물의 산 ․ 알칼리 분리 공정을 이용한 도금 수세폐수 처리 신기술 - 김영신 (The Graduate School, Ajou University, 2017)
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.
학위논문(박사)--아주대학교 일반대학원 :환경공학과,2017. 8
Keywords: 도금수세 폐수처리; 산-알칼리분리; 음극환원 침전; 전기분해