KR20140055174A

KR20140055174A - 오폐수 내에 함유된 중금속 제거용 세라믹파우더를 이용한 수처리 방법

Info

Publication number: KR20140055174A
Application number: KR1020120121596A
Authority: KR
Inventors: 박인현
Original assignee: 주식회사 중앙환경기술
Priority date: 2012-10-30
Filing date: 2012-10-30
Publication date: 2014-05-09
Also published as: KR101419425B1

Abstract

본 발명은 오폐수 내에 함유된 중금속 제거용 세라믹파우더 제조방법 및 이를 이용한 수처리 방법에 관한 것으로 오폐수 내에 함유되어 있는 구리(Cu), 납(Pb), 아연(Zn) 등과 같은 중금속을 효율적으로 제거할 수 있도록 하기 위하여, 규조토 3∼10중량%, 토르마린 3∼10중량%, 황토 40∼50중량% 및 맥반석 40∼50중량%를 혼합한 후 300∼600 메쉬(mesh)의 혼합분말을 형성하는 제1단계(S1); 상기 혼합분말 100중량부에 물을 20∼30중량부 첨가한 후에 20∼25℃에서 70∼130시간 숙성시켜 혼합체를 형성하는 제2단계(S2); 상기 혼합체를 420∼500℃에서 1∼3시간 1차소성한 후, 830∼910℃에서 1∼3시간 2차소성한 다음, 1200∼1300℃에서 1∼2시간 3차소성하는 과정을 거쳐 15∼25℃의 상온에서 식힌 후 80∼150 메쉬(mesh)의 입자로 분말화하여 세라믹파우더를 형성하는 제3단계(S3);로 이루어진다.
또한 본 발명은 상기 제조된 세라믹파우더를 약품탱크에 저장시킨 다음, 약품탱크와 오폐수이동관의 사이에 연결 설치된 정량펌프에 의해 오폐수이동관에 상기 세라믹파우더를 주입하여 오폐수이동관을 따라 오폐수와 함께 오폐수탱크내로 유입되게 함으로써 세라믹파우더에 의해 오폐수 내의 중금속을 제거하도록 구성한다.

Description

오폐수 내에 함유된 중금속 제거용 세라믹파우더 제조방법 및 이를 이용한 수처리 방법{Manufacturing method of ceramic powder for removing heavy metals and water treatment method thereof}

본 발명은 중금속 제거용 세라믹파우더에 관한 것으로서, 특히 오폐수 내에 함유되어 있는 구리(Cu), 납(Pb), 아연(Zn) 등과 같은 중금속을 효율적으로 제거할 수 있도록 한 오폐수 내에 함유된 중금속 제거용 세라믹파우더 제조방법 및 이를 이용한 수처리 방법에 관한 것이다.

근대 산업사회에서의 급속한 산업발달로 인해 막대한 량의 산업폐수가 발생하고 있으며, 특히 산업폐수 내에는 구리(Cu), 납(Pb), 아연(Zn) 등의 유해성분을 함유한 다수, 다량의 중금속이 함유되어 있다.

이에 상기 유해한 중금속을 제거하기 위하여 다양한 기술이 개발되어 사용되고 있으나 그 유해성분들을 효율적으로 제거할 수 있는 기술은 아직 미흡한 상태이다.

현재 산업폐수를 처리하기 위해 표준활성슬러지법, 접촉산화법, 물리·화학적 처리방법 등이 이용되고 있다. 하지만 이러한 처리방법은 시설비가 고가일 뿐만 아니라 운영 및 관리비용이 많이 들어 경제적이지 못하고, 정상적으로 가동되기 힘들며, 처리효율도 좋지 못한 단점이 있었다. 또한 인위적인 생·물리학적인 처리방법도 한계가 있기 때문에 처리수질을 양호하게 하기는 힘든 단점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 오폐수 내에 함유되어 있는 구리(Cu), 납(Pb), 아연(Zn) 등과 같은 중금속을 효율적으로 제거할 수 있도록 하는 오폐수 내에 함유된 중금속 제거용 세라믹파우더 제조방법 및 이를 이용한 수처리 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 실현하기 위하여 본 발명은, 규조토 3∼10중량%, 토르마린 3∼10중량%, 황토 40∼50중량% 및 맥반석 40∼50중량%를 혼합한 후 300∼600 메쉬(mesh)의 혼합분말을 형성하는 제1단계(S1); 상기 혼합분말 100중량부에 물을 20∼30중량부 첨가한 후에 20∼25℃에서 70∼130시간 숙성시켜 혼합체를 형성하는 제2단계(S2); 상기 혼합체를 420∼500℃에서 1∼3시간 1차소성한 후, 830∼910℃에서 1∼3시간 2차소성한 다음, 1200∼1300℃에서 1∼2시간 3차소성하는 과정을 거쳐 15∼25℃의 상온에서 식힌 후 80∼150 메쉬(mesh)의 입자로 분말화하여 세라믹파우더를 형성하는 제3단계(S3);로 이루어짐을 특징으로 하는 오폐수 내에 함유된 중금속 제거용 세라믹파우더 제조방법을 제공한다.

또한 본 발명은 상기 제조된 세라믹파우더를 약품탱크에 저장시킨 다음, 약품탱크와 오폐수이동관의 사이에 연결 설치된 정량펌프에 의해 오폐수이동관에 상기 세라믹파우더를 주입하여 오폐수이동관을 따라 오폐수와 함께 오폐수탱크내로 유입되게 함으로써 세라믹파우더에 의해 오폐수 내의 중금속을 제거하도록 함을 특징으로 하는 오폐수 내에 함유된 중금속 제거용 세라믹파우더를 이용한 수처리 방법을 제공한다.

이와 같이 이루어지는 본 발명에 의한 오폐수 내에 함유된 중금속 제거용 세라믹파우더 제조방법 및 이를 이용한 수처리 방법은 규조토, 토르마린, 황토 및 맥반석이 혼합된 미세분말에 물을 첨가하여 숙성하여 볼 형태로 만든 다음, 소성과정을 거쳐 분말화 제조된 세라믹파우더를 오폐수에 투입하거나, 상기 세라믹파우더에 소석회를 첨가 교반하여 된 혼합분말을 오폐수에 투입함으로써 오폐수 내의 중금속을 제거할 수 있을 뿐 아니라, 자체적으로 발생되는 원적외선의 작용과 흡착에 의해 물속에서 증식하는 세균의 발생을 효과적으로 억제시키고 부유물의 생성을 미연에 방지해줌으로써 방류되는 물의 수질을 개선할 수 있게 되는 효과가 있다.

또한, 분말화 제조된 세라믹파우더에서 용출되는 인체에 유익한 각종 미네랄리 물속에서 용출되도록 유도할 수 있어 수계 오염부하를 경감할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 의한 오폐수 내에 함유된 중금속 제거용 세라믹파우더 제조하기 위한 공정도,
도 2는 본 발명에 의한 세라믹파우더를 이용한 수처리 공정도이다.

이하 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 첨부한 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다.

도 1 및 도 2를 참고하여 보면 본 발명에 의한 오폐수 내에 함유된 중금속을 제거하기 위한 세라믹파우더의 제조방법은 규조토 3∼10중량%, 토르마린 3∼10중량%, 황토 40∼50중량% 및 맥반석 40∼50중량%를 혼합한 후 300∼600 메쉬(mesh)의 혼합분말을 형성하는 제1단계(S1), 상기 혼합분말 100중량부에 물을 20∼30중량부 첨가한 후에 20∼25℃에서 70∼130시간 숙성시켜 혼합체를 형성하는 제2단계(S2), 상기 혼합체를 420∼500℃에서 1∼3시간 소성한 후, 830∼910℃에서 1∼3시간 소성한 다음, 1200∼1300℃에서 1∼2시간 소성하는 과정을 거쳐 15∼25℃의 상온에서 식힌 후 80∼150 메쉬(mesh)의 입자로 분말화하여 세라믹파우더를 형성하는 제3단계(S3)로 이루어진다.

상기한 제1단계에 사용되는 규조토는 식물성 플랑크톤의 일종인 단세포의 규조가 바다 속이나 호수 밑에 800∼1,000만년 동안 쌓여서 규산 부분만이 화석화된 퇴적암을 의미한다. 특히 식물성 플랑크톤은 죽으면서 아죽 작은 미세기포(가스)를 내뿜기 때문에 규조토는 다공질체가 된다.

이때 규조토의 미세기공은 활성탄인 숯의 5천배 가량되는 초다공질체이고, 규조토의 다공성 표면은 규조토에 유해가스의 흡착, 분해 및 탈취 특성을 부여하여 주로 흡착제, 여과제, 보온재, 연마재 등으로 사용된다.

상기 토르마린은 경도 7∼7.5, 비중 3∼3.3의 육방 결정체 광물로서, 열과 압력을 받으면 결정체 표면에 전기가 발생하여 일명 “전기석”이라 불리기도 한다. 또한 결정구조 자체가 영구적으로 전기가 흐르는 특성을 가지고 있어, 대기중의 음이온을 흡수하고 모여진 음이온이 토르마린 양극 내부로 흡수되면서 음극에서 음이온을 방사하는 성질을 가지고 있다.

특히 토르마린은 물과 접촉하면 최대의 음이온 방사효과를 나타내는데, 토르마린의 음전극에 축전된 전자는 물과 접촉하면 순간적으로 방출되며, 수소 이온과 수산 이온으로 전기 분해된다. 분해된 수소 이온은 이를 방출한 음전하와 결합하여 중화되고, 수소 원자 상태가 되어 공기중으로 방출되며, 분해된 수산 이온은 물분자와 결합하여 “히드록실”이라 불리우는 음이온 계면 활성 효과를 가지는 물질을 발생시킨다.

상기 황토는 그 속에 존재하는 미생물에 의해 효능이 좌우되는 것으로 알려져 있으며, 3∼5g 의 황토에 2억마리 이상의 박테리아가 서식하고 있어 물질세포가 안고 있는 유해성물질을 방출하는 효과가 있음은 물론, 황토안에는 여러 종류의 효소가 있는데 그 중에서 프로테아제 효소는 냄새와 노폐물 등의 오염물질을 분해하는 기능이 있으며, 또한 카탈라아제 효소는 과산화지질을 중화시키고 기름을 흡수 및 침전하여 수질을 조절하는 이외에도 환경에 유익한 많은 효소들이 존재하고 있다.

이러한 황토는 적조의 소멸과 녹조의 생성을 억제시키며 구리(Cu), 납(Pb), 아연(Zn), 수은(Hg), 카드뮴(Cd), 납(Pb) 등의 중금속을 분리 및 축출하는 작용을 하며, 곰팡이와 같은 세균의 억제와 탈취제거의 효과가 있는 것으로 널리 알려져 있다.

상기 맥반석은 물에 넣으면 수질을 약알칼리화 화여 수질의 조절작용을 돕고, 물속의 유해 세균 등을 분해하는 기능이 있다. 또한 다공질체로서 흡착성이 우수하고, 다종다량의 미네랄을 함유하고 있다. 이뿐만 아니라 맥반석은 물속에서 지속적으로 산소를 공급하는 기능이 있어 대장균 등의 세균을 제거함으로써 물속의 산소량을 증가시키게 된다. 또한 중금속 이온과 강력한 이온교환능력이 있어서 유해금속제거제로서 사용이 적합하며, 강한 탈취효과를 가지고 있다.

상술된 바와 같은 유해물질 흡착, 탈취 등의 기능을 충분히 갖는 규조토, 토르마린, 황토 및 맥반석을 혼합하여 혼합분말을 형성한다. 이때 규조토 3∼10중량%, 토르마린 3∼10중량%, 황토 40∼50중량% 및 맥반석 40∼50중량%를 혼합하여 사용하며, 오폐수 속에 투입되어 그 기능들을 충분히 발휘할 수 있도록 300∼600 메쉬(mesh)로 분말화시킨다.-제1단계(S1)

상기 규조토, 토르마린, 황토 및 맥반석이 혼합된 혼합분말에 물을 첨가하여 볼 형태의 혼합체를 형성한다. 이때 혼합분말 100중량부에 물을 20∼30중량부 첨가하고, 그 다음 20∼25℃에서 70∼130시간 숙성시킨 후, 직경 3∼7㎜의 볼 형태의 혼합체를 형성한다.-제2단계(S2)

상기 제2단계에서 혼합체는 다음 공정인 제3단계의 소성과정을 위해 이동 및 보관이 용이하도록 하기 위해 볼 형태 등의 덩어리 형태로 형성되게 하는 것이 유리하다.

상기한 혼합체를 420∼500℃에서 1∼3시간 1차소성한 후, 830∼910℃에서 1∼3시간 2차소성한 다음, 1200∼1300℃에서 1∼2시간 3차소성하는 과정을 거쳐 15∼25℃의 상온에서 식힌 후 80∼150 메쉬(mesh)의 입자로 분말화하여 세라믹파우더를 형성한다. -제3단계(S3)

상기한 제1단계∼제3단계를 거쳐 얻게 되는 분말화된 세라믹파우더를 오폐수에 투입하게 되면 오폐수 내의 구리(Cu), 납(Pb), 아연(Zn), 수은(Hg), 카드뮴(Cd), 납(Pb) 등의 중금속을 분리 및 축출하여 중금속 제거효율을 증대시킬 수 있다.

이때 세라믹파우더를 오폐수 내에 바로 투입하는 것 보다 세라믹파우더에 소석회 및 철염을 첨가 혼합한 후 사용하게 되면 중금속 제거효율을 더욱 증대시킬 수 있다.

상기 소석회는 수산화칼슘(Ca(OH)2)로서, 백색분말로 물에 약간 녹으며 강알칼리성을 띠고, 주로 표백분, 모르타르의 원료, 소독제, 산성토양의 중화, 응집 조제 등의 알칼리제로 사용되며 특히 소독용으로 가장 널리 사용되고 있다.

상기 철염은 폐수처리에 사용하는 오폐수 중의 콜로이드 응집을 위한 무기응집제로 활용되고 있다. 철염(황산제일철(Ferrous Sulfate), 황산제이철(Ferric Sulfate), 염화제이철(Ferric Chloride), 염소화녹반(Chlorinated Copperas))은 중금속류 등이 흡착된 콜로이드 입자들을 서로 뭉치게 하여 Floc(물속의 현탁물질이나 유기물, 미생물 등의 미립자를 응집제로 응집시킨 큰 덩어리)인 집합체로 만들어 입경과 비중을 크게하여 침강분리 할 수 있는 특성이 있어 폐수처리장의 응집제로 활용되고 있다. 상기 철염의 사용량은 상기 소석회 투입량에 따라 결정된다.

상기 분말화 제조된 세라믹파우더에 소석회 및 철염을 첨가 혼합하여 오폐수탱크 내에 투입하는 과정은 아래와 같다.(도 2 참조)

먼저 상기 제조된 세라믹파우더 30∼50중량%에 100∼130 메쉬(mesh)의 소석회 50∼70중량%를 혼합하여 혼합파우더를 생성하고, 그 혼합파우더 100중량부에 철염 1∼50중량부를 혼화시켜 교반기(10)에 투입한다. 그 후 25∼40분 동안 충분한 교반을 통해 혼합분말화하여 약품탱크(20)에 이동 저장시킨다.

약품탱크(20)에 저장된 세라믹파우더와 소석회의 혼합분말은 약품탱크(20)와 오폐수이동관(40)의 사이에 연결 설치된 정량펌프(30)에 의해 오폐수이동관(40)에 주입된 후 오폐수이동관(40)을 따라 오폐수와 함께 오폐수탱크(50)로 유입되게 함으로써 세라믹파우더와 소석회가 혼합된 혼합분말에 의해 오폐수 내의 중금속을 제거하게 된다.

본 발명에 의한 오폐수 내에 함유된 중금속 제거용 세라믹파우더를 이용한 수처리의 실시예는 아래와 같다.

[실시예1]

단위 : ppm

구분	T-cr/100	Zn	Cu/ 100	Cd/ 100	Mn	Pb	Ni	F/100	Fe	CN
원 수	33.22	93.9	24.83	38.4	6.9	14.19	112.9	39.22	26.55	3.58
원수30ℓ+ (세라믹파우더20중량부, 소석회80중량부)1g+ 철염0.5g투입	29.92	92.7	24.07	38.6	7.25	14.33	115.5	42.05	26.3	1.81
증감	3.3	1.2	0.759	-0.2	-0.35	-0.14	-2.6	-2.83	0.25	1.76
제거율	0.10	0.01	0.03	-0.01	-0.05	-0.01	-0.02	-0.07	0.01	0.49

(실시예1 - 그래프)

오폐수 원수 30ℓ에 상기 조성한 세라믹파우더와 소석회를 혼합한 혼합분말 1g 및 철염 0.5g을 오폐수에 혼합하여 투입하였더니 상기 실시예1-표 및 그래프에서와 같이 중금속에 대한 극히 낮은 제거율을 나타내었다.

[실시예2]

단위 : ppm

구분	T-cr/100	Zn	Cu/ 100	Cd/ 100	Mn	Pb	Ni	F/100	Fe	CN
원 수	33.22	93.9	24.83	38.4	6.9	14.19	112.9	39.22	26.55	3.58
원수30ℓ+ (세라믹파우더30중량부, 소석회70중량부)2g+ 철염1g투입	8.7	30.5	5.915	39.1	2.07	3.425	115.5	15.57	7.1	1.05
증감	24.52	63.4	18.92	-0.7	4.83	10.77	-2.6	23.65	19.45	2.53
제거율	73.81	67.52	76.18	-1.82	70.00	75.86	-2.30	60.30	73.26	70.71

(실시예2 - 그래프)

오폐수 원수 30ℓ에 상기 조성한 세라믹파우더와 소석회를 혼합한 혼합분말 2g 및 철염 1g을 오폐수에 혼합하여 투입하였더니 상기 실시예2-표 및 그래프에서와 같이 Cd, Ni을 제외한 중금속에 대한 아주 높은 제거율을 나타내었다.

상기한 실시예1,2는 오폐수 원수에 용존된 중금속 수치가 높은 것을 시험대상으로 활용하였기 때문에 처리율 및 처리시간이 많이 소요되는 문제가 있었으나, 폐수처리장 사정에 따라 가변적으로 세라믹파우더와 소석회 및 철염의 투입량을 증감할 수 있어 전체 폐수처리에는 문제가 없음을 확인하게 되었다.

10 : 교반기 20 : 약품탱크
30 : 정량펌프 40 : 오폐수이동관
50 : 오폐수탱크

Claims

규조토 3∼10중량%, 토르마린 3∼10중량%, 황토 40∼50중량% 및 맥반석 40∼50중량%를 혼합한 후 300∼600 메쉬(mesh)의 혼합분말을 형성하는 제1단계(S1);
상기 혼합분말 100중량부에 물을 20∼30중량부 첨가한 후에 20∼25℃에서 70∼130시간 숙성시켜 혼합체를 형성하는 제2단계(S2);
상기 혼합체를 420∼500℃에서 1∼3시간 1차소성한 후, 830∼910℃에서 1∼3시간 2차소성한 다음, 1200∼1300℃에서 1∼2시간 3차소성하는 과정을 거쳐 15∼25℃의 상온에서 식힌 후 80∼150 메쉬(mesh)의 입자로 분말화하여 세라믹파우더를 형성하는 제3단계(S3);
로 이루어짐을 특징으로 하는 오폐수 내에 함유된 중금속 제거용 세라믹파우더 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 제2단계에서 혼합체는 직경 3∼7㎜의 볼 형태로 형성되게 구성함을 특징으로 하는 오폐수 내에 함유된 중금속 제거용 세라믹파우더 제조방법.
상기 청구항 1 또는 청구항 2에 의해 제조된 세라믹파우더를 약품탱크(20)에 저장시킨 다음, 약품탱크(20)와 오폐수이동관(40)의 사이에 연결 설치된 정량펌프(30)에 의해 오폐수이동관(40)에 상기 세라믹파우더를 주입하여 오폐수이동관(40)을 따라 오폐수와 함께 오폐수탱크(50)내로 유입되게 함으로써 세라믹파우더에 의해 오폐수 내의 중금속을 제거하도록 함을 특징으로 하는 오폐수 내에 함유된 중금속 제거용 세라믹파우더를 이용한 수처리 방법.
제3항에 있어서,
상기 세라믹파우더 30∼50중량%에 100∼130 메쉬(mesh)의 소석회 50∼70중량%를 혼합하여 혼합파우더를 생성하고, 그 혼합파우더 100중량부에 철염 1∼50중량부를 혼화시켜 교반기(10)에 투입 후 25∼40분 교반을 통해 혼합분말화하여 약품탱크(20)에 이동시키고, 상기 혼합분말을 오폐수이동관(40)에 주입하도록 구성함을 특징으로 하는 오폐수 내에 함유된 중금속 제거용 세라믹파우더를 이용한 수처리 방법.
제4항에 있어서,
상기 철염은 황산제일철(Ferrous Sulfate), 황산제이철(Ferric Sulfate), 염화제이철(Ferric Chloride), 염소화녹반(Chlorinated Copperas) 중의 어느 하나 또는 하나 이상의 혼합체로 형성되어 오폐수이동관(40)에 주입함을 특징으로 하는 오폐수 내에 함유된 중금속 제거용 세라믹파우더를 이용한 수처리 방법.