OH - + 2e -

[식 11][Equation 11]

4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O → 4Fe(OH)3 4Fe(OH) 2 + O 2 + 2H 2 O → 4Fe(OH) 3

[식 12][Equation 12]

Fe0 + H2O + (O2) → H2 + (FeO,Fe3O4,FeOOH)Fe 0 + H 2 O + (O 2 ) → H 2 + (FeO,Fe 3 O 4 ,FeOOH)

[식 13][Equation 13]

2Fe0 + 3Pb2+ + 4H2O → 2Fe(OH)2 + 3Pb0 + 2H+ 2Fe 0 + 3Pb 2+ + 4H 2 O → 2Fe(OH) 2 + 3Pb 0 + 2H +

[식 14][Equation 14]

2Fe0 + 3Ni2+ + 4H2O → 2Fe(OH)2 + 3Ni0 + 2H+ 2Fe 0 + 3Ni 2+ + 4H 2 O → 2Fe(OH) 2 + 3Ni 0 + 2H +

[식 15][Equation 15]

Zn2+ + FeOOH → [Zn2+≡FeOOH] (침전물)Zn 2+ + FeOOH → [Zn 2+ ≡FeOOH] (sediment)

또는 식 16과 같은 반응도 가능하다.Alternatively, a reaction such as Equation 16 is also possible.

[식 16][Equation 16]

Zn2+ + 2OH- → Zn(OH)2 Zn 2+ + 2OH - → Zn ( OH) 2

식 1 내지 식 16을 참조하여, 오염수의 pH는 보통 7.0~9.0 범위여서 pH 8.3~8.5의 알칼리 조건에서 오염물질의 제거가 이루어질 수 있다. 즉 영가철이 산화되어 이가철(Fe2+)과 2OH-가 생성되면서 pH가 증가하기 때문에, 다공성 복합체의 pH를 8.3~8.5로 조절할 수 있게 된다.Referring to Equations 1 to 16, the pH of the contaminated water is usually in the range of 7.0 to 9.0, so that contaminants can be removed under alkaline conditions of pH 8.3 to 8.5. That is, since zero-valent iron is oxidized to produce divalent iron (Fe 2+ ) and 2OH - , the pH increases, so that the pH of the porous composite can be adjusted to 8.3-8.5.

다공성 복합체에 영가철이 별도로 존재하지 않으면 20H-가 생성되지 못하여 오히려 다공성 복합체의 pH가 산성 범위가 되기 때문에 영가철이 중요한 역할을 한다 할 수 있다. 이렇게 오염물질의 제거 역할을 다한 다공성 복합체는 pH 6.8~7.0 범위로 자동으로 조절이 이루어진다.If zero-valent iron does not exist separately in the porous composite, 20H - cannot be generated, and the pH of the porous composite is in the acidic range, so zero-valent iron can play an important role. Porous composites that have fulfilled the role of removing contaminants are automatically adjusted in the range of pH 6.8 to 7.0.

정리하면, 본 발명은 폐 슬러지를 이용한 오염수처리용 다공성 복합체의 제조방법, 이로부터 제조되는 다공성 복합체를 제공한다. 이에 따르면, 폐 슬러지, 영가철, 알긴산 바인더 및 혼화제를 혼합한 후 건조 및 열처리하여 흡착제를 제조함에 있어서, 폐 슬러지, 영가철 및 혼화제가 알긴산 바인더에 부착되고, 입자 형태의 영가철에 의해 알긴산 바인더가 다수의 기공이 형성되며, 이와 함께 폐 슬러지와 혼화제에도 기공이 형성될 수 있으므로, 다공성 구조의 복합체를 만들 수 있게 된다.In summary, the present invention provides a method of manufacturing a porous composite for treating contaminated water using waste sludge, and a porous composite manufactured therefrom. According to this, in manufacturing an adsorbent by mixing waste sludge, zero-valent iron, alginic acid binder, and admixture, drying and heat treatment, the waste sludge, zero-valent iron and admixture are attached to the alginic acid binder, and the alginate binder A number of pores are formed, and pores may also be formed in waste sludge and admixture together, so that a composite having a porous structure can be made.

따라서 본 발명의 다공성 복합체가 오염물질이 함유된 오염수와 접촉할 때, 영가철이 전자 공여체로 작용하고 오염물질이 전자 수용체로 작용하여 오염물질이 영가철로부터 전자를 공여받아 환원 분해된 후, 다공성 복합체에 형성된 기공에 흡착됨으로써, 오염수의 오염물질이 흡착된 침전물 형태의 복합체를 분리하여 제거할 수 있는 장점이 있다.Therefore, when the porous composite of the present invention comes into contact with contaminated water containing pollutants, the zero-valent iron acts as an electron donor and the pollutant acts as an electron acceptor so that the pollutant is reduced and decomposed by donating electrons from zero-valent iron. By being adsorbed into the pores formed in the composite, there is an advantage of separating and removing the composite in the form of a precipitate in which contaminants of contaminated water are adsorbed.

이하, 본 발명의 실시예를 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다. 단, 이하의 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 예시하는 것일 뿐, 이에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in more detail as follows. However, the following examples are merely illustrative to aid in understanding of the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereby.

<실시예 1><Example 1>

폐 슬러지 1중량부를 기준으로, 영가철 50중량부, 알긴산 바인더 10중량부 및 혼화제 60중량부를 혼합하여 혼합물을 제조하였다. 혼합물의 수분이 30중량% 이하가 되도록 60℃에서 30분 동안 건조한 후 150℃에서 공기중 열처리하여 다공성 복합체를 제조함으로써, 다기능성 복합물질을 완성하였다.Based on 1 part by weight of the waste sludge, 50 parts by weight of zero-valent iron, 10 parts by weight of an alginic acid binder, and 60 parts by weight of an admixture were mixed to prepare a mixture. The mixture was dried at 60° C. for 30 minutes so that the moisture content was 30% by weight or less, and then heat-treated in air at 150° C. to prepare a porous composite, thereby completing a multifunctional composite material.

<시험예 1><Test Example 1>

오염 지하수에 함유되는 오염물질과 동일하게 함유되는 약품을 수집하고, 수집된 약품이 함유된 원수 200㎖를 삼각플라스크에 넣은 다음, 실시예 1에 따라 제조된 다기능성 복합물질 2g를 투입한 후, 원수의 초기 농도와 처리 후 농도를 비교 실험해 보았다. 실험방법은 배치실험으로 60분 동안 진행하였으며, 이에 따른 결과는 하기 표 1에 나타내었다.After collecting drugs contained in the same way as pollutants contained in contaminated groundwater, 200 ml of raw water containing the collected drugs was put into an Erlenmeyer flask, and then 2 g of the multifunctional composite material prepared according to Example 1 was added, The initial concentration of raw water and the concentration after treatment were compared and experimented. The experimental method was carried out for 60 minutes as a batch experiment, and the results are shown in Table 1 below.

오염물질pollutant 적용약품Applied chemicals 원수 초기 농도
(㎎/ℓ)
Raw water initial concentration
(Mg/ℓ)
처리 후 농도
(㎎/ℓ)
Concentration after treatment
(Mg/ℓ)
비고Remark


medium
gold
genus
AlAl 염화 알루미늄
[AlCl3·6H2O]
Aluminum chloride
[AlCl 3 ·6H 2 O]
1515 불검출Not detected 분석기: ICP-OESAnalyzer: ICP-OES
ZnZn 시안화아연
(ZnCN2)
Zinc cyanide
(ZnCN 2 )
1515 불검출Not detected
NiNi 질산니켈
[Ni(NO3)2]
Nickel nitrate
[Ni(NO 3 ) 2 ]
1515 불검출Not detected
AsAs Arsenic(III)OxideArsenic(III)Oxide 0.10.1 불검출Not detected PbPb 질산납
[Pb(NO3)2]
Lead nitrate
[Pb(NO 3 ) 2 ]
1515 불검출Not detected
시안염Cyanide 시안화아연
(ZnCN2)
Zinc cyanide
(ZnCN 2 )
1515 0.0010.001 분석법: 수질오염공정시험기준(환경부고시제2017-4호)Analysis method: Water pollution process test standard (Ministry of Environment Notice No. 2017-4)
질산염nitrate 질산납
[Pb(NO3)2]
질산니켈
[Ni(NO3)2]
Lead nitrate
[Pb(NO 3 ) 2 ]
Nickel nitrate
[Ni(NO 3 ) 2 ]
1515 불검출Not detected 분석법: 수질오염공정시험기준(환경부고시제2017-4호)Analysis method: Water pollution process test standard (Ministry of Environment Notice No. 2017-4)
dense non-aqueous phase liquiddense non-aqueous phase liquid 4염화에틸렌
(C2Cl4)
Ethylene tetrachloride
(C 2 Cl 4 )
1010 0.0010.001 분석기: HPLCAnalyzer: HPLC
할로 아세틱산Haloacetic acid 모노클로로아세트산Monochloroacetic acid 모노클로로아세트산
[C2HCl3O2]
Monochloroacetic acid
[C 2 HCl 3 O 2 ]
1010 0.050.05 분석기: HPLCAnalyzer: HPLC
트리클로로아세트산Trichloroacetic acid 트리클로로아세트산
[C2HClO2]
Trichloroacetic acid
[C 2 HClO 2 ]
1010 불검출Not detected
클로로아민Chloroamine Chloroamine-TChloroamine-T 3030 불검출Not detected 분석기: HPLCAnalyzer: HPLC

표 1을 참조하면, 오염 지하수에 함유된 동일한 오염물질이 포함된 원수에, 실시예 1에 따라 제조된 다기능성 복합물질을 투입한 후, 60분 동안 배치실험을 통하여 원수 초기 농도와 처리 후 농도를 비교해 본 결과를 확인할 수 있다.Referring to Table 1, after adding the multifunctional composite material prepared according to Example 1 to raw water containing the same pollutant contained in contaminated groundwater, the initial concentration of raw water and the concentration after treatment through a batch experiment for 60 minutes. You can check the result of comparing.

이러한 표 1에서와 같이, 중금속, 질산염, 트리클로로아세트산 및 클로로아민은 다기능성 복합물질 처리 후 불검출되었고, 시안염은 초기에 15㎎/ℓ였던 반면, 처리 후 0.001㎎/ℓ의 미량으로 검출되었으며, dense non-aqueous phase liquid는 초기에 10㎎/ℓ였던 반면, 처리 후 0.001㎎/ℓ의 미량으로 검출되었다. 모노클로로아세트산의 경우에는 초기에 10㎎/ℓ였던 반면, 처리 후 0.05㎎/ℓ의 미량으로 검출되었다.As shown in Table 1, heavy metals, nitrates, trichloroacetic acid, and chloroamine were not detected after treatment with the multifunctional complex, and cyanide was initially 15 mg/l, whereas after treatment, it was detected in trace amounts of 0.001 mg/l. In contrast, the dense non-aqueous phase liquid was initially 10 mg/l, whereas after treatment, it was detected as a trace amount of 0.001 mg/l. In the case of monochloroacetic acid, it was initially 10 mg/l, whereas after treatment, it was detected in a trace amount of 0.05 mg/l.

상술한 실시예 및 시험예의 결과로부터, 본 발명은 폐 슬러지를 이용한 오염수처리용 다공성 복합체의 제조방법, 이로부터 제조되는 다공성 복합체에 관한 것으로, 폐 슬러지, 영가철, 알긴산 바인더 및 혼화제를 혼합하여 폐 슬러지, 영가철 및 혼화제가 알긴산 바인더에 부착되도록 한 후, 건조 및 열처리를 통하여 알긴산 바인더에 다수의 기공이 형성되어, 결국 다공성 구조의 알긴산-영가철-폐 슬러지-혼화제 복합체를 제조할 수 있는데 특징이 있다.From the results of the above-described Examples and Test Examples, the present invention relates to a method of manufacturing a porous composite for treating contaminated water using waste sludge, and to a porous composite prepared therefrom. After allowing the sludge, zero iron and admixture to adhere to the alginic acid binder, a number of pores are formed in the alginic acid binder through drying and heat treatment, resulting in a porous structure of alginic acid-zero iron-waste sludge-admixture composite. There is this.

이처럼 본 발명은 영가철이 전자 공여체로 작용하고 오염수의 오염물질이 전자 수용체로 작용함으로써, 오염물질이 영가철로부터 전자를 공여받아 환원 분해되면서 복합체의 기공에 흡착되어 오염물질 제거를 통하여 오염수 투과성 및 오염물질 반응성을 가질 수 있다는 점에 큰 의미가 있다.As described above, in the present invention, zero-valent iron acts as an electron donor and pollutants in contaminated water act as electron acceptors, so that the pollutants receive electrons from zero-valent iron and are reduced and decomposed to be adsorbed into the pores of the complex, thereby removing the pollutants. And it is of great significance in that it can have pollutant reactivity.

따라서 본 발명의 다공성 복합체에 따르면, 중금속, 시안염, 질산염, dense non-aqueous phase liquid, 할로 아세틱산 및 클로로아민과 같은 오염물질을 산화환원 반응을 통하여 환원 분해할 수 있으므로, 오염물질이 함유된 오염수를 효율적으로 처리할 수 있을 것으로 기대된다.Therefore, according to the porous composite of the present invention, contaminants such as heavy metals, cyan salts, nitrates, dense non-aqueous phase liquids, haloacetic acid, and chloroamine can be reduced and decomposed through redox reactions. It is expected to be able to efficiently treat contaminated water.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라, 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것도 아니다. 본 발명의 보호 범위는 특허청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will be able to make various modifications and variations without departing from the essential characteristics of the present invention. Accordingly, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention, but to explain the technical idea, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be interpreted by the claims, and all technical thoughts within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of the present invention.

Claims (5)

유기탄소원을 포함하는 폐 슬러지, 영가철(Fe0), 알긴산 바인더 및 혼화제를 혼합하여, 상기 폐 슬러지, 영가철 및 혼화제가 상기 알긴산 바인더에 부착되도록 하는, 혼합물 제조단계; 및
상기 혼합물을 열처리하여 상기 폐 슬러지, 영가철 및 혼화제에 의해 상기 알긴산이 다수의 기공이 형성되며 3차원 지지체를 형성하되, 상기 부착된 폐 슬러지, 영가철 및 혼화제가 복합체를 형성하도록 하는, 알긴산-영가철-폐 슬러지-혼화제 복합체 제조단계;를 포함하되,
상기 복합체는 오염물질이 함유된 오염수와 접촉할 때, 상기 오염물질이 상기 영가철로부터 전자를 공여받아 환원 분해되면서 상기 복합체의 기공에 흡착되어 오염물질을 제거하여 오염수 투과성 및 오염물질 반응성을 가지며,
상기 오염수의 pH는 7.0~9.0 범위이고, 상기 복합체는 오염수와 접촉되어 상기 영가철이 산화되면서 이가철과 수산화이온으로 생성되어 pH 8.3~8.5 범위로 조절됨으로써 상기 오염물질을 상기 기공에 흡착시켜 제거되도록 하는 것을 특징으로 하는,
폐 슬러지를 이용한 오염수처리용 다공성 복합체의 제조방법.
Mixing the waste sludge containing an organic carbon source, zero-valent iron (Fe 0 ), an alginic acid binder, and an admixture so that the waste sludge, zero-valent iron, and an admixture adhere to the alginic acid binder; And
Alginic acid, which heat-treats the mixture so that the waste sludge, the zero-valent iron, and the admixture form a three-dimensional support with the alginic acid forming a three-dimensional support, and the attached waste sludge, the zero-valent iron, and the admixture form a complex. Including; zero-valent iron-waste sludge-admixture manufacturing step;
When the complex is in contact with contaminated water containing contaminants, the contaminant is reduced and decomposed by donating electrons from the zero-valent iron, and adsorbed to the pores of the complex to remove contaminated water permeability and contaminant reactivity. Have,
The pH of the contaminated water is in the range of 7.0 to 9.0, and the complex is produced as divalent iron and hydroxide ions as the zero-valent iron is oxidized in contact with the contaminated water, and the contaminant is adsorbed to the pores by adjusting the pH to the range of 8.3 to 8.5. Characterized in that to be removed,
A method of manufacturing a porous composite for treating contaminated water using waste sludge.
제1항에 있어서,
상기 혼합물 제조단계는,
상기 폐 슬러지 1중량부를 기준으로, 상기 영가철 10~60중량부, 상기 알긴산 바인더 1~80중량부 및 상기 혼화제 30~90중량부를 혼합하는 것을 특징으로 하는,
폐 슬러지를 이용한 오염수처리용 다공성 복합체의 제조방법.
The method of claim 1,
The step of preparing the mixture,
Based on 1 part by weight of the waste sludge, characterized in that mixing 10 to 60 parts by weight of the zero-valent iron, 1 to 80 parts by weight of the alginic acid binder, and 30 to 90 parts by weight of the admixture,
Method for producing a porous composite for treating contaminated water using waste sludge.
제1항에 있어서,
상기 알긴산 바인더는,
알긴산 철, 알긴산 칼슘 및 알긴산 나트륨 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는,
폐 슬러지를 이용한 오염수처리용 다공성 복합체의 제조방법.
The method of claim 1,
The alginic acid binder,
Characterized in that at least one of iron alginate, calcium alginate and sodium alginate,
Method for producing a porous composite for treating contaminated water using waste sludge.
제1항에 있어서,
상기 혼화제는,
부석, 활성탄, 피트(peat), 카올린(kaolin) 및 벤토나이트 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는,
폐 슬러지를 이용한 오염수처리용 다공성 복합체의 제조방법.
The method of claim 1,
The admixture is,
It is characterized in that any one or more of pumice stone, activated carbon, peat, kaolin and bentonite,
Method for producing a porous composite for treating contaminated water using waste sludge.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 방법으로 제조되는 것을 특징으로 하는,
다공성 복합체.
It characterized in that it is produced by the method of any one of claims 1 to 4,
Porous composite.
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