KR20020092619A

KR20020092619A - 슬래그 및 비산재를 이용한 상수, 용수 및 폐수의물리화학적 응집 ㆍ응결 처리 방법

Info

Publication number: KR20020092619A
Application number: KR1020010031355A
Authority: KR
Inventors: 김창균
Original assignee: 김창균
Priority date: 2001-06-05
Filing date: 2001-06-05
Publication date: 2002-12-12

Abstract

본 발명은 상수, 용수 및 폐수를 물리화학적 응집ㆍ응결 공정으로 처리하는데 있어서, 응집 보조제로 슬래그 분말, 비산재(바닥재) 분말 또는 슬래그분말 또는 비산재(바닥재) 분말, 점토 및 벤토나이트의 혼합물을 사용하여 플럭의 크기를 거대화, 밀도를 증가시켜 상수, 용수 및 폐수 중 유기물, 인, 질소 성분을 신속하게 제거할 수 있는 방법을 제공하기 위한 것이다.

Description

슬래그 및 비산재를 이용한 상수, 용수 및 폐수의 물리화학적 응집 ㆍ응결 처리 방법{Method for the physical and chemical coagulation and flocculation treatment water and wastewater using a slag and a fly ash}

본 발명은 상수, 용수, 폐수 중 유기물, 인, 질소 및 기타 오염물질을 제철소 발생 부산물인 슬래그 또는 화력발전소 발생 비산재(바닥재)를 이용하여 물리화학적 응집 응결 공정으로 효과적으로 제거하는 방법에 관한 것이다.

상수, 용수, 폐수 중에 존재하는 유기물, 인, 질소 및 기타 오염 물질은 인을 제외하면 모두 음이온을 띠고 있다. 인을 제거하기 위해서 통상 알루미늄염, 예를 들면, 황산반토나, 철염 계통의 응집제를 사용하여 인을 응집ㆍ응결 후 침전시켜 제거하는데 그 처리 원리는 다음과 같다.

Al³⁺+ PO₄ ^3-----→ AlPO₄

Fe³⁺+ PO₄ ^3-----→ FePO₄

이와 같은 조건에서 황산반토의 경우 pH 6 전후, 철염의 경우 pH 5 전후에서 인의 최적 응집응결 조건이 성립된다.

오염물질 중 양이온의 금속이온은 수중의 중탄산염과 반응하여 다음 반응식과 같이 금속 수산화물 형태로 응집ㆍ 응결되어 침전 제거된다.

Zn²⁺+ 2HCO^3-----→ Zn(OH)₂+ 2CO₂

Mn³⁺+ 3HCO^3-----→ Mn(OH)₃+ 3CO₂

유기물 및 질소 성분은 위 두 식과 같이 형성된 응집 플럭과 금속 수산화물 형태의 플럭에 흡착되어 제거되는 동시에 음이온 고분자 응집제를 추가로 첨가하여 응결과정에서 고분자응집제에 흡착되어 제거된다.

한편, 이 과정에서 응집 공정의 오염 물질 제거 효율을 보다 증가시키는 동시에 생성된 플럭을 신속하게 침전시키기 위하여 플럭을 거대화, 고밀도 형성을 유도하기 위하여 유리, 점토, 벤토나이트를 일정 비율로 혼합하여 응집공정에 응집보조제로 사용하는 방법이 알려져 있다.

그러나, 위 공정에서 유리는 응집보조제로 사용하기 위하여 별도로 수집비용 및 가공비용이 소요되고 있어 경제적인 측면에서 부담이 되고 있는 반면 슬래그 또는 비산재는 제철산업시설과 화력발전소에서 부산물로 발생되어 언제든지 원하는 양만큼 적기에 조달하여 사용할 수 있는 장점이 있다.

이와는 별도로 기존 알루미늄염, 철염, 고분자 응집제를 이용하여 수중 오염물질을 처리할 경우, 그 제거효율은 통상 50 ~ 60％ 정도로 알려져 있으며, 처리대상 물의 수질 및 수량이 시간적으로 변할 경우 그 처리효율은 더 낮아진다. 또한, 겨울철이 되어 기온이 5 ~ 10℃가 될 경우 그 처리효율은 10 ~ 20％ 정도 감소하는 것으로 알려져 있다.

상기와 같이 종래 방법들은 경제성이나 기술적인 측면에서 많은 문제점을 내포하고 있어 그 적용성에 한계를 내포하고 있다.

본 발명자들은 상기한 종래 방법의 제반 문제점을 해결하기 위하여 연구를행하고, 그 결과에 근거하여 본 발명을 행하게 된 것으로서, 본 발명은 상수, 용수, 폐수를 물리화학적 응집ㆍ응결공정으로 처리하는데 있어 현재 철강제품을 제조하는 공정 또는 화력발전소에서 발생되고, 시멘트 원료, 도로노반재, 중화제로 등의 다양한 용도로 활용되고 있는 슬래그 및 비산재 분말을 응집 보조제로 이용하여 플럭의 거대화 및 밀도를 증가시켜 유기물, 인, 질소 및 기타 오염물질을 고효율로 빠른 침전속도로 제거시킬 수 있는 슬래그 또는 비산재를 이용한 수 및 폐수의 물리화학적 응집 ㆍ응결 처리 방법을 제공하고자 하는데 그 목적이 있는 것이다.

도 1은 본 발명에서 사용하는 슬래그 및 비산재를 이용한 물리화학적 응집ㆍ응결처리장치의 개략도이다.

도 2는 상수ㆍ용수에 대한 응집제 종류별 유기물 제거 효과를 나타낸 그래프이다.

도 3은 하수에 대한 응집제 종류별 유기물 및 탁도 제거 효과를 나타낸 그래프이다.

1 ---- 혼합반응조2 ---- 급속교반조

3 ---- 완속교반조4 ---- 침전조

5 ---- 경사판6 ---- 슬래그분말

7 ---- 무기응집제(황산반토)

8 ---- 고분자응집제(폴리아크릴아미드)

9,10,11 ---- 교반기12 ---- 반송슬러지펌프

13 ---- 슬러지배출구14 ---- 처리수유출구

본 발명은 알루미늄염(황산반토 등) 및 철염(염화제이철 등) 등의 무기 응집제를 기본 응집제로 사용하고, 응결제로서 음이온 고분자 응집제(폴리아크릴아미드 등)를 사용하여 상수, 용수 및 폐수를 물리화학적으로 응집ㆍ응결 처리하는 방법에 있어서, 유기물, 인, 질소 등 영양염류와 기타 오염물질들의 흡착력을 증가시키고, 침전조에서의 침전성 증가와 처리속도를 증진시키기 위한 보조 응집제로서 20-500㎛ 입경의 슬래그 및 비산재(바닥재) 미분말 단독 또는 슬래그 미분말, 점토 및 벤토나이트의 2 : 2 : 1의 혼합물을 금속응집과정에 사용하여서 되는 슬래그를 이용한 상수, 용수 및 폐수의 물리화학적 응집 ㆍ응결 처리 방법임을 그 특징으로 한다.

본 발명에서 물리화학적 응집ㆍ응결 공정으로 처리될 수 있는 상수, 용수 및 폐수는 통상 유기물 농도가 0.1 ~ 800 mg/ℓ, 인 농도가 0.01 ~ 20 mg/ℓ, 질소 농도가 1 ~ 120 mg/ℓ, 금속염 농도가 0.01 ~ 250 mg/ℓ 및 기타 탁도 물질이1 ~ 300 mg/ℓ 정도가 함유되어 있다.

본 발명에서 응집 보조제로 사용하는 슬래그 및 비산재는 통상 미국 EPA에서 제정한 산성 조건의 용출 시험 방법인 TCLP(Toxicity Characteristic Leaching Procedure)법 시험을 통과하여 환경에 무해한 슬래그 및 비산재 등을 들 수 있으며, 그 대표적인 슬래그 및 비산재의 조성은 다음 표 1과 같다.

	Ca	As	Cd	Pd	Ag	Se	Ba	Cr⁶⁺
용출시험결과(mg/ℓ)	1640	Tr	Tr	Tr	Tr	Tr	Tr	Tr
기준		5	1	5	5	1	100	5

상기 표 1에 나타낸 바와 같이, Ca 이온 농도가 1640 mg/ℓ로 나타나 슬래그 및 비산재의 알칼리 특성을 명확하게 입증하였으며, 이는 응집과정 중 아래 식과 같이 무기염의 응집제로 사용되어 수산화물 형태의 플럭 생성에 이용될 수 있다는 것을 알 수 있다.

Ca₂ ⁺+ 2HCO₃ ^-----→ Ca(OH)₂+ 2CO₂

또한, 용출시험결과 모든 함유성분이 미량함유(Trace) 수준으로 나타나 응집보조제로 이용하더라도 유해성 문제가 없다는 것을 알 수 있다.

본 발명에서는 상수, 용수, 폐수를 물리화학적으로 응집ㆍ응결 공정으로 처리시 기본응집제로 알루미늄염(예를들면 황산반토)와 철염, 보조응집제로 슬래그분말 또는 비산재 분말 단독 또는 슬래그분말 또는 비산재분말, 점토, 벤토나이트를 일정비율로 혼합하여 응집공정을 수행하고, 음이온 고분자 응집제(폴리아크릴아미드 등)를 응결제로 이용하여 거대 플럭을 형성시킨다. 이 과정에서 수중 유기물, 인, 질소 등의 영양염류와 기타 오염물질은 고효율로 신속하게 금속염이나 수산화물 형태로 제거되는 동시에 이들에 흡착제거된다.

본 발명에 있어서, 상수, 용수, 정수처리에 대한 슬래그 및 비산재분말의 사용량은 수중의 유기물, 인, 질소 및 기타 오염물질의 농도 및 유량에 따라 점토 및 벤토나이트와 2 : 2 : 1의 일정비율로 혼합하여 사용한다.

이하, 본 발명을 실시예 및 비교예에 의거하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

실시예

도 1은 본 발명에 따른 물리화학적 응집ㆍ응결처리장치의 개략도로서, 이 물리화학적 처리장치는 도 1에 나타낸 바와 같이 처리 대상 물이 혼합반응조(1)로 유입되어 상기 표 1의 20-500㎛ 입경의 슬래그 분말 또는 비산재분말(6)과 180 rpm의 교반기(9)에 의해서 3분 동안 급속 응집공정을 거치게 된다. 또는 동일조건에서 슬래그분말 또는 비산재분말, 점토, 벤토나이트가 2:2:1의 일정비율로 50-150 mg/L 농도로 주입된다.

이어서, 급속교반조(2)에 유입되어 알루미늄(황산반토 등) 및 철염 (염화제이철 등)의 무기응집제(7)가 50-150 mg/L로 혼합되어 120 rpm의 교반속도로 1분 동안 교반기(10)에 의하여 교반된다.

이 후 완속 교반조(3)로 유입되어 고분자 응집제(폴리아크릴아미드 등)(8) 가 1-2 mg/L로 주입되어 60 rpm으로 교반기(11)로 혼합되면서 3분 동안 응결과정을 거친다. 슬러지는 침전조(4)에서 경사판에 의해 5-10분 동안 침전된다. 침전된 슬러지는 유입유량 대비 10-100% 반송슬러지 펌프(12)에 의해 급속교반조(2)로 반송된다.

도 1에서 부호 5는 경사판, 부호 13은 슬러지배출구, 부호 14는 처리수 유출구를 나타낸다.

상수 및 용수원인 원수와 폐(하)수를 원수로 하여 상기 실시예 및 도1과 같은 조건하에서 5 ㎥/hr의 처리속도로 처리수의 수질을 조사하였으며, 그 결과를 도 2와 3에 각각 나타내었다.

비교예

상기 실시예 중에서 보조응집제로서 유리, 점토 및 벤토나이트의 혼합물 또는 유리를 단독으로 사용하는 것 이외에는 상기 실시예 및 도 1의 조건과 동일하게 실시하였다. 그 결과를 도 2와 3에 각각 나타내었다.

도 2에서 보는 바와 같이, 유리를 이용하는 경우보다 20-500㎛입경의 슬래그분말 또는 비산재분말 또는 점토, 벤토나이트의 혼합물을 이용하는 경우 유기물, 0.09 mg/ℓ, 인은 0.002 mg/ℓ, SS는 1.5 mg/ℓ 더 낮은 농도로 제거할 수 있음을 알 수 있었다.

도 3에서 보는 바와 같이 20-500㎛입경의 슬래그 분말 또는 비산재 분말 또는 점토, 벤토나이트의 혼합물을 사용한 경우가 유리를 사용한 경우에 비하여 유기물 제거 효율이 약 COD_Mn5.6％, TBOD는 4.3％, TCOD_cr은 2.3％ 높게 제거되었으며, SS는 1.4％ 더 제거되었고, TKN 및 인은 3.2 및 0.1％ 높게 제거되었음을 나타내므로서 슬래그 또는 비산재가 수처리 응집제로서 유용하다는 것을 알 수 있었다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 20-500㎛입경의 슬래그 또는 비산재를 이용하여 상수, 용수 및 폐수를 물리화학적으로 응집ㆍ응결처리하는 동시에 폐수에 함유되어 있는 유기물, 인, 질소 및 기타 오염물질을 플럭형성 및 플럭 흡착하여 신속하게 제거할 수 있어 특히 우류 유출수 및 축산폐수 등 비점오염원의 수질이나 유량 변동에 유기적으로 대처하여 경제적이면서 기술적으로 용이하게 안정된 수질을 확보할 수 있다.

Claims

알루미늄염 및 철염 등의 무기 응집제를 기본 응집제로 사용하고, 응결제로서 음이온 고분자 응집제를 사용하여 상수, 용수 및 폐수를 물리화학적으로 응집ㆍ응결 처리하는 방법에 있어서, 유기물, 인, 질소 등 영양염류와 기타 오염물질들의 흡착력을 증가시키고, 침전조에서의 침전성 증가와 처리속도를 증진시키기 위한 보조 응집제로서 20-500㎛입경의 슬래그 미분말 단독 또는 비산재(바닥재) 미분말 단독 또는 슬래그 미분말 또는 비산재미분말, 점토 및 벤토나이트의 혼합물을 금속응집과정에 사용하여서 되는 것을 특징으로 하는 슬래그 또는 비산재를 이용한 상수, 용수 및 폐수의 물리화학적 응집 ㆍ응결 처리 방법.
제 1항에 있어서, 상기 20-500㎛입경의 슬래그 미분말 또는 비산재 미분말, 점토 및 벤토나이트의 혼합물은 2 : 2 : 1의 비율로 혼합된 것임을 특징으로 하는 슬래그 또는 비산재를 이용한 상수, 용수 및 폐수의 물리화학적 응집 ㆍ응결 처리 방법.