KR20150112062A - 광산배수 순산도 자동관측 시스템 및 방법 - Google Patents

광산배수 순산도 자동관측 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광산배수 자동관측 시스템 및 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 광산배수 자동관측 시스템은, 광산배수 시료를 수용 및 배출가능한 측정셀, 시료를 측정셀로 유입시키기 위한 시료채취유닛, 측정셀에 설치되어 시료의 pH를 측정하는 pH센서, 측정셀에 제1시약을 공급하여 시료의 pH를 조절하는 제1공급유닛, 측정셀에 제2시약을 공급하여 시료에 포함되어 있는 금속을 산화시키는 제2공급유닛, 측정셀에 불활성가스를 주입하여 시료에 포함되어 있는 이산화탄소를 제거하는 퍼징유닛, 측정셀에 제3시약을 공급하여 시료의 pH를 조절하는 제3공급유닛 및 pH센서, 제1공급유닛, 제2공급유닛, 제3공급유닛 및 퍼징유닛을 제어하기 위한 콘트롤러를 구비한다.

Description

광산배수 순산도 자동관측 시스템 및 방법{System and method for measuring net acidity of mine drainage}
본 발명은 환경오염 저감기술로서, 특히 폐광에서 배출되는 광산배수를 소극적 방법을 이용하여 처리하기 위한 SAPS(Succesive Alkarinity Producing System), ALD(Anoxic Limestone Drainag), 소택지와 같은 자연정화시설에서 광산배수의 순산도를 주기적으로 또는 실시간으로 모니터링하
기 위한 광산배수 순산도 자동관측 시스템에 관한 것이다.
휴,폐광된 광산으로 인하여 발생하는 환경오염은 지반 침하, 폐석과 광미의 유실로 인한 하천 매몰, 토양의 중금속오염, 갱구 유출수와 폐석 침출수에 의하 수질오염 등을 들 수 있다. 특히, 지하 석탄광 폐석 더미로부터 나오는 이른바 산성광산배수에 의한 수질오염 문제는 1990년대 중반 이후 상당히 심각하게 대두되고 있다.
산성광산배수는 대기 중에 노출된 황철석(FeS2), 백철석(FeS) 등의 황화광물이 산소 및 물과 반응하여 산화되면서 형성되는데, pH가 낮아 산성을 띠며, 황산염을 비롯한 철, 알루미늄, 망간 등 금속함량이 높은 것이 특징이다.
황철석의 산화반응은 다음 식들과 같다.
FeS2 + 3.5O2 + H2O → Fe2+ + 2SO4 2- + 2H+
Fe2+ + 0.25O2 + H+ → Fe3+ + 0.5H2O
Fe3+ + 3H2O → Fe(OH)3(s) + 3H+
FeS2 + Fe3++ 8H2O → 15Fe2+ + 2SO4 2- + 16H+
위 식에서 알 수 있는 바와 같이, 황철석은 산화되면서 철 이온 및 황산 이온이 발생되고 수소 이온으로 인해 산성화된다. 이러한 산성광산배수는 낮은 pH로 인해 독성 중금속의 이동을 촉진시켜 주변 지표수와 지하수를 오염시켜 수중 생태계를 파괴시킨다. 또한 금속 이온들이 산화되어 Fe(OH)3등의 금속 수산화물로 침전되어 하천바닥에 적갈색 또는 백색의 침전물을 발생(yellow boy현상)시켜 미관을 해치게 된다.
이러한 산성광산배수의 정화방법은 크게 적극적 처리법(actve treatment)과 소극적 처리법(passive treatment)으로 나뉘어진다. 적극적 처리법은 중화제를 이용한 pH조절, 이온교환과 흡착, 응집, 여과 등을 이용한 것으로서, 역삼투압법, 이온교환법, 전기투석법 등이 있다. 그러나, 이러한 적극적 처리법은 처리효율은 우수하지만 장비, 화학약품, 인력, 동력이 지속적으로 투입되어야 하므로 비경제적이다. 이에 소극적 처리법이 많이 이용되고 있다. 이러한 소극적 처리법으로는 ALDs(anoxic limestone drains), OLD(oxic limestone drains) 등의 석회석을 이용한 중화 처리방식과 호기성 및 혐기성 인공 소택지, 그리고 이들을 발전시킨 형태의 SAPS(successivealkalinity-producing systems) 또는 RAPS 등이 있다.
소극적 처리법을 적용한 자연정화시설을 설계하는데 있어서 가장 중요한 요소는 광산배수의 산도부하량이다. 예컨대, 광산배수를 산화 및 침전시키기 위한 산화침전조의 면적 설계에 있어서 산도부하량이 가장 중요한 요소가 된다. 산도부하량은 다양한 지표로 나타낼 수 있는데, 광산배수의 pH와 주요 금속 오염물질의 함량을 함축적으로 포함하는 단일요소로서 순산도(net acidity)가 최적의 지표로 알려져 있다. 이에 자연정화시설의 설계시 광산배수의 순산도를 주기적으로 모니터링한 후에 상세 설계가 들어가야 한다.
또한 자연정화시설을 운용하에 있어서도 순산도의 측정은 매우 중요하다. 즉, 정화시설을 거치기 전의 광산배수의 순산도와 정화처리가 완료된 시점에서 광산배수의 순산도를 측정하여 자연정화시설이 제대로 작동되고 있는지를 확인할 필요가 있다.
상기한 바와 같이, 광산배수 자연정화시설에서 순산도의 측정은 시설의 설계에서부터 운용에 걸쳐서 가장 핵심적 사항이다. 그러나 자연정화시설에서는 인력과 자원의 투입의 최소화가 중요한 요소이므로, 실제 자연정화시설에서 주기적으로 광산배수의 순산도를 측정하는 것에는 어려움이 있었다.
이러한 문제로 인하여, 종래에는 광산배수를 무인 시스템을 이용하여 채집하고 광산배수 내 금속농도를 센서를 이용하여 측정하는 방식으로 산도를 모니터링하는 방법을 채택하기도 하였으나, 센서의 한계 등으로 인하여 광산배수의 오염도를 정확하게 반영하지 못하는 한계가 있었다.
미국에서는 Hot acidity를 측정하여 순산도로 전용하고 있으나, 이 방법은 가열 및 냉각과정이 포함되어야 하므로 화재의 위험이 있어 무인 측정 시스템으로 운용하기에는 한계가 있었다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 광산배수의 순산도를 간단하게 측정할 수 있도록 고안된 방법을 자동화된 시스템에 의하여 구현함으로써, 광산배수의 수집으로부터 순산도의 측정까지의 프로세스를 일괄적으로 수행할 수 있는 광산배수 순산도 자동관측 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 광산배수 순산도 자동관측 시스템은, 광산배수 시료를 수용 및 배출가능한 측정셀; 상기 시료를 상기 측정셀로 유입시키기 위한 시료채취유닛; 상기 측정셀에 설치되어 상기 시료의 pH를 측정하는 pH센서; 상기 측정셀에 제1시약을 공급하여 상기 시료의 pH를 조절하는 제1공급유닛; 상기 측정셀에 제2시약을 공급하여 상기 시료에 포함되어 있는 금속을 산화시키는 제2공급유닛; 상기 측정셀에 불활성가스를 주입하여 상기 시료에 포함되어 있는 이산화탄소를 제거하는 퍼징유닛; 상기 측정셀에 제3시약을 공급하여 상기 시료의 pH를 조절하는 제3공급유닛; 및 상기 pH센서, 제1공급유닛, 제2공급유닛, 제3공급유닛 및 퍼징유닛을 제어하기 위한 콘트롤러;를 구비하는 것에 특징이 있다.
본 발명에서는 상기 시료를 교반하도록 상기 측정셀 내에 설치되는 교반기와, 상기 측정셀에 세척액을 공급하여 상기 측정셀을 세척하기 위한 세척유닛 및 상기 광산배수 시료의 온도를 측정하도록 상기 측정셀에 설치되는 온도센서를 더 구비하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 광산배수 시료의 pH가 제1기준치를 초과하는 경우 상기 제1공급유닛으로부터 상기 제1시약을 공급하여 상기 광산배수 시료의 pH를 상기 제1기준치 이하로 조절하고, 마찬가지로 상기 광산배수 시료의 pH가 제2기준치 미만인 경우 상기 제3공급유닛으로부터 상기 제3시약을 공급하여 상기 광산배수 시료의 pH를 상기 제2기준치 이하로 조절하되, 상기 제1시약 및 제3시약을 일정량씩 분산하여 공급하는 것이 바람직하다.
한편, 상기한 구성의 광산배수 순산도 자동관측 시스템을 이용하여 광산배수의 순산도를 측정하기 위한 방법은, (a)상기 시료채취유닛을 이용하여 상기 측정셀로 상기 광산배수 시료를 유입시키고, 상기 pH센서를 이용하여 상기 측정셀에 수용된 상기 광산배수 시료의 pH가 제1기준치를 초과하는지 여부를 측정하는 단계; (b)상기 광산배수 시료의 pH가 상기 제1기준치를 초과하는지 여부에 따라 상기 제1공급유닛을 작동시켜 상기 광산배수 시료의 pH를 상기 제1기준치 이하로 조절하고, 상기 광산배수 시료의 pH가 상기 제1기준치 이하인 조건에서 상기 제2공급유닛을 통해 상기 제2시약을 투입하여 상기 광산배수 시료에 포함된 금속을 산화시키는 단계; (c)상기 퍼징유닛을 통해 상기 광산배수 시료에 불활성가스를 주입하여 상기 광산배수 시료 내 이산화탄소를 제거하는 단계; (d)상기 광산배수 시료의 pH가 제2기준치 미만인지 여부에 따라 상기 제3공급유닛을 작동시켜 상기 광산배수 시료의 pH를 상기 제2기준치 이상으로 조절하는 단계; 및 (e)상기 콘트롤러에서 상기 광산배수 시료의 양과 상기 제1시약과 제3시약이 사용양을 이용하여 상기 광산배수 시료의 순산도를 연산하는 단계;를 포함하여 이루어진데 특징이 있다.
본 발명에 따르면, 상기 콘트롤러에서는 광산배수 자연배수정화시스템에서 정화처리되기 전의 광산배수 시료와, 정화처리된 후의 광산배수 시료의 순산도를 각각 측정하여 비교한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 제1기준치는 pH 4.0, 상기 제2기준치는 pH 8.3이며, 상기 제1시약은 0.05N 황산용액, 상기 제3시약은 0.05N 수산화나트륨 용액이며,상기 콘트롤러에서는 하기 측정식을 이용하여 상기 광산배수 시료의 순산도를 연산한다.
순산도 = [(A - B)×50,000]/S ... 측정식
(여기서, A는 상기 광산배수 시료의 pH를 상기 제2기준치까지 조절하는데 사용된 제3시약의 알카리당량이며, B는 상기 광산배수 시료의 pH를 상기 제1기준치까지 조절하는데 사용된 제1시약의 산당량이고, S는 상기 광산배수 시료의 양(L)으로 정의)
본 발명에서는 광산배수의 순산도를 실시간으로 자동으로 측정하기 위한 시스템을 제공하며, 특히 순산도를 정밀한 방법으로 측정할 수 있는 알고리즘을 제시하고 있다. 특히 불활성가스를 시료에 주입하여 시료 내 이산화탄소를 강제 배출시키는 방법을 채택하여, 관찰자가 개입하지 않더라도 무인 시스템으로 시료의 순산도 측정에 정밀성을 더할 수 있게 되었다.
본 발명에 따른 광산배수 순산도 자동관측 시스템에 의하여 소극적 처리법을 적용하면서도, 광산배수의 상태와 조건을 실시간으로 측정가능하게 되었다. 이를 통해 광산배수 소극적 정화 처리시스템이 효율적으로 광산배수를 정화처리하고 있는지에 대한 정기적 모니터링이 가능하다.
본 발명에 따른 광산배수 자동관측 시스템 및 방법을 사용함으로써, 광산배수 소극적 정화처리 시스템에 대한 효율적인 설계가 가능할 뿐만 아니라, 기설치된 정화처리 시스템의 효과적인 운용이 가능해짐으로써, 소극적 처리법을 폐광 현장에서 보다 적극적으로 활용할 수 있을 것으로 기대된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광산배수 순산도 자동관측 시스템의 개략적 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광산배수 순산도 자동관측 방법의 개략적 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 광산배수 순산도 자동관측 시스템의 기계적 구성에 대하여 먼저 설명한 후, 본 시스템을 이용한 순산도 측정방법에 대하여 자세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광산배수 순산도 자동관측 시스템의 개략적 구성도이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 광산배수 순산도 자동관측 시스템(100)은 측정셀(10), 시료채취유닛(20), pH센서(31), 제1공급유닛(40), 제2고급유닛(50), 제3공급유닛(60) 및 퍼징유닛(70)을 구비한다.
측정셀(10)은 광산배수 시료(이하 '시료'라 함)의 순산도를 측정하는 프로세스가 진행되는 곳으로서, 내부에 시료가 수용되는 공간부(11)가 형성된다. 측정셀(10)의 하부에는 시료를 배출할 수 있는 배출구(12)가 형성되며, 배출구(12)는 개패 밸브(14)가 설치된 도관(13)과 연결된다. 또한, 측정셀(10)의 내부에는 시료와 시약들이 잘 혼합되도록, 날개 형상의 교반기(15)가 회전가능하게 설치된다.
시료채취유닛(20)은 광산배수를 채취하여 측정셀(10)로 이송하기 위한 것이다. 본 실시예에서 광산배수 시료는 복수의 지점에서 각각 채취한다. 예컨대, 자연정화시설(미도시)로 유입되기 전의 지점(도1의 A지점)으로부터 시료를 채취하며, 자연정화시설을 거쳐 광산배수가 배출된 지점(도 1의 B지점)으로부터 시료를 채취한다. 두 군데의 시료에 대한 순산도를 측정하여 자연정화시설의 처리 효율을 살펴보기 위함이다. 다만, 시료 채취지점은 2군데가 아니라 자연정화시설의 각 단계별 지점으로부터 시료를 채취하여 각 단계마다의 처리 효율을 비교할 수도 있다.
시료채취유닛(20)의 기계적 구성은 다양하게 가변할 수 있는데, 예컨대 본 실시예에서와 같이 펌프(21)와 연결된 파이프라인(22,23)을 광산배수가 유동하거나 수용되어 있는 지점에 설치하는 방식을 채택할 수 있다. 본 실시예에서 하나의 펌프(21)에 복수의 파이프라인이 연결되며, 3way 밸브(24)를 이용하여 측정셀(10)과 연통된 파이프라인을 선택할 수 있다.
pH센서(31)는 측정셀(10)에 설치되어, 공간부(11)에 수용되어 있는 시료의 pH를 측정한다. 또한 측정셀(10)에는 시료의 온도를 측정할 수 있는 온도센서(32)가 함께 장착된다.
제1공급유닛(40), 제2공급유닛(50) 및 제3공급유닛(60)은 각각 측정셀(10)에 제1시약, 제2시약 및 제3시약을 공급하기 위한 것으로서, 파이프라인(41,51,61)을 통해 측정셀(10)과 연결된다
제1시약은 시료의 pH가 제1기준치를 초과하여 높은 경우 시료의 pH를 제1기준치까지 낮추어주기 위한 것으로서 산 용액이 사용된다. 본 실시예에서는 0.5N 농도의 황산용액을 공급한다.
제2시약은 제1기준치 이하로 pH가 낮아진 시료에 포함되어 있는 금속을 산화시키기 위한 것으로서 산화제가 사용된다. 본 실시예에서는 30%(중량%) 과산화수소를 공급한다.
제3시약은 시료 내 금속이 산화되면서 시료의 pH가 변화된 상태에서, 시료의 pH가 제2기준치 미만인 경우, 시료의 pH를 제2기준치 이상으로 올리기 위한 것으로서 알카리 용액이 사용된다. 본 실시예에서 제3시약으로는 0.05N 농도의 수산화나트륨을 공급한다.
제1시약 및 제3시약은 한 번에 많은 양을 공급하는 것이 아니라, pH가 점진적으로 상승 또는 하강할 수 있도록 작은 양을 분산하여 수 회 반복하여 공급한다. 예컨대, 본 실시예에서 제1시약 및 제3시약은 한 번에 0.1ml씩 공급한다. 회당 공급량은 조정할 수 있다. 마찬가지로 제2시약인 과산화수소도 1회당 0.5ml씩 공급하는데, 시료 내 금속의 농도가 높은 경우 회당 공급량을 증가시킬 수 있다.
한편, 퍼징유닛(70)은 도관(71)을 통해 불활성가스를 시료에 주입함으로써 시료에 포함되어 있는 이산화탄소를 제거하기 위한 것이다. 본 실시예에서 불활성가스로는 질소 가스가 사용된다. 질소 가스를 시료에 주입하면 시료 내 이산화탄소 등의 가스가 배출될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 광산배수 순산도 자동관측 시스템에서는 세척유닛(80)을 더 구비한다. 세척유닛(80)은 순산도 측정이 완료되어 시료가 측정셀(10)로부터 배출된 후, 새로운 시료를 유입시키기 전에 측정셀(10)을 세정하기 위한 것이다. 본 실시예에서 세척유닛(80)에서는 증류수를 측정셀(10)에 공급한 후, 교반기(15)를 이용하여 난류를 발생킴으로써 측정셀(10)에 잔존하는 시료를 모두 배출시킨다. 그리고, pH센서(31) 및 온도센서(32)는 장시간 대기중에 노출되어 있으면 손상의 우려가 있으므로 수중에 잠겨 있어야 한다. 이에 측정셀(10)에서 시료에 대한 순산도 측정을 하지 않는 시기에는 세척유닛(80)에서 증류수를 측정셀(10)에 공급한다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 광산배수 순산도 자동관측 시스템의 각 구성요소들은 모두 콘트롤러(90)와 전기적으로 연결된다. 콘트롤러(90)에서는 공급유닛들과 밸브 등의 작동을 제어하며, pH센서(31) 및 온도센서(32)로부터 얻어진 데이터를 전송받는다. 콘트롤러(90)에서는 제1시약 및 제3시약의 투입량 및 시료의 양을 이용하여 시료의 순산도를 연산하며, 이 데이터들을 자연정화시설의 중앙 제어시스템에 유무선 통신망을 통해서 전송할 수 있다. 또한 중앙제어시스템으로부터 신호를 수신하여, 본 발명에 따른 광산배수 순산도 자동관측 시스템의 작동을 콘트롤할 수 있다.
이하에서는 도 2를 참고하여 상기한 구성으로
이루어진 광산배수 순산도 자동관측 시스템을 이용한 순산도 자동관측 방법에 대하여 더욱 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광산배수 순산도 자동관측 방법의 개략적 흐름도이다.
도 2를 참고하면 순산도 자동관측 방법에서는 먼저 시료채취유닛(20)을 이용하여 광산배수를 측정셀(10)로 일정량 유입시킨 후, pH센서(31)를 이용하여 시료의 pH를 측정한다.
시료의 pH를 측정한 후 알카리도를 중화시키기 위한 공정을 수행한다 즉, 시료의 pH가 4.0을 초과하는 경우 0.5N 농도의 황산용액(제1시약)을 공급하여 시료의 pH가 4.0이상으로 조정한다. 그리고 시료의 pH가 4.0이 될때까지 공급된 황산용액의 양을 기록한다.
황산을 투입하여 아래의 반응식1과 같이 시료 내 이산화탄소를 탄산으로 전환시킨다.
0.5H2SO4 + HCO3 - = H2CO3 + 0.5SO4 2- ... 반응식1
다만 시료의 초기 pH가 4.0 이하인 경우 제1시약을 공급하지 않고 후속공정을 실시한다.
황산을 투입하여 pH를 조절하였거나, 또는 시료의 초기 pH가 4.0 이하였다면, 제2공급유닛(50)을 통해 시료에 30% 과산화수소(제2시약)를 투입하여 시료 내 금속을 산화시킨다.
시료 내 금속을 산화시키는 이유는 산도의 측정을 정확하게 하기 위함이다. 즉, 시료 내에 금속이 남아 있는 경우 후속공정에서 반응을 통해 지속적으로 산도에 영향을 미치기 때문에 금속을 산화시켜 수소 이온을 발생시키으로써 시료의 산도에 미리 반영하기 위함이다. 예컨대 철의 경우 과산화수소의 투입에 의하여 아래의 반응식2~4와 같이 반응한다.
Fe2+ + 0.5H2O2 + H+ = Fe3+ + H2O ... 반응식2
Fe3+ + 2H2O = Fe(OH)2 + + 2H+ ... 반응식3
Fe(OH)2 + + H2O = Fe(OH)3,S + H+ ... 반응식4
상기한 바와 같이 시료 내 금속을 산화시킨 후에는 시료 내에 잔존하는 이산화탄소를 제거하는 공정을 수행한다. 이산화탄소를 제거하기 위해서 기존에는 시료를 가열하는 방법이 사용되기도 하였지만, 화재의 위험 등으로 문제가 있었다. 또한 대략 일주일 정도 시료를 그대로 정치시키는 방법을 통해 이산화탄소를 제거하기도 하였으나 시료 분석에 너무 오랜 시간이 걸리므로 바람직하지 않다.
본 발명에서는 산화제를 통해 금속의 산화를 마무리한 시점에서 시료 내 잔존하는 이산화탄소를 제거하기 위하여 퍼징공정을 수행한다. 퍼징공정에서는 불활성가스를 시료에 주입하여 이산화탄소가 강제 배출되도록 하였다. 불활성가스를 사용함으로써 시료의 산도에 영향을 미치지 않는다.
이산화탄소를 강제 배출시킨 후에는 시료의 pH가 제2기준치 미만인지를 다시 측정한다. 시료의 pH는 황산용액을 넣어서 4이하로 조절하였지만, 금속의 산화과정을 거치면서 산도는 변화한 상태이므로 pH를 다시 측정해야 한다. 시료의 pH가 제2기준치인 8.3 미만이면 제3시약(수산화나트륨)을 투입하여 시료의 pH를 8.3이상으로 조절한 후 배출한다. 그리고 시료의 pH를 제2기준치까지 상승시키는데 사용된 수산화나트륨의 양을 측정한다.
콘트롤러에서는 시료의 양, 시료의 pH를 제1기준치 및 제2기준치까지 조절하는데 사용한 제1시약의 및 제2시약의 양을 하기의 측정식에 입력하여 시료의 순산도를 연산한다.
순산도 = [(A - B)×50,000]/S ... 측정식
(여기서, A는 상기 광산배수 시료의 pH를 상기 제2기준치까지 조절하는데 사용된 제3시약의 알카리당량이며, B는 상기 광산배수 시료의 pH를 상기 제1기준치까지 조절하는데 사용된 제1시약의 산당량이고, S는 상기 광산배수 시료의 양(L)으로 정의)
순산도 측정이 완료된 시료는 측정셀로부터 배출시키고, 증류수로 측정셀을 세척한다. 다시 순산도 측정을 진행할 때까지 측정셀 내 센서를 보호하기 위하여 측정셀에는 증류수를 수용해 놓는다. 새로운 시료가 유입되는 시점에서 증류수를 배출시키고, 상기한 과정을 반복하여 측정을 진행한다.
본 연구진에서는 상기한 과정으로 이루어진 광산배수 시료에 대한 순산도 측정을 수행하였다.
시료는 초기 pH 4.35로 형성된 A 광산의 배수 100ml이다.
시료의 pH가 4를 초과하였으므로 알칼리도 중화를 위해 pH가 4 이하가 될 때까지 시약 0.05N 황산(H2SO4)를 0.1ml 씩 공급하였다. 이때 공급된 총량은 0.5ml(5회)였고 pH는 3.98 이었다.
이 시료에 30% 과산화수소(H2O2)를 0.5ml 투입하고 5분간 반응시켰다. 반응 후에 측정된 시료의 pH는 3.95였다. 이후 N2 gas를 10분간 주입하여 이산화탄소를 제거하였으며, pH는 3.99였다.
마지막으로 0.05N 수산화나트륨(NaOH)를 0.1ml씩 공급하여 pH 8.3까지 적정하였다. 이때의 공급된 수산화나트륨의 총량은 5.5ml였다.
순산도에 대한 연산은 아래와 같이 수행되었다.
Net Acidity = (A-B)×50,000 / S
A = 5.5 * 0.05 = 0.275
B = 0.5 * 0.05 = 0.025
따라서, 실험대상이 된 광산배수 시료의 순산도는 125 mg/l as CaCO3 이다.
본 발명에서는 광산배수의 순산도를 실시간으로 자동으로 측정하기 위한 시스템을 제공하며, 특히 순산도를 정밀한 방법으로 측정할 수 있는 알고리즘을 제시하고 있다. 특히 불활성가스를 시료에 주입하여 시료 내 이산화탄소를 강제 배출시킴으로써 시료의 순산도 측정에 정밀성이 더해진다.
본 발명에 따른 광산배수 순산도 자동관측 시스템에 의하여 소극적 처리법을 적용하면서도, 광산배수의 상태와 조건을 실시간으로 측정가능하게 되었으며, 이를 통해 광산배수 소극적 정화 처리시스템이 효율적으로 광산배수를 정화처리하고 있는지에 대한 정기적 모니터링이 가능하다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
100 ... 광산배수 순산도 자동관측 시스템
10 ... 측정셀 15 ... 교반기
20 ... 시료채취유닛 21 ... 펌프
31 ... pH센서 32 ... 온도센서
40 ... 제1공급유닛 50 ... 제2공급유닛
60 ... 제3공급유닛 70 ... 퍼징유닛
80 ... 세척유닛 90 ... 콘트롤러

Claims (10)

  1. 광산배수 시료를 수용 및 배출가능한 측정셀;
    상기 시료를 상기 측정셀로 유입시키기 위한 시료채취유닛;
    상기 측정셀에 설치되어 상기 시료의 pH를 측정하는 pH센서;
    상기 측정셀에 제1시약을 공급하여 상기 시료의 pH를 조절하는 제1공급유닛;
    상기 측정셀에 제2시약을 공급하여 상기 시료에 포함되어 있는 금속을 산화시키는 제2공급유닛;
    상기 측정셀에 불활성가스를 주입하여 상기 시료에 포함되어 있는 이산화탄소를 제거하는 퍼징유닛;
    상기 측정셀에 제3시약을 공급하여 상기 시료의 pH를 조절하는 제3공급유닛; 및
    상기 pH센서, 제1공급유닛, 제2공급유닛, 제3공급유닛 및 퍼징유닛을 제어하기 위한 콘트롤러;를 구비하는 것을 특징으로 하는 광산배수 순산도 자동관측 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 시료를 교반하도록 상기 측정셀 내에 설치되는 교반기를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 광산배수 순산도 자동관측 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 측정셀에 세척액을 공급하여 상기 측정셀을 세척하기 위한 세척유닛을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 광산배수 순산도 자동관측 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 광산배수 시료의 온도를 측정하도록 상기 측정셀에 설치되는 온도센서를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 광산배수 순산도 자동관측 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 광산배수 시료의 pH가 제1기준치를 초과하는 경우 상기 제1공급유닛으로부터 상기 제1시약을 공급하여 상기 광산배수 시료의 pH를 상기 제1기준치 이하로 조절하되, 상기 제1공급유닛은 상기 제1시약을 일정량씩 분산하여 공급하는 것을 특징으로 하는 광산배수 순산도 자동관측 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 광산배수 시료의 pH가 제2기준치 미만인 경우 상기 제3공급유닛으로부터 상기 제3시약을 공급하여 상기 광산배수 시료의 pH를 상기 제2기준치 이하로 조절하되, 상기 제3공급유닛은 상기 제3시약을 일정량씩 분산하여 공급하는 것을 특징으로 하는 광산배수 순산도 자동관측 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1시약은 0.05N 황산용액이며, 상기 제2시약은 과산화수소이며, 상기 제3시약은 0.05N 수산화나트륨 용액인 것을 특징으로 하는 광산배수 순산도 자동관측 시스템.
  8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 하나의 항에 기재된 광산배수 순산도 자동관측 시스템을 이용하여 광산배수의 순산도를 측정하기 위한 방법으로서,
    (a)상기 시료채취유닛을 이용하여 상기 측정셀로 상기 광산배수 시료를 유입시키고, 상기 pH센서를 이용하여 상기 측정셀에 수용된 상기 광산배수 시료의 pH가 제1기준치를 초과하는지 여부를 측정하는 단계;
    (b)상기 광산배수 시료의 pH가 상기 제1기준치를 초과하는지 여부에 따라 상기 제1공급유닛을 작동시켜 상기 광산배수 시료의 pH를 상기 제1기준치 이하로 조절하고, 상기 광산배수 시료의 pH가 상기 제1기준치 이하인 조건에서 상기 제2공급유닛을 통해 상기 제2시약을 투입하여 상기 광산배수 시료에 포함된 금속을 산화시키는 단계;
    (c)상기 퍼징유닛을 통해 상기 광산배수 시료에 불활성가스를 주입하여 상기 광산배수 시료 내 이산화탄소를 제거하는 단계;
    (d)상기 광산배수 시료의 pH가 제2기준치 미만인지 여부에 따라 상기 제3공급유닛을 작동시켜 상기 광산배수 시료의 pH를 상기 제2기준치 이상으로 조절하는 단계; 및
    (e)상기 콘트롤러에서 상기 광산배수 시료의 양과 상기 제1시약과 제3시약이 사용양을 이용하여 상기 광산배수 시료의 순산도를 연산하는 단계;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 광산배수 순산도 자동관측 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 콘트롤러에서는 광산배수 자연배수정화시스템에서 정화처리되기 전의 광산배수 시료와, 정화처리된 후의 광산배수 시료의 순산도를 각각 측정하여 비교하는 것을 특징으로 하는 광산배수 순산도 자동관측 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제1기준치는 pH 4.0, 상기 제2기준치는 pH 8.3이며, 상기 제1시약은 0.05N 황산용액, 상기 제3시약은 0.05N 수산화나트륨 용액이며,
    순산도 = [(A - B)×50,000]/S ... 측정식
    (여기서, A는 상기 광산배수 시료의 pH를 상기 제2기준치까지 조절하는데 사용된 제3시약의 알카리당량이며, B는 상기 광산배수 시료의 pH를 상기 제1기준치까지 조절하는데 사용된 제1시약의 산당량이고, S는 상기 광산배수 시료의 양(L)으로 정의)
    상기 콘트롤러에서는 상기 측정식을 이용하여 상기 광산배수 시료의 순산도를 연산하는 것을 특징으로 하는 광산배수 순산도 자동관측 방법.
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