KR101947311B1

KR101947311B1 - 중금속과 시안을 함유한 폐수의 처리시스템 및 처리방법

Info

Publication number: KR101947311B1
Application number: KR1020180014023A
Authority: KR
Inventors: 박기영; 민경진; 최수영; 권지향; 이종근
Original assignee: 건국대학교 산학협력단
Priority date: 2018-02-05
Filing date: 2018-02-05
Publication date: 2019-05-02

Abstract

본 발명은 중금속 및 시안 등을 포함한 폐수의 처리에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 종래의 처리방법인 화학약품을 이용한 중금속의 응집처리와 화학약품을 이용한 산화를 통해 시안을 제거하는 방법을 전기투석 방법을 이용하여 중금속 이온과 시안을 분리한 후 시안은 전기화학적 산화방법을 통해 제거하고 중금속 이온은 전해추출 방법을 통해 원료로 회수하며, 전기산화 공정과 전해추출 공정의 처리수는 NF 분리막 여과 공정으로 보내어 재이용수를 생산하는 방법에 관한 것이다.

Description

중금속과 시안을 함유한 폐수의 처리시스템 및 처리방법{Treatment system and method for wastewater containing cyanide and heavy metal}

본 발명은 중금속, 시안 등을 포함한 폐수의 처리에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 종래의 처리방법인 화학약품을 이용한 중금속의 응집처리와 화학약품을 이용한 산화를 통해 시안을 제거하는 방법을 전기투석 방법을 이용하여 중금속 이온과 시안을 분리한 후 시안은 전기화학적 산화방법을 통해 제거하고 중금속 이온은 전해추출 방법을 통해 원료로 회수하며, 전기산화 공정과 전해추출 공정의 처리수는 NF 분리막 여과 공정으로 보내어 재이용수를 생산하는 방법에 관한 것이다.

폐수 배출시설에서 배출되는 폐수는 물에 액체성 또는 고체성의 수질오염물질이 혼입되어 있어 그대로 사용할 수 없는 물로 정의된다(국가법령통합관리시스템, 2012).

폐수의 경우에는 오염물질이 고농도이고, 중금속 등 유해물질을 많이 함유하고 있어 사람의 건강, 재산이나 동·식물의 생육에 직접 또는 간접으로 위해를 줄 우려가 있는 특정수질유해물질을 포함하고 있어 부적정한 처리시 사회적 파장이 큰 오염원으로 분류된다(산업폐수 배출정보의 생산·수집·활용체계 개선방안 연구, 2013).

최근 화학물질, 의약품 사용량의 증가 등으로 과거와 달리 특정수질유해물질 관리의 필요성이 그 어느 때보다 높아지고 있어 다른 오염원보다 우선적으로 수계 유입을 차단하거나 최소화할 수 있는 근원적인 대책 마련이 필요한 실정이다(국립환경과학원, 2011).

국내의 산업체에서는 공정 중 발생하는 폐수를 회수하여 재사용하기 위한 시스템 개발에 많은 투자와 노력을 기울이고 있는데, 특히 도금 공장, 제련, 제철소와 같은 금속가공업에서 발생하는 중금속 산업폐수와 미래 산업의 총아인 전자 및 반도체 산업 공정 중 전기 회로기판(Printed Circuit Board, PCB)의 에칭(Etching) 과정에서 발생하는 에칭 폐액과 세정단계에서 발생하는 폐수를 처리하는 연구가 활발하게 이루어지고 있다.

이중 도금산업은 국가 핵심역량 부분인 전기재료 및 전자부품 산업 등의 발전에 있어 그 중요성이 매우 높으며, 핵심 부품 및 소재의 기능적 특성과 부가가치를 높여 품질 가격을 최종 결정하는 기반산업이지만 유가자원들이 중금속 폐수와 함께 대량 방출되기 때문에 제품원가가 지속적으로 상승하고 있을 뿐만 아니라, 최근 비철금속의 원자재 가격 상승 및 중국 업체에 의한 가격경쟁이 치열해 지면서 경쟁력이 크게 악화되어 국내 도금산업은 급격히 위축되고 있는 실정이다.

한편, 전 세계적으로 자원의 지역적 편중 및 고갈 등으로 인한 유가자원의 가격 폭등현상이 날로 심화됨에 따라 자원을 확보하기 위한 도시광산 및 자원대체 기술들에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이중 자원을 소비하고 폐기하는 기존의 사회구조를 사용 후 재활용이라는 자원 순환형 사회로 변화시키고자 하는 새로운 패러다임이 부각되면서 국내에서도 정부주도하에 유가자원의 회수 및 재활용 기술개발이 추진되고 있으나, 기술수준은 선진국 대비 50% 내외로 평가되고 있어 폐자원내 유가 자원을 회수하는 다양한 연구가 필요한 실정이다.

현재까지 유가자원의 회수 방법으로 연구되어온 회수법에는 전해 회수법(Electrolytic Recovery), 이온 부유법(Ion Floatation), 용매 추출법(Solvent Extraction), 활성탄(Activated Carbon)이나 알루미나(Alumina) 등을 이용한 흡착법(Adsorption), 고분자막(Polymeric Membrane)을 이용한 전기투석법(Electrodialysis)과 한외여과법(Ultrafiltration), 냉각법(Freezing Recovery), 화학 치환법(Cementation), 액막법(Liquid Membrane) 등이 있으나, 각각 기술들은 장단점을 가지고 있어 2종류 혹은 그 이상의 방법을 상호 절충하여 유가 금속을 회수하는 혼성공정(Hybrid System)으로 발전해 왔다.

그러나 국내에서는 아직까지도 시안화합물은 알칼리 염소법을 이용하고 중금속은 화학약품을 이용해 응집하여 처리하고 있는 실정이다. 일반적으로 도금폐수에는 CN-(시안), 중금속, 산·알칼리 등과 같은 다양한 오염물질이 함유되어 있어 이를 처리하기 위해서는 최소한 3가지 단위공정의 조합을 필요로 한다.

시안(CN-)의 주처리 방법인 알칼리 염소법은 CN-을 무해한 CO2와 N2 기체로 전환시켜 대기 중으로 방출시키는 기술이지만 실질적으로 폐수 내에 존재하는 CN-이온은 유리 CN-으로 존재하는 것이 아니라 폐수에 포함된 각종 중금속과 착염을 형성하고 있기 때문에, 중금속의 종류에 따라 CN-이 분해되는 특성이 다르게 나타난다. 일반적으로 Zn, Cd의 시안 착염은 분해가 용의한 반면에, Cu의 시안착염은 산화제를 30 - 50% 정도 과잉으로 공급하여야만 하고 Ag, Ni의 시안착염은 반응시간을 증가시켜야만 분해되는 것으로 알려져 있다.

도금폐수에 포함된 대부분의 중금속은 수산화물 침전법으로 제거할 수 있다. CN-이 제거된 상태에서 폐수의 pH를 8 - 9 범위로 증가 시키면 대부분의 금속이온은 금속수산화물로 침전 제거되지만 폐수내에 NH4+이나 EDTA 등이 존재하면 이와 결합하여 킬레이트 물질을 형성해 제거되지 않는다. 이때는 Na2S를 투입하여 금속황화물로 제거하는 것이 효과적인데, 이를 황화물 침전법이라 한다. 또 하나의 중금속이온 처리 방법은 Fe2+를 이용하여 공침시키는 것이다. 이 방법은 수산화물 침전법의 일종으로 금속이온은 수산화물 침전을 형성하는 pH가 각각 다르지만 이들 이온이 폐수 내에 혼합하여 존재할 경우 일정 pH에서 공동으로 침전되는 특성이 있다.

대부분의 폐수는 공침을 형성하지만 특정 폐수에서는 Fe2+을 투입하여 공침효율이 증가하게 된다. 도금폐수에는 CN-, 중금속(Cd2+, Pb2+, Fe2+,Na+ 등)등의 오염물질이 혼합하여 존재하며 이들의 구성성분은 각각의 제조공정마다 매우 다르다. 그러므로 도금폐수를 처리하기 위해서는 각각의 단위 공정별 특성을 충분히 이해하고 발생폐수의 성상에 맞도록 설계하는 것이 매우 중요하다.

도 1은 종래 도금 혼합폐수의 처리공정 및 운전조건을 나타낸 블록도를 도시한 것이다. 그리고, 도 2는 종래 도금 분리폐수의 처리공정 및 운전조건을 나타낸 블록도를 도시한 것이다. 기존의 도금폐수 처리 공정은 도 1 및 도 2와 같이 폐수를 혼합하여 집수하는 경우와 분리하여 집수하는 경우에 대해 각각 다른 공정으로 운영되고 있다.

도 1은 혼합폐수 처리공정과 운전조건을 제시한 것으로, 일반적으로 도금폐수의 pH는 2 - 3 범위이다. 폐수내에 크롬이 존재하는 경우에는 크롬을 먼저 제거하고 이후 pH를 증가시켜 중금속을 제거한다. 중금속을 제거한 폐수는 이후 시안을 처리하기 위하여 가성소다(NaOH)를 투입해 pH를 10 이상으로 증가시켜 시안을 NaCNO로 변환시킨 후 황산(H2SO4)을 투입해 pH를 7.5 - 8로 떨어뜨리고 NaOCl을 이용해 산화시켜 처리한다. 이후 다시 pH를 증가시켜 중금속을 응집하여 처리한다.

이에 반해 도 2와 같이 폐수를 분리하여 집수하는 경우에는 앞선 혼합폐수의 시안폐수처리과정과 크롬처리과정을 각각 동일하게 진행하고 이후 산알칼리계 폐수를 혼합하여 pH를 조정해 중금속을 응집시켜 처리하기 때문에 분리폐수는 혼합폐수에 비하여 약품비용은 절감되나, 처리공정이 복잡하고 넓은 부지가 필요한 단점을 가지고 있다.

대한민국 등록특허 제1598493호 일본 공개특허 제2016-77954호 대한민국 공개특허 제2002-0041504호 대한민국 등록특허 제311951호

따라서 본 발명은 많은 화학 약품과 넓은 부지를 필요로 하며, 유지관리비용이 고가일 뿐만 아니라, 슬러지의 대량 발생과 중금속의 원료 활용 불가로 인한 2차 환경오염이 유발되는 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 실시예에 따르면, 이러한 기존의 문제점은 전기투석과 전기산화, 전해추출, 나노여과 공정의 조합을 이용하여 해결할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예 따르면, 기존의 시안과 중금속을 함유한 폐수의 처리 방법인 화학약품을 이용한 산화 응집 침전 방법을 이용한 처리로 인해 발생되는 시안 처리과정에서의 높은 위험성, 넓은 소요부지와 pH를 제어하기 위한 대량의 화학약품 사용으로 인한 높은 유지관리비용, 재사용이 불가능한 중금속 슬러지의 대량 발생으로 인한 2차 환경오염 문제를 해결하기 위해 전기투석과 전기화학적 산화, 전해추출, NF 분리막법을 이용하는 것을 목적으로 한다.

그리고 본 발명의 실시예에 따르면, 소요부지를 최소화하고 화학약품 사용량을 감소시켜 유지관리 비용을 절감하며, 전기화학적 산화를 통해 안전하게 시안을 처리할 수 있고, 또한 전해추출을 통해 중금속을 재사용할 수 있도록 회수하며, NF 분리막법을 이용한 초고도처리로 방류수를 공정 내 세척수로 재이용함에 따라 생산단가를 낮추고 폐수 무방류를 실현하여 환경오염을 방지할 수 있는 목적을 달성할 수 있다.

한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 제1목적은 폐수의 처리시스템에 있어서, 폐수 유입부를 통해 폐수가 유입되며, 유입된 폐수를 전기투석하여, 음이온농축수와, 중금속이온을 포함하는 양이온농축수와, 처리수를 분리배출시키는 전기투석공정부; 상기 음이온농축수가 유입되어, 전기화학적산화를 통해 제거하는 전기산화공정부; 상기 양이온농축수가 유입되어 전해추출을 통해 중금속을 회수하는 전해추출공정부; 및 상기 전기투석공정부에서 배출된 처리수와, 상기 전기산화공정부에서 배출된 처리수와, 상기 전해추출공정에서 추출된 처리수가 유입되어 NF막여과를 통해 여과하여 여과된 재이용수를 배출시키는 막여과부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 중금속을 함유한 폐수의 처리시스템으로서 달성될 수 있다.

그리고 전기투석공정부는, 전기투석공정부와 상기 전기산화공정부 사이에 구비되는 음이온농축수 배출부와, 상기 전기투석공정부와 상기 전해추출공정부 사이에 구비되는 양이온농축수 배출부와, 처리수가 배출되는 전기투석처리수 배출부를 포함하고, 상기 전기산화공정부는, 상기 전기화학적산화를 통해 생성된 수소가스가 배출되는 수소가스배출부와, 상기 전기산화공정부와 상기 막여과부 사이에 구비되어 처리수가 배출되는 유출배관을 포함하며, 상기 전해추출공정부의 처리수가 배출되는 전해추출처리수 배출부를 포함하고, 상기 전기투석공정에서의 처리수와, 상기 전해추출공정부에서의 처리수는 상기 유출배관으로 합류되어 상기 막여과부로 유입되는 것을 특징으로 할 수 있다.

그리고 음이온농축수 배출부와, 상기 유출배관 중 적어도 어느 하나의 일측에 구비되는 제1pH센서; 및 제1pH센서에서 측정된 pH값을 기반으로 상기 전기산화공정부가 설정된 제1pH값이상을 유지하도록 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한 양이온농축수 배출부와, 상기 전해추출처리수 배출부 중 적어도 어느 하나의 일측에 구비되는 제2pH센서를 포함하고, 상기 제어부는 제2pH센서에서 측정된 pH값을 기반으로 상기 전해추출공정부가 설정된 제2pH값이하를 유지하도록 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.

그리고 상기 제1pH센서에서 측정된 pH값을 유지하기 위하여 알칼리폐수, NaOH를 유입시키고, 상기 제2pH센서에서 측정된 pH값을 유지하기 위하여 산성폐수, H₂SO₄를 유입시키는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한 상기 유출배관 일측에 구비되어 처리수 내의 잔류염소를 실시간으로 측정하는 잔류염소측정부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 잔류염소측정부에서 측정된 값을 기반으로 상기 전기화학적 산화공정부의 인가전류를 제어하여 상기 처리수 내 차아염소산나트륨 농도를 설정된 값 이상으로 유지시키는 것을 특징으로 할 수 있다.

그리고 상기 전기산화공정부와 상기 막여과부 사이에 구비되어 상기 전기산화공정부의 처리수를 세정수로서 상기 막여과부로 유입시키는 세정수유입관과, 상기 막여과부를 통과한 세정수를 상기 전기산화공정부로 순환시키는 세정수순환관을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한 막여과부에서 생성된 농축수를 상기 폐수유입부 측으로 유입시키는 농축수 순환관을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 제2목적은 폐수의 처리방법에 있어서, 폐수 유입부를 통해 폐수가 전기투석공정부로 유입되어 전기투석에 의해, 음이온농축수가 음이온농축수배출부를 통해 배출되고, 중금속이온을 포함하는 양이온농축수가 양이온농축수배출부를 통해 배출되며, 처리수가 전기투석처리수 배출부를 통해 분리배출되는 단계; 상기 음이온농축수배출부를 통해 상기 음이온농축수가 전기산화공정부로 유입되어, 전기화학적산화를 통해 제거되고 처리수가 유출배관으로 배출되는 단계; 상기 양이온농축수배출부를 통해 상기 양이온농축수가 전해추출공정부로 유입되어 전해추출을 통해 중금속이 회수되고 처리수가 상기 유출배관 측으로 유입되는 단계; 상기 전기투석공정에서의 처리수와, 상기 전해추출공정부에서의 처리수가 상기 유출배관으로 합류되어 막여과부 측으로 유입되는 단계; 및 상기 막여과부에서 상기 처리수가 NF막여과를 통해 여과되고, 여과된 재이용수가 배출되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 중금속을 함유한 폐수의 처리방법으로서 달성될 수 있다.

그리고 음이온농축수 배출부와, 상기 유출배관 중 적어도 어느 하나의 일측에 구비되는 제1pH센서를 통해 측정된 pH값을 기반으로 제어부가 상기 전기산화공정부가 설정된 제1pH값이상을 유지하도록 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한 양이온농축수 배출부와, 상기 전해추출처리수 배출부 중 적어도 어느 하나의 일측에 구비되는 제2pH센서를 통해 측정된 pH값을 기반으로 제어부가 상기 전해추출공정부가 설정된 제2pH값이하를 유지하도록 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

그리고 유출배관 일측에 구비되는 잔류염소측정부가 처리수 내의 잔류염소를 실시간으로 측정하고, 상기 제어부가 상기 잔류염소측정부에서 측정된 값을 기반으로 상기 전기화학적 산화공정부의 인가전류를 제어하여 상기 처리수 내 차아염소산나트륨 농도를 설정된 값 이상으로 유지시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한 상기 전기산화공정부와 상기 막여과부 사이에 구비되는 세정수유입관을 통해 상기 전기산화공정부의 처리수를 세정수로서 상기 막여과부로 유입시키고, 세정수순환관을 통해 상기 막여과부를 통과한 세정수를 상기 전기산화공정부로 순환시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 제3목적은 중금속과 시안을 함유한 폐수의 처리시스템에 있어서, 폐수 유입부를 통해 폐수가 유입되며, 유입된 폐수를 전기투석하여, 음이온농축수와, 중금속이온을 포함하는 양이온농축수와, 시안을 포함하는 처리수를 분리배출시키는 전기투석공정부; 상기 음이온농축수와 상기 시안을 포함하는 처리수가 유입되어, 전기화학적산화를 통해 제거하는 전기산화공정부; 상기 양이온농축수가 유입되어 전해추출을 통해 중금속을 회수하는 전해추출공정부; 및 상기 전기산화공정부에서 배출된 처리수와, 상기 전해추출공정에서 추출된 처리수가 유입되어 NF막여과를 통해 여과하여 여과된 재이용수를 배출시키는 막여과부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 중금속과 시안을 함유한 폐수의 처리시스템으로서 달성될 수 있다.

그리고 전기산화공정부는 상기 음이온농축수가 유입되는 제1전기산화공정부와, 상기 시안을 포함하는 처리수가 유입되는 제2전기산화공정부를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한 전기투석공정부는 2단으로 설치되어, 1차 처리 후 pH를 증가시켜 시안화합물을 음이온 농축수로 분리하는 것을 특징으로 할 수 있다.

그리고 전해추출공정부는 다단으로 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 제4목적은 중금속과 시안을 함유한 폐수의 처리방법에 있어서, 폐수 유입부를 통해 폐수가 전기투석공정부로 유입되어 전기투석에 의해, 음이온농축수가 음이온농축수배출부를 통해 배출되고, 중금속이온을 포함하는 양이온농축수가 양이온농축수배출부를 통해 배출되며, 시안을 함유한 처리수가 전기투석처리수 배출부를 통해 분리배출되는 단계; 상기 음이온농축수와 상기 시안을 함유한 처리수가 전기산화공정부로 유입되어, 시안이 전기화학적산화를 통해 제거되고 처리수가 유출배관으로 배출되는 단계; 상기 양이온농축수배출부를 통해 상기 양이온농축수가 전해추출공정부로 유입되어 전해추출을 통해 중금속이 회수되고 처리수가 상기 유출배관 측으로 유입되는 단계; 상기 전기산화공정부에서의 처리수와, 상기 전해추출공정부에서의 처리수가 상기 유출배관으로 합류되어 막여과부 측으로 유입되는 단계; 및 상기 막여과부에서 상기 처리수가 NF막여과를 통해 여과되고, 여과된 재이용수가 배출되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 중금속과 시안을 함유한 폐수의 처리방법으로서 달성될 수 있다.

그리고 음이온농축수가 제1전기산화공정부로 유입되고, 상기 시안을 포함하는 처리수가 제2전기산화공정부로 유입되는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 제5목적은 폐수의 처리시스템에 있어서, 시안이 함유된 폐수가 시안폐수유입부를 통해 유입되며, 유입된 폐수를 전기투석하며, 음이온농축수가 배출되는 음이온농축수배출부와, 양이온농축수이 배출되는 양이온농축수배출부와, 시안이 함유된 처리수를 분리배출되는 전기투석처리부배출부가 구비된 전기투석공정부;상기 음이온농축수와 상기 시안이 함유된 처리수가 유입되어, 전기화학적산화를 통해 시안을 제거하고 처리수가 유출배관을 통해 배출되는 전기산화공정부; 상기 양이온농축수배출부 일측으로 중금속폐수를 유입시키는 중금속폐수유입부; 상기 양이온농축수와 상기 중금속폐수가 유입되어 NF막여과를 통해 여과하여 여과된 재이용수를 배출시키는 제1막여과부; 상기 제1막여과부에서 생성된 중금속농축수가 유입되어 전해추출을 통해 중금속을 회수하고 처리수는 상기 유출배관으로 유입시키는 전해추출공정부; 및 상기 전기산화공정부에서 배출된 처리수와, 상기 전해추출공정에서 추출된 처리수가 유입되어 NF막여과를 통해 여과하여 여과된 재이용수를 배출시키는 제2막여과부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 중금속과 시안을 함유한 폐수의 처리시스템으로서 달성될 수 있다.

그리고 전기산화공정부의 처리수를 세정수로서 상기 제1막여과부로 유입시키는 제1세정수유입관과, 상기 제1막여과부를 통과한 세정수를 상기 시안폐수유입부 측으로 순환시키는 제1세정수순환관을 포함하고, 상기 전기산화공정부의 처리수를 세정수로서 상기 제2막여과부로 유입시키는 제2세정수유입관과, 상기 제2막여과부를 통과한 세정수를 상기 전기산화공정부 측으로 순환시키는 제2세정수순환관을 포함하고, 상기 제2막여과부에서 생성된 농축수를 상기 시안폐수유입부 측으로 유입시키는 농축수 순환관을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 제6목적은 폐수의 처리방법에 있어서, 시안이 함유된 폐수가 시안폐수유입부를 통해 전기투석공정부로 유입되어 전기투석에 의해, 음이온농축수가 음이온농축수배출부를 통해 배출되고, 양이온농축수가 양이온농축수배출부를 통해 배출되며, 시안을 포함하는 처리수가 전기투석처리수 배출부를 통해 분리배출되는 단계; 상기 음이온농축수와 상기 시안을 포함하는 처리수가 전기산화공정부로 유입되어, 전기화학적산화를 통해 시안이 제거되고 처리수가 유출배관으로 배출되는 단계; 중금속폐수유입부를 통해 상기 양이온농축수배출부 일측으로 중금속폐수를 유입되는 단계; 상기 양이온농축수와 상기 중금속폐수가 제1막여과부로 유입되어 NF막여과를 통해 여과하여 여과된 재이용수를 배출시키는 단계; 상기 제1막여과부에서 생성된 중금속농축수가 전해추출공정부로 유입되어 전해추출을 통해 중금속이 회수되고 처리수가 상기 유출배관 측으로 유입되는 단계; 상기 전기투석공정에서의 처리수와, 상기 전기산화공정부에서의 처리수가 상기 유출배관으로 합류되어 제2막여과부 측으로 유입되는 단계; 및 상기 제2막여과부에서 상기 처리수가 NF막여과를 통해 여과되고, 여과된 재이용수가 배출되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 중금속과 시안을 함유한 폐수의 처리방법으로서 달성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 중금속과 시안을 함유한 폐수의 처리시스템 및 처리방법에 따르면, 많은 화학 약품과 넓은 부지를 필요로 하며, 유지관리비용이 고가일 뿐만 아니라, 슬러지의 대량 발생과 중금속의 원료 활용 불가로 인한 2차 환경오염이 유발되는 종래의 문제점을 전기투석과 전기산화, 전해추출, 나노여과 공정의 조합을 이용하여 해결할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 중금속과 시안을 함유한 폐수의 처리시스템 및 처리방법에 따르면, 기존의 시안과 중금속을 함유한 폐수의 처리 방법인 화학약품을 이용한 산화 응집 침전 방법을 이용한 처리로 인해 발생되는 시안 처리과정에서의 높은 위험성, 넓은 소요부지와 pH를 제어하기 위한 대량의 화학약품 사용으로 인한 높은 유지관리비용, 재사용이 불가능한 중금속 슬러지의 대량 발생으로 인한 2차 환경오염 문제를 전기투석과 전기화학적 산화, 전해추출, NF 분리막법을 이용하는 해결할 수 있다.

그리고 본 발명의 실시예에 따른 중금속과 시안을 함유한 폐수의 처리시스템 및 처리방법에 따르면, 소요부지를 최소화하고 화학약품 사용량을 감소시켜 유지관리 비용을 절감하며, 전기화학적 산화를 통해 안전하게 시안을 처리할 수 있고, 또한 전해추출을 통해 중금속을 재사용할 수 있도록 회수하며, NF 분리막법을 이용한 초고도처리로 방류수를 공정 내 세척수로 재이용함에 따라 생산단가를 낮추고 폐수 무방류를 실현하여 환경오염을 방지할 수 있는 효과를 갖는다.

한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1은 종래 도금 혼합폐수의 처리공정 및 운전조건을 나타낸 블록도,
도 2는 종래 도금 분리폐수의 처리공정 및 운전조건을 나타낸 블록도
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 혼합폐수 처리시스템의 구성도,
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 혼합폐수 처리방법의 흐름도,
도 5는 본 발명에 따른 제어부의 제어신호흐름에 대한 블록도,
도 6a는 본 발명에 따른 전기투석 공정에서의 처리시간별 구리이온의 분리효율 그래프,
도 6b는 본 발명에 따른 전기투석 공정에서의 처리시간별 니켈이온의 분리효율 그래프,
도 7은 본 발명에 따른 전기투석 공정에서의 처리시간별 중금속 이온들의 분리효율 표,
도 8은 초음파 전처리에 의한 전기투석공정에서의 전기전도도 변화 그래프,
도 9는 초음파 전처리에 의한 전기투석 처리성능변화 표,
도 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 시안과 중금속을 포함하는 혼합폐수 처리시스템의 구성도,
도 11은 본 발명의 실험예에 따른 전해질 농도에 따른 CN의 제거효율 변화 그래프,
도 12a는 본 발명의 실험예에 따른 전해추출공정에서 처리시간에 따른 구리이온농도 변화 그래프,
도 12a는 본 발명의 실험예에 따른 전해추출공정에서 처리시간에 따른 구리이온농도 변화 그래프,
도 12a는 본 발명의 실험예에 따른 전해추출공정에서 처리시간에 따른 구리이온농도 변화 그래프,
도 12a는 본 발명의 실험예에 따른 전해추출공정에서 처리시간에 따른 구리이온농도 변화 그래프,
도 13a 및 도 13b는 본 발명의 실험예에 따른 구리회수 전후의 전극판 변화 사진,
도 14a는 본 발명의 실험예에 따른 Nano 여과를 이용한 여과공정에서 구리이온 농도 변화에 따른 처리성능 표,
도 14b는 본 발명의 실험예에 따른 Nano 여과를 이용한 여과공정에서 니켈이온 농도 변화에 따른 처리성능 표,
도 15는 본 발명의 제3실시예에 따른 분리폐수 처리시스템의 구성도,
도 16은 본 발명의 제3실시예에 따른 분리폐수 처리방법의 흐름도를 도시한 것이다.

이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.

본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.

본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서 도면에서 예시된 영역들은 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는데 있어 별 이유 없이 혼돈이 오는 것을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.

이하에서는 본 발명의 제1실시예에 따른 중금속을 함유한 폐수의 처리시스템(100)의 구성 및 기능, 그리고 처리방법에 대해 설명하도록 한다. 본 발명은 폐수의 혼합여부와 무관하게 전기투석공정, 전기화학적 산화공정, 전해추출공정, NF여과공정을 포함하여 구성된다. 본 발명의 제1실시예에서는 혼합폐수가 유입되는 경우 처리방법, 시스템(100)에 대한 것이다.

도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 혼합폐수 처리시스템(100)의 구성도를 도시한 것이다. 그리고 도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 혼합폐수 처리방법의 흐름도를 도시한 것이고 도 5는 본 발명에 따른 제어부(80)의 제어신호흐름에 대한 블록도를 도시한 것이다. 도 6a는 본 발명에 따른 전기투석 공정에서의 처리시간별 구리이온의 분리효율 그래프를 도시한 것이고, 도 6b는 본 발명에 따른 전기투석 공정에서의 처리시간별 니켈이온의 분리효율 그래프를 도시한 것이다.

본 발명의 제1실시예에 따른 전기투석공정부(20)는 폐수유입부(10)를 통해 폐수가 유입되며, 유입된 폐수를 전기투석하여, 음이온농축수와, 중금속이온을 포함하는 양이온농축수와, 처리수를 분리배출시키게 된다. 전기투석공정부(20)는, 전기투석공정부(20)와 전기산화공정부(30) 사이에 구비되는 음이온농축수배출부(22)와, 상기 전기투석공정부(20)와 전해추출공정부(40) 사이에 구비되는 양이온농축수배출부(21)와, 처리수가 배출되는 전기투석처리수배출부(23)를 포함하여 구성된다.

전기투석공정은 이온교환막과 전기투석조(Electrodialysis stack)의 양단에서 공급되는 직류전원에 의해 형성되는 전기장을 구동력으로 하여 이온성 물질을 분리하는 막분리 공정이다.

이온교환막은 전해질 용액에서 막 내부의 고정이온(fixed ions)에 의해 대응이온(counter-ions)이 선택적으로 투과된다. 따라서 양이온 교환막은 양이온을 선택적으로 투과시키며, 음이온 교환막은 음이온을 선택적으로 투과시키게 된다. 전기투석은 운전목적에 따라 탈염전기투석(Desalting electrodialysis)과 물 분해 전기투석(water-splitting electrodialysis)으로 구분할 수 있다.

탈염전기투석은 가장 고전적 의미의 전기투석공정으로 염이 희석조로 유입되면 전위구배하에서 양이온은 양이온 교환막을 통과하여 음극쪽으로 이동하고 음이온은 음이온 교환막을 통과하여 양극쪽으로 이동하여 탈염공정이 수행된다. 따라서 전기투석을 통해 음이온과 중금속을 포함하는 양이온을 분리할 수 있다. 또한 물의 전기분해를 통해 음이온 농축수에는 OH- 이온의 농도가 증가하여 pH가 증가하게 되고 양이온 농축수에는 H+ 이온의 농도가 증가하여 pH가 감소하게 되기 때문에 후속공정에서의 pH 제어를 위한 약품사용량을 최소화할 수 있다.

혼합된 폐수는 폐수유입부(10)를 통해 전기투석공정부(20)로 유입되어 음이온 농축수와 중금속이 함유된 양이온 농축수, 처리수로 분리되어 배출된다(S1). 이때, 음이온 농축수의 pH는 알칼리성이고 중금속이 함유된 양이온 농축수의 pH는 산성을 띠게 된다.

이하에서는 본 발명의 실험예에 따른 전기투석공정을 이용한 중금속 이온의 분리성능 평과 결과에 대해 설명하도록 한다. 본 발명의 실험예에서는 니켈과 구리오염폐수의 중금속 이온 제거 특성을 파악하고자, 전기투석을 진행한 후 희석조 내 원수의 전기전도도를 기준으로, 처리시간에 따른 중금속이온의 농도 변화를 관찰하였다.

인공폐수는 증류수에 NaCl용액 3,400 mg/L, 니켈 20 mg/L 그리고 구리 20 mg/L를 첨가하여 제조하였고, 이온교환막은 ASTOM사의 NEOSEPTA중 양이온 교환막은 CMX-SB, 음이온 교환막은 AMX-SB의 이온교환막을 사용하였다. 운전은 정전압 방식으로 12 V를 사용하였고, 실험의 정확도를 위하여 반응시간을 5, 10, 15, 20, 25 분별로 실험한 후 농도를 측정하여 변화를 관찰하였다.

반응시간 5, 10, 15, 20, 25 분에서의 전기전도도 변화를 살펴보면, 각각 2,899 μS/cm( 57.3%), 939 μS/cm(86.3%), 250 μS/cm(96.3%), 85.6 μS/cm(98.7%) 그리고 5.12 μS/cm( 99.6%)를 나타내어 반응시간이 증가함에 따라 감소하는 경향을 나타내어 중금속이온들이 분리되는 것으로 평가되었다.

이온 분리 효율은 도 6a 및 오 6b에 도시된 바와 같이, 니켈의 경우 5 분에서 4.25 mg/L에 78.9 %, 10 분에서 1.14 mg/L에 94.3%, 15, 20, 25 분에서는 검출한계이하를 나타냈으며, 구리의 경우 3.65 mg/L에 79.5 %, 1.17 mg/L에 93.4%, 0.22 mg/L에 98.7%, 0.12 mg/L에 99.3 그리고 25 분에서는 검출한계 이하로 나타났다.

이온 회수율은 도 7에 도시된 바와 같이(*이온제거율(%), **이온회수율(%)) 니켈의 경우 5 분에 32.48 mg/L로 61.0%, 10 분에 35.28 mg/L로 74.9%, 15 분에 36.31 mg/L로 80.0%, 20 분에 36.40 mg/L로 80.5% 그리고 25 분에 36.70 mg/L로 82.0%이었고, 구리의 경우 5 분에 28.69 mg/L로 61.5%, 10 분에 30.93 mg/L로 74.1%, 15 분에 32.00 mg/L로 80.1%, 20 분에 32.50 mg/L로 82.9% 그리고 25 분에 32.60 mg/L로 83.5%를 나타내어 전기투석을 통해 중금속이온의 분리가 가능한 것을 알 수 있었다.

음이온 농축수는 전기산화공정부(30)로 유입되어 pH 10이상에서 CO2와 N2가스로 변환하여 처리한다(S2). 전기산화공정부(30)는, 전기화학적산화를 통해 생성된 수소가스가 배출되는 수소가스배출부(31)와, 전기산화공정부(30)와 막여과부(50) 사이에 구비되어 처리수가 배출되는 유출배관(32)을 포함하여 구성된다.

또한, 음이온농축수배출부(22)와, 상기 유출배관(32) 중 적어도 어느 하나의 일측에 구비되는 제1pH센서(82)와, 제1pH센서(82)에서 측정된 pH값을 기반으로 상기 전기산화공정부(30)가 설정된 제1pH값이상을 유지하도록 제어하는 제어부(80)를 포함하여 구성될 수 있다. 구체적으로, 유출배관(32)에 설치된 제1pH 센서(82)의 측정값을 이용하여 공정의 적정 pH 이하로 운전되는 경우, 가성소다(NaOH) 또는 알칼리폐수가 투입된다.

그리고 유출배관(32) 일측에 구비되어 처리수 내의 잔류염소를 실시간으로 측정하는 잔류염소측정부(81)를 포함하고, 제어부(80)는 상기 잔류염소측정부(81)에서 측정된 값을 기반으로 상기 전기화학적 산화공정부의 인가전류를 제어하여 상기 처리수 내 차아염소산나트륨 농도를 설정된 값 이상으로 유지시키게 된다.

즉 유출배관(32)에 설치된 실시간 잔류염소측정부(81)를 이용하여 전기화학적 산화 공정의 인가 전류를 제어해 유출되는 처리수 내 차아염소산나트륨 농도를 일정 이상 함유될 수 있도록 운전한다. 전기화학적 산화 공정에서는 물이 전기분해 되면서 수소가스가 발생하기 때문에 환기장치를 설치하여 수소가스를 수소가스배출부(31)를 통해 외부로 안전하게 유출시킨다.

또한, 전기투석공정부(20)에서 유출되는 중금속 함유된 양이온농축수는 전해추출 공정부로 유입되어 전해 추출된다(S3). 전해추출공정부(40)에서는 추출된 중금속은 회수되어 재활용되며, 전해추출공정부(40)의 처리수는 전해추출처리수배출부(41)를 통해 배출되어 유출배관(32)으로 유입되게 된다.

전기적 환원을 이용하여 금속이 함유된 폐수에서 금속을 회수하는 전해추출 기술은 용존금속의 전기도금을 응용한 것으로 추출시키려는 금속의 염류를 주성분으로 하는 전해 수용액 속에 표면에 중금속을 추출할 물체에 음극을 연결하고 추출시키려는 금속과 동일하거나 다른 금속에 양극을 연결한 후 전기를 인가해 용액 내에 용해된 금속이 음극 전극판 표면에 석출되는 것을 이용한 방법이다. 기존의 화학적 침전법에서는 생성된 슬러지는 원료로 재활용할 수 없지만 전해추출법에서는 석출된 중금속을 원료로 재활용할 수 있다.

Mn⁺ + n → M Cathode(환원전극)

2H₂O → O² + 4H⁺ + 4e^- Anode(산화전극)

또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 양이온농축수배출부(21)와, 전해추출처리수배출부(41) 중 적어도 어느 하나의 일측에 구비되는 제2pH센서(83)를 포함하고, 제어부(80)는 제2pH센서(83)에서 측정된 pH값을 기반으로 상기 전해추출공정부(40)가 설정된 제2pH값이하를 유지하도록 제어할 수 있다.

전해추출공정부(40)는 중금속 종류가 다양할 경우, 1개의 이상의 반응조로 모든 종류의 중금속을 회수할 수 있도록 설치될 수 있다. 전해추출공정부(40)에서는 앞선 전기화학적 산화 공정과 달리 pH를 낮게 유지하여야 하기 때문에 양이온농축수배출부(21)와, 전해추출처리수배출부(41) 중 적어도 어느 하나의 일측에 구비되는 제2pH 센서(83)의 측정값과 연동하여 유입수 내 황산(H₂SO₄) 또는 산성폐수의 투입량을 자동으로 조정하여 제어토록 한다.

또한, 전해추출공정은 회수하도고 하는 중금속이 다양할 경우 다단으로 구성하여 중금속을 회수할 수 있다. 즉, 포함된 중금속의 종류에 따라 1개 이상의 반응조가 대응하여 설치된 경우, 반응조는 연속적으로 배치될 수 있으며, 배치의 순서는 중금속이 함유량과 무방하고 각 공정 반응조에서의 최적 운영조건은 중금속의 종류에 따라 다르기 때문에 각 유출부에는 제4pH 센서(85)가 설치되어 있고 각 반응조에서의 pH는 각 유출부에 설치된 제4pH 센서(85)와 연동되어 황산(H₂SO₄), 또는 산성폐수 또는 가성소다(NaOH) 또는 알칼리폐수의 투입에 의해 제어될 수 있다. 전해추출공정부(40)에서 유출된 처리수는 이후 전기화학적 산화공정부의 처리수와 전기투석의 처리수와 합쳐져서 막여과부(50)로 유입된다(S4).

막여과부(50)는 전기투석공정부(20)에서 배출된 처리수와, 상기 전기산화공정부(30)에서 배출된 처리수와, 상기 전해추출공정에서 추출된 처리수가 유입되어 NF막여과를 통해 여과하여 여과된 재이용수를 배출시키게 된다(S5).

최근 처리효율과 운영성이 우수한 UF(ultrafiltration), RO(Reverse Osmosis), NF(Nanofiltration)와 같은 막 분리 기술이 중금속을 다량으로 포함한 폐수에 적용되고 있다. 막 분리 기술중 약 1 nm 정도 크기의 공극을 갖는 분리막을 이용하는 NF 분리막법은 막에서의 압력차를 구동력으로 이용하여 분자량 1,000 이하인 유기물과 2가 이상의 이온성 물질을 분리하는데 사용된다.

NF 분리막법은 용액확산 효과(solution-diffusion effect)와 막에 의한 체거름 효과(sieving effect)가 적용되는 기술이며, 막의 공극은 작고 전하를 띠기 때문에 유기물 및 다가 이온의 제거효율을 높게 유지할 수 있다.

일반적으로 NF 막의 능동층(활성층, active layer)은 폴리아미드로 이루어져 있어 알칼리와 중성에서는 음전하를 띠게 되고 산성에서는 양전하를 띠게 되어 반대 양전하 이온을 배제(분리, 제거)하게 된다(NF 분리막법에서의 이러한 현상을 Donnan 효과라 한다). 따라서 NF 분리막법 적용할 경우, 유입수의 pH를 산성으로 조정하면 양전하를 띠고 있는 중금속 다가 양이온(ex. Cu2+, Ni2+, Pb2+ 등)을 쉽게 배제(제거효율 향상)할 수 있다.

따라서 본 발명에 따르면, 기존의 처리방법을 전기투석, 전기화학적 산화, 전해추출, NF 분리막법으로 대체할 경우, 중금속을 원료로 회수하여 재활용할 수 있으며, 처리과정에 필수적인 약품인 가성소다(NaOH)와 황산(H2SO4) 사용량을 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 고품질의 방류수를 세척수로 재이용함에 따라 물 사용량의 절감을 통해 생산단가를 낮추어 도금산업의 경쟁력을 강화시킬 수 있고 폐수의 무방류를 실현하여 환경오염을 방지할 수 있다.

이러한 NF 여과 공정은 약 1 nm 정도 크기의 공극을 갖고 있으며, 2가 이상의 이온성 물질 또는 분자량 1,000 이하인 유기물을 분리할 수 있는 기술로 막의 활성층이 폴리아미드로 이루어져 있어 막표면이 중성 또는 알칼리 상태이면 음전하를 띠고 산성 조건에서는 양전하를 띠게 된다.

나노여과 공정의 유입수(전해추출 공정의 처리수) pH는 낮기 때문에 막의 표면은 양전하를 띠게 되어 Donnan 효과에 의해 다가 양이온(ex. Cu2+, Ni2+, Pb2+ 등)은 막에 의해 배제(제거)되게 되기 때문에 처리효율이 매우 우수하여 최종 처리수는 공정내 세척수로 재이용수로 이용할 수 있다.

전기산화공정부(30)와 상기 막여과부(50) 사이에 세정수유입관(33)이 구비되어 전기산화공정부(30)의 처리수를 세정수로하여 막여과부(50)로 유입시킬 수 있다. 막여과부(50)를 통과한 세정수는 세정수순환관(34)을 통해 전기산화공정부(30)로 순환될 수 수 있다.

그리고 막여과부(50)에서 생성된 농축수는 농축수 순환관(51)을 통해 폐수유입부(10) 측으로 유입되게 된다.

즉 NF 여과공정에서 배제된 중금속은 다시 전기투석 공정으로 반송시켜 유입되는 폐수의 pH를 조정하는데 이용되어지고 중금속의 최대 반송을 통해 회수효율과 처리효율을 극대화할 수 있다.

NF 여과 공정은 분리막 공정으로 일정시간 운영하게 되면 막 표면에 파울링(fouling)이 발생하여 플럭스(flux)가 감소하게 된다. 이를 해결하기 위해서는 주기적인 세정을 실시하여야 하는데, 파울링은 크게 무기 파울링과 유기 파울링으로 구분할 수 있다.

본 발명의 공정에서는 대부분 무기 파울링이 발생하며, 유기 파울링은 일부에 발생하게 된다. 일반적으로 무기 파울링은 2 - 5%의 NaOH를 이용해 세정하게 되는데, 본 공정에서는 전기화학적 산화공정부의 유출수 pH가 10 이상이기 때문에 가성소다를 대체하여 세정수로 활용할 수 있다.

또한 전기화학적 산화 공정의 유출수에는 차아염소산나트륨이 고농도로 존재하고 있기 때문에 유기물에 의한 파울링을 해결할 수 있다. 세정과정에서 발생되는 폐슬러지는 별도로 처리하고 세정수는 다시 전기화학적 산화 공정으로 공급하여 재처리토록 한다. 이때, 세정수는 별도의 탱크에 보관한 후 일정량씩 전기화학적 산화 공정으로 공급할 경우, 공정의 pH를 조절하는데 이용할 수도 있다.

이하에서는 본 발명의 제2실시예예 따른 폐수처리시스템(100)의 구성 및 기능에 대해 설명하도록 한다. 도 8은 초음파 전처리에 의한 전기투석공정에서의 전기전도도 변화 그래프를 도시한 것이다. 그리고 도 9는 초음파 전처리에 의한 전기투석 처리성능변화 표를 도시한 것이다. 또한, 도 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 시안과 중금속을 포함하는 혼합폐수 처리시스템의 구성도를 도시한 것이다.

그리고, 도 11은 본 발명의 실험예에 따른 전해질 농도에 따른 CN의 제거효율 변화 그래프를 도시한 것이다. 또한, 도 12a는 본 발명의 실험예에 따른 전해추출공정에서 처리시간에 따른 구리이온농도 변화 그래프, 도 12b는 본 발명의 실험예에 따른 전해추출공정에서 처리시간에 따른 구리회수율 변화 그래프, 도 12c는 본 발명의 실험예에 따른 전해추출공정에서 처리시간에 따른 니켈이온농도 변화 그래프, 도 12d는 본 발명의 실험예에 따른 전해추출공정에서 처리시간에 따른 니켈회수율 변화 그래프를 도시한 것이다. 그리고 도 13a 및 도 13b는 본 발명의 실험예에 따른 구리회수 전후의 전극판 변화 사진을 도시한 것이다. 또한, 도 14a는 본 발명의 실험예에 따른 Nano 여과를 이용한 여과공정에서 구리이온 농도 변화에 따른 처리성능 표를 도시한 것이고, 도 14b는 본 발명의 실험예에 따른 Nano 여과를 이용한 여과공정에서 니켈이온 농도 변화에 따른 처리성능 표를 도시한 것이다.

본 발명의 제2실시예는 앞서 언급한 제1실시예와 달리 혼합폐수에 중금속과 시안을 포함하고 있다. 앞서 언급한 제1실시예와 같이, 전기투석공정부(20)와, 전기산화공정부(30)와, 전해추출공정부(40), 막여과부(50)를 포함하여 구성된다.

이하에서는 본 발명의 실험예에 따른 시안이온의 전처리 연구에 대한 결과를 설명하도록 한다. 산업시설에서 배출되는 시안의 형태는 유리시안(HCN, CN^-), 금속 시안 착화물 등이며 착화물의 안정도에 따라 다양하게 존재한다.

특히 pH가 낮은 산성상태일 때 주로 중성분자 형태인 HCN 형태로 존재하게 된다. 이에 중성분자상태인 HCN의 형태를 물리적 처리를 통해 CN^-형태로 산화가 가능한지 여부를 확인하고자 초음파 발생장치를 이용하여 원수를 처리한 후 전기투석 실험을 진행하였다.

실험원수는 시안이 함유된 중금속폐수로 증류수에 NaCl용액 3,400 mg/L, 니켈 20 mg/L, 구리 20 mg/L와 시안 70 mg/L를 첨가하여 조제하였다. 인공폐수의 pH는 HCl을 이용하여 2.2범위로 조정하였다. 유입원수에 초음파 조사장치를 이용하여 700 W(20,000 Hz)로 134초(Case 1), 666초(Case 2), 1,334초(Case 3) 동안 조사한 후 전기투석(12 V, 35분)을 실시하였다.

실험결과, 도 8에 도시된 바와 같이, 초음파 조사시간과 무관하게 전기투석공정에서의 전기전도도 변화에는 차이가 없는 것으로 평가되었다. 또한 니켈과 구리의 제거효율도 초음파 조사시간과 무관한 것으로 평가되었다. 그러나 전기투석을 통한 시안이온의 제거효율은 도 9에 도시된 바와 같이, 조사시간이 증가함에 따라 3.2%, 11.9%, 13.6%로 점차 증가하는 경향을 나타내었다. 이는 일부분의 HCN이 산화하여 CN^-이온의 형태로 전환되었기 때문으로 판단된다. 시안화합물은 대부분 산성조건에서 중성분자인 HCN의 형태로 존재하기 때문에 처리효율이 낮음으로 전기투석 후단에는 의한 시안 제거를 위한 별도의 후속 공정이 필요한 것으로 판단되었다.

즉, 실험결과 시안은 pH가 낮은 산성상태에서 HCN형태로 존재하기 때문에 음이온농축수에 포함되지 않고 처리수에 포함되어 배출되는 것임을 확인할 수 있다.

따라서 시안을 포함한 폐수의 경우 전기투석공정에 의해 시안이 음이온 농축수에 포함되어 있지 않고 처리수에 포함되어 배출되므로 전기투석공정부(20)에서 토출되는 처리부를 전기산화공정부(30)에 유입시켜 처리하게 된다.

또한, 도 10에 도시된 바와 같이, 별도의 전기산화공정부(30)를 전기투석공정부(20)의 처리수 토출라인에 설치하여 음이온농축수와 시안을 포함하는 처리수 각각이 분리되어 전기산화공정부(30)에 투입되어 처리됨이 바람직하다. 음이온과 시안화합물을 동시에 전기산화공정에 투입하게 되는 경우 시안화합물의 처리시간이 증가하여 전체적인 처리시간 증가로 인해 에너지 소요량 증가로 처리비용이 증가하게 되나, 음이온농축수와 처리수를 분리하여 처리할 경우 초기투자비는 증가하나 유지관리비는 감소할 수 있게 된다.

또한, 전기투석공정을 2단으로 설치하여 1차 처리부 pH를 증가시켜 시안화합물을 음이온농축수로 분리하고(pH를 증가시킬 경우 HCN이 해리되어 CN- 형태로 존재하기 때문에 분리가 가능함), 이 경우 음이온 농축수와 분리 또는 혼합하여 처리가 가능하게 된다. 이때 시안화합물의 농축수량이 적어 비용이 더 절감될 수 있다.

시안을 제거하기 위한 전기화학적 산화 처리 방법은 수중에서 (＋)와 (－)극을 이루는 금속전극에 직류를 공급하면 (－)극(Cathode)에서는 산화되고 (＋)극(Anode)에서는 환원되는 현상을 이용하여 시안을 제거하는 기술이다. 순수한 물은 전기분해가 되지 않으나 소량의 전해질(NaCl)을 첨가하면 아래와 같이 전기분해 되어 차아염소산나트륨(NaOCl)을 생성하게 된다.

<Anode>

2H₂O - 2e- → O₂ + 4H+

Cl₂ + H₂O → HOCl + Cl + H+

O₂ + H₂O → O₃ + 2H+ + 2e-

HOCl + H₂O → ClO₂ + 3H+ + 3e-

2H₂O → H₂O₂ + 2H+ + 2e-*9

4H₂O + 4e- →　 2H₂ + 4OH-

H+ + e- → 2H₂ + 4OH-

<전체반응>

NaCl + H₂O + 2e- → NaOCl + H₂ ↑

상기 반응을 통하여 생성된 차아염소산나트륨(NaOCl)은 기존의 알칼리 염소법과 동일한 방법으로 시안을 CO₂와 N₂가스로 전화시켜 처리한다.

<1단계 화학식>

NaCN ＋ NaOCl NaCNO ＋ NaCl

<2단계 화학식>

2NaCNO + 3NaOCl + H₂O → 3NaCl + N₂ + 2NaHCO₃

↓

2NaOH + 2CO₂

이러한 전기화학적 산화 방법을 이용하게 되면 Cl₂와 NaOCl를 다뤄야 하는 위험을 감소시킬 수 있으며, 약품비용을 절감할 수 있다. 특히 처리과정에서 발생될 수 있는 CNCl과 같은 독성기체가 중간에 생성되지 않아 처리과정에서의 위험을 크게 감소시킬 수 있다.

이하에서는 본 발명의 실험예에 따른 전기산화를 이용한 시안화합물의 처리성능 평가결과를 설명하도록 한다.

전기분해를 이용한 시안화합물의 처리성능을 평가하기 위하여 Anode 전극은 Ti/Pt plate(50㎜)을 이용하였고 Cathode 전극은 Cu plate(50㎜)을 Anode 전극과 5㎝ 간격으로 설치해 실험하였다. 유입원수의 pH는 11로 조정하였고 전기밀도는 2.0mA/㎠(4.1V) 인가하였다. 실험결과, 도 11에서와 같이, 전해질의 농도가 증가함에 따라 시안화합물의 제거효율이 증가하는 것을 알 수 있었으며, 유입원수 내 음이온이 존재할 경우, 제거효율이 감소하는 것으로 평가되었다. 그러나, 이 경우, 체류시간 또는 인가전류, 전극판의 갯수를 증가시키거나, 전극판의 간격을 감소시킬 경우, 제거효율을 향상시킬 수 있을 것으로 추정된다.

이하에서는 본 발명의 실험예에 따른 전해추출을 이용한 중금속 이온의 회수 가능성 평가결과를 설명하도록 한다.

실험실 규모(lab scale) 전해추출 반응기를 이용하여 중금속 이온의 회수 가능성을 평가하였다. 합성폐수의 중금속(Cu, Ni) 농도는 전기투석 공정에 농축될 것으로 예상되는 1,000mg/L를 기준으로 CuSO₄ 와 NiSO₄ 을 이용해 조제하였다. 전해추출 반응기에는 한 쌍의 cathode와 anode를 장착하였고 전류밀도 50mA/cm², 교반은 회전식교반기에 의해 120 storke/min, 구리용액의 경우 초기 pH는 1.04, 니켈용액의 경우 초기 pH는 5.45로 조정하여 총 4시간동안 실험 하였다. 실험 진행 간 일정한 시간 간격으로 pH, 온도, 전압 변화를 측정하고 1ml의 샘플을 20배 희석한 후 ICP(Inductively Coupled Plasma)를 이용하여 이온농도 측정에 사용하였다.

실험결과, 도 12a 내지 도 12d 및 도 13a, b에 도시된 바와 같이, 구리, 니켈 모두 초기 2시간에 약 80% 회수되는 것으로 평가되었는데, 구리의 경우에는 3시간동안 계속 증가한 반면에 니켈의 경우에는 2시간 이후로는 증가속도가 현저하게 감소하였다. 반응시간 4시간동안 구리는 97.81% 회수되었고 니켈은 85.13% 회수되는 것으로 평가되었다.

이하에서는 본 발명의 실험예에 따른 Nano 여과를 이용한 처리성능 평가결과를 설명하도록 한다. 도 14a는 본 발명의 실험예에 따른 Nano 여과를 이용한 여과공정에서 구리이온 농도 변화에 따른 처리성능 표를 도시한 것이고, 도 14b는 본 발명의 실험예에 따른 Nano 여과를 이용한 여과공정에서 니켈이온 농도 변화에 따른 처리성능 표를 도시한 것이다.

Cu² ⁺(Copper(II) sulfate pentahydrate, Hydrochloric acid)의 농도를 1, 10, 20, 50, 100, 400mg/L로 조제하고 pH는 3으로 조정한 합성폐수를 유입원수로 이용하였다. 이후 Nano 여과막의 압력을 8bar로 조정하여 실험한 결과, 유입농도가 증가할수록 처리성능과 처리수의 농도가 증가하였다. 결과적으로 법정 방류수질이하(1mg/L이하)로 유지하기 위해서는 현조건에서 유입농도가 50mg/L이하로 유지되어야 함을 알 수 있다.

Ni² ⁺(Nickel(II) sulfate hexahydrate, Hydrochloric acid)의 농도를 1, 10, 20, 50, 100, 400mg/L로 조제하고 pH는 3으로 조정한 합성폐수를 유입원수로 이용하였다. 이후 Nano 여과막의 압력을 8bar로 조정하여 실험한 결과, 유입농도가 증가할수록 처리성능과 처리수의 농도가 증가하였다. 결과적으로 법정 방류수질이하(0.1mg/L이하)로 유지하기 위해서는 현조건에서 유입농도가 10mg/L이하로 유지되어야 함을 알 수 있다.

이하에서는 본 발명의 제3실시예에 따른 분리폐수 처리시스템(100) 및 처리방법에 대해 설명하도록 한다. 도 15는 본 발명의 제3실시예에 따른 분리폐수 처리시스템(100)의 구성도를 도시한 것이다. 또한, 도 16은 본 발명의 제3실시예에 따른 분리폐수 처리방법의 흐름도를 도시한 것이다. 본 발명의 제3실시예에 따른 전기투석공정부(20)와, 전기산화공정부(30)와, 전해추출공정부(40)의 구성은 앞서 언급한 제2실시예와 원칙적으로 동일하며, 제2실시예에 따른 막여과부(50)는 제3실시예에서는 제2막여과부(70)로 구성되고, 도 15에 도시된 바와 같이, 전기투석공정부(20)와 전해추출공정부(40) 사이에 제1막여과부(60)가 더 포함되게 된다. 제1막여과부(60)와 제2막여과부(70)의 내부 구성은 앞서 언급한 NF 여과공정을 적용한 것이다.

폐수를 분리하여 집수하는 경우에는 혼합하여 처리하는 경우에 비해 운영비용을 더 절감할 수 있다. 시안이 함유된 폐수는 기존과 동일하게 시안폐수유입부(11)를 통해 전기투석공정부(20)로 유입시켜 시안이 농축된 알칼리성 폐수(음이온농축수)와 중금속이 농축된 산성 폐수(양이온농축수), 중금속이 제거되어 시안이 포함된 처리수를 분리하여 배출한다(S10).

알칼리성 폐수(음이온농축수)와 시안이 포함된 처리수는 음이온농축수배출부(22)를 통해 전기산화공정부(30)로 이동하게 된다(S20). 또한, 도 15 및 앞서 언급한 제2실시예에서와 같이 음이온농축수과 시안이 포함된 처리수 각각이 분리되어 전기산화공정부(30)로 투입될 수 있다. 전기화학적 산화 공정은 높은 pH 범위에서 운영됨으로 유출배관(32)에 설치된 제1pH 센서(82)의 측정값에 따라 추가적으로 가성소다(NaOH, 또는 알칼리폐수)가 투입되거나 필요에 따라 황산(H₂SO₄, 또는 산성폐수)이 투입될 수 있다. 이때 산알칼리계 폐수를 pH 제어용으로 이용할 경우, pH에 제어에 필요한 약품 사용량을 절감할 수 있다.

그리고 중금속이 농축된 산성 폐수(양이온농축수)는 전해추출공정부(40)로 유입되기 전에 중금속폐수유입부(12)를 통해 중금속 함유 폐수와 혼합되어(S30) NF 여과 공정이 적용되는 제1막여과부(60)를 통해 중금속을 농축하게 된다(S40).

일반적으로 전해추출공정부(40)에서는 회수하고자 하는 물질의 함량이 높을수록 회수효율이 증가하기 때문에 NF 여과 공정을 운영하여 중금속을 농축하는 것이 바람직하다. 전술한 바와 같이 NF 여과 공정은 막표면이 산성일 경우, 다가 양이온의 배제율이 증가하게 되는데, NF 여과 공정으로 유입되는 전해투석 공정의 중금속 농축 폐수는 산성이고 중금속 함유 폐수도 산성이기 때문에 별도의 약품을 투입하지 않더라도 높은 중금속의 농축율을 유지할 수 있다. 그러나 운영 pH의 범위에 따라 pH를 조절하기 위해 황산을 추가하거나 가성소다를 투입하여 pH를 제어해야 할 수도 있다.

이 경우 앞선 전기화학적 산화공정과 동일하게 산,알칼리계 폐수를 이용할 경우, pH에 제어에 필요한 약품 사용량을 절감할 수 있다. 전해추출 전단계의 NF 여과 분리막은 전기산화공정에서의 처리수를 이용하여 주기적으로 세정하며, 세정수는 전기투석 공정으로 유입시켜 재처리토록 한다. 이때, 세정수는 저류조를 설치하여 전기투석공정에 소량으로 일정량이 투입되도록 운영함으로써 pH의 증가를 방지하도록 운영하는 것이 바람직하다.

또한, 제1막여과부(60)의 세정수를 전기산화공정부(30)의 처리수를 이용할 수 있으며, 제1세정수유입관(62)을 통해 전기산화공정부(30)의 처리수가 제1막여과부(60)로 유입될 수 있고, 제1세정수순환관(63)을 통해 제1막여과부(60)를 통과한 세정수가 시안폐수유입부(11)측으로 유입되게 된다.

그리고 제1막여과부(60)에서 생성된 중금속농축수가 전해추출공정부(40)로 유입되어 전해추출을 통해 중금속이 회수되고 처리수가 유출배관(32) 측으로 유입게 된다(S50).

그리고 제2실시예에서와 같이, 전기산화공정에서 처리수와, 전해추출공정부에서의 처리수가 유출배관(32)으로 합류되어 제2막여과부(70) 측으로 유입되게 된다(S60).

그리고 제2막여과부(70)에서 처리수가 NF막여과를 통해 여과되고, 여과된 재이용수가 배출된다(S70).

또한 제2막여과부(70)에 제공되는 세정수 역시 앞서 제1,제2실시예에서 언급한 바와 같이 제2세정수유입관(71)을 통해 전기산화공정부(30)의 처리수가 제2막여과부(70)로 유입될 수 있고, 제2세정수순환관(72)을 통해 제2막여과부(70)를 통과한 세정수가 전기산화공정부(30) 측으로 순환되게 된다. 그리고 제2막여과부(70)의 농축수는 농축수순환관(51)을 통해 시안폐수유입부(11) 측으로 유입된다.

상기의 방법들을 통해 소요부지를 최소화하고 화학약품 사용량을 감소시켜 유지관리 비용을 절감하며, 전기화학적 산화를 통해 안전하게 시안을 처리할 수 있다. 또한 전해추출을 통해 중금속을 재사용할 수 있도록 회수하며, NF 분리막법을 이용한 초고도처리로 방류수를 공정내 세척수로 재이용함에 따라 생산단가를 낮추고 폐수 무방류를 실현하여 환경오염을 방지할 수 있다.

또한, 상기와 같이 설명된 장치 및 방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

10:폐수유입부
11:시안폐수유입부
12:중금속폐수유입부
20:전기투석공정부
21:양이온농축수배출부
22:음이온농축수배출부
23:전기투석처리수배출부
30:전기산화공정부
31:수소가스배출부
32:유출배관
33:세정수유입관
34:세정수순환관
40:전해추출공정부
41:전해추출처리수배출부
50:막여과부
51:농축수순환관
60:제1막여과부
61:중금속농축수배출부
62:제1세정수유입관
63:제1세정수순환관
70:제2막여과부
71:제2세정수유입관
72:제2세정수순환관
80:제어부
81:잔류염소측정부
82:제1pH센서
83:제2pH센서
84:제3pH센서
85:제4pH센서
100:폐수처리시스템

Claims

폐수의 처리시스템에 있어서,
폐수 유입부를 통해 폐수가 유입되며, 유입된 폐수를 전기투석하여, 음이온농축수와, 중금속이온을 포함하는 양이온농축수와, 처리수를 분리배출시키는 전기투석공정부;
상기 음이온농축수가 유입되어, 전기화학적산화를 통해 제거하는 전기산화공정부;
상기 양이온농축수가 유입되어 전해추출을 통해 중금속을 회수하는 전해추출공정부; 및
상기 전기투석공정부에서 배출된 처리수와, 상기 전기산화공정부에서 배출된 처리수와, 상기 전해추출공정에서 추출된 처리수가 유입되어 NF막여과를 통해 여과하여 여과된 재이용수를 배출시키는 막여과부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 중금속을 함유한 폐수의 처리시스템.
제 1항에 있어서,
상기 전기투석공정부는,
상기 전기투석공정부와 상기 전기산화공정부 사이에 구비되는 음이온농축수 배출부와, 상기 전기투석공정부와 상기 전해추출공정부 사이에 구비되는 양이온농축수 배출부와, 처리수가 배출되는 전기투석처리수 배출부를 포함하고,
상기 전기산화공정부는,
상기 전기화학적산화를 통해 생성된 수소가스가 배출되는 수소가스배출부와, 상기 전기산화공정부와 상기 막여과부 사이에 구비되어 처리수가 배출되는 유출배관을 포함하며,
상기 전해추출공정부의 처리수가 배출되는 전해추출처리수 배출부를 포함하고,
상기 전기투석공정에서의 처리수와, 상기 전해추출공정부에서의 처리수는 상기 유출배관으로 합류되어 상기 막여과부로 유입되는 것을 특징으로 하는 중금속을 함유한 폐수의 처리시스템.
제 2항에 있어서,
상기 음이온농축수 배출부와, 상기 유출배관 중 적어도 어느 하나의 일측에 구비되는 제1pH센서; 및
상기 제1pH센서에서 측정된 pH값을 기반으로 상기 전기산화공정부가 설정된 제1pH값이상을 유지하도록 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 중금속을 함유한 폐수의 처리시스템.
제 3항에 있어서,
상기 양이온농축수 배출부와, 상기 전해추출처리수 배출부 중 적어도 어느 하나의 일측에 구비되는 제2pH센서를 포함하고,
상기 제어부는 제2pH센서에서 측정된 pH값을 기반으로 상기 전해추출공정부가 설정된 제2pH값이하를 유지하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 중금속을 함유한 폐수의 처리시스템.
제 4항에 있어서,
상기 제1pH센서에서 측정된 pH값을 유지하기 위하여 알칼리폐수, NaOH를 유입시키고, 상기 제2pH센서에서 측정된 pH값을 유지하기 위하여 산성폐수, H₂SO₄를 유입시키는 것을 특징으로 하는 중금속을 함유한 폐수의 처리시스템.
제 4항에 있어서,
상기 유출배관 일측에 구비되어 처리수 내의 잔류염소를 실시간으로 측정하는 잔류염소측정부를 포함하고,
상기 제어부는 상기 잔류염소측정부에서 측정된 값을 기반으로 상기 전기산화공정부의 인가전류를 제어하여 상기 처리수 내 차아염소산나트륨 농도를 설정된 값 이상으로 유지시키는 것을 특징으로 하는 중금속을 함유한 폐수의 처리시스템.
제 6항에 있어서,
상기 전기산화공정부와 상기 막여과부 사이에 구비되어 상기 전기산화공정부의 처리수를 세정수로서 상기 막여과부로 유입시키는 세정수유입관과, 상기 막여과부를 통과한 세정수를 상기 전기산화공정부로 순환시키는 세정수순환관을 포함하는 것을 특징으로 하는 중금속을 함유한 폐수의 처리시스템.
제 7항에 있어서,
상기 막여과부에서 생성된 농축수를 상기 폐수유입부 측으로 유입시키는 농축수 순환관을 포함하는 것을 특징으로 하는 중금속을 함유한 폐수의 처리시스템.
폐수의 처리방법에 있어서,
폐수 유입부를 통해 폐수가 전기투석공정부로 유입되어 전기투석에 의해, 음이온농축수가 음이온농축수배출부를 통해 배출되고, 중금속이온을 포함하는 양이온농축수가 양이온농축수배출부를 통해 배출되며, 처리수가 전기투석처리수 배출부를 통해 분리배출되는 단계;
상기 음이온농축수배출부를 통해 상기 음이온농축수가 전기산화공정부로 유입되어, 전기화학적산화를 통해 제거되고 처리수가 유출배관으로 배출되는 단계;
상기 양이온농축수배출부를 통해 상기 양이온농축수가 전해추출공정부로 유입되어 전해추출을 통해 중금속이 회수되고 처리수가 상기 유출배관 측으로 유입되는 단계;
상기 전기투석공정에서의 처리수와, 상기 전해추출공정부에서의 처리수가 상기 유출배관으로 합류되어 막여과부 측으로 유입되는 단계; 및
상기 막여과부에서 처리수가 NF막여과를 통해 여과되고, 여과된 재이용수가 배출되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 중금속을 함유한 폐수의 처리방법.
제 9항에 있어서,
상기 음이온농축수 배출부와, 상기 유출배관 중 적어도 어느 하나의 일측에 구비되는 제1pH센서를 통해 측정된 pH값을 기반으로 제어부가 상기 전기산화공정부가 설정된 제1pH값이상을 유지하도록 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 중금속을 함유한 폐수의 처리방법.
제 10항에 있어서,
상기 양이온농축수 배출부와, 전해추출처리수 배출부 중 적어도 어느 하나의 일측에 구비되는 제2pH센서를 통해 측정된 pH값을 기반으로 제어부가 상기 전해추출공정부가 설정된 제2pH값이하를 유지하도록 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 중금속을 함유한 폐수의 처리방법.
제 11항에 있어서.
상기 유출배관 일측에 구비되는 잔류염소측정부가 처리수 내의 잔류염소를 실시간으로 측정하고, 상기 제어부가 상기 잔류염소측정부에서 측정된 값을 기반으로 상기 전기산화공정부의 인가전류를 제어하여 상기 처리수 내 차아염소산나트륨 농도를 설정된 값 이상으로 유지시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 중금속을 함유한 폐수의 처리방법.
제 12항에 있어서,
상기 전기산화공정부와 상기 막여과부 사이에 구비되는 세정수유입관을 통해 상기 전기산화공정부의 처리수를 세정수로서 상기 막여과부로 유입시키고, 세정수순환관을 통해 상기 막여과부를 통과한 세정수를 상기 전기산화공정부로 순환시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 중금속을 함유한 폐수의 처리방법.
중금속과 시안을 함유한 폐수의 처리시스템에 있어서,
폐수 유입부를 통해 폐수가 유입되며, 유입된 폐수를 전기투석하여, 음이온농축수와, 중금속이온을 포함하는 양이온농축수와, 시안을 포함하는 처리수를 분리배출시키는 전기투석공정부;
상기 음이온농축수와 상기 시안을 포함하는 처리수가 유입되어, 전기화학적산화를 통해 제거하는 전기산화공정부;
상기 양이온농축수가 유입되어 전해추출을 통해 중금속을 회수하는 전해추출공정부; 및
상기 전기산화공정부에서 배출된 처리수와, 상기 전해추출공정에서 추출된 처리수가 유입되어 NF막여과를 통해 여과하여 여과된 재이용수를 배출시키는 막여과부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 중금속과 시안을 함유한 폐수의 처리시스템.
제 14항에 있어서,
상기 전기산화공정부는
상기 음이온농축수가 유입되는 제1전기산화공정부와, 상기 시안을 포함하는 처리수가 유입되는 제2전기산화공정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 중금속과 시안을 함유한 폐수의 처리시스템.
제 15항에 있어서,
상기 전기투석공정부는 2단으로 설치되어, 1차 처리 후 pH를 증가시켜 시안화합물을 음이온 농축수로 분리하는 것을 특징으로 하는 중금속과 시안을 함유한 폐수의 처리시스템.
제 16항에 있어서,
상기 전해추출공정부는 다단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 중금속과 시안을 함유한 폐수의 처리시스템.
중금속과 시안을 함유한 폐수의 처리방법에 있어서,
폐수 유입부를 통해 폐수가 전기투석공정부로 유입되어 전기투석에 의해, 음이온농축수가 음이온농축수배출부를 통해 배출되고, 중금속이온을 포함하는 양이온농축수가 양이온농축수배출부를 통해 배출되며, 시안을 함유한 처리수가 전기투석처리수 배출부를 통해 분리배출되는 단계;
상기 음이온농축수와 상기 시안을 함유한 처리수가 전기산화공정부로 유입되어, 시안이 전기화학적산화를 통해 제거되고 처리수가 유출배관으로 배출되는 단계;
상기 양이온농축수배출부를 통해 상기 양이온농축수가 전해추출공정부로 유입되어 전해추출을 통해 중금속이 회수되고 처리수가 상기 유출배관 측으로 유입되는 단계;
상기 전기산화공정부에서의 처리수와, 상기 전해추출공정부에서의 처리수가 상기 유출배관으로 합류되어 막여과부 측으로 유입되는 단계; 및
상기 막여과부에서 상기 처리수가 NF막여과를 통해 여과되고, 여과된 재이용수가 배출되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 중금속과 시안을 함유한 폐수의 처리방법.
제 18항에 있어서,
상기 음이온농축수가 제1전기산화공정부로 유입되고, 상기 시안을 포함하는 처리수가 제2전기산화공정부로 유입되는 것을 특징으로 하는 중금속과 시안을 함유한 폐수의 처리방법.
폐수의 처리시스템에 있어서,
시안이 함유된 폐수가 시안폐수유입부를 통해 유입되며, 유입된 폐수를 전기투석하며, 음이온농축수가 배출되는 음이온농축수배출부와, 양이온농축수이 배출되는 양이온농축수배출부와, 시안이 함유된 처리수를 분리배출되는 전기투석처리부배출부가 구비된 전기투석공정부;
상기 음이온농축수와 상기 시안이 함유된 처리수가 유입되어, 전기화학적산화를 통해 시안을 제거하고 처리수가 유출배관을 통해 배출되는 전기산화공정부;
상기 양이온농축수배출부 일측으로 중금속폐수를 유입시키는 중금속폐수유입부;
상기 양이온농축수와 상기 중금속폐수가 유입되어 NF막여과를 통해 여과하여 여과된 재이용수를 배출시키는 제1막여과부;
상기 제1막여과부에서 생성된 중금속농축수가 유입되어 전해추출을 통해 중금속을 회수하고 처리수는 상기 유출배관으로 유입시키는 전해추출공정부; 및
상기 전기산화공정부에서 배출된 처리수와, 상기 전해추출공정에서 추출된 처리수가 유입되어 NF막여과를 통해 여과하여 여과된 재이용수를 배출시키는 제2막여과부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 중금속과 시안을 함유한 폐수의 처리시스템.
제 20항에 있어서,
상기 전기산화공정부의 처리수를 세정수로서 상기 제1막여과부로 유입시키는 제1세정수유입관과, 상기 제1막여과부를 통과한 세정수를 상기 시안폐수유입부 측으로 순환시키는 제1세정수순환관을 포함하고,
상기 전기산화공정부의 처리수를 세정수로서 상기 제2막여과부로 유입시키는 제2세정수유입관과, 상기 제2막여과부를 통과한 세정수를 상기 전기산화공정부 측으로 순환시키는 제2세정수순환관을 포함하고,
상기 제2막여과부에서 생성된 농축수를 상기 시안폐수유입부 측으로 유입시키는 농축수 순환관을 포함하는 것을 특징으로 하는 중금속과 시안을 함유한 폐수의 처리시스템.
폐수의 처리방법에 있어서,
시안이 함유된 폐수가 시안폐수유입부를 통해 전기투석공정부로 유입되어 전기투석에 의해, 음이온농축수가 음이온농축수배출부를 통해 배출되고, 양이온농축수가 양이온농축수배출부를 통해 배출되며, 시안을 포함하는 처리수가 전기투석처리수 배출부를 통해 분리배출되는 단계;
상기 음이온농축수와 상기 시안을 포함하는 처리수가 전기산화공정부로 유입되어, 전기화학적산화를 통해 시안이 제거되고 처리수가 유출배관으로 배출되는 단계;
중금속폐수유입부를 통해 상기 양이온농축수배출부 일측으로 중금속폐수를 유입되는 단계;
상기 양이온농축수와 상기 중금속폐수가 제1막여과부로 유입되어 NF막여과를 통해 여과하여 여과된 재이용수를 배출시키는 단계;
상기 제1막여과부에서 생성된 중금속농축수가 전해추출공정부로 유입되어 전해추출을 통해 중금속이 회수되고 처리수가 상기 유출배관 측으로 유입되는 단계;
전기산화공정부에서의 처리수와, 상기 전해추출공정부에서의 처리수가 상기 유출배관으로 합류되어 제2막여과부 측으로 유입되는 단계; 및
상기 제2막여과부에서 상기 처리수가 NF막여과를 통해 여과되고, 여과된 재이용수가 배출되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 중금속과 시안을 함유한 폐수의 처리방법.