KR19980013753A - 중금속 함유 폐기물 고화처리용 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐수처리를 하고 남은 고형의 중금속 다량함유 찌꺼기를 시멘트로 고화처리하더라도 중금속이 용출되는 것을 막고, 오히려 폐찌꺼기를 자원으로 재활용할 수 있도록 하는, 중금속 함유 폐기물 고화처리용 조성물에 관한 것으로서, 염화암모늄 10-30%, 염화칼륨 15-35%, 염화나트륨 10-30%, 염화마그네슘 10-30%, 염화코발트 1-2%, 염화망간 1-3% 및 망초 4-6%로 이루어지며, 탄산칼륨 10-20%, 야자유 2-5% 및 규불화나트륨 10-20%로 더 이루어지고, 상기 본 발명의 조성물은 시멘트와 흙 및 플라이 애쉬와 혼합하여 고화되는 것을 도우며, 그 자체가 중금속의 용출을 방해하여 중금속으로 인한 환경오염 등의 심각한 문제에 대한 우려를 불식시키므로, 본 발명의 조성물로 고화처리한 고형시멘트 성형체는 보도블럭이나 건축외장재 등으로 이용되어 종래에는 폐기처분될 수 밖에 없었던 폐자원을 재활용할 수 있도록 한다.

Description

중금속 함유 폐기물 고화처리용 조성물

본 발명은 중금속 함유 폐기물의 고화처리시 첨가되는 조성물에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로는 폐수처리를 하고 남은 고형의 중금속 다량 함유 찌꺼기를 시멘트로 고화처리하더라도 중금속이 용출되는 것을 막고, 오히려 폐찌꺼기를 자원으로 재활용할 수 있도록 하는, 중금속 함유 폐기물 고화처리용 조성물에 관한 것이다.

중금속을 함유하는 공장폐수는 도금이나 염색, 제약 및 기타 화학적 공정을 통해 다양한 분야에 걸쳐 여러종류의 중금속을 함유하는 폐수로서 생성되고, 이러한 중금속을 함유하는 폐수를 처리하지 않고 그대로 유출시킬 경우, 생명체는 물론 토지 및 하천의 자연환경을 파괴, 인간 및 자연환경에 막대한 악영향을 미침은 이미 주지된 바와 같다.

이러한 중금속 함유 폐수를 처리하기 위한 방법으로서는 알칼리제 중화처리법, 응집 또는 침전처리법, 이온교환처리법, 킬레이트 화합물의 생성, 침전 및 분리를 통한 처리방법이 있었으며, 이에 대한 특허출원 또한 다수있었다. 먼저 국내 특허공고 제 93-11148호(1993.11.24자 공고) 중금속을 함유하는 폐수처리용 조성물에서는 나트로라이트, 몬모릴로나이트, 소석회, 황산알루미늄 및 촉매제로 이루어지는 조성물을 이용하여, 중금속 함유 폐수로부터 중금속을 응집, 침전시켜 제거하는 방법을 개시하였으며, 국내 특허공고 제 92-10803호(1992.12.27자 공고) 혼합된 중금속을 함유하는 폐수의 처리방법에서는 복합 중금속 함유 폐수를 처리함에 있어서, 혼합 폐수에 차아염소산나트륨을 가하고, 폭기시키면서 소석회 또는 가성소다수 용액으로 가하여 폐수액의 pH를 11-12로 조절하고, 계속 폭기시키면서 황산철을 가하여 폐수액의 pH를 9-8로 낮추고, 염화 제 1철 또는 염화 제 2철을 가하여 pH를 4-4.5로 조정한 후, 황화나트륨을 가해 pH를 6.5-7로 맞춘 다음, 통상의 고분자 응집제를 가함을 특징으로 하는 중금속 함유 폐수의 처리방법을 개시하였다.

그러나, 상기의 선행하는 조성물 및 제조방법은 중금속을 함유하는 폐수를 처리하기 위한 조성물 또는 방법에 관한 것으로서, 대부분의 경우에는 폐수를 적당용제 및 물질로 처리하더라도 중금속이 여전히 잔존할 위험이 있었으며, 따라서 그 처리액을 다른 용도로 재활용한다거나 재생이용하려는 시도는 거의 이루어지지 못하였다.

결국 폐기물을 소각하고 남은 소각재나 도금공장에서 폐기되는 도금슬러지, 광석에서 필요한 자원을 회수하고 남은 찌꺼기인 광재 등의 폐기물은 중금속을 다량 함유하여, 이들은 시멘트 및 모래와 혼합하여 고형화함으로써 폐기처분하였다. 그러나, 이러한 경우 시간이 경과됨에 따라 중금속이 용출된다는 문제점이 여전히 남았다.

이에 본 발명자는 중금속을 다량 함유하는 폐기물을 시멘트로 고형화할 때, 시멘트에 중금속의 치환능력이 뛰어난 성분들을 함유하는 흙 및 석탄 플라이애쉬를 첨가 흔합하고, 시멘트와 흙의 결합을 돕기 위하여 각종 염화물과 망초등을 첨가하여 혼합함으로써, 중금속 폐기물을 완전 응집, 고화하여 중금속이 용출될 우려가 없을 뿐만 아니라 이러한 폐기물의 재활용도 가능함을 발견, 본 발명의 고화처리용 조성물을 개발하게 되었다.

본 발명의 고화처리용 조성물은 염화암모늄 10-30%, 염화칼륨 15-35%, 염화나트륨 10-30%, 염화마그네슘 10-30%, 염화코발트 1-2%, 염화망간 1-3% 및 망초 4-6%로 이루어지며, 탄산칼륨 10-20%, 야자유 2-5% 및 규불화나트륨 10-20%로 더 이루어진다.

상기 조성물은 중금속 폐기물을 흙과 시멘트 및 석탄플라이애쉬로 고화처리함에 있어서 첨가되는 것으로, 중금속 폐기물 250Kg, 시멘트 250Kg, 흙 500Kg 및 플라이애쉬 250Kg에 대하여 염화암모늄 100-300g, 염화칼륨 150-350g, 염화나트륨 100-300g, 염화마그네슘 100-300g, 염화코발트10-20g, 염화망간 10-30g 및 망초 40-60g으로 이루어지며, 탄산칼륨 100-200g, 야자유 20-50g 및 규불화나트륨 100-200g으로 더 이루어지는 본 발명의 조성물을 첨가하여, 물과 함께 혼합하는 것이다. 물과 흡합한 혼합물은 벽돌상태로 전압 고화하며, 수주간 자연 건조시켜 건축 외장재나, 보도블럭 등으로 이용할 수 있다.

즉, 종래에는 중금속 함유 폐기물을 모래와 함께 시멘트로 고화처리함으로써 중금속이 용출될 우려가 높고, 이에 대하여 중금속의 치환 및 고화능력이 우수한 흙을 흔합하더라도, 흙 속의 후민산이나 페놀 등의 복잡한 유기고분자물질로 인하여 시멘트와의 결합 및 응고가 방해되는 문제점이 있던 것을 본 발명이 해결한 것으로, 본 발명의 조성물은 중금속의 용출을 방지하는 효과를 가짐과 동시에 흙과 플라이애쉬에 포함되어 있는 시멘트 응결 방해제인 후민산이나 페놀 등의 유기물질들을 환원시키고 분열시키며, 본 조성물의 각 성분들이 화학적으로 결합하여 시멘트의 에트링가이드 생성반둥, 포졸란반응, 탄산칼슘 생성반응 및 흙입자 등의 표면에 있는 미세입자 상호간의 이온교환 반응 등의 여러 반응이 병행하여 일어난 침상결합체를 생성하도록 하는 것이다.

상기 침상결합체는 공극률이 10-50A이고, 약 50㎥/g의 큰 비표면적을 가져서 표면 기공구조에 유해중금속등이 흡착하여 하나의 큰 인공 제오라이트의 작용을 하는 고화체를 형성한다.

흙이나 시멘트에 포함되어 있는 알루미늄은 이온반경이 가까운 티타늄, 크롬 및 망간 등의 중금속이온을 용이하게 치환하고, 황산염은 염형태로 존재하는 중금속의 CrO₄ ^2-및 AsO₃ ^3-등과 빠르고 용이하게 치환하여 불용성염을 형성한다.

상기에서 석탄플라이애쉬는 SiO₂, A1₂O₃, MgO 및 나트륨과 칼륨을 주성분으로 하여, 미세공이 많아서 표면적이 넓으므로 중금속을 흡착 및 결착하는 능력이 뛰어나며, 특히 이산화규소와 산화알루미늄이 시멘트의 수산화칼슘과 높은 결착력을 나타낸다.

본 발명의 조성물을 이루는 무기염화물의 양이온들은, 시멘트와의 결합을 방해하여 중금속의 응집 및 고화를 방해하는 후민산이나 페놀의 수산화기의 수소와 치환하여 -ONa, -OK, -ONH₄등을 이룸으로써 후민산이나 페놀의 저해 활동을 저지하고, 염소이온은 염산이나 염소기체의 형태로 기화된다.

좀 더 구체적으로, 염화나트륨과 염화칼륨은 시멘트의 수산화칼슘과 흙 및 플라이애쉬의 이산화규소와의 반응을 도와 고화체의 강도를 향상시키며, 염화마그네슘은 칼슘이온과 반응하여 시멘트의 균열을 방지하고, 염화코발트는 상기의 반응을 활성화하는 촉매의 역할을 하며, 염화망간 또한 석탄플라이애쉬에 대하여 촉매작용을 하게 된다.

상기에서 염화암모늄 및 염화나트륨의 양이 상기 범위보다 적으면 시멘트와 흙의 결합을 촉진시키는 효과를 기대하는 만큼 얻을 수 없으며, 상기 범위를 초과할 경우 고화강도가 오히려 저하된다. 염화칼륨 또한 상기 범위보다 적으면 시멘트의 칼슘이온과의 결합능력이 저하되며, 상기 범위를 초과하면 결합력이 그만큼 향상되지 않고, 염화마그네슘의 경우는 모자라는 경우 결합력이 저하되며 초과하는 경우에는 수축현상이 일어나서 고화체에 균열이 생길 염려가 있다. 염화코발트의 경우 고가이므로 상기의 범위 이상을 사용함은 바람직하지 않다. 또한 염화망간이 부족하게 이용될 경우 플라이애쉬의 전하가 적어져서 이온교환능력이 저하되며 초과하면 오히려 고화강도가 약해질 우려가 있다.

상기에서 망초는 상기 범위보다 적을 경우 흙과 시멘트의 결합력이 저하되고 초과할 경우 고화강도의 장기 안정성을 기대할 수 없으며, 탄산칼륨의 경우 모자라면 고화체의 기공이 축소되어 중금속의 흡착력을 저하시키며 초과할 경우 고화강도를 저하시킨다.

본 발명의 조성물을 이루는 규불화나트륨은 본 발명의 무기염을 물과 혼합할 경우 가볍고 미세한 침전물을 형성하여 투수방지의 효과를 가진다.

상기에서 탄산칼륨 중 칼륨은 상기한 바와 같이 후민산이나 페놀의 수산화기에 작용하고, 탄산은 이산화탄소 기체 또는 탄산가스로서 기화된다.

상기에서 야자유는 중금속을 포위하는 역할을 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 기재하도록 하겠으며, 하기의 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니다.

실시예:

본 발명의 조성물을 중금속 폐기물, 흙, 시멘트 및 석탄플라이애쉬와 아래의 조성비로 혼합하여 20-30L의 물에 용해하여, 이 용해물을 살포하면서 혼합하여 벽돌상태로 전압고화하고 28일간 자연상태에서 건조하여 에트링 가이드의 결정수를 증발시켰다.

상기의 실시예에 따른 고화물이 중금속을 포위, 응집시키고 그 용출을 억제하는 능력을 시험하기 위하여, 고화시키기 전의 폐기물에 포합되어 있는 중금속의 함량 및 고화한 후의 용출량을 분석하였으며, 그 결과는 다음의 표 1 및 2와 같다.

본 발명에 의한 중금속 함유 폐기물 고화처리용 조성물은 시멘트와 흙 및 플라이애쉬와 흔합하여 고화되는 것을 도우며, 그 자체가 중금속의 용출을 방해하여 중금속으로 인한 환경오염 등의 심각한 문제에 대한 우려를 불식시키므로, 본 발명의 조성물로 고화처리한 고형시멘트 성형체는 보도 블럭이나 건축외장재 등으로 이용되어 종래에는 폐기처분될 수 밖에 없었던 폐자원을 재활용할 수 있는 매우 유용한 발명인 것이다.

Claims (2)

1. 중금속 함유 폐기물을 시멘트와 흙, 석탄플라이애쉬로 고화처리시 첨가하는 조성물로서, 염화암모늄 10-30%, 염화칼륨 15-35%, 염화나트륨 10-30%, 염화마그네슘 10-30%, 염화코발트 1-2%, 염화망간1-3% 및 망초 4-6%로 이루어지는 것을 특징으로 하는 중금속 함유 폐기물 고화처리용 조성물.
2. 제 1항에 있어서, 탄산칼륨 10-20%, 야자유 2-5% 및 규불화나트륨 10-20%로 더 이루어지는 것을 특징으로 하는 중금속 함유 폐기물 고화처리용 조성물.