KR200393307Y1 - 구리 폐수의 재생처리 장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 구리를 포함하는 산업 폐수를 연속 재생 처리하는 장치에 관한 것으로, 유입되는 폐수를 pH 조절하도록 설치되는 pH 조절부(13)와, pH 조절부(13)에서 유입되어 들어오눈 폐수를 저장하는 저장탱크(1)와, 저장탱크의 유출 라인상에 연결 설치되는 필터(2)와, 상기한 필터(2)를 거쳐 나오는 폐수를 다시 걸러주는 마이크로필터(3)와, 상기한 마이크로필터(3)를 거쳐 나오는 폐수가 하부에서 상부 방향으로 투입되도록 하부에 폐수 유입구를 갖는 이온교환탱크(4)와, 상기한 이온교환탱크(4)와 연결 설치되는 제 2 이온교환탱크(5)와, 제 2 이온교환탱크(5)와 연결 설치되는 제 3 이온교환탱크(6)와, 상기한 이온교환탱크에서 용출된 황산구리를 저장하는 황산구리탱크(16)를 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기한 이온교환탱크(4)를 재생처리 할 경우, 폐수는 제 2, 3 이온교환탱크(5, 6)로 폐수가 순차 유입되게 연결 구성하고, 제 2 이온교환탱크(5)가 재생처리 할 경우엔 폐수가 제 3 이온교환탱크(6)와 이온교환탱크(4)로 순차 유입되게 연결 구성하고, 제 3 이온교환탱크(6)가 재생처리될 경우엔 폐수가 이온교환탱크(4)와 제 2 이온교환탱크(5)로 순차 유입되게 연결 구성한 것을 특징으로 한다

Description

구리 폐수의 재생처리 장치{retrieve treatment apparatus of Cu waste water}

본 고안은 구리 폐수의 재생처리 장치에 관한 것이다

일반적으로 전해 동박 제조 및 PCB 제조 공정에서 발생되는 린스 워터에 함유된 구리계 폐수는, 폐수 처리 계통의 일정한 과정을 거쳐 중금속 동은 슬러지화하여 폐기물로 처분하고 물은 정수하여 방류하는 경우가 대부분이라 할 수 있다

근래 원자재 값이 올라가고 구리의 소비가 많이 짐에 따라 산업 폐기물로 처리되는 구리를 재생하는 장치가 필요하게 되었다

따라서 생산 라인으로 부터 발생하는 이러한 유용한 금속폐수는 그 특성을 분석하여 이온제거 또는 분리에 활용되는 수지나 멤브레인을 이용한 공정으로써 재활용하도록 하여 우선, 생산원가를 절감하고 자원을 재이용하고, 폐수 및 폐기물의 양을 절대 감소 시켜 친환경친화적인 공장 운영이 가능하도록 하는 장치를 제공함에 본 고안의 목적이 있다

상기한 본 고안의 목적을 달성하기 위한 본 고안의 주요 구성은, 구리를 포함하는 산업 폐수를 연속 재생 처리하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 유입되는 폐수를 pH 조절하도록 설치되는 pH 조절부(13)와, pH 조절부(13)에서 유입되어 들어오눈 폐수를 저장하는 저장탱크(1)와, 저장탱크의 유출 라인상에 연결 설치되는 필터(2)와, 상기한 필터(2)를 거쳐 나오는 폐수를 다시 걸러주는 마이크로필터(3)와, 상기한 마이크로필터(3)를 거쳐 나오는 폐수가 하부에서 상부 방향으로 투입되도록 하부에 폐수 유입구를 가지며 내부에 약산성 킬레이트계의 수지를 포함하는 이온교환탱크(4)와, 상기한 이온교환탱크(4)와 연결 설치되는 제 2 이온교환탱크(5)와, 제 2 이온교환탱크(5)와 연결 설치되는 제 3 이온교환탱크(6)와, 상기한 이온교환탱크에서 용출된 황산구리를 저장하는 황산구리탱크(16)를 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기한 이온교환탱크(4)를 재생처리 할 경우, 폐수는 제 2, 3 이온교환탱크(5, 6)로 폐수가 순차 유입되게 연결 구성하고, 제 2 이온교환탱크(5)가 재생처리 할 경우엔 폐수가 제 3 이온교환탱크(6)와 이온교환탱크(4)로 순차 유입되게 연결 구성하고, 제 3 이온교환탱크(6)가 재생처리될 경우엔 폐수가 이온교환탱크(4)와 제 2 이온교환탱크(5)로 순차 유입되게 연결 구성한 것을 특징으로 한다.

상기한 특징 외의 다른 특징 및 구성에 대하여 이하, 첨부 도면에 의거 추가로 더욱 상세히 설명한다

본 고안에 따라 구리 회수에 사용되는 수지는 약산성의 킬레이팅계 수지를 사용한다. 구체적인 제품으로 한가지 예를들면, 레와티트 티피 207(Lewatit TP 207(BAYER 회사의 제품)를 사용한다. 이는 일반적으로 수산화나트륨과 같은 알칼리 이온으로, 전처리한 후에 사용하며, 몇가지 예로 들면, Cu²⁺, UO₂ ²⁺, VO²⁺, Fe³⁺ 등의 경우에는 수소 형태로 사용할 수 있다

2가의 양이온은 우측으로 갈수록 그 선택성이 줄어 든다

Cu²⁺>UO₂ ²⁺>VO²⁺>Hg²⁺>Pb²⁺>Ni²⁺>Zn²⁺>Cd²⁺>Co²⁺>Fe²⁺>Be²⁺>Mn²⁺>Ca²⁺>Mg²⁺>Sr²⁺>Ba²⁺>알칼리

상기의 금속 이온은, 용해상태에서 음이온의 혼화물을 형성하지 않으며, 만약의 경우에는 선택의 순서가 약간의 변화를 가질 수 있을 정도이다.

중금속들의 선택적인 결합은, 용해상태에서 통상적으로 알카리(또는 알카리토류)가 많은 양으로 농축될 때 나타나는데, 이는 상기 성분 리스트의 최하위 이하의 금속(예를들어 Na⁺ 과 같은)을 칭한다. 이때 피티207(TP 207) 제품은 역시 아래와 같은 3가 금속 이온들을 흡착(ADSORPTION)한다.

AI³⁺, Ga³⁺, In³⁺, Ti³⁺ 그리고 3가의 전이금속(TRIVALENT TRANSITION METALS)들로써 Fe³⁺, Cr³⁺, Co³⁺ 등이다. 이들은 결합력이 강한 습성이 있으므로 상기 2가 금속 이온들의 선택성에 쉽게 포함되지 못하는 예이다.

2가 금속이온들의 화합물에 있어서, 그 안정성은 개개의 금속이온들이 가진 DpH 값으로써 성향이 결정되어 진다

DpH 값(decomplexing pH 값)은 티피207 수지에서 각개의 금속 이온들이 추출되어지기 시작한때의 수소이온 농도를 나타낸다. 따라서 수지 반응의 소요시간 동안에 공급되는 유체의 PH는 추출하고자 하는 금속이온의 DpH 값 보다 반드시 높아야 한다. 그러므로 이송 용액의 pH 는 회수하고자 하는 금속 이온의 DpH 값보다 최소한 0.5pH 단위 이상 높아야 하고, 수지 교환 반응에 있어서 최대 이온 교환 능력은 일반적으로 용액의 PH 값이 추출하고자 하는 금속 이온의 DpH 값보다 최소한 2 단위 업그레이드 하였을때 얻을 수 있다

일반적으로 금속 혼합물의 분리 공정에서 DpH 값은 매우 중요한 의미를 갖는다

참고로 아래는 DpH 값을 나타내었다.

Cu²⁺ 1.0

UO₂ ²⁺ 1.4

VO²⁺ 1.6

Hg²⁺ 1.7

Pb²⁺ 1.8

Ni²⁺ 2.1

Zn²⁺ 2.5

Co²⁺ 2.55

Cd²⁺ 2.8

Fe²⁺ 3.0

Be²⁺ 3.5

Mn²⁺ 4.0

Ca²⁺ 4.4

Mg²⁺ 4.6

Sr²⁺ 4.7

Na⁺ 6.5

이하, 상기한 이론적인 설명을 이용한 구리 폐수를 분리하는 공정을 설명한다

도 1 은 본 고안에 따른 처리 공정에 대한 개략도이다

도시한 바와 같이 본 고안에서는 구리 등의 용해물, 부유물 입자, 유기물 등을 포함하는 폐수, 예를들어, pH 2 정도의 폐수가 저장탱크(1)로 들어 오면 필터(2)로 보내어 진다. 그리고 마이크로필터(3)를 거쳐 이온교환탱크(4)로 들어 간다

이온교환탱크(4)에서 이온 교환 능력을 향상시키기 위하여는 구리원폐수의 pH를 중가시킬 필요가 있다. 보통 처리하고자 하는 폐수는 pH 1.5 이하로 예상되므로 용존음이온 총량을 제어하기 위하여는 이온교환탱크(4)에서 엄청난 양의 음이온 수지가 필요하므로 비경제적이다. 따라서 사전에 수산화나트륨을 이용하여 pH 조절을 하여 주는 것이 좋다

예를들어, 도 1 에서 도금탱크(11)에서 도금한 제품을 린스탱크(12)에서 린스한 물은 pH조절부(13)에서 pH 조절된 후, 저장탱크(1)로 투입되어 그 후 필터(2) 등을 거치게 한다. 이온교환탱크는 바람직하게는 3 개 설치된다. 예들들어, 이온교환탱크(4) 외에 추가로 제 2,3 이온교환탱크(5,6)가 나란히 설치된다

투입되는 폐수에 녹아 있는 양이온으로는 Cu²⁺, Zn²⁺, Na²⁺ , Ca²⁺, Ni²⁺, Fe²⁺, Cr²⁺, As, Pb²⁺, K⁺, SiO₂ 등이 있으며 pH 3 이하의 산성을 띈다

이 폐수가 수소이온 형태 또는 나트륨 이온 형태의 수지를 포함하고 있는 이온교환탱크(4)를 거쳐서 이온교환을 행할때, 구리는 황산구리(CuSO₄) 형태로 용출되어 이를 황산구리탱크(16)로 보내어 재생하며, 폐수는 수조(7)로 보내진다

한편, 이온교환탱크는 도면의 예와 같이, 3 개 설치되는데 이온교환탱크(4)를 거치면서 구리를 용출하여 낸 후 그 폐수는 다시 제 2,3 이온교환탱크(5, 6)로 순차 보내어져서 2,3 차 이온 교환에 의해 재차 황산구리 형태로 구리이온을 용출하여 낸다.

그리고 장기 사용에 의해 성능이 떨어진 제일 앞쪽의 이온교환탱크(4) 내에 잔류하는 구리이온 등의 금속 이온들과 잔존 유입수를 제거하기 위하여 약10-15% 농도(순수를 사용하여 개략 pH 3.0 정도로 조절된)의 황산을 탱크의 상부에서 부터 투입하는 린스 공정을 거치게 하여 PH 조건이 초기 상태가 되게 복원(재생)한다. 린스한 유체는 저장탱크(1)로 되돌리거나 배출시켜 버린다

수지의 재생시, 필요에 따라 염산 7.3% 농도, 질산 12.6 % 농도의 것을 사용할 수도 있다. 처리할 폐수가 칼슘을 포함할 경우엔 수산화칼슘이 석출되므로 황산을 사용하지 않는 것이 바람직하고, 납이 포함되어 있으면 질산을 사용하여 린스시켜 질산염으로 납을 추출하여 낸다. 또한 수지에 강하게 흡착된 크롬3가 이온이나 HC_r0³⁺ 를 추출하기 위하여는 15-20%의 염산을 사용하여 린스 하는 것이 바람직하다. 이와 같이 황산이 아닌 다른 산으로 간헐적으로 린스한다. 즉, 황산으로도 처리하기 어려운 물질들은 상기와 같이 다른 산을 사용하여 간혹 린스 한다

상기 린스 과정에서 이온교환탱크(4) 내에 유입되는 초기 및 거의 끝무렵의 처리수는 사실상 많은 세정이 이루어지지 않은 깨끗한 상태이므로 다시 원수로 되돌려 즉, 도 1 에 도시한 바와 같이, 저장탱크(1)로 되돌려서 재활용하는 것이 바람직하다. 즉, 중간 과정에서 처리된 다량의 황산구리를 포함하는 처리수만 구리 재생 과정으로 보내진다

이때 전체적인 장치의 시스템은 계속 운전되어야 하므로, 상기와 같이 이온교환탱크(4)가 재생 처리하고 있을 경우엔, 폐수가 제 2 이온교환탱크(5)로 유입되도록 흐름을 설정한다. 그러면 제 2 이온교환탱크(5)를 거치면서 1 차로 구리를 용출하여 내고, 그리고 제 3 이온교환탱크(6)에서 2 차로 구리를 걸러 낸다.

이와 같은 식으로 운전하다가 구리, 나트륨 이온 등을 포함하는 오염된 제 2 이온교환탱크(5)를 재생하고자 할 경우엔, 폐수가 1차로 제일 먼저 제 3 이온교환탱크(6)로 들어가게 설정하고 제 2 이온교환탱크(5)는 앞선 설명과 같은 재생 처리를 한다. 이때 이미 재생 처리가 끝나 대기중인 깨끗해진 이온교환탱크(4)는 제 3 이온교환탱크(6)를 거처 나오는 폐수를 2 차로 걸러 주도록 설정한다. 이와 같이 3 개의 이온교환탱크에 의해 2 개가 연속적으로 운전되도록 한다

이와 같이 처리되어 나오는 폐수는 소정의 중화과정을 거쳐 황산 농도가 50ppm 이하의 농도가 되게 배출시키고, 다시 폐수처리장으로 보내어 정화 처리한다

이상과 같은 본 고안에 의하면, 고가의 구리를 연속적으로 그리고 효율적으로 대량 재생하여 자원 활용할 수 있으며, 구리 폐수 발생을 최대한 줄일 수 있다.

또한 본 고안에 의하면 일부 처리수들이 재활용되므로, 일반적으로 금속 폐수를 처리하는 다른 폐수처리 시스템에 비해 폐수의 발생량이 적어, 본 고안의 장치에서 발생되는 폐수를 처리하기 위한 폐수처리 비용과 부하를 줄일 수 있다

도 1 은 본 고안에 따른 장치의 전체 구성도

Claims (2)

1. 구리를 포함하는 산업 폐수를 연속 재생 처리하는 장치에 있어서,

   유입되는 폐수를 pH 조절하도록 설치되는 pH 조절부(13)와,

   pH 조절부(13)에서 유입되어 들어오눈 폐수를 저장하는 저장탱크(1)와

   저장탱크의 유출 라인상에 연결 설치되는 필터(2)와,

   상기한 필터(2)를 거쳐 나오는 폐수를 다시 걸러주는 마이크로필터(3)와,

   상기한 마이크로필터(3)를 거쳐 나오는 폐수가 하부에서 상부 방향으로 투입되도록 하부에 폐수 유입구를 가지며, 내부엔 약산성 킬레이트계의 수지를 포함하는 이온교환탱크(4)와,

   상기한 이온교환탱크(4)와 연결 설치되는 제 2 이온교환탱크(5)와,

   제 2 이온교환탱크(5)와 연결 설치되는 제 3 이온교환탱크(6)와,

   상기한 이온교환탱크에서 용출된 황산구리를 저장하는 황산구리탱크(16)를 포함하는 것을 특징으로 하는 구리폐수의 재생처리 장치
2. 제 1 항에 있어서,

   상기한 이온교환탱크(4)를 재생처리 할 경우, 폐수는 제 2, 3 이온교환탱크(5, 6)로 폐수가 순차 유입되게 연결 구성하고, 제 2 이온교환탱크(5)가 재생처리 할 경우엔 폐수가 제 3 이온교환탱크(6)와 이온교환탱크(4)로 순차 유입되게 연결 구성하고, 제 3 이온교환탱크(6)가 재생처리될 경우엔 폐수가 이온교환탱크(4)와 제 2 이온교환탱크(5)로 순차 유입되게 연결 구성한 것을 특징으로 하는 구리폐수의 재생 처리장치