The Treatment of Heavy Metal-cyanide Complexes Wastewater by $Zn^{+2}/Fe^{+2}$ Ion and Coprecipitation in Practical Plant(I)

아연백법 및 공침공정을 이용한 복합 중금속-시안착염 폐수의 현장처리(I)

  • 이종철 ((주)케이엘코퍼레이션) ;
  • 강익중 (경원대학교 화학생명공학과)
  • Published : 2007.12.31

Abstract

Wastewater discharged by industrial activities of metal finishing and electroplating units is often contaminated by a variety of toxic or otherwise harmful substances which have a negative effects on the water environment. The treatment method of heavy metal-cyanide complexes wastewater by alkaline chlorination have already well-known($1^{st}$ Oxidation: pH 10, reaction time 30 min, ORP 350 mV, $2^{nd}$ Oxidation: ORP 650 mV). In this case, the efficiency for the removal of ferro/ferri cyanide by this general alkaline chlorination is very high as 99%. But the permissible limit of Korean waste-water discharge couldn't be satisfied. The initial concentration of cyanide was 374 mg/L(the Korean permissible limit of cyanide is 1.0 mg/L max.). So a particular focus was given to the treatment of heavy metal-cyanide complexes wastewater by $Zn^{+2}/Fe^{+2}$ ion and coprecipitation after alkaline chlorination. And we could meet the Korean permissible limit of cyanide(the final concentration of cyanide: 0.30 mg/L) by $Zn^{+2}/Fe^{+2}$ ion and coprecipitation(reaction time: 30 min, pH: 8.0, rpm: 240). The removal of Chromium ion by reduction(pH: 2.0 max, ORP: 250 mV) and the precipitation of metal hydroxide(pH: 9.5) is treated as 99% of removal efficiency. The removal of Copper and Nickel ion has been treated by $Na_2S$ coagulation-flocculation as 99% min of the efficiency(pH: $9.09\sim10.0$, dosage of $Na_2S:0.5\sim3.0$ mol). It is important to note that the removal of ferro/ferri cyanide of heavy metal-cyanide complexes wastewater should be employed by $Zn^{+2}/Fe^{+2}$ ion and coprecipitation as well as the alkaline chlorination for the Korean permissible limit of waste-water discharge.

중금속 폐수는 다양한 유독성 화합물과 함께 배출되므로 상수원, 토양, 지하수 등의 환경에 악영향을 야기 시킬 수 있다. 이러한 고농도의 복합중금속과 시안착염을 포함한 도금폐수 처리 시 일반적으로 잘 알려진 알카리염소법에 의한($1^{st}$ Oxidation: pH 10, reaction time 30 min, ORP 350 mV, $2^{nd}$ Oxidation: ORP 650 mV) 시안의 잔류농도에 대한 제거효율은 유입수의 시안농도 374 mg/L에 비해 처리 후 잔류시안농도는 3.74 mg/L로써 그 제거효율이 99%로써 상당히 높았으나 수질환경보전법상 수질배출허용기준(나 지역) 1 mg/L 이하에 만족하기 위해서는 2차, 3차 등의 고도처리가 요구됨을 알 수 있었고, 이에 아연백법 및 공침처리공정(reaction time: 30 min, pH: 8.0, rpm: 240)을 적용하여 용해되어 잔류하는 시안착염을 불용성염으로 침전시켜 처리한 결과 잔류시안농도가 1.0 mg/L 이하의 만족할 만한 결과를 있었다. 크롬의 처리는 6가 크롬을 3가 크롬으로 환원(pH: 2.0 max, ORP: 250 mV)시킨 후, 수산화물로 처리(pH: 9.5)시 무난히 99%의 최대 제거효율을 얻을 수 있었다. 폐수 중 나머지 동(Cu)과 니켈(Ni)처리는 황화물 응집침전법을 적용한 결과 최적 pH는 $9.0\sim10.0$에서 $Na_2S$의 최적주입량이 Cu의 경우 0.5 mol에서 99.1%, Ni의 경우 3.0 mol에서 99.0% 이상 제거할 수 있었다. 즉 중금속 복합폐수 중 시안착염은 알카리 염소산화처리법만으로는 수질환경보전법의 규제치 이하로 처리가 불가능 하였고 아연백법 및 공침공정을 같이 적용한 결과 규제치 이하로 처리가 가능하다는 것을 현장 확인할 수 있었다.

Keywords

References

  1. Janson, C. E., 'Treatment of Heavy Metals in Wastewater,' Environ. Prog., 1(3), 212-216(1982) https://doi.org/10.1002/ep.670010315
  2. Patterson, J. W., 'Wastewater Treatment Technology,' Ann Arbor Science(1978)
  3. Koo, J. K., 'Econmical Treatment and Reutilization of Electroplating Waste for the Cross-Media and Integrated Management,' Proceeding of International Symposium in Seoul'89, Waste on Reutilization and Resource Recovery, Korea Solid Wastes Engineering Society, pp. 41-48 (1989)
  4. Nemerow, N. L., Industrial Water Pollution Addison-Wesley(1978)
  5. 홍종순, 이규성, 차웅현, 김성수, '수질오염 방지기술,' 동화기술, 서울, p. 148(1989)
  6. Vandeventer, J. S. J. and Vandermerwe, P. F., 'KineticModel for the Decomposition of Cyanide During the Elution of Gold from Activated Carbon,' Ssp. Sci. Technol., 30(6), 883 - 898(1995) https://doi.org/10.1080/01496399508015405
  7. 환경부, 수질관리교재, 환경보전협회, pp. 102-112(1997)
  8. 김광진, '산화환원제에 의한 도금폐수의 처리효과에 관한 연구,' 한양대학교 환경과학대학원 석사학위논문, pp. 5-8(1984)
  9. 한국과학기술원, '중금속 함유 폐수의 처리 및 회수기술 개발,' 환경부, pp. 23-24(1999)
  10. Coulter, K. R., 'Pollution Control Control and the Plating Industry,' Plating, 57, 1197 -1202(1970)
  11. Palla, L. T. and Spicher, R. G., 'Cyanide Treatment in Profit and Cure,' Presented at 26th Ind. Waste Conf. Purdue Univ.(1971)
  12. Green, J. and Smith, D.H., 'Processes for the Detoxification of Waste Cyanides,' Meta Finishing J., 18, 229-232(1972)
  13. Araya, H., 'Subsidiary Formation of Trihalomethanes by Oxidation Decomposition Using Sodium-Hypochlorite of Liquid Waste Containing Cyanide,' Nippon Kagaku Kaishi, 5, 402 - 406(1995)
  14. 김영환, 김복수, 폐수처리장치 계획과 설계, 국제이연사, 서울, pp. 185 -187(1979)
  15. 조순행, 유회찬, '공침현상을 이용한 중금속 폐수의 처리,' 대한환경공학회지, 10(1), 59-68(1988)
  16. Patterson, J. W., Industrial Wastewater Treatment Technology, 2nd Ed., Butter-Worth Publishers, Boston, pp. 115 -123(1985)
  17. 김동, '공해폐수처리,' 공해대책연구소, 17. p. 316(1985)
  18. Guroland, M. D. and Bremen, W. M., 'A Review of Metal Precipitation Chemicals for Metal-finishing acilppA tion,' Egnoriv Sci. Technol,, 19, 804(1985)
  19. Merrill, D. T., 'Field Evaluation of Arsenic and Selenium Removal by Iron Coprecipitation,' J. WPCF, 58(1), 18 - 26(1986)
  20. Benjamin, M. M., 'Adsorption and Surface Precipitation of Metals on Amorphous Inon Oxyhydroxide,' Environ. Sci. Technol., 17(11), 686-692(1983) https://doi.org/10.1021/es00117a012
  21. Swallow, K.C., 'Sorption of Copper and Lead by Hydrous Ferric Oxide,' Environ. Sci. Technol., 14(8), 744-749(1975)
  22. LeGendre, G. R. and Runnells, D. D., 'Removal of Dissolved Molybdenum from Wastewater by Precipitates of Ferric Iron,' Environ. Sci. Technol., 9(8), 744 - 749 (1975) https://doi.org/10.1021/es60106a010
  23. Sridharan, N. and Lee, G. F., 'Coprecipitation of Organic Compounds from Lake Water by Inon Salts,' Environ. Sci. Technol., 6(12), 1031-1034(1972) https://doi.org/10.1021/es60071a005
  24. Daj, W. and Richard, J. F., 'Cyanide Destruction in Plating by Hot Alkaline Chlorination,' Triad Eng. Inc., Milwauke(1991)
  25. 장순걸, 도금폐수의 공동처리방법 개선에 관한 연구, 부경대학교 석사학위논문(1996)
  26. 조용덕, 전이원소에 의한 시안착화합물의 폐수처리 공정, 한양대학교 석사학위논문(2003)
  27. 令井雄一, 鍍金技術便置, 電氣書院, p. 487(1971)
  28. 환경부, 수질관리 교재, 환경보전협회, pp. 93 - 101(1997)