물의 산 ․ 알칼리 분리 공정을 이용한 도금 수세폐수 처리 신기술
Innovative treatment technology for electroplating rinse water by acid-alkali separation technique of water
초록/요약
유해금속이 함유된 폐수는 일반적으로 화학약품을 투입하여 알칼리제로 침전물을 형성시켜 고·액 분리하는 화학적 폐수처리 방법에 의해 처리하고 있다. 그러나 폐수에 함유된 착이온이 금속과 결합하여 불용성물질의 형성이 어려운 안정된 착화합물을 만들어 효율적인 처리가 어렵다. 이에 따라 처리효율 제고를 위해 처리공정이 복잡다단해지고 화학약품의 종류와 사용량도 증가하고 있다. 이와 아울러 각종 화학약품이 혼합된 슬러지가 발생하여 폐기물처리비용이 발생한다. 발생된 중금속 슬러지 또한 화학약품이 다량 함유되어 있어 유가금속의 회수가 불가능한 경우가 대부분이라 소중한 자원의 낭비를 초래하고 있다. 폐수에 함유된 유가금속을 용이하게 회수하기 위해서는 폐수처리에 사용되는 화학약품을 복합적으로 사용하지 않거나 사용량을 최소화 또는 단순화하는 것이 무엇보다 중요하다. 이러한 문제를 근본적으로 해결하기 위하여 폐수를 산·알칼리로 분리하는 과정을 이용한 전기분해 환원방식의 폐수처리에 대한 연구를 진행하였다. 이 방법은 음극-실의 환원반응으로 수산화이온이 생성되어 폐수에 함유된 금속이온과 반응하여 수산화 침전물을 형성시켜 침전물이 포함된 알칼리용액을 고·액 분리하는 과정을 통해 여액은 처리수로 고형물은 별도로 수분을 제거하는 과정을 거쳐 폐기물로 분리하는 원리이다. 이와 아울러 고형물에 포함된 유가금속의 회수 가치를 높이는 방법을 도출하였다. 구리가 함유된 수세폐수를 pH 5.5에서 전기분해 처리한 결과 평균 0.76 mg/L의 구리가 99% 제거되는 것으로 나타났다. 또한, 유입폐수의 부하변동에 대처하기 위하여 제안한 전기응집공정이 포함된 2단 처리공정의 경우 구리의 농도는 0.02 mg/L로 거의 100% 제거되는 것으로 나타났다. 기존 약품처리공정에서는 평균 2%의 구리가 함유된 슬러지가 폐수 1 ton당 3173 g 발생하였고, pH 5.5에서 전기분해한 경우에는 평균 30%의 구리가 함유된 슬러지가 폐수 1 ton당 256 g의 슬러지가 발생하였다. 2단 처리공정을 적용한 경우에는 1차 전기분해처리 후 폐수 1 ton 당 평균 30%의 구리가 함유된 슬러지가 206 g 발생하였고, 2차 전기응집 처리 후에는 폐수 1 ton당 구리의 함량이 평균 7%인 슬러지가 252 g 발생하여 기존 약품처리에 비하여 슬러지 발생량이 90% 이상 감소하는 것으로 조사되었다. 기존 약품처리 후 발생한 슬러지는 구리 농도가 낮아 폐기되어야 하나 pH 5.5에서 전기분해처리 후 발생한 슬러지는 유가금속의 농도가 높아 금속의 회수가 가능한 것으로 나타났다. 처리비용은 기존 약품처리 방법이 1737원/m3, pH 5.5에서 전기분해 처리한 경우 1697원/m3, 2단 처리공정은 1207원/m3이 소요되는 것으로 나타나, 2단 처리공정이 경제적인 것으로 조사되었다. 이 연구에서 처리수는 목적하는 처리 효율을 달성하였고, 특히, 전기응집 처리가 포함된 2단 처리공정은 미량의 유해금속 처리에 매우 효과적인 것으로 결론지을 수 있었다. 이 공정을 적용하면 기존 사용하는 약품처리방법을 대체하고 이에 따른 폐기물 발생량이 현격히 감소함과 동시에 슬러지에 함유된 유가금속의 함유량이 높아 회수가치가 충분히 존재하는 것으로 결론지을 수 있었다. 따라서 이 방법은 저농도의 구리폐수를 처리하고 발생된 슬러지로부터 유가금속의 회수가 가능한 미래지향적인 처리기술로 활용도가 클 것으로 기대된다.
more초록/요약
Wastewater containing harmful metals are generally treated by precipitation method with alkaline agents. The existence of chelating agent lowers the treatment efficiency by the formation of metal complexes. For this reason, the treatment process becomes more complicated and the usage of chemicals increases. Valuable heavy metals can not be recovered because of the complexity of various chemicals contained in the sludge. Additional treatment costs are increased by the sludge disposal expenses. Minimization and simplification of chemical usage are important for the recovery of valuable metals from metal containing wastewater. With this connection, electrolytic reduction method by separating water into acid and alkali was studied to solve these problems. The principle of this process is to generate hydroxide ion by the reduction reaction of the negative charged electrode chamber and this forms metal hydroxide precipitates. Investigations were also carried out to increase the concentration of metals contained in the sludge generated. It was found out that 99% of copper were removed by the electrolysis process at pH 5.5 and 100% of copper were removed by the two stage electro-coagulation process developed from this study. The amount of sludge generated decreased up to 90% compared with those of sludge generated from the conventional chemical precipitation methods. Sludge generated from the electrolysis process showed high concentration of copper content and copper can be recovered from these sludge. The two-stage electro-coagulation process showed high concentration of copper content and copper can be recovered from these sludge because of high content. It was also can be concluded that the two-stage electro-coagulation process is the most economical treatment method among the three process tested. In summary, the two-stage treatment process of electro-coagulation is very effective and economic process for treating the trace amount of copper contained in the metal bearing wastewater. Copper recovery was also possible because of the high concentration contained in the sludge generated. It can be expected the two-stage treatment process developed in this study would be state of art technology for the treatment and recovery of copper from the FPCB washing waste water.
more목차
제1장 서론 1
제1절 연구배경 및 목차 1
제2절 연구내용 4
제2장 문헌연구 5
제1절 도금 수세 폐수 5
2.1.1 국내 도금 폐수 발생 현황 5
2.1.2 도금 수세 폐수 특성 8
제2절 도금 폐수 처리 기술 10
2.2.1 화학침전법 10
2.2.2 전기분해법 12
가. 전기산화 12
나. 전기응집 14
다. 전기도금 16
라. 전기투석 17
마. 격막법 19
제3절 전기분해 주요 영향 인자 21
2.3.1 전류 밀도 21
2.3.2 전해질과 전기전도도 22
2.3.3 반응시간 23
2.3.4 전해조의 형태 23
2.3.5 전극의 재질 및 간격 25
제3장 실험장치 및 방법 27
제1절 전기분해 시스템의 구성 27
3.1.1 양극-실과 음극-실이 분리된 전기분해 시스템 27
3.1.2 2차 처리를 위한 전기분해 장치 31
가. 불용성전극의 전기산화장치 31
나. 희생전극의 전기응집장치 32
제2절 대상폐수 34
3.2.1 표준시료 34
3.2.2 인공폐수 35
3.2.3 대상폐수 36
제3절 분석방법 39
제4장 결과 및 고찰 40
제1절 표준시료의 전기분해 42
4.1.1 중성시료 전기분해 결과 43
4.1.2 산성시료 전기분해 결과 46
4.1.3 표준시료의 실험결과 고찰 49
제2절 인공폐수의 전기분해 51
4.2.1 전극간격에 따른 인공폐수 전기분해 결과 51
가. 전극간격 10 mm 51
나. 전극간격 20 mm 53
4.2.2 전류에 따른 구리 처리효율 57
4.2.3 슬러지 재활용성 평가 59
제3절 대상폐수의 전기분해 62
4.3.1 전류에 따른 전기분해 효율 62
4.3.2 양극-실 배출수의 최적 처리 65
4.3.3 기존처리공정과 전기분해처리 신공정 비교 실험 70
4.3.4 전기분해 신공정을 이용한 2단 전기분해 공정 72
제4절 경제성 평가 76
4.4.1 공정의 구성 76
4.4.2 경제성 평가 85
제5장 결론 89
향후연구계획 91
참고문헌 92
Abstract 97
