KR20030003473A - 불소 폐수 처리 시스템 및 그 처리 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 불소가 다량 함유된 폐수 처리에 관한 것으로, 특히 불소가 함유된 고농도의 불소 폐수를 자연산 석회석과 공기를 이용하여 처리하는 불소 폐수 처리 시스템 및 그 처리 방법에 관한 것이다.

Description

불소 폐수 처리 시스템 및 그 처리 방법{The System and Method of Purifying Fluoric Wastewater}

본 발명은 불소가 다량 함유된 폐수 처리에 관한 것으로, 특히 불소가 함유된 폐수를 자연산 석회석과 공기를 이용하여 처리하는 불소 폐수 처리 시스템과 그 처리 방법에 관한 것이다.

불소는 자연수 중에도 함유되어 있지만 이는 인체에 영향을 미치지 않는 극히 소량에 그치는 경우가 많다. 그러나 화력 발전소, 반도체 공정, 유리 및 세라믹 생산 공장, 전기 도금, 고무 및 비료공장 등에서 배출되는 폐수는 다량의 불소를 함유하고 있으며, 그 농도는 수천 mg/L에 달하는 경우까지 있다.

상기 폐수에 함유된 불소를 사람이 섭취할 경우 치아에 반점이 형성되거나, 뼈의 연골화, 인대의 무감각화, 골암, 둔부골절의 발생이 증가할 수 있으며, 갑상선과 그 밖의 호르몬 체계에 간섭이 일어나고 두뇌 손상 및 생식 독성을 일으킬 수도 있다.

상기와 같은 불소의 피해로 인하여 우리나라에서는 불소 폐수의 처리 기준치를 청정지역을 제외하고는 15mg/L로 규제하고 있는 실정이다.

따라서, 상기와 같은 기준치 이하로 폐수를 정화한 후 방류하여야 하는데, 상기 불소 폐수를 정화하는 방법은 크게 수중에 화학물질을 첨가하여 화학반응에 의해 불소화합물을 생성하여 침전시키는 침전법과, 재생 가능한 첨가물로 이온교환 반응을 일으키거나 흡착시키는 흡착법 등의 방법이 사용되고 있다.

상기 침전법 중 대표적인 것은 소석회나 염화칼슘과 같은 칼슘계 화합물을 첨가하여 반응시킨 후 반응물을 침전시키는 방법이다. 그러나 이 방법은 불소의 처리효율이 낮아 많은 양의 처리제가 주입되어야 하므로 과다한 처리비용이 소요되고, 처리제의 증가로 인해 침전물인 슬러지의 양도 증가하기 때문에 경제성이 높지 못하다는 문제점이 있었다.

또한, 상기 흡착법으로는 이온 교환수지법이 있는데 이는 많은 초기 설치비용이 들게 되며 이온 교환수지의 교환용량의 제한으로 과량 및 고농도의 불소 폐수를 처리하는 데는 부적합하다는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상술한 문제점들을 해결하기 위하여 침전법에 사용되는 소석회 대신에 값싸고 안전하며 저렴한 자연산 석회석을 탑에 충진시키고, 공기를 공급함으로써 처리수의 PH를 7 내지 7.5의 범위에서 유지시켜 효율적인 반응이 이루어지면서 충분한 칼슘이온 공급으로 불소이온을 처리하는 불소 폐수 처리 시스템 및 그 처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 자연산 석회석이 충진되며 하부에는 불소 폐수 입수구와 상기 입수구로 공기를 주입하기 위한 공기 주입부가 형성되어 있고 상부에는 화학반응한 불소 폐수를 방출하는 출수구가 형성되어 있는 제1 석회석 충진탑과; 상기 충진탑에서 출수된 침전성 물질이 함유된 불소 폐수를 저장하며 투입되는 고분자 응집제에 의해 응집된 화합물을 침전시키기 위해 교반기가 설치되어 있는 응집/침전조와; 또는 상기 응집/침전조에서 배출되는 처리수를 다시 처리하기 위해 석회석 충진탑과 응집/침전조가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 불소 폐수 처리시스템을 특징으로 한다.

또한, 상기 시스템을 이용하여 불소 폐수를 공기와 함께 석회석 충진탑에 상향식으로 주입하는 단계와; 상기 공기와 함께 입수된 불소 폐수를 충진탑 내에서 20~30분간 체류시키는 단계와; 상기 석회석 충진탑 내에서 체류되며 침전성 화합물이 생성된 불소 폐수를 응집/침전조로 이송시키는 단계와; 상기 이송된 침전성 화합물이 포함된 불소 폐수에 고분자 응집제를 투여하고 고속 또는 저속으로 교반시키는 단계와; 상기 교반에 의해 침전물이 생성되어 불소 이온농도가 저하된 불소 폐수를 배출하는 단계를 포함하고; 또는 고농도의 불소 폐수일 경우 상기 처리되어 배출된 처리수를 상기 과정을 반복하여 처리하는 단계를 포함하는 불소 폐수 처리방법을 특징으로 한다.

도1은 본 발명에 따른 불소 폐수 처리 시스템을 나타낸 블럭도.

도2는 본 발명에 따른 불소 폐수 처리 시스템을 이용하여 처리한 폐수의 불소 농도를 나타낸 그래프.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10,10' : 석회석 충진탑20,20' : 공기 주입부

30,30' : 응집/침전조

이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 불소 폐수 처리 시스템은 자연산 석회석이 충진되며 불소 폐수의 유입구와 석회석과 반응한 불소 폐수가 출수되는 출수구와 상기 불소 폐수와 석회석의 반응을 일정한 산도범위 안에서 효율적으로 이루어질 수 있도록 공기를 공급하는 공기 주입부를 갖는 석회석 충진탑과, 상기 석회석 충진탑에서 출수된 폐수를 일정시간 동안 저장하면서 소량의 고분자 응집제를 투입하여 충진탑에서 반응한 불소화합물을 침전시키기 위한 교반기를 갖는 응집/침전조로 구성되며, 고농도의 불소 폐수를 처리하기 위해서는 상기 석회석 충진탑과 응집 침전조로 구성된 동일한 시스템을 직렬로 연결하여 시스템을 구성할 수도 있다.

도1은 본 발명에 따른 불소 폐수 처리 시스템의 한 실시예를 나타낸 것으로, 석회석 충진탑(10)과 응집/침전조(30)로 이루어진 두개의 처리블럭이 연속적으로설치되어 있는 구조를 갖는다. 즉, 최초로 입수되는 불소 폐수와 공기 주입구(20)로부터 공기가 함께 주입되는 제1 석회석 충진탑(10)과, 상기 제1 석회석 충진탑(10)에서 반응하여 침전성 물질을 함유한 불소 폐수를 일정 시간동안 저장하면서 고분자 응집제를 투여하고 교반에 의해 불소화합물을 침전시켜 불소 폐수를 1차 처리하는 제1응집/침전조(30)와; 상기 1차 처리된 폐수를 2차 처리하기 위한 제2석회석 충진탑(10') 및 제2응집/침전조(30')로 구성된다.

이때, 상기 제2석회석 충진탑을 대신하여, 1차 처리된 폐수를 저장하면서 산화칼슘 또는 탄산칼슘을 투입하여 침전성 물질을 생성하는 종래의 침전법에 사용되는 칼슘 반응조를 사용할 수도 있다.

도1과 같이 구성된 불소 폐수 처리 시스템을 이용한 불소 폐수 처리방법의 한 실시예를 설명하면, 먼저 상기 석회석 충전탑을 원통형의 칼럼 모양으로 형성하고 하부에 불소 폐수의 입수구를, 상부에 출수구를 형성하고, 충진탑 내부에 입자의 크기가 2~2.8mm 정도의 석회석을 채운다, 다음에 상기 석회석이 채워진 충전탑의 입수구로 농도가 약 1300mg/L이고 pH가 2인 불소 폐수를 상향식으로 공급하면서, 석회석의 칼슘이온과 고른 교반효과를 위하여 입수구를 통해 공기 공급부로부터 공기를 상향식으로 공급하여 약 20~30분간 체류시킨다. 상기와 같이 석회석 충진탑에서 따로 칼슘계 화합물을 첨가할 필요없이 일정 시간동안의 폭기만으로 산도 7 ~ 7.5pH를 유지하면서 불소 폐수내에 침전성 있는 CaF₂를 형성시키게 된다.

다음에 상기와 같이 침전성 있는 CaF₂가 함유된 불소 폐수를 응집/침전조로 이동시킨 후 소량의 고분자 응집제를 주입하고 설치되어 있는 교반기를 통해 급속 및 완속교반을 거쳐 상기 화합물을 침전시키면 상등액의 농도는 40mg/L 이하로 96% 이상의 불소이온 제거효과를 나타내게 된다.

다음에 상기 응집/침전조에서 칼슘 화합물이 침전되고 남은 상등액을 다시 다른 석회석 충전탑에 주입하여 30분간 체류시간을 거친후, 다시 다른 응집/침전조로 이송시키고 소량의 응집제를 투입하여 급속 및 완속 교반을 거쳐 칼슘화합물을 침전시킴으로써 상등액의 농도가 10mg/L 이하로 낮아진 처리수를 방류하게 된다. 도2는 상기 실시예에 따른 불소 이온 농도의 변화를 나타낸 그래프이다.

이때, 상기 1차로 처리된 1차 응집 및 침전조의 상등액을 종래의 불소 폐수 처리방법인 칼슘 반응조로 이송시키고 산화칼슘 또는 탄산칼슘을 칼슘이온 기준으로 약 1800mg/L ~ 2000mg/L의 농도로 주입하여 반응 시킨 후, 2차 응집/침전조로 이송 시켜 소량의 고분자 응집제를 투입하고 응집-침전과정을 거침으로써 최종 처리된 처리수의 불소 농도를 약 6mg/L로 낮출 수 있다.

상기 실시예에서 상술한 바와 같이, 본 발명의 불소 폐수 처리 방법은 자연산 석회석이 내장된 석회석 충진탑내로 공기와 같이 공급하여 수용액 상의 불소 이온을 석회석으로부터 분리된 칼슘이온과 결합시켜 CaF₂의 침전성 물질로 변환시키고, 상기 침전성 물질과 반응한 불소 폐수에 공기를 주기적 펄스로 공급함으로써 응집/침전조로 이송한다. 다음에 상기 응집/침전조로 이송된 침전성 물질을 포함하는 불소 폐수에 소량의 고분자 응집제를 첨가하고 교반시켜 불소 화합물을 침전시키고 1차로 정화된 불소 폐수를 배출한다. 이때, 최초 처리하고자 하는 불소 폐수의 불소 농도가 고농도일 경우 상기와 같은 과정을 반복하여 불소 폐수의 불소 농도를 기준치 이하로 처리한 후 방류하게 된다.

또한, 상기 1차로 정화된 불소 폐수를 반응조로 이송시키고, 반응조에 칼슘이온 공급제로 산화칼슘 또는 탄산칼슘을 첨가하여 1차로 정화된 불소 폐수의 불소이온과 반응시켜 침전성 물질을 형성하고, 침전성 물질이 형성된 불소 폐수를 2차 응집/침전조로 이송시킨 후 고분자 응집제를 첨가하여 교반에 의해 침전성 물질을 침전시킨 후 상등액을 배출함으로써 불소 폐수를 기준치 이하의 불소를 함유하도록 처리하게 된다.

본 발명은 자연산 석회석을 이용하여 간단한 공정에 의해 불소 폐수를 처리하는 시스템 및 방법에 관한 것으로, 침전법에서 일반적으로 이용되는 소석회나 탄산칼슘 대신에 안전하며 비용이 저렴한 자연석 석회석을 탑에 충진시킨 후 공기를 공급하여 처리함으로써 시스템 구성이 용이하고, 불소 폐수를 처리하기가 용이하며, 경제적으로도 비용절감 등 큰 효과를 가진다.

Claims (6)

1. 자연산 석회석이 충진되며 하부에는 불소 폐수 입수구와 상기 입수구로 공기를 주입하기 위한 공기 주입부가 형성되어 있고 상부에는 화학반응한 불소 폐수를 방출하는 출수구가 형성되어 있는 제1 석회석 충진탑과;

   상기 충진탑에서 출수된 침전성 물질이 함유된 불소 폐수를 저장하며 투입되는 고분자 응집제에 의해 응집된 화합물을 침전시키기 위해 교반기가 설치되어 있는 응집/침전조와; 또는

   상기 응집/침전조에서 배출되는 처리수를 다시 처리하기 위해 석회석 충진탑과 응집/침전조가 더 설치되는 것을 특징으로는 불소 폐수 처리시스템.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 석회석 충진탑에 충진되는 자연산 석회석 입자의 크기는 2~2.8mm인 것을 특징으로 하는 불소 폐수 처리시스템.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 제2 석회석 충진탑을 대신하여 1차 처리된 폐수를 산화칼슘 또는 탄산칼슘을 이용하여 처리하기 위해 칼슘 반응조를 사용하는 것을 특징으로 하는 불소 폐수 처리시스템.
4. 제 1 항의 불소 폐수 처리 시스템을 사용하여 불소 폐수를 처리하는 방법에 있어서,

   불소 폐수를 석회석 충진탑에 공기와 함께 상향식으로 주입하는 단계와;

   상기 공기와 함께 입수된 불소 폐수를 충진탑 내에서 20~30분간 체류시켜 침전성 불소 화합물을 생성하는 단계와;

   상기 석회석 충진탑 내에서 체류되며 침전성 불소 화합물이 생성된 불소 폐수를 응집/침전조로 이송시키는 단계와;

   상기 이송된 침전성 화합물이 포함된 불소 폐수에 고분자 응집제를 투여하고 고속 또는 저속으로 교반시키는 단계와;

   상기 교반에 의해 침전물이 생성되어 불소 이온농도가 저하된 불소 폐수를 배출하는 단계를 포함하고; 또는

   고농도의 불소 폐수일 경우 상기 처리되어 배출된 처리수를 상기 과정을 반복하여 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 불소 폐수 처리방법.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 불소 폐수를 처리하는 석회석 충진탑 내의 산도는 pH7~7.5로 유지하는 것을 특징으로 하는 불소 폐수 처리방법.
6. 제 4 항에 있어서,

   상기 1차 처리된 폐수를 산화칼슘 또는 탄산칼슘을 사용하여 2차 처리하는것을 특징으로 하는 불소 폐수 처리방법.