빠른 답변: 중금속 폐수는 용해된 금속을 불용성 고체로 전환하여 처리한다 — 보통 석회나 가성소다로 pH를 높여 수산화물로 만들고, 한계치가 매우 낮을 때는 황화물로 만들기도 한다 — 그런 다음 슬러지를 침전시키고 탈수한다. 슬러지가 비용이 많이 드는 부분이다: 수산화물 슬러지는 침전조를 나올 때 96~99%가 물이며, 필터 프레스가 이를 위험 폐기물로 운반할 수 있는 케이크로 만들어 주는 장비다.
중금속 폐수로 간주되는 것은 무엇인가
전기도금 및 금속 표면처리 린스수, 인쇄회로기판 에칭, 산세 라인, 배터리 제조 및 재활용, 광산수 및 광미, 제혁 폐수(크롬) 및 일부 섬유 및 안료 흐름. 규제 기관이 실제로 목록에 올리는 금속은 짧은 목록이다. 40 CFR Part 433의 미국 금속 표면처리 규정은 규제한다 카드뮴, 크롬, 구리, 납, 니켈, 은, 아연 및 시안화물, 총 독성 유기물, 유지 및 그리스, TSS 및 pH도 포함됩니다.
한계치는 엄격하다. Part 433에 따르면 총 크롬의 일일 최대치는 2.77 mg/L, 월평균은 1.71 mg/L이다. 구리 3.38 / 2.07, 니켈 3.98 / 2.38, 아연 2.61 / 1.48, 납 0.69 / 0.43, 카드뮴 0.69 / 0.26, 은 0.43 / 0.24, 시안화물 1.20 / 0.65이다. 신규 배출원은 카드뮴 한계치 0.11 / 0.07 mg/L를 적용받는다. 도금 라인의 린스수는 수십에서 수백 mg/L의 금속을 함유할 수 있으므로, 많은 경우 제거율이 99% 이상이어야 한다.
1단계: 강수량을 깨뜨리는 스트림을 사전 처리합니다
무엇보다 먼저 처리해야 할 두 가지 흐름이 있으며, 이를 주 흐름에 혼합하는 것이 처리장이 허가 조건을 위반하는 가장 흔한 원인이다.
- 6가 크롬 수산화물로 침전되지 않습니다. 먼저 3가 크롬으로 환원되어야 하며, 일반적으로 낮은 pH에서 메타중아황산나트륨을 사용하여 환원한 후에야 다른 금속들과 함께 Cr(OH)₃로 침전될 수 있습니다.
- 시안화물 시안화물 도금욕에서 나오는 시안화물은 해당 흐름이 금속 처리 공정에 합류하기 전에 알칼리성 염소 처리로 별도로 파괴됩니다. 규정은 명확합니다: 시안화물 모니터링은 시안화물 처리 후, 다른 흐름과 희석되기 전에 수행됩니다.
- 킬레이트제 (무전해 니켈 또는 알칼리 아연에서 나오는 EDTA, 시트레이트, 암모니아)는 금속을 용액에 붙잡아 두고 수산화물 침전을 막는다. 이를 함유한 폐수는 분리되어 별도로 처리되거나 더 강한 침전제가 투입된다.
2단계: 침전 — 수산화물, 황화물 또는 둘 다
수산화물 침전
수산화칼슘, 가성소다 또는 수산화마그네슘으로 pH를 높이면 금속이 수산화물로 침전된다. pH 6 이하에서는 거의 침전되지 않는다. 최적 pH는 어떤 금속과 어떤 반대 이온이 존재하는지에 따라 달라지며, 각 금속은 서로 다른 pH에서 최소 용해도에 도달하므로, 혼합 흐름은 일반적으로 타협 pH에서 침전시킨 후, 단일 금속이 여전히 한계를 초과하면 두 번째 pH에서 마무리 처리한다.
미국 육군 공병대의 강수 매뉴얼(EM 1110-1-4012)에 따르면 수산화물 침전은 크롬, 니켈, 카드뮴, 구리 및 아연을 1.0 mg/L 이하로 낮출 수 있지만, 납, 망간 및 은은 이 방법으로 적절히 처리되지 않을 수 있다고 명시하고 있습니다. 석회는 가장 저렴하지만 가장 많은 슬러지를 생성합니다: EPA 화학적 침전 팩트 시트는 석회가 가성소다에 비해 폐슬러지 부피를 최대 50퍼센트까지 증가시킬 수 있다고 경고합니다.
황화물 침전
금속 황화물은 수산화물보다 용해도가 훨씬 낮다. 같은 USACE 매뉴얼에는 순수한 물에서의 이론적 용해도가 표로 정리되어 있다: 수산화구리 2.2×10⁻² mg/L 대 황화구리 5.8×10⁻¹⁸ mg/L; 아연 1.1 대 2.3×10⁻⁷; 납 2.1 대 3.8×10⁻⁹; 카드뮴 2.3×10⁻⁵ 대 6.7×10⁻¹⁰. 황화물 반응은 중성 pH(7–9) 부근에서 진행되며, 황화물 슬러지는 pH 5에서 수산화물 슬러지보다 침출 가능성이 약 3배 낮은 것으로 보고된다.
가격은 처리 비용이다. 황화나트륨과 황화수소 가스는 유해하며, 과잉 황화물은 폐수에서 제거해야 하고, 침전물은 미세하여 가라앉는 속도가 느리다. 일반적인 절충안은 수산화물 침전을 주 단계로 하고, 다른 방법으로는 한계치를 충족하지 못하는 금속 — 주로 납, 카드뮴 또는 은 — 에 대해서만 소량의 황화물 정련 단계를 두는 것이다.
응집과 침전
새로 형성된 수산화물 플록은 작다. 염화제이철 또는 폴리머를 투입하여 침전 가능한 플록으로 성장시키고, 물은 침전조, 라멜라 침전기 또는 DAF 장치로 보내진다. 침전조 하부 배출물이 슬러지이다. 일반적으로 고형물 1–4%이며, USACE 매뉴얼의 표현대로 96~99퍼센트가 물이다.
3단계: 슬러지 — 비용 동인
금속 수산화물 슬러지는 일반적으로 지정된 유해 폐기물(미국에서는 전기도금 슬러지의 경우 F006)이므로 중량 기준으로 유해 폐기물 요율로 처리됩니다. 고형물과 함께 운반되는 물 1톤마다 손실되는 비용입니다. 따라서 탈수는 나중에 생각할 일이 아니라 전체 공장의 운영 비용을 결정합니다.
USACE 매뉴얼은 침전제별 수산화물 슬러지에 대한 판형 및 프레임형 필터 프레스의 측정 결과를 제공합니다:
| 침전제 | 케이크 고형분 | 여과 시간 | 슬러지 밀도 | 건조 고형물 톤당 슬러지 부피 |
|---|---|---|---|---|
| 가성소다 (NaOH) | 30% | 7–8시간 | 1,300 kg/m³ | 5.0 m³ |
| 수화 석회 (Ca(OH)₂) | 35% | 7–9시간 | 1,400 kg/m³ | 4.2 m³ |
| 수산화마그네슘 (Mg(OH)₂) | 55% | 1.5–2.0시간 | 1,600–1,750 kg/m³ | 2.2 m³ |
두 가지가 눈에 띕니다. 첫째, 상류에서 선택하는 침전제가 필터 프레스 자체보다 필터 프레스 결과를 더 많이 바꿉니다. 수산화마그네슘 슬러지는 여과 속도가 네 배 빠르고 부피가 절반 이하로 줄지만, 석회보다 시약 비용이 약 세 배 듭니다. 둘째, 가성 슬러지조차 필터 프레스에서 고형분 30%에 도달하는데, 벨트 프레스나 원심분리기는 젤라틴 같은 수산화물 플록에서는 좀처럼 이를 달성하지 못합니다.
금속 수산화물 슬러지용 필터 프레스 용량 산정
하루 유량이 아니라 하루 건조 고형물 기준으로 시작하십시오. 35% 케이크 고형물에서 하루 100kg의 건조 금속 수산화물을 생산하는 도금 라인은 약 285kg의 케이크, 즉 1,400kg/m³에서 약 0.2m³를 생성합니다. 이는 소규모에서 하루 한두 사이클입니다 챔버 필터 프레스. 이 슬러지에 특히 중요한 점:
- 사이클 타임이 길다. 표에 나온 7–9시간의 여과 시간은 실제입니다. 수산화물 플록은 압축성이 있어 천을 막히게 합니다. 여러 번이 아니라 교대당 한 주기로 설계하십시오.
- 멤브레인 스퀴즈가 도움이 됩니다. A 멤브레인 필터 프레스 주기를 단축하고 케이크 고형물을 몇 포인트 더 높일 수 있으며, 이는 유해 폐기물 톤당 처리 비용이 부과될 때 빠르게 투자 회수됩니다.
- 천 선택. 캘린더링된 표면을 가진 모노필라멘트 폴리프로필렌은 수산화물 케이크를 깨끗하게 배출하고 멀티필라멘트 직물을 막히게 하는 미세 입자에 저항합니다. 참조 전기도금 폐수 필터 프레스 사이징 천 선택과 접시 선택을 위해.
- 재료. 폴리프로필렌 플레이트와 천은 산성 전처리에서 알칼리성 침전으로의 pH 변화를 부식 없이 처리합니다; 공급 펌프는 다음과 같아야 합니다 에어 작동식 다이어프램 펌프 또는 내식성 구조의 스크류 펌프.
- 여과액이 되돌아갑니다. 필터 프레스 여액은 침전 pH에서 미세 입자와 용해된 금속을 함유하므로, 방류구로 직접 보내지 말고 침전조 입구로 반환하십시오.
처리 및 탈수 제안을 위해 무엇을 보내야 합니까?
유용한 문의에는 다음이 포함됩니다: 공정(도금 유형, 에칭, 배터리, 광산수), 일일 유량, 원수 분석(각 금속, 시안화물, pH, 킬레이트제가 있는 경우), 준수해야 하는 방류 제한, 그리고 슬러지 처리 방법. 이를 통해 침전 단계의 규모를 산정하고, 일일 건조 고형물을 추정하며, 프레스, 여포 및 펌프를 선정할 수 있습니다. 이미 슬러지가 있다면 샘플을 보내주세요: 여과 테스트를 통해 견적이 나오기 전에 사이클 시간과 케이크 고형물을 알 수 있습니다.
관련: 폐수 처리장에서 발생하는 슬러지의 양은 얼마나 됩니까?, 암모니아성 질소 제거, 그리고 산업 폐수 처리 설비.
자주 묻는 질문
중금속을 침전시키는 데 사용되는 pH는 무엇인가요?
수산화물 침전은 알칼리 범위에서 진행되며, 일반적으로 금속 혼합물에 따라 pH 8에서 11 사이 어딘가에서 이루어집니다. pH 6 이하에서는 거의 아무것도 침전되지 않습니다. 각 금속은 최소 용해도의 고유한 pH를 가지고 있으므로, 혼합 폐수는 타협된 pH에서 침전시키고, 잘 침전되지 않는 금속은 두 번째 pH나 황화물로 처리하여 제거합니다.
6가 크롬은 왜 별도로 처리되나요?
Cr(VI)는 모든 pH에서 용액에 남아 있기 때문입니다. 먼저 Cr(III)로 환원해야 하며, 보통 산성 조건에서 메타중아황산나트륨을 사용합니다. 그래야만 다른 금속들과 함께 수산화크롬으로 침전됩니다.
황화물 침전이 수산화물보다 더 나은가요?
이론적 용해도에서 수백 배에 달하는 훨씬 낮은 잔류 금속에 도달하며, 슬러지의 침출도 더 적다. 비용이 더 많이 들고, 시약이 유해하며, 침전물이 천천히 가라앉기 때문에, 일반적으로 전체 흐름이 아니라 납, 카드뮴 또는 은에 대한 마무리 단계로 사용된다.
필터 프레스에서 금속 수산화물 슬러지는 얼마나 건조해질 수 있나요?
측정된 판형 및 프레임 결과는 가성 슬러지의 경우 약 30% 고형분, 석회 슬러지의 경우 35%, 수산화마그네슘 슬러지의 경우 55%입니다. 멤브레인 스퀴즈 단계는 몇 퍼센트 포인트를 더 추가합니다.
금속 수산화물 슬러지는 유해 폐기물인가요?
대부분의 관할 지역에서는 그렇습니다. 미국에서는 전기도금에서 발생하는 폐수 처리 슬러지가 F006 유해 폐기물로 분류되어 중량 기준으로 처분되기 때문에, 실질적으로 가능한 가장 높은 케이크 고형분까지 탈수하는 것이 매우 중요합니다.
필터 프레스 여과액을 바로 배출할 수 있나요?
아니요. 수산화물 슬러지에서 여과된 여액은 침전 pH에서 미세 입자와 일부 용해된 금속을 함유합니다. 이를 다시 침전조 입구로 반환하여 침강 및 최종 pH 조정을 다시 거치도록 하십시오.
원수 분석 자료, 유량 및 방류 한계를 보내주시면 침전 단계와 필터 프레스를 함께 사이징해 드리겠습니다: 헤비 메탈 처리 제안을 요청합니다.
참고 문헌: 40 CFR Part 433 — 금속 마감 점오염원 범주 (eCFR), 미 육군 공병단 — EM 1110-1-4012, 침전/응집/플록형성 (2001), US EPA — 폐수 처리 기술 정보지: 화학적 침전 (832-F-00-018).
이 글은 우리의 가이드의 일부입니다 폐수 슬러지 탈수.