KR20100071352A

KR20100071352A - 광산 산폐수의 처리방법

Info

Publication number: KR20100071352A
Application number: KR1020080130031A
Authority: KR
Inventors: 고광섭
Original assignee: 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 2008-12-19
Filing date: 2008-12-19
Publication date: 2010-06-29

Abstract

본 발명은 광산 산폐수의 처리방법에 관한 것으로서, 광산 산폐수를 제강슬래그 충전컬럼을 개재해서 통과시키는 단계와, 이 광산 산폐수를 pH조정조로 이송하고 이산화탄소 함유 배가스를 투입하여 광산 산폐수의 pH를 조정하는 단계와, pH 조정된 광산 산폐수를 활성탄 충전컬럼을 개재해서 통과시키는 단계를 포함한다. 따라서 본 발명은 제강슬래그를 충전재로 사용함으로써, 광산 산폐수의 처리시 슬러지의 발생을 방지할 수 있고, 계절이나 온도에 관계없이 항상 균일한 처리효율을 유지할 수 있는 효과를 제공한다.

광산, 산폐수, 제강슬래그, 이산화탄소

Description

광산 산폐수의 처리방법{Method for treating mine wastewater}

본 발명은 광산 산폐수의 처리방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 광산의 폐 갱내에서 발생하는 산성의 폐수를 제철소 제강공정에서 발생하는 부산물인 제강슬래그 및 이산화타소 함유 배가스를 이용하여 효과적으로 중화처리 하는 광산 산폐수의 처리방법에 관한 것이다.

광산 활동에 의해 발생되는 폐수는 다른 산업시설과 달리 광산활동이 중단된 후에도 수년 동안 산성을 나타내는 광산 산폐수가 발생하게 된다. 특히 광산 산폐수는 pH가 3∼6정도로 낮아 주변 광석에 함유되어 있는 철, 망간, 아연, 구리 등의 중금속 성분을 용출시켜 인접 수계로 유출시켜 수질오염의 주원인으로 대두되고 있다.

종래의 광산 산폐수의 처리방법은 석회석을 이용하여 중화처리 및 중금속이온을 침전 제거하는 방법을 적용하거나, 황환원박테리아를 이용하여 환원시켜 제거하는 방법이 적용되고 있다.

석회석을 이용하는 방법은 많은 양의 침전슬러지가 발생하여 슬러지 처리에 많은 문제점을 가지고 있다. 한편 황환원박테리아를 이용하는 방법도 적용되고 있 으나, 이는 계절에 따른 온도변화가 크고 광산 산폐수를 처리할 수 있는 넓은 부지가 필요하다.

특히, 겨울에는 온도가 낮아서 이들 미생물의 성장이 둔화되어 처리효율이 급격히 저하되는 문제가 있다. 상기와 같이 종래의 방법들은 기술적인 측면에서 많은 문제점을 내포하고 있어 그 적용에 한계성을 갖고 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출한 것으로서, 광산 산폐수의 처리시 슬러지의 발생을 방지할 수 있고, 계절이나 온도에 관계없이 항상 균일한 처리효율을 유지할 수 있고, 광산 산폐수에 함유된 철, 망간, 아연, 구리 등의 중금속이온을 흡착제거하고, 처리된 광산 산폐수의 색도를 효과적으로 제거할 수 있는 광산 산폐수의 처리방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 광산 산폐수를 제강슬래그 충전컬럼을 개재해서 통과시키는 단계: 상기 통과된 광산 산폐수를 pH조정조로 이송하고 이산화탄소 함유 배가스를 투입하여 상기 광산 산폐수의 pH를 조정하는 단계: 및 상기 pH 조정된 광산 산폐수의 색도를 제거하기 위해 광산 산폐수를 활성탄 충전컬럼을 개재해서 통과시키는 단계;를 포함한다.

본 발명의 제강슬래그 충전컬럼 통과단계에서는 상기 광산 산폐수를 제강슬래그 충전컬럼과 20∼40분간 접촉시켜, 광산 산폐수의 pH를 8∼9로 상승시키게 된 다. 본 발명의 광산 산폐수의 pH조정단계에서는 상기 광산 산폐수의 pH를 6.5∼7.5로 조정하게 된다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 제강슬래그를 충전재로 사용함으로써, 광산 산폐수의 처리시 슬러지의 발생을 방지할 수 있고, 계절이나 온도에 관계없이 항상 균일한 처리효율을 유지할 수 있는 효과를 제공한다.

또한, 제강슬래그의 세공의 중금속이온 흡착능력에 의해 광산 산폐수에 함유된 철, 망간, 아연, 구리 등의 중금속이온을 흡착제거하고, 처리된 광산 산폐수의 색도를 효과적으로 제거할 수 있는 효과를 제공한다.

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

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 광산 산폐수의 처리방법을 나타내는 공정도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 광산 산폐수의 처리방법의 pH 변화에 따른 망간이온 제거효율을 나타내는 그래프이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 광산 산폐수의 처리방법의 이산화탄소 함유 배가스 투입시간 변화에 따른 pH 변화를 나타내는 그래프이다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 본 실시예의 광산 산폐수의 처리방법은 제강슬래그 충전컬럼 통과단계, 광산 산폐수의 pH조정단계, 활성탄 충전컬럼 통과단계를 포함하여 이루어진다.

제강슬래그 충전컬럼 통과단계는 수집조(10)에 수집된 광산 산폐수를 펌프(20)에 의해 펌핑하여 제강슬래그 충전컬럼(30)을 개재해서 상향류로 통과시키게 된다. 특히, 본 실시예에 사용되는 제강슬래그는 통상의 제강슬래그를 사용할 수 있으며, 예를 들면, 아래의 표 1에 나타낸 바와 같은 화학적 조성을 갖는 제강슬래그를 사용하는 것이 가능하다.

<제강슬래그의 화학적 조성>

성분	CaO	SiO₂	Al₂O₃	T-Fe	MnO
조성	44.8∼52.3	13.2∼18.8	0.9∼2.8	14.8∼19.2	2.8∼9.6

(단위:wt%)

상기 표 1과 같은 화학적 조성을 가진 제강슬래그는 통상 50wt% 정도의 CaO를 함유하고 있으며, 이러한 CaO는 알칼리성을 나타내므로, 광산 산폐수와 접촉시 중화제로 역할을 하게 된다.

제강슬래그 충전컬럼 통과단계에서는 수집된 광산 산폐수를 제강슬래그 충전컬럼(30)과 20∼40분간 접촉시켜, 광산 산폐수의 pH를 8∼9로 상승시키게 된다. 제강슬래그 충전컬럼(30)과 광산 산폐수의 접촉시간은 20분 보다 짧으면, CaO와의 반응이 잘 진행되지 않아 중화제의 역할이 미미하게 되고, 40분 보다 길면, 처리시간의 지연으로 인해 처리효율이 저하되므로, 20∼40분간 접촉하는 것이 바람직하다.

또한, 이와 동시에 제강슬래그에 미세한 세공이 형성되어 있으므로, 이러한 세공의 중금속이온 흡착능력에 의해 광산 산폐수에 함유된 철, 망간, 아연, 구리 등의 중금속이온을 흡착 제거하게 된다

처리된 광산 산폐수의 pH는 8 보다 낮으면 반응조절이 어렵고, 9보다 높으면 반응시간이 과다하게 소요되어 처리효율이 저하되므로, pH를 8∼9로 하는 것이 바람직하다.

광산 산폐수의 pH조정단계는 제강슬래그 충전컬럼(30)을 통과한 광산 산폐수를 pH조정조(40)로 이송하고 이산화탄소 함유 배가스를 투입하여 광산 산폐수의 pH를 조정하게 된다. 이때 pH조정조(40)에 투입되는 이산화탄소 함유 배가스는 광산 산폐수와의 반응성을 높이기 위해 이산화탄소를 15∼25% 함유한 배가스 상태로 투입하는 것이 바람직하다.

이러한 배가스 상태에서는 이산화탄소의 함량이 15∼25%를 벗어난 경우에 광산 산폐수와의 반응성이 저하될 수 있으므로, 이산화탄소를 15∼25% 함유한 상태로 투입하는 것이 바람직하다. 특히 이산화탄소를 20% 함유한 경우에 광산 산폐수와의 반응성이 가장 좋으므로, 20%의 이산화탄소를 함유한 배가스를 적용하는 것이 더욱 바람직하다.

광산 산폐수의 pH조정단계에서는 광산 산폐수의 pH를 6.5∼7.5로 조정하게 된다. 조정된 광산 산폐수의 pH가 6.5 보다 낮으면, 광산 산폐수의 처리시간이 많이 소요되어 처리효율이 저하되고, 7.5 보다 높으면, 조정되는 시간이 너무 짧아 반응이 균일하게 이루어지지 않으므로, 광산 산폐수의 pH를 6.5∼7.5로 조정하는 것이 바람직하다.

활성탄 충전컬럼 통과단계는 pH조정조(40)에서 pH 조정된 광산 산폐수의 색도를 제거하기 위해 pH 조정된 광산 산폐수를 활성탄 충전컬럼(50)을 개재해서 통과시키게 된다.

활성탄 충전컬럼(50)에 사용되는 활성탄은 입상활성탄으로서, 모래나 자갈과 같은 기타 불순물이 포함되어 있지 않은 활성탄만으로 단독 충전되는 것이 바람직하다.

입상활성탄인 충전된 활성탄 충전칼럼(50)의 통과속도는 단지 광산 산폐수로부터 색도를 제거하기 위한 목적이므로 제강슬래그 충전칼럼(30)에서와 같은 유속으로 통과시키는 것이 바람직하다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

(실시예)

본 실시예에서 사용한 제강슬래그의 입자 크기별 비표면적을 분석하였다. 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다. 흡착능에 가장 큰 영향을 미치는 인자로는 비표면적을 들 수 있는데, 제강슬래그의 입자가 작을수록 표면적은 증가하고 따라서 흡착사이트(site)도 증가하여 흡착능력이 좋아짐을 알 수 있다.

<제강슬래그의 입자 크기별 비표면적 분석결과>

입자크기(mesh)	7∼12	12∼20	20∼70
비표면적(㎡/g)	20.27	23.61	41.43
세공부피(cc/g)	0.0072	0.0084	0.0147

제강슬래그에 의한 2차 오염 유무를 판단하기 위해 제강슬래그 용출실험에 의한 투과수 중 중금속이온농도를 분석한 결과를 표 3에 나타내었다.

표 3에서 볼 수 있듯이 제강슬래그에서 용출되는 각각의 오염물질 농도는 매우 낮아 광산 산폐수 중화제로 이용하는데 문제가 야기되지 않는다는 것을 보여준다.

<제강슬래그 용출실험에 의한 투과수 중 중금속이온농도 분석결과>

성분	F	Cd	Pb	Mn	Cr
배출허용기준(청정지역)	2 이하	0.02 이하	0.1 이하	2 이하	0.5 이하
함량	0∼0.1	0	0∼0.01	0	0∼0.02

(단위 : mg/L)

도 1에 나타낸 바와 같이 광산 산폐수를 제강슬래그 충전컬럼(30)에서 20∼40분간 접촉시키면 pH 3∼6인 산폐수가 pH 8∼9로 상승하게 된다. 이때, 망간이온을 포함한 중금속이온을 수산화물로 침전제거 했다. 도 2에 나타난 바와 같이 pH변화에 대한 망간이온 제거효율이 pH 9이상에서 그 제거효율이 95% 이상으로 거의 완전히 제거됨을 알 수 있었다.

한편, pH조정조(40)에서는 알칼리성 폐수와 이산화탄소 함유 배가스가 반응하여 H₂CO₃를 거쳐서 H⁺이온과 HCO₃ ^- 이온으로 되어 수소이온농도를 증가시켜 pH를 저감시키게 된다. 도 3에 나타난 바와 같이 이산화탄소 함유 배가스(20%)와 반응 후 1분이내에 pH 6.5∼7.5로 저감됨을 알 수 있었다.

갈색을 나타내는 pH 조정된 광산 산폐수가 다음의 단계로 활성탄 충전컬럼(50)을 통과하면, pH가 조정된 광산 산폐수 중 색도가 제거된 투명한 색상을 띄게 되는 최종 처리수를 얻을 수 있었다.

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.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 광산 산폐수의 처리방법을 나타내는 공정도.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 광산 산폐수의 처리방법의 pH 변화에 따른 망간이온 제거효율을 나타내는 그래프.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 광산 산폐수의 처리방법의 이산화탄소 함유 배가스 투입시간 변화에 따른 pH 변화를 나타내는 그래프.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10: 수집조 20: 펌프

30: 제강슬래그 충전컬럼 40: pH조정조

50: 활성탄 충전컬럼

Claims

광산 산폐수를 제강슬래그 충전컬럼을 개재해서 통과시키는 단계:

상기 통과된 광산 산폐수를 pH조정조로 이송하고 이산화탄소 함유 배가스를 투입하여 상기 광산 산폐수의 pH를 조정하는 단계: 및

상기 pH 조정된 광산 산폐수의 색도를 제거하기 위해 광산 산폐수를 활성탄 충전컬럼을 개재해서 통과시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광산 산폐수의 처리방법.
제 1 항에 있어서,

상기 제강슬래그 충전컬럼 통과단계에서는 상기 광산 산폐수를 제강슬래그 충전컬럼과 20∼40분간 접촉시켜, 광산 산폐수의 pH를 8∼9로 상승시키는 것을 특징으로 하는 광산 산폐수의 처리방법.
제 1 항에 있어서,

상기 광산 산폐수의 pH조정단계에서는 상기 광산 산폐수의 pH를 6.5∼7.5로 조정하는 것을 특징으로 하는 광산 산폐수의 처리방법.