KR19990076100A - Sedimentation and Removal of Salts in Contaminated Water Using Alumina Cement, Quicklime, and Sulfate - Google Patents

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Abstract

본 발명은 지하수, 오수 또는 폐수 내에 존재하는 질산염, 아질산염, 황산염, 염산염, 인산염 등을, 알루미나 시멘트, 생석회 및 황산염 화합물의 혼합 교반을 통해 침전 제거하는 방법, 및 이에 따른 연속 공정 방법을 제공한다.The present invention provides a method for the precipitation of nitrates, nitrites, sulfates, hydrochlorides, phosphates and the like present in groundwater, sewage or wastewater through mixed stirring of alumina cement, quicklime and sulfate compounds, and a continuous process method accordingly.

Description

알루미나 시멘트, 생석회 및 황산염을 이용한 오염수내 염의 침전 제거 및 그의 연속 공정 방법Sedimentation and Removal of Salts in Contaminated Water Using Alumina Cement, Quicklime, and Sulfate

본 발명은 지하수, 지표수 또는 폐수내에 존재하는 질산염, 아질산염, 황산염, 염소염, 인산염 등의 염을 알루미나 시멘트와 생석회를 이용하여 침전 제거함에 있어서, 황산염계 화합물을 첨가하여 반응 속도를 제어하는 방법 및 그의 연속 공정에 관한 것이다.The present invention is a method for controlling the reaction rate by adding a sulfate compound in the precipitation removal of salts such as nitrates, nitrites, sulfates, chlorine salts, phosphates, etc. present in groundwater, surface water or wastewater using alumina cement and quicklime; To a continuous process thereof.

지하수, 폐수나 오수 중에 들어있는 물질 중에는 일반적인 처리조작 및 공정으로는 그 정제 효과가 불충분한 것들이 많다. 무기염을 비롯한 다양한 무기물질과 복잡한 유기합성물질이 주범으로 이를 제거하기 위해 다양한 폐수고도처리가 요구되고 있다. 이 중 질소 및 인을 포함한 화합물은 이미 1960년대부터 연구되어 왔는데 식물의 생장을 촉진시킴으로써 부영양화를 초래하고 특히 질산의 경우 유아의 청색증을 유발하는 특성으로 수처리분야의 가장 큰 관심을 끌고 있는 오염물들이다.Many of the substances contained in groundwater, wastewater or sewage have insufficient purification effect in general treatment operations and processes. Various inorganic materials including inorganic salts and complex organic synthetic materials are the main culprit, and various wastewater advanced treatments are required. Among them, compounds containing nitrogen and phosphorus have been studied since the 1960's, which causes eutrophication by accelerating plant growth, and especially nitric acid, which causes blue cyanosis of infants.

일반적으로 높은 질산 농도는 낮은 질산 수원에 의한 희석으로 그 농도를 낮출 수 있다. 그러나 낮은 질산 농도의 수원 이용이 어려울 경우 질산 제거 반응이 필요하게 된다. 질산 제거에 그동안 이용되어온 기술은 이온교환수지법, 생물학적 질산화 및 탈질, 화학적 환원, 역삼투압법, 전기투석법 등이 있다. 이 중에서 가장 현실적이고 대규모 정수처리에 이용할 수 있는 공정은 이온교환수지법과 생물학적 탈질 공정이다.In general, high nitric acid concentrations can be lowered by dilution with low nitric acid sources. However, when it is difficult to use a low nitric acid source, a nitric acid removal reaction is required. Techniques that have been used to remove nitric acid include ion exchange resins, biological nitrification and denitrification, chemical reduction, reverse osmosis, and electrodialysis. Among them, the most practical and available processes for large-scale water purification are ion exchange resin and biological denitrification.

그러나, 두 공정 모두 매우 심각한 단점을 가지고 있다. 그 중에서도 이온교환수지법은 비용면에서 가장 우수하나 농축된 부산물의 처리에 그 한계가 있어 해안 지역이나 부영양화 가능성이 없는 지역에서만 가능한 방법이다. 또한 염을 다량 첨가해야 하기 때문에 운전 비용이 많이 들고 수질 자체의 특성이 큰 부식성을 갖는다는 약점을 가지고 있다. 일반적으로는, 생물학적인 탈질 공정이 부산물의 걱정이 없고 가장 경제적이라고 알려져 있으나, 이또한 후처리나 탄소원에 의한 문제 유발 또는 예민한 제어 등 여러 가지 해결해야 할 점이 많다.However, both processes have very serious disadvantages. Among them, the ion exchange resin method is the best in terms of cost, but it is limited to the treatment of concentrated by-products and is therefore only possible in coastal areas or areas where there is no possibility of eutrophication. In addition, since a large amount of salt must be added, the operating cost is high, and the water quality itself has a large corrosive property. In general, biological denitrification is known to be the most economical by-products without worrying about by-products, but there are also many problems to be solved, such as post-treatment, causing problems with carbon sources, or sensitive control.

이온교환수지법은 기본적으로 주기적 수지의 재생이 필요한 물리화학적 공정이다. 소모된 수지의 주기적 재생은 염화나트륨이나 중탄산나트륨 등이 이용되나, 결과적으로 고농도의 질산, 염화나트륨, 중탄산나트륨으로 재처리되거나 폐기되어야 한다. 그러나, 날로 증가하는 환경에 대한 관심과 규제가 최근 들어 더 이상 재생물의 무절제한 폐기를 어렵게 하여, 이 공정의 광범위한 적용이 어렵게 되었다. 또다른 문제점은 지하수내에는 질산 이외에 많은 음이온이 함유되어 있어 선택적인 질산염의 제거가 힘들다는 것이다. 예를 들면, 질산 이온과 함께 황산 이온, 염소 이온 등이 동시에 존재할 경우 질산 이온만의 제거가 힘들어 제거 효율이 떨어진다. 게다가, 황산 및 질산 이온은 수지의 염소 이온과 교환되는데 이때 파이프의 부식을 초래할 수 있는 염소의 양이 수중에 증가하게 되며, 또한, 음용수로 이용 가능한 염소 함량의 기준치(200 mg/L)를 초과할 수도 있다는 문제점이 있다. 더불어, 이온교환수지의 재생을 위해 이용되는 NaCl의 양이 증가되어, 또다른 환경 문제를 야기시킬 수 있으며, 이러한 수지의 재생 동안에 질산이 그대로 방출될 위험 또한 간과할 수 없다.Ion exchange resins are basically physicochemical processes that require regeneration of cyclic resins. Periodic regeneration of the consumed resin may be performed using sodium chloride or sodium bicarbonate, but as a result must be reprocessed or discarded with high concentrations of nitric acid, sodium chloride, sodium bicarbonate. However, ever-increasing environmental concerns and regulations have made it difficult to dispose of reclaimed materials in recent years, making widespread application of this process difficult. Another problem is that the groundwater contains many anions in addition to nitric acid, making it difficult to remove the selective nitrate. For example, when sulfate ions, chlorine ions, etc., together with nitrate ions are present at the same time, removal of only nitrate ions is difficult and the removal efficiency is lowered. In addition, sulfuric acid and nitrate ions are exchanged with the chlorine ions of the resin, which increases the amount of chlorine in the water that can cause corrosion of the pipe and also exceeds the threshold of chlorine content available for drinking water (200 mg / L). The problem is that you can. In addition, the amount of NaCl used for the regeneration of the ion exchange resin is increased, which may cause another environmental problem, and the risk of nitric acid being released as it is during the regeneration of the resin cannot be overlooked.

수산화철을 이용한 질산의 화학적 제거 방법은 주로 미국에서 연구되어 왔다. 여러 가지 환원력을 가진 물질 중에 황산제일철 형태가 가장 경제성이 있는 것으로 알려져 있다. 철금속을 이용한 질산의 환원에는 1에서 5 ppm의 구리 또는 은 촉매를 이용해야 하는데, pH 8.0에서 가장 좋은 결과를 얻었으며, 이러한 조건은 석회나 소다 등을 이용하여 조정이 가능하다. 반응물 중 대개 70% 가량이 질소나 산화질소의 기체로 얻어지며 나머지는 암모니아로 환원된다. 이 반응은 완전한 질소 가스로의 환원이 어렵고 철금속의 이용량이 너무 크다는 단점을 가지고 있다.Chemical removal of nitric acid using iron hydroxide has been studied mainly in the United States. It is known that ferrous sulfate forms are the most economical among various reducing materials. Reduction of nitric acid using ferrous metals requires the use of 1 to 5 ppm of copper or silver catalysts, the best results being obtained at pH 8.0. These conditions can be adjusted using lime or soda. About 70% of the reactants are usually obtained as a gas of nitrogen or nitrogen oxides and the rest is reduced to ammonia. This reaction has the disadvantage that it is difficult to reduce to a complete nitrogen gas and the use of ferrous metal is too large.

생물학적 탈질은 폐수나 정화조 유출물 정화에 가장 널리 이용되고 있다. 유기 기질이 존재할 때 탈질 박테리아가 질산을 질소 기체로 환원시킨다. 가장 널리 이용되는 기질로는, 가격이 저렴하고 효과적인 메탄올을 들 수 있다. 박테리아 지지체가 있는 다양한 형태의 여과조를 이용한 생물학적 탈질이 연구되어왔다. 특히, 박테리아의 성장에 필요한 시간과 반응조의 온도 등이 효율에 큰 영향을 미치며, 메탄올의 충분한 소모가 이루어지도록 주의 깊은 공급이 이루어져야 하는 등의 제어상의 어려움이 있고, 미생물의 성장에 의한 막힘이 주기적으로 발생할 수 있다.Biological denitrification is most widely used for the purification of waste water and septic tank effluents. Denitrifying bacteria reduce nitric acid to nitrogen gas when organic substrates are present. The most widely used substrates include methanol, which is inexpensive and effective. Biological denitrification using various types of filtration tanks with bacterial supports has been studied. In particular, the time required for the growth of bacteria and the temperature of the reaction tank have a great effect on the efficiency, and there are control difficulties such as careful supply of methanol for sufficient consumption, and the blockage caused by the growth of microorganisms is periodic. Can occur.

또한, 질산 이온의 제거를 위해 알루미늄과 칼슘을 이용한 침전 방법이 개시된 바 있지만, 지금까지의 방법들은 침전 반응 속도의 제어가 불가능하고 반응 속도가 매우 빠르기 때문에 반응물이 대량으로 투여되고, 이 때문에 연속 공정이 불가능하였다. 즉, 반응물인 알루미나 시멘트 또는 칼슘알루미네이트와 산화칼슘의 수화 속도가 너무 빨리 진행될 경우, 처리되어야할 질산 이온에 비해 과도한 소성된 칼슘알루미네이트 또는 알루미나 시멘트가 투입되어 빠른 속도로 수화되어 더 이상 침전 제거 반응을 수행할 수 없게 되고 추가로 반응물을 첨가해야 됨으로써, 처리되어야할 수량에 비해 반응물이 과량으로 남용되었으며, 이와 함께 다량의 슬러지 발생이 수반되어, 이러한 처리 공정의 운전 비용이 상승됨으로써 실제적으로 폐수 또는 오염수에 적용하기가 곤란하였다. 따라서, 이와 같은 질산 이온의 침전 제거 반응이 실용화되기 위해서는, 상기 수화 반응 속도의 제어 및 슬러지의 농축 활용 기술이 선행되어야 하며, 이로써 이온교환수지법이나 생물학적 처리법에 대한 경쟁력을 가질 수 있다.In addition, although precipitation methods using aluminum and calcium have been disclosed for the removal of nitrate ions, the methods up to now are not able to control the precipitation reaction rate and the reaction rate is very fast, so that the reactants are administered in large quantities, which is why the continuous process This was impossible. That is, if the reaction rate of the reactant alumina cement or calcium aluminate and calcium oxide proceeds too fast, excessive calcined calcium aluminate or alumina cement is hydrated at a rapid rate compared to the nitrate ions to be treated to further remove precipitates. By not being able to carry out the reaction and adding additional reactants, the reactants were abused in excess of the quantity to be treated, accompanied by the generation of large amounts of sludge, which in turn increased the operating costs of this treatment process, thereby actually removing wastewater. Or it was difficult to apply to contaminated water. Therefore, in order for the precipitation removal reaction of nitrate ions to be practical, the control of the hydration reaction rate and the concentration utilization technology of the sludge should be preceded, and thus, it may be competitive in ion exchange resin method or biological treatment method.

한편, 인 발생의 주요 원인으로는 생활 폐수와 농업 반송수 등을 들 수 있다. 인은 수생 식물의 생장 촉진을 유발하여 부영양화를 초래한다. 폐수내의 인은 재래적인 생물 처리에서 일차 처리로 10% 정도의 제거가 가능하지만, 그 이상의 처리를 위해서는 불용화시킬 수 있는 석회, 명반, 염화철(Ⅲ) 및 황산철(Ⅲ) 등을 이용한 약품 침전을 통해서만 가능하다. 그러나, 이러한 약품 첨가는 용존 고형물의 증가를 초래한다. 이에 비해 이온교환수지법, 역삼투압법, 한외여과법 및 전기투석법은 기존 응집이나 침전에 의한 슬러지의 발생을 억제하면서도 선택도가 높은 처리로 각광을 받고 있다. 그러나 대부분의 경우 1,2차 처리 및 활성탄 흡착 등의 예비 처리가 선행되어야 하고 비용이 많이 들어 세심한 검토가 이루어져야 한다.On the other hand, main causes of phosphorus generation include domestic wastewater and agricultural return water. Phosphorus promotes the growth of aquatic plants, resulting in eutrophication. Phosphorus in wastewater can be removed by 10% from conventional biological treatment as primary treatment, but for further treatment, chemical precipitation using lime, alum, iron (III) chloride and iron (III) sulfate can be insoluble. Only possible through However, such drug additions result in an increase in dissolved solids. On the other hand, ion exchange resin method, reverse osmosis method, ultrafiltration method, and electrodialysis method are spotlighted as treatments with high selectivity while suppressing the generation of sludge by existing flocculation or precipitation. However, in most cases, pretreatment such as primary and secondary treatments and adsorption of activated carbon should be preceded and costly and careful consideration should be made.

지하수, 오수 및 폐수 내에 존재하는 각종 염들을 종래의 물리화학적 또는 생물학적 방법에 비해 반응 속도가 빠르고 경제적인 화학적 침전을 이용하면서도, 반응 속도의 제어가 가능하게 하여 지하수, 오수 및 폐수에 실제적인 적용이 가능하고, 이러한 침전 반응이 연속 공정으로 이루어질 수 있도록 하는, 간단하고 효과적이며 저렴하게 이용할 수 있는 정수 처리 공정을 제공하는 데 본 발명의 목적이 있다.Various salts present in groundwater, sewage, and wastewater can be controlled faster and more economically than conventional physicochemical or biological methods, while controlling the reaction rate, thereby making it practical for groundwater, sewage and wastewater. It is an object of the present invention to provide a simple, effective and inexpensive water treatment process which makes it possible and allows such a precipitation reaction to be carried out in a continuous process.

도 1은 본 발명에 의한 관상 반응기, 침전 여과조를 이용한 염의 침전 제거 반응의 연속 공정도이다.1 is a continuous process diagram of a salt removal reaction of a salt using a tubular reactor and a precipitation filtration tank according to the present invention.

도 2는 본 발명에 의한 관상 반응기, 이차 교반조 및 침전 여과조를 이용한 염의 침전 제거 반응의 연속 공정도이다.2 is a continuous process chart of the precipitation removal reaction of salt using a tubular reactor, a secondary stirring tank and a precipitation filtration tank according to the present invention.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명Explanation of symbols for the main parts of the drawings

1: 파우더 공급장치 2: 교반기1: powder feeder 2: agitator

3: 이중 관상 반응기 4: 침전조3: double tubular reactor 4: settling tank

5: 평판형 여과막 장치 6: 슬러지 배출 밸브5: flat filtration membrane device 6: sludge discharge valve

7: 오염수 8: 처리수7: contaminated water 8: treated water

9: 반응물 (알루미나 시멘트, 생석회) 10: 역세척 장치9: reactant (alumina cement, quicklime) 10: backwash device

11: 이차 교반조11: secondary stirring tank

이러한 본 발명의 목적은 알루미늄과 칼슘을 이용한 질산의 침전 방법을 기초로 해서, 황산염계 화합물을 반응의 초기나 중간에 첨가하여 반응 속도를 제어하고, 이의 연속 공정을 제공함으로써 달성되었다.This object of the present invention was achieved by adding a sulfate compound at the beginning or the middle of the reaction to control the reaction rate based on the precipitation method of nitric acid using aluminum and calcium, and providing a continuous process thereof.

본 발명은 시중에 시판되고 있는 알루미나 시멘트 또는 시멘트 소성 공정에서 불량으로 판정된 알루미나 시멘트를 생석회와 일정비로 혼합하여 폐수나 오수 속에 투여하고, 황산염계 화합물을 첨가하여 오염수 중의 염을 제거하는 것으로 이루어진다.The present invention consists of alumina cement or commercially available alumina cement, which is determined to be defective in the calcining process, is mixed with quicklime in a fixed ratio and administered in wastewater or sewage, and a salt compound is added to remove salts in the contaminated water. .

본 발명의 공정 방법 중에서, 수용성 황산염은 알루미나 시멘트의 수화 반응의 초기 또는 중간에 적절하게 첨가하여 수화 반응의 반응 속도를 제어함으로써, 즉, 미량으로 검출되는 오염수내 질산 이온 등에 알맞게 수화 반응을 지연시킴으로써, 반응물인 알루미나 시멘트와 생석회를 좀더 효율적으로 이용할 수 있다. 따라서, 알루미나 시멘트와 생석회의 사용량 및, 그에 따라 생성되는 슬러지의 양을 감소시킬 수 있다.In the process method of the present invention, the water-soluble sulfate is appropriately added at the beginning or the middle of the hydration reaction of alumina cement to control the reaction rate of the hydration reaction, that is, by delaying the hydration reaction according to the nitrate ion in the contaminated water detected in a small amount. For example, alumina cement and quicklime can be used more efficiently. Therefore, it is possible to reduce the amount of alumina cement and quicklime and the amount of sludge produced thereby.

황산염계 화합물로는 물 속에서 용해되어 황산염으로 존재하는 모든 황산 화합물이 사용될 수 있는데, 바람직하게는, 황산칼슘(CaSO4), 황산칼륨(K2SO4), 황산나트륨(Na2SO4), 황산제일철(FeSO4·7H2O), 황산제이철(Fe2(SO4)3·5H2O) 및 그의 배합물로 이루어진 군 중에서 선택된 것이 사용될 수 있다.As the sulfate compound, any sulfate compound dissolved in water and present as a sulfate can be used. Preferably, calcium sulfate (CaSO 4 ), potassium sulfate (K 2 SO 4 ), sodium sulfate (Na 2 SO 4 ), One selected from the group consisting of ferrous sulfate (FeSO 4 .7H 2 O), ferric sulfate (Fe 2 (SO 4 ) 3 .5H 2 O), and combinations thereof.

이 황산염의 사용량은 공정에 따라 달라지겠지만, 그 첨가량이 너무 적다면, 반응 속도 제어 효과가 줄어들어 반응물이 과량으로 첨가되어야 할 것이며, 그 첨가량이 너무 많아지면, 그 지연 속도가 너무 커짐으로써 공정 효율이 떨어지게 될 것이다. 따라서, 황산염은 0.001∼0.01 M의 농도로 첨가하는 것이 바람직하다.The amount of sulfate used will vary depending on the process, but if the amount is too small, the reaction rate control effect will be reduced and the reactant will have to be added in excess. If the amount is too large, the delay rate will be too large, resulting in high process efficiency. Will fall. Therefore, the sulfate is preferably added at a concentration of 0.001 to 0.01 M.

본 발명의 구체적인 반응 공정은 도 1에 나타낸 바와 같이, 이중 관상(annular type) 반응기(3)와 여과막 내장 침전조(4, 5)로 이루어지며, 반응을 위해 최소 공정으로 효과적인 염의 연속 제거를 수행할 수 있다. 여기서, 여과막 내장 침전조는 침전조와 여과조로 분리시켜 장착할 수도 있다. 본 발명의 반응 공정에서는 알루미나 시멘트의 선-수화반응(pre-hydration)을 방지하기 위해 용액이 아닌 파우더 공급 장치(1)가 필요하다. 처리되어야할 오염수, 알루미나 시멘트 및 생석회는 반응기(3)로 들어가 일정한 속도로 혼합 교반되어 오염수내 염 성분의 침전 반응과 알루미나 시멘트의 수화 반응이 진행되며, 이 반응의 초기 또는 중간에 적절하게 황산염을 첨가하여 반응 속도를 제어한다. 이와 같이 하여, 반응기(3)내에서 생성된 불용성 화합물 및 슬러지를 도 1에 나타낸 바와 같이, 여과막 내장 침전조(4, 5)로 이동시켜, 불용성 화합물 및 슬러지를 침전시킨다. 본 발명의 공정 중에서 여과막 내장 침전조(4, 5)는 자연 침전과 함께, 여과막(5)에 퇴적되는 슬러지를 주기적으로 역투과시켜 이를 다시 침전시킴으로써, 효율적인 침전과 여과가 한 단위 공정에서 이루어질 수 있다.As shown in FIG. 1, a specific reaction process of the present invention is composed of a double tubular reactor 3 and a filtration membrane settling tank 4 and 5 to perform continuous removal of salts in a minimal process for the reaction. Can be. Here, the filtration membrane-embedded sedimentation tank may be mounted separately from the sedimentation tank and the filtration tank. In the reaction process of the present invention, a powder supply device (1) rather than a solution is required to prevent pre-hydration of the alumina cement. The contaminated water to be treated, alumina cement and quicklime enter the reactor (3) and are mixed and stirred at a constant rate to proceed the precipitation reaction of the salt component in the contaminated water and the hydration reaction of the alumina cement, and the sulfate appropriately at the beginning or the middle of the reaction. Is added to control the reaction rate. In this way, the insoluble compound and the sludge produced in the reactor 3 are transferred to the filtration membrane built-in settling tanks 4 and 5 as shown in FIG. 1 to precipitate the insoluble compound and the sludge. In the process of the present invention, the filtration membrane-containing sedimentation tanks 4 and 5 periodically back-permeate the sludge deposited on the filtration membrane 5 with natural precipitation and precipitate it again, so that efficient precipitation and filtration can be achieved in one unit process.

본 발명의 또다른 공정은, 도 2에 나타낸 바와 같이, 관상 반응기와 함께 이차 교반조(11)를 추가로 설치하는 것으로 이루어지는데, 이 이차 교반조(11)에서는 관상 반응기를 빠져나오는 슬러지를 농축한 후에, 오염수와 이차적으로 혼합 교반하여 재반응시킴으로써, 적은 양의 반응물로도 효과적인 염의 침전이 이루어지도록 하였다.Another process of the present invention, as shown in Figure 2, consists of additionally installing a secondary stirring tank 11 together with the tubular reactor, in this secondary stirring tank 11 to concentrate the sludge exiting the tubular reactor Afterwards, the mixture was re-reacted with secondary mixing and stirring with contaminated water, so that even a small amount of the reactant caused effective salt precipitation.

또한, 본 발명의 공정에서는 추가로, 반응 후 용출되는 칼슘 이온 및 알루미늄 이온은 각각 탄산염을 첨가하여 침전 제거하고, 이를 중화 반응시킴으로써 침전 제거한다. 좀더 구체적으로는, 처리수내 잔류 칼슘 이온은 소석회, 탄산나트륨, 탄산칼륨 등의 탄산염을 첨가하여 탄산칼슘으로 침전 제거하였으며, 이후에 염기 상태의 처리수는 황산이나 염산 등의 산으로 중화 처리하여 처리수내 잔류 알루미늄 이온을 수산화알루미늄으로 침전 제거한다. 여기서, 탄산염은 칼슘 이온과의 충분한 침전 반응이 일어날 수 있도록 하는 양으로 첨가하며, 그 이후의 염기 상태의 처리수에 최종 pH가 중성에 근사한 값이 되도록 하는 양으로 산을 첨가하여, 최종 처리수를 배출시킬 수 있다. 이와 같이, 탄산염으로 칼슘 이온을 침전 제거하는 방법은 종래의 CO2를 이용한 처리 방법보다 좀더 용이하며, 경제적이다.In addition, in the process of the present invention, calcium ions and aluminum ions eluted after the reaction are precipitated by addition of carbonates, respectively, and precipitated by neutralization. More specifically, the residual calcium ions in the treated water were precipitated with calcium carbonate by adding carbonates such as slaked lime, sodium carbonate and potassium carbonate, and then the treated water in a basic state was neutralized with an acid such as sulfuric acid or hydrochloric acid and treated in the treated water. Residual aluminum ions are precipitated off with aluminum hydroxide. Here, the carbonate is added in an amount such that sufficient precipitation reaction with calcium ions can occur, and an acid is added to the treated water in a basic state after that in an amount such that the final pH is close to neutral, and the final treated water Can be discharged. As such, the method of precipitating and removing calcium ions with carbonate is easier and more economical than conventional treatment with CO 2 .

이와 같은 본 발명의 연속 공정 방법은 황산염을 이용하여 알루미나 시멘트의 수화 반응 속도를 제어함과 동시에, 상기 침전 반응이 지속적으로 일어날 수 있도록 하여 유입수를 계속 유입시킴으로써, 알루미나 시멘트가 반응기내에서 오염수내의 질산 이온 등과 충분한 침전 반응을 일으키고, 물과의 수화 반응을 최소화시킴으로써, 회분식 반응에 비해 알루미나 시멘트 사용량이 크게 감소된다.Such a continuous process method of the present invention controls the hydration reaction rate of the alumina cement using sulfate, and at the same time the influent is continuously introduced to allow the precipitation reaction to occur, so that the alumina cement in the contaminated water in the reactor By causing a sufficient precipitation reaction with nitrate ions and the like and minimizing the hydration reaction with water, the amount of alumina cement used is greatly reduced compared to the batch reaction.

본 발명의 침전 제거 방법은 질산과 더불어 황산, 염산, 인산, 아질산 등의 이온에 적용하여, 각종 오폐수 내의 염 제거에 폭넓게 이용할 수도 있다. 추가로, 고농도의 오염수의 경우에는, 최종적으로 수질 기준치 이하의 저농도로 처리하기 위해 다단계의 침전 반응도 가능하다.The precipitation removal method of the present invention can be applied to ions such as sulfuric acid, hydrochloric acid, phosphoric acid and nitrous acid in addition to nitric acid, and can be widely used for removing salts in various wastewaters. In addition, in the case of high concentration of contaminated water, a multistage settling reaction is also possible in order to finally treat it at a low concentration below the water quality standard.

이와 같은 본 발명의 공정 방법은 기존의 이온교환수지법에 비해 부가적인 염의 사용이나 처리수내의 염의 존재로 인한 부식 등의 문제를 줄일 수 있고 생물학적 탈질법과 같은 낮은 반응 속도로 인한 막대한 시공비를 줄이며 후처리 공정의 부담을 줄일 수 있다. 또한, 1000 ppm 이상의 고농도의 염이 존재할 경우에도 희석이 필요없이 큰 반응속도로 처리가 가능하여 일반 산업폐수내의 염 제거에도 효과적으로 이용될 수 있다. 더불어, 생물학적 탈질법이 불가능한 독성 폐수의 질산 제거 공정으로도 이용할 수 있다.This process method of the present invention can reduce problems such as the use of additional salts or corrosion due to the presence of salts in the treated water compared to the conventional ion exchange resin method, and reduces the enormous construction cost due to low reaction rate such as biological denitrification The burden on the treatment process can be reduced. In addition, even in the presence of a salt concentration of 1000 ppm or more, it is possible to treat at a large reaction rate without dilution, so that it can be effectively used for removing salt in general industrial wastewater. It can also be used as a nitric acid removal process for toxic wastewater, where biological denitrification is not possible.

본 발명의 침전 공정에서 얻어지는 슬러지는 질산을 다량 함유하고 있어 산성토양 개질용 지효성 비료로서 적용하거나, 다시 소성 공정을 거쳐 시멘트로의 복원이나 본 발명의 처리 공정의 반응물로서의 재이용이 가능하여, 유지비에 대한 부담을 최대한 줄일 수 있다.The sludge obtained in the precipitation process of the present invention contains a large amount of nitric acid, which can be applied as a sustained-release fertilizer for acidic soil reforming, or can be restored to cement or reused as a reactant in the treatment process of the present invention through a calcination process. You can reduce the burden as much as possible.

다음에서는 실시예를 통해 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하였다. 이 실시예는 단지 본 발명을 예시하고자 하는 것일 뿐이지, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.In the following, the present invention has been described in more detail with reference to Examples. This embodiment is only intended to illustrate the invention, but the invention is not limited thereto.

실시예 1Example 1

알루미나 시멘트와 산화칼슘을 이용한 질산염의 제거Removal of Nitrate Using Alumina Cement and Calcium Oxide

국내에서 판매되고 있는 알루미나 시멘트는 알루미나의 성분에 따라, 건조중량비 50%, 70%, 80% 알루미나 시멘트로 각각 분류된다. 각각의 제조 공정과 소성 조건이 매우 달라, 50%와 70% 알루미나 시멘트의 경우는 소성에 의해 생성되고, 80% 알루미나시멘트의 경우는 융용에 의해 얻어진다. 따라서, 물에 반응하는 속도와 결과물에 큰 차이를 보이고 있어 수화 반응에 의한 질산염의 침전에도 영향을 미친다. 다음 표 1에 나타낸 바와 같이, 알루미나 함유량이 다른 이들 알루미나 시멘트의 알루미나를 산화칼슘과 일정한 몰비로 (Al/NO3몰 비 : 6.41, Ca/NO3몰 비 : 9) 혼합하여 질산염 제거 실험을 수행하였다.Alumina cements sold in Korea are classified into dry weight ratio of 50%, 70%, and 80% alumina cement, depending on the components of alumina. Each manufacturing process and firing conditions are very different, with 50% and 70% alumina cement being produced by firing and 80% alumina cement being obtained by melting. Therefore, there is a big difference in the rate of reaction with water and the resultant, which also affects precipitation of nitrate by hydration reaction. As shown in Table 1 below, nitrate removal experiments were performed by mixing alumina of these alumina cements having different alumina contents with calcium oxide in a constant molar ratio (Al / NO 3 mole ratio: 6.41, Ca / NO 3 mole ratio: 9). It was.

이 실험 결과, 알루미나의 함량이 적은 50% 알루미나 시멘트가 가장 좋은 질산염의 제거 효율 및 제거 속도를 나타내어 반응 시작 60 분 정도에 질산염의 농도는 초기 1059 ppm에서 205 ppm으로 급속히 감소하여 80% 이상의 제거 효율을 나타내었다. 반면, 80% 알루미나 시멘트의 경우에는 반응시작 90 분이 지난 후에도 질산염의 감소는 200 ppm에 불과하여 19.7%의 제거 효율을 나타내었다. 이는 소성 공정의 차이와 결과적으로 얻어지는 수화물의 형태가 불용성 질산염 화합물의 형성에 영향을 주고 있음을 나타낸다. 또한, 알루미나를 단독으로 사용하였을 경우에는 질산의 침전을 발견할 수 없었으며 이는 알루미나와 산화칼슘의 소성 화합물만이 수화 반응을 통해 질산염을 포함한 새로운 화합물로 불용화시킬수 있음을 나타낸다.As a result of this experiment, 50% alumina cement with low alumina content showed the best removal efficiency and removal rate of nitrate, so that the concentration of nitrate rapidly decreased from the initial 1059 ppm to 205 ppm about 60 minutes at the start of the reaction. Indicated. On the other hand, in the case of 80% alumina cement, even after 90 minutes from the start of the reaction, the reduction of nitrate was only 200 ppm, resulting in a removal efficiency of 19.7%. This indicates that differences in the firing process and the resulting hydrate form affect the formation of insoluble nitrate compounds. In addition, when alumina alone was used, no precipitation of nitric acid was found, indicating that only calcined compounds of alumina and calcium oxide could be insolubilized into new compounds including nitrates through a hydration reaction.

알루미나Alumina 80% 알루미나시멘트80% Alumina Cement 70% 알루미나시멘트70% Alumina Cement 50% 알루미나시멘트50% Alumina Cement 초기 질산염 농도 (mg/L)Initial Nitrate Concentration (mg / L) 10251025 10471047 10401040 10601060 알루미나 시멘트 양 (mg/L)Alumina Cement Volume (mg / L) 52535253 65506550 75007500 1048010480 생석회 양 (M)Quicklime Volume (M) 0.1440.144 0.110.11 0.120.12 0.0750.075 Al/NO3의 몰Mol of Al / NO 3 6.46.4 6.46.4 6.46.4 6.46.4 Ca/NO3의 몰Mo of Ca / NO 3 99 99 99 99 최종 처리 시간 (분)Final processing time (minutes) 9090 9090 9090 6060 처리후 질산염 농도 (mg/L)Nitrate Concentration After Treatment (mg / L) 10251025 839839 287287 205205 제거율(%)% Removal 00 2020 7272 8080

실시예 2Example 2

황산칼슘의 첨가를 통한 침전 제거 반응 속도 조절Reaction Rate Control of Precipitation Removal by Addition of Calcium Sulfate

상기 실시예 1의 반응 결과를 바탕으로 하여 제거율이 우수한 50% 알루미나 시멘트를 사용하여 반응 초기에 황산칼슘을 첨가하는 것을 제외하고는, 실시예 1에서 50% 알루미나 시멘트를 사용한 경우와 동일한 방법으로 질산 이온의 침전 제거 반응을 실시하였다. 각각, CaSO4의 양을 다르게 첨가하여 그 반응 속도 변화를 관찰하였다. CaSO4는 각각, 0 M(첨가하지 않음), 0.005 M, 0.008 M, 0.01 M로 주입하였다.Based on the reaction result of Example 1, nitric acid was used in the same manner as in Example 1 except that 50% alumina cement was used to remove calcium sulfate at the initial stage of the reaction using a good removal rate of 50% alumina cement. Precipitation removal reaction of the ion was performed. In each case, the amount of CaSO 4 was added differently to observe the change in reaction rate. CaSO 4 was injected at 0 M (not added), 0.005 M, 0.008 M, and 0.01 M, respectively.

다음 표 2에 나타낸 바와 같이, 각각의 실험 결과는, 제거율이 약 75% 정도를 나타내는 데 걸리는 반응 시간이, CaSO4를 첨가하지 않은 경우에는 반응 시작 약 15 분 후이고 0.005 M CaSO4의 경우는 반응 시작 약 60 분 후이며, 0.008 M CaSO4의 경우는 반응 시작 약 240 분 후가 되었으며, 0.01 M CaSO4의 경우에는 반응 시작 약 960 분 후에 비숫한 제거율을 보였다. 이러한 결과를 통해, 황산칼슘이 알루미나 시멘트에서 일어나는 수화 반응을 지연시켜 침전 반응 속도를 감소시키는 역할을 하며, CaSO4가 없는 경우보다 0.005 M CaSO4을 주입하였을 때 같은 제거율을 보이는 반응 시간이 약 8 배로 증가한다는 것을 알 수 있다. 이로써, CaSO4의 첨가를 통해 제거율을 저하시키지 않고 반응 시간의 조절이 가능함을 알 수 있다.As shown in the following Table 2, the results of each experiment indicate that the reaction time taken for the removal rate to be about 75% is about 15 minutes after the start of the reaction when CaSO 4 is not added and for 0.005 M CaSO 4 . It was about 60 minutes after the start of the reaction, and about 240 minutes after the start of the reaction for 0.008 M CaSO 4 , and about 960 minutes after the start of the reaction for the 0.01 M CaSO 4 . With this result, delay the hydration reaction of calcium sulfate takes place on the alumina cement, and serves to reduce the precipitation rate, CaSO 4 is than 0.005 M CaSO reaction time look the same removal rate of about 8 when injecting 4 if no You can see that it doubles. As a result, it can be seen that the reaction time can be adjusted without lowering the removal rate through the addition of CaSO 4 .

시간(분)Minutes 질산염 농도 (mg/L)Nitrate Concentration (mg / L) 0 M CaSO4(없음)0 M CaSO 4 (none) 0.001 M CaSO4 0.001 M CaSO 4 0.005 M CaSO4 0.005 M CaSO 4 0.008 M CaSO4 0.008 M CaSO 4 0.01 M CaSO4 0.01 M CaSO 4 00 10601060 10301030 10101010 10911091 10401040 1515 272272 301301 816816 10501050 10761076 3030 236236 229229 560560 10391039 10301030 6060 208208 211211 290290 742742 979979 120120 190190 211211 441441 747747 240240 173173 181181 273273 583583 300300 163163 170170 256256 780780 480480 208208 390390 720720 326326 960960 272272

실시예 3Example 3

다른 황산염의 첨가를 통한 침전 제거 반응 속도 조절Control of Precipitation Removal Reaction Rate by Addition of Other Sulfates

황산칼슘 대신에 각각 0.01 M의 황산칼륨과 0.01 M의 황산제일철을 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 2에서와 동일한 방법으로 질산염의 침전 제거 반응을 수행하였다.The precipitation removal reaction of nitrate was carried out in the same manner as in Example 2, except that 0.01 M potassium sulfate and 0.01 M ferrous sulfate were used instead of calcium sulfate.

시간에 따라 질산 이온 농도를 측정한 결과, 황산칼륨의 경우는 반응 시작 후 480 분 정도에 1053 mg/L에서 341 mg/L로 되었며, 황산제일철의 경우는 질산 이온 농도가 1148 mg/L에서 254 mg/L로 되는 데 약 300 분 정도 소요되었다(표 3). 이 결과는 상기 실시예 2와 마찬가지로, 황산칼륨과 황산제일철이 알루미나 시멘트의 수화 반응을 지연시킬 수 있다는 것을 알 수 있다.As a result of measuring the concentration of nitrate with time, potassium sulfate became 1041 mg / L to 341 mg / L at about 480 minutes after the start of the reaction. In the case of ferrous sulfate, the concentration of nitrate was 1148 mg / L. It took about 300 minutes to reach 254 mg / L (Table 3). This result, as in Example 2, it can be seen that potassium sulfate and ferrous sulfate can delay the hydration reaction of the alumina cement.

시간(분)Minutes 질산염 농도 (mg/L)Nitrate Concentration (mg / L) 0.01 M K2SO4 0.01 MK 2 SO 4 0.01 M FeSO4 0.01 M FeSO 4 00 10531053 11481148 1515 10461046 10131013 3030 10131013 856856 6060 873873 755755 9090 612612 410410 120120 526526 321321 180180 447447 287287 300300 346346 254254 480480 341341

실시예 4Example 4

다단계 반응을 통한 질산염 제거 공정Nitrate removal process through multi-step reaction

상기 실시예 1의 실험 결과를 통해 대부분의 침전 반응의 경우 침전 반응에 의한 질산염 제거율이 85%를 넘지 못함을 알 수 있다. 고농도의 오염수를 처리하는 경우 이를 수질 기준에 맞추기 위해서는 다단계의 침전반응이 필요하다. 다단계 반응을 통한 고농도의 질산염에 대한 처리가능성을 알아보기 위해 이단계의 질산염 제거 실험을 다음 표 4에 나타낸 바와 같이 실시하였다. 알루미나 시멘트로서는 50% 알루미나 시멘트를 사용하였다. 일차적으로 50%의 알루미나 시멘트와 생석회를 이용한 침전 실험을 수행하여 얻은 여과액을, 다시 이단계로 같은 처리를 실시하여 처리 효율을 검토하였다.Experimental results of Example 1 it can be seen that the nitrate removal rate by the precipitation reaction does not exceed 85% for most precipitation reactions. Treatment of high concentrations of contaminated water requires multiple stages of precipitation to meet water quality standards. Two step nitrate removal experiments were carried out as shown in Table 4 to determine the treatability of high concentrations of nitrates through a multi-step reaction. As alumina cement, 50% alumina cement was used. First, the filtrate obtained by the precipitation experiment using 50% alumina cement and quicklime was subjected to the same treatment again in this step to examine the treatment efficiency.

실험 결과, 초기 1015 ppm에 달하던 질산염의 농도가 반응 시작 15 분만에 205 ppm으로 줄어들었으며 이단계 반응에서는 역시 같은 수율로 줄어들어 30 ppm으로 침전 제거됨을 확인할 수 있었으며, 음용수 기준치 이하로 처리가 가능하다는 것을 알 수 있었다. 또한, 5000 ppm이나 10000 ppm의 경우도 이와 같이 50% 알루미나 시멘트를 이용하여, 제거율 80%인 침전 반응을 다단계로 실시하면, 음용수 수질 기준 이하로 낮출 수 있는 결과를 얻을 수 있었다.As a result, it was confirmed that the concentration of nitrate, which had reached the initial 1015 ppm, was reduced to 205 ppm at the first 15 minutes of the reaction, and in the two-stage reaction, it was also reduced to the same yield to precipitate out at 30 ppm. Could know. In addition, in the case of 5000 ppm or 10000 ppm, when the precipitation reaction having a removal rate of 80% was performed in multiple stages using 50% alumina cement in this manner, the result could be lowered below the drinking water quality standard.

1 단계Stage 1 2 단계2 steps 초기 질산염 농도 (mg/L)Initial Nitrate Concentration (mg / L) 10151015 176176 알루미나시멘트 양 (mg/L)Alumina Cement Volume (mg / L) 1048010480 1048010480 생석회 양 (M)Quicklime Volume (M) 0.0750.075 0.0750.075 Al/NO3의 몰비Molar ratio of Al / NO 3 6.46.4 6.46.4 Ca/NO3의 몰비Molar ratio of Ca / NO 3 99 99 최종 처리 시간 (분)Final processing time (minutes) 3030 1515 처리후 질산염 농도 (mg/L)Nitrate Concentration After Treatment (mg / L) 176176 3030 제거율 (%)Removal rate (%) 82.682.6 80.480.4

실시예 5Example 5

다른 음이온에 대한 침전 제거 효과Precipitation removal effect on other anions

지하수, 오수 및 폐수 내에 존재하는, 질산 이외의 기타 이온들에 침전 제거 반응으로, 황산염(SO4 2-), 인산염(HPO4 2-) 및 염소(Cl-) 이온 등을 상기 실시예 1에서 50% 알루미나 시멘트를 이용한 경우와 같은 조건으로 반응을 수행하였다. 황산염(SO4 2-)의 경우 1 시간 후에 945 mg/L에서 거의 대부분이 제거되었고, 인산염(HPO4 2-)의 경우는 1 시간 후에 998 mg/L에서 6 mg/L로 제거되었으며, 염소는 한 시간 반 정도에 970 mg/L에서 309 mg/L 정도가 제거되었다(표 5). 이러한 결과를 통해, 본 발명에 의한 침전 공정을 통해 다른 염에 대한 제거도 가능함을 알 수 있었다. 각 염들의 제거율에 차이가 있음은 이온 세기의 영향에 의한 것으로 판단되는데, 즉, 이온화 경향이 큰 황산염, 인산염 및 질산염이 상대적으로 이온화 경향이 낮은 염산염에 비해 높은 침전을 나타내었으며, 이와 같은 질산 및 여러 음이온의 알루미나 시멘트의 수화 반응에 의한 제거에는 이온화 경향에 의한 이온 확산이 영향을 미친다고 사료된다.Sulfate (SO 4 2- ), phosphate (HPO 4 2- ), and chlorine (Cl ) ions, etc., were precipitated to other ions other than nitric acid present in groundwater, sewage, and wastewater. The reaction was carried out under the same conditions as using 50% alumina cement. Almost everything was removed at 945 mg / L after 1 hour for sulfate (SO 4 2- ) and 6 mg / L at 998 mg / L after 1 hour for phosphate (HPO 4 2- ) Was removed from 970 mg / L to 309 mg / L in about an hour and a half (Table 5). Through these results, it can be seen that other salts can be removed through the precipitation process according to the present invention. The difference in the removal rate of each salt is judged to be due to the effect of ionic strength, that is, sulfates, phosphates and nitrates with high ionization tend to have higher precipitation than hydrochlorides with relatively low ionization tendency. It is considered that ion diffusion due to ionization tends to influence the removal of various anions by hydration of alumina cement.

SO4 SO 4 HPO4 HPO 4 ClCl 초기 염 농도 (mg/L)Initial Salt Concentration (mg / L) 946946 998998 981981 알루미나시멘트 양 (mg/L)Alumina Cement Volume (mg / L) 1048010480 1048010480 1048010480 생석회 양 (M)Quicklime Volume (M) 0.0750.075 0.0750.075 0.0750.075 최종 처리 시간 (분)Final processing time (minutes) 6060 6060 9090 처리후 염 농도 (mg/L)Salt concentration after treatment (mg / L) 00 66 309309 제거율 (%)Removal rate (%) 100100 9999 6868

실시예 6Example 6

용출되는 알루미늄 및 칼슘 이온의 제거Removal of Eluted Aluminum and Calcium Ions

상기 실시예 1에 의한 침전 반응 후에 처리수 내의 알루미늄 이온이나 칼슘 이온을 검측해본 결과, 용출되는 알루미늄 및 칼슘 이온이 각각 56.5 mg/L와 133 mg/L에 달하였다. 이 칼슘 이온을 소다회를 이용하여 탄산칼슘으로 침전시켜 제거하였으며, 이 염기 상태의 처리수를 중화하는 과정에서 알루미늄 이온이 수산화알루미늄으로 침전 제거되었다. 그 결과로는, 처리수에 소다회를 주입한 후 93-99% 정도의 칼슘 이온이 탄산칼슘으로 침전되었고, 물 속에 남아 있는 칼슘 이온은 10 mg/L이었으며, 이를 중화하는 데 황산을 이용해서 pH가 7.0이 되도록 첨가하여 알루미늄 이온의 99%를 수산화알루미늄으로 침전시킴으로써, 물 속에 남아 있는 알루미늄 이온은 0.1 mg/L로 낮아져 음용수 기준을 만족하였다.As a result of detecting aluminum ions or calcium ions in the treated water after the precipitation reaction according to Example 1, eluted aluminum and calcium ions reached 56.5 mg / L and 133 mg / L, respectively. The calcium ions were removed by precipitation with calcium carbonate using soda ash, and aluminum ions were precipitated and removed with aluminum hydroxide in the process of neutralizing the treated water in the base state. As a result, 93-99% of calcium ions precipitated into calcium carbonate after soda ash was injected into the treated water, and the remaining calcium ions in the water were 10 mg / L. Was added to be 7.0 so that 99% of the aluminum ions precipitated with aluminum hydroxide, the aluminum ions remaining in the water was lowered to 0.1 mg / L to meet the drinking water standards.

실시예 7Example 7

관상 반응조와 여과막 내장 침전조를 이용한 연속 염 제거 공정Continuous Salt Removal Process Using Tubular Reactor and Filtration Membrane Precipitation Tank

침전 반응에 의한 질산염 제거를 위한 연속 공정 실험을 수행하였다. 공정은 도 1에 나타낸 바와 같이, 관상형의 반응조와 침전조로 이루어져 있으며, 반응조의 크기는 반경이 10 cm, 높이가 27 cm인 내측 관상과 반경이 15 cm, 높이가 30 cm인 외측 관상으로 이루어졌다. 반응조는 이중 관상으로 유입되는 곳과 유출되는 곳을 분리하여 새로 보충되어지는 알루미나 시멘트를 충분히 수화 반응하게 하였고, 운전부피는 3 L이고 유입수는 50 mL/min의 유속으로 유입되었다. 또한, 침전조의 크기는 가로 25 cm, 세로 25 cm, 높이 30 cm이며 운전부피는 18 L이며 반응조에서 유입되는 처리수는 높이를 조절하여 위치 에너지에 의해 침전조로 유입하였으며 여과막을 통과한 최종 처리수는 50 mL/min의 유속으로 유출되었다. 이 때, 질산염에 오염된 물을 반응조에 계속 보내며, 또한 알루미나 시멘트와 생석회를 연속적으로 주입하였다. 알루미나 시멘트 5 g/L, 황산칼슘 0.001 M 및 생석회 0.075 M을 반응조에 주입하였다. 반응조에서 알루미나 시멘트의 수화 반응에 의해서 불용성 화합물로 생성된 질산염 침전물을 침전조에서 침전시킨 후 여과막을 통과하여 최종 처리수를 얻었다. 실험 결과는 다음 표 6에 나타낸 바와 같으며, 공정중의 반응조에서 일어나는 질산염 제거는 약 6 시간 정도 일정하게 68% 정도의 제거율을 나타내었으나, 이 공정에서 여과막을 통과한 처리수에서는 75% 정도의 제거율을 나타내었다. 이는, 침전조에서 미반응된 슬러지들이 반응하여 여과막을 통과한 최종수에 질산염의 제거율을 높이는 것으로 사료되어진다.Continuous process experiments for nitrate removal by precipitation reaction were performed. As shown in FIG. 1, the process consists of a tubular reactor and a settling tank, and the size of the reactor consists of an inner tubular with a radius of 10 cm and a height of 27 cm and an outer tubular with a radius of 15 cm and a height of 30 cm. lost. The reactor separated the inflow and outflow into the double tube to fully hydrate the newly supplemented alumina cement. The operation volume was 3 L and the influent flowed in at a flow rate of 50 mL / min. In addition, the size of the sedimentation tank is 25 cm in width, 25 cm in length and 30 cm in height. The operating volume is 18 L. The treated water flowing from the reactor is adjusted to the height and introduced into the sedimentation tank by potential energy. Was flowed out at a flow rate of 50 mL / min. At this time, water contaminated with nitrate was continuously sent to the reactor, and alumina cement and quicklime were continuously injected. 5 g / L of alumina cement, 0.001 M of calcium sulfate and 0.075 M of quicklime were injected into the reactor. In the reactor, the nitrate precipitate formed as an insoluble compound by the hydration reaction of alumina cement was precipitated in the precipitation tank, and passed through a filtration membrane to obtain final treated water. The experimental results are shown in the following Table 6. The removal of nitrate in the reactor during the process showed a constant removal rate of about 68% for about 6 hours, but the treated water that passed through the filtration membrane in this process was about 75%. The removal rate is shown. This is considered to increase the removal rate of nitrate in the final water passed through the filter membrane by the reaction of unreacted sludge in the settling tank.

이러한 결과를 통해, 본 발명의 연속 공정에 의해 좀더 적은 양의 반응물로도 좀더 유효한 제거율 증진 효과를 얻을 수 있음을 알 수 있다.Through these results, it can be seen that by the continuous process of the present invention, even more effective removal rate enhancement effect can be obtained with a smaller amount of reactants.

시간 (분)Time (min) 최종 처리수Final treatment 질산염의 농도 (mg/L)Nitrate Concentration (mg / L) 수율 (%)Yield (%) 00 989989 00 1010 326326 6767 4040 253253 7474 7070 280280 7272 100100 289289 70.870.8 160160 293293 70.470.4 250250 250250 74.774.7 310310 263263 73.473.4 370370 279279 71.871.8

실시예 8Example 8

알루미나 시멘트의 양을 2.5 g/L로 감소시킨 것을 제외한 다른 실험 조건은 상기 실시예 7과 동일하게 실시하였다. 실험 결과는 다음 표 7에 나타내었으며, 초기 1017 mg/L의 질산 이온이 반응 개시 후 50 분에 734 mg/L로 떨어졌고, 약 260 분 정도 이후부터는 50%의 제거율을 유지하는 것으로 나타났다.Except that the amount of alumina cement was reduced to 2.5 g / L was carried out in the same manner as in Example 7. The experimental results are shown in the following Table 7, and the initial 1017 mg / L nitrate ions fell to 734 mg / L 50 minutes after the start of the reaction, after about 260 minutes it was shown to maintain a 50% removal rate.

시간 (분)Time (min) 최종 처리수Final treatment 질산염의 농도 (mg/L)Nitrate Concentration (mg / L) 수율 (%)Yield (%) 00 10171017 00 4040 851851 1616 5050 734734 27.827.8 8080 732732 27.927.9 110110 703703 3131 140140 726726 2929 170170 654654 3636 200200 558558 4545 230230 514514 49.549.5 260260 507507 5050 310310 505505 5050 390390 502502 5050 420420 505505 5050 540540 504504 5050

실시예 9Example 9

관상 반응조, 이차 교반조 및 여과막 내장 침전조를 이용한 연속 염 제거 공정Continuous Salt Removal Process Using Tubular Reactor, Secondary Stirring Tank, and Precipitation Tank with Filtration Membrane

도 2에 나타낸 바와 같이, 상기 실시예 7의 공정에서의 관상 반응기와 여과막 내장 침전조 사이에 이차 교반조를 설치하였다. 이 이차 교반조의 외관은 여과막이 내장되어 있지 않은 침전조와 동일 모형에 교반기가 유입구 부분에 설치되어 있으며, 반응 초기엔 슬러지를 농축시킬 수 있도록 교반기를 가동하지 않고, 일정 시간이 경과한 후, 교반기를 가동하여 슬러지 농축 상태에서 침전 반응에 의한 질산염 제거를 위한 연속 공정 실험을 수행하였다.As shown in FIG. 2, a secondary stirring tank was installed between the tubular reactor and the filtration membrane-containing precipitation tank in the process of Example 7. The appearance of the secondary agitator tank is the same as that of the sedimentation tank without a built-in filtration membrane, and the stirrer is installed at the inlet part. Operation was carried out for continuous process experiments for nitrate removal by precipitation reaction in the sludge concentration.

구체적으로는, 유속은 100 mL/min였으며, 반응 개시후 5 시간 동안은 이차 교반조의 교반을 중지하여 슬러지를 충분히 농축시킨 다음에, 교반을 시작하였다. 알루미나 시멘트 2.5 g/L, 황산칼슘 0.001 M 및 생석회 0.075 M을 반응조에 주입한 결과, 초기 1100 mg/L의 질산 이온이 반응 개시 후 380 분만에 370 mg/L로 떨어졌으며, 그 후 1050 분 동안 65% 이상의 제거율을 유지하는 것으로 나타났다(표 8a와 8b).Specifically, the flow rate was 100 mL / min, and the stirring was stopped for 5 hours after the start of the reaction to fully concentrate the sludge, and then stirring was started. Injecting 2.5 g / L of alumina cement, 0.001 M of calcium sulfate, and 0.075 M of quicklime into the reactor, the initial 1100 mg / L of nitrate ions dropped to 370 mg / L 380 minutes after the start of the reaction, followed by 1050 minutes. The removal rate was maintained above 65% (Tables 8a and 8b).

이러한 결과는, 이차 교반조 없이 관상 반응조와 여과막 내장 침전조로 이루어져 있는 상기 실시예 8과 비교해볼 때, 이차 교반조가 있는 경우의 질산염 제거율이 약 15% 정도가 더 상승되었다는 것을 알 수 있다. 따라서, 이차 교반조에서의 슬러지의 효과적인 농축과 교반을 통해, 좀더 적은 양의 반응물로 한층 효과적인 연속 공정을 수행할 수 있음을 알 수 있다.This result, it can be seen that the nitrate removal rate in the case of the secondary stirring tank was increased by about 15% compared with the above Example 8 consisting of the tubular reaction tank and the filtration membrane settling tank without the secondary stirring tank. Therefore, it can be seen that through effective concentration and agitation of the sludge in the secondary agitation tank, a more effective continuous process can be performed with a smaller amount of reactants.

시간 (분)Time (min) 최종 처리수Final treatment 질산염의 농도 (mg/L)Nitrate Concentration (mg / L) 수율 (%)Yield (%) 00 11051105 00 110110 706706 3636 140140 711711 35.635.6 170170 719719 34.834.8 200200 709709 35.835.8 230230 706706 36.136.1 260260 699699 36.736.7 290290 702702 36.436.4 320320 694694 37.137.1 350350 523523 52.652.6 380380 369369 66.666.6 445445 375375 6666 475475 346346 68.768.7 505505 344344 68.868.8 535535 382382 65.465.4 565565 420420 6262 595595 402402 63.663.6 655655 413413 62.662.6

시간 (분)Time (min) 최종 처리수Final treatment 질산염의 농도 (mg/L)Nitrate Concentration (mg / L) 수율 (%)Yield (%) 715715 405405 63.363.3 775775 393393 64.464.4 835835 385385 65.165.1 865865 397397 64.164.1 925925 392392 64.564.5 985985 354354 67.967.9 10451045 388388 64.864.8

본 발명은 화학적 침전법을 기초로 하여, 기존의 이온교환수지법에 비해 부가적인 염의 사용이나 처리수내의 염의 존재로 인한 부식 등의 문제를 줄일 수 있고, 고가의 수지 교체에 소요되는 막대한 유지비를 줄임과 동시에 소규모로 설계가 가능하며, 생물학적 탈질법 등에서의 매우 낮은 처리 속도와 미생물의 살균 후처리 문제, 지하수 적용의 한계 등을 극복할 수 있다. 또한, 황산염에 의한 반응 속도의 제어가 가능하고, 이러한 침전 반응의 연속 공정을 통해 좀더 효과적인 염의 제거를 수행할 수 있으며, 추가로, 연속 공정 중에 반응물 슬러지를 농축 교반함으로써 그 효율성을 증진시킬 수 있다.Based on the chemical precipitation method, the present invention can reduce problems such as the use of additional salts and corrosion due to the presence of salts in the treated water, compared to the conventional ion exchange resin method, and the enormous maintenance cost required for expensive resin replacement. At the same time, it can be designed in small size and overcomes the very low processing speed in biological denitrification, post-treatment problems of microorganisms, and limitation of groundwater application. In addition, it is possible to control the reaction rate by the sulphate, and it is possible to carry out more effective salt removal through the continuous process of this precipitation reaction, and further increase its efficiency by concentrating and stirring the reactant sludge during the continuous process. .

Claims (9)

지하수, 오수 또는 폐수내에 존재하는 염을 알루미나 시멘트와 생석회에 의해 침전 반응시켜 제거하는 방법에 있어서, 황산염을 첨가하여 반응 속도를 제어하는 방법.A method of precipitating and removing salts present in groundwater, sewage or wastewater by alumina cement and quicklime, wherein the reaction rate is controlled by adding sulfate. 제 1 항에 있어서, 상기 황산염이 황산칼슘, 황산칼륨, 황산나트륨, 황산제일철, 황산제이철 및 그의 배합물로 이루어진 군 중에서 선택된 것인 방법.The method of claim 1 wherein said sulfate is selected from the group consisting of calcium sulfate, potassium sulfate, sodium sulfate, ferrous sulfate, ferric sulfate, and combinations thereof. 제 1 항에 있어서, 상기 황산염을 0.001∼0.01 M 농도로 첨가하는 방법.The method according to claim 1, wherein the sulfate is added at a concentration of 0.001 to 0.01 M. 제 1 항에 있어서, 상기 침전 반응 이후에 잔류 칼슘 이온을 탄산염을 첨가하여 침전 반응시킨 후에, 산으로 중화 처리함으로써 잔류 알루미늄 이온을 침전 제거하는 것이 추가로 구성되는 방법.The method according to claim 1, wherein after the precipitation reaction, the residual calcium ions are precipitated by addition of carbonate, followed by precipitation treatment of the residual aluminum ions by neutralization with acid. 제 4 항에 있어서, 상기 탄산염이 소석회, 탄산칼륨 및 탄산나트륨으로 이루어진 군 중에서 선택된 것인 방법.The method of claim 4 wherein said carbonate is selected from the group consisting of slaked lime, potassium carbonate and sodium carbonate. 제 1 항에 있어서, 상기 침전 반응이, 내측 관상과 외측 관상으로 이루어진 이중 관상 반응기내에서 지하수, 오수 또는 폐수내에 존재하는 염을 알루미나 시멘트, 생석회 및 황산염과 혼합 교반하여 불용성 침전물을 생성시킨 후에, 침전조내에서 이를 침전시키는 것으로 이루어지는 연속 공정 방법.The method according to claim 1, wherein the precipitation reaction is carried out by mixing and stirring salts present in groundwater, sewage or wastewater in a double tubular reactor consisting of inner and outer tubular phases with alumina cement, quicklime and sulfate to generate an insoluble precipitate. A continuous process method comprising the precipitation of this in a settling tank. 제 6 항에 있어서, 상기 침전조에 여과막이 장착된 방법.7. The method of claim 6, wherein a filtration membrane is mounted in the settling tank. 제 6 항에 있어서, 상기 반응기 다음에 이차 교반조가 장착된 방법.7. A method according to claim 6, wherein the reactor is equipped with a secondary agitation tank. 제 8 항에 있어서, 상기 이차 교반조내에서 슬러지 농축 후에, 교반을 개시하는 방법.The method according to claim 8, wherein after the sludge concentration in the secondary stirring tank, stirring is started.
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