전기분해공정과 산화공정을 이용한 산성광산배수 처리에 관한 연구 = A Study on treatment of acid mine drainage by electrolysis process and oxidation process

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 산성광산폐수(Acid Mine Drainage, AMD)의 정화기술 확보를 통해 산성광산폐수로 인한 피해지역의 수질을 정화할 수 있는 기술개발에 초점을 맞추었다. 기존처리방법의 고찰과 더불어 적절한 정화시설의 부재로 하천 및 토양오염이 심각한 강원지역의 폐탄광지역을 연구 대상지로 선정하여 실증실험을 통한 처리방법을 모색하였다. 이를 위해 강원지역의 수질조사를 선행하여 연중 계절별 pH와 중금속 농도변화가 큰 영동의 폐탄광지역을 선정하였다. 강원 영동지역의 지리적 협소성 및 처리용량과 처리시간을 고려하여 적극적 처리방법(Active treatment)을 적용한 처리방안을 모색하고 기존에 사용된 처리방법들을 적용하여 문제점 분석 및 적합여부를 고려하여 Pilot-test를 통한 실증처리 방안을 제시하였다. 또한, 광해피해로부터 요구되는 수요에 능동적으로 대처하고 AMD 처리방법의 상업화와 경쟁력 강화를 위하여 NaOCl을 이용한 새로운 처리방법을 적용하고 Pilot-test를 통하여 중금속과 SS(Suspended Solids) 농도를 배출수 기준에 만족하는 처리조건을 확립하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This study focused on the development of improved technology for strong acid mine drainage(AMD). The presented work provides for preventing contamination of stream water as well as for the methods for high removal efficiency of heavy metal content of AMD.
The previously used the passive treatment methods for Gangwon coal mine area cannot be improved due to the large seasonal variation of the pH and of the heavy metal content of AMD in Young-dong coal mine region. Considering the narrow geographical characteristics of this region, the active treatment methods were applied. For the purpose of looking for the suitable pilot-test, various methods of active treatment were attempted, such as neutralization, combined neutralization with electrolysis. Furthermore, the new method, which is capable of treating the removal of heavy metal content in AMD, was proposed by using the sodium hypochlorite(NaOCl). The proposed method in this study improves the previously low efficiency defect of treated AMD. Prior to electrolysis of AMD, NaOCl derived from electrolysis of NaCl is mixed with the receiving water so that neutralization and oxidation are able to be undertaken in advance. Results of this test shows that the recovery ratio of dissolved heavy metals was higher than the other methods, and rapid precipitation and less sludge production of SS(Suspended Solids) make it possible to reduce initial investment and operation cost.

목차 (Table of Contents)

• 제 1장 서론 1
• 1.1. 연구배경 및 목적 1
• 1.2. 연구 방법 및 범위 3
• 1.2.1. 연구방법 3
• 1.2.2. 연구 범위 3
• 제 2장 이론적 고찰 4
• 2.1. AMD 생성 메커니즘 4
• 2.2. AMD 처리방법 및 국내 적용 사례 11
• 2.2.1. 소극적 처리방법 13
• 2.2.2. 적극적 처리방법 21
• 1) 폭기에 의한 AMD 처리 23
• 2) 알칼리제에 의한 AMD 처리 26
• 3) 전기분해에 의한 AMD 처리 33
• 4) 산화제에 의한 AMD 처리 35
• 제 3장 실험 재료 및 방법 37
• 3.1. 연구 지역 37
• 3.2. AMD 발생 특성 조사 40
• 3.2.1. 유량 조사 40
• 3.2.2. 시료 채취 및 분석 45
• 3.3. 실험실 규모의 AMD 처리기술의 적용성 평가 47
• 3.3.1. 알칼리제를 이용한 실험실 규모의 산성광산배수 화학적 처리 47
• 3.3.2. 실험실 규모의 산성광산배수 전기화학적 처리 49
• 3.3.3. 산화제를 이용한 실험실 규모의 산성광산배수 화학적 처리 51
• 1) 산화제 주입량에 따른 AMD 처리 실험 51
• 2) 산화제 주입 후 반응시간에 따른 AMD 처리 실험 51
• 3) 산화제 주입 후 교반속도에 따른 AMD 처리 실험 52
• 4) 산화제 주입 농도에 따른 AMD 처리 실험 52
• 3.4. 파일럿 규모의 산성광산배수 최적처리기술 평가 53
• 3.4.1. pH 조정 후 전기분해를 이용한 파일럿 규모의 산성광산배수 처리 53
• 1) 실험실 규모의 산성광산배수 화학적 처리 55
• 2) 회분식 반응조에서의 전류세기에 따른 산성광산배수 처리 55
• 3) 회분식 반응조에서의 체류시간에 따른 산성광산배수 처리 56
• 4) 회분식 반응조에서의 침전시간에 따른 침전효율 56
• 5) 파일럿 규모의 처리효율 및 침전시간별 침전효율 57
• 3.4.2. 산화제를 이용한 파일럿 규모의 AMD 처리 58
• 제 4장 연구결과 및 고찰 62
• 4.1. 연구 대상지의 AMD 발생 특성 62
• 4.1.1. 연구 대상 지역의 AMD 발생 특성 62
• 4.1.2. 기존 AMD 처리시설과 발생 특성 비교 72
• 4.2. AMD 처리기술의 효율성 평가 78
• 4.2.1. pH 조정에 의한 처리효율성 평가 78
• 4.2.2. 전기분해에 의한 AMD 처리효율성 평가 84
• 4.2.3. 산화제에 의한 AMD 처리효율성 평가 85
• 1) 산화제 주입량에 따른 AMD 처리효율평가 85
• 2) 반응시간에 따른 AMD 처리효율 평가 88
• 3) 교반속도에 따른 처리효율 평가 89
• 4) 산화제 농도에 따른 AMD 처리효율평가 91
• 4.2.4 실험실 규모 AMD 처리 효율 비교 평가 93
• 4.3. 파일럿 규모의 AMD 처리효율성 평가 95
• 4.3.1. pH 조정 후 전기분해에 의한 AMD 처리효율성 평가 95
• 1) 적정 pH 구간 선정 95
• 2) pH 및 전류세기에 따른 AMD 처리효율평가 95
• 3) 침전조 체류시간별 침전효율평가 102
• 4) pH 조정 후 전기분해 처리기술의 최적조건 평가 103
• 4.3.2. 산화제를 이용한 AMD 처리효율성 평가 109
• 1) 침전시간에 따른 SS제거 효율 평가 110
• 2) 최적조건으로 연속운전시 AMD 처리 효율 평가 111
• 4.3.3. 최적처리공정 비교 평가 116
• 1) 처리 효율 117
• 2) 슬러지 발생량 122
• 3) 약품 투입비 123
• 제 5장 결론 125
• 제 6장 부 록 129
• 6.1. 슬러지 발생량 129
• 6.1.1. NaHCO3를 이용한 중화 후 전기분해공정 130
• 6.1.2. NaOCl을 이용한 처리공정 136
• 6.2. 운영비용 141
• 6.2.1. 약품비용 141
• 참고문헌 143