KR101198214B1 - 구리 폐수 처리 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 폐수 처리 방법에 관한 것으로서, 특히 구리 폐수를 미세농도까지 처리하기 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 구리 폐수 원수를 응집 침전법으로 처리하는 응집 침전 단계; 및 상기 응집 침전 단계를 거친 구리 폐수를 미세 여과 분리막을 이용해 처리하는 멤브레인 필터링 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 구리 폐수의 처리 방법이 제공된다.

Description

구리 폐수 처리 방법 {METHOD FOR PROCESSING WASTE WATER CONTAINING COPPER}
본 발명은 폐수 처리 방법에 관한 것으로서, 특히 구리 함유 폐수를 미세농도까지 처리하기 위한 방법에 관한 것이다.
지금까지 반도체 제조 과정에서 배선을 위해 사용되는 물질로 저가인 알루미늄을 주로 사용해왔으나, 반도체 소자가 더욱 소형화되면서 반도체 배선 물질이 알루미늄보다 전기적 성질이 우수한 구리로 대체되고 있다. 반도체 배선 물질로 구리를 사용할 경우, 배선공정에서 발생하는 구리 폐수를 처리하기 위한 공정이 요구된다.
구리 폐수 공정에서 요구되는 일반적인 처리 기준은 방류수 중 구리 농도가 약 3ppm 정도인 것으로서, 종래의 구리 폐수 공정에서는 소석회를 이용한 침전법을 사용하여 이러한 기준을 맞추고 있다. 그러나, 최근 환경에 대한 관심이 높아지면서, 경우에 따라서 종래의 구리 폐수 공정으로는 맞출 수 없는 기준인 미세농도(1mg/L 이하)까지 처리될 것이 요구되고 있다. 이러한 높은 기준을 준수하기 위해서는 무방류 공정을 접목하는 것을 고려할 수 있으나, 무방류 공정은 과다한 투자비와 고가의 운전비용을 필요로 하기 때문에 경제적 실효성이 없는 바 방류수 중의 구리 농도를 검출 한계 미만으로 처리할 수 있는 고도 처리 공법이 요구된다.
본 발명의 목적은 구리 폐수를 미세 농도까지 처리할 수 있는 구리 폐수 처리 방법을 제공하는 것이다.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일측면에 따르면,
구리 폐수 원수를 응집 침전법으로 처리하는 응집 침전 단계; 및
상기 응집 침전 단계를 거친 구리 폐수를 미세 여과 분리막을 이용해 처리하는 멤브레인 필터링 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 구리 폐수의 처리 방법이 제공된다.
상기 미세 여과 분리막의 기공 크기는 0.03㎛ 내지 0.45㎛일 수 있다.
상기 응집 침전 단계는 연속된 1차 응집 침전 단계와 2차 응집 침전 단계를 구비할 수 있다.
상기 1차 응집 침전 단계에서는 소석회가 응집제로 이용될 수 있으며, 상기 2차 응집 침전 단계에서는 폴리 염화 알루미늄과 구리 제거제가 응집제로 이용될 수 있다.
본 발명에 의하면 앞서서 기재한 본 발명의 목적을 달성할 수 있다. 구체적으로는 응집 침전에 의한 구리 폐수 처리와 울트라 필터의 미세 여과막에 의한 구리 폐수 처리가 연속적으로 이루어지므로 구리 폐수를 미세 농도까지 처리하는 것이 가능해진다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 구리 폐수 처리 방법을 도시한 순서도이다.
도 2는 도 1에 도시한 구리 폐수 처리 방법을 실시하기 위한 구리 폐수 처리 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예의 구성 및 작용을 상세히 설명한다.
도 1을 참조하면, 구리 폐수 처리 방법은 구리 폐수 유입 단계(S10)와, 1차 응집 침전 단계(S20)와, 2차 응집 침전 단계(S30)와, 멤브레인 필터링 단계(S40)와, 처리 확인 단계(S50)와, 처리수 배출 단계(S60)를 포함한다.
구리 폐수 유입 단계(S10)에서는 적절한 유량으로 조정된 구리 폐수의 원수가 유입된다.
1차 응집 침전 단계(S20)는 구리 폐수에 대한 1차 처리 공정으로서, 1차 응집 침전 단계(S20)에서는 구리 폐수 유입 단계(S10)를 통해 유입된 원수가 소석회를 이용한 침전법에 의해 처리된다. 1차 응집 침전 단계(S10)에서 소석회의 투입은 pH 설정 값에 의해 자동으로 주입된다. 1차 응집 침전 단계(S20)를 거친 구리 폐수는 2차 응집 침전 단계(30)로 유입된다.
2차 응집 침전 단계(S30)는 구리 폐수에 대한 2차 처리 공정으로서, 2차 응집 침전 단계(S30)에서는 1차 응집 침전 단계(S20)를 거친 후 유입된 구리 폐수에 대한 황산에 의한 pH 조정, 폴리염화알루미늄(PAC; Poly Aluminum chloride)에 의한 구리 및 불소 제거, 및 구리제거제에 의한 미세 구리 응집 반응이 이루어진다. 황산 또는 PAC의 투입은 pH 설정 값에 의해 자동으로 주입된다. 2차 응집 침전 단계(S30)를 거친 구리 폐수는 멤브레인 필터링 단계(S40)로 유입된다.
멤브레인 필터링 단계(S40)는 구리 폐수에 대한 3차 처리 공정으로서, 멤브레인 필터링 단계(S40)에서는 2차 응집 침전 단계(S30)를 거친 후 유입된 구리 폐수가 침지형 UF(Ultra Filtration) 분리막을 이용하여 처리된다. 멤브레인 필터링 단계(S40)에서는 1차 응집 침전 단계(S30)에서 침전되지 않은 구리 응집물 또는 구리 및 불소 화합물을 처리한다. 본 실시예에서는 멤브레인 필터링 단계(S40)를 거친 출구수의 구리 농도 기준이 5ppb인 것으로 설명한다. 그러나, 이러한 기준은 본 발명을 설명하기 위한 하나의 예에 불과한 것으로서, 본 발명은 구리 폐수의 처리 기준을 이에 제한하지 않는다.
처리 확인 단계(S50)에서는 멤브레인 필터링 단계(S40)를 거친 출구수의 구리 농도를 확인하여, 기준을 만족할 경우 배출하여 다음 단계인 처리수 배출 단계(S60)를 수행하고, 기준을 만족하지 못할 경우 출구수는 다시 구리 폐수 유입 단계(S10)로 보내진다.
처리수 배출 단계(S60)에서는 처리 확인 단계(S50)를 통해 처리 기준을 만족한 경우 처리수가 외부로 배출된다.
이하, 도 2에 도시된 구리 폐수 처리 시스템을 통하여 상기에서 설명한 구리 폐수의 처리 방법을 더욱 상세하게 설명한다.
도 2를 참조하면, 구리 폐수 처리 시스템은 유량 조정조(110)와, 원수 이송 펌프(120)와, 제1 처리부(130)와, 고속 응집 침전지(Solids Contact Clarifier)(140)와, 제2 처리부(150)와, 제3 처리부(160)와, 처리수 저장조(170)를 구비한다.
유량 조정조(110)와 원수 이송 펌프(120)는 도 1의 구리 폐수 유입 단계(S10)를 수행하기 위한 구성이다.
유량 조정조(110)는 구리 폐수의 유량 조정을 위한 것으로서, 토목 구조물로 구성될 수 있으며, 유량 조정 및 완충 역할을 위하여 약 2.5일 간의 체류 시간을 제공할 수 있다. 유량 조정조(110)에는 도시되지는 않았으나, 침전물에 의한 유량 조정조(110) 내의 고형화 방지 및 유량 조정을 위해 에어를 공급하는 산기관이 구비된다.
원수 이송 펌프(120)는 유량 조정조(110)에 저장된 구리 폐수 원수를 제1 처리부(130)로 이송한다.
제1 처리부(130)는 도 1의 1차 응집 침전 단계(S20)를 수행하는 구성이다. 제1 처리부(130)는 선 반응조(131)와, 반응조(132)와, 침전조(133)를 구비한다. 선 반응조(131)에서는 소석회가 투입되어 원수 이송 펌프(120)에 의해 이송된 구리 폐수 원수와 반응한다. 선 반응조(131)의 구리 폐수는 반응조(132)로 제공된다. 반응조(132)에서는 용수(CITY W.)에 용해된 소석회(Ca(OH)2)가 투입되어 선 반응조(131)로부터의 구리 폐수와 반응한다. 반응조(132)에는 침적형 pH 미터(134)가 설치된다. pH 미터(134)는 반응조(132) 내부의 pH를 측정하며, 선 반응조(131)와 반응조(132)로의 소석회의 투입은 pH 설정 값에 의해 자동으로 주입된다. 소석회 주입 펌프로는 튜브 펌프를 사용하며 펌프 및 주입배관은 정기적 또는 간헐적으로 세척될 수 있다. 반응조(132)의 구리 폐수는 침전조(133)로 제공된다. 침전조(133)에는 용수(CITY W.)에 용해된 음이온성 고분자 폴리머(POLYMER)가 제공되어 보조 응집제로서 작용한다. 침전조(133)에서는 응집물에 대한 침전이 이루어지며, 침전조(133)의 상징수(上澄水, 통상 '상등수'라고도 함)는 중력에 의해 고속 응집 침전지(Solids Contact Clarifier)(140)로 이송된다.
고속 응집 침전지(140)는 제1 처리부(130)로부터 배출된 배출수에 포함된 슬러지를 고속으로 처리한다. 고속 응집 침전지(140)로는 종래의 구성을 사용하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다. 고속 응집 침전지(140)로부터 배출된 배출수는 중력에 의해 제2 처리부(150)로 이송된다.
제2 처리부(150)는 도 1의 2차 응집 침전 단계(S30)를 수행하는 구성이다. 제2 처리부(150)는 pH 조정조(151)와, 응집제 반응조(152)를 구비한다. pH 조정조(151)에서는 황산(H2SO4) 투입에 의한 pH 조정 및 PAC 투입에 의한 구리 및 불소의 제거가 이루어진다. pH 조정조(151)에는 침적형 pH 미터(153)가 설치된다. pH 미터(153)는 pH 조정조(151) 내의 pH를 측정하며, pH 조정조(151)로의 황산 또는 PAC의 투입은 pH 설정 값에 의해 자동으로 주입된다. 응집제 반응조(152)에서는 용수(CITY W.)에 용해된 구리제거제가 투입되어 미세 구리 응집 반응 및 침전이 일어난다. 본 실시예에서는 구리제거제로서 미국의 날코(Nalco) 사에서 생산된 특수 중금속 제거제인 날멧(nalmet)을 사용하는 것으로 설명하는데, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다. 디티오카르밤산염(DTC ; dithiocarbamate) 킬레이트(chelate) 등 중금속 제거에 일반적으로 사용되고 있는 다른 유기 화합물이 구리 제거제로 사용될 수 있으며, 이 또한 본 발명에 해당하는 것이다. 응집제 반응조(152)의 상징수(上澄水)는 중력에 의해 제3 처리부(160)로 이송된다.
제3 처리부(160)는 도 1의 멤브레인 필터링 단계(S40)를 수행하는 구성이다. 제3 처리부(160)는 처리조(161)와, 처리조(161)의 내부에 마련된 침지형 울트라 필터(162)와, 흡입 펌프(163)를 구비한다. 처리조(161)에는 응집제 반응조(152)로부터 배출된 배출수가 수용된다. 침지형 울트라 필터(162)는 처리조(161)의 내부에 위치하며 제2 처리부(150)에서 처리되지 않는 구리 및 구리 화합물을 제거하기 위한 미세 여과막을 구비한다. 침지형 울트라 필터(162)에 사용되는 미세 여과막은 0.03㎛ 내지 0.45㎛의 기공을 갖는 중공사막 또는 평막 형태일 수 있다. 흡입 펌프(163)는 침지형 울트라 필터(162)에 결합되어 처리수를 흡입하여 처리수 저장조(170)로 이송한다. 울트라 필터(162)에는 역세(backwash)를 위한 역세 펌프(167)가 연결된다. 제3 처리부(160)는 흡입, 역세, 드레인(drain) 및 충수의 공정으로 이루어진다. 흡입은 흡입 펌프(163)에 의해 이루어지며, 역세는 역세 펌프(167)에 의해 이루어진다. 역세 공정 시 막 오염물의 탈리를 위한 공기 주입을 위해 산기관이 제3 처리부(160)에 더 구비될 수 있다. 또한, 드레인은 자동밸브(미도시)에 의해 유량 저장조(110)로 드레인된다. 미세 여과막에 대한 화학약품에 의한 세정(CIP : Clean In Place)이 약 1 내지 3개월 마다 1회 정도 이루어질 수 있다. CIP에 사용되는 약품으로는 시트르산과 같은 산성화학약품(ACID CHEMICAL)과 수산화나트륨과 같은 염기성 화학약품(ALKALI CHEMICAL)이 사용될 수 있다.
제3 처리부(160)로부터 배출된 처리수는 도 1의 처리 확인 단계(S50)를 거치게 된다. 처리 확인 단계(S50)를 통해 제3 처리부(160)로부터 배출된 처리수에 대한 구리 농도가 확인되며, 기준(예를 들어, 5ppb 미만)을 만족할 경우 처리수 저장조(170)로 이송되며, 기준을 만족하지 못할 경우 유량 조정조(110)로 다시 되돌려 보내진다.
처리수 저장조(170)에는 제3 처리부(160)로부터 배출되어 기준에 맞는 것으로 확인된 처리수가 저장되고, 이 후 외부로 방류된다.
이상 실시예를 들어 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 실시예는 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나는 않고 수정되거나 변경될 수 있으며, 당업자는 이러한 수정과 변경도 본 발명에 속하는 것임을 알 수 있을 것이다.
100 : 구리 폐수 처리 시스템 110 : 유량 조정조
120 : 원수 이송펌프 130 : 제1 처리부
140 : 고속 응집 침전지 150 : 제2 처리부
160 : 제3 처리부 162 : 울트라 필터
163 : 흡입 펌프 164 : 역세 펌프
170 : 처리수 저장조

Claims (5)

  1. 구리 폐수 원수를 응집 침전법으로 처리하되, 소석회가 응집제로 이용되는 연속된 1차 응집 침전 단계와, 폴리 염화 알루미늄과 구리 제거제가 응집제로 이용되는 2차 응집 침전 단계로 이루어지는 응집 침전 단계; 및
    상기 응집 침전 단계를 거친 구리 폐수를 0.03㎛ 내지 0.45㎛의 기공 크기를 갖는 중공사막 또는 평막 형태의 미세 여과 분리막을 이용해 처리하는 멤브레인 필터링 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 구리 폐수 처리 방법.
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