KR19990068454A

KR19990068454A - 황산염환원균을이용한광산폐수처리방법및에이에프엠알처리공정

Info

Publication number: KR19990068454A
Application number: KR1019990018587A
Authority: KR
Inventors: 백병천; 송영채; 김광복
Original assignee: 백병천; 김광복; 송영채
Priority date: 1999-05-18
Filing date: 1999-05-18
Publication date: 1999-09-06

Abstract

지하수와 산화광물의 산화작용으로부터 발생되는 산성광산폐수는 낮은 pH, 높은 황산염(SO₄ ^2-)농도 및 철, 망간, 아연, 구리 등의 중금속을 고농도로 함유하고 있어 주변수계를 산성화시키고 수중에 서식하는 미생물, 조류, 어류를 사멸시킨다. 또한 암석, 광산폐기물, 콘크리트 등과 반응하여 구조물을 침식시키며, 인체 및 유기체(동, 식물, 미생물 등) 유해한 독성금속(구리, 아연, 카드뮴, 망간, 납 등)을 용해시켜 주변 환경에 심각한 피해를 가져오는 등 생태계의 파괴를 야기하므로 이에 대한 적절한 대책이 필요한 실정이다

따라서 본 발명은 이러한 산성광산폐수 내에 존재하는 다양한 중금속들을 황산염환원균(Sulfate Reducing Bacteria ; 이하 SRB)을 이용하여 제거하고자 하였으며, 이러한 중금속들의 제거에 있어서 기존의 방법과는 다른 신 혐기성 공정인 AFMR(Anaerobic Floating Media Reactor ; 혐기성 부유여재 반응조) 처리공정을 개발하였으며, 이러한 처리공정은 다양한 중금속을 함유하는 어떠한 폐수에도 적용이 가능한 고도 폐수처리 기술 분야에 속한다 할 수 있다.

기존의 환경으로부터 중금속을 제거하기 위해 물리적·화학적 공정들이 사용되고 있으나 이러한 방법들은 2차 오염물질의 발생 및 저효율의 중금속 제거율과 고비용의 운전비용이 소요되는 단점을 가지고 있다. 이에 따라 중금속 제거기술 개발에 대한 연구가 전 세계적으로 여러 방면에서 진행되고 있는데, 본 발명은 이러한 기존의 물리·화학적 방법과는 다른 생물학적인 중금속 제거기술로서 혐기성 처리 공정인 황산염환원균(SRB)을 이용한 중금속 제거공정이라 할 수 있다.

이러한 황산염환원균(SRB)을 이용한 중금속 제거공정은 유기물을 전자공여체로 이용하여 황산염(Sulfate)을 황화물(Sulfide)로 환원시킬 때 생성되는 황화물(Sulfide)이 폐수내에 존재하는 여러 중금속과 반응하여 황화물 침전(Sulfide precipitation)을 형성함으로써 생물학적으로 중금속을 제거하는 반응기작을 이용한 것이다. 이는 폐수로부터 중금속의 제거뿐만 아니라 폐수의 특성에 따라 폐수로부터 중금속의 회수가능성도 시사해 준다. 이와 같은 방법으로 제거되는 중금속 황화물은 재용출의 우려가 적고 혐기성 소화조에서 유기탄소원을 이산화탄소와 중탄산염으로 변화시켜 결과적으로 알칼리도를 증가시키게 되므로 다량의 황산염을 함유하고 있는 석탄 및 금속광산의 폐수로부터 중금속을 제거하는 효과적인 방법으로 나타났다.

본 발명은 상향류식 혐기성 반응조에 Floating Media를 충진(AFMR ; Anaerobic Floating Media Reactor) 시켰으며, 혐기성 반응조에 충진된 Media의 표면에는 황산염 환원균의 균주들이 생물막(biofilm)을 형성하고 있으며, 이렇게 형성된 SRB 생물막(biofilm)은 유기물을 전자공여체로 이용하여 황산염(SO₄ ⁼)을 황화물(S⁼)로 환원함으로써 이때 형성된 황화물이 산성광산폐수내의 존재하는 다양한 중금속과 반응하여 금속 황화물 침전물(Metal Sulfide Precipitation)을 형성함으로서 중금속을 제거한다.

본 발명의 효과로서는 기존의 중금속 처리방법에 비해 2차 오염물질의 발생이 적으며, 높은 중금속의 제거효율을 얻을 수 있을 뿐만 아니라 경제적으로 많은 운전비용을 절감시킬 수 있다.

Description

황산염환원균을 이용한 광산폐수처리방법 및 에이에프엠알 처리공정{Treatment Method of Acid Mine Drainage Using SRB(Sulfate Reducing Bacteria) and the Process of AFRM(Anaerobic Floating Media Reactor)}

지하수와 산화광물의 산화작용에 의해 발생하는 산성광산폐수는 낮은 pH, 높은 sulfate 농도 및 철, 망간, 아연, 구리 등의 중금속을 고농도로 함유하고 있어 주변수계를 산성화시키고 수중에 서식하는 미생물, 조류, 어류를 사멸시킨다. 또한 암석, 광산폐기물, 콘크리트 등과 반응하여 구조물을 침식시키며, 인체 및 유기체(동, 식물, 미생물 등)에 유해한 독성금속(구리, 아연, 카드뮴, 망간, 납 등)을 용해시켜 주변 환경에 심각한 피해를 가져오는 등 생태계의 파괴를 야기하므로 이에 대한 적절한 대책이 필요한 실정이다. 그러나 국내의 경우에는 대부분의 관련 연구가 오염 현황 조사에만 한정되어있어 처리방법의 개발에 관한 연구는 매우 초보적인 수준이다.

따라서 본 발명은 기존의 물리·화학적 방법 보다 많은 장점을 갖는 생물학적 혐기성 공정을 이용하여 산성광산폐수 내에 존재하는 다양한 중금속의 제거뿐만 아니라 다양한 종류의 중금속을 함유한 각종 폐수로부터 중금속을 효과적으로 제거하기 위한 공정을 개발하는데 그 목적을 두었다.

다량의 중금속이 함유되어 있는 폐수의 환경으로부터 중금속을 제거하기 위한 기존의 물리적·화학적 공정들로는 산화 / 환원법, 응집침전법, 흡착, 이온교환법, 전기분해법, 중화법 및 추출법 등 매우 다양한 기술이 있으며, 이들 중 응집침전법과 이온교환법이 가장 많이 적용되고 있는 실정이다. 이러한 방법들 중 응집침전법은 설치가 용이하고 운전 유지비용이 적게 들기 때문에 가장 널리 사용되고 있으나 중금속의 제거효율 측면에 있어서는 제거효율이 낮고 다량의 화학응집제 사용으로 많은 양의 침전슬러지 발생으로 인하여 침전슬러지 처리에 많은 문제점을 가지고 있다. 또한, 이온교환수지를 이용하는 방법은 제거효율도 높고 저농도의 중금속을 선택적으로 제거할 수 있는 장점이 있으나, 고가의 이온교환수지를 사용해야 하기 때문에 금속의 회수 및 수지의 재사용이 병행되지 않는다면 다른 처리법에 비하여 매우 비경제적이며, 폐수량이 많은 경우에는 이 공법의 사용이 매우 어려운 것으로 알려져 있다. 또한 이 이외의 다양한 물리·화학적 공정들은 2차 오염물질의 발생 및 저효율의 중금속 제거율과 고비용의 운전비용이 소요되는 단점을 가지고 있다. 이에 따라 중금속 제거기술 개발에 대한 연구가 전 세계적으로 여러 방면에서 진행되고 있는데, 본 발명은 이러한 기존의 물리·화학적 방법과는 다른 생물학적인 중금속 제거기술로서 혐기성 처리공정 중 황산염환원균(SRB)을 이용하여 산성광산폐수내에 존재하는 다양한 중금속을 제거하고자 하는 혐기성공정이라 할 수 있다.

이러한 황산염환원균(SRB)을 이용한 생물학적 혐기성 중금속 제거공정은 유기물을 전자공여체로 이용하여 황산염(Sulfate)을 황화물(Sulfide)로 환원시킬 때 생성되는 황화물(Sulfide)이 폐수내에 존재하는 여러 중금속과 반응하여 황화물 침전(Sulfide precipitation)을 형성함으로써 생물학적으로 중금속을 제거하는 반응기작을 이용한 공정으로서, 이는 폐수로부터 중금속의 제거뿐만 아니라 폐수의 특성에 따라 폐수로부터 중금속의 회수 가능성을 보여주며, 이와 같은 방법으로 제거되는 중금속 황화물은 기존의 화학적 중금속 침전물에 비하여 중금속의 재용출 우려가 적고 혐기성 소화조에서 유기탄소원을 이산화탄소와 중탄산염으로 변화시켜 결과적으로 알칼리도를 증가시키게 되므로 다량의 황산염을 함유하고 있는 석탄 및 금속광산의 폐수로부터 중금속을 제거하데 효과적인 방법으로 나타났다.

대표도의 도면은 본 발명의 정면도

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1. AFMR (Anaerobic Floating Media Reactor) : 혐기성 부유여재 반응조

2. Distributor : 분배판

3. Floating Media : 부유여재

4. Gas collector : 반응조내 발생 가스 포집장치

본 발명의 구성은 상향류식 혐기성 반응조(AFMR ; Anaerobic Floating Media Reactor)에 Floating Media를 충진(AFMR ; Anaerobic Floating Media Reactor) 시켰으며, 혐기성 반응조에 충진된 Media의 표면에는 황산염 환원균의 균주들이 생물막(biofilm)을 형성하고 있으며, 이렇게 형성된 SRB 생물막(biofilm)은 유기물을 전자공여체로 이용하여 황산염(SO₄ ⁼)을 황화물(S⁼)로 환원함으로써 이때 형성된 황화물이 산성광산폐수내의 존재하는 다양한 중금속과 반응하여 금속 황화물 침전물(Metal Sulfide Precipitation)을 형성함으로서 중금속을 제거하는 구성으로 이루어져 있다.

본 발명의 효과로서는 기존의 중금속 제거 기술인 물리적·화학적 방법들과는 다른 황산염환원균 생물막(Biofilm)을 이용하여 중금속을 제거하는 생물학적 혐기성 처리공정으로서 기존의 중금속 처리방법들에 비하여 중금속 제거 효율성과 경제성이 뛰어난 것으로 평가되며, 혐기성 처리공정을 우선적으로 하기 때문에 매우 경제적인 공정으로 평가된다.

본 발명은 기존의 상향류식 혐기성 반응조내에 부유여재를 충진시켜 SRB 생물막을 형성하여 중금속을 제거하는 공정으로서 기존의 중금속 제거 기술인 물리적·화학적 방법에 비하여 중금속 제거 효율성과 경제성이 뛰어난 것으로 평가되었으며, 또한 혐기성 처리공정을 우선적으로 하기 때문에 매우 경제적인 공정으로 평가된다.

또한 이러한 신공정의 AFMR 처리공정의 발명은 폐수로부터 중금속의 제거 뿐만 아니라 폐수의 특성에 따라 폐수로부터 중금속의 회수도 가능함을 나타내고 있으며, 이와 같은 방법으로 제거되는 중금속 황화물은 재용출의 우려가 적고 유기탄소원을 이산화탄소와 중탄산염으로 전환시켜 결과적으로 계 내의 알칼리도를 증가시키게 되므로 산도가 높고 다량의 황산염을 함유하고 있는 광산폐수의 처리에 효과적인 방법으로 나타나고 있다.

Claims

황산염환원균(Sulfate Reducing Bacteria ; SRB)을 이용한 석탄 및 금속광산 폐수내의 중금속을 제거하기 위한 공정

혐기성 반응조내에 부유할 수 있는 부유여재를 충진시키고 이러한 부유여재 표면에 SRB 생물막(Biofilm)을 형성시킴으로써 SRB 생물막(Biofilm)과 석탄 및 금속광산 폐수내의 존재하는 중금속과의 결합에 의해 금속황화물 침전물(Metal Sulfide Precipitation)을 형성함으로서 석탄 및 금속광산 폐수내의 중금속을 제거시킬 수 있는 공정

상향류식 혐기성 반응조를 이용한 생물학적 중금속 처리장치인 AFMR(Anaerobic Floating Media Reactor)공정