KR101444672B1 - 금속 함유 슬러지의 자원화설비 - Google Patents

금속 함유 슬러지의 자원화설비 Download PDF

Info

Publication number
KR101444672B1
KR101444672B1 KR1020140003750A KR20140003750A KR101444672B1 KR 101444672 B1 KR101444672 B1 KR 101444672B1 KR 1020140003750 A KR1020140003750 A KR 1020140003750A KR 20140003750 A KR20140003750 A KR 20140003750A KR 101444672 B1 KR101444672 B1 KR 101444672B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
chamber
metal
sludge
wastewater
ultrasonic
Prior art date
Application number
KR1020140003750A
Other languages
English (en)
Inventor
전관수
Original Assignee
영남대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 영남대학교 산학협력단 filed Critical 영남대학교 산학협력단
Priority to KR1020140003750A priority Critical patent/KR101444672B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101444672B1 publication Critical patent/KR101444672B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C7/00—Constructional parts, or assemblies thereof, of cells; Servicing or operating of cells
    • C25C7/06—Operating or servicing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B3/00—Extraction of metal compounds from ores or concentrates by wet processes
    • C22B3/20—Treatment or purification of solutions, e.g. obtained by leaching
    • C22B3/42—Treatment or purification of solutions, e.g. obtained by leaching by ion-exchange extraction
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B7/00—Working up raw materials other than ores, e.g. scrap, to produce non-ferrous metals and compounds thereof; Methods of a general interest or applied to the winning of more than two metals
    • C22B7/04—Working-up slag
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C1/00—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of solutions
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/20—Recycling

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)
  • Physical Water Treatments (AREA)

Abstract

본 발명은 금속을 함유하는 슬러지의 자원화설비에 관한 것으로, 더 상세하게는 금속을 함유하는 슬러지에 초음파를 조사하여 공동화 현상에 의해 슬러지로부터 금속이온을 탈착 용해시키고, 탈착 용해된 이온은 전기분해반응에 의해 포집제거하고, 포집되지 않은 저농도의 금속폐수는 오존산화 방식에 의해 유기물과 금속을 산화시켜 금속산화물로 석출한 후 분리하는 등 수질오염을 방지하면서 금속성분을 다단을 통해 분리해 산업슬러지를 포함한 다양한 슬러지를 무해화시켜 연료 등의 자원으로 사용할 수 있는 자원화설비에 관한 것이다.

Description

금속 함유 슬러지의 자원화설비{RESOURCES EQUIPMENT FOR SLUDGE CONTAINING METALS}
본 발명은 금속을 함유하는 슬러지의 자원화설비에 관한 것으로, 더 상세하게는 금속을 함유하는 슬러지에 초음파를 조사하여 공동화 현상에 의해 슬러지로부터 금속이온을 탈착시키고, 탈착된 이온은 전기분해반응에 의해 포집제거하고, 포집되지 않은 저농도의 금속폐수는 오존산화 방식에 의해 유기물과 금속이 산화되고 금속산화물로 석출되어 분리시키는 등 수질오염을 방지하면서 금속성분을 다단을 통해 분리해 슬러지를 무해화시켜 연료자원으로 사용할 수 있는 자원화설비에 관한 것이다.
생활하수, 산업폐기물, 하상준설토, 오염토양 등 다양한 물질의 혼합에 의해 형성되는 슬러지는 탈수에 의해 부피를 줄인 후 건조과정을 통해 고형화한 다음 이를 연료로 사용하거나 소각 또는 매립하는 방식에 의해 처리되고 있다. 특히 폐기물관리법 개정으로 인해 함수율이 75%를 초과하는 유기성 슬러지는 육상매립이 전면금지되고, 해양투기도 전면금지됨으로 최대한 수분을 분리시킨 다음 고형물의 처리가 이루어지고 있다.
특히 각종 전자제품에 사용되는 회로기판(Printed Circuit Board) 등을 포함하는 전자부품 스크랩(scrap)이나, 화학공장에서 많이 나오는 폐촉매 등으로부터 유가금속을 재활용하거나, 또는 도금공장이나 섬유공장 외 기타공장의 폐수와 사진현상시 발생하는 폐수 등에는 다량의 중금속이 함유되어 있으므로 이러한 폐수들의 재활용 및 상기 폐수들로부터 회수 가치가 있는 유가금속의 효율적인 회수는 폐자원의 가치 창출 및 환경오염 방지 차원에서 매우 중요하게 다뤄지고 있는 현안중의 하나이다.
하지만 전자산업 및 도금산업에서 발생되는 유가금속의 함유량이 낮은 금속폐수의 경우에는 별도의 처리없이 그대로 방류하기 때문에 환경을 오염시키는 주범 중 한 요소로 작용하고 있었다. 이에 근래에는 환경기준이 강화됨에 따라 금속폐수를 직접 방류하지 않고 폐수처리과정을 수행하여 처리가 이루어지고 있다. 즉, 금속폐수에 다량의 화학약품을 혼합하여 화학적 응집 및 침전이 이루어지는 화학약품 처리에 의해 고농도 중금속을 포함하는 슬러지화가 이루어지도록 한 것이다.
이러한 고농도 중금속을 포함하는 슬러지는 소각이나 매립으로 처리되고 있으나, 이 역시 슬러지 내에 중금속이 포함되어 있어 소각시 대기 중에 중금속이 방출되고, 매립시에는 중금속 재용출에 의한 2차오염을 야기시키는 문제점이 있어 중금속을 제거하거나 무해화하는 방법이 선행되어야 한다.
이에 중금속을 제거방식인 금속폐수로부터 중금속을 회수하는 방안으로 전기분해방식이 제안되었다.
한국특허등록 제10-1029472호(이하 '등록특허'이라 함)의 '전기분해에 의한 구리 회수장치'는 금속폐수를 셀을 통과시키면서 셀 내부의 추출관에 부착시켜 회수가 이루어지도록 한 것이다. 상기 등록특허는 중금속이 포함된 슬러지로부터 중금속의 분리가 가능하지만 슬러지의 경우 내포된 금속이온의 탈착율이 낮기 때문에 중금속의 추출율이 낮고, 추출율을 높이기 위해 슬러지를 파쇄하는 기계적 교반시간을 증가시켜도 시간대비 추출효율이 낮으며, 슬러지 내부의 금속이온배출도 충분하게 이루어지지 않는 단점이 있다.
한국특허공개 제10-2009-0127550호(이하 '공개특허'이라 함)의 '인산염과 초음파를 이용한 중금속의 고정화방법'에서는 슬러지내의 중금속과 결합하여 고정화되어 이동성을 낮추도록 인산염을 투입하고 인산염과 중금속의 접촉성을 향상시키기 위해 초음파를 조사하는 방법이 제시되었다.
하지만 상기 공개특허는 중금속을 전량 반응시켜 고정화시키기 위해 인산염을 필요당량의 최대 20배까지 혼합하여 반응이 이루어지도록 한 것으로, 반응 이후에 배출되는 배출수에는 인산염이 과량 포함되어 있다. 이러한 인산염이 과량 포함된 배출수는 직접 배출되거나 별도로 포집하여 중성화 처리가 이루어진 후 배출이 이루어지는 것으로 처리과정이 길어지게 된다. 또한, 인산염의 중성화가 이루어지지 않은 상태에서 배출이 이루어지면 하천 등에 인성분의 과포화로 인해 녹조류 발생이 촉진되어 수질오염이 증가되는 문제점이 있다.
따라서 수질오염을 방지하면서 슬러지로부터 이온상태로 내포된 중금속의 분리배출이 용이하게 이루어질 수 새로운 방식의 자원화 방안 또는 폐자원의 무해와 방안의 필요성이 대두되고 있다.
이에 본 발명의 금속 함유 슬러지의 자원화설비는,
유입된 슬러지의 pH를 조절한 후 초음파를 조사하여 공동화(cavitation)현상에 의해 슬러지에 내포된 금속이온을 슬러지 입자로부터 탈착 용해시키고 탈착 용해된 금속이온은 여과막 또는 여과포를 구비한 수직여과벽을 이용하여 슬러지 고형물과 분리한 후 용액 내 금속이온만을 전기분해반응에 의해 회수하고 잔량의 슬러지 고형물만을 탈수 및 건조하여 자원화하는 설비의 제공을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 1차금속성분을 회수한 배출수에 오존을 공급하여 유기물을 산화시키고, 잔존하는 미량의 금속성분도 산화시켜 산화물의 석출분리가 이루어지도록 해 최종배출수의 수질을 개선하고 금속성분 회수율을 증대시키는 설비의 제공을 목적으로 한다.
상기 과제를 해소하기 위한 본 발명의 금속 함유 슬러지의 자원화설비는,
금속이 포함된 슬러지로부터 금속성분을 제거 또는 회수하여 수질을 개선시키고, 잔량의 슬러지는 후처리하거나 자원화하는 설비에 있어서, 여과막 또는 여과포를 구비한 수직여과벽에 의해 내부공간을 제1챔버와 제2챔버로 구획하고, 상기 제1챔버에는 초음파발생기를 설치하여 유입된 금속성분이 포함된 슬러지에 초음파를 조사해 슬러지로부터 금속이온을 탈착시키고, 제1챔버 또는 제2챔버에는 양극부재를 설치하고 제2챔버에는 음극부재를 설치하여 슬러지로부터 탈착된 금속이온이 수직여과벽의 여과막 또는 여과포를 통과하여 제2챔버의 음극부재에 부착됨으로써 슬러지로부터 금속성분의 분리가 이루어지는 초음파-전기분해 하이브리드 반응조;가 포함된다.
상기 초음파-전기분해 하이브리드 반응조는, 여과포 또는 여과막을 구비한 원통형의 수직여과벽으로 외측 제1챔버와 내측 제2챔버를 구획하고, 제1챔버 또는 제2챔버에는 원통 망형태의 양극부재를 설치하고 제2챔버에는 봉형태의 음극부재를 설치하여 슬러지로부터 탈착된 금속이온이 수직여과벽의 여과막 또는 여과포를 통과하여 제2챔버의 음극부재에 부착됨으로써 슬러지로부터 금속성분의 분리가 이루어지게 할 수 있다.
또한, 상기 초음파-전기분해 하이브리드 반응조의 제1챔버에 공급되는 금속 슬러지를 포함하는 폐수가 저장되는 유입조와; 상기 초음파-전기분해 하이브리드 반응조의 제2챔버에서 배출되는 폐수를 포집하여 잔류금속을 흡착 또는 이온교환 처리 후 최종 배출시키는 처리수조와; 상기 초음파-전기분해 하이브리드 반응조의 제1챔버에서 배출되는 폐수를 포집하여 탈수시키고, 탈수된 물은 탈수이송관을 통해 유입조 또는 처리수조로 배출시키는 탈수기와; 상기 탈수기에서 배출되는 슬러지고형분을 건조시켜 연료화하는 건조기;를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 초음파-전기분해 하이브리드 반응조와 처리수조 사이에는, 오존발생장치가 내설된 산화반응조를 더 구비하여 제2챔버에서 배출되는 폐수에 포함된 유기물과 미량의 금속이온을 산화시켜 금속염으로 석출하여 제거하고, 금속염이 제거된 폐수만 처리수조로 배출되도록 할 수 있다.
상기 해결수단에 의한 본 발명의 금속 함유 슬러지의 자원화설비는,
슬러지에 내포된 금속성분을 초음파조사와 전기분해 및 오존공급방식에 의해 제거하여 슬러지를 무해화한 후 고형화하여 연료로 사용하거나 매립시 중금속에 의한 2차 환경오염을 방지할 수 있다.
또한, 수처리제의 투입을 최소화하고 물리적 또는 전기화학적인 방법을 적용함으로 화학물질 첨가에 의한 슬러지의 증가와 방류수의 오염을 방지하면서 효과적으로 금속성분을 분리함은 물론 금속성분의 회수율을 증대시킬 수 있게 되었다.
또한, 초음파, 여과, 전기분해, 오존 산화를 통해 금속성분을 제거함으로 금속을 함유하는 슬러지 이외에 금속성분에 오염된 토양의 정화나 금속 오염수의 정화분야와 같이 금속성분이 혼합된 물질을 정화시키는 다양한 분야에 적용할 수 있는 등 산업적 파급효과를 증대시킬 수 있는 유용한 설비의 제공이 가능하게 되었다.
도 1은 본 발명에 따른 금속함유슬러지의 자원화설비의 구성을 나타낸 모식도.
도 2는 산화반응조가 포함된 중속함유슬러지의 자원화설비의 구성을 나타낸 모식도.
도 3은 본 발명에 따른 다른 형태의 오존발생장치를 구비한 자원화설비 구성을 도시한 모식도.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 원통형 초음파-전기분해 하이브리드 반응조를 도시한 모식도.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나 첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상의 내용과 범위를 쉽게 설명하기 위한 예시일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정되거나 변경되는 것은 아니다. 또한 이러한 예시에 기초하여 본 발명의 기술적 사상의 범위 안에서 다양한 변형과 변경이 가능함은 당업자에게는 당연할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 금속함유슬러지의 자원화설비의 구성을 나타낸 모식도이다.
참조한 바와같이 본 발명에 따른 자원화설비(10)는 금속성분이 포함된 슬러지로부터 금속성분을 회수하여 수질을 개선시키고, 잔량의 슬러지를 연료화하는 것이다.
이러한 자원화설비(10)는 중금속을 포함하는 금속성분이 포함된 슬러지를 포함하는 폐수를 저장하는 유입조(20)를 구비한다. 상기 유입조(20)는 금속성분이 포함된 슬러지를 임시저장하고 pH를 조절하여 다음공정으로 정량공급이 가능하게 한 것으로, 유입되는 폐수는 생활하수, 산업폐기물, 하상준설토, 오염토양 등 다양한 물질의 혼합된 폐수 또는 슬러지이거나, 금속폐수에서 1차적으로 금속회수가 이루어진 폐수 또는 금속 회수공정에서 발생된 슬러지 등을 포함하는 폐수일 수 있다. 상기 유입조(20)에는 pH 조절장치와 교반기를 설치하여 내포된 슬러지가 침적되지 않도록 하면서 슬러지의 덩어리 크기를 작게 파쇄시킬 수 있다.
다음으로 초음파-전기분해 하이브리드 반응조(30)를 구비하여 상기 유입조(20)에 저장된 폐수 또는 슬러지를 공급받아 복합반응에 의해 금속이온의 분리가 이루어지도록 한다.
상기 초음파-전기분해 하이브리드 반응조(30)는 내부공간에 여과막 또는 여과포를 구비한 수직여과벽(33)을 설치하여 수직여과벽 양측에 제1챔버(31)와 제2챔버(32)로 공간을 구획한다.
상기 수직여과벽(33)에 설치되는 여과막 또는 여과포는 공극크기를 15㎛ 이하로 형성하여 고상의 슬러지가 통과되는 것을 방지하며, 바람직하게는 1㎛ ~ 30㎛ 의 범위로 형성하여 고형물이 제거된 폐수를 제2챔버로 배출시키도록 한다.
예컨데 상기 제1챔버(31)에는 상기 유입조(20)에 저장된 폐수를 펌프로 펌핑하여 유입받으며, 슬러지가 포함된 폐수는 제1챔버(31)에 포집되고, 슬러지와 이물질이 제거된 폐수는 수직여과벽(33)을 통과하여 제2챔버(32)에 포집된다. 즉, 제1챔버(31)에는 고형물이 포함된 폐수가 저장되고, 제2챔버(32)에는 고형물을 여과하여 제거한 폐수가 저장된다.
이와같이 제1챔버와 제2챔버를 구획하는 수직여과벽(33)은 다수의 통공 또는 망으로 형성된 지지체에 여과막 또는 여과포가 내장되는 형태로 제공할 수 있으며, 수직여과벽의 하측이나 상측으로 편향된 일정부분에만 여과막 또는 여과포를 설치하여 공간 구획 및 여과가 이루어지도록 할 수 있다. 즉, 초음파-전기분해 하이브리드 반응조에 결합홈을 형성하고, 결합홈에 여과포 또는 여과막을 구비한 지지체로 구성된 수직여과벽을 설치하여 제1챔버(31)와 제2챔버(32)의 구획이 이루어지도록 할 수 있으며, 상기 결합홈과 수직여과벽 사이에는 수밀패킹을 개재하여 두 부재의 결합틈 사이로 폐수가 유통되는 것을 방지할 수 있다. 이렇게 구성함으로써 제1챔버에는 고형물인 슬러지가 농축되고, 농축된 고형물 폐수는 연속적 혹은 간헐적으로 배출되어 탈수가 이루어지도록 한다.
또한, 상기 제1챔버(31)에는 초음파발생기(34)가 설치된다. 상기 초음파발생기는 10 ~ 80 kHz 의 주파수대역으로 초음파를 조사하는 것으로, 제1챔버의 바닥에 복수로 설치되거나 제1챔버 바닥과 측벽에 다수 설치하여 내부에 수용되는 슬러지에 대해 하부로부터 상측으로 초음파 조사가 이루어지거나, 하부와 측벽을 통한 라운드식 초음파 조사가 이루어져 초음파 진동에 의한 공동화현상(cavitation)으로 슬러지표면에 일시적으로 생성되는 다수의 미세기포에 의해 슬러지구조가 파손되어 슬러지에 내포된 금속이온이 배출되어 폐수에 녹아드는 형태로 전환된다. 특히 라운드식 초음파조사가 이루어지면 발생되는 주파수간의 간섭에 의해 파장이 변화되어 더욱 미세한 기포를 생성해 슬러지구조의 파손에 의한 금속이온 배출이 용이하게 이루어지도록 한다. 또한 초음파 조사에 의해 여과막 또는 여과포에 침적된 고형물이 탈리되어 여과막 또는 여과포의 폐색을 방지할 수 있다. 상기 초음파가 10 kHz 이하의 주파수대역으로 조사할 경우에는 기포발생이 미약하고, 80kHz 이상의 주파수대역으로 조사할 경우에는 슬러지 내부로 침투하지 못하고 반사량이 커져 슬러지 내부에 공동화현상에 의한 일시적인 기포발생이 어려워 내부 금속이온분리가 잘 이루어지지 않는 단점이 있으므로 상기 범위로 조사하는 것이 바람직하다.
아울러 상기 초음파-전기분해 하이브리드 반응조(30)의 제1챔버(31)와 제2챔버(32)에는 각각 양극부재(35)와 음극부재(36)가 설치된다. 상기 양극부재(35)와 음극부재(36)는 봉이나 판, 관형태로 형성하거나, 다수의 바형태로 형성할 수 있다. 특히 음극부재(36)는 금속이온이 전착되는 부분으로 폐수와의 접촉면적을 증가시키기 위한 다양한 구조로 표면적을 증가시킬 수 있으며, 상기 제1챔버와 제2챔버 중 어느 한 챔버나 상기 제1챔버와 제2챔버 모두에 교반기를 설치하여 교반이 이루어지도록 함으로써 슬러지로부터 배출된 금속이온이 각 챔버에 고르게 분포되도록 하면서 금속이온과 음극부재(36)와의 접촉성을 향상시켜 전착에 의한 금속이온분리가 용이하게 이루어지도록 할 수 있다.
또한 상기 양극부재는 제1챔버에 설치되고 음극부재를 제2챔버에 설치되어 전기분해 반응이 이루어지도록 하거나, 양극부재와 음극부재 모두 제2챔버에 설치하여 전기분해 반응이 이루어지도록 할 수 있다.
이와같이 제1챔버(31)에는 초음파발생기(34)를 다수 설치하고, 제1챔버(31)와 제2챔버(32)에는 각각 양극부재(35)와 음극부재(36)를 설치한 다음 유입조로부터 폐수를 공급받으면 제1챔버(31)로 유입된 고형물인 슬러지가 포함된 폐수는 제1챔버에 담기고, 수직여과벽(33)에 의해 고형물을 여과한 폐수가 제2챔버(32)에 포집된다.
이때 초음파발생기(34)를 작동시키면 초음파발생기에서 생성된 초음파가 고형물인 슬러지에 전달되고, 슬러지 표면에는 공동화현상에 의해 생성된 미세기포가 일시적으로 생성 및 제거되면서 강한 압력이 전달된다. 이러한 압력에 의해 슬러지표면이 파손되어 슬러지로부터 금속성분이 탈거되어 배출되고, 배출된 금속성분은 금속이온상태로 전환된다. 이 상태에서 양극부재(35)와 음극부재(36)에 전원을 공급하면, 금속이온은 수직여과벽(33)을 통과하여 음극부재에 전착됨으로 폐수 및 슬러지에 내포되어 있는 금속이온이 분리된다. 이와 같이 금속이온이 분리된 상태에서 제2챔버(32)의 폐수는 처리수조(50)로 배출되고, 제1챔버(31)의 고형물이 포함된 폐수는 탈수기(60)로 배출된다. 이 과정에서 제1챔버와 제2챔버에 산 또는 알칼리를 첨가하여 pH를 조절함으로써 슬러지로부터 금속의 용해를 증가시키고 용해된 금속의 전기적 추출효율을 높일 수 있다.
또한, 상기 제2챔버(32)의 음극부재(36)로 석출된 금속을 제거하기 위해서는 금속성분이 전착된 음극부재를 교체하거나, 제2챔버에도 제1챔버와 마찬가지로 다수의 초음파발생기(37)를 설치하여 음극부재에 석출된 금속을 초음파 공동현상으로 탈리 또는 박리할 수 있다. 예컨대 금속성분이 전착된 음극부재에 초음파를 조사하여 금속이 탈리 또는 박리되어 음극부재로부터 분리시켜 회수되도록 할 수 있다. 이때 음극부재로부터 금속성분을 분리하여 고농축된 폐수는 고액분리기 또는 탈수기를 통해 수분을 제거하한 다음 금속성분의 수취가 이루어질 수 있다.
또한, 상기 제1챔버와 제2챔버로 결합된 구성을 여러 개로 직렬 또는 병렬 연결하여 일련의 초음파-전기분해 하이브리드 반응조를 구성할 수 있다.
또한, 도 4를 참조한 바와같이 상기 초음파-전기분해 하이브리드 반응조는, 원통형으로 제공될 수 있다. 상기 원통형의 반응조(30)는 내부에 원통형의 수직여과벽(33)으로 외측 제1챔버(31)와 내측 제2챔버(32)를 구획하고, 제1챔버 또는 제2챔버에는 원통 망형태의 양극부재(35)를 설치하고 제2챔버에는 봉형태의 음극부재를 각각 동일축을 갖도록 설치하여 슬러지로부터 탈착된 금속이온이 수직여과벽(33)을 통과하여 제2챔버의 음극부재에 부착됨으로써 슬러지로부터 금속성분의 분리가 이루어지게 할 수 있다. 여기서 상기 양극부재와 양극부재는 도시된 바와같이 제1챔버(31)에 양극부재(35)를 설치하고 제2챔버(32)에 음극부재(36)를 설치하는 형태로 배치되거나, 제2챔버에 양극챔버와 음극챔버를 모두 설치하는 형태로 배치되거나, 제1챔버에 양극부재를 설치하고 제2챔버에는 큰직경으로 음극부재를 설치하고 음극부재 내측에 작은 직경의 원통 또는 봉형태의 양극부재를 설치하는 등 두 양극부재 사이에 음극부재를 배치하여 전기화학반응이 수행되도록 할 수 있다. 이러한 원통형 반응조(30)의 경우에는 제1챔버(31)에 농축된 폐수를 탈수기(60)로 이송하고, 제2챔버(32)의 여과된 폐수는 산화반응조(40)로 공급하여 이후 과정을 수행하도록 할 수 있다.
다음으로 상기 처리수조(50)로 배출된 폐수는 처리수조에서 자중이나 응집제에 의한 침전과정 또는 기타 흡착과정을 수행한 다음 최종적인 배출이 이루어지도록 한다. 상기 침전과정은 배출되는 폐수의 유속을 느리게 형성하여 중력에 의한 침전이 이루어지도록 하고, 상기 흡착과정은 활성탄 또는 이온교환공정을 이용하여 금속성분의 흡착제거가 이루어지도록 한 것이다. 상기 침전 또는 흡착공정으로 처리된 폐수는 거의 100%로 중금속을 포함한 금속성분 제거가 이루어진 다음 최종 배출시킨다. 여기서 상기 처리수조(50)에는 응집제를 더 공급하여 잔류한 금속염을 응집시켜 침전이 이루어지도록 하는 등 다양한 공지기술을 적용하여 금속이온 및 금속염을 제거해 최종배출되는 폐수는 배출수 수질기준을 충분히 충족할 수 있는 수준을 갖도록 하는 것이 바람직하다.
아울러 상기 제1챔버(31)에서 초음파조사와 전기분해에 의한 금속이온이 제거된 슬러지를 포함하는 폐수는 펌프를 통해 탈수기(60)로 공급된다. 상기 탈수기는 원심력에 의한 탈수가 이루어지는 것으로 대표적으로는 다수의 통공이 형성된 내통과, 상기 내통을 내포하는 외통으로 구성되어 내통을 회전시켜 원심력에 의해 수분이 외통으로 배출되어 탈수가 이루어지도록 하는 것이다. 상기 내통을 통과하는 탈수된 슬러지고형물은 건조기로 투입하여 건조가 이루어지도록 하고, 상기 외통에 포집된 폐수는 잔류금속의 농도에 따라서 탈수 이송관을 통해 유입조(20)로 재공급되거나 처리수조(50)로 보내진다.
이외에 상기 탈수기(60)는 원심탈수 이외에 공지된 가압탈수 방식을 적용하여 고형물과 수분을 분리할 수 있다.
또한, 상기 건조기(70)는 탈수가 이루어진 슬러지고형분에 열을 가하여 건조시킴으로써 슬러지를 연료첨가제로 첨가하여 연료화하거나 기타 건축재료 성형에 첨가제로 사용될 수 있게 한 것이다. 이러한 건조기는 탈수기와 일체로 형성하여 탈수와 건조가 동시에 이루어지도록 할 수 있으며, 일체형의 탈수 및 건조기는 공지된 장치를 사용할 수 있다.
한편 도 2를 참조한 바와같이 초음파-전기분해 하이브리드 반응조(30)의 제2챔버(32)에서 배출된 폐수는 산화반응조(40)를 통해 처리수조(50)로 배출되도록 할 수 있다. 상기 산화반응조(40)에는 오존발생장치(41)가 설치되어 유입된 폐수에 오존을 살포하여 폐수 속의 유기물을 산화하는 한편, 용존하는 미량의 금속이온을 산화시켜 금속염 형태로 석출되도록 한 것이다. 예컨대 상기 초음파-전기분해 하이브리드 반응조(30)에서의 금속이온 제거는 95% 정도로 이루어지는 것으로 실험결과에서 알 수 있었으며, 제2챔버(32)에서 배출되는 폐수에는 5%정도의 금속이온이 남은 저농도 금속 폐수임을 알 수 있었다. 따라서, 이를 오존발생장치(41)에 의한 오존공급에 의해 금속이온을 산화금속염으로 석출되도록 한 것이다. 상기 오존발생장치는 도 3을 참조한 바와같이 오존을 발생시키는 오존발생부(411)와, 오존발생부에서 생성된 오존을 산화반응조 내부로 분산시키는 노즐부(412)로 구성되며, 상기 노즐부(412)는 산화반응조의 전면에 고른 오존 공급을 위해 산화반응조 저면 전체를 분산판으로 형성하여 오존공급이 이루어지도록 하거나, 산화반응조의 저면과 측벽에 노즐부를 다수 형성하여 오존공급이 이루어지도록 할 수 있다. 여기서 상기 산화반응조 저면을 분산판으로 형성하는 경우에는 분산판 하부에 도입챔버를 형성하여 오존발생부로부터 생성된 오존을 공급받아 분산판으로의 공급이 이루어지도록 할 수 있으며, 노즐부에 의한 오존공급일 경우에는 오존발생부에서 관을 통해 각 노즐부를 연결하는 배관을 통해 오존공급이 이루어지도록 할 수 있다.
상기 오존의 공급은 단위공간(m3)에 대해 시간당 1~4g O3/hr으로 공급하며, 바람직하게는 시간당 2.0g O3/hr으로 공급하여 금속이온이 산화되어 금속염으로 석출되도록 한다. 상기 1g O3/hr 이하로 오존을 공급할 경우에는 미량의 금속이온과의 충분한 접촉에 의한 반응을 제공하기 어렵고, 4g O3/hr 이상의 경우에는 오존의 과다공급으로 효율성이 저하되므로 상기 범위로 제공하는 것이 바람직하다.
또한, 도 3을 참조한 바와 같이 상기 제2챔버(32)에서 배출되는 폐수는 펌프에 의해 산화반응조(40)의 중간부분 또는 하측부분으로 유입되도록 하고 이에 근접하여 오존발생장치의 노즐부(412)를 설치함으로서 폐수 유입과 동시에 오존공급이 이루어지도록 할 수 있다. 아울러 제2챔버에서 산화반응조로 폐수를 이송시키는 이송관에 오존발생부(411)에서 발생된 고압의 오존을 공급하여 이송과정에서 폐수와 오존의 혼합이 이루어져 산화반응조(40)로 공급되어 산화반응에 의한 금속석출이 이루어지도록 할 수 있으며, 상기 이송관으로의 오존공급과 산화반응조에서의 오존공급은 둘 중 어느 하나를 선택하거나 도시된 바와같이 동시에 이루어지도록 하여 미량의 금속이온 석출이 용이하게 이루어지도록 할 수 있다.
상기 석출된 금속염은 침전이 이루어져 산화반응조(40) 하부에 포집되며, 상기 금속염의 포집을 용이하게 하기 위해 산화반응조의 하부면을 경사면으로 형성하여 산화반응조의 저면중에서도 일측으로 편중되어 포집이 이루어지도록 할 수 있다.
또한 상기 산화반응조(40)에는 교반기를 더 설치하여 산화반응조에 저장된 폐수를 교반시킴으로써 오존과 금속이온의 접촉성을 향상시켜 금속염으로의 석출을 촉진시킬 수 있다.
또한, 제2챔버에서 산화반응조로 이송하는 이송관에 오존을 공급할 경우 오존의 관내 혼합을 유도하기 위하여 이송관내에 유체의 흐름방향에 대하여 항부식 재질의 임펠러나 프로펠러를 설치할 수 있다.
이와같이 금속염이 석출된 폐수는 처리수조(50)로 공급하여 최종적인 배출이 이루어지도록 하는데, 상기 처리수조(50)로 공급되는 폐수의 취수는 산화반응조(40)의 상부에서 이루어지도록 하여 금속염이 처리수조로 유입되는 것을 최소화할 수 있다. 특히 금속염의 유입을 차단시키기 위해 상기 산화반응조(40)에서 처리수조로 폐수를 배출시키는 부위에는 필터를 장착하여 금속염의 배출을 차단할 수 있으며, 제2챔버로부터의 배출수를 산화반응조(40) 상단에 유입시킬 경우 유입부와 산화반응조(40) 유출부 사이에 연직의 간벽(43) 및/또는 침전판(44)을 설치하여 유입수가 처리되지 않고 바로 유출되는 것을 방지할 수 있다. 이외에 산화반응조(40)의 상측에 위어(wier;42)를 설치하여 위어를 월류한 상등수인 상부폐수만 처리수조로 공급되도록 할 수 있다.
상기 산화반응조(40)에서 석출된 산화금속염은 산화반응조(40)의 하부에 포집되는 것으로, 펌프를 이용하여 하부의 석출된 금속염이 포함된 폐수를 흡입하여 고액분리기(80)로 공급하고, 고액분리기(80)에서는 금속염과 수분을 분리하며, 분리된 수분인 분리수는 분리수이송관을 통해 유입조로 재공급하여 중금속회수과정을 더 수행해 분리되지 않은 잔류금속염의 분리가 이루어지도록 할 수 있거나 처리수조(50)로 보낼 수 있다. 상기 고액분리기는 통상적으로 사용되는 장치를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 필터드럼이 설치된 원심분리를 통해 수분과 금속염의 분리가 이루어지도록 하는 것이다.
이하 도 2를 참조하여 본 발명의 자원화설비의 작동상태를 간단하게 설명하면,
먼저 중금속이 포함된 슬러지는 유입조(20)로 공급되고, 유입조에 포집된 중금속을 포함하는 금속성분이 포함된 슬러지는 pH 조정 후 초음파-전기분해 하이브리드 반응조(20)의 제1챔버(31)로 공급한다.
상기 제1챔버로 공급된 금속성분이 포함된 슬러지는 수직여과벽(33)에 의해 슬러지 고형물이 여과된 폐수만 제2챔버(32)로 공급되어 각 챔버에 폐수가 저장된다.
이때 상기 제1챔버(31)에서는 초음파발생기(34)를 통해 슬러지에 초음파를 조사하며, 초음파에 의한 공동화현상으로 슬러지에 미세기포가 발생 및 제거되면서 강한 압력을 전달하게 되고, 강한 압력을 전달받은 슬러지는 금속이온을 탈착하여 배출되고, 배출된 금속이온은 용존성 금속이온 형태로 전환된다.
이와같이 폐수에 용존된 금속이온은 수직여과벽(33)을 통과하여 제2챔버(32)로 이동가능하며, 제1챔버(31)와 제2챔버(32)에 각각 설치된 양극부재(35)와 음극부재(36)에 전원을 인가하면 폐수에 용존된 금속이온은 제2챔버의 음극부재(36)에 전착되어 폐수로부터 분리시켜 회수가 이루어진다. 이때 금속의 전기화학적 추출을 증가시키기 위하여 제1챔버 또는 제2챔버의 폐수에 산 또는 알칼리를 투여하여 pH를 조정할 수 있다.
여기서 상기 제1챔버(31)의 슬러지는 탈수기(60)로 공급되어 탈수가 이루어지고, 탈수된 물은 탈수이송관(61)을 통해 유입조(20)로 공급하여 금속성분 분리공정을 다시 수행하거나 산화반응조(40) 또는 처리수조(50)에 공급되고, 케이크 상태의 슬러지고형분은 건조기(70)로 투입되어 건조가 이루어진 후 자체적으로 연료소재로 생산하거나 타연료와 혼합하는 연료화가 이루어진다.
또한, 제2챔버(32)에서 금속이온을 제거한 폐수는 산화반응조(40)로 공급되며, 산화반응조에서는 오존발생장치(41)를 통해 오존을 공급해 폐수에 용존하는 소량의 금속이온을 산화시켜 금속염 형태로 석출되도록 한다.
석출된 금속염은 침전되어 분리가 이루어지고, 금속염이 분리된 상부폐수는 처리수조(50)를 통해 최종적인 배출이 이루어진다.
그리고, 상기 금속염 침전이 이루어진 산화반응조(40) 하부의 폐수는 펌프에 의해 고액분리기(80)로 공급되어 금속성분을 회수하고 분리된 수분은 분리수이송관(81)을 통해 유입조(20)로 공급하여 금속성분 분리공정을 다시 수행하거나 처리수조(50)로 이송 처리한다.
10 : 자원화설비
20 : 유입조
30 : 초음파-전기분해 하이브리드 반응조
31 : 제1챔버 32 : 제2챔버
33 : 수직여과벽 34,37 : 초음파발생기
35 : 양극부재 36 : 음극부재
40 : 산화반응조
41 : 오존발생장치 42 : 위어
43 : 간벽 44 : 침전판
411 : 오존발생부 412 : 노즐부
50 : 처리수조
60 : 탈수기
61 : 탈수이송관
70 : 건조기
80 : 고액분리기
81 : 분리수이송관

Claims (8)

  1. 금속이 포함된 슬러지로부터 금속성분을 제거 또는 회수하여 수질을 개선시키고, 잔량의 슬러지는 후처리하거나 자원화하는 설비에 있어서,
    여과막 또는 여과포를 구비한 수직여과벽에 의해 내부공간을 제1챔버와 제2챔버로 구획하고, 상기 제1챔버에는 바닥이나 측벽에 10~80kHz 범위의 주파수를 조사하는 초음파발생기가 복수로 설치되어 유입된 금속성분이 포함된 슬러지에 초음파를 조사해 슬러지로부터 금속이온을 탈착시키고, 제1챔버 또는 제2챔버에는 양극부재를 설치하고 제2챔버에는 음극부재를 설치하여 슬러지로부터 탈착된 금속이온이 수직여과벽의 여과막 또는 여과포를 통과하여 제2챔버의 음극부재에 부착됨으로써 슬러지로부터 금속성분의 분리가 이루어지는 초음파-전기분해 하이브리드 반응조;가 포함된 것을 특징으로 하는 금속 함유 슬러지의 자원화설비.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 초음파-전기분해 하이브리드 반응조는,
    여과포 또는 여과막을 구비한 원통형의 수직여과벽으로 외측 제1챔버와 내측 제2챔버를 구획하고, 제1챔버 또는 제2챔버에는 원통 망형태의 양극부재를 설치하고 제2챔버에는 봉형태의 음극부재를 설치하여 슬러지로부터 탈착된 금속이온이 수직여과벽의 여과막 또는 여과포를 통과하여 제2챔버의 음극부재에 부착됨으로써 슬러지로부터 금속성분의 분리가 이루어지게 한 것을 특징으로 하는 금속 함유 슬러지의 자원화설비.
  3. 삭제
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 초음파발생기는 제2챔버의 바닥이나 측벽에 복수로 설치되고, 10~80kHz 범위의 주파수를 조사하여 음극부재에 부착된 금속의 박리와 탈리가 이루어지도록 한 것을 특징으로 하는 금속 함유 슬러지의 자원화설비.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 초음파-전기분해 하이브리드 반응조의 제1챔버에 공급되는 금속 슬러지를 포함하는 폐수가 저장되는 유입조와;
    상기 초음파-전기분해 하이브리드 반응조의 제2챔버에서 배출되는 폐수를 포집하여 잔류금속을 흡착 또는 이온교환 처리 후 최종 배출시키는 처리수조와;
    상기 초음파-전기분해 하이브리드 반응조의 제1챔버에서 배출되는 폐수를 포집하여 탈수시키고, 탈수된 물은 탈수이송관을 통해 유입조 또는 처리수조로 배출시키는 탈수기와;
    상기 탈수기에서 배출되는 슬러지고형분을 건조시켜 연료화하는 건조기;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 금속 함유 슬러지의 자원화설비.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 초음파-전기분해 하이브리드 반응조와 처리수조 사이에는, 오존발생장치가 내설된 산화반응조를 더 구비하여 제2챔버에서 배출되는 폐수에 포함된 유기물과 미량의 금속이온을 산화시켜 금속염으로 석출하여 제거하고, 금속염이 제거된 폐수만 처리수조로 배출되도록 한 것을 특징으로 하는 금속 함유 슬러지의 자원화설비.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 산화반응조로부터 금속염이 포함된 폐수를 공급받아 금속염을 분리시키는 고액분리기와;
    상기 고액분리기에서 분리된 분리수를 유입조 또는 처리수조로 공급하는 분리수이송관;이 더 설치되는 것을 특징으로 하는 금속 함유 슬러지의 자원화설비.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 산화반응조에는 상측에 침전판과 위어(wier)를 설치하여 위어를 월류한 상부 폐수를 처리수조로 배출시키는 것을 특징으로 하는 금속 함유 슬러지의 자원화설비.
KR1020140003750A 2014-01-13 2014-01-13 금속 함유 슬러지의 자원화설비 KR101444672B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140003750A KR101444672B1 (ko) 2014-01-13 2014-01-13 금속 함유 슬러지의 자원화설비

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140003750A KR101444672B1 (ko) 2014-01-13 2014-01-13 금속 함유 슬러지의 자원화설비

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101444672B1 true KR101444672B1 (ko) 2014-09-26

Family

ID=51761164

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140003750A KR101444672B1 (ko) 2014-01-13 2014-01-13 금속 함유 슬러지의 자원화설비

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101444672B1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111732307A (zh) * 2020-07-31 2020-10-02 电子科技大学 一种污泥重金属处理装置和方法
KR20210073672A (ko) * 2019-12-10 2021-06-21 주식회사 애니텍 시멘트킬른더스트 처리 장치 및 방법

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060067973A (ko) * 2003-09-16 2006-06-20 글로벌 이오닉 인코퍼레이티드 용액으로부터 물질을 제거하기 위한 전해 전지
KR20090127550A (ko) * 2008-06-09 2009-12-14 한국해양대학교 산학협력단 인산염과 초음파를 이용한 중금속의 고정화 방법
KR20110024862A (ko) * 2009-09-03 2011-03-09 주식회사 포스코 철강재 중 비금속 개재물 추출방법 및 그 장치
KR101029472B1 (ko) * 2010-10-25 2011-04-18 (주)에코앤파워 전기분해에 의한 구리 회수 장치

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060067973A (ko) * 2003-09-16 2006-06-20 글로벌 이오닉 인코퍼레이티드 용액으로부터 물질을 제거하기 위한 전해 전지
KR20090127550A (ko) * 2008-06-09 2009-12-14 한국해양대학교 산학협력단 인산염과 초음파를 이용한 중금속의 고정화 방법
KR20110024862A (ko) * 2009-09-03 2011-03-09 주식회사 포스코 철강재 중 비금속 개재물 추출방법 및 그 장치
KR101029472B1 (ko) * 2010-10-25 2011-04-18 (주)에코앤파워 전기분해에 의한 구리 회수 장치

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210073672A (ko) * 2019-12-10 2021-06-21 주식회사 애니텍 시멘트킬른더스트 처리 장치 및 방법
KR102275438B1 (ko) 2019-12-10 2021-07-13 주식회사 애니텍 시멘트킬른더스트 처리 장치 및 방법
CN111732307A (zh) * 2020-07-31 2020-10-02 电子科技大学 一种污泥重金属处理装置和方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4186523B2 (ja) 排水浄化装置および排水浄化システム
CA2698880A1 (en) Method and apparatus for electrocoagulation
KR20050093725A (ko) 산화 가압 부상장치
WO2006084110A2 (en) Ballasted flocculation process and system incorporating an electro-coagulation reactor for treating water or wastewater
KR101270403B1 (ko) 초음파 산화-추출 하이브리드 복합오염토양 정화 시스템 및 방법
KR101444672B1 (ko) 금속 함유 슬러지의 자원화설비
KR102013076B1 (ko) 이동식 슬러지 탈수장치
KR20130131613A (ko) 폐수 응집 처리장치
KR20060111126A (ko) 물리화학적 폐수처리 시스템 및 그 방법
JP2015031661A (ja) 焼却飛灰の洗浄方法
KR100292225B1 (ko) 오·폐수 및 축산, 분뇨폐수의 중수도화에 관한 방법 및 장치
RU2361823C1 (ru) Установка для очистки сточных вод полигонов твердых бытовых отходов
JP5283831B2 (ja) 下水処理施設及び下水処理方法
KR101646590B1 (ko) 하수처리 과정에서 발생한 반류수 처리방법
JP2014094322A (ja) 多段階の有機廃水処理システム
KR200177208Y1 (ko) 전기분해법에 의한 폐수 처리장치
KR100849219B1 (ko) 음식물 쓰레기의 폐수 처리장치 및 처리방법
CA3129430A1 (en) Organic waste treatment process
JP2016064332A (ja) 混合灰の脱塩・セメント原料化方法及び装置
JP2013220387A (ja) 排水処理方法及び装置
JP4033671B2 (ja) 貯炭場濁水浄化装置および貯炭場濁水の浄化方法
CN108503067A (zh) 含重金属的工业污水处理工艺
JP3176638U (ja) 放射性排水の処理装置
CN201842745U (zh) 从城市污水处理后的剩余污泥中回收磷的处理***
JP3444783B2 (ja) 汚泥中のダイオキシン類の除去方法

Legal Events

Date Code Title Description
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170726

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190919

Year of fee payment: 6