KR200331349Y1 - 이온 교환 수지를 이용한 크롬 폐수 재이용 처리 장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 음이온 교환수지를 이용한 크롬 폐수 처리 재생 장치에 관한 것으로, 크롬 폐수를 저장하는 저장조(1)와, 이 저장조(1)와 연결되어 저장조의 폐수를 공급 펌프(2)에 의해 공급받는 여과탑(3)과, 상기한 여과탑(3)으로 부터 공급되는 크롬 폐수를 공급 받아 이온교환하는 양이온탑(7) 및 이 양이온탑(7)과 연결되는 음이온탑과, 상기한 이온탑들을 거쳐 나온 폐수를 필터링하는 카트리지여과기(21)와, 상기 카트리지여과기(21)를 거쳐 나오는처리된 순수를 저장하여 도금 공정에 재투입되는 순수저장조(10)와, 상기한 이온탑들과 연결되어 이온탑들의 성능 재생을 위해 황산 및 가성소다가 공급 될 수 있도록 설치되는 황산저장조(13) 및 가성소다저장조(14)와, 음이온탑을 매 5-10회 가성소다로 재생하여 사용한 후 염산 재생을 할 수 있도록 음이온탑과 연결 설치되는 염산저장조(15)와, 상기한 각 구성 요소와 연결되어 그 요소들로 부터 나오는 폐액을 저장하여 폐수처리하는 폐액 저장조(23)를 포함하는 것을 특징으로 한다

Description

이온 교환 수지를 이용한 크롬 폐수 재이용 처리 장치{apparatus for retrieving Cr waste water using ion exchange resin}

본 고안은 통상의 도금 공정에서 나오는 크롬이 함유된 폐수를 처리하여 순수를 재활용하고 크롬을 회수하는 장치에 관한 것이다

일반적으로 극독물인 6가 크롬을 사용하는 공정에서는 사용하고 난 크롬폐수를 알반 화학 폐수와 함께 응집 침전을 거쳐 침전조에 형성된 응집물을 슬러지로 배출하고 침전조의 상등수는 여과와 중화 처리 후 폐수로 방류하는 방법이 사용되어 왔다.

크롬폐수처리의 다른 방법으로는 종래 한국 실용신안 출원 번호 제 1997-37116 호는 이온 교환수지 이용한 크롬의 처리 및 재생 연속처리 시스템이 공개되어 있다

이는 크롬폐수를 단지 연속 처리하는 것에 대한 것이 고안의 요지로 되어 있다.

본 고안은 환경 오염이 매우 극심한 문제를 가지고 있는 크롬 폐수를 처리하되 이를 순수와 크롬산으로 분리 회수하여 재 사용할 수 있도록 하는 크롬 폐수 재이용 처리 시스템을 제공 함에 본 고안의 목적이 있다.

도 1 은 본 고안에 따른 여과탑과 이온교환수지를 이용한 크롬 폐수 재이용 처리 시스템을 도시한 구성도이다

도 2 는 본 고안의 다른 실시예

상기한 목적을 달성하기 위한 본 고안의 주요 구성은, 크롬 폐수를 저장하는 저장조(1)와, 이 저장조(1)와 연결되어 저장조의 폐수를 공급 펌프(2)에 의해 공급받는 여과탑(3)과, 상기한 여과탑(3)으로 부터 공급되는 크롬 폐수를 공급 받아 이온교환하는 양이온탑(7) 및 이 양이온탑(7)과 연결되는 음이온탑과, 상기한 이온탑들을 거쳐 나온 폐수를 필터링하는 카트리지여과기(21)와, 상기 카트리지여과기(21)를 거쳐 나오는처리된 순수를 저장하여 도금 공정에 재투입되는 순수저장조(10)와, 상기한 이온탑들과 연결되어 이온탑들의 성능 재생을 위해 황산 및 가성소다가 공급 될 수 있도록 설치되는 황산저장조(13) 및 가성소다저장조(14)와, 음이온탑을 매 5-10회 가성소다로 재생하여 사용한 후 염산 재생을 할 수 있도록 음이온탑과 연결 설치되는 염산저장조(15)와, 상기한 각 구성 요소와 연결되어 그 요소들로 부터 나오는 폐액을 저장하여 폐수처리하는 폐액 저장조(23)를 포함하는 것을 특징으로 한다

상기한 양이온탑(7)은 약염기성 수지를 포함하는 음이온탑(8)과 연결되고,이 약염기성 음이온탑(8)은 다시 강염기성 음이온탑(9)과 연결되게 구성하고, 강염기성 음이온탑(9)을 거쳐 나온 폐수는 카트리지여과기(21)를 거쳐 순수저장조(10)로 유입되게 구성한 것을 특징으로 하며, 상기한 음이온탑(9)의 출구 배관에는 재생을 위하여 가성소다 저장조(14)의 가성 소다와 순수 저장조(10)의 순수가 공급될 수 있도록 하며, 약염기성 음이온탑(8)의 재생 배관은 크롬회수 양이온탑(16)과 연결되게 구성하여, 양이온탑(16)에서 처리된 크롬은 크롬저장조(35)로 회수되도록 구성하고, 이 양이온탑(16) 역시 재생을 위하여 염산저장조(15)의 염산과 순수 저장조(10)의 순수가 공급되어 지도록 하는 것을 특징으로 하며, 상기한 여과탑(3) 이후에는 자외선 살균기(4)와 포여과기(5) 및 카트리지여과기(6)를 선택적으로 연결하여, 폐수가 이들을 거쳐서 양이온탑(7)으로 유입되게 구성한 것을 특징으로 하며, 음이온탑의 약염기성 및 강염기성 음이온수지가 하나의 음이온탑(80) 내에 형성된 것을 특징으로 한다.

이하, 상기한 특징 외의 다른 특징 및 구성에 대하여 추가로 상술한다

이온교환수지를 이용한 순수 분리 방법은 물속에 이온화되어 있는 불순물을 제거하기 위하여는 두 이온 교환수지 즉, 양이온교환수지와 음이온 교환수지가 사용된다.

H⁺형의 양이온 수지는 물속에 녹아져 있는 모든 양이온 즉 예들들어, Ca⁺⁺, Mg⁺⁺, Na⁺⁺, K⁺, Cr⁺⁺⁺등을 H⁺이온으로 교환하여 주고 OH^-형의 음이온 수지는 모든 음이온을 OH^-이온으로 교환함으로써 순수를 생산하게 된다

여기서 약염기성 수지탑의 경우 충전된 약염기성 음이온 수지가 이온화 경향이 강한 6 가 크롬산을 선택적으로 결합하므로 이온 교환수지 재생시 발생되는 폐수는 가성소다와 작용하여 Na₂CrO₄의 형태로 배출되어 지므로 이를 다시 강산성 양이온 탑에 통과시키면서 HCrO₄ ^-형태로 크롬산을 생산하는 원리이다

다시말해, 본 고안에서의 폐 크롬 회수는 이온교환수지탑에서 흡착되어진 크롬과 그리고 재생 공정시 양이온탑으로 처리되어 크롬산으로 복귀되어 도금 공정에 재사용하게 하는 방법이다. 재사용시 도금에 필요한 적절한 농도로 희석하거나 배합하여 전량 재이용한다

이하, 첨부 도면과 함께 더욱 상세히 설명한다

도 1 은 본 고안에 따른 장치의 전체 구성도이다

도시한 바와 같이, 도금조(31)에는 도금을 하기 위한 크롬산이 공급된다. 크롬산저장조(35)에는 크롬산(36)과 순수(37)가 공급되어 크롬산저장조(35)에서 적정 농도의 크롬산을 만들어서 도금조(31)에 공급한다

도금조(31)를 거친 도금된 제품은 린스조(32,33,34)를 거쳐 여러 차례 린스된다. 린스하기 위한 순수는 제품 흐름의 역으로 린스조(34), 린스조(33), 린스조(32)로 넘어간다. 그리하여 가장 깨끗한 물에서 제품이 최종 린스되도록 구성되어 있다. 이런 도금 생산부(30)에서 발생되는 린스조(32)의 린스된 물은 가장 오염이 심한 것으로, 이 폐수는 고농도 크롬을 포함하고 있는 바, 이는 크롬 원폐수 저장조(1)로 들어가고 펌프(2)를 매개로 크롬 원폐수에 함유된 슬러지를 제거하기 위한 여과탑(3)을 거친 후, 자외선 살균기(4)와 여과 포여과기(5), 마이크로필터인 카트리지 여과기(6)를 통과하여 미립의 불순물을 제거하게 된다

상기한 자외선 살균기(4)는 필요에 따라 설치할 수 있다. 유기물이 많을 경우엔 필요하지만 그렇치 않을 경우엔 없어도 된다. 자외선살균기(4)에서는 박테리아 등을 살균시킨다. 이 자외선 살균기(4)는 각개 탑조류 내의 수지 충진물을 보호하고 최종 생산수질의 품질을 높이기 위해 설치한다.

상기한 여과탑(6)은 안스라싸이트와 세사를 포함하며 단수 또는 복수개 설치된다. 또한 후술하는 각각의 탑들과 연결 배관들은 수세와 재생공정이 연속적을 가능하도록 단수 또는 복수로 이루어진다

카트리지여과기(6)를 거쳐 나온 폐수는 양이온탑(7)에서 크롬 원폐수에 용존되어 있는 모든 양이온을 수소이온(H⁺)과 교환하게 된 후, 약염기성 음이온탑(8)과 강염기성 음이온탑(9)을 순차 거치게 되어, 크롬과 모든 음이온들이 수산기(OH^-)와 교환하게 되므로 순수가 생산되어지고, 최종 카트리지 여과기(21)를 통하여 순수 저장조(10)로 보내어져 다시 공정에 재 투입 이용할 수 있게 되어 있다

양이온탑(7)에서는 강산성 양이온 수지를 선택하고 예들들어, Ca⁺⁺, Zn⁺⁺, Mg⁺⁺, Fe⁺⁺, Cu⁺⁺, Na⁺⁺, K⁺, Cr⁺⁺⁺등의 양이온들을 H⁺이온으로 교환하여 제거한다

음이온탑에서는 모든 음이온 성분을 이온교환 반응시킨다

이 경우 가장 처리가 어려운 실리카는 섭씨 45도 정도 되는 뜨거운 물로 세척하여 제거한다.

양이온탑(7)의 양이온 교환수지는 탑 상부에서 시작하여 탑을 하부로 내려오면서 윗부분부터 점점 교환성능을 잃게 되며, 음이온 교환수지를 포함하는 음이온탑은 양이온 교환탑과 달리 탑 하부부터 시작하여 탑을 올라가면서 아래부터 점점 교환성능을 잃게 된다

음이온계인 6 가 크롬은 음이온탑에서 농축되어져 수산화나트륨으로 재생할때 중크롬산나트륨 형태로 다른 모든 음이온과 함께 모여 진다

이것을 받아서 크롬산 형태로 회수 할 수 있다

OH^-형의 음이온 수지는 모든 음이온을 OH^-이온으로 교환함으로써 순수를 생산하게 된다

상기한 음이온탑(8)은 약염기성이어야 크롬을 잡아 낸다. 왜냐하면 염기성이 약하면 이온화 경향이 큰것 부터 먼저 잡아 내기 때문에 이온화 경향이 큰 크롬을 우선적으로 먼저 잡아 낼 수 있기 때문이다.

음이온탑(8)을 거쳐 나온 폐수의 수질은 30㎲/cm 정도 되며, 음이온탑(9)을 거쳐 카트리지여과기(21)를 거쳐 나오는 수질은 5㎲/cm(비저항치로 0.2㏁) 정도로 양질의 순수가 재생된다

마이크로필터인 카트리지 여과기(21)에서는 이온탑에서 분리되어 흘러나오는 작은 수지 알갱이를 잡아 낸다

강염기성 음이온탑(9)에서는 앞의 약염기성 음이온탑(8)에서 잡아 내고 남은나머지 음이온을 잡아 낸다

강염기성의 음이온탑(9)을 거쳐 나온 최종 처리된 순수의 순도를 측정하기 위하여 강염기성 음이온탑(9)의 출구 배관에 전도도미터(22)가 설치된다. 이 전도도미터(22)로 운전 중 항상 순수의 순도를 측정하게 되며, 순도가 악화된 경우엔 각 이온탑들의 재생 공정을 행하여야 한다

상기와 같은 구성을 가진 장비를 각기 2 조를 설치하게 되면 1 조의 여과 장치와 양,음이온 교환탑의 재생시, 다른 조의 여과장치와 양,음이온 교환탑을 사용하여 운전할 수 있기 때문에 연속적인 가동을 할 수 있다

다시 앞 공정으로 돌아가서, 만약 여과탑(3)에 슬러지들이 포집되어 차압이 발생하게 되면 주기적으로 역세를 하여 재생하여야 한다

역세시에는 역세펌프(11)의 루쯔블로와(12)를 이용하여 여과탑(3) 위로 역으로 가압 세척하여 여과탑(3) 내에 포집된 슬러지를 상부로 배출하여 최종 폐액 저장조(23)로 보내어서 폐수처리장으로 이송시킨다 이 폐수는 전체 폐수 원수의 약 3% 정도이다

상기 공정에서 설명하였듯이, 모든 양이온 불순물들은 양이온탑(7)에서 크롬과 모든 음이온 불순물들은 음이온탑(8,9)에서 각각 수소(H⁺)와 수산 이온(OH^-)으로 교환되어지나, 양,음이온 교환수지의 성능이 점차 감소하게 되고 교환수지의 성능이 종료하게 되면 재생을 행하여야 한다

양이온탑(7)의 재생에는 황산저장조(13)의 묽은 황산과 순수저장조(10)에 저장되어진 순수를 공급하여 재생을 실시하게 되며, 양이온탑(7)에서 이온교환되어진 양이온 불순물들이 황산과 역방향으로 이온교환되어져, 폐액 저장조(23)로 보내지게 된다

그리고 약염기성 음이온탑(8)의 재생에는 가성소다 저장조(14)의 가성소다와 순수저장조(10)의 순수를 공급하여 재생을 실시하게 되며, 이때 배출되는 폐액에는 크롬산소다(Na₂CrO₄)가 존재하므로, 이 폐액이 크롬 회수 양이온탑(16)을 통하여 크롬산(HCrO₄ ^-)을 만들어 도금공정에 재이용하도록 한다

즉, 약염기성 음이온 수지로 충진된 약염기성 음이온탑의 재생시 발생되는 폐수는 다시 강산성 양이온 수지를 충진한 크롬 회수 양이온탑(16)을 거쳐 도금 공정에 필요한 크롬산(HCrO₄ ^-)로 생산되어 이것이 크롬산 저장조(35)로 들어 간다

이는 전체 폐수 원수 대비 약 2-3%로 크롬산의 농도는 약 50-60g/ℓ이며 크롬 회수율은 95% 이상이 된다

이 크롬 회수 양이온탑(16)의 재생에는 염산저장조(15)의 염산 또는 황산저장조(13)의 황산과 순수를 공급하여 재생을 하도록 한다. 그리고 강염기성 음이온 교환탑(9)의 재생은 약염기성 음이온탑(8)과 동일한 방법으로 가성소다저장조(14)의 가성소다와 순수를 공급하여 재생을 실시한다

또한 상기한 음이온탑의 가성소다에 의한 재생을 약 5-10회 실시할 경우, 음이온교환 반응을 저해하는 고분자 물질과 6가 크롬 흡착에 의해 성능이 감소되게되면, 가성소다 재생과 동일한 방법을 사용하여 염산을 투입하여 크롬등을 용해 분리 시키도록 하여야 한다. 즉 이와 같이 일정 주기마다 염산을 사용하여 한차례 재생해 주어야 하는 이유는 수지의 흡착된 이온들을 용해 분리시키는데 있어서 황산 보다 염산이 보다 효과적이기 때문이다

염산으로 음이온탑을 재생한 후에는 곧 바로 가성소다로 2 배 재생하여 준다. 단 10 사이클이 지나도 순수 채수에 영향이 없을 경우엔 계속 가성 소다로 재생하여도 된다

상기한 양이온탑과 음이온탑에서 나오는 폐황산, 폐염산, 폐가성소다는 전부 폐액저장조(23)로 들어와 pH가 조절된다

각각의 이온 교환수지탑으로 부터 재생시 발생되는 폐수들은 약염기성 음이온탑의 경우를 제외하고 모두 연결 배관을 통하여 폐수저장조(23)로 연결된다

그리하여 폐액 저장조(23)에서 pH를 조정하고 브로와로 버블링 처리하여 폐수 처리장으로 보내어 진다

상기 재생의 각 공정은 경로 중에 각각의 개폐 밸브가 갖추어져 유체의 흐름의 개폐 제어가 이루어 지게 한다.

도 2 는 본 고안의 다른 실시예이다

본 실시예에서는 도 1 의 약염기성 및 강염기성 음이온탑(8,9)의 장치 구성을 하나의 음이온탑(8)으로 포함시켜 구성하였다. 즉, 이 음이온탑(80)의 상부는 강염기성 음이온탑이되고 그 하부는 약염기성 음이온탑이 되게 구성한다

그리고 도 1 의 크롬 회수용 양이온탑(16)은 제거하였다. 그리하여 도 2 의실시예는 크롬을 재생하지 않고 크롬산 폐수는 버리고 순수만 재생하여 활용한다

이 경우에도 약 87% 정도는 순수로 재활용이 가능하다

이상과 같은 본 고안에 의하면, 도금 공정에서 방류되는 크롬 폐수의 배출을 획기적을 줄이고 특히 6 가 크롬의 배출에 의한 극심한 환경오염을 방지할 수 있으며 순수와 크롬산액의 회수로 재사용할 수 있음으로 인해 도금 상품의 원가 절감에 기여하는 효과가 있다.

본 고안에 따른 공정은 최초 크롬폐수 원수 대비 최종 중화 처리 완료된 폐수 약 10%를 제외하고, 5㎲/cm 정도의 고순도 순수 약 87% 및 크롬산(HCrO₄ ^-, 50-60 g/ℓ) 약 2-3% 를 회수 재활용할 수 있다

따라서 별도의 용수와 고도 정수시설을 설치하지 아니하고도 제품 생산에 필요한 고순도의 순수를 생산하여 재이용할 수 있다.

본 고안의 구성을 복수개의 시스템으로 구성한다면 크롬 처리와 재생공정을 번갈아서 수행할 수 있게 되어 연속적으로 시스템을 운전할 수 있다

Claims (5)

1. 크롬 폐수를 저장하는 저장조(1)와,

   이 저장조(1)와 연결되어 저장조의 폐수를 공급 펌프(2)에 의해 공급받는 여과탑(3)과,

   상기한 여과탑(3)으로 부터 공급되는 크롬 폐수를 공급 받아 이온교환하는 양이온탑(7) 및 이 양이온탑(7)과 연결되는 음이온탑과,

   상기한 이온탑들을 거쳐 나온 폐수를 필터링하는 카트리지여과기(21)와,

   상기 카트리지여과기(21)를 거쳐 나오는처리된 순수를 저장하여 도금 공정에 재투입되는 순수저장조(10)와,

   상기한 이온탑들과 연결되어 이온탑들의 성능 재생을 위해 황산 및 가성소다가 공급 될 수 있도록 설치되는 황산저장조(13) 및 가성소다저장조(14)와,

   음이온탑을 매 5-10회 가성소다로 재생하여 사용한 후 염산 재생을 할 수 있도록 음이온탑과 연결 설치되는 염산저장조(15)와,

   상기한 각 구성 요소와 연결되어 그 요소들로 부터 나오는 폐액을 저장하여 폐수처리하는 폐액 저장조(23)를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 교환 수지를 이용한 크롬 폐수 재이용 처리 장치
2. 제 1 항에 있어서,

   상기한 양이온탑(7)은 약염기성 수지를 포함하는 음이온탑(8)과 연결되고, 이 약염기성 음이온탑(8)은 다시 강염기성 음이온탑(9)과 연결되게 구성하고, 강염기성 음이온탑(9)을 거쳐 나온 폐수는 카트리지여과기(21)를 거쳐 순수저장조(10)로 유입되게 구성한 것을 특징으로 하는 이온교환수지를 이용한 크롬폐수 재이용 처리 장치
3. 제 2 항에 있어서,

   상기한 음이온탑(9)의 출구 배관에는 재생을 위하여 가성소다 저장조(14)의 가성 소다와 순수 저장조(10)의 순수가 공급될 수 있도록 하며, 약염기성 음이온탑(8)의 재생 배관은 크롬회수 양이온탑(16)과 연결되게 구성하여, 양이온탑(16)에서 처리된 크롬은 크롬저장조(35)로 회수되도록 구성하고, 이 양이온탑(16) 역시 재생을 위하여 염산저장조(15)의 염산과 순수 저장조(10)의 순수가 공급되어 지도록 하는 것을 특징으로 하는 이온교환수지를 이용한 크롬폐수 재이용 처리 장치
4. 제 1 항에 있어서,

   상기한 여과탑(3) 이후에는 자외선 살균기(4)와 포여과기(5) 및 카트리지여과기(6)를 선택적으로 연결하여, 폐수가 이들을 거쳐서 양이온탑(7)으로 유입되게 구성한 것을 특징으로 하는 이온교환수지를 이용한 크롬폐수 재이용 처리 장치
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   음이온탑의 약염기성 및 강염기성 음이온수지가 하나의 음이온탑(80) 내에 형성된 것을 특징으로 하는 이온교환수지를 이용한 크롬폐수 재이용 처리 장치