KR0155467B1

KR0155467B1 - 칼슘, 마그네슘이 같이 함유된 물질을 이용한 산업폐수 처리방법

Info

Publication number: KR0155467B1
Application number: KR1019950029269A
Authority: KR
Inventors: 박장진; 장인순; 신진명
Original assignee: 신재인; 한국원자력연구소
Priority date: 1995-09-07
Filing date: 1995-09-07
Publication date: 1998-10-15
Also published as: KR970015477A

Abstract

본 발명은 제염공정 부산물인 간수(일명 고즙), 제염공정 폐기물인 석고, 산폐수중화물질 등 칼슘, 마그네슘을 함유한 저렴한 물질과 물유리(규산소다)를 이용한 산업폐수 처리방법에 관한 것으로써, 칼슘, 마그네슘을 함유한 물질을 산업폐수에 폐수 중 Ca과 Mg 농도가 각각 0.005 mol에서 0.1 mol이 되도록 주입하고, 물유리(규산소다)로 용액의 pH를 4에서 pH 10.5 사이로 수분동안 교반, 유지하면서 응집 침전시키거나 침전용액을 여과시켜 유기물, 탁도 부유고형물, 총 인, 총 질소등을 저감하는 것을 특징으로 하는 산업폐수 처리 방법.

Description

칼슘, 마그네슘이 같이 함유된 물질을 이용한 산업폐수 처리방법

본 발명은 제염공정 부산물인 간수(일명 고즙), 제염공정 폐기물인 석고, 산폐수중화물질 등 칼슘, 마그네슘을 함유한 저렴한 물질과 물유리(규산소다)를 이용한 산업폐수 처리방법에 관한 것이다.

산업 폐수란 피혁 폐수, 인쇄 폐수, 제지 폐수, 식품 폐수, 펄프 폐수, 화학 폐수, 정유 폐수, 하수 종말 처리장 폐수 등을 말한다.

산업폐수를 처리 하는데 있어 화학적 응집 처리 공정을 폐수 중의 부유 고형 물질, 유기 물질, 색도, 인 화합물, 질소 화합물 등을 제거하기 위해서 반드시 거쳐야 하는 중요한 공정이다.

기존의 화학 응집처리 공정은 주로 철염이나 황산 반토를 주로 사용하여 왔지만 강산이기 때문에 알칼리제의 소비량이 크고 처리제 비용은 폐수 처리 업체의 큰 부담이 되어 왔다.

선행기술(1994년 특허출원 제27242호)은 색도제거에 있어 특히 효력이 있으나, 수산화마그네슘 생성에 기초를 두어 처리용액의 pH가 10.5 이상되어 화학처리공정 다음단계인 생물학적 처리공정이나 방류를 위해서는 pH를 6.5에서 8로 낮추는 중화단계가 필요하다.

또한, 선행기술 미국특허 제4995986호는 폐수에 충분한량의 염화마그네슘과 규산나트륨을 첨가하여 폐수처리하고 필요시 고분자 응집제를 추가로 사용하도록 하는 것을 특징으로하는 폐수처리 방법이다.

그러나, 본원발명은 산업폐수를 처리하는 방법에 있어서 간수(칼슘 화합물 4.3%, 마그네슘 화합물 15.6%, 염화 칼슘 7.3%, 염화 나트륨 5.8%외 다수의 미량 화합물 함유), 폐석고(칼슘 화합물 61%, 마그네슘 화합물 15%, 염화 칼슘 7%, 염화 나트륨 14% 등)와 산폐수중화물질(염산, 황산, 질산 등을 함유한 산폐수를 중화시킬수 있는 알칼리성인 칼슘과 마그네슘을 함유한 [CaCO₃MgCO₃], 마그네샤 석회[Ca(OH)₂Mg(OH)₂], 고토석회[Ca(OH)₂Mg(OH)₂], 수산화마그네슘[Mg(OH)₂], 마그네시아[Mgo] 등으로 중금속을 제거한 후의 상등액 및 침전물)을 주입하므로 선행기술(미국특허 제4995986호)의 염화마그네슘 형태만이 아니고 황산마그네슘, 질산마그네슘, 염화칼슘, 황산칼슘, 질산칼슘 등 형태로 이용된다.

따라서, 선행기술(미국특허 제4995986호)의 응집체는 규산마그네슘만으로 형성되어 응집력이 약하나 본 발명은 규산마그네슘 뿐만아니라 규산칼슘이 형성되고 더군다나 상승작용으로 규산칼슘마그네슘(일명 다이오프사이드)(CaO MgO 2SiO₂, diopside)이 형성되는 등 3종류의 응집체가 형성되어 응집력이 강하게 된다. 또한, 응집체의 무게도 규산마그네슘의 분자량 100, 규산칼슘 116, 다이오프사이드 216으로 본 발명의 경우가 크기 때문에 침강성 또한 우수하다. 제1도는 선행기술(미국특허 제4995986호)의 응집제와 본원 발명의 응집제의 침강성을 실험한 결과로서 10분 경과시의 선행기술의 응집제는 거의 침강이 일어나지 않았으나 본원 발명의 경우는 침강성이 매우 양호하였다.

한편, 그 처리효과면에서 볼 때 선행기술(미국특허 제4995986호)은 염화마그네슘만을 이용하므로 인은 인산마그네슘, 질소는 struvite(MgNH₃PO₄)로 형태로 제거된다. 그러나, 본 발명은 인의 경우 인산칼슘과 인산마그네슘 2가지 형태로 제거되고 질소는 역시 struvite(MgNH₃PO₄)로 형태로 제거되나 응집체의 크기, 침강성 등에서 우수하므로 본 발명의 경우가 처리효율이 높게 된다.

선행기술(미국특허 제4995986호)의 경우 폐수중 응집체가 매우 약하여 과량의 고분자 응집제(150-200ppm)를 첨가시켜야만 폐수중 응집체가 침강성을 개선시킬 수 있다. 그러나, 고분자응집제는 COD(화학적산소요구량)유발물질로 폐수처리시 일반적으로 2-3 ppm의 낮은 농도로 사용하고 있으나 선행기술(미국특허 제4995986호)의 경우 과량 사용하여 처리수의 COD(화학적산소요구량)가 필요 이상으로 높아지고 약품비도 많이 들게되어 폐수처리공정의 효율도 나빠지고 경제적 부담도 크게된다. 본원 발명은 큰 응집체를 형성하고 침강성도 좋으므로 추가 고분자응집제의 첨가 없이도 좋은 처리효과를 얻을 수 있다.

또한, 선행기술(미국특허 제4995986호)은 염화마그네슘만을 이용하여 처리하는 것을 특징으로 하고 있다. 그러나, 염화마그네슘만을 사용하였을 경우 폐수처리후 슬러지 탈수시 상당한 어려움이 있어 추가 탈수보조제가 반드시 필요한 단점을 지니고 있다. 본 발명에서는 슬러지에 칼슘실리케이트, 다이오프사이드가 추가로 형성되어 탈수성이 양호하다.

본원 발명은 제염공정폐기물 및 저가의 부산물인 폐석고, 간수 그리고 산폐수중화물질을 산업폐수 처리에 재이용하는 폐기물 재활용 및 자원절약 특징도 가지고 있다.

따라서, 함유 물질의 구성성분, 처리원리, 처리효과 및 물질의 재활용 측면에서 본다면 본원발명과 선행기술(미국특허 제4995986호)은 전혀 다른 내용이라고 할 수 있다. 지금까지 기술한 본 발명과 선행기술(미국특허 제4995986호) 특허와의 차이점을 표 1에 나타내었다.

본 발명이 선행기술의 문제점을 해소하기 위하여 기 출원된 1994년 특허출원 제27242호에 정의된 제염공정의 부산물인 간수(조성 예, 칼슘 화합물 4.3%, 마그네슘 화합물 15.6%, 염화 칼슘 7.3%, 염화 나트룸 5.8%외 다수의 미량 화합물 함유), 발명특허 제146418호에 정의된 제염공정의 폐기물인 석고(조성 예, 칼슘 화합물 61%, 마그네슘 화합물 15%, 염화 칼슘 7%, 염화 나트룸 14%등), 발명특허 제149599호에 정의된 산폐수중화물질 등과 물유리를 이용하여 폐수 중의 부유 고형물과 유기물질을 제거하고, 부영양화의 원인이 되는 총 인, 총 질소도 경제덕으로 제거하는 방법을 제공하는 것에 그 목적이 있다.

도면 1은 선행기술의 응집제와 본원 발명의 응집제의 침강성을 실험한 결과사진

본 발명의 방법은 제염공정 부산물 주입 시 함유된 다가의 양이온 즉 칼슘 이온, 마그네슘 이온 등의 폐수 중 표면이 음이온으로 대전된 콜로이드 표면의 제타 전위를 저하시켜 응집 침전이 일어나 유기물질, 인 화합물, 질소 화합물이 제거되는 현상과 칼슘과 마그네슘이 물유리와 반응하여 규산칼슘과 규산마그네슘으로 바뀌어 침전 될 때 유기물질, 인 화합물, 질소 화합물을 흡착 제거하고 망구조를 이루고 있는 규산칼슘과 규산마그네슘 플록(flock)이 미세한 부유고형물질을 포획하여 침전되는 현상을 이용한 방법이다. 또한, 화학 반응에 의해서도 인 화합물, 질소 화합물 등이 제거 된다고 사료된다.

또한, 본 발명은 규산마그네슘, 규산칼슘 생성에 기초를 두어 처리용액의 pH가 4에서 10.5로 기 출원된 방법보다 pH가 낮으므로 장치의 부식이 적고 다음의 중화단계에서 산 및 알칼리 소모가 적은 방법이다. 또한, 작용하는 pH 범위가 넓어 다양한 폐수에 안정적으로 적용 운전할 수 있는 방법이다.

본 발명에 관한 실제 폐액의 처리효율을 측정하기 위해 실 산업현장에서 채취된 폐수를 사용 하였으며 시료 분석은 화학적 산소 요구량(COD, Chemical Oxygen Demand) 측정은 Standard Methods 508 C에 따라 분광 광도계(HACH 사, BR-2000)를 사용 분석하였으며, 탁도는 Standard Methods 214 A에 따라 탁도계(HF Scientific 사 DRT-100 B)를 사용하여 분석하였다. 총 인 분석은 Standard Methods 424 F의 아스코르빈산법에 따라 분석하였고, 총 질소 분석은 Standard Methods 420 B의 세미마이크로킬달법(Scmi-Micro-Kieldahl Method)에 따라 분석하였다.

본 발명에 적용되는 칼슘, 마그네슘을 함유한 물질은 다음의 것을 말한다.

1. 소금 제조공정 부산물인 간수(일명 고즙)

2. 소금 제조공정 폐기물인 석고

3. 산폐액을 백운석(돌로마이트), 마그네샤 석회. 고토석회, 수산화 마그네슘, 탄산마그네슘, 마그네시아, 마그네사이트 등으로 중화시킨 산폐수중화물질(용액과 침전물질)

4. 1항, 2항, 3항 물질을 사용편리상 혼합, 정제, 농축, 분말화 한 것

이하 본 발명의 처리 방법을 그 공정순서에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

(1) 실험 대상 산업폐수에 칼슘, 마그네슘을 함유한 물질을 폐수특성에 따라 폐수 중 Ca 농도 0.005-0.1 mol, Mg 농도 0.005-0.1 mol 정도 주입한다.

(2) (1)의 용액을 교반하면서 물유리로 용액의 pH를 4에서 10.5사이로 맞춘다.

(3) 그후 (2)의 욕액을 수분 동안 교반한 후 교반을 중지하면 응집이 일어나 침전된다.

(4) 일반적으로 침전 및 탈수 속도는 빠르나 침전 및 탈수 속도를 증가 시키기 위하여 고분자 물질을 사용할 수도 있다.

본 발명에 의한 산업 폐수 처리의 구체적인 실시예는 다음과 같다.

[실시예 1]

피혁공장의 폐수처리 예로서 실험대상 피혁공장 원폐수는 탁도 600 NTU이고 COD는 2,020 ppm이었다. pH 8.9인 원폐수 1리터에 폐석고 3그램을 주입하고 물유리로 pH 9.5까지 맞추어 10분간 교반후 30분동안 침전시켜 상등액을 채취 분석하였다. 상등액의 탁도는 4.6 NTU, COD는 610ppm으로 양호하게 처리되었다.

[실시예 2]

정유공장의 폐수처리 예로서 실험대상 정유공장 원폐수는 탁도 450 NTU이고 COD는 810ppm이었다. pH 7.5인 원폐수 1리터에 간수 3cc를 주입하고 물유리로 pH 9까지 맞추어 10분간 교반후 30분 동안 침전시켜 상등액을 채취 분석하였다. 상등액의 탁도는 3.5 NTU, COD는 292ppm으로 양호하게 처리되었다.

[실시예 3]

제지공장 폐수처리 예로서 실험대상 제지공장 원폐수는 탁도 165 NTU, COD 600ppm이었다. pH 6.9인 원폐수 1리터에 간수 1cc와 폐석고 2그램을 주입하고 물유리로 pH 9.5까지 맞추어 10분간 교반후 30분동안 침전시켜 상등액을 채취 분석하였다. 상등액의 탁도는 1.2 NTU, COD는 220ppm으로 양호하게 처리되었다.

[실시예 4]

식품공장 폐수처리 예로서 실험대상 식품공자 탁도 550 NTU, COD 1,300ppm이었다. pH 5.5인 원폐수 1리터에 산폐수 중화물질 (산도가 970ppm인 도금공장 폐수를 수산화마그네슘으로 pH를 9로 조정하여 크롬 등 중금속을 침전 제거한 상등액)을 70cc를 주입하고 물유리로 pH 7.5까지 맞추어 10분간 교반후 30분 동안 침전시켜 상등액을 채취 분석하였다. 상등액의 탁도는 5.2 NTU, COD 420ppm으로 양호하게 처리되었다.

[실시예 5]

하수종말처리장 폐수 처리 예로서 본 발명의 실험에서는 총인 20ppm, 총 질소 78ppm, COD 6,900ppm, pH 7.3인 폐수 1리터에 간수 1cc와 폐석고 2그램을 주입하고 물유리로 pH 9.5까지 맞추어 10분간 교반후 30분 동안 침전시켜 상등액을 채취 분석하였다. 상등액의 총인 1.5ppm, 총 질소 32ppm, COD 640ppm으로 양호하게 처리되었다.

이와같은 본 발명에 의한 산업폐수 처리는 피혁 폐수, 식품 폐수, 펄프 폐수, 화학 폐수, 정유 폐수, 광산 폐수, 하수 종말 처리장 폐수 등 까지도 처리할 수 있고, 앞에서 열거한 폐수 중의 총인, 총 질소 화합물도 효과적으로 처리 할 수 있다. 또한, 기존의 철염, 알루미늄은 강산이므로 알칼리제의 소모가 많으나, 본 방법은 pH가 거의 중성인 칼슘, 마그네슘을 함유한 물질과 물유리만을 이용하기 때문에 별도의 알카리제 소모가 없다. 따라서 앞으로 다양한 산업 폐수처리에 경제적 측면 뿐만 아니라 기술적 측면으로도 실효성있게 응용될 수 있는 효과가 기대되는 것이다.

Claims

염화 마그네슘과 규산나트륨을 독립적으로 첨가하여 산업폐수를 처리하는 방법에 있어서, 칼슘, 마그네슘이 같이 함유된 물질을 산업폐수에 폐수 중 Ca과 Mg 농도가 각각 0.005mol에서 0.1mol이 되도록 주입하고, 물유리(규산소다)로 용액의 pH를 4에서 pH 10.5 사이로 수분동안 교반, 유지하면서 응집 침전 시키거나 침전용액을 여과시켜 유기물, 탁도, 부유고형물, 총 인, 총 질소 등을 저감하는 것을 특징으로 칼슘, 마그네슘이 같이 함유된 물질을 이용한 산업폐수처리방법.
제1항에 있어서, 칼슘, 마그네슘이 같이 함유된 물질은 소금 제조공정 부산물인 간수를 사용하는 것을 특징으로 하는 칼슘, 마그네슘이 같이 함유된 물질을 이용한 산업폐수처리방법.
제1항에 있어서, 칼슘, 마그네슘이 같이 함유된 물질은 소금 제조공정 폐기물인 석고를 사용하는 것을 특징으로 하는 칼슘, 마그네슘이 같이 함유된 물질을 이용한 산업폐수처리방법.
제1항에 있어서, 칼슘, 마그네슘이 같이 함유된 물질은 산폐액을 백운석(돌로마이트), 마그네샤 석회, 고토석회, 수산화 마그네슘, 탄산마그네슘, 마그네시아, 마그네사이트 등으로 중화시킨 산폐수중화물질을 사용하는 것을 특징으로 하는 칼슘, 마그네슘이 같이 함유된 물질을 이용한 산업폐수처리방법.
제1항에 있어서, 칼슘, 마그네슘이 같이 함유된 물질은 사용편리상 간수, 석고, 산폐수중화물질을 혼합, 정제, 농축, 분말화한 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 칼슘, 마그네슘이 같이 함유된 물질을 이용한 산업폐수처리방법.