KR100321857B1

KR100321857B1 - 전기동력에 의한 슬러지에서 유해 중금속 제거방법

Info

Publication number: KR100321857B1
Application number: KR1019990014523A
Authority: KR
Inventors: 문승현; 김경웅; 김순오; 한병현
Original assignee: 김효근; 광주과학기술원
Priority date: 1999-04-22
Filing date: 1999-04-22
Publication date: 2002-02-02
Also published as: KR20000067053A

Abstract

본 발명은 생활 하ㆍ폐수 처리장에서 발생하는 슬러지에 함유된 유해 중금속들을 전기동력을 이용해 효율적으로 제거하는 공정에 관한 것으로 슬러지를 퇴비화해 부산물 비료 등으로 이용할 수 있게 할 뿐만 아니라 매립폐기시 중금속에 의한 2차 토양오염을 방지하기 위한 것이다.

지금까지는 하ㆍ폐수 내에 존재하는 유해 중금속들을 물리ㆍ화학적인 방법으로 제거하거나 미생물을 이용해 슬러지를 개량하는 기술들이 개발되어 왔는데 본 발명은 기존에 주로 오염토양의 복원에 이용되어져 온 전기동력을 이용한 중금속 제거기술을 개선하여 슬러지에 적용함으로써 경제적이고 환경친화적인 하ㆍ폐수 슬러지의 개량을 위한 것으로, 전기동력을 공급해서 하ㆍ폐수 슬러지에서 유해 중금속들을 제거하는데 있어서, ⅰ) 효과적인 양극 세척용액 종류와 농도 및 음극 전해질 용액 종류의 선택과 결정 ; 및 ii) 전원공급방식을 변환함으로써 직류 정류와 반파 정류를 이용하여 중금속을 제거하는 것을 특징으로 한다.

Description

전기동력에 의한 슬러지에서 유해 중금속 제거방법{Removal of Toxic Heavy Metals from Wastewater Sludge Using Electrokinetic Processing}

본 발명은 하ㆍ폐수 처리장에서 발생하는 슬러지에 함유된 유해 중금속들을 제거하여 기존에 소각이나 매립에 의해 폐기되어온 슬러지를 퇴비화를 통해 부산물 비료로 이용할 수 있게 함으로써 유용한 폐자원을 재활용하는 기술에 관한 것으로, 구체적으로는 전기동력을 이용해 슬러지에 함유된 유해 중금속들을 적절한 세척용액을 통해 제거함에 있어 전원공급방식을 변환하는 방식을 채택함으로써 그 제거효율을 증대시키는 기술에 관한 것이다.

전기동력을 이용한 유해 중금속의 제거 기술은 종래에 오염된 토양의 복원기술로 개발되어 국외에서는 한때 오염된 현장에 적용된 예가 있었다. 그러나 토양에 존재하는 여러 가지 전도체의 존재로 인하여 과도한 전기에너지의 소모로 충분한 경제적인 평가가 이루어지지 못해 왔지만, 최근 유럽 등과 같은 지역에서는 오염된 토양을 복원하는 것이 경제적인 평가면에서 인정받고 있고, 저오염 무공해 공정의 필요성 증가에 따라 그 활용범위가 확대되고 있다. 또한 상기 기술은 이온성 중금속들을 다량의 화학물질 첨가 없이 분리ㆍ제거할 수 있다는 점에서도 매우 유용하다.

하지만 전기동력을 이용한 유해중금속의 제거기술은 상기와 같이 여러가지 유용성을 지니고 있음에도 불구하고 세척용액의 사용, 적절한 전극의 선택, 제거된 중금속을 최적으로 회수할 수 있는 막(membrane)의 결정, 그리고 적절한 전기형태와 경제적인 전력공급량 등의 어려움으로 그 동안 오염토양과 슬러지 등에서 유해 중금속들을 제거하는데 있어서 그 이용에 한계가 있어 왔다.

본 발명은 전기동력을 이용하여 유해 중금속을 제거하는 기술로서 그 동안 주로 오염토양 처리에 이용 되어온 것을 슬러지에서 유해 중금속을 제거하는데 적용하는 것 뿐만 아니라, 상기의 제반 문제점들을 해결함에 있어 보다 효율적인 공정을 설계함에 그 목적이 있다.

이를 위해 본 발명은 슬러지에 함유된 이온형태의 유해 중금속들을 잘 세척할 수 있는 적절한 양극 세척용액의 선택과 그 농도를 결정하고 음극에서 물의 전기분해로 생성되는 수산화 이온에 의한 중금속들의 침전에 의한 제거효율의 감소를 방지하기 위해 적절한 음극 전해질 용액을 선택함을 그 내용으로 한다. 또한 슬러지셀과 양극 세척용액 및 음극 전해질용액의 경계에는 기존에 널리 이용되어온 이온교환막들보다 공극이 커서 투수성이 좋고 물리적인 강도가 클 뿐만 아니라 국내에서 제작되어 경제적으로 저렴한 이질막(Heterogeneous Membrane)을 사용하면 이동된 중금속을 음극쪽에서 효과적으로 회수할 수 있고, 전원공급방식을 직류와 더불어 펄스효과를 줄 수 있는 전원 공급장치를 사용하여 중금속 이온들에 전기적인 충격을 가하여 중금속 이온들의 이동을 극대화함으로써 보다 효과적이고 경제적으로 슬러지로부터 유해 중금속들을 제거할 수 있는 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다. 또한 상기 방법에 의해 얻어진 슬러지를 퇴비화 하여 부산물 비료등으로이용함으로써 매립폐기시 중금속에 의한 2차 토양오염의 방지를 도모함을 또 다른 목적으로 한다.

도 1은 본 발명에 사용된 전기동력을 공급하여 슬러지에서 유해 중금속을 제거하는 공정의 계통도를 나타낸 것이다.

도 2는 본 발명에 사용된 반 정류기의 회로도를 나타낸 것이다.

도 3은 본 발명에 사용된 반파 정류기를 이용하여 얻어지는 파형을 전파 정류기와 비교한 것이다.

도 4는 본 발명에 사용된 공정의 원리에 대한 상세도를 나타낸 것이다.

도 5는 실시예 1에서 슬러지의 pH 변화를 나타낸 것이다.

도 6은 실시예 1에서 운전시간과 양극으로부터 거리에 따른 슬러지내의 납 농도 변화를 나타낸 것이다.

도 7는 실시예 2에서 슬러지의 pH 변화를 나타낸 것이다.

도 8은 실시예 2에서 운전시간과 양극으로부터 거리에 따른 슬러지내의 납 농도 변화를 나타낸 것이다.

본 발명의 내용을 첨부된 도면에 의하여 구체적으로 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 사용된 전기동력을 공급하여 슬러지에서 유해 중금속을 제거하는 공정의 계통도를 나타낸 것으로, 적당한 함수율을 갖는 처리대상 슬러지를 슬러지 셀(4)에 투입하고 전파직류 또는 반파직류를 전원공급장치(9)로부터 공급하면서 양극(1)에서 산성의 양극세척용액(7)을 펌프(6)를 이용해 제공하면 슬러지에 함유된 흡착된 양이온 형태 또는 용해되어 존재하는 이온성 화합물 형태의 중금속들은 그 전기적인 성질에 따라서 양극(2) 또는 음극(3)쪽으로 이동해서 양극세척용액(7)또는음극전해질용액(8)을 통해서 제거되어진다. 이를 좀더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.(도 4참조)

슬러지에 함유된 유해 중금속은 양이온 아니면 양 또는 음이온 형태의 화합물로 존재하므로 이러한 슬러지에 전기를 공급해 주면 양극에서 일어나는 물의 전기분해에 의해서 생성된 수소이온이 음극 쪽으로 이동하고, 또한 양극 세척용액이 음극 쪽으로 흐름에 따라서 슬러지의 pH는 양극 쪽으로부터 감소하여 이에 의해 슬러지에 흡착되어 있거나 침전물 상태로 존재하는 중금속들은 탈착되고 해리되어서 전기장에서 이동하기에 용이한 전하를 띤 이온 또는 이온성 화합물 형태로 되어 슬러지에서 제거되어지며, 또한 슬러지 입자의 간극수에 존재하는 용해된 이온형태의화합물 형태로 존재하는 중금속들도 그들의 전기적인 성질에 의해서 양쪽 전극으로 이동되어 제거되어 진다.

다만 슬러지의 pH 감소 현상은 슬러지에 흡착된 중금속 이온들의 탈착에는 유리하지만 전기장 하에서 생성되는 유체의 흐름 방향을 전환시켜 오히려 제거효율을 감소시킬 수 있으므로 이에 대한 조절이 필요하다.

본 발명에 사용된 반파 정류기는 도 2에 도시된 바와 같이 220 V/60 Hz의 교류 전원이 공급되면 다이오드를 이용하여 양의 반 회로만을 이용한 반파를 발생시켜 전원으로 공급하게 된다. 전원 공급장치(9)로부터 반파정류를 슬러지 셀(4)에 공급하게 되면 펄스효과가 발생하고 이를 이용하여 슬러지 셀내에서 중금속 이온이 보다 효과적으로 이동하게 됨으로써 중금속의 제거효율을 높일 수 있다. 도 3은 전파 교류전원의 정류된 파형과 반파 정류기를 이용한 파형을 나타낸 것으로 (가)는 전파 정류기의 입력전원, (나)는 전파 정류기에서 공급되는 직류전원, (다)는 반파 정류기에서 공급되는 펄스전원을 나타내고 있다. (나)의 전파 정류는 시간에 따라 일정한 파형을 나타내지만, (다)의 반파 정류는 일정 시간에 따라 펄스효과를 나타내 전기적인 충격을 일으킬 수 있다. 이러한 전기적인 충격은 슬러지 내에 존재하는 중금속 이온들의 이동을 효과적으로 할 수 있는 원동력이 될 수 있다.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 좀 더 상세하게 설명한다. 그러나 다음의 실시 예에 의하여 본 발명의 기술적 범위가 한정되는 것은 아니다.

< 실시예 1 > 양극 세척용액과 음극 전해질 용액의 종류 및 농도 결정

실시예 1은 가장 효과적인 양극 세척용액과 음극 전해질 용액의 종류와 농도를 결정하기 위한 것이다. 이들 용액의 종류와 농도에 따른 중금속 제거효율을 고찰하기 위하여 슬러지를 이용하지 않고 슬러지보다 중금속 흡착력이 뛰어난 100%의 점토질 토양을 이용하여 실험하였다. 이용된 점토질 토양은 상업적으로 구한 카올리나이트로 표 1에 주요특성인자가 나타나 있다.

(표 1) 실시 예 1에 사용된 카올리나이트의 주요 특성

특 성 인 자	값
USCS에 따른 토양 구분	CL
실험 시 초기 함수율 (%)	50 - 54
초기 pH (50% 함수 시)	4.93 - 5.20
액성한계 (%)	78
소성한계 (%)	32
비중	2.64
투수성 (cm/sec)	1 × 10^-7
양이온 교환능력(meq/100g 토양건조질량)	2.36

본 실시예에서는 중금속 중 비교적 흡착능력이 큰 구리를 인위적으로 토양에 오염시켜서 양극 세척용액과 음극 전해질용액을 바꾸어 가면서 실험해 보았다. 인위적으로 토양을 구리로 오염시키기 위해 Copper (Ⅱ) sulfate pentahydrate(CuSO₄ㆍ5H₂O) 시약을 이용하였다. 1 리터의 증류수에 3.93 그램의 CuSO₄ㆍ5H₂O를 용해시켜서 1000 mg/L 구리(Ⅱ) 용액을 준비하였다. 이렇게 준비된 구리(Ⅱ) 용액을 2 킬로그램의 건조된 토양과 혼합하여 50%의 함수율을 갖는 오염토양을 만든 후, 구리(Ⅱ) 이온들이 토양입자에 충분히 흡착되고 균질하게 분포하여 평형상태에 도달할 수 있도록 3일 동안 숙성시킨 후 실험하였다. 이렇게 준비된 오염토양을 도 1의 셀(4)에 투입한 다음 직류 정류를 공급해 오염토양 내에 함유된 구리를 제거하였다. 초기에 토양 내에 함유된 구리의 농도와 처리시간에 따른 농도변화는 토양내의 중금속 분석에 대한 공정시험법에 의거 추출한 후 ICP-AES (Thermo Jarrel Ash)를 이용해서 분석하였다.

본 실시예에서 이용된 용액의 종류와 농도, 그리고 처리조건은 표 2에 나타나 있다. 토양이나 슬러지로부터 전기동력을 이용하여 중금속을 제거하는데 있어서 가장 중요한 기작은 흡착된 중금속이온들의 탈착과 탈착된 중금속 이온들의 간극수내에서의 전기적인 성질에 의한 이동(Electromigration)이다. 이와 더불어 전기장에서 발생하는 유체의 흐름(Electroosmosis)도 중금속제거에 도움을 주는 중요한 기작이다.

(표 2) 실시 예 1의 운전조건

실험1	양극 세척용액	3.71g Na₂SO₄+ 2 L 증류수
	음극 전해질 용액	25.76g Na₂SO₄+ 1 L 증류수
	운전기간 (시간)	72
	전류밀도 (mA/cm²)	1.235
	초기 구리 함유량 (mg/kg 토양건조질량)	320.83
	초기 토양 pH	4.98
실험2	양극 세척용액	2.75mL H₂SO₄+ 2 L 증류수(0.05N H₂SO₄)
	음극 전해질 용액	2.75mL H₂SO₄+ 1 L 증류수(0.5N H₂SO₄)
	운전기간 (시간)	96
	전류밀도 (mA/cm²)	1.235
	초기 구리 함유량 (mg/kg 토양건조질량)	315.55
	초기 토양 pH	4.98
실험3	양극 세척용액	0.275mL H₂SO₄+ 2 L 증류수(0.005N H₂SO₄)
	음극 전해질 용액	2.75mL H₂SO₄+ 1 L 증류수(0.5N H₂SO₄)
	운전기간 (시간)	96
	전류밀도 (mA/cm²)	1.235
	초기 구리 함유량 (mg/kg 토양건조질량)	324.82
	초기 토양 pH	4.83
실험4	양극 세척용액	3.71g Na₂SO₄+ 2 L 증류수+ 2% NaOH (pH조절)
	음극 전해질 용액	2.75mL H₂SO₄+ 1 L 증류수(0.5N H₂SO₄)
	운전기간 (시간)	96
	전류밀도 (mA/cm²)	1.235
	초기 구리 함유량 (mg/kg 토양건조질량)	311.89
	초기 토양 pH	4.94
실험5	양극 세척용액	0.572mL CH₃COOH + 0.5g Na₂SO₄+ 2 L 증류수
	음극 전해질 용액	11.44mL CH₃COOH + 5g Na₂SO₄+ 1 L 증류수
	운전기간 (시간)	96
	전류밀도 (mA/cm²)	1.235
	초기 구리 함유량 (mg/kg 토양건조질량)	311.38
	초기 토양 pH	5.28

이러한, 중금속의 탈착과 이동, 그리고 유체의 흐름은 모두 pH에 의해 영향을 받지만 서로 상반관계를 갖는다. 즉, 중금속의 탈착과 이동은 pH가 낮을 때 (수소이온이 많을 때) 잘 일어나지만 유체의 흐름은 pH가 감소함에 따라서 그 방향이 역전되어 제거효율을 감소시킬 수 있다. 따라서 적절한 양극 세척용액의 종류와 농도에 의해 토양이나 슬러지의 pH를 적합하게 유지해야 한다. 이러한 이유로 본 실시예에서는 다양한 세척용액과 농도로 실시해 보았다. 그리고, 음극 전해질 용액은 물의 전기분해로 음극에서 발생하는 수산화 이온에 의한 중금속들의 침전을 효과적으로 방지할 뿐만 아니라 셀 내에서 이동하는 중금속을 침전시킬 수 있는 이온들이 없어야 한다.

표 3에 각 실험에 의한 구리의 제거효율이 나타나 있다. 염기성 양극 세척용액은 수소이온을 중화하는 역할을 하기 때문에 중금속의 탈착을 감소시키기 때문에 고려하지 않았다. 결과에서 볼 수 있듯이 산성인 양극 세척 용액을 사용했을 때의 제거효율이 중성을 사용했을 때보다 높게 나타났다. 이것은 앞에서도 언급했듯이 산성인 세척용액에 있는 수소이온의 중금속에 의한 탈착효과에 의한 것이다. 음극 전해질 용액의 경우에도 역시 산성용액이 수산화 이온에 의한 중금속의 침전을 방지해서 제거효율이 높게나타난다. 같은 산성의 양극 세척용액인 경우 아세트산 보다는 황산이 더 효과적이다. 이는 각 산의 상이한 해리상수에 의한 것으로 수소이온의 농도가 산의 종류에 따라 상이하기 때문이다. 산 농도는 황산인 경우 0.001 N - 0.05 N 정도가 효과적이다. 이보다 더 낮은 산 농도는 중금속의 탈착에 효과적이지 못하고, 반대로 이보다 높은 산 농도는 앞에서 언급했듯이 중금속의 탈착에는효과적이지만 전기장에 의한 유체의 흐름 방향을 바뀌게 해서 오히려 제거효율을 감소시키게 한다.

(표 3) 각 실험에서의 구리의 제거효율

실 험	제 거 효 율 (%)
실 험	3 일	4 일
실험 1	19.60	-
실험 2	61.22	84.01
실험 3	83.18	87.51
실험 4	5.35	6.14
실험 5	78.32	81.36

본 실시예를 통해 산성의 양극 세척용액과 산성의 음극 전해질 용액이 중금속의 제거에 효과적인 것을 알 수 있었다. 산의 종류는 황산, 아세트산, 염산, 그리고 질산 등이 모두 이용 가능하지만 이들 산과 전극과의 반응, 해리상수 등을 고려하면 황산과 아세트산이 효과적이다. 또한, 양극 세척용액의 적절한 산 농도는 0.001 N - 0.05 N 범위이다.

< 실시예 2 > 직류 정류를 이용한 처리

실시예 2에서는 탈수전 슬러지(함수율 99.1%)와 탈수후 케이크(함수율 70.1%)를 혼합하여 처리대상 슬러지(함수율 77.8%)를 준비했다. 이렇게 준비된 슬러지를 도 1의 슬러지 셀(4)에 투입한 다음 직류 정류를 공급해 슬러지 내에 함유된 납을 제거하였다. 양극 세척용액과 음극 전해질용액의 종류와 농도는 실시 예 1의 결과에 의거 가장 효과적인 용액을 사용했다. 여러 중금속들 중에서도 납을 대상으로 실험한 이유는 납은 독성을 띠고 있어서 규제 중금속일 뿐만 아니라 고유의 물리화학적 원소특성 때문에 다른 여러 독성 중금속들(카드뮴, 크롬, 구리, 등)에 비해 이동성이 현저히 작다는 것이 알려져 있다. 따라서 납을 처리해 제거한 다음 그 제거효율을 평가하게 되면 다른 독성 중금속들에 대한 본 제거기술의 적용가능성을 평가할 수 있다. 본 실시예 2에서 이용된 처리조건은 표 4에 나타나 있다.

(표 4) 실시예 2의 운전조건

조 건	값
슬러지의 함수율	77.8%
슬러지의 초기 pH	6.79
전류밀도(직류정류)	1.23 mA/cm²
슬러지에 함유된 초기 납 농도	81.6 ppm
양극 세척용액	0.005 N 황산용액
음극 전해질 용액	0.5 N 황산용액
운전 기간	4일
전력 소모량	220 wh

처리 슬러지에 함유된 초기 납 농도는 105℃에서 24시간 동안 건조시킨 슬러지 시료 1 그램을 취한 후 질산, 염산과 증류수를 1:3:6으로 혼합하여 만든 왕수용액을 40 밀리리터 (시료:왕수=1:40) 이용해서 분석에 필요한 납을 추출한 용액을 준비하였다. 납 함유량은 원자흡광분석기를 이용해서 분석했다.

본 실시예에 사용된 슬러지 (함수율 77.8%)의 무게는 1.4킬로그램 이었으며, 도 1에서 나타난 막(5)은 투수성이 좋고 물리적 강도가 큰 이질성 막 (Heterogeneous Membrane)을 이용해서 운전하였다. 운전기간은 총 4일 이었고 하루에 한번씩 도 1의 슬러지 셀(4)에서 양극으로부터 일정한 간격으로 슬러지를 채취하여 pH를 측정하고, 위에 언급한 동일한 추출과 분석방법으로 슬러지 내에 함유된 납의 농도를 측정하였다,

도 5는 처리시간과 양극으로부터 거리에 따른 슬러지의 pH 변화양상을 나타낸 것이다. 양극에서 일어나는 물의 전기분해에 의해서 생성된 수소이온이 음극 쪽으로 이동하고 또한 양극 세척용액으로 사용된 0.005 N 황산용액이 음극 쪽으로 흐름에 따라서 슬러지의 pH는 양극 쪽으로부터 감소하는 것을 알 수 있다. 이러한 슬러지의 pH 감소에 따라서 슬러지에 흡착되어 있거나 침전물 상태로 존재하는 납들은 탈착되고 해리되어서 전기장에서 이동하기에 용이한 전하를 띤 이온 또는 이온성 화합물 형태로 되어 슬러지에서 제거되게 된다.

표 5와 도 6은 처리시간과 양극으로부터 거리에 따른 슬러지에 함유된 납 농도의 변화를 나타낸 것이다. 초기에 주로 수소이온의 탈착효과와 해리작용이 납의 이동보다 우세해서 납의 제거가 낮게 나타나고 처리시간이 경과함에 따라서 충분한 탈착과 해리에 의해서 납의 제거효율은 증가하게 된다.

본 실시예에 있어서 슬러지에 함유된 다른 중금속 이온들의 이동과 슬러지에 함유된 납의 양이 작아서 처리효율이 25%로 비교적 낮게 나타났다. 앞에서도 언급했듯이 납은 고유의 물리화학적 원소 특성으로 인해 이동성이 다른 중금속들보다 현저히 작다고 알려진 것을 고려하면 납의

(표 5) 납 농도(ppm)의 변화

양극으로부터의 거리(절대거리)	처리 시간(일)
양극으로부터의 거리(절대거리)	0	1	2	3	4
0.1	81.6	80.8	76.0	68.4	66.4
0.3	81.6	70.2	67.5	70.4	67.7
0.5	81.6	78.7	77.6	68.0	62.4
0.7	81.6	72.8	68.8	70.4	64.0
0.9	81.6	79.3	75.2	72.4	68.4

제거효율이 비교적 낮게 나타나는 것을 알 수 있다. 그러나 초기에 슬러지에 보다 많은 양의 납이 함유되어 있을 경우 그 제거효율은 보다 높게 나타날 수 있으므로 다량의 납을 함유한 슬러지에 적용해서 규제치 이하로 낮추거나 퇴비화를 위한 전처리에 효과적일 수 있다. 또한 이러한 납의 작은 이동성을 고려하면 납보다 이동성이 높은 다른 독성 중금속들의 제거를 위해서 이와 같은 조건에서 본 공정을 적용하면 보다 높은 제거효율을 얻을 수 있다. 그리고 운전기간을 증가시키거나 산성의 세척용액의 농도를 조절하면 처리효율이 향상될 것이다.

< 실시예 3 > 반파 정류를 이용한 처리

실시예 3에서는 실시예 1과 같은 전처리를 통해 처리대상 슬러지 (함수율 75.6%)를 준비했다. 제반 운전조건은 실시예 2와 동일하게 하고 반파 정류를 공급해서 펄스효과를 이용해 슬러지 내에서 납 이온이 보다 효과적으로 이동하게 함으로써 납의 제거효율을 높이는데 목적을 두었다. 본 실시예 3에서 이용된 처리조건을 표 6에 정리했다.

(표 6) 실시예 2의 운전조건

조 건	값
슬러지의 함수율	75.6%
슬러지의 초기 pH	6.62
전류밀도(반파정류)	1.23 mA/cm²
슬러지에 함유된 초기 납 농도	74.1 ppm
양극 세척용액	0.005 N 황산용액
음극 전해질 용액	0.5 N 황산용액
운전 기간	6일
전력 소모량	390 wh

슬러지에 함유된 납의 초기 농도는 실시예 2에서 언급했던 동일한 추출과 분석방법으로 측정했다. 운전기간은 총 6일이었고 실시예 1과 같은 방법으로 슬러지 내의 pH와 납의 농도를 측정하였다.

도 7은 처리시간과 양극으로부터 거리에 따른 슬러지의 pH 변화양상을 나타낸 것이다. 슬러지의 pH 감소 양상은 실시 예 2에서와 유사하게 나타나지만 운전기간의 증가로 인해 최종 슬러지의 pH는 실시 예 2에서보다 더 낮게 나타난다. 앞에서 설명한 바와 같이 이렇게 낮은 슬러지의 pH는 슬러지에 흡착된 납 이온들의 탈착에는 유리하지만 전기장 하에서 생성되는 유체의 흐름 방향을 전환시켜 오히려 제거효율을 감소시킨다. 본 실험에서는 이러한 슬러지의 pH 감소로 인해서 유체 흐름 방향이 역전되기 직전까지 운전하였다.

표 7와 도 8은 처리시간과 양극으로부터 거리에 따른 슬러지에 함유된 납 농도의 변화를 나타낸 것이다. 실시예 1에서와 유사하게 초기에는 그 제거효과가 낮다가 처리시간이 경과함에 따라서 증가하는 것을 볼 수 있다.

(표 7) 납 농도(ppm)의 변화

양극으로 부터의 거리(절대거리)	처리 시간(일)
양극으로 부터의 거리(절대거리)	0	2	4	6
0.1	74.1	67.4	55.6	38.5
0.3	74.1	72.1	63.0	48.2
0.5	74.1	68.2	57.8	53.4
0.7	74.1	65.9	54.8	47.4
0.9	74.1	69.6	65.4	62.6

본 실시 예의 납의 제거효율은 42%로 실시예 1의 결과와 비교했을 때 실시 예 2보다 운전기간이 2일 더 증가함을 고려하더라도 실시예 2의 제거효율 (25%) 보다는 높게 나타남을 알 수 있다. 따라서 펄스효과를 이용한 반파 정류의 공급으로 제거효율을 증가시킬 수 있다.

본 발명은 하·폐수 처리장에서 발생하는 슬러지내에 함유된 독성 중금속을 전기동력을 이용하여 제거하는 공정으로써, 슬러지의 매립시 독성 중금속에 의한 오염을 방지할 수 있다. 또한, 본 발명은 공정이 간단하고 비교적 다른 화학물질의 첨가가 적으며 공정에 의한 2차적인 폐기물을 생성하지 않는 장점이 있으며, 이렇게 처리된 슬러지는 부산물 비료로 전환 이 가능하여 경제적인 파급효과도 있다.

Claims

중금속을 함유한 슬러지가 투입된 슬러지셀에 전원공급장치를 통해 전류를 공급하면서 0.001∼0.05N 농도의 산성용액을 양극세척용액으로 하고, 음극 전해질 용액을 산성용액으로 하여 슬러지로부터 중금속을 제거함을 특징으로 하는 전기동력에 의한 슬러지로부터 유해 중금속을 제거하는 방법.
제 1항에 있어서, 슬러지셀과 양극세척용액 및 음극전해질용액의 경계면에 투수성이 좋고 물리적 강도가 높은 이질막을 이용함을 특징으로 하는 전기동력에 의한 슬러지로부터 유해 중금속을 제거하는 방법.
제 1항에 있어서, 공급된 전류는 직류정류 또는 반파정류임을 특징으로 하는 전기동력에 의한 슬러지로부터 유해 중금속을 제거하는 방법.
제 1항에 있어서, 양극세척용액으로는 황산용액, 아세트산용액, 염산용액 또는 질산용액에서 선택된 어느 하나 임을 특징으로 하는 전기동력에 의한 슬러지로부터 유해 중금속을 제거하는 방법.