KR20000019735A - 패각을 이용한 산성수 처리방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 pH가 1 내지 4인 산성수를 촉매로서 작용하는 패각과 접촉시켜 pH 5 내지 9의 약산성 내지 알카리수로 전환시키는 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 산성수 처리 방법에 의하면, 산성수를 단시간 내에 중성수 또는 알카리수로 전환시킬 수 있다. 상세하게 설명하면, pH가 1 이하인 수질의 경우에는 20분, pH가 1 내지 3인 경우에는 5분, pH가 3이상인 수질의 경우에는 5분 이내에 pH가 5.0 이상인 수질로 전환될 수 있다.
이와 같이, 패각을 사용하는 본 발명에 따른 산성수 처리 방법은 환경 및 산업 분야에서 발생되는 강산성 폐수나 침출수 뿐만 아니라 식수로 이용되는 음용수 분야에까지 응용 가능하다. 또한, 본 발명의 산성수 처리 방법에 의하면, 저비용으로 높은 처리 효율을 얻을 수 있으므로 매우 경제적이고, 패각 자체의 흡착 능력에 의한 중금속 제거 및 탈색 효과도 뛰어나므로 오염된 물의 정화에도 이용할 수 있다.

Description

패각을 이용한 산성수 처리 방법
본 발명은 pH가 1 내지 4인 산성수를 촉매로서 작용하는 패각과 접촉시켜 pH 5 내지 9의 약산성 내지 알카리수로 전환시키는 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따라, 음식물이나 기타 식용으로 사용된 후 버려지는 패각을 이용하여 각종 산업 현장에서 또는 생활 하수로 방류되고 있는 강한 산성수를 간단하게 처리할 수 있다.
해수 중에서 장기간 양식되거나 자라온 조개류는 식용으로 사용된 후 버려지며 패각은 소량만이 가구산업이나 기타 비료, 약품분야에 사용되고 있으며 대부분 폐기되고 있는 실정이다. 최근 자료에 의하면 바닷가에 쌓아놓은 폐 굴껍데기가 부패하여 악취가 진동하고 침출수까지 나와 인근 해안을 오염시키고 있는 것으로 보도되고 있다. 특히 여름철에는 파리나 모기까지 모여 전염병 발생까지 우려되고 있으며 이에 대한 대책마련이 매우 시급한 형편이다.
이러한 패각의 활용 방법으로는 칼슘의 제조 방법 및 패각분의 제조 방법 등이 있다 (한국 특허 공개 제96-037053호: 활성흡수형 칼슘 제조 방법, 동 제95-029190호: 패각을 이용한 탄산 칼슘 제조 방법, 동 제95-000568호: 칼슘의 제조 방법, 동 제93-012095호: 패각분의 제조 방법, 동 제83-008923호: 패각분의 제조 방법, 한국 특허 공고 제97-007560호: 분뇨에 패각분 등을 혼합한 후 살균, 건조 공정을 거치는 인분주재 비료의 제조 방법, 한국 특허 공개 제96-001421호: 패각류와 산을 이용한 이온화 칼슘의 제조 방법, 동 제95-003543호: 패각분의 제조 방법).
최근에는 이러한 패각을 이용하여 오염 물질을 제거하려는 시도도 있었다 (한국 특허 공개 제97-74677호: 패각을 이용한 수중인의 제거 방법).
강산성수의 경우 항균, 제균 작용 등 위생 특성이 우수하기 때문에 병원 등에서 많이 사용되며 산 처리 공정을 사용하는 각종 산업 현장에서 여러 분야에 활용되고 있다. 그 외에도 수영장이나 축산폐수 등에서 소독제로 사용되기도 한다. 이러한 강산성수를 분해시키는 방법은 기존에 많이 사용하는 전기분해에 의한 방법이 있지만 강알칼리수와 강산성수로 분해되어 2차 산성수가 발생하게 되며, 따라서 완전한 산성수의 처리라고는 할 수 없고 기타 다른 촉매에 의한 방법들 역시 고 비용, 고 에너지가 요구되므로 효율적이지 못하다.
토양 및 산업 분야 등에서 발생되는 산 폐수 처리 방법으로는, 한국 특허 공개 제 95-008376호 (산성 폐수 무방류 처리 방법 및 그 시스템)에 기재된, 산성 폐수를 소석회와 혼합시켜 pH를 9.0 내지 10.0 정도로 조절하는 방법 및 동 제96-004230호(제강 슬래그를 이용한 산 폐수 중화처리 방법)에 기재된, 제강 슬래그를 분말 입자 층에 통과시켜 산 폐수를 예비처리하고 소석회 또는 가성소다를 첨가하여 pH를 조절하여 중화하는 방법이 있으며, 동 제97-001235호(산성 폐수 중화물질을 이용한 산업 폐수 처리 방법)에는 산성 폐수 중화물질로 소석회를 사용하는 방법이 기재되어 있고, 동 제97-010661호(이온교환수지를 사용하여 폐수를 처리하는 방법)에는 이온 교환을 이용한 방법이 기재되어 있다.
이러한 산성 폐수 처리 방법들은 모두 상업용 소석회를 사용하고 있기 때문에, 비용이 많이 소요될 뿐만 아니라 소석회를 별도로 처리해야 하는 단점이 있다.
본 발명자들은 상기 종래의 산성수 처리 방법이 갖고 있는 문제점들을 감안하여 새로운 산성수 처리 방법에 관하여 예의 연구를 거듭한 결과, 대부분 폐기되고 있는 패각을 사용하여 생활 하수 및 산업 현장에서 발생하는 산성수를 처리함으로써 산성수를 알칼리수로 전환시킬 수 있고, 폐기되는 패각을 이용함으로써 환경 오염 방지의 효과도 달성할 수 있다는 것을 발견하고 본 발명에 이르게 되었다.
따라서, 본 발명의 목적은 환경 오염의 문제를 발생시킬 수 있는 폐기되는 패각을 사용하여 토양 및 산업 분야 등에서 발생되는 산성수를 알카리수로 전환시키는 간단하고 저비용의 산성수 처리 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명은 pH가 1 내지 4인 산성수를 촉매로서 작용하는 패각과 접촉시켜 pH 5 내지 9의 약산성 내지 알카리수로 전환시키는 방법에 관한 것이다.
본 발명자들은 조개류가 많은 CaCO3성분을 함유하고 있어서 소석회를 대체시킬 수 있는 물질이며 또한 강한 매트릭스 구조를 가지고 있어서 수중에서도 깨어지지 않는 장점을 가지고 있으며 특히 바닷속에서 오랫동안 자라는 것을 착안하여 이것이 폐산성수 처리에 적합하리라고 판단하였다.
또한, 패각은 재질이 매우 단단하여 강한 산성 폐수에도 내구성이 뛰어나며 사용된 패각을 재생하여 다시 사용할 수 있기 때문에 더욱 유리하고, 폐기되는 패각을 이용할 경우 강산성수의 중성화 이외에도 버려지는 패각을 이용할 수 있으므로 환경오염 방지의 관점에서도 의미가 크고, 또한 패각 자체에 흡착 능력이 있기 때문에 방류수 및 오수 정화 효과도 얻을 수 있다.
본 발명은 이러한 발견을 기초로 하여 폐기되는 패각을 세척하여 건조시킨 후 분쇄하여 분쇄된 패각을 일정 크기의 입자로 분리하고, 분리된 입자를 반응기에 일정량 첨가하고, 유출되는 각종 산성 폐수를 체류시켜 중성 또는 알카리수로 전환시키는 방법에 관한 것이다.
본 발명에서는 산성수 유출량에 따른 패각의 양과 반응기 내에서 평형에 도달하는 반응시간 등을 고려하였기 때문에 적절한 pH까지 조절이 가능하며 특히 강한 산성 폐수에도 적용이 가능하다.
패각을 이용한 본 발명에 따른 산성수 처리 방법에 대하여 강산성수의 중성 또는 알카리화 효과를 평가하기 위해서 다음과 같은 조건을 사용하였다.
용액의 온도: 27℃
사용된 용액: H2SO4, HNO3, HCl 수용액
용액의 pH: 사용된 용액에 대해서 1.0, 2.0, 3.0, 4.0
패각의 크기: 8 내지 12 메쉬
사용된 패각은 대합 패각을 세척하여 100℃로 건조시킨 후 분쇄하여 제조하였다. 분쇄된 패각을 표준망체를 이용하여 8 내지 12 메쉬 크기의 입자로 분리하고, 분리된 입자를 추가 처리없이 그대로 사용하였다. 이하의 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
<실시예 1>
패각에 의한 증류수의 pH 변화
증류수 200 mL에 패각 5.0121 g, 40.1111 g 및 80.3285 g을 첨가한 후의 pH 변화를 표 1에 나타내었다. 패각을 첨가한 후 자석 교반기로 1시간 동안 완전히 혼합하여 평형에 도달하였을 때 증류수의 pH를 측정하였다. 패각의 양이 증가할수록 pH가 증가하고 있음을 알 수 있다.
패각에 의한 증류수의 pH 변화
패각의 무게(g) 첨가 전 첨가 후
5.0121 6.06 8.68
40.1111 6.06 9.47
80.3285 6.06 10.32
<실시예 2>
pH가 0.95, 1.19, 1.01인 HCl, H2SO4, HNO3용액의 시간에 따른 pH 변화
자석 교반기 위에 증류수 100 mL가 들어있는 비이커를 올려놓고 막대 자석으로 교반하면서 HCl, H2SO4, HNO3을 첨가하여 각각 pH가 0.95, 1.19, 1.01인 용액을 준비하였다. 250 mL 비이커에 무게를 측정한 패각을 첨가한 후 각각의 강산성 용액 50 mL를 첨가하고, 막대 자석으로 교반하면서 일정한 시간 간격으로 pH를 측정하고, 평형에 도달한 것을 확인하기 위해서 20시간(1200분) 후에도 측정하였다. 그 결과를 표 2에 나타내었다. 반응 시간이 20분을 경과하면서 각각의 용액의 pH는 5.0을 넘었으며, 60분 경과시부터는 각 용액이 평형상태에 도달되었음을 알 수 있었다.
HCl, H2SO4, HNO3용액의 시간에 따른 pH 변화
용액 패각의 무게(g) 반응시간 (분)
0 0.5 5 10 15 20 30 60 120 240 1200
HCl 10.0448 0.95 1.16 5.09 5.55 5.99 6.12 6.48 6.88 7.20 7.26 7.12
H2SO4 10.0553 1.19 1.14 1.51 3.88 4.65 5.18 5.97 7.21 7.71 7.77 7.88
HNO3 10.0046 1.01 1.26 4.45 4.9 5.3 5.51 6.20 6.87 7.35 7.42 7.79
<실시예 3>
pH가 1.93, 2.02, 2.01인 HCl, H2SO4, HNO3용액의 시간에 따른 pH 변화
시료의 준비 및 실험 방법은 실시예 1과 동일하게 행하였으며 pH가 1.93, 2.02, 2.01인 HCl, H2SO4, HNO3산성 용액을 준비하였다. pH가 2에 가까운 용액들의 경우 5분이 경과하면서 중성에 근접하기 시작하였으며, 15분 이후부터는 평형상태에 도달하였음을 표 3에서 알 수 있다.
HCl, H2SO4, HNO3용액의 시간에 따른 pH 변화
용액 패각의 무게(g) 반응시간 (분)
0 0.5 5 10 15 20 30 60 120 240 1200
HCl 10.0276 1.93 2.26 6.38 6.55 7.12 7.28 7.43 7.84 8.02 7.96 8.01
H2SO4 10.0740 2.02 2.51 5.34 6.4 7.28 7.65 7.98 7.85 7.88 7.81 7.98
HNO3 10.0524 2.01 2.5 5.53 6.21 7.08 7.54 7.75 7.70 7.98 8.03 7.79
<실시예 4>
pH가 3.01, 3.24, 3.12인 H2SO4, HNO3, HCl 용액의 시간에 따른 pH 변화
시료의 준비 및 실험방법은 실시예 1과 동일하게 행하였으며 pH가 3.01, 3.24, 3.12인 HCl, H2SO4, HNO3용액을 준비하였다. 표 4에 나타낸 바와 같이, pH가 3에 가까운 용액들의 경우 5분 이내에 중성에 도달함을 알 수 있고, 동시에 평형상태에 도달함을 알 수 있었다.
HCl, H2SO4, HNO3용액의 시간에 따른 pH 변화
용액 패각의 무게(g) 반응시간 (분)
0 0.5 5 10 15 20 30 60 120 240 1200
HCl 10.3485 3.01 6.89 7.40 7.52 7.68 7.80 8.01 8.13 8.09 8.18 8.08
H2SO4 10.0276 3.24 4.51 7.40 8.08 8.11 8.15 8.26 8.22 8.31 8.29 8.31
HNO3 10.0068 3.12 4.63 7.95 8.17 8.18 8.18 8.28 8.21 8.22 8.23 8.12
<실시예 4>
pH가 4.02, 4.31, 4.45인 H2SO4, HNO3, HCl 용액의 시간에 따른 pH 변화
시료의 준비 및 실험방법은 실시예 1과 동일하게 행하였으며 pH가 각각 4.02, 4.31, 4.45인 HCl, H2SO4, HNO3용액을 준비하였다. pH가 4에 가까운 용액은 패각에 첨가한 직후 중성으로 변하였고, 5분 이내에 평형에 도달하였으며 매우 안정된 pH 상태로 유지되었다. 표 5에 나타낸 바와 같이, 본 실시예에서 사용된 산성 용액은 매우 짧은 시간 내에 효과적으로 처리될 수 있음을 알 수 있다.
HCl, H2SO4, HNO3용액의 시간에 따른 pH 변화
용액 패각의 무게(g) 반응시간 (분)
0 0.5 5 10 15 20 30 60 120 240 1200
HCl 10.0080 4.02 7.54 9.36 9.27 9.21 9.13 9.13 9.08 8.99 8.98 9.02
H2SO4 10.0508 4.31 6.28 9.20 9.18 9.12 9.18 8.91 9.05 8.98 8.89 9.01
HNO3 10.1500 4.45 6.48 9.36 9.39 9.23 9.26 9.21 9.04 9.05 9.14 9.09
실시예 1 내지 5에서 실시한 바와 같이, 본 발명에 따라 강산성수의 처리에 패각을 사용할 경우 산성수를 단시간 내에 중성수 또는 알카리수로 전환시킬 수 있음을 알 수 있다. 상세하게 설명하면, pH가 1 이하인 수질의 경우에는 20분 이상, pH가 1 내지 3인 경우에는 5분 이상, pH가 3이상인 수질의 경우에는 5분 이내에 pH가 5.0 이상인 수질로 전환될 수 있다. 표 6은 산성수를 pH 5.0 이하로 전환시키는데 소요되는 시간과 평형에 도달하는데 필요한 시간을 나타낸 것이다.
산성용액 pH>5.0 수질로 전환시키는데소요되는 시간 평형에 도달하는데소요되는 시간
pH 1 약 20분 약 60분
pH 2 약 5분 약 15분
pH 3 5분 이내 약 5분
pH 4 5분 이내 약 5분
이와 같이, 패각을 사용하는 본 발명에 따른 산성수 처리 방법은 환경 및 산업 분야에서 발생되는 강산성 폐수나 침출수 뿐만 아니라 식수로 이용되는 음용수 분야에까지 응용 가능하다.
또한, 본 발명의 산성수 처리 방법에 의하면, 저비용으로 높은 처리 효율을 얻을 수 있으므로 매우 경제적이고, 패각 자체의 흡착 능력에 의한 중금속 제거 및 탈색 효과도 뛰어나므로 오염된 물의 정화 기능도 갖추고 있다.

Claims (6)

  1. pH 1 내지 4의 산성수를 반응기 내에서 패각과 접촉시켜 pH 5 내지 10의 약산성 내지 알카리성 수질로 전환시키는 것으로 이루어지는 산성수 처리 방법.
  2. 제1항에 있어서, 산성수를 회분식 반응기 또는 관형 반응기 내에서 패각과 접촉시키는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 처리되는 산성수가 산업체에서 방류되는 산업 폐수인 방법.
  4. 제1항에 있어서, 처리되는 산성수가 폐광산에서 발생되는 유출수인 방법.
  5. 제1항에 있어서, 처리되는 산성수가 음용수인 방법.
  6. 제1항에 있어서, 처리되는 산성수가 축산 폐수인 방법.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100377968B1 (ko) * 2000-07-27 2003-03-29 이승목 수산물 가공 폐슬러지를 이용한 중금속 흡착제를 제조하는 방법
KR100385280B1 (ko) * 2001-03-23 2003-05-23 린나이코리아 주식회사 콘덴싱 가스보일러 응축수 처리용 천연 다공성 중화제 및그 제조방법
KR100672080B1 (ko) * 2005-10-11 2007-01-19 광주과학기술원 산성광산 폐수 처리시스템
KR101990797B1 (ko) 2018-04-02 2019-06-19 순천대학교 산학협력단 재활용 패각의 전처리 방법

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