KR20120074942A - Heavy metal absorbent and method for removing heavy metal using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 갈조류를 이용한 폐수 중의 중금속 흡착제 및 중금속 제거 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전처리한 갈조류를 폐수에 투입하여 중금속을 흡착하도록 함으로써 중금속을 제거할 수 있는 중금속 흡착제 및 이를 이용한 중금속 제거 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a heavy metal adsorbent and a heavy metal removal method in wastewater using brown algae, and more particularly to a heavy metal adsorbent capable of removing heavy metals by adding a pre-treated brown algae to the waste water to adsorb heavy metals It is about.
산업발전과 더불어 발생되는 폐기물의 적정 처리 문제가 경제 규모가 커짐에 따라 심각한 문제로 대두되고 있다. 자연계에 방출되는 각종 폐수 속의 중금속은 동식물뿐만 아니라 인간에 대해서도 나쁜 영향을 미칠 수 있으므로 이의 제거가 필수적으로 요청된다. The problem of proper disposal of waste generated with industrial development is becoming a serious problem as the economy grows. Heavy metals in various wastewaters released into the natural world can adversely affect not only animals and plants but also humans, so their removal is essential.
산업적으로 중금속 제거에 자주 활용되는 방법으로는 수산화물이나 황화물 형태로 침전시키는 방법, 이온 교환 방법, 활성탄을 이용한 흡착 처리 방법, 전기화학적인 처리 방법, 용매추출, 및 증발법 등이 사용되고 있다. 그러나 이들 방법은 처리 비용이 많이 들고, 항목에 따라 불완전하게 제거되기도 하며, pH 조건에 제약을 받거나 고농도의 경우로 한정되거나 또는 유해한 슬러지나 부산물을 생성하는 단점들을 갖고 있다. Industrially frequently used methods for removing heavy metals are precipitated in the form of hydroxide or sulfide, ion exchange method, adsorption treatment method using activated carbon, electrochemical treatment method, solvent extraction, and evaporation method. However, these methods are expensive and have some disadvantages of being incompletely removed depending on the item, limited by pH conditions, limited to high concentrations, or generating harmful sludge or by-products.
따라서, 환경친화적이면서도 중금속에 대한 높은 선택성 및 효율성을 가지는 생물학적 방법이 필요한데, 생물학적인 방법으로 중금속을 제거할 경우 중금속만을 선택적으로 제거할 수 있으며, 적당한 고정화 방법을 이용하면 기존의 중금속 제거 공정과 비교하여 경제성 및 효율성이 높다.Therefore, a biological method that is environmentally friendly and has high selectivity and efficiency for heavy metals is required. When heavy metals are removed by biological methods, only heavy metals can be selectively removed. It is economical and efficient.
그러나 이제까지 개발된 생물학적 방법은 고농도의 중금속을 제거하는 데 사용되는 것이며 저농도의 중금속을 제거하는 방법에 대해서는 개발이 미미한 실정이다. 또한, 이미 개발된 생물학적 방법은 여러 가지 원생동물, 박테리아, 효모 등 생체의 미생물을 이용하는 것에 한정되는 방법이었다. However, the biological methods that have been developed so far are used to remove high concentrations of heavy metals, and the development of methods for removing low concentrations of heavy metals is insignificant. In addition, the biological methods already developed have been limited to the use of microorganisms of living organisms such as various protozoa, bacteria and yeast.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 전처리한 갈조류를 이용하여 중금속을 흡착한 후 중금속이 흡착된 갈조류를 침강시킴으로써 중금속을 제거할 수 있는 중금속 흡착제 및 이를 이용한 중금속 제거 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems, and provides a heavy metal adsorbent that can remove the heavy metal by sedimenting the brown algae adsorbed heavy metal after adsorbing the heavy metal using pre-treated brown algae and heavy metal removal method using the same. Its purpose is to.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예는 중금속을 함유하는 폐수의 중금속을 제거하는 흡착제에 있어서, 전처리 공정을 마친 갈조류 분말을 포함하는 중금속 흡착제를 제공한다.Embodiments of the present invention for achieving the above object provides a heavy metal adsorbent comprising brown algae powder in a pre-treatment step in the adsorbent for removing heavy metals of the wastewater containing heavy metals.
본 발명에 따른 실시예의 갈조류는 다시마(Laminaria japonica) 또는 감태(Ecklonia sp.)중 하나 이상인 것을 특징으로 한다.Brown alga of the embodiment according to the present invention is characterized in that at least one of kelp (Laminaria japonica) or Ecklonia sp.
본 발명에 따른 실시예는 중금속을 함유하는 폐수에 전처리된 갈조류를 포함하는 중금속 흡착제를 투입하는 공정; 상기 폐수를 교반시켜 중금속 흡착 반응을 일으키는 공정; 중금속이 흡착된 흡착제를 침강시켜 제거하는 공정; 을 포함하는 폐수의 중금속 제거 방법을 제공한다.Embodiments according to the present invention is a step of injecting a heavy metal adsorbent including brown algae pre-treated in the wastewater containing heavy metals; Stirring the wastewater to cause a heavy metal adsorption reaction; Sedimentation and removal of heavy metal adsorbent; It provides a method for removing heavy metals in wastewater comprising a.
본 발명에 따른 실시예의 전처리는, 상기 갈조류의 표면에 부착된 착생식물 또는 착생동물을 제거하는 공정; 상기 갈조류를 건조하는 공정; 상기 갈조류를 분쇄, 혼합하는 공정; 상기 분쇄, 혼합된 갈조류를 재건조하는 공정; 을 포함할 수 있다.Pretreatment of the embodiment according to the present invention, the step of removing the plant or the animal attached to the surface of the brown algae; Drying the brown algae; Grinding and mixing the brown algae; Redrying the ground and mixed brown algae; . ≪ / RTI >
본 발명에 따른 실시예의 폐수의 중금속의 농도는 1 ~ 10ppm이고, 상기 중금속은 카드뮴 또는 납 중 하나 이상인 것을 특징으로 한다.The concentration of heavy metal in the wastewater of the embodiment according to the present invention is 1 to 10ppm, the heavy metal is characterized in that at least one of cadmium or lead.
본 발명에 따른 실시예는 상기 중금속이 흡착된 흡착제를 황산 용액에 투입하여 중금속을 상기 중금속 흡착제로부터 탈착시켜 중금속 흡착제를 재활용하는 공정을 더 포함할 수 있다.Embodiments according to the present invention may further include a step of recycling the heavy metal adsorbent by desorbing the heavy metal from the heavy metal adsorbent by injecting the adsorbent to which the heavy metal is adsorbed in a sulfuric acid solution.
본 발명에 따른 실시예의 중금속은 카드뮴 또는 납 중 하나 이상이고, 상기 황산 용액은 pH가 0.5 ~ 1.0인 것을 특징으로 한다.Heavy metal of the embodiment according to the present invention is one or more of cadmium or lead, the sulfuric acid solution is characterized in that the pH is 0.5 ~ 1.0.
이상 설명한 바와 같이 본 발명은 중금속이 함유된 폐수에서 카드뮴과 납을 효율적으로 제거하여 수질 환경을 개선할 수 있으며, 저가인 갈조류를 이용함으로써 폐수에서의 중금속을 제거하기 위한 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.As described above, the present invention can improve the water quality by efficiently removing cadmium and lead from the wastewater containing heavy metals, and reduce the cost for removing heavy metals from the wastewater by using low-cost brown algae. There is.
도 1은 본 발명에 따른 실시예의 흡착 반응조의 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 실시예의 침강조의 개략도이다.1 is a schematic view of an adsorption reaction tank of an embodiment according to the present invention.
2 is a schematic diagram of a settling tank of an embodiment according to the present invention.
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 설명한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention.
이러한 실시예는 본 발명의 실시예의 일례로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현할 수 있으므로, 본 발명의 권리범위는 이하에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다 할 것이다.Such an embodiment is an example of an embodiment of the present invention, and the person skilled in the art may implement the present invention in various different forms, and thus the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. something to do.
본 발명에 따른 실시예는 갈조류를 전처리한 중금속 흡착제, 폐수에 전처리한 중금속 흡착제를 투입하여 중금속 흡착반응에 의하여 중금속을 흡착한 후 중금속이 흡착된 중금속 흡착제를 제거하는 방법, 중금속이 흡착된 상태의 흡착제를 황산 용액에 투입하여 산처리함으로써 상기 중금속을 흡착제로부터 탈착시키는 방법을 제공한다.Example according to the present invention is a heavy metal adsorbent pretreated brown algae, a heavy metal adsorbent pre-treated in the waste water to adsorb the heavy metal by the heavy metal adsorption reaction and then remove the heavy metal adsorbent adsorbed heavy metal, heavy metal adsorbed Provided is a method for desorbing the heavy metal from the adsorbent by acid treatment by adding the adsorbent to a sulfuric acid solution.
이하에서는 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
본 발명에서는 폐수 중의 카드뮴(Cd)과 납(Pb)을 흡착 제거하기 위하여 해조류를 흡착제로 사용하고, 이 때, 폐수 중의 중금속의 농도는 1ppm 내지 10ppm이다. 상기 해조류는 다시마 (Laminaria japonica), 감태 (Ecklonia sp.) 등의 갈조류를 의미한다.In the present invention, seaweed is used as an adsorbent to adsorb and remove cadmium (Cd) and lead (Pb) in the wastewater. At this time, the concentration of heavy metals in the wastewater is 1 ppm to 10 ppm. The algae refers to brown algae such as kelp (Laminaria japonica) and Ecklonia sp.
상기 갈조류를 중금속 흡착제로 사용하기 위해서는 전처리 공정을 거쳐야 하는데, 상기 전처리 공정은 다음과 같다. In order to use the brown algae as a heavy metal adsorbent, a pretreatment process is required. The pretreatment process is as follows.
먼저, 바닷가에서 채취 후 수돗물로 모래나 실트(silt) 등을 제거하고 표면에 부착된 착생식물, 동물들을 제거한다. 이 후, 대략 50 ~ 80℃에서 10 ~ 14시간 정도 건조한 후 3mm 이하로 골고루 분쇄, 혼합한다. 상기 분쇄한 중금속 흡착제를 상기와 마찬가지로 대략 60 ~ 90℃에서 10 ~ 14시간 정도 재건조하여 여분의 수분을 모두 제거함으로써 전처리 공정을 마치게 된다. First, after collecting at the beach to remove sand or silt with tap water, and to remove the plants and animals attached to the surface. Thereafter, after drying for about 10 to 14 hours at approximately 50 ~ 80 ℃, evenly pulverized, mixed to 3mm or less. The pre-treatment process is completed by removing the excess water by redrying the pulverized heavy metal adsorbent for 10 to 14 hours at about 60 ~ 90 ℃ as described above.
상기 건조 및 재건조 공정에서의 온도가 50℃보다 낮은 경우에는 건조가 충분하지 않으며, 90℃를 초과하는 경우에는 경제성에 문제가 있다. 또한, 건조 및 재건조 시간은 건조 온도에 따라 변하는 것으로서 10시간 미만으로 건조시킨다면 불충분하게 건조될 수 있으며, 14시간을 초과하면 필요 이상으로 건조될 뿐만 아니라 비용을 증가시킨다.When the temperature in the drying and re-drying process is lower than 50 ℃ drying is not enough, if it exceeds 90 ℃ there is a problem in economic efficiency. In addition, the drying and redrying times vary with drying temperature and may be insufficiently dried if they are dried below 10 hours, and beyond 14 hours may not only dry more than necessary but also increase costs.
상기와 같이 처리한 갈조류 분말을 중금속 농도가 10mg/l 정도 수준의 폐수에 투입하여 사용할 수 있다. 상기 미세 갈조류는 5 ~ 30mg/l의 양으로 사용되는 것이 바람직하고 10 ~ 20mg/l의 양을 사용하는 것이 더 바람직하다. 상기에서 사용량이 5mg/l 미만이면 흡착 제거효과가 작아질 수 있으며, 30mg/l를 초과하는 경우에는 초기 흡착능이 떨어져 경제적이지 못한 문제가 있다.The brown algae powder treated as described above may be used by adding heavy metals to wastewater having a level of about 10 mg / l. The fine brown algae is preferably used in an amount of 5 to 30 mg / l, and more preferably in an amount of 10 to 20 mg / l. If the amount used is less than 5mg / l may be reduced adsorption removal effect, when it exceeds 30mg / l there is a problem that the initial adsorption capacity is not economical.
이하에서는 상기 미세 중금속 흡착제를 이용한 중금속 제거 방법을 설명한다.Hereinafter, a heavy metal removal method using the fine heavy metal adsorbent will be described.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 흡착 반응조(10)의 개략도이고, 도 2는 본 발명에 따른 실시예의 침강조(70)의 개략도이다.1 is a schematic diagram of an
먼저, 폐수(40)가 담긴 흡착 반응조(10)에 전처리한 중금속 흡착제(30)를 투입한 후 교반기(50)로 대략 250rpm으로 교반하여 중금속 흡착 반응을 실시한다. 상기 흡착 반응시간은 10~20분 정도로 반응 시간이 매우 짧다. First, the
상기 흡착 반응조(10)에서 교반기(50)에 의한 교반을 중지하면 흡착 반응에 의하여 카드뮴(Cd)와 납(Pb)은 중금속 흡착제(30)와 함께 침강하게 되고 카드뮴과 납이 흡착된 중금속 흡착제(30)을 제거한 후, 카드뮴과 납이 제거된 폐수는 방출함으로써 폐수(40)내의 중금속을 제거하게 된다. When the agitation is stopped by the
이는 도 2에 도시된 바와 같이, 흡착 반응조(10)에서 중금속이 흡착된 중금속 흡착제(30)를 침강조(70)로 옮겨 카드뮴과 납이 흡착된 흡착제(60)는 침강하도록 하여 중금속이 흡착된 흡착제(60)와 중금속 함유 폐수(80)로 분리되어 중금속 함유 폐수(80)를 침강조(70)를 거쳐 방류되도록 할 수 있다.As shown in FIG. 2, the heavy metal adsorbent 30 in which the heavy metal is adsorbed in the
또한, 흡착 반응 후의 흡착제를 재활용하기 위해 pH가 0.5 ~ 1.0인 0.1M의 황산 용액(H2SO4)에 중금속이 흡착된 흡착제(60)을 투입하면 상기 중금속 흡착제(30)에 부착된 대부분의 중금속이 탈착되어 중금속 흡착제(30)의 회수가 가능하다. 이 때, 상기의 황산용액의 pH가 0.5보다 작으면 중금속의 충분한 탈착 효과를 달성할 수 없고, pH가 1.0을 초과하는 경우에는 중금속 흡착제(30)에 영향을 미칠 수 있다.In addition, in order to recycle the adsorbent after the adsorption reaction, when the heavy metal adsorbent 60 is introduced into a 0.1 M sulfuric acid solution (H 2 SO 4 ) having a pH of 0.5 to 1.0, most of the heavy metal adsorbent 30 is attached. The heavy metal is desorbed to recover the
이하에서는 본 발명에 따른 실시예에 대하여 설명한다. Hereinafter, an embodiment according to the present invention will be described.
<실시예 1>≪ Example 1 >
상기와 같이 전처리하여 만들어진 갈조류 분말을 카드뮴과 납의 농도가 10ppm인 폐수가 들어 있는 흡착 반응조(10)에 하기 표 1에 기재된 양만큼 투입하였다. 투입 후 15분 동안 흡착 반응을 실시한 결과를 하기 표 1에 기재하였다.
Brown algae powder prepared by the pretreatment as described above was introduced into the
상기 표 1에서 보는 바와 같이 폐수에 투입하는 다시마 분말의 양이 10 mg/l 이상이면 중금속 제거 효율이 우수함을 알 수 있다. 제거 효율이 가장 좋은 경우에는 중금속 흡착제(30)의 농도가 10 ~ 20mg/l 정도인 경우로 나타났다. As shown in Table 1, it can be seen that the heavy metal removal efficiency is excellent when the amount of kelp powder added to the waste water is 10 mg / l or more. In the case of the best removal efficiency, the concentration of the
이하에서는 본 발명에 따른 실시예의 중금속이 흡착된 흡착제(60)에서 중금속을 탈착시키기 위한 실시예에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, an embodiment for desorbing the heavy metal from the adsorbent 60 to which the heavy metal of the embodiment according to the present invention is adsorbed will be described.
<실시예 2><Example 2>
중금속이 흡착된 흡착제(60)에 부착된 중금속을 떼어내기 위하여 pH가 0.5 ~ 1.0인 0.1M의 H2SO4 에 중금속이 부착된 흡착제를 투여한 경우의 탈착 정도는 다음의 표 2와 같다. Desorption degree in the case where the heavy metal is attached to the adsorbent attached to the heavy metal is adsorbed to 0.1M H 2 SO 4 having a pH of 0.5 ~ 1.0 in order to remove the heavy metal attached to the adsorbent 60 adsorbed 60 is shown in Table 2 below.
이에 의해 대부분의 중금속이 탈착되었음을 알 수 있다. It can be seen that most heavy metals were desorbed by this.
즉, 다시마를 20mg투입한 경우 카드뮴은 약 97%가 탈착되었고, 납은 약 98%가 탈착되었음을 알 수 있다.In other words, when 20mg of kelp was injected, about 97% of cadmium was desorbed and about 98% of lead was desorbed.
10: 흡착 반응조 30: 중금속 흡착제
40: 폐수 50: 교반기
60: 중금속이 흡착된 흡착제 70: 침강조
80: 중금속 함유 폐수10: adsorption reactor 30: heavy metal adsorbent
40: wastewater 50: stirrer
60: heavy metal adsorbent 70: sedimentation tank
80: heavy metal-containing wastewater
Claims (9)
전처리 공정을 마친 갈조류 분말을 포함하는 중금속 흡착제. In the adsorbent for removing heavy metals of wastewater containing heavy metals,
Heavy metal adsorbent comprising brown algae powder that has been pretreated.
상기 갈조류는 다시마(Laminaria japonica) 또는 감태(Ecklonia sp.)중 하나 이상인 것을 특징으로 하는 중금속 흡착제.The method of claim 1,
The brown alga is a heavy metal adsorbent, characterized in that at least one of kelp (Laminaria japonica) or Ecklonia sp.
상기 폐수를 교반시켜 중금속 흡착 반응을 일으키는 공정;
중금속이 흡착된 흡착제를 침강시켜 제거하는 공정;
을 포함하는 폐수의 중금속 제거 방법.Injecting a heavy metal adsorbent including brown algae pretreated into wastewater containing heavy metals;
Stirring the wastewater to cause a heavy metal adsorption reaction;
Sedimentation and removal of heavy metal adsorbent;
Heavy metal removal method of wastewater comprising a.
상기 전처리는,
상기 갈조류의 표면에 부착된 착생식물 또는 착생동물을 제거하는 공정;
상기 갈조류를 건조하는 공정;
상기 갈조류를 분쇄, 혼합하는 공정;
상기 분쇄, 혼합된 갈조류를 재건조하는 공정;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 폐수의 중금속 제거 방법.The method of claim 3,
The pretreatment,
Removing a plant or plant animal adhering to the surface of the brown algae;
Drying the brown algae;
Grinding and mixing the brown algae;
Redrying the ground and mixed brown algae;
Heavy metal removal method of the wastewater comprising a.
상기 갈조류는 다시마(Laminaria japonica) 또는 감태(Ecklonia sp.) 중 하나 이상인 것을 특징으로 하는 폐수의 중금속 제거 방법.The method of claim 3,
The brown alga is a method for removing heavy metals from wastewater, characterized in that at least one of kelp (Laminaria japonica) or Ecklonia sp.
상기 폐수의 중금속의 농도는 1 ~ 10ppm인 것을 특징으로 하는 폐수의 중금속 제거 방법. The method according to any one of claims 3 to 5,
The concentration of heavy metals in the wastewater is a heavy metal removal method of the wastewater, characterized in that 1 to 10ppm.
상기 중금속은 카드뮴 또는 납 중 하나 이상인 것을 특징으로 하는 폐수의 중금속 제거 방법.The method according to any one of claims 3 to 5,
The heavy metal is a heavy metal removal method of the waste water, characterized in that at least one of cadmium or lead.
상기 중금속이 흡착된 흡착제를 황산 용액에 투입하여 중금속을 상기 중금속 흡착제로부터 탈착시켜 중금속 흡착제를 재활용하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐수의 중금속 제거 방법.The method of claim 3,
And removing the heavy metal adsorbent from the heavy metal adsorbent by introducing the heavy metal adsorbent into a sulfuric acid solution to recycle the heavy metal adsorbent.
상기 중금속은 카드뮴 또는 납 중 하나 이상이고, 상기 황산 용액은 pH가 0.5 ~ 1.0인 것을 특징으로 하는 폐수의 중금속 제거 방법.The method of claim 8,
The heavy metal is at least one of cadmium or lead, the sulfuric acid solution is a pH of 0.5 to 1.0, characterized in that the heavy metal removal of waste water.
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