KR20020001922A

KR20020001922A - 산업부산물인 제강 슬래그를 이용한 복합 무기응집제의제조방법

Info

Publication number: KR20020001922A
Application number: KR1020000029958A
Authority: KR
Inventors: 권수한; 이대희; 현동호; 조현덕
Original assignee: 현동호; 이한종; 이대희; 주식회사 두본유화
Priority date: 2000-06-01
Filing date: 2000-06-01
Publication date: 2002-01-09
Also published as: KR100340999B1

Abstract

중금속과 유기물이 함유된 산업폐수의 처리시에 현재 폐기물로 발생되는 제강 슬래그를 이용하여 도금폐수, 생활폐수, 축산폐수 등을 짧은 시간에 무해화하고 경제 절감을 목적으로한 환경친화형 복합 무기응집제의 제조방법이 개시되어 있다. 본 발명에 따른 복합 무기응집제는, 제강 슬래그 100wt%에 다음 일반식(Ⅰ)으로 표시하는 스피큘리포릭산 유도체 0.1∼20wt%, 흡수성 폴리머 0.01∼1wt%를 단독 또는 혼용으로 코팅 처리한 분말 제품이다.

(식중에서 R은 Na, Ca, Mg, Al, 알콕시기, 벤조일기, 폴리옥시에틸렌기, 폴리옥시프로필렌기를 나타낸다)

중금속 및 유기물이 함유된 산업폐수, 즉, 도금폐수, 축산폐수, 생활폐수 등을 짧은 시간내에 응집·침강시켜 슬러지는 다시 용출이 되지 않게 상기 스피큘리포릭산 유도체에 의해 소수성을 띄게 하여 시간에 따른 생물학적 분해가 가능토록 하여준다.

Description

산업부산물인 제강 슬래그를 이용한 복합 무기응집제의 제조방법{Method of producing a composite inorganic coagulant by using slag}

본 발명은 복합 무기응집제의 제조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 중금속과 유기물이 함유된 산업폐수의 처리시에 현재 폐기물로 발생되는 제강 슬래그를 이용하여 도금폐수, 생활폐수, 축산폐수 등을 짧은 시간에 무해화할 수 있고 경제성이 있는 환경친화형 복합 무기응집제의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 중금속 함유폐수의 처리를 위해서는, 각종 약품이나 고분자 응집제 등으로 물과 분리하고 이때 생성된 중금속 함유 슬러지를 각종 탈수장치로 탈수후 건조시켜 매립하거나 소각시키는 방법을 채택하여 왔다.

그러나, 연소시에 중금속 산화물의 승화와 유기물에 의한 유해가스 등으로 대기오염물질이 발생하며, 매립의 경우에는 침출수에 의해 잔유물이 유출되어 2차 오염을 발생시키는 문제가 있었다.

이를 해결하기 위해서 중금속등의 유해물질이 포함된 폐수에 금속산화물이나 수산화물을 분산 또는 고화시켜 처리하는 방법이 사용되고 있으나, 이것 또한 완벽하지 못하여 흡착된 중금속이 다시 유출되는 단점이 있어 처리시 문제가 되었다.

최근에는 폐수의 처리에 천연 및 아크릴계 시장이 주도하면서 키친/키토산계 응집제 등에 대하여 상당한 연구와 상용화가 진행되어 왔다. 또한, 값이 저렴하고 품질이 향상된 제품의 개발에 박차를 가하고 있으며, 일본, 미국, 독일 등에서는 값싼 무기물을 원료로 사용하는 경향이 늘고있다.

예를들면, 미합중국 특허 제 5,569,385 호에는 무기응집제를 사용하여 식료품 처리 플랜트에서 폐수처리를 수행하는 방법이 개시되어 있고, 미합중국 특허 제5,531,907 호에는 무기응집제를 사용하여 농업폐수를 처리하는 방법이 개시된 바 있다.

그러나, 현재 국내 응집제는 경제성, 효율성 뿐만 아니라 기술적인 면에서 취약하여 대부분 외국 기술을 도입하여 생산되므로, 이에 대한 정밀화학 및 청정기술적 측면에서 기술확보가 되어 있지 않다.

따라서, 고부가 가치가 있는 응집제의 개발을 통해 단순히 SS(현탁부유물) 제거뿐만 아니라 유해 중금속 혹은 수용액(폐수)중에 존재하는 유해 유기물도 동시에 제거함으로써 그 가치를 향상시키는 동시에 전체적인 처리공정을 단축시킬 필요가 대두되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점 및 과제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 다량의 폐기물로 발생하는 제강 슬래그를 이용하여 스피큘리스포릭산 유도체를 혼용 코팅시킴으로써, 각종 유해물, 특히 중금속과 유기물을 동시에 제거할 수 있고 경제적이며 환경무독성인 복합 무기응집제의 제조방법을 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은,

제강슬래그 100wt%에 하기 일반식(Ⅰ)로 표시되는 스피큘리스포릭산 유도체 1∼10wt%와 흡수성 고분자 0.01∼1wt%를 단독 또는 혼용으로 코팅첨가하고 필요에 따라서 다공질 첨가물 20w%를 혼합 코팅 첨가하여 제조되는 것을 특징으로 하는 복합 무기응집제의 제조방법을 제공한다.

(상기 식중에서 R은 Na, Ca, Mg, Al, 알콕시기, 벤조일기, 폴리옥시에틸렌기, 폴리옥시프로필렌기를 나타낸다)

상기 흡수성 고분자는 폴리아크릴산 또는 나트륨염 치환체, 폴리메타아클릴 및 그 중합체 무수말레이산과 아크릴산의 공중합체 또는 나트륨염 치환체로 이루어진다.

상기 다공질 첨가물은 석회, 실리카, 하이드로탈사이트 또는 크레이로 이루어진다.

이상에서 언급한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 폐기물인 제강 슬래그를 이용 하여 경제적이고 효율적인 복합 무기응집제를 제조한다. 이렇게 제조된 복합 무기응집제는 유해유기물 및 중금속이 함유된 폐수, 도금폐수, 축산폐수 등을 단시간에 응집·침강시켜 다시 용출이 되지 않게한다.

이하, 본 발명에 따른 복합 무기응집제의 제조방법에 대하여 상세하게 설명한다.

일반적으로, 응집은 물속에 부유하는 콜로이드 이하의 물질을 대상으로 응집제를 주입함으로서 입자들간의 인력과 척력을 변화시켜 플록을 형성하게 하고 형성된 플록을 침전 제거시킴으로서 물을 정화시키는 수처리 기술중의 하나이다.

현재 우리나라는 인구가 증가하고 도시와 산업이 발달함에 따라 하·폐수의 발생은 양적 증가뿐 아니라 질적으로도 악화되고 있다. 따라서, 처리가 간단하면서 각종 유해물의 유출이 거의 없는 고형물 안정제의 개발 필요성이 대두되었다.

본 발명에서는 각종폐수에 적용범위를 넓히고 경제적이며 환경무독성인 처리가 간단하면서 각종 유해물 특히 중금속 및 유기물을 동시에 제거하고자 하였다. 특히, 다량 폐기물로 발생하는 제강 슬래그를 이용 스피큘리스포릭산 유도체를 혼용 코팅시킨 폐수처리안정제의 개발을 주요 과제로 하였다.

즉, 현재 폐기물로 발생되는 산화칼슘, 실리카켈류이 주성분인 제강 슬래그를 이용하여 중금속 및 유기물 등이 함유된 산업폐수, 도금폐수, 축산폐수 등을 짧은 시간에 응집·침전을 유도하며 환경무독성인 환경친화형 응집제를 제조하려는 것이다.

다량 발생하는 제강 슬래그내에는 산화칼슘, 산화마그네슘과 같은 pH 상승물질과 MnO, SiO2, S, FeO와 같은 공침유발물질 및 환원성물질, 그리고 Al2O3, Fe2O3, FeOOH와 같은 흡착성 물질이 함유되어 있어 자연 pH가 높고 중화재로서의이용가치가 높으며 또한 비중이 3.66으로 크고 흡수율이 낮아 침강을 용이하게 하고 탈수율을 증진시킨다.

이러한 제강슬래그 표면에 스피큘리스포릭산 유도체와 흡수성폴리머를 선택적으로 코팅처리하거나 또는 이들을 혼용하여 코팅처리하였다.

즉, 제강슬래그 100wt%에 스피큘리스포릭산 유도체 1∼10wt%를 코팅처리하여 복합 무기응집제를 제조하였다.

이와는 달리, 제강슬래그 100wt%에 흡수성 고분자 폴리머 0.01∼1wt%를 코팅처리하여 복합 무기 응집제를 제조하였다.

이와는 달리, 제강슬래그 100wt%에 스피큘리스포릭산 유도체 1∼10wt%와 흡수성 고분자 폴리머 0.01∼1wt%를 혼합 코팅처리함으로서 중금속 및 유기물을 동시에 포획을 용이하게 해주며 재용출을 방지하고 슬러지의 탈수효율을 증진시켰다. 또한, 효과를 더하기 위하여 다공질 첨가물 20w%가 첨가되는데, 이때 사용되는 다공질 첨가물로는 석회, 실리카, 하이드로탈사이트, 크레이 등이다.

여기에 사용된 스피큘리스포릭산 유도체의 종류에는 하기 일반식(Ⅰ)과 같으며, 흡수성 고분자는 폴리아크릴산 또는 나트륨염 치환체, 폴리메타아클릴 및 그 중합체 무수말레이산과 아크릴산의 공중합체 또는 나트륨염 치환체 등이다.

제강 슬래그내의 Al₂O₃, Fe₂O₃, FeOOH 등은 다공질 흡착성질을 가지고 있어 중금속 및 유기물 등 유해물질을 흡착하는 성질이 있으며, CaO, MgO 등은 다음 식(Ⅱ)와 같이 수화·분해작용 등으로 폐액중의 미세한 콜로이드 입자나 중금속 성분을 침전·유도한다. 또한, 이것들의 표면에 생분해도가 높은 스피큘리스포릭산 유도체와 흡수성 고분자가 위치하여 흡착된 유해물질들이 다시 용출이 안되게 소수성을 나타내면서 포획하여 준다.

CaO + H2O → Ca(OH)2

Mn+ + n(OH-) → M(OH)n (Ⅱ)

결과 및 고찰

200mesh 이하의 제강 슬래그 100wt%, 스피큘리포릭산 유도체 1wt%와 폴리아크릴산의 나트륨염 (분자량 30,000 이상) 1wt%를 혼용 코팅하여 생석회(CaO 함량 95% 이상) 20wt%를 혼합 첨가하여 처리제를 만들고 그 특성을 고찰하였다.

먼저, 본 제조품의 주재료인 제강 슬래그의 물리·화학적 성질과 환경에 대한 위해도 특성 평가를 실시하였다. 제강 슬래그의 주요광물 함유도는 하기 표 1에 나타난 바와 같이 SiO₂, Fe₂O₃, CaO 주성분으로 이루어져 있으며 비중은 3.66으로 나타났다.

또한, 제강 슬래그의 환경에 대한 위해도 특성평가인 용출시험결과는 하기 표 2와 같다. 일반적으로 용출수에 대한 시험은 용출수의 성분, 용출되어 나오는물질들의 양 그리고 용출수가 어떤 환경에서 용출되는지를 평가하는 것으로 주로 폐기물이 주위환경에 미치는 영향을 예상하는데 사용되어지는 것으로 표에 나타난 바와 같이 유해성 기준항목은 불검출 수준으로 폐기물을 사용할 때 환경적으로 무해한 것으로 판단된다.

표 1 . 화학적 조성

(단위 : mg/L)

	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	CaO	MgO	K₂O	Na₂O	TiO₂	Ig.loss	Sum
제강 슬래그	22.3	8.7	23.3	20.7	4.5	0.1	0.8	0.6	19.0	100.0

표 2 . 제강 슬래그의 용출시험

(단위 : mg/L)

	항목	As	Cr	Mn	Fe	Cu	Zn	Cd	Pb	Hg
용출	제강슬래그	ND	ND	3.6	ND	ND	1.38	ND	ND	ND

다음으로, 중금속 구리, 카드뮴, 아연과 유분성분이 함유된 실제 폐액에 복합 무기응집제를 폐수대비 0.5wt%를 첨가하여 Jar Tester를 이용 2시간동안 충분히 교반하여 여액의 중금속 및 TOC 함량을 측정하여 하기 표 3과 4에 나타내었다.

표 3 . 처리제에 의한 중금속 측정결과

(단위 : mg/L)

	처리전용액	처리후용액	처리효율 (%)
	구리	카드뮴	아연	구리	카드뮴	아연	구리	카드뮴	아연
처리제	26.1	40.2	480.5	0.3	0.26	1.23	98.85	99.35	99.74

표 4 . 처리제에 의한 TOC 및 SS 측정결과

(단위 : mg/L)

	처리전용액	처리후용액	처리효율 (%)
	TOC	SS	TOC	SS	TOC	SS
처리제	100.2	147.2	37.2	1.3	62.87	99.12

이상에서 언급한 바와 같이, 본 발명에 따라 제조된 복합 무기응집제는 도금폐수, 산업폐수, 금속가공 및 절삭에 의한 폐수, 축산폐수 등 각종 폐수에 적용될 수 있고, 경제적이며 처리효과가 탁월하다. 특히, 중금속과 유기물 등이 다량으로 함유된 산업폐수에 유용하게 이용될 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

제강슬래그 100wt%에 하기 일반식(Ⅰ)로 표시되는 스피큘리스포릭산 유도체 1∼10wt%를 코팅 첨가하여 제조되는 것을 특징으로 하는 복합 무기응집제의 제조방법.

(상기 식중에서 R은 Na, Ca, Mg, Al, 알콕시기, 벤조일기, 폴리옥시에틸렌기, 폴리옥시프로필렌기를 나타낸다)
제강슬래그 100wt%에 흡수성 고분자 0.01∼1wt%를 코팅 첨가하여 제조되는 것을 특징으로 하는 복합 무기응집제의 제조방법.
제강슬래그 100wt%에 하기 일반식(Ⅰ)로 표시되는 스피큘리스포릭산 유도체 1∼10wt%와 흡수성 고분자 0.01∼1wt%를 혼합 코팅 첨가하여 제조되는 것을 특징으로 하는 복합 무기응집제의 제조방법.

(상기 식중에서 R은 Na, Ca, Mg, Al, 알콕시기, 벤조일기, 폴리옥시에틸렌기, 폴리옥시프로필렌기를 나타낸다)
제강슬래그 100wt%에 하기 일반식(Ⅰ)로 표시되는 스피큘리스포릭산 유도체 1∼10wt%, 흡수성 고분자 0.01∼1wt%, 그리고 다공질 첨가물 20w%를 혼합 코팅 첨가하여 제조되는 것을 특징으로 하는 복합 무기응집제의 제조방법.

(상기 식중에서 R은 Na, Ca, Mg, Al, 알콕시기, 벤조일기, 폴리옥시에틸렌기, 폴리옥시프로필렌기를 나타낸다)
제 4 항에 있어서, 상기 흡수성 고분자는 폴리아크릴산 또는 나트륨염 치환체, 폴리메타아클릴 및 그 중합체 무수말레이산과 아크릴산의 공중합체 또는 나트륨염 치환체로 이루어진 것을 특징으로 하는 복합 무기응집제의 제조방법.
제 4 항에 있어서, 상기 다공질 첨가물은 석회, 실리카, 하이드로탈사이트 또는 크레이로 이루어진 것을 특징으로 하는 복합 무기응집제의 제조방법.