KR20060020091A - 맥반석 및 펄라이트를 이용한 수처리 시스템 및 그수처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 일정한 입경으로 분쇄된 맥반석과 펄라이트를 이용한 수처리 시스템 및 그 처리 방법에 관한 것이며, 흡착제로서 맥반석 및 펄라이트를 수처리 시스템에 적용함으로써 별도의 처리 없이 폐수 중에 존재하는 중금속과 유기물질을 동시에 처리할 수 있으며, 이에 따라 처리시간의 단축은 물론, 처리 비용이 절감되는 효과가 있다.

맥반석, 펄라이트, 흡착제, 중금속, 유기물

Description

맥반석 및 펄라이트를 이용한 수처리 시스템 및 그 수처리방법{Water Treating System Using Porphyry and Perlite and Treating Method thereof}

도 1은 본 발명의 맥반석 및 펄라이트 흡착제의 제조 공정도이다.

도 2는 본 발명의 흡착제가 충진된 흡착탑의 개략도이다.

도 3은 본 발명의 흡착탑(맥반석 10～60메쉬)에서 유기물과 중금속 제거효율 그래프이다.

도 4는 본 발명의 흡착탑(맥반석 60～200메쉬)에서 유기물과 중금속 제거효율 그래프이다.

도 5는 본 발명의 흡착탑(맥반석 200메쉬이상)에서 유기물과 중금속 제거효율 그래프이다.

도 6은 본 발명에 따라 제조된 흡착제와 활성탄과의 비교 그래프이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

11 : 펌프 12 : 유량조절기

13 : 컬럼형 반응조 14 : 펄라이트 흡착제

15 : 맥반석 흡착제 16 : 유출구

본 발명은 맥반석과 펄라이트를 이용하는 수처리시스템 및 이를 이용한 수처리 방법에 관한 것이며, 보다 상세하게는, 폐수 중에 존재하는 중금속 및 유기물질을 동시에 흡착제거할 수 있는 맥반석 및 펄라이트를 이용한 수처리시스템 및 그 처리방법에 관한 것이다.

폐수의 오염물질은 크게 중금속과 유기물로 나누어진다. 이 중 납, 카드뮴등과 같은 유독성 중금속에 의해 오염된 폐수를 처리하는 방법으로는 산, 알칼리를 이용한 화학적 방법, 중화 침전법, 응결 침전법, 흡착법 그리고 이온교환수지법 등이 일반적인 것이나, 이와 같은 기술은 처리 시간이 오래 걸리며 과량의 슬러지가 발생된다는 문제가 있다. 또한, 폐수중의 유기물질을 처리 제거하는 기술로는 활성오니법, 살수여상법, 응집 침전법, 호기성소화법, 혐기성소화법, 고효율산화법, 액상부식법, 산화구법, 바이오세라믹 등이 일반적으로 사용되고 있으나, 이는 많은 소요 부지를 차지하고 생물학적 처리의 경우 미생물의 활성에 따라 장시간이 소요되며 기후조건에 민감하다는 문제점이 있다.

이에 따라, 최근에는 경제적인 측면과 효율적인 측면을 고려하여 제올라이트, 벤토나이트, 몬트모릴로나이트, 및 일라이트 등을 포함하는 여러 가지 다공성 물질을 흡착제로 사용하여 오염물질의 제거에 사용하고 있다.

예를 들어, 대한민국 공개특허 제 2001-0002964호에서는 폐수에 존재하는 중금속류(Pb²⁺, Cu²⁺, Zn²⁺, Cd²⁺)를 제거하기 위한 흡착제로서 맥반석을 사용하는 방법을 개시하고 있으며, 대한민국 등록특허 제 393267호에서는 맥반석을 포함한 몬트모릴로니이트, 벤토나이트, 일라이트, 제올라이트 등과 같은 다공성 천연 무기분말을 이용한 축산폐수의 정화 시스템이 개시되어 있다. 또한, 대한민국 공개특허 제 2003-0054115호에는 펄라이트와 버미큘라이트 및 장석을 혼합하여 유기물을 제거하는 수질 정화재의 제조방법이 개시되어 있다.

그러나, 종래기술의 흡착제는 분말상으로 사용하게 되고, 또한 그 재질 자체의 흡착속도가 느리고, 단위 체적 당 흡착량이 다소 적기 때문에 과량으로 사용해야 하는 단점이 있다. 또한, 과량으로 사용시에는 그 흡착제 자체 입자들이 콜로이드 형태로 부유함으로써 탁도가 증가되고, 이에 따라 수중으로의 빛 투과율 감소 및 용존 산소의 공급 저하로 2차 수질오염이 발생되는 문제점이 있다.

또한, 처리하고자 하는 폐수의 성분에 따라서 그 처리방법이 상이하기 때문에 상당한 시약 및 시설비가 투입되어야 하고, 폐수내에 각종오염성분이 섞여 있으므로, 이들을 분리 제거한다는 것은 경제적인 면에서 매우 어려운 것이다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 본 발명의 목적은 입도별로 분쇄된 맥반석과 펄라이트를 이용한 수처리시스템 및 이를 이용한 수처리방법을 제공하는 것이며, 이와 같은 수처리 시스템으로 폐수를 처리함에 따라 폐수 중에 존재하는 중금속 및 유기물질을 동시에 흡착 제거하며, 이에 따라 처리시간의 단축은 물론 처리비용이 절감되는 효과가 얻어진다.

본 발명에 따라서,

분쇄 후 입도별로 분리한 다음 고온에서 건조시킨 맥반석 및 펄라이트를 이용하는 수처리시스템이 제공된다.

또한, 본 발명에 따른 수처리시스템을 이용한 폐수의 처리방법이 제공된다.

이하 도면과 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다.

본 발명의 수처리시스템에 사용되는 맥반석과 펄라이트는 국내 광산에서 채굴한 것으로, 그 조성은 다음 [표 1]과 같다. 흡착제 성분인 맥반석은 성분 중 SiO₂, Al₂O₃ 등이 주를 이루고 있으며 그 외 Fe₂O₃ 등의 다양한 성분이 존재한다. 또한, 펄라이트는 진주암, 흑요석 또는 유사한 암석을 여러 입도로 분쇄하여 급속가열 팽창시킨 것으로서 기밀성의 소기포로 구성되어 있고 순백색으로서 경량, 단열, 내화, 흡음, 결로 방지 등의 특성을 갖는다.

[표 1] 맥반석 및 펄라이트의 화학조성

화학조성	맥반석(wt%)	펄라이트(wt%)
SiO2	61.0	75.5
Al2O3	17.9	15.3
K2O	2.4	4.0
Na2O	1.4	3.5
Fe2O3	3.8	0.9
CaO	4.8	0.12

도 1은 본 발명의 수처리시스템에서 흡착제로 사용되는 맥반석과 펄라이트의 각각의 제조 방법을 나타내는 것이다. 도 1에서와 같이, 맥반석 및 펄라이트를 각각 분말상태로 파쇄 분리하며, 바람직하게는 맥반석의 평균입도가 60~200메쉬, 그리고 펄라이트의 평균입도가 100~200메쉬가 되도록 체로 분리한다. 그 후, 입도별로 분리된 맥반석과 펄라이트의 표면 및 내부기공에 존재하는 수분을 제거하기 위하여, 각각 105~110℃의 온도에서 12~15시간동안 건조시킨다.

본 발명의 수처리시스템에 사용되는 흡착제 성분으로서 분쇄된 맥반석의 평균입도는 60~200메쉬가 바람직하며, 맥반석의 입도가 60메쉬 이하인 경우에는 흡착 성능이 떨어지며, 입도가 200메쉬 이상인 경우에는 입도가 작아 탁도가 증가하는 경향이 있다. 또한 펄라이트의 평균입도는 100~200메쉬가 바람직하며, 펄라이트의 입도가 100메쉬 이하인 경우에는 흡착성능이 떨어지며, 입도가 200메쉬 이상인 경우에는 입도가 작아 탁도가 증가하는 경향이 있다. 이와 같이 각 입도별로 분리된 맥반석과 펄라이트의 표면 및 내부기공에 존재하는 수분을 제거하기 위하여, 105~110℃의 온도로 건조시키는 것이 바람직하며, 이 온도이하에서 건조할 경우에는 맥반석과 펄라이트의 표면 및 내부기공에 존재하는 수분이 완전히 제거되지 못하며, 또한 이 온도 이상에서 건조하는 경우에는 건조상태는 양호하나 건조에 필요한 에너지가 과소비되는 문제점이 있다.

도 2에서는 상기와 같이 제조된 맥반석 및 펄라이트를 흡착제로 적용하여 중금속과 유기물질을 동시에 흡착제거할 수 있는 수처리 시스템의 일예로서 컬럼형 시스템을 도시한 것이다.

본 발명에 따른 흡착제로서 맥반석 및 펄라이트를 컬럼형 반응조(13)에 충진하는 구현에 있어서, 도 2의 경우에는 펄라이트(14)를 상단에 충진하고 맥반석(15)을 하단에 충진한 것이다. 이와 같이 충진된 흡착제에 폐수를 유입하기 위하여 펌프(11)와 유량조절기(12)가 장착되며 하향식으로 폐수가 흐르는 방식을 채택하는 경우에, 처리된 폐수는 유출구(16)로 배출된다.

바람직한 구현에 있어서, 본 발명의 수처리 시스템에 흡착제로서 맥반석과 펄라이트를 사용함에 있어서, 펄라이트와 맥반석의 중량비율을 3:7~7:3의 범위로 충진하는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 펄라이트와 맥반석을 각각 전체 충진물의 50wt%로 충진한다. 또한, 수처리 시스템의 상단에는 펄라이트, 하단에는 맥반석을 충진시키는 것이 바람직하다.

또한 바람직한 구현에 있어서, 본 발명의 수처리 시스템을 이용하여 폐수를 처리함에 있어서, 흡착제 1kg당 100ml/min ～ 150ml/min의 유속으로 폐수를 처리하는 것이 바람직하며, 이 때 폐수는 하향식으로 주입되는 것이 바람직하다. 이 때, 유속이 100ml/min이하로 느린 경우에는, 흡착효율에는 큰 문제가 없으나 단위시간당 처리할 수 있는 폐수의 양이 감소하는 문제가 있으며, 150ml/min 이상인 경우에는 흡착제의 기공에 접촉하는 시간이 너무 짧기 때문에 흡착효율이 저하되는 문제가 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따라서 흡착제로서 맥반석과 펄라이트를 수처리 시스템의 상단 및 하단에 독립적으로 충진하고 폐수를 처리한 결과, 어떠한 별도의 처리 없이 폐수 중에 존재하는 중금속 및 유기물질이 동시에 흡착 제거되며, 이에 따라서, 처리시간이 단축됨은 물론 처리비용이 절감되는 효과가 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 하며, 이로써 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.

실시예

실시예 1 - 흡착제의 제조

맥반석을 조크러셔(Jaw Crusher)를 이용하여 분쇄한 다음 10~60메쉬, 60∼200메쉬 및 200메쉬이상으로 체친 다음 105℃의 온도에서 12시간동안 건조시켰다. 또한 독립적으로, 펄라이트를 분쇄한 다음 100~200메쉬의 입자크기로 체친 다음, 105℃의 온도에서 12시간동안 건조 소성 시켰다.

실시예 2

대상시료의 제조

본 발명의 수처리 시스템을 시험하기 위한 대상시료로 염색공장에서 배출되는 실폐수를 이용하였으며, 이 때, 폐수 중의 중금속 농도가 50ppm이 되도록 Cu²⁺, Cd²⁺, Pb²⁺을 상기 염색폐수에 투입하여 실험에 적용하였다. 또한, 상기 폐수중에 포함되는 유기물질의 농도를 다음 [표 2]에 나타내었으며, 이 때 대상시료의 pH는 7.2~7.9였다.

[표 2] 실험대상폐수의 유기물농도

분석항목	농도범위
CODCr(mg/L)	26,304 - 31,263
TOC(mg/L)	14,416 - 18,642
T-N(mg/L)	3,896 - 4,125
T-P(mg/L)	298 - 324
NH3-N(mg/L)	3,526 - 3,954

본 발명에 사용되는 중금속 측정장비는 Atomic Absorption Furnace (AAF : Varian GTA-97)이며, 유기물 농도 중 CODcr의 농도는 수질오염공정시험법에 따라 분석하였다. 또한 폐수의 흡착제거 도중에 흡착제에서 미립자가 유출되는지를 확인하기 위하여 탁도계를 이용하여 탁도를 측정하였다.

실시예 3

상기 실시예 1과 같이 제조된 펄라이트를 컬럼형 반응조의 상부에는 펄라이트(100-200메쉬)를 50wt% 그리고 하단에는 맥반석(10～60메쉬)을 50wt%로 하여 충진하였다. 도입되는 폐수의 유속은 100ml/min으로 하여 처리하였다. 이에 따라 처리된 시료의 중금속과 CODcr을 분석한 결과를 도 3에 나타내었다.

도 3에 따르면, 펄라이트의 입도직경이 100-200메쉬이고 맥반석의 입도직경이 10-60메쉬인 경우에 Pb은 75.3%의 제거효율을 보이고 Cd와 Cu는 각각 72.4%와 65.1%를 보였다. CODcr은 85.4%의 제거효율을 보였다.

도 4의 경우는 펄라이트가 100-200메쉬이고 맥반석이 60-200메쉬 일때의 흡 착반응한 후의 측정결과이다. 흡착 시험결과 상기 도 3의 결과와 비교하여 CODcr의 경우는 처리효율이 약간 감소하여 84.1%였으나, 이에 비하여 Pb은 77.2%, Cd와 Cu는 각각 76.4와 70.1%를 나타내어 보다 바람직한 흡착효율을 나타내었다.

도 5는 펄라이트가 100-200메쉬이고 맥반석이 200메쉬 이상의 입자일 때 처리효율을 관찰한 것이다. 측정결과는 Pb은 78.2%의 제거효율을 보이고 Cd와 Cu는 각각 79.2와 72.7%를 보였으며, CODcr는 86.01%로 도 4와 비교하여 보다 우수한 제거효율을 나타내었으나, 이와 같이 맥반석 입자가 200메쉬 이상인 경우 맥반석 흡착제에서 미립자가 탈리되어 탁도가 증가함을 다음 [표 3]을 통하여 확인하였다. 즉, 초기 원수의 탁도가 13NTU인 반면 맥반석 흡착제의 입경이 작아질수록 탁도는 증가하여 200메쉬이상에서는 21NTU까지 나왔다. 따라서 맥반석의 입도가 200메쉬 이상인 경우에는 미립자의 탈리로 인하여 2차 오염을 유발할 수 있다.

[표 3] 흡착제 입경에 따른 탁도

분쇄된 맥반석 입경	NTU*
초기원수	13
10~60 메쉬	15
60~200메쉬	16
200메쉬 이상	21

^*NTU(Nephelometic Turbidity Unit)

따라서, 상기 실험한 바와 같이, 맥반석의 직경이 60~200메쉬인 경우에 처리수의 탁도 증가없이 가장 바람직한 흡착효율을 얻을 수 있다.

비교예 1

상기 실시예와 대상시료는 동일하며 흡착제를 펄라이트와 맥반석이 충진된 부피만큼 활성탄을 사용하여 실험하였다. 활성탄을 60-200메쉬로 체분리하여 105-110℃에서 12시간 건조 후에 실험하였다. 이때의 유속은 상기 실시예 1과 일치시켰다.

본 발명의 흡착제와 종래의 활성탄을 이용하여 수처리한 결과를 도 6에 나타내었다. 도 6에서와 같이, 실험에 사용된 중금속인 Pb, Cd, Cu의 제거효율에 있어서 활성탄보다 본 발명의 흡착제가 더 우수한 처리효율을 보였으며, 또한 유기물중 CODcr의 경우도 본 발명 흡착제가 88.2%이고 활성탄이 84.6%로 본 발명 흡착제의 처리효율이 높은 것으로 관찰되었다.

본 발명의 맥반석 및 펄라이트를 이용한 수처리 시스템으로 수처리하는 경우에 유기물과 중금속이 동시에 제거 가능하며 이에 따라 처리효율의 증가는 물론 처리비용이 감소되는 효과가 있다.

Claims (8)

1. 분쇄 후 각각 입도에 따라 분리시킨 다음 건조된 맥반석 및 펄라이트를 이용하여 폐수 중의 중금속 및 유기물질을 흡착제거하는 수처리 시스템.
2. 제 1항에 있어서, 상기 맥반석은 60-200메쉬로 입도 분리됨을 특징으로 하는 수처리 시스템.
3. 제 1항에 있어서, 상기 펄라이트는 100-200메쉬로 입도 분리됨을 특징으로 하는 수처리 시스템.
4. 제 1항에 있어서, 상기 맥반석 및 펄라이트는 각각 105-110℃에서 12~15시간 동안 건조됨을 특징으로 수처리 시스템.
5. 제 1항에 있어서, 상기 맥반석은 흡착제 전체의 중량을 기준으로 약 50wt%로 포함됨을 특징으로 하는 수처리 시스템.
6. 제 1항에 있어서, 상기 펄라이트는 흡착제 전체의 중량을 기준으로 약 50wt%로 포함됨을 특징으로 하는 수처리 시스템.
7. 제 1항 내지 6항 중 어느 한 항의 수처리 시스템을 이용하여 폐수를 처리하는 방법.
8. 제 7항에 있어서, 상기 흡착제 1kg 당 100ml/min~150ml/min의 유속으로 폐수를 주입하여 폐수를 처리하는 방법.

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