KR20070066725A - 제강 슬래그를 이용한 폐수의 중금속 제거방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제강 슬래그를 이용한 폐수의 중금속 제거방법에 관한 것으로서,

폐수의 중금속 제거방법으로서, 폐수의 중금속을 흡착하여 제거하는 필터의 충진재로 제강 슬래그를 이용하는 것을 특징으로 하며,

폐수의 중금속을 제거하기 위해 제철부산물인 제강 슬래그를 사용함으로써 제강 슬래그를 재활용함과 동시에 고부가가치화하여 자원의 재활용 및 대기오염의 개선을 동시에 이룰 수 있으며, 중금속 뿐만 아니라 기타 유기화합물을 제거할 수 있고, 저가의 운전비용으로 중금속을 제거할 수 있는 효과가 있다.

제강 슬래그, 충진재, 폐수, 중금속

Description

제강 슬래그를 이용한 폐수의 중금속 제거방법{Method for removing heavy metals in waste water using steel making slag}

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 제강 슬래그를 이용한 폐수중 중금속 제거방법에 사용되는 중금속저감 실험장치를 나타내는 블럭도.

도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 제강 슬래그를 이용한 폐수중 중금속 제거방법에 사용되는 제강 슬래그의 처리방법을 나타내는 흐름도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

11 : 제강 슬래그 12 : 충진재 컬럼

13 : 폐수탱크 14 : 폐수 공급관

15 : 정량펌프 16 : 온도제어장치

17 : 폐수 회수 탱크

본 발명은 제강 슬래그를 이용한 폐수의 중금속 제거방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 제철공정에서 부산물로 발생되는 제강 슬래그의 표면적을 향상시켜 이를 충진재로 이용한 필터에 액체상의 중금속을 통과시켜 폐수의 중금속을 물리적으로 흡착시킴으로써 보다 경제적이고 효과적으로 중금속을 저감할 수 있는 제강 슬래그를 이용한 폐수의 중금속 제거방법에 관한 것이다.

일반적으로 중금속은 철강공정을 비롯한 다양한 산업체로부터 폐수를 통해 다량으로 배출되며, 수은(Hg), 비소(As), 납(Pb) 등의 중금속은 독성이 강해 인체에 매우 치명적인 물질이다.

이와 같이 폐수중에 함유된 중금속을 저감하기 위한 종래의 기술은 일반적으로 중금속인 크롬제거의 경우, 물리화학적 방법인 산성 및 알칼리성 수용액을 이용한 수산화물 침전법, 산화환원법 및 유기오염물질도 함께 처리가 가능한 활성탄을 이용한 처리방법 등이 사용되고 있었다.

그러나, 수산화물 침전법은 착염상태의 중금속이 처리되지 않아 2차적인 오염 등과 같이 침전처리물의 재처리가 어렵다는 문제점이 있었다. 산화환원법은 고가의 촉매를 사용하므로 처리비용이 증가하게 되는 문제점이 있었다.

또한, 이러한 폐수의 중금속 처리방법들은 오염물질에 따라 추가적인 별도의 처리방법을 적용해야하는 문제점이 있었고, 화학약품 등의 사용에 의한 2차 오염의 발생이 빈번하여 추가의 처리비용이 발생되므로, 처리비용이 증가하게 되는 문제점도 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출한 것으로서, 중금속이 포함되어 있는 폐수를 표면적을 향상시킨 제강 슬래그로 구성된 필터 내부로 통과시켜 중금속물질을 저감함으로써 저가의 운전비용으로 중금속을 제거할 수 있는 제강 슬래그를 이용한 폐수중 중금속 제거방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 폐수의 중금속 제거방법으로서, 폐수의 중금속을 흡착하여 제거하는 필터의 충진재로 제강 슬래그를 이용하는 것을 특징으로 한다.

보다 바람직하게, 상기 제강 슬래그는, 볼밀에 의해 제강 슬래그의 직경을 1㎜ 이하로 분쇄하는 단계(S10)와; 상기 분쇄된 제강 슬래그를 1% 농도의 알칼리용액에 침지하여 알칼리처리하는 단계(S20)와; 상기 알칼리처리된 제강 슬래그를 여과지에 의해 여과시키는 단계(S30)와; 상기 여과된 제강 슬래그를 실온에서 건조시키는 단계(S40)와; 상기 건조된 제강 슬래그를 오븐에서 열처리하는 단계(S50)를 포함하여 이루어진 처리방법으로 처리되어, 상기 처리된 제강 슬래그의 표면적이 커진 것을 특징으로 한다.

보다 바람직하게, 상기 열처리하는 단계(S50)에서는 질소분위기 하에서 250 ∼350℃로 10∼15시간 동안 열처리하는 것을 특징으로 한다.

보다 바람직하게, 상기 처리된 제강 슬래그의 표면적은 40∼50 m²/g 인 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 더욱 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 제강 슬래그를 이용한 폐수중 중금속 제거방법에 사용되는 중금속저감 실험장치를 나타내는 블럭도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 제강 슬래그를 이용한 폐수중 중금속 제거방법에 사용되는 제강 슬래그의 처리방법을 나타내는 흐름도이다.

도 1에 표시된 바와 같이, 본 실시예에 의한 제강 슬래그를 이용한 폐수의 중금속 제거방법은 폐수중에 함유된 중금속을 제거하기 위해 필터 내부로 폐수를 통과시킴으로써 폐수의 중금속을 제거하며, 필터의 충진재로 표면적을 크게 향상시킨 제강 슬래그를 이용하여 폐수의 중금속을 제거한다.

표 1은 본 실시예에서 이용되는 제강 슬래그의 화학적 조성을 나타낸 구성 성분 분석표이다.

성분	CaO	SiO2	Al2O3	MgO	MnO	Total-Fe	C	TiO2	P2O5
함량 (wt%)	25∼35	38∼51	2∼3	5∼6	2∼3	30∼40	0.6∼0.8	1∼1.5	1∼1.5

표 1에서 표시된 바와 같이, 본 실시예의 제강 슬래그는 칼슘(Ca) 및 마그네슘(Mg) 등과 같은 알칼리성 금속의 함량이 높게 나타나 있으므로, 대부분 폐수의 중금속에 대한 흡착능이 매우 우수하게 된다.

또한, 제강 슬래그의 흡착능을 향상시키기 위해 제강 슬래그의 표면적을 크게 향상시킴으로써 중금속에 대한 흡착능을 더욱 향상시키는 것이 바람직하다.

도 2에 표시된 바와 같이, 이러한 제강 슬래그의 표면적을 향상시키기 위해 본 실시예에 사용되는 제강 슬래그는, 볼밀(ball mill)에 의해 제강 슬래그의 직경을 1㎜ 이하로 분쇄하는 단계(S10)와, 분쇄된 미분말 형태의 제강 슬래그를 1% 농도의 가성소다(NaOH)용액 등과 같은 알칼리용액에 6시간동안 침지시켜 알칼리처리하는 단계(S20)와, 알칼리처리된 제강 슬래그를 여과지에 의해 알칼리용액을 여과시키는 단계(S30)와, 여과된 제강 슬래그를 실온에서 건조시키는 단계(S40)와, 건조된 제강 슬래그를 오븐에서 열처리하는 단계(S50)를 포함하여 이루어진 처리방법으로 처리된다.

특히, 오븐에서 열처리하는 단계(S50)에서는 질소분위기 하에서 250∼350℃로 10∼15시간 동안 열처리하는 것이 바람직하다. 즉, 열처리 온도가 250℃ 보다 낮으면 제강 슬래그 표면적 증대 효율이 낮아서 부적합하고, 350℃보다 높으면 제강 슬래그 표면적 증대 효율이 더 이상 향상되지 않기 때문에 부적합하므로, 열처리 온도는 250∼350℃로 적용하는 것이 바람직하다.

또한, 열처리 시간이 10시간 보다 짧으면 제강 슬래그 표면적 증대 효율이 낮아서 부적합하고, 15시간 보다 길면 제강 슬래그 표면적 증대 효율이 더 이상 향상되지 않기 때문에 부적합하므로 열처리 시간은 10∼15시간 동안 적용하는 것이 바람직하다.

따라서, 통상 알칼리처리된 미분말 형태의 제강 슬래그를 질소분위기 하의 오븐에서 12시간 동안 300℃로 열처리하는 것이 더욱 바람직하다.

이와 같은 단계를 거침으로써 제강 슬래그의 표면적은 대략 12m²/g으로부터 대략 40∼50 m²/g으로 4배 정도 향상되었다. 이와 같은 표면적을 크게 향상시킨 제강 슬래그는 재질이 단단하여 내구성이 커서 충진재의 수명이 반영구적이며, 기공이 많으므로 중금속의 물리적 흡착력이 뛰어나게 된다.

한편, 아래에 본 실시예에 따라 중금속을 흡착하여 저감하는 실시예를 구체적으로 설명한다.

<실시예>

중금속에 대해 제강 슬래그에 의한 흡착능 실험을 실시하기 위해 도 1과 같은 실험장치를 이용하였다.

도 1에 표시된 바와 같이, 본 실시예의 실험장치는 제강 슬래그(11)가 충진된 컬럼(12)과, 컬럼(12)에 폐수탱크(13)로부터 폐수를 공급하는 공급관(14)과, 공급관(14)에 공급되는 폐수의 주입속도를 조절하기 위한 펌프(15)와, 컬럼(12)의 온도를 유지하기 위한 온도 제어 장치(16)와, 컬럼(12)으로부터 배출되어 나온 폐수를 회수하기 위한 폐수 회수탱크(17)로 구성되어 있다.

또한, 흡착능 실험에 이용할 제강 슬래그는 볼밀로 파쇄하여 직경 1㎜ 이하의 미분말 형태로 제조하였다. 상기 미분말 형태의 수재슬래그 100g을 1% NaOH 수용액 1L에 침지시켜 6시간동안 알칼리처리 하였다.

알칼리처리된 미분말의 제강 슬래그를 여과지를 개재해서 가성소다(NaOH) 수용액을 여과시킨 후 공기중에서 24시간동안 건조하였다. 건조된 분말상의 제강 슬래그를 오븐에 넣고 300℃로 질소분위기에서 12시간 동안 열처리하였다.

이와 같은 처리과정을 거침으로써 제강 슬래그의 표면적은 약 12m²/g으로부터 약 46m²/g으로 4배 가량 향상되었다.

도 1에 도시한 실험장치를 이용하여 표면적을 향상시키지 않은 미분말의 제강 슬래그와 표면적을 향상시킨 제강 슬래그를 각각 100g씩을 충진재로 이용하여 폐수의 중금속의 흡착능을 비교 및 평가하였다.

우선 실험에 사용한 중금속은 100ppm의 납(Pb) 만을 이용하여 1분동안 10mL/min의 속도로 주입하였다. 이때 컬럼의 온도는 25℃로 유지 하였고, 폐수의 pH는 최적조건으로 판단되는 5.0으로 고정하였으며, 그 결과를 표 2에 나타내었다.

표 2는 표면적이 향상 처리되지 않은 제강 슬래그(A)와 표면적이 향상 처리된 된 제강 슬래그(B)의 납 흡착능을 비교한 결과이다.

구 분	유입농도(ppm)	배출농도(ppm)	제거효율(%)
제강 슬래그 A (12 m2/g)	100	25.5	74.5
제강 슬래그 B (46 m2/g)	100	1.9	98.1

표 2의 실험 결과를 통해 알 수 있는 바와 같이, 본 실시예에 따라 중금속이 포함되어 있는 폐수를 표면적이 향상된 제강 슬래그를 통과시킨 결과, 100ppm의 납중 98.1%로 상당량이 흡착되었음을 알 수 있었다.

또한, 표면적을 개질하지 않은 제강 슬래그는 74.5%의 제거효율을 나타내므로, 본 실시예의 제강 슬래그를 이용한 폐수의 중금속 제거방법은 표면적을 개질하지 않은 제강 슬래그에 비해 훨씬 높은 흡착능을 나타내는 것임을 인식하게 되었다.

이상 설명한 본 발명은 그 기술적 사상 또는 주요한 특징으로부터 벗어남이 없이 다른 여러 가지 형태로 실시될 수 있다. 따라서 상기 실시예는 모든 점에서 단순한 예시에 지나지 않으며 한정적으로 해석되어서는 안 된다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 폐수의 중금속을 제거하기 위해 제철부산물인 제강 슬래그를 사용함으로써 제강 슬래그를 재활용함과 동시에 고부가가치화하여 자원의 재활용 및 대기오염의 개선을 동시에 이룰 수 있으며, 중금속 뿐만 아니라 기타 유기화합물을 제거할 수 있고, 저가의 운전비용으로 중금속을 제거할 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 폐수의 중금속 제거방법으로서,

   폐수의 중금속을 흡착하여 제거하는 필터의 충진재로 제강 슬래그를 이용하는 것을 특징으로 하는 제강 슬래그를 이용한 폐수의 중금속 제거방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제강 슬래그는,

   볼밀에 의해 제강 슬래그의 직경을 1㎜ 이하로 분쇄하는 단계(S10)와;

   상기 분쇄된 제강 슬래그를 1% 농도의 알칼리용액에 침지하여 알칼리처리하는 단계(S20)와;

   상기 알칼리처리된 제강 슬래그를 여과지에 의해 여과시키는 단계(S30)와;

   상기 여과된 제강 슬래그를 실온에서 건조시키는 단계(S40)와;

   상기 건조된 제강 슬래그를 오븐에서 열처리하는 단계(S50)를 포함하여 이루어진 처리방법으로 처리되어,

   상기 처리된 제강 슬래그의 표면적이 커진 것을 특징으로 하는 제강 슬래그를 이용한 폐수의 중금속 제거방법.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 열처리하는 단계(S50)에서는 질소분위기 하에서 250∼350℃로 10∼15시 간 동안 열처리하는 것을 특징으로 하는 제강 슬래그를 이용한 폐수의 중금속 제거방법.
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 처리된 제강 슬래그의 표면적은 40∼50 m²/g 인 것을 특징으로 하는 제강 슬래그를 이용한 폐수의 중금속 제거방법.

Images