KR100496877B1 - 재활용 가능한 도금 수세수 처리장치와 그 처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 도금 수세수 처리장치와 방법은 전처리공정의 수세수, 알칼리성 도금공정의 수세수, 산성 도금공정의 수세수 등 도금에 필수적인 수세과정에서 사용되는 수세수를 도금 공정별로 물과 공정액(도금약품), 유가금속을 분리하여 수거한 도금 약품은 당해 도금공정에 재투입하고, 도금 약품이 회수됨에 따라 순도가 높아진 물은 당해 도금공정용 수세수로 재활용할 수 있다. 그리고 이 같은 도금 수세수의 재생과정에서 도금 수세수를 고농도로 변화시키기 위해 처리하는 증발농축기에서 발생되는 증발 수분은 냉각장치(습식 스크라바 등)에서 응집시켜 수세수로 보충함으로서 절수효과도 가져 온다.

Description

재활용 가능한 도금 수세수 처리장치와 그 처리방법{Apparatus for treating washing water for plating capable of recycling and method thereof}

본 발명은 도금과정에서 발생하는 수세수를 처리하여 도금 약품과 재사용이 가능한 용수로 분리 회수함으로서 도금원가를 절감하고, 철저한 수질 관리로써 도금품질을 높이며, 증발수분의 회수에 의한 수세수를 절약할 수 있는 재활용 가능한 도금 수세수 처리장치와 이 장치를 이용한 고효율 도금수세수 처리방법에 관한 것이다.

피도금물에 대한 전처리와 도금 및 도금 후 수세 등으로 이어지는 도금공정에서는 처리 단계별로 막대한 양의 폐수세수가 발생한다. 도금수세수에는 다량의 중금속도 함유되어 있다. 이러한 도금 수세수를 무단 방류할 경우 하천수가 중금속에 오염되어 이를 식수원으로 하는 인간에게는 물론 수변식물과 어류를 비롯한 하천 생태계에도 치명적인 영향을 끼쳐 환경파괴의 주요인으로 작용하게 된다. 이 같은 도금 수세수의 폐해를 고려하여 도금공정에서 발생하는 폐도금 수세수는 전용 폐수처리설비를 이용하여 정화하도록 법으로 강제되고 있다.

종래의 도금 수세수 처리방법은 도금수세수 중에 함유된 알칼리성 도금약품과 산성 도금약품을 회수하여 재활용하는 것은 전혀 고려하지 않았다. 자원의 재활용적 관점에서 도금수세수의 무단 방류는 자원의 허비가 아닐 수 없다.

이러한 점에서 도금원가를 낮추고 용수 조달비용을 절감하기 위한 새로운 모색이 필요하다.

따라서 본 발명의 목적은 도금과정에서 발생하는 수세수를 재처리하여 재활용 가능한 도금약품과 용수로 분리함으로서 도금원가를 절감하고, 개개의 도금공정에서 발생하는 증발수분까지 거의 전량을 회수하여 용수에 보탬으로서 피도금물의 수세에 필요한 용수를 절약하고 물값도 아낄 수 있는 도금 수세수 처리장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기 도금 수세수 처리장치를 이용하여 저비용으로 철저한 수질관리를 통하여 도금품질을 높이고 도금 수세수의 처리효율성도 높일 수 있는 도금수세수 처리방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 도금 수세수 중를 농축시킨 농축물에서 유가금속을 회수하여 재활용함으로서 도금원가를 낮추고, 농축공정액의 순도도 높여 도금품질을 향상시킬 수 있는 도금 수세수 처리장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 제1 실시예에 의한 도금 수세수 처리장치와 방법에서는 전처리 수세수, 알칼리성 도금 수세수, 산성 도금 수세수, 최종 도금공정 이후의 수세수를 공정별로 재생과정을 거쳐 고농축된 도금 약품은 그 도금 공정에 투입하고, 도금약품이 환수됨에 따라 순도가 높아진 물은 당해 도금 공정의 수세수로 보충하여 재활용하게 된다.

그리고 이 같은 도금수세수의 재생과정에서 도금 수세수를 고농도로 변환시키기 위해 처리하는 증발농축기에서 발생되는 증발 수분은 습식 스크라바 등의 냉각장치에서 응집하여 보충수로 재활용하고, 유해가스도 제거하여 청정공기로 배출하게 된다.

본 발명의 제2 실시예에서는 수처리 결과로 얻어지는 청정공기를 실내환기목적이나 증발농축과정에 활용하는 방안을 제시한다.

그리고 본 발명의 제2 실시예에서는 증발농축과정에서 얻어지는 농축액 중에서 공정액(도금약품)의 순도를 떨어뜨리는 금속염 등의 유가금속을 회수하여 재사용하는 방안도 제시한다.

본 발명의 도금수세수 처리장치는 일반 도금공정의 모든 수세공정에 적용된다. 어느 도금공정이나 마찬가지로 수세는 피도금물에 묻은 기름기 등의 이물질 또는 앞공정에서 묻어오는 도금액을 되도록 말끔하게 세척하여 후속 도금공정으로 도금액이 이월되지 않도록 함으로서 후속 도금과정에서의 불량요인을 배제하는 수세용 수조는 도금공정당 2～4개를 직렬로 배치하여 피도금물이 순차적으로 통과하면서 세척되도록 하는 수세과정은 보편화되어 있다.

도 1은 피도금물 또는 재도금이 필요한 피도금물에 묻은 기름기 등의 이물질을 제거하여 도금이 잘 되도록 표면을 활성화시키는 알칼리 탈지공정과 그 후에 실질적으로 도금이 이루어지는 알칼리성 도금공정과 산성 도금공정에 두루 적용되는 도금 수세수 처리장치의 일례를 나타낸 것이다. 이 도금 수세수 처리장치는 버퍼 탱크(10)와 1차 여과장치(20), 2차 여과장치(30), 3차 여과장치(40), 및 증발농축장치(50)로 구성된다.

피도금물이 공정의 흐름을 따라 수세조(1)의 제1 수조(1a)와 제2 수조(1b) 및 제3 수조(1c)를 차례로 거쳐가도록 공정이 짜여지고, 제3 수조(1c)는 보충수가 조달되는 급수측이며, 수세수의 최종 이월지를 제1 수조(1a)로 하는 수세조(1)에 있어서는 피도금물이 가장 먼저 세척되는 제1 수조(1a)의 오염도가 가장 높다. 바로 이 수세수가 재활용을 위한 처리대상물이다.

버퍼 탱크(10)는 제1 수조(11)의 수세수를 넘겨받아 구분 처리하기 위한 것으로서, 제1 수조(1a)에서 오버 플로우되는 수세수를 받아두는 제1 계류조(11)와, 상기 제1 계류조(11)에서 2차 여과장치(30)의 활동에 장애가 되는 물질이 제거된 1차 여과수를 받아 제1 계류조(11) 또는 제3 계류조(13)로 월류시키는 한편 제3 계류조(13)의 3차 여과수를 넘겨 받는 제2 계류조(12), 그리고 제2 계류조(12)에서의 월류수와 3차 여과수를 받아 두는 제3 계류조(13)로 구성된다. 이들 계류조(11～13)에 담기는 수세수의 농도는 제1 계류조(11), 제2 계류조(12), 제3 계류조(13)의 순으로 높다.

1차 여과장치(20)는 제1 계류조(11)에서 제2 계류조(12)로 향하는 회수관(a) 상에 설치하여 제1 계류조(11)에 담긴 수세수 중 제2 계류조(12)의 수세수에 대한 1차 여과에 장애가 되는 물질을 여과하여 제2 계류조(12)에 보냄으로서 수세수의 여과를 도와주는 여과수단으로서, 마이크로 필터가 적합하다.

2차 여과장치(30)는 1차 여과장치(20)를 통과함에 따라 맑아진 제2 계류조(12)의 수세수를 여과하여 95% 이상의 이물질을 제거한 2차 여과수는 제3 수조(1c)로 보내고 그 농축액은 제2 계류조(12)로 돌려 보내는 역삼투압식 여과수단이며, 제2 계류조(12)의 배수구에 연결되어 제3 수조(1c)로 향하는 회수관(b)에서 제2 계류조(11b)로 향하는 회수관(c)이 분기되는 분기점에 설치한다. 2차 여과장치(30)는 고농도의 수세수를 95% 이상 높게 연속 여과하여 공정액(도금약품)과 물을 분리할 수 있는 멤브레인을 사용한다.

3차 여과장치(40)는 제3 계류조(13)에서 오버 플로우되는 고농도의 수세수를 재여과하여 농축시키고, 그 농축액은 회수관(d)을 거쳐 제3 계류조(13)로 돌려 보내고 3차 여과수는 회수관(e)을 통하여 제2 계류조(12)로 보내는 한편 고농도의 농축액은 증발농축장치(50)로 보내는 역삼투압식 여과장치로서, 수세수를 95% 이상으로 높게 연속 여과하여 공정액과 분리할 수 있는 멤브레인 등의 여과수단을 내장한 것이다.

증발농축장치(50)는 버퍼탱크(10)의 제3 계류조(13)에서 펌프(61)에 의해 강제 이송되는 고농도 농축액을 가열하여 냉각된 응축수는 제2 수조(1b)로 환송하고 수분 증발로 농도가 짙어진 농축공정액은 일시 저장했다가 당해 도금조로 보내 재활용토록 하기 위한 것으로서, 가열농축조(51)와 증발농축기(52), 농축공정액조(53) 및 냉각장치(54)로 편성된다.

가열농축조(51)는 펌프(61)에 의해 이송관(f)을 타고 제3 계류조(13)에서 강제로 이송돼 오는 고농도 농축액을 받아 적정 한계온도를 유지도록 가열하여 수분을 증발시킴으로서 농축액의 농도를 높이는 것으로, 가열에 의해 발생하는 증기는 펌프(62)로 증발응축기(52)에 보내고 농축액은 다른 펌프(63)를 이용하여 농축공정액조(53)로 이송하게 된다. 가열농축조(51)와 농축공정액조(53)는 이송관(h)으로 연결하고, 상기 이송관(h)상에는 가열농축조(51)의 농축액을 농축공정액조(53)에 강제 이송하기 위한 펌프(63)도 설치한다.

증발농축기(52)는 상기 가열농축조(51)에서 이송관(g)을 타고 강제 이송되는 증기를 분사하여 재농축되는 농축액은 가열농축조(53)로 보내고 습한 공기는 냉각장치(54)로 보내는 것이며, 이송관(i)으로 증발농축기(52)와 냉각장치(54)를 연결한다. 농축공정액조(53)는 가열농축조(51)에서 이송되는 농축공정액을 잠정적으로 보관하는 저장조이다. 농축공정액조(53)에 저장되는 농축공정액은 당해 도금조로 보내서 도금에 활용하게 된다.

냉각장치(54)는 증발농축기(52)와 농축공정액조(53)에 이송관(i,j)으로 연결하여 증발농축기(52)에서 넘어오는 고온다습한 공기와 농축공정액조(53)에서 농축공정액을 보관하는 동안에 발생하는 가스를 살수되는 냉각수로 냉각하여 수분을 응집해 제2 수조용 보충수로 재활용하고, 유해 가스는 내장된 필터로 포집하여 건조하고 맑은 공기로 방출되도록 하는 것이다.

냉각장치(54)로는 여러 가지를 상정할 수 있으나 유해가스까지 포집할 수 있는 습식 스크라바가 제격이다. 습식 스크라바는 증발농축기(52)에서 보내지는 고온다습한 공기에 섞인 유해가스와 농축공정액조(53)에서 넘어오는 고온다습한 기류를 냉각하면서 2㎛의 수적도 95% 이상 제거할 수 있는 능력을 지닌 필라멘트상의 응집소자로 된 필터(55)를 내장하여 분사되는 냉각수에 유해가스입자를 접촉시켜 흡착 제거토록 하는 것이다. 이 과정을 거침으로써 잔류 수적은 물론 유해가스마저 거의 방출되지 않는 획기적인 도금 수세수의 재처리결과를 얻을 수가 있다. 냉각장치(54)내에 응집된 물은 펌프(64)를 이용하여 제2 수조(1b)용 보충수로 활용하게 된다.

다음으로, 상기 도금 수세수 처리장치를 이용하여 도금 수세수에서 물과 공정액을 분리하여 재활용하는 방법에 대하여 설명한다.

알칼리 전처리공정, 알칼리성 도금공정, 산성 도금공정 등의 수세조(1)의 제3 수조(1c)에서 물을 보충하여 제2,제1 수조(1b,a)로 월류시키면서 제1,2,3 수조(1a,b,c)의 순으로 피도금물을 통과시켜 전처리하거나 도금공정을 이행하는 과정에서 혼탁도가 가장 심한 제1 수조(1a)의 수세수는 오버 플로우관(l)을 타고 제1 계류조(11)로 흘러든다. 이 수세수는 곧바로 1차 여과장치(20)에 의해 2차 여과장치(30)의 여과작용에 방해가 되는 물질을 우선적으로 여과하며, 이렇게 여과하여 얻어지는 1차 여과수는 전량 제2 계류조(12)로 보내게 된다. 1차 여과수가 섞인 제2 계류조(12)의 수세수는 자연히 농도가 낮아진다. 상황에 따라 이 수세수를 제1 계류조(11)로 역류시켜 농도를 낮추게 된다.

농도가 규정치를 웃돌 경우 제2 계류조(12)의 수세수를 1차 여과장치(30)로 유도하여 역삼투압 방식에 의한 2차 여과과정을 거치게 된다. 2차 여과장치(30)에서 여과된 2차 여과수는 제3 수조(1c)로 돌리고 그 농축액은 제2 계류조(12)로 보내 재차 여과되도록 한다. 이런 여과작업이 되풀이되면서 2차 여과장치(30)로도 역부족이라고 판단될 경우에는 그 수세수를 제3 계류조(13)로 월류시키게 된다. 제3 계류조(13)의 고농도 수세수는 3차 여과장치(40)로 여과하여 농축액은 제3 계류조(13)로 보내 재삼 여과토록 하고 3차 여과수는 제2 계류조(12)로 보내 그 수세수의 농도를 낮추게 된다. 제3 계류조(13)측 수세수의 농도가 워낙 높아서 더 이상 제기능 발휘하기 곤란한 지경에 이르렀을 때 펌프(61)를 가동하여 가열농축조(51)로 이송하게 된다.

가열농축조(51)에서는 제3 계류조(13)측에서 이송돼 온 고농도 수세수를 처리한계온도가 유지되도록 가열하여 증기는 증발농축기(52)로 보내고 농축액은 농축공정액조(53)로 이송하여 저장하게 된다. 증발농축기(52)에서는 이송관(g)을 타고 오는 증기를 노즐로 분사하여 수분과 공정액을 분리한다. 이렇게 해서 분리되는 수분은 이송관(i)을 타고 냉각장치(54)로 향하고, 농축액은 가열농축조(51)로 환류시켜 재가열하게 된다.

농축공정액조(53)에 저장된 공정액에서는 가스가 발생한다. 이 가스는 작업환경을 해치는 요소이므로 어떻게든 재처리작업에 끼치는 영향을 최소화할 필요가 있다. 농축공정액조(53)에서 발생하는 가스는 이송관(j)을 통하여 냉각장치(54)로 보내진다.

냉각장치(54)내에서는 살수되는 냉각수에 의하여 수분이 응축되고, 가스는 필터(54a)에 흡착 제거된다. 응축수는 펌프(64)로 퍼서 제2 수조(1b)로 보내 순화시키고, 유해가스가 사라진 맑은 공기는 대기중으로 방출한다.

여기서, 한 가지 추가 고려할 사항이 하나 있다. 냉각장치(54)에서 방출되는 청정공기에 대한 활용방안인 것이다. 냉각장치(54)에서 방출되는 청정공기는 실내환기목적에 이용될 수도 있고, 또는 증발농축기(52)의 수분 증발작용을 도와주는 데도 이용할 가치가 충분하다. 도 2는 이 점을 고려하여 청정공기의 활용가치를 드높인 경우를 도시한 것이다. 즉, 냉각장치(54)의 배기관을 이온교혼수지내장형 스크라바 등의 실내환기장치(55)에 연결하여 작업장, 도금공장 내의 사무실과 같은 곳에 공급하여 실내공기를 순화시키든지 혹은 증발농축기(52)로 보내서 수분증발에 일조하게 한다. 냉각장치(54)의 배기구에서 증발농축기(52)로 향하는 급기관(l)에서 분기된 회수관(k)은 농축공정액조(53)에 연결하여 냉각장치(54)에서 증발농축기(52)로 향하는 청정공기 중에 미량의 농축액이 축적되는 경우 그 농축액이 증발농축기(52)로 유입되지 않고 농축공정액조(53)로 흘러들게 하는 것이다. 이상 부연한 청정공기의 활용수단은 본 발명의 선택사항으로 이해하면 된다.

도 3은 수세수 중의 금속염을 회수하여 도금액으로 재활용할 때 금속염이 과잉 함유된 농축액에서 유가금속인 금속염을 회수하여 재활용하는 데 요긴한 유가금속 회수형 재활용 가능한 도금 수세수 처리장치 및 그 방법을 도시한 것이다.

즉, 제3 계류조(13)에서 가열농축조(51)로 향하는 이송관(g) 상에 전기투석장치(71)를 설치하여 제3 계류조(13)에서 배출되는 고농도 농축액에서 처리수는 이송관(n)을 통해 제3 계류조(13)으로 돌려 보내 재차 농축되도록 하고 유가금속함유 농축액은 가열농축조(51)로 보내 급속 증발농축시키도록 한다. 그리고 가열농축조(51)에는 전기금속회수장치(72)를 연결하여 농축액 중의 유가금속(금속염)을 회수하고, 농축액은 농축공정액조(53)로 이송되도록 구성한 것이다. 이 장치를 이용하여, 예를들면, 상온에서 도금하는 유산동 도금액의 경우 도금액의 증발량이 적고 농축회수량도 적으므로 동으로 회수하고, 여과수는 상기한 바와 같이 피도금물 수세용 보충수로 활용한다.

전기금속회수장치(72)에서 유가금속이 회수되고 남는 농축액은 펌프(65)와 이송관(q)을 통하여 처리수는 가열농축조(51)로 보내 재처리토록 하고 농축된 도금액은 농축공정액조(53)에 저장했다가 당해 도금조에 투입한다.

이상 설명한대로 본 발명은 도금과정에서 발생하는 혼탁한 수세수를 도금약품 등의 공정액과 물을 효과적으로 분리하여 재활용할 수 있으므로 도금원가절감효과가 크다. 또, 도금 처리단계별로 발생하는 증발 수분까지 거의 전량을 회수하여 재사용함으로서 절수효과를 극대화할 수 있고, 처리되는 수세수의 철저한 수질관리에 따라 도금품질도 획기적으로 향상시킬 수 있다.

또, 증발수분과 유해가스가 제거된 청정공기는 실내환기용, 증발농축용 등으로 가치 높게 활용할 수 있다.

또한, 농축공정액의 재활용에 방해가 되는 유가금속도 회수함으로서 도금품질은 더욱 향상되고 도금원가도 더 절감할 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 도금 수세수 처리장치의 구성도

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 의한 청정공기활용형 도금 수세수 처리장치의 구성도

도 3은 본 발명의 또다른 실시예에 의한 유가금속 회수 가능형 도금 수세수 처리장치의 구성도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 수세조 10 : 버퍼탱크

11 : 제1 계류조 12 : 제2 계류조

13 : 제3 계류조 20 : 1차 여과장치

30 : 2차 여과장치 40 : 3차 여과장치

50 : 증발농축장치 51 : 가열농축조

52 : 증발농축기 53 ; 농축공정액조

54 : 냉각장치 55 : 실내환기장치

70 : 유가금속회수장치 71 : 전기투석장치

72 : 전기금속회수장치

Claims (10)

1. 복수의 수조로 편성된 도금공정별 수세조에서 혼탁도가 가장 높은 수조의 수세수를 버퍼탱크로 월류시키는 복수 저류조형 버퍼탱크(10)와;

   유입측에 위치하는 제1 저류조(11)의 수세수를 여과하여 제2 저류조(12)로 공급하는 1차 여과장치(20)와;

   제2 저류조(12)의 수세수를 여과하여 여과수는 제2 수조(1b)로 보내고 농축수는 제2 저류조(12)로 보내는 2차 여과장치(30)와;

   혼탁도가 가장 심한 제3 저류조(13)의 고농도 수세수를 여과하여 여과수는 제2 계류조(12)로 보내고 응축수는 제3 계류조(13)로 보내는 3차 여과장치(40)와;

   제3 계류조(13)에서 배출되는 농축액을 가열하는 가열농축조(51)와 도입되는 증기에서 공정액과 수분으로 분리하는 증발농축기(52), 가열농축조(51)에서 농축된 공정액을 저장하는 농축공정액조(53), 증발농축기(52)의 증발수분 및 유해가스와 농축공정액조(53)의 유해가스를 도입하여 냉각 응축 및 흡착 제거하는 냉각장치(54)를 구비한 증발농축장치(50)로 이루어진 것을 특징으로 하는 재활용 가능한 도금 수세수 처리장치.
2. 제1항에 있어서, 1차 여과장치(20)는 마이크로 필터로 하는 재활용 가능한 도금 수세수 처리장치.
3. 제1항에 있어서, 2차 여과장치(30)는 역삼투압식 여과장치로 하는 재활용 가능한 도금 수세수 처리장치.
4. 제1항에 있어서, 3차 여과장치(40)는 역삼투압식 여과장치로 하는 재활용 가능한 도금 수세수 처리장치.
5. 제1항에 있어서, 냉각장치(54)는 습식 스크라바로 하는 재활용 가능한 도금 수세수 처리장치.
6. 제1항 또는 제4항에 있어서, 냉각장치(54)는 배기구에 실내환기장치(55)를 연결한 재활용 가능한 도금 수세수 처리장치.
7. 삭제
8. 복수의 수조로 편성된 도금공정별 수세조에서 혼탁도가 가장 높은 수조의 수세수를 버퍼탱크의 제1 계류조로 도입하는 수세수 저류단계와;

   제1 계류조의 수세수를 1차 여과장치로 여과하여 제2 계류조로 이송하는 1차 여과단계와;

   제2 저류조의 수세수를 여과하고 그 여과수는 제2 수조로 보내고 농축액은 제2 계류조로 환류시키는 2차 여과단계와,

   제3 저류조의 고농도 수세수를 여과하여 여과수는 제2 계류조로 보내고 농축수는 제3 저류조로 보내는 3차 여과단계와;

   제3 저류조의 고농도 수세수를 가열하여 증기는 증발농축기로 보내고 농축액은 농축공정액조로 보내는 가열농축단계와;

   증기를 증발농축시켜 수분과 공정액으로 분리하여 수분은 냉각장치로 보내고 공정액은 가열농축조로 보내는 증발농축단계와;

   가열에 의해 농축된 공정액을 저장하는 농축공정액 저장단계와;

   가열에 의해 분리된 수분과 저장된 농축공정액에서 발생하는 유해가스를 냉각시켜 수분은 응집하여 수세조용 수세수로 활용하고 유해가스는 흡착 제거하여 청정공기를 방출하는 냉각단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 재활용 가능한 도금 수세수 처리방법.
9. 제8항에 있어서, 냉각단계에서 얻어지는 청정공기를 실내로 도입하여 환기토록 하는 실내환기단계를 더 가진 재활용 가능한 도금 수세수 처리방법.
10. 제8항에 있어서, 3차 여과단계와 가열농축단계 사이에 전기투석단계가 더해지고, 가열농축단계에는 전기금속회수단계가 추가된 유가금속회수단계가 더해진 재활용 가능한 도금 수세수 처리방법.