표제지
목차
요약문 3
기술개발 제안 요약서 15
1. 기술개발의 필요성 18
가. 기술개발의 중요성 및 필요성 18
나. 국내외 관련 기술의 현황 27
다. 국내외 유사 기술과의 차별성 31
라. 기술개발사업성과의 사업화 가능성 32
2. 목표 및 내용 33
가. 최종목표 33
나. 연차별 주요 사업내용 34
다. 연차별 사업내용 및 범위(상세히 기재) 34
라. 연차별 기술개발의 추진 일정 43
마. 연차별 기술개발성과(특허ㆍ논문 등)의 추진 일정 45
3. 연차별 평가의 착안점 및 기준 45
4. 기술개발의 추진전략ㆍ체계 및 기술개발 수행 방법 46
가. 기술 개발의 추진전략(상세히 기재) 46
나. 추진체계 49
다. 기술개발 수행 방법(상세히 기재) 50
5. 1차년도 연구 결과 51
가. 슬러지 발생량 및 특성 분석 51
나. 슬러지 건조기술 검토 및 선정 54
다. 비소 등온흡착실험을 통한 석탄광산배수슬러지 흡착제 평가 58
라. 비드형 비소 흡착제 제조를 위한 성형기 선정 검토 66
마. 비드형 비소 흡착제 제조를 위한 바인더 조사 66
바. 석탄광산배수 슬러지에 유,무기 바인더를 적용한 비드형 흡착제 시료 제작 69
사. 비드형 비소 흡착제의 물리ㆍ화학적 특성 분석 74
6. 1차년도 주요 성과 83
가. 광산배수 슬러지를 이용한 비드형 비소 제거용 흡착제 제조 공정 83
나. 물질 수지(Mass Balance) 84
[표 1] 비소 제거를 위한 대표적인 Al, Fe 함유 산업부산물을 이용한 흡착제 21
[표 2] 석탄광산배수 수질 특성 24
[표 3] 국내 석탄광산배수 처리공정에서의 슬러지 발생 현황 (2018년 기준) 24
[표 4] 함백, 나전, 함태, 동원광산의 슬러지 1일 발생량 24
[표 5] 석탄광산배수 처리 시 발생 슬러지 구성 물질 XRF 전 함량 분석 결과 25
[표 6] 4개 석탄광산배수처리 시 발생되는 슬러지 용출실험 결과 (TCLP) 26
[표 7] 수중 비소 처리를 위한 흡착제 개발 연구의 국외 현황 28
[표 8] 수중 비소 처리를 위한 연구의 국외 현황 29
[표 9] 국외 관련 특허 정리 29
[표 10] 국내 관련 연구수행기관 및 연구 내용 30
[표 11] 흡착제 제조 방법에 관련된 특허 31
[표 12] 국내외 유사 기술의 차별성 31
[표 13] 연차별 연구 목표 및 결과물 33
[표 14] 주요 내용 및 범위 제품의 사양 및 성능 34
[표 15] 석탄광산배수 처리 시 발생 슬러지 구성 물질 XRF 전 함량 분석 결과 35
[표 16] 광산슬러지의 Ca 함량에 따른 분류 및 연구 방향 35
[표 17] 통상적인 건조 방법 36
[표 18] 흡착제 적용 유٠무기 바인더 38
[표 19] 포틀랜드 시멘트의 화합물 조성 39
[표 20] 비드형 흡착제 제조장치 예시 40
[표 21] 국내 석탄광산배수 처리공정에서의 슬러지 발생 현황 (2018~2019) 51
[표 22] 석탄광산배수슬러지의 XRF 분석 결과 51
[표 23] 석탄광산배수 슬러지 (CMDS)의 물리٠화학적 특성 54
[표 24] 발생원에 따른 슬러지 함수율 55
[표 25] 석탄광산배수 처리 시 발생 슬러지 동결건조 결과 56
[표 26] 건조 방법별 경제성 평가 58
[표 27] 흡착제의 특성 61
[표 28] 흡착제 CMDS에 의한 비소의 흡착능 (pH 6.5, 온도 25℃) 62
[표 29] 서로 다른 흡착제 CMDS에 의한 비소 흡착 반응속도상수 (pH 6.5, 온도 25℃, 흡착제 0.3 g/100ml) 64
[표 30] 흡착제 CMDS에 의한 비소 흡착 반응속도상수 (pH 6.5, 온도 25℃) 65
[표 31] 성형장비의 종류 및 특징 66
[표 32] 유기 바인더 후보 물질 67
[표 33] 무기 바인더 후보 물질 68
[표 34] 비소 제거를 위한 대표적인 Al, Fe 함유 산업부산물을 이용한 흡착제 사전 조사 68
[표 35] 무기바인더를 이용한 조건별 비드 제조 방법 최적화 71
[표 36] 구형 성형기의 작동 조건에 따른 규격별 비드 회수율 72
[표 37] 유성밀의 작동 조건에 따른 규격별 비드 회수율 73
[표 38] 수상 pH에 따른 비드형 흡착제 샘플 특징 73
[표 39] GCMDS의 의 물리٠화학적 특성 74
[표 40] GCMDS에 의한 비소 흡착능 비교 (온도 25℃, pH 6.8) 77
[표 41] 비드형 비소 흡착제를 이용한 비소흡착 반응속도상수 비교 결과 (온도 25℃, pH 6.8) 80
[표 42] Dubinin-Radushkevich (D-R) 매개 변수 및 다양한 흡착제의 활성화 에너지 82
[표 43] 서로 다른 흡착제의 확산 매개 변수 82
그림 1. 국내외 폐금속 광산 및 지하수 비소 오염현황 19
그림 2. 비소 흡착 메커니즘 22
그림 3. 비소 흡착 메커니즘 22
그림 4. 석탄광산배수 전기정화법 처리 시스템 23
그림 5. 석탄광산배수 물리화학적 처리 시스템 23
그림 6. 열매체유 건조 방식 37
그림 7. lodige Mixer 41
그림 8. 연구 개발 추진전략 46
그림 9. 석탄광산배수슬러지 및 표준흡착제 GFH 및 GFO의 XRD 52
그림 10. 석탄광산배수슬러지 비표면적 분석 결과 53
그림 11 석탄광산배수슬러지 pHIEP 분석 결과 53
그림 12 . 자연건조 현장 (좌) 노지, (우) 하우스 55
그림 13. 석탄광산배수 슬러지 동결건조 결과 56
그림 14. pH에 따른 각 흡착제의 최대흡착량 평가 60
그림 15. pH에 따른 각 흡착제의 최대흡착량 평가 61
그림 16. 석탄광산배수슬러지를 이용한 비소[As(III), As(V)]흡착 반응속도상수 63
그림 17. 석탄광산배수슬러지를 이용한 비소[As(III), As(V)] 전후 FT-IR 분석 결과 65
그림 18. 석탄광산배수슬러지를 이용한 비드형 비소 흡착제 제조과정 (1) 69
그림 19. 석탄광산배수슬러지를 이용한 비드형 비소 흡착제 제조과정 (2) 70
그림 20. 구형 성형기를 이용한 비드형 흡착제 제조 71
그림 21. 유성밀을 이용한 비드형 흡착제 제조 72
그림 22. 무기바인더와 석탄광산배수슬러지(영동광산)를 이용한 pH에 따른 비소 등온 흡착실험 75
그림 23. 영동 석탄광산배수슬러지를 이용한 pH에 따른 비소 등온 흡착실험 75
그림 24. 유기바인더와 석탄광산배수슬러지를 이용한 pH에 따른 비소 등온 흡착실험 76
그림 25. 유기바인더와 석탄광산배수슬러지를 이용한 pH에 따른 비소 등온 흡착실험 77
그림 26. 무기바인더와 석탄광산배수슬러지를 이용한 비소 흡착실험에서 각 모델에 의한 반응속도 상수 78
그림 27. 유기바인더와 석탄광산배수슬러지를 이용한 비소 흡착실험에서 각 모델에 의한 반응속도 상수 79
그림 28. 유기바인더를 적용 비드의 비소 등온 흡착실험에서 비소 흡착전후의 FT-IR 분석 80
그림 29. 유기바인더와 석탄광산배수슬러지를 이용한 비소 등온 흡착실험에서 확산계수 산정 81