KR100261041B1 - 폐기물을 이용한 입상형 제오라이트의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 화력발전소에서 대량 폐기되고 있는 석탄재를 알카리액으로 가열 처리후 세척·건조하여 분말형 인공제오라이트를 제조하고 이를 입상화하는 방법과 그 용도에 관한 발명이다.

인공제오라이트의 높은 양이온 치환능과 다공성 미세구조를 이용하면 전자산업, 광공업, 축산업 등에서 배출되는 폐수 중의 중금속과 암모니아성 질소를 흡착제거할 수 있으나, 분말형이므로 정화후 분리 회수하는데 별도의 시설과 관리기술이 요구되며, 음이온을 제거하기 위해서는 별도의 설비가 추가로 필요하다.

이와 같은 문제를 해결하고자 분말형 인공제오라이트와 응고물질인 포틀랜트 시멘트를 4:1의 중량비율로 혼련후 압출성형하여 건조시킴으로써 양이온 교환능은 물론 음이온 교환능이 우수한 입상형 인공제오라이트를 생산할 수 있는 기술을 개발하였다. 입상형 인공제오라이트에 의한 중금속, 질소, 인 제거기술은 일정한 처리시간 후 정화수는 방류하고 부산물은 손쉽게 회수처리하는 것인데, 광산폐수의 1/100량의 인공제오라이트를 정체처리시 Cu, Cd, Pb, Zn 등의 중금속은 물론 유독성 시안산도 완전 제거시킬 수 있었으며 양이온인 질소(1,545㎎/ℓ)와 음이온인 인(417㎎/ℓ)이 동시에 함유된 오수에 넣으면 24시간 후에 질소는 97%, 인은 83% 제거되는 것으로 나타나 오폐수 정화율이 매우 우수한 것으로 확인되었다.

따라서 본 발명은 폐자원을 이용하여 폐수처리제를 개발하므로써 자원 재활용율을 높이고 정화시설 및 관리비를 절감시켜 경제적으로 오폐수를 처리할 수 있으므로 산업체의 생산원가 절감에 크게 기여할 것으로 기대된다.

Description

폐기물을 이용한 입상형 제오라이트의 제조방법

본 발명은 화력발전소에서 발생되고 있는 석탄재를 이용하여 입상형 인공제오라이트를 제조하는 방법에 관한 발명이다.

보다 상세하게는 화력발전소에서 대량 폐기되고 있는 석탄재를 알카리액으로 가열처리후 세척·건조하여 분말형 인공제오라이트를 제조하고 이를 입상화하는 방법에 관한 발명이다. 화력발전소에서 발생되고 있는 석탄재를 마땅한 처리방법이 없어서 호소, 해안에 매립 폐기함으로써 생태계를 오염시키고 있다.

본 발명은 석탄재를 이용한 입상형 인공제오라이트를 제조하여 공장폐수 및 광산폐수 등에 유출되어 생태계와 환경에 악영향을 미치는 중금속류는 물론이고 축산오수, 생활하수 중에 함유되어 호소, 하천 부영양화의 주요 원인물질인 질소와 인을 동시에 간편하게 제거시킬 수 있는 입상형 인공제오라이트의 제조방법을 제공하는데 있다. 한편 천연제오라이트는 고가이면서 混種 또는 다량의 불순물을 함유하고 있으며 고가이므로 이용에 제한이 따르고 있다.

오·폐수 중의 중금속은 수질과 토양을 오염시켜 생태계를 파괴시키며 인간의 건강을 위협하고 있는 환경오염물질이고, 질소와 인 성분은 호소, 하천의 부영양화의 주요 원인물질로서 다량 존재시 조류가 급격히 번식하면 여과장애 및 악취 발생으로 수자원을 오염시킨다. 이러한 오염물질을 정화처리후 발생하는 슬러지의 분리 및 탈수에 별도이 설비가 요구되고, 질소와 인등 성분별 처리시설과 고도의 관리기술이 필요하다.

인공제오라이트의 제법에 관한 선행기술로는 일특소59-86687는 석탄재를 이용하여 인공제오라이트를 제조한 후 탈취, 탈색, 배지, 방파제 등의 용도로 사용한다. 일특평3-40915는 인공제오라이트의 입상화 및 흡착제에 관한 것이고, 일특평8-276198은 인공제오라이트를 하천정화에 이용하는 것이다.

천연제오라이트는 크리높틸로라이트계열로서 이온교환제, 흡착제, 촉매 등으로 활용되고 있으나 둘이상의 상이 공존하거나 다량의 불순물을 함유하고 있어서, 오폐수중에서 중금속과 암모니아성 질소의 제거에 어려움이 있고 음이온은 제거할 수 없다. 석탄재와 알칼리액을 원료물질로 하여 제조된 분말형 인공제오라이트는 양이온교환능력과 다공성구조를 가지고 있어서, 중금속제거에 탁월한 효과가 있다.

분말형 인공제오라이트는 양이온만을 흡착하는 단점이 있으므로 본 발명에서는 음이온 흡착형 응고물질과 혼합 성형하여 오폐수중의 양이온, 음이온, 중금속을 동시에 제거하는 입상형 인공제오라이트를 제조하는 방법을 제공한다.

제1도는 입상 인공제오라이트의 입도별 분포도.

제2도는 입상 인공제오라이트 표면을 확대촬영한 상태이다.

제3도는 입상 인공제오라이트를 이용한 폐수정화효과를 나타낸 상태이다.

[분말형 인공제오라이트 제조]

화력발전소에서 발생되는 석탄재와 저농도(14%이하) 가성소다액을 적정비율(1:8)로 혼합하여 100℃에서 6시간 가열 교반처리하여 고체와 액체를 분리하여 인공제오라이트를 제조한 후 과잉의 가성소다(NaOH)는 세척하고 탈수 및 건조하여 인공제오라이트를 생산한다.

[입상형 인공제오라이트 제조]

분말형 인공제오라이트와 포틀랜트 시멘트를 4:1의 비율로 호합한 후, 고체중량의 30%의 물을 넣어 혼합기로 잘 섞는다. 이를 나선형으로된 회전이송 장치와 압착장치를 이용하여 다양한 크기(굵기:1.7∼6.0mm, 길이:2cm 이하)로 압착성형하여 터널식 송풍 건조 이송장치를 거치면 입상화된 인공제오라이트가 생산된다. 입상화된 인공제오라이트를 열풍순환형 건조장치로 급속건조시켜 다공화시키거나 자연건조시켜 망사에 일정량씩 포장하여 공장폐수, 축산오수, 생활하수, 광산폐수 등을 손쉽게 정화시키는데 실용적으로 활용한다.

[실시예 1]

분말형 인공제오라이트를 입상화 시키는데 있어서 양이온 흡착능과 음이온흡착능이 우수한 응고물질을 선발하고자 포틀랜트시멘트, 타일시멘트, 슬래그시멘트 및 석고를 각각 1g씩 평량한 뒤 양돈오수 500ml를 125ml 삼각플라스크에 함께 넣고 4시간 진탕후 여과하여 그 농도를 측정한 결과 포틀랜트시멘트가 양이온인 암모니아성 질소는 물론 음이온인 인의 제거능이 가장 우수한 응고물질로 선발되었다.

[실시예 2]

[용도별 응고물질 적정 혼합비율 구명]

선발된 우수 응고물질은 포틀랜트시멘트를 분말형 인공제오라이트와 혼련후 입상인공제오라이트 생산시 적정혼합비율을 구명하고자 포틀랜트시멘트를 인공제오라이트 대비 33, 25, 20, 16% 량을 넣고 입상화 시킨 것을 200rpm으로 진탕한 결과 20% 량을 혼합해도 물속에서 붕괴되지 않아 입상화에 필요한 포틀랜트시멘트의 혼합율이 33%까지 증가할수록 음이온인 인의 제거능이 향상되었고, 반대로 그 혼합율이 20%까지 낮아질수록 양이온인 암모니아성 질소 제거능이 향상되어 오폐수중 중금속이나 암모니아성 질소와 같은 양이온의 구성비율이 인과 같은 음이온 보다 월등히 높은 폐수(축산오수, 광산폐수, 공장폐수 등) 처리에는 포틀랜트시멘트의 혼합율을 20%로 하는 것이 정화율을 향상시킬 수 있었다.

[실시예 3]

입상형 인공제오라이트를 폐수의 1/40량을 넣고 24시간 진탕하면 아연은 92%, 구리는 98%, 카드뮴은 94%, 납은 99.9%가 제거되었다. 아연, 구리, 카드뮴, 납 등의 중금속을 대상으로 반응시간별로 제거효율을 측정하였던 바 표 3과 같다.

[실시예 4]

입상형 인공제오라이트를 광산폐수의 1/100량을 넣고 5일간 교반을 하지 않고 정체처리하였던 바 중금속농도가 농작물 피해한계농도 이하로 낮아졌으며 표 4와 같이 시안산(Cyanuric acid)도 완전히 제거되었다.

[실시예 5]

입상형 인공제오라이트를 분말형과 입상형의 성능을 비교하기 위하여 양이온인 암모니아성질소와 음이온인 인산염을 대상으로 흡착능을 시험한바 표 5와 같이 분말형은 양이온 제거능은 우수하나 음이온 제거능이 낮고, 입상형은 양이온 및 음이온제거능이 우수하였다.

[실시예 6]

입상형 인공제오라이트의 양돈오수 정화효과를 파악하기 위하여 이리농공대학부속농장에서 발생되는 양돈폐수를 대상으로 처리효과를 시험하여 표 6과 같이 나타냈다.

본 발명은 전자산업, 금속가공업, 광업 등의 폐수 중에 함유된 중금속을 99% 이상 정화시킴으로써 환경오염방지는 물론 인간과 가축의 보건위생에 기여할 수 있으며, 오폐수 중 중금속 정화시 슬럿지 발생에 따른 고액분리 및 탈수 설비가 불필요하여 설치비용을 절감할 수 있으며 또한 관리기술이 간편하여 누구나 쉽게 이용할 수 있다. 축산오수에 함유된 질소와 인 등은 수질악화물질이자 식물영양물질인 데 입상형 인공제오라이트로 축산오수를 정화한 뒤 부산물중 유용성분을 양액재배 등을 통해 식물영양원으로 공급한 뒤 다시 오수정화용으로 순환 활용할 수 있다. 입상형 인공제오라이트의 다공성 구조는 정화미생물의 생활공간으로서 정화효율 극대화에 기여할 수 있으며, 화력발전소에서 발생되는 석탄재를 이용하여 인공제오라이트를 생산함으로써 폐자원을 이용할 수 있다.

Claims (3)

1. 화력발전소에서 발생하는 석탄재를 이용하여 인공제오라이트를 제조함에 있어서, 석탄재를 저농도의 알칼리액과 가열처리함으로써 분말형 인공제오라이트를 얻는 과정과, 상기 분말형 인공제오라이트에 분말형 인공제오라이트 대비 16∼33%의 포틀랜트시멘트를 물과 함께 혼합한 후, 나선형 회전이송장치 및 압출장치로 입상형 인공제오라이트를 제조하는 것을 특징으로 하는 폐기물을 이용한 입상형 인공제오라이트의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 알칼리액은 가성소다(NaOH), 소다회(Na₂CO₃), 소석회(Ca(OH)₂), 석회석(CaCO₃) 또는 생석회(CaO)에서 선택된 1종류임을 특징으로 하는 폐기물을 이용한 입상형 인공제오라이트의 제조방법.
3. 제1항에 있어서, 분말형 인공제오라이트와 포틀랜트시멘트의 혼합시 함수율을 30%로 하고, 압출장치에서 직경 1.7∼6.0mm와 길이 2cm 이하로 성형하는 것을 특징으로 하는 폐기물을 이용한 입상형 인공제오라이트의 제조방법.