‡Corresponding author: Tel. +82-51-620-6239, E-mail. [email protected]
인회석을 이용한 도금폐수 내의 중금속 제거효율 평가
최정찬
부경대학교 환경지질과학과
요 약
본 연구의 목적은 도금폐수 내의 중금속에 대한 천연물질인 인회석의 제거효율에 대한 실내실험을 평가하 는 것이다. 4가지 다른 입자 크기인 2 mm(10번 체) 통과-0.84 mm(20번 체) 잔류분, 0.42 mm(40번 체) 잔류분, 0.149 mm(100번 체) 잔류분 그리고 0.075 mm(200번 체) 잔류분의 인회석이 사용되었으며 유속은 최소 9.15 x 10-4 l/min/kg에서 최대 60.43 x 10-4 l/min/kg으로 변화시켰다. 실내실험 결과, 인회석의 용해율은 유속에 비례 하고 입자크기에 반비례 하였다. 도금폐수 유입수의 pH는 1.98이었으나 인회석과 반응 후의 유출수에서는 3.05-5.30으로 증가하였다. 인회석 0.42 mm 통과분-0.149 mm 잔류분을 유속 60.43 x 10-4 l/min/kg(1kg의 인회 석에 1l의 도금폐수를 165분 간 반응시킴)으로 설계하면 경제적 측면에서 가장 적절한 것으로 사료된다. 이 경 우 도금폐수 유입수의 pH는 1.98에서 인회석과 반응 후의 유출수에서는 5.30으로 증가하고 Cr, Fe, Cu 및 Zn 은 각각 77%, 100%, 99% 및 41% 제거되는 것으로 나타났다. 인회석의 용해율은 0.36 g/min/kg으로 계산 되 었다. 그러나 165분의 반응시간으로는 크롬 및 아연을 기준치 이하로 제거하지 못하고 침전물 내에 아직 반응 이 일어나지 않은 인회석이 포함되어 있기 때문에 인회석 반응조를 다단계로 하는 실험을 수행해 그 결과를 평 가해야 할 것이다.
주요어: 산업폐수, 중금속, 인회석, 용해율
Jung Chan Choi, 2006, Evaluation on Heavy Metals Removal Efficiencies in the Plating Factory Wastewater Using Apatite. Journal of the Geological Society of Korea. v. 42, no. 2, p. 307-316
ABSTRACT: The purpose of this study is to evaluate heavy metals removal efficiencies of apatite for the plating factory wastewater based on lab experiments. Four different apatite grain sizes such as 2 mm (No. 10 seive) pass- ing-0.84 mm (No. 20 seive) retained, 0.42 mm (No. #40 seive) retained, 0.149 mm (No. 100 seive) retained, and 0.075 mm (No. 200 seive) retained were used and flow rates of industrial waste water were varied from 9.15 x 10-4 l/min/kg to 60.43 x 10-4 l/min/kg. The results showed that the dissolution rate of apatite is proportional to the flow rate but is inversely proportional to the grain size of apatite. The pH of the inlet water (the plating factory wastewater) increased from 2.0 to 3.1 - 5.3 at the outlet. It is likely that the apatite grain size between 0.42 mm (No. 40 seive) and 0.149 mm (No. 100 seive) with a flow rate of 60.43 x 10-4 l/min/kg (reaction time of 165 minutes per one liter of this industrial waste water per one kilo gram of apatite) is the most efficient condition for removing heavy metals. In this case, pH would increase from 1.98 to 5.30 and, the removal efficiencies for Cr, Fe, Cu &
Zn would be 77% 100%, 99% and 41%, respectively. But, the experiment used in this study did not show sufficient removal efficiencies for Cr and Zn that could satisfy the wastewater discharge limits. In addition, it was revealed that small apatite particles did not react with the wastewater during the experiment. Therefore, an additional experi- ment using multiple apatite reaction tanks is suggested for further studies for better removal efficiencies.
Key words: industrial waste water, heavy metals, apatite, dissolution rate
(Jung Chan Choi, Dept. of Environmental Geosciences, Pukyong National University, 599-1, Daeyeon3-Dong, Nam-Gu, Busan, Korea)
1. 서 언
현재 , 국내 폐석탄광산에서는 폐갱구들로부터 유 출되거나 주변 폐석더미로부터 지속적으로 배출되는 다량의 산성광산배수 (AMD, Acid Mine Drainage) 로 인해 주변 지하수와 지표수가 오염되어 수중 생태계 의 파괴뿐만 아니라 인간 생활에도 악영향을 주고 있 다 . 전국의 폐탄광들 중 갱내수가 유출되고 있는 곳 은 152 개 탄광 , 206 개 갱구로서 , 하루 10 만 톤 이상이 유출되고 있으며 , 이로 인한 하상오염 구간은 약 152 km 에 이르는 것으로 조사된 바 있다 ( 석탄산업합리 화사업단 , 1995).
또한 , 전국에 산재한 1,000 여개의 휴 ․ 폐광산 중 225 개 광산 토양오염조사에 의하면 , 5 개 중금속 원 소의 분석자료 중 광미에서 가장 함량이 높은 원소 순서로 나열하면 비소 > 아연 > 납 > 구리 > 카드뮴 이었 으며 폐광석 및 오영토양의 경우에도 비소의 함량이 가장 높게 나타났다 ( 한국지질자원연구원 , 2002). 대 한광업진흥공사 (2002) 의 영남권역 32 개 광산에 대한 광폐석 및 광미를 포함한 오염토양 조사에 의하면 환 경부 대책기준 및 우려기준 초과광산은 시안 1 광산 , 카드뮴 17 광산 , 비소 9 광산 , 납 17 광산 , 6 가 크롬 2 광 산 , 아연 15 광산 구리 18 광산으로 1 개 성분이상 오염 된 광산은 24 개 광산으로 나타났다 .
분자식이 Ca10-x-yNa
xMg
y(PO
4)
6-z(CO
3)
zF
0.4zF
2인 미 국 플로리다산 인회석을 이용하여 철 및 알루미늄이 고농도로 용해되어 있는 미국 폐탄광의 광산산성배 수 (AMD : Acid Mine Drainage) 에 대해 실내실험을 한 결과 철은 최대 1,200 mg/l( 유입농도 : 4,600 mg/l), 알루미늄 최대 800 mg/l( 유입농도 : 3,600 mg/l) 가 제거되었다 . pH 는 유입수에서는 2.1 이었으나 유출 수에서는 3.2 까지 증가되었다 (Choi & West; 1995).
MINTEQA2 를 이용한 미국 폐탄광의 AMD 와 미국
산 인회석의 반응결과를 모사한 결과 3 가 철은 pH 가 낮을 때 급속히 스트렌자이트 (FePO4․2H
2O) 로 , 2 가 철의 경우에는 남철석 (Fe
3(PO
4)
2․8H
2O) 으로 침전 하고 알루미늄은 AlOHSO
4, 다이아스포어 및 명반 석으로 침전되는 것으로 나타났다 (Choi et al, 1997).
미국산 인회석은 경북 군위군 소재 고로 폐연 ․ 아연 광산 ARD(Acid Rock Drainage) 내의 비소를 효율 적으로 제거하였다 ( 최정찬과 이민희 , 2004a).
Fluorapatite(Ca
5(PO
4)
3F) 인 중국산 인회석을 이
용하여 부산광역시 일광폐동광산의 AMD 를 처리한 결과 철 , 알루미늄 , 비소 , 구리 , 카드뮴 , 아연 및 망간 등을 복합적으로 제거하는 것으로 밝혀졌고 ( 최정찬 과 이민희 , 2004b), 울산광역시 울산폐철광산 광미내 에 인회석을 10% 이상 혼합해주면 용출되는 비소 및 카드뮴을 함께 제거하는 것으로 밝혀졌다 ( 최정찬 외 ,
2004). 금번 연구는 토양환경보전법에 토양오염물질
로 지정되었으나 인회석으로 제거효율을 입증하지 못했던 6 가 크롬에 대해 실내실험을 실시하여 6 가 크 롬 및 다른 중금속의 제거효율을 비교하고자 실시되 었다 .
일반적인 6 가크롬 처리공정은 pH 3.0 이하의 낮은 pH 에서 황산제일철 , 아황산가스 , 수소황산소듐 등 의 환원제를 사용하여 6 가 상태의 크롬을 3 가로 환원 시킨 다음 석회 등의 알카리성 물질을 넣어 중화시켜 3 가 상태의 크롬수산화물로 침전 및 제거시키는 것 이다 (DICER, 2005). 그러나 , 이 공정은 pH 제어 및 합성물질을 이용해야 하므로 경비가 많이 들어 본선 인도가격 (FOB) 이 30 불선인 인회석을 이용하여 자연 상태에서 처리하여 그 제거효율을 알아보기 위해 실 험을 실시하게 되었으며 인산염을 이용한 크롬 제거 에 대한 실내실험은 처음 실시되는 것으로 사료된 다 . 참고로 납 , 아연 및 카드뮴 인산염의 분자식은 각 각 Pb5(PO
4)
3(OH,Cl), Zn
3(PO
4)
2 및 Cd3(P0
4)
2이며 Solubility Product(log Ksp) 는 각각 -76.6, -35.3 및 -32.6 으로 한번 침전하면 다시 용해되기가 어렵다 . 2. 실내실험 방법
(P0
4)
2이며 Solubility Product(log Ksp) 는 각각 -76.6, -35.3 및 -32.6 으로 한번 침전하면 다시 용해되기가 어렵다 . 2. 실내실험 방법
Fluorapatite(Ca
5(PO
4)
3F) 인 중국산 인회석을 이
용하였고 실내실험을 위한 원수는 부산시내 모 도금
업체의 폐수를 수거하여 사용하였다 . 인회석의 입자
별 제거효율을 비교하기 위하여 2 mm 체 통과 -0.84
mm 체 잔류분 , 0.42 mm 체 잔류분 , 0.149 mm 체 잔
류분 그리고 0.075 mm 체 잔류분 각각 1 kg 씩 준비
하여 상향식으로 도금폐수와 반응시켰다 . 겉보기단
위중량 (Bulk unit weight) 은 0.84 mm, 0.42 mm,
0.149 mm 및 0.075 mm 체 잔류분이 각각 1.67, 1.58,
1.52 및 1.44 g/cm
3로 측정되어 입자가 작아질수록
겉보기 단위중량이 적어지는 것으로 나타났다 . 반응
시간은 1 kg 의 인회석에 1l 의 도금폐수가 각각 평균
시간 165 분 , 320 분 , 469 분 , 그리고 1093 분 (60.43, 31.20,
Table 1. Comparison for the waste water(inlet water) vs. the limits.
pH As
(mg/l)
Zn (mg/l)
Cd (mg/l)
Mn (mg/l)
Fe (mg/l)
Cu (mg/l)
limit 5.8∼8.6 0.5 5.0 0.1 10.0 10.0 3.0
inlet water 2.0 0.0 1125.0 0.0 0.2 25.4 12.5
Cr (mg/l)
P (mg/l)
Pb (mg/l)
limit 2.0 1.0 1.0
inlet water 4045.0 3.6 0.1
Fig. 1. The laboratory experimental setting for industrial waste water treatment evaluation using apatite.
21.33 및 9.15 x 10
-4l/min/kg) 반응하게 하여 유입 수 및 유출수의 중금속 농도를 비교 / 검토하였다 (Fig. 1). 반응시간을 24 시간 이내로 실험한 이유는 도금공장 폐수처리시설 반응조의 처리속도를 고려 하기 위해서였다 .
입도에 따라 4 개의 아크릴 칼럼에 담겨진 인회석 에 미량저속펌프를 이용하여 각 반응시간별로 실험 을 실시한 후 비이커에 담긴 유출수의 산도 (pH), 산 화전위 (Eh), 전기전도도 (EC) 및 용존산소 (DO) 를 측 정하였다 . 그 후 물시료는 양이온을 측정하기 위하여 유출수를 각각 500 ml 의 플라스틱 병에 채수하여 농 질산 (60%) 을 피펫으로 3-4 방울 첨가하여 여과 (0.45 μm 필터 ) 후 냉장고에 넣어 4oC 를 유지하였다가 부 경대학교 공동실험실습관에 분석을 의뢰하였다 . 사 용기기는 유도결합플라스마 질량분석기 (ICP-MS) 로 미국에서 제조된 Perkin Elmer 사 Elan 6100 이며 수 ppb 까지 정량분석을 할 수 있다 . 또한 , 침전물의 특 성을 분석하기 위해 침전물을 공기건조 한 후 , 주사
전자현미경 (SEM), X 선 회절분석기 (XRD) 및 X 선 형
광분석기 (XRF) 분석 등을 의뢰하였으며 사용된 기
종은 각각 일본 Hitachi 사 S-2400(25-20 만 배 확대 ), 화란 Philips 사 X'pert-MPD system(2θ : 5-160o) 그 리고 일본 Shimazu 사 XRF-1700 ( 측정면적 : 직경 3-30 mm) 이었다 .
3. 실내실험 결과 분석
유입수의 중금속 농도는 Table 1 에 나타나 있다 . 분석결과에 의하면 “ 수질환경보존법 오염물질 배출 허용기준 ” < 가 > 지역 방출수 기준을 초과하는 것은 pH, Zn, Fe, Cu, Cr 및 P 였다 .
pH 의 경우 유입수는 2.0 으로 강산성을 보이나 유 출수는 최소 3.1 에서 최대 5.3 으로 증가하는 것을 알 수 있다 (Fig. 2). 0.075 mm 체 잔류분의 pH 변화를 제외하면 pH 는 입자가 작아질수록 pH 의 증가량이 많았다 . pH 가 증가하는 이유는 사용된 중국산 인회 석에는 분순물로 백운석 (CaMg(CO
3)
2) 이 함유되어 있어 폐수 내의 수소 이온이 H
2CO
3형태로 결합하 기 때문인 것으로 생각된다 (Fig. 3).
도금폐수의 주요 중금속 오염원인 크롬은 0.84 mm 체 잔류분의 경우 반응시간이 1093 분 미만일 때 5.6-7.8% 의 제거율을 보여 입자가 커 반응이 제대로 이루어지지 않은 것으로 나타났다 . 1093 분인 경우는
73.4% 의 제거율을 보여 충분한 반응시간을 유지하
면 70% 이상의 제거율을 나타낼 것으로 생각된다 .
0.84 mm 체 통과분 이하 입자는 거의 70% 이상의 제
거율을 보여 입자크기 및 유속과는 관련이 없이 크롬
을 제거하는 것으로 나타났다 (Table 2 및 Fig. 4 참
조 ). 철의 경우에는 입자크기와 유속에 관계없이 최
저 91.3% 에서 최고 99.6% 의 제거율을 보여 거의 대
Fig. 3. The result of XRD(X-ray Diffractometer) analysis for the apatite (F : Fluorapatite, D : Dolomite and Q : Quartz)
Fig. 4. Change in Cr removal rate (inlet water : 4,045 mg/l).
0.00 20.00 40.00 60.00 80.00 100.00
0 10 20 30 40 50 60 70
10E-4(L /min/ kg)
(%)
0.84mm apatite 0.42mm apatite 0.149mm apatite 0.075mm apatite
Fig. 2. Change in pH (inlet water : 2.0).
3 4 5 6
0 2 0 4 0 6 0 8 0
F lo w ra te ( 1 0 E - 4 l/ mi n / k g )
pH
0 .8 4 mm apatite 0 .4 2 mm apatite 0 .1 4 9 mm apatite 0 .0 7 5 mm apatite
Table 2. The result for ICP-MS(Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometer) analysis of the outlet waters.
Flow rate : 60.43 * 10E-4(L/min/kg) apatite retained on
0.84 mm seive
apatite retained on 0.42 mm seive
apatite retained on 0.149 mm seive
apatite retained on 0.075 mm seive
concentration (mg/l)
Al 4.2 5.2 1.6 3.2
As 0.0 0.0 0.0 0.0
Ca 514.5 842.7 2175.0 422.9
Cd 0.0 0.0 0.0 0.0
Cr 3819.0 1004.0 926.3 1071.0
Cu 11.9 3.5 0.1 11.4
Fe 1.1 0.4 0.1 2.2
K 18.9 41.6 84.0 29.5
Mg 85.2 216.3 307.7 94.0
Mn 0.9 4.1 4.4 0.5
Na 328.1 310.3 313.8 329.6
Ni 0.1 0.2 0.2 0.1
P 52.1 119.9 1.9 39.4
Pb 0.0 0.0 0.0 0.0
S 614.3 757.6 901.6 654.1
Si 9.6 14.8 19.1 11.2
Zn 1002.0 770.4 666.3 892.6
flow rate : 31.2 * 10E-4(L/min/kg) apatite retained on
0.84 mm seive
apatite retained on 0.42 mm seive
apatite retained on 0.149 mm seive
apatite retained on 0.075 mm seive
concentration (mg/l)
Al 3.8 6.4 1.7 2.0
As 0.0 0.0 0.0 0.0
Ca 509.7 651.3 1046.0 1970.0
Cd 0.0 0.0 0.0 0.0
Cr 3728.0 3529.0 876.9 924.7
Cu 9.2 4.3 0.6 0.1
Fe 1.1 0.7 0.8 0.3
K 19.7 23.4 47.9 48.8
Mg 97.8 206.9 343.2 269.4
Mn 1.0 2.1 2.5 2.8
Na 337.2 339.1 339.8 350.0
Ni 0.10 0.12 0.10 0.096
P 35.0 10.3 1.8 2.0
Pb 0.0 0.0 0.0 0.0
S 572.9 592.6 636.0 756.1
Si 9.4 12.4 20.9 28.5
Zn 997.3 980.9 632.6 712.7
Flow rate : 21.33 * 10E-4(L/min/kg) 종 류 apatite retained on
0.84 mm seive
apatite retained on 0.42 mm seive
apatite retained on 0.149 mm seive
apatite retained on 0.075 mm seive
concentration (mg/l)
Al 2.8 4.7 3.5 5.3
As 0.0 0.0 0.0 0.0
Ca 432.0 517.2 1006.0 893.3
Cd 0.0 0.0 0.0 0.0
Cr 3808.0 1046.0 978.6 1018.0
Cu 10.1 6.4 0.6 0.5
Fe 1.3 0.9 0.7 0.6
K 17.3 21.1 35.9 27.2
Mg 92.5 209.4 375.9 277.6
Mn 0.9 1.3 2.0 2.0
Na 339.2 358.7 342.9 366.0
Ni 0.1 0.1 0.1 0.1
P 30.6 17.5 1.9 2.4
Pb 0.00 0.00 0.00 0.00
S 551.1 557.7 599.1 641.3
Si 8.0 11.0 17.6 21.7
Zn 989.3 884.7 802.4 884.0
Table 2. Continued.
Floe rate : 9.15 * 10E-4(L/min/kg) 종 류 apatite retained on
0.84 mm seive apatite retained on
0.42 mm seive apatite retained on
0.149 mm seive apatite retained on 0.075 mm seive
concentration (mg/l)
Al 3.0 4.6 6.5 5.6
As 0.0 0.0 0.0 0.0
Ca 404.9 517.1 765.9 815.1
Cd 0.0 0.0 0.0 0.0
Cr 1075.0 3565.0 941.4 1020.0
Cu 10.1 6.2 0.8 0.4
Fe 1.2 1.1 0.8 1.0
K 16.8 18.5 25.1 25.8
Mg 93.6 209.0 351.1 355.3
Mn 1.0 1.4 1.5 2.4
Na 342.1 348.2 351.2 379.5
Ni 0.1 0.1 0.1 0.1
P 19.9 13.1 2.0 2.4
Pb 0.0 0.0 0.0 0.0
S 537.8 558.4 568.9 674.8
Si 8.2 10.1 14.8 17.8
Zn 915.8 958.4 847.1 938.4
Fig. 5. Change in Fe removal rate (inlet water : 25.4 mg/l).
90.00 92.00 94.00 96.00 98.00 100.00
0 10 20 30 40 50 60 70
10E-4( l/min/kg)
(%)
0.84mm apatite 0.42mm apatite 0.149mm apatite 0.075mm apatite
Fig. 6. Change in Cu removal rate (inlet water : 12.5 mg/l).
0.00 20.00 40.00 60.00 80.00 100.00
0 10 20 30 40 50 60 70
10E-4(l /min/ kg)
(%)
0.84mm apatite 0.42mm apatite 0.149mm apatite 0.075mm apatite
부분이 제거되는 것으로 나타났다 (Fig. 5 참조 ). 구리 의 경우에는 0.42 mm 체 잔류분 까지는 반응시간이 부족해 4.7-72.3% 의 제거율을 보이나 40 번체 통과분 은 91.3-99.6% 의 제거율을 보여주며 유속에 거의 영 향을 받지 않는 것으로 나타났다 (Fig. 6 참조 ).
아연의 경우에는 제거율이 낮아 최소 10.9% 에서 최대 43.8% 로 나타났는데 0.42 mm 체 잔류분에서 유속이 느릴수록 제거율이 높아졌고 20 번체 통과분 에서는 유속이 느릴수록 제거율이 낮아지는 경향을 보인다 (Fig. 7). 인의 경우에는 40 번체 잔류분 까지는 증가하는 경향을 보이나 40 번체 통과분에서는 오히 려 감소하는 추세를 보인다 . 그 이유는 큰 입자의 경 우 인회석의 용해시간이 오래 걸려 폐수와 반응하지 못하고 용해되어 유출수로 나오고 작은 입자의 경우 인회석 용해가 빨라 폐수와 거의 반응한 것으로 생각
된다 . 큰 입자의 경우 충분한 반응시간을 주면 폐수 속의 용존 인이 중금속과 반응하여 침전할 것으로 사 료된다 (Fig. 8). 인회석의 용해율은 유속에 비례하며 입자가 작아질수록 용해율이 증가하는 것으로 나타 났다 (Fig. 9).
4. 침전물의 특성
X- 선 회절분석 (XRD) 에 의하면 침전물에 결정
체로 들어 있는 것은 Carbonate fluorapatite
(Ca
10(PO
4)
5CO
3F
1.5(OH)
0.5), Calcium silicate oxide
(Ca
3SiO
5), Calcium silicate(Ca
2(SiO
4)) 및 Wollastonite
(CaSiO
3) 로 나타나 반응시간이 짧아 도금폐수와 반응
하지 못하고 인회석이 작은 입자상태로 들어 있는 것
으로 생각되며 반응 침전물은 결정화 되지 않아 감지
Fig. 9. Change in dissolution rate.
0.00 200.00 400.00 600.00 800.00
0 20 40 60 80
1 0E -4 (l /min/ kg)
10E-3(g/min/kg)
0.84mm apatite 0.42mm apatite 0.149mm apatite 0.075mm apatite
Fig. 8. Change in P concentration increased (inlet water : 3.6 mg/l).
-20.0 0.0 20.0 40.0 60.0
0 10 20 30 40 50 60 70
10E -4(L / min/ kg )
mg/l
0.84mm apatite 0.42mm apatite 0.149mm apatite 0.075mm apatite
Fig. 7. Change in Zn removal rate (inlet water : 1,125 mg/l).
0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00
0 10 20 30 40 50 60 70
10E-4( l/min/kg)
(%)
0.84mm apatite 0.42mm apatite 0.149mm apatite 0.075mm apatite
Fig. 10. The result of XRD (X-ray Diffractometer) analysis for the precipitate (CFS : Calcium Fluoride Sulfate, CFA : Carbonatefluorapatite and W : Wallastonite).
Fig. 11. SEM photo for the precipitate (X 5000).
되지 않은 것으로 생각된다 (Fig. 10). 철 및 아연의 경 우에는 인산염 침전물로 제거되는 것 같으나 구리 및 크롬과 인회석의 반응 기작에 대하여는 향후 세밀한 연구가 요구된다 . 전자현미경 사진 상에서도 큰 입자 들은 인회석 파편 , 그리고 작은 일부분의 덩어리가 침전물로 보인다 (Fig. 11). X- 선 형광분석 (XRF) 결과 도 이를 뒷받침 하는 데 인회석과 침전물의 주구성 원소는 Ca, P, Si 및 Al 이나 침전물 내에서 인회석에 들어있지 않던 크롬과 아연이 각각 4% 및 2.3% 가 들 어 있고 철도 침전물 내에서는 인회석 보다 2 배 정도 많은 2.6% 를 나타내어 인회석 파편 및 중금속 침전 물이 함께 분석된 것으로 생각된다 (Table 3). 따라서 , 침전물 내의 인회석이 전부 반응하기 위해서는 상당 한 시간이 필요한 것으로 사료된다 .
5. 결론 및 제언
산성광산배수 (AMD) 내 크롬 및 다른 중금속의 포함된 경우를 가정하여 각 중금속의 제거효율을 비 교하기 위하여 부산시내 모 도금업체의 폐수를 수거 하여 실내실험을 실시하였다 . 입자별 제거효율을 비 교하기 위하여 2 mm(10 번 체 ) 통과 -0.84 mm(20 번 체 ) 잔류분 , 0.42 mm(40 번 체 ) 잔류분 , 0.149 mm(100 번 체 ) 잔류분 그리고 0.075 mm(200 번 체 ) 잔류분의 인 회석을 각각 1kg 씩 준비하여 도금폐수와 반응시켰
다 . 반응시간은 1kg 의 인회석에 1l 의 도금폐수가 각
각 평균 시간 165 분 , 320 분 , 469 분 , 그리고 1093 분
(60.43, 31.20, 21.33 및 9.15 x 10
-4 l/min/kg) 반응하
게 하여 유입수 및 유출수의 중금속 농도를 비교 / 검
토하였다 . 도금폐수의 수질분석결과에 의하면 “ 수질
환경보존법 오염물질 배출허용기준 ” < 가 > 지역 방출
수 기준을 초과하는 것은 pH, Zn, Fe, Cu, Cr 및 P 였
다 . 실내실험 결과 , 인회석의 용해율은 유속에 비례
하고 입자크기에 반비례 하였다 . 도금폐수 유입수의
pH 는 2.0 이었으나 인회석과 반응 후의 유출수에서
는 3.1-5.3 으로 증가하였다 . 인회석 0.42 mm 통과분
는 3.1-5.3 으로 증가하였다 . 인회석 0.42 mm 통과분
Table 3. The result of XRF(X-Ray Fluorescence Spectrometer) analysis for the apatite and the precipitate.
Analyte Result(%)
Analyte Result(%)
apatite precipitate apatite precipitate
Ca 53.5 51.8 S 0.8 1.2
P 23.1 21.0 K 0.7 1.1
Si 8.1 9.5 Ti 0.3 0.3
Cr 0.0 4.0 I 0.0 0.3
Al 3.7 3.7 Sr 0.3 0.2
Fe 1.2 2.6 Cl 0.0 0.2
Zn 0.0 2.3 Cu 0.0 0.1
Mg 2.7 1.7 Mn 0.2 0.0
-0.149 mm 잔류분을 유속 60.43 x 10
-4l/min/kg (1kg 의 인회석에 1l 의 도금폐수를 165 분 간 반응시 킴 ) 으로 설계하면 경제적 측면에서 가장 적절한 것으 로 사료된다 . 이 경우 도금폐수 유입수의 pH 는 2.0 에 서 인회석과 반응 후의 유출수에서는 5.3 으로 증가하 고 Cr, Fe, Cu 및 Zn 은 각각 77%, 100%, 99% 및 41%
제거되는 것으로 나타났다 . 인회석의 용해율은 0.4 g/min/kg 으로 계산 되었다 . 그러나 165 분의 반응시 간으로는 크롬 및 아연을 기준치 이하로 제거하지 못 하고 침전물 내에 아직 반응이 일어나지 않은 인회석 이 포함되어 있기 때문에 인회석 반응조를 다단계로 하는 실험을 수행해 그 결과를 평가해야 할 것이다 .
X 선 회절분석 (XRD) 에서 결정체로 확인 되는 것 은 인회석의 작은 입자로 생각되며 반응 침전물은 결 정화 되지 못한 것으로 보이나 주사전자현미경 (SEM) 및 X 선 형광분석 (XRF) 에 의하면 반응침전물 이 있는 것으로 생각된다 . 따라서 , 침전조에서 침전 물을 수거하는 주기가 길다면 침전물 내에 혼합되어 있는 인회석 파편과 도금폐수의 반응이 일어 날 것으 로 예상되며 이에 대한 실험 및 반응기작에 대한 향 후 연구가 필요할 것으로 생각된다 .
사 사
이 논문은 2005 년 부경대학교 연구년 교수지원에 의하여 연구되었다 . 이에 도움을 주신 관계자 여러분 과 여러 고견을 주신 편집위원들께 감사를 드립니다 .
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