산성 폐수 처리

산성 폐수는 pH 값이 6 미만인 폐수입니다. 산의 종류와 농도에 따라 무기산 폐수와 유기산 폐수로, 강산 폐수와 약산 폐수, 단일산 폐수와 다중산 폐수, 저농도 산성 폐수와 고농도 산성 폐수로 구분할 수 있습니다. 일반적으로 산성 폐수는 산 외에도 중금속 이온 및 그 염, 기타 유해 물질을 함유하는 경우가 많습니다. 산성 폐수는 광산 배수, 습식 제련, 제강, 철강 및 비철금속 표면 산처리, 화학 산업, 산 생산, 염료, 전해, 전기 도금, 인조 섬유 등 다양한 산업 분야에서 발생합니다. 흔히 접할 수 있는 산성 폐수는 황산 폐수이며, 그 다음으로 염산 폐수와 질산 폐수가 있습니다. 중국에서는 매년 약 백만 세제곱미터에 달하는 산업 폐산이 배출되고 있습니다. 이러한 폐수를 처리 없이 직접 방류할 경우 파이프라인 부식, 농작물 피해, 어류 오염, 선박 손상, 환경 오염 등 심각한 문제를 야기합니다. 산업 폐산은 방류 전 국가 배출 기준을 충족하도록 처리해야 하며, 처리된 폐산은 재활용 및 재사용이 가능합니다. 폐산 처리 방법으로는 염처리, 농축법, 화학적 중화법, 추출법, 이온 교환 수지법, 막 분리법 등이 있습니다.

1. 소금 재활용

소위 염석법은 다량의 포화 염수를 사용하여 폐산에 포함된 거의 모든 유기 불순물을 침전시키는 방법입니다. 그러나 이 방법은 염산을 생성하여 폐산에 포함된 황산의 회수 및 활용에 영향을 미치므로, 황산수소나트륨 포화 용액을 이용한 폐산의 유기 불순물 염석법이 연구되었습니다.
폐산에는 황산과 다양한 유기 불순물이 포함되어 있는데, 주로 톨루엔의 설폰화, 염소화 및 질산화 공정에서 생성되는 소량의 6-클로로-3-니트로톨루엔-4-설폰산과 그 이성체들입니다. 염석법은 다량의 포화 염수를 사용하여 폐산에 포함된 거의 모든 유기 불순물을 침전시키는 방법입니다. 염석법을 이용한 재활용은 폐산에 포함된 다양한 유기 불순물을 제거할 뿐만 아니라 황산을 회수하여 순환 생산에 투입함으로써 비용과 에너지를 절감할 수 있습니다.

2. 볶는 방법

로스팅 방법은 염산과 같은 휘발성 산에 적용되며, 로스팅을 통해 용액에서 휘발성 산을 분리하여 회수 효과를 얻습니다.

3. 화학적 중화법

H+(aq)+OH-(aq)=H2O의 기본적인 산-염기 반응은 산성 폐수 처리의 중요한 기초가 됩니다. 산성 폐수 처리의 일반적인 방법으로는 중화 및 재활용, 산-염기 폐수의 상호 중화, 약물 중화, 여과 중화 등이 있습니다. 중국 초창기 철강 기업들은 염산 및 황산 산세척 폐액을 처리하기 위해 대부분 산-염기 중화법을 사용하여 pH 값을 배출 기준에 맞추었습니다. 산-염기 중화의 원료로는 탄산나트륨(소다회), 수산화나트륨, 석회석 또는 석회가 사용되며, 일반적으로 석회석은 저렴하고 제조가 용이합니다.

4. 추출 방법

액체-액체 추출(용매 추출이라고도 함)은 원료 액체 성분의 적절한 용매에 대한 용해도 차이를 이용하여 분리를 달성하는 단위 조작입니다. 산성 폐수 처리 시, 산성 폐수와 유기 용매가 충분히 접촉하여 폐산에 포함된 불순물이 용매로 이동해야 합니다. 추출제의 요구 조건은 다음과 같습니다. (1) 폐산에 대해 불활성이어야 하며, 폐산과 화학적으로 반응하지 않고 폐산에 용해되지 않아야 합니다. (2) 폐산에 포함된 불순물이 추출제 및 황산에 대한 분배 계수가 높아야 합니다. (3) 가격이 저렴하고 쉽게 구할 수 있어야 합니다. (4) 불순물과의 분리가 용이하고 탈착 시 손실이 적어야 합니다. 일반적인 추출제로는 벤젠(톨루엔, 니트로벤젠, 클로로벤젠), 페놀(크레오소트 조디페놀), 할로겐화 탄화수소(트리클로로에탄, 디클로로에탄), 이소프로필 에테르 및 N-503 등이 있습니다.

5. 이온 교환 수지법

이온 교환 수지를 이용한 유기산 폐액 처리의 기본 원리는 일부 이온 교환 수지가 폐산 용액에서 유기산을 흡수하고 무기산 및 금속염을 배제하여 서로 다른 산과 염을 분리할 수 있다는 것입니다.

6. 막 분리법

산성 폐액의 경우 투석 및 전기투석과 같은 막 처리 방법을 사용할 수 있습니다. 폐산의 막 회수는 주로 농도 차이에 의해 구동되는 투석 원리를 이용합니다. 전체 장치는 확산 투석막, 액체 분배판, 보강판, 액체 흐름판 프레임 등으로 구성되며, 폐액 내 물질을 분리하여 분리 효과를 얻습니다.

7. 냉각 결정화법

냉각 결정화법은 용액의 온도를 낮춰 용질을 침전시키는 방법입니다. 이 방법은 폐산 처리 공정에서 폐산에 포함된 불순물을 냉각시켜 제거하고, 재사용 가능한 산 용액을 회수하는 데 사용됩니다. 예를 들어, 압연 공장의 아실 세척 공정에서 배출되는 폐황산에는 다량의 황산제일철이 함유되어 있는데, 이를 농축 결정화 및 여과 공정을 통해 처리할 수 있습니다. 여과를 통해 황산제일철을 제거한 후, 이 산 용액은 강철 산세 공정에 재사용될 수 있습니다.

냉각 결정화는 다양한 산업 분야에 응용되며, 여기서는 금속 가공의 산세 공정을 예로 들어 설명합니다. 철강 및 기계 가공 공정에서 금속 표면의 녹을 제거하기 위해 황산 용액이 흔히 사용됩니다. 따라서 폐산을 재활용하면 비용을 크게 절감하고 환경을 보호할 수 있습니다. 산업 현장에서는 이러한 폐산 재활용 공정에 냉각 결정화 기술이 활용됩니다.

8. 산화법

이 방법은 오랫동안 사용되어 왔으며, 원리는 폐황산에 포함된 유기 불순물을 적절한 조건에서 산화제를 이용하여 분해함으로써 이산화탄소, 물, 질소산화물 등으로 전환시키고 황산과 분리하여 폐황산을 정제 및 회수하는 것입니다. 일반적으로 사용되는 산화제로는 과산화수소, 질산, 과염소산, 차아염소산, 질산염, 오존 등이 있으며, 각 산화제는 고유의 장점과 한계를 가지고 있습니다.