KR101297435B1

KR101297435B1 - 폐수 및 폐기물로부터 황산 알루미늄의 제조방법

Info

Publication number: KR101297435B1
Application number: KR1020110120001A
Authority: KR
Inventors: 최동민
Original assignee: 주식회사 워켐
Priority date: 2011-11-17
Filing date: 2011-11-17
Publication date: 2013-08-19
Also published as: KR20130054557A

Abstract

본 발명은 산업현장에서 발생하는 폐수 및 폐기물을 재활용하여 무기응집제 를 제조하는 방법을 제공한다. Alum 제조공법에 의거 폐수 내의 알루미늄 성분을 전 처리하여 재활용하여 기존 응집제들에 비하여 원가는 저렴하면서도 품질이 우수한 무기응집제를 제조하는 방법에 관한 것이다.

Description

폐수 및 폐기물로부터 황산 알루미늄의 제조방법{The preparing method of aluminium sulfate from waste water}

본 발명은 폐수 및 폐기물로부터 황산 알루미늄의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폐수 처리에 사용되는 무기 응집제에 이용되는 알루미늄을 폐수 및 폐기물로부터 회수하여 재활용하는 방법에 관한 것이다.

무기응집제는 폐수에 포함된 유기성, 무기성 콜로이드 입자의 표면전하를 중화시킴으로서 콜로이드 입자를 응집시키고 침강시켜 제거하는 약품이다. 처리된 폐수의 수질을 개선시킬 목적으로, 오래 전부터 사용해 오고 있는 폐수처리 중요한 약품 중 하나이다.

이러한 무기 응집제 가운데, 대표적인 것으로 Alum(황산 알루미늄), 황산철, 염화철, PAC 등이 있고, 산업체 폐수처리장 수질에 따라 가장 일반적으로 Alum이나 제이철염을 보통 사용하고 있다.

본 발명은 폐수 및 폐기물로부터 황산 알루미늄을 회수하여 재활용하는 방법을 제공하는 것이다.

황산 알루미늄을 제조하기 위해서는 수산화알루미늄과 황산을 반응시켜 제조하며 반응식은 다음과 같다.

2Al(OH)₃ + 3H₂SO₄ → Al₂(SO₄)₃· 6H₂O

또한, 이렇게 회수된 황산알루미늄을 제이철염과 혼합하여 사용하면, 황산알루미늄과 제이철염의 장단점을 상호보완한 무기 응집제를 제조할 수 있다.

본 발명의 제조방법에 의해 폐기물 및 폐수로부터 알루미늄을 회수하여 재활용함으로써 환경오염 방지와 자원 재활용 효과를 나타낼 수 있다.

또한, 본 발명에 의해 제조된 황산 알루미늄과 제이철염을 혼합한 무기 응집제는 콜로이드의 흡착력, 슬러지 침강성이 우수하고, COD 및 중금속 처리효율에서 기존 무기응집제에 비해 탁월한 성능을 모두 가지고 있다.

황산 알루미늄을 제조하기 위해서는 수산화알루미늄과 황산을 반응시켜 제조하며 반응식은 다음과 같다

2Al(OH)₃ + 3H₂SO₄ → Al₂(SO₄)₃· 6H₂O

본 발명의 제조방법에서는 폐수 및 폐기물 내의 알루미늄 성분을 원료로 재활용하고 폐수 및 폐기물 내 포함된 산(acid)들도 재활용한다.

본 발명의 제조방법은 황산을 투입하여 황산의 용해열과 중화반응열을 이용하여 110~115℃에서 충분히 반응시키고, 이후 50℃이하로 냉각하는 것으로 구성된다.

상세하게 설명하면 다음과 같다.

보온이 철저히 된 반응기에 재활용 수산화알루미늄, 전처리된 알루미늄 포함 폐수, 재활용 수산화알루미늄 Cake 등(재활용 수산화알루미늄 - Al(OH)₃ 97.5%, 재활용 수산화알루미늄 Cake - Al(OH)₃ 25.0%, 재활용 알루미늄 폐수 - Al₂O₃ 17%)을 투입하고 충분한 슬러리 상태가 이루어지도록 교반한다.

다음 단계에서 투입하는 진한 황산과 혼합되었을 때 초기 형성되는 황산의 농도가 60~ 70%가 되도록 1차 용수를 공급한다.

반응식에 의거 계산된 진한 황산을 원활하게 투입하기 위하여 Dipping배관을 반응기 바닥 가까이에 설치하고 약 30분에 걸쳐서 투입되도록 정량 펌프를 가동한다.

반응기 내부 액은 황산이 물에 용해될 때 발생하는 용해열에 의해 온도가 상승하기 시작하며 중화 반응열과 함께 100℃까지 상승하게 되면 Boiling 상태가 된다. 이 시점에서 황산투입을 중지한다.

이후에는 중화반응열의 상승작용에 의해서 온도가 115℃ 정도로 상승하게 된다. 온도가 다시 하강하기 시작하면 반응기 내부온도가 110 ~ 115℃가 유지되도록 정량 펌프의 유량을 조절하여 잔여 황산을 투입한다.

황산 알루미늄 제조반응의 종료는 반응액 온도를 기준하여 112℃에서 120분 반응을 기준으로 한다.

이하 본 발명을 실시예를 통해 보다 상세하게 설명한다.

<실시예 1>

재활용 수산화알루미늄과 재활용 알루미늄 포함폐수 사용 예

4L 4구 둥근 플라스크에 재활용 수산화알루미늄 200g과 재활용 알루미늄 포함폐수 100g을 투입하고 1차 용수 325g을 가한 다음 완전히 슬러리화 할 수 있도록 교반하였다. 98% 황산 452g을 천천히 투입하니 황산 용해열과 중화 반응열이 발생하여 온도가 상승하기 시작하였다. 100℃부근에서 Boiling 하기 시작하면 황산투입을 중지하고 110~115℃가 될 때까지 기다렸다. 온도가 하강하기 시작하면 잔여황산을 천천히 투입하여 온도가 110~115℃가 유지되도록 하였다. 반응의 종료는 반응액 온도를 기준하여 112℃에서 120분 반응을 기준으로 하였다.

<제조예 1>

실시예 1에서 제조된 반응생성물에 황산 제이철을 부가하고 용수를 부가하여 황산알루미늄의 농도는 5% 황산 제2철의 농도는 2%가 되도록 조절하였다. 최종 제품의 무게는 2865g이었다. 24시간 숙성시킨 후 여과하여 제품화하였다.

<제조예 2>

황산 제이철 대신 염산 제이철을 사용하는 것을 제외하고는 제조예 1과 같이 제조하였다.

<시험예>

제조예 1,2,3 3종을 일반적으로 산업체에 사용하고 있는 7% 황산알루미늄과 10% 제이철염을 비교 시험하여 본 발명품을 평가하였다.

-표준 폐수 성상

Items	단위	Results
pH	-	10.5
COD	mg/ℓ	1,025
T-N	mg/ℓ	22
T-P	mg/ℓ	13
SS	mg/ℓ	862
T-Cr	mg/ℓ	2.5
As	mg/ℓ	2.0
Pb	mg/ℓ	1.5
Cu	mg/ℓ	2.4

- 시험 조건

1) 무기응집제 : 각각의 제품 별로 동일량 투입

2) pH 중화제 : 25% 소석회수 (pH Target 7.0)

3) 중합체 : A-230E (음이온 계)

- 시험 결과

	7% Alum	10% 제이철염	본 발명품( Al2O3 5.0%+ Fe3 + 2.0%)
	7% Alum	10% 제이철염	제조예 1	제조예 2
응집제 투입량(ppm)	500	500	500	500
중화제 투입량(ppm)	1,200	1,350	1,150	1,150
Polymer 투입량(ppm)	4	4	4	4
Floc Size (mm)	1.5 ~ 2.25	1.0 ~ 1.5	2.25 ~ 3.0	2.25 ~ 3.0
SV30 (%)	22	14	16	16
처리수 수질
COD (ppm)	565	600	520	515
COD 제거율(%)	44.9	41.5	49.3	49.8
T-N (ppm)	16	17	14	14
T-P (ppm)	1.5	1.7	1.3	1.3
SS (ppm)	12	10	8	7
T-Cr (ppm)	1.0	1.0	0.4	0.4
As (ppm)	0.6	0.5	0.3	0.3
Pb (ppm)	0.6	0.5	0.2	0.2
Cu (ppm)	0.7	0.6	0.2	0.2
Sludge 발생량
O.D (gr/ℓ)	2.024	2.520	1.954	2.000

기존 시판 응집제인 7% 황산알루미늄 및 10% 제이철염 사용대비 본 발명의 제조예 1, 2 의 제품은 CDD 제거율이 우수하고, 중금속 제거율이 우수하며, Floc 침강성이 우수하고, 처리수 중 SS 함량이 낮으며 Sludge 탈수 속도가 우수함을 알 수 있다.

Claims

알루미늄을 포함한 폐수 및 폐기물에 황산을 투입하여 황산의 용해열과 중화반응열을 이용하여 110~115℃에서 2시간 동안 반응시킨 후 10 내지 50℃의 온도로 냉각하는 것을 특징으로 하는 황산알루미늄의 제조방법.
삭제
제 1항 의해 얻어진 황산알루미늄 및 황산 또는 염산의 제이철염으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 폐수 처리용 무기 응집제.