식각폐수는 반도체를 제조하는 과정에서 금속이나 합금의 표면에 균일하게 분사하여 금속이나 합금의 표면을 부식시키는 식각공정에서 발생하는 폐수로 강한 산화력을 가진다. 식각폐수의 성상은 식각 과정에 사용되는 약품에 따라 조금씩 차이가 있으며, 일반적으로 고농도의 질산염, 인산염 및 ...
식각폐수는 반도체를 제조하는 과정에서 금속이나 합금의 표면에 균일하게 분사하여 금속이나 합금의 표면을 부식시키는 식각공정에서 발생하는 폐수로 강한 산화력을 가진다. 식각폐수의 성상은 식각 과정에 사용되는 약품에 따라 조금씩 차이가 있으며, 일반적으로 고농도의 질산염, 인산염 및 불산, Br, Si, H2O2 등과 일부 유기물이 배출된다. 특히 질산염과 인산염이 고농도로 배출되어 수계에 악영향을 미칠 우려가 있으며 또한 식각 과정에서 발생하는 폐수는 대부분 pH가 매우 낮고 난분해성 폐수이므로 처리에 어려움을 겪고 있는 실정이다. 이에 따라 본 연구에서는 식각폐수에 함유된 인과 질소를 제거하기 위해 생물학적 질소 제거에 악영향을 미칠 수 있는 고농도의 인산염을 응집 침전법을 통해 먼저 제거한 후, 호기성 그래뉼을 이용한 생물학적 탈질을 통해 처리 효율을 고찰하고자 하였다. 인의 제거를 위한 응집제로 MgCl2∙6H2O, MgO, PAC(Poly aluminium chloride), CaCl2∙2H2O, FeCl3, 고분자응집제를 사용하였으며 MgO로는 MAP(Magnesium ammonium phosphate, struvite) 침전 실험을 진행하였다. 그 결과 산화마그네슘을 이용한 MAP 침전 실험에서 97.04%의 가장 높은 인 제거효율을 보였으며 그 때의 마그네슘과 암모늄, 인산염 각각의 몰 농도 비는 2.5 : 5 : 1로 나타났다. MAP을 형성하는 침전실험이 가장 높은 효율을 보였음에도 불구하고 식각폐수에는 암모늄이 거의 함유되어 있지 않기 때문에 암모늄을 추가로 주입해야 하는 문제와 MAP 형성 시 요구되는 최적 몰 농도비에 따라 고농도의 인산염에 대응한 고농도 암모늄 농도의 주입으로 인해 침전물 형성 후의 암모늄 잔류농도가 높다는 문제를 가지고 있어 MAP 침전법은 식각폐수의 인 제거를 위한 응집방법으로는 적절하지 않다고 사료된다. 다음으로 제거효율이 높은 응집제는 MgCl2∙6H2O로서 3 : 1의 몰 농도비에서 94%의 인 제거효율을 보였지만 가격이 고가라는 단점을 가지고 있다. 가격이 고가라는 단점을 보완하고 인산염과의 결합력이 마그네슘보다 우수하다는 칼슘염(CaCl2∙2H2O)을 응집제로 사용한 인 제거 연구 결과에서는 몰 농도비 2.5 : 1에서 74.8%의 제거율을 보였다. 그리고 철염과 고분자응집제를 이용한 인 제거 효율은 50%이하의 결과를 나타내어 식각폐수의 인 제거를 위한 응집제로는 부적합하다고 사료된다. 여러 응집제를 사용한 연구 결과, 최적의 효율 및 경제성을 나타내는 응집제로 PAC을 선정하였다. PAC은 폐수 : 응집제의 부피비 50 : 1에서 83.7%의 인 제거율을 보였으며 최단시간 및 최소의 주입량의 조건을 충족시켰기에 식각폐수의 인 제거를 위한 최적의 응집제로 채택하였다. PAC으로 인의 농도를 2400ppm에서 200ppm까지 약 92%가량 감소시킨 후 질산성 질소의 제거를 위해 호기성 그래뉼을 이용한 생물학적 방법을 진행하였다. 먼저 회분식 반응기를 이용하여 식각폐수에 그래뉼을 적응시킨 후 연속회분식 반응기로 운전하였다. 반응기의 총 부피는 5L이었으며 희석배수 및 교환율을 각각 20배, 5%로 하여 식각폐수의 유입 부피는 250mL가 되게 하였다. 회분식 반응기는 질산성 질소가 탈질반응에 의해 거의 제거된 후 유입수를 모두 갈아주었기 때문에 반응기 안에서 TDS 농도가 축적될 가능성이 없지만, 연속 회분식 반응기의 경우 교환율 5%의 적용으로 반응기 안에서 고농도의 TDS가 축적되는 경향을 보였다. 따라서 Batch mode에서와 달리 SBR mode에서는 탈질 속도가 느려져 완전한 탈질이 이루어지지 않았고 결국에는 유출수의 질산성 질소가 점차 증가하는 경향을 보였다. 이러한 문제를 해결하기 위해서는 교환율을 5%이하로 낮추거나 반응시간을 늘리는 등의 변화를 통해 성공적인 탈질을 유도할 수 있을 것으로 사료된다. 호기성 그래뉼은 미생물의 자가 고정화 과정을 통해 생성된, 다양한 미생물 종과 고농도의 미생물을 함유하므로 독성물질에 강하다는 장점을 가지고 있다. 따라서 본 연구에서 사용된 난분해성 식각폐수의 질소성분을 호기성 그래뉼을 이용하여 탈질하기 위한 최적 조건을 적용시킨다면 식각폐수 처리에 어려움을 겪고 있는 식각업체들의 갈증이 해소될 수 있을 것으로 사료된다.
식각폐수는 반도체를 제조하는 과정에서 금속이나 합금의 표면에 균일하게 분사하여 금속이나 합금의 표면을 부식시키는 식각공정에서 발생하는 폐수로 강한 산화력을 가진다. 식각폐수의 성상은 식각 과정에 사용되는 약품에 따라 조금씩 차이가 있으며, 일반적으로 고농도의 질산염, 인산염 및 불산, Br, Si, H2O2 등과 일부 유기물이 배출된다. 특히 질산염과 인산염이 고농도로 배출되어 수계에 악영향을 미칠 우려가 있으며 또한 식각 과정에서 발생하는 폐수는 대부분 pH가 매우 낮고 난분해성 폐수이므로 처리에 어려움을 겪고 있는 실정이다. 이에 따라 본 연구에서는 식각폐수에 함유된 인과 질소를 제거하기 위해 생물학적 질소 제거에 악영향을 미칠 수 있는 고농도의 인산염을 응집 침전법을 통해 먼저 제거한 후, 호기성 그래뉼을 이용한 생물학적 탈질을 통해 처리 효율을 고찰하고자 하였다. 인의 제거를 위한 응집제로 MgCl2∙6H2O, MgO, PAC(Poly aluminium chloride), CaCl2∙2H2O, FeCl3, 고분자응집제를 사용하였으며 MgO로는 MAP(Magnesium ammonium phosphate, struvite) 침전 실험을 진행하였다. 그 결과 산화마그네슘을 이용한 MAP 침전 실험에서 97.04%의 가장 높은 인 제거효율을 보였으며 그 때의 마그네슘과 암모늄, 인산염 각각의 몰 농도 비는 2.5 : 5 : 1로 나타났다. MAP을 형성하는 침전실험이 가장 높은 효율을 보였음에도 불구하고 식각폐수에는 암모늄이 거의 함유되어 있지 않기 때문에 암모늄을 추가로 주입해야 하는 문제와 MAP 형성 시 요구되는 최적 몰 농도비에 따라 고농도의 인산염에 대응한 고농도 암모늄 농도의 주입으로 인해 침전물 형성 후의 암모늄 잔류농도가 높다는 문제를 가지고 있어 MAP 침전법은 식각폐수의 인 제거를 위한 응집방법으로는 적절하지 않다고 사료된다. 다음으로 제거효율이 높은 응집제는 MgCl2∙6H2O로서 3 : 1의 몰 농도비에서 94%의 인 제거효율을 보였지만 가격이 고가라는 단점을 가지고 있다. 가격이 고가라는 단점을 보완하고 인산염과의 결합력이 마그네슘보다 우수하다는 칼슘염(CaCl2∙2H2O)을 응집제로 사용한 인 제거 연구 결과에서는 몰 농도비 2.5 : 1에서 74.8%의 제거율을 보였다. 그리고 철염과 고분자응집제를 이용한 인 제거 효율은 50%이하의 결과를 나타내어 식각폐수의 인 제거를 위한 응집제로는 부적합하다고 사료된다. 여러 응집제를 사용한 연구 결과, 최적의 효율 및 경제성을 나타내는 응집제로 PAC을 선정하였다. PAC은 폐수 : 응집제의 부피비 50 : 1에서 83.7%의 인 제거율을 보였으며 최단시간 및 최소의 주입량의 조건을 충족시켰기에 식각폐수의 인 제거를 위한 최적의 응집제로 채택하였다. PAC으로 인의 농도를 2400ppm에서 200ppm까지 약 92%가량 감소시킨 후 질산성 질소의 제거를 위해 호기성 그래뉼을 이용한 생물학적 방법을 진행하였다. 먼저 회분식 반응기를 이용하여 식각폐수에 그래뉼을 적응시킨 후 연속회분식 반응기로 운전하였다. 반응기의 총 부피는 5L이었으며 희석배수 및 교환율을 각각 20배, 5%로 하여 식각폐수의 유입 부피는 250mL가 되게 하였다. 회분식 반응기는 질산성 질소가 탈질반응에 의해 거의 제거된 후 유입수를 모두 갈아주었기 때문에 반응기 안에서 TDS 농도가 축적될 가능성이 없지만, 연속 회분식 반응기의 경우 교환율 5%의 적용으로 반응기 안에서 고농도의 TDS가 축적되는 경향을 보였다. 따라서 Batch mode에서와 달리 SBR mode에서는 탈질 속도가 느려져 완전한 탈질이 이루어지지 않았고 결국에는 유출수의 질산성 질소가 점차 증가하는 경향을 보였다. 이러한 문제를 해결하기 위해서는 교환율을 5%이하로 낮추거나 반응시간을 늘리는 등의 변화를 통해 성공적인 탈질을 유도할 수 있을 것으로 사료된다. 호기성 그래뉼은 미생물의 자가 고정화 과정을 통해 생성된, 다양한 미생물 종과 고농도의 미생물을 함유하므로 독성물질에 강하다는 장점을 가지고 있다. 따라서 본 연구에서 사용된 난분해성 식각폐수의 질소성분을 호기성 그래뉼을 이용하여 탈질하기 위한 최적 조건을 적용시킨다면 식각폐수 처리에 어려움을 겪고 있는 식각업체들의 갈증이 해소될 수 있을 것으로 사료된다.
Etchant wastewater occurs in etching process corroding surface of metal or alloy and it has very strong oxidizing power. Ingredient of etchant wastewater can vary with reagent used in etching process, generally it contains high concentrations of nitrate, phosphate, hydrofluoric acid, Br, Si, H2O2 an...
Etchant wastewater occurs in etching process corroding surface of metal or alloy and it has very strong oxidizing power. Ingredient of etchant wastewater can vary with reagent used in etching process, generally it contains high concentrations of nitrate, phosphate, hydrofluoric acid, Br, Si, H2O2 and some organics. Especially high concentrations of nitrate and phosphate have a bad influence on water system. Also, because pH of an etchant wastewater is very low and etchant wastewater is non-degradable wastewater, private enterprises have trouble treating etchant wastewater. Therefore this study aims to evaluate the removal efficiency of phosphorus of etchant wastewater through coagulating sedimentation and the removal efficiency of nitrate of etchant wastewater by biological denitrification using aerobic granule sludge(AGS). MgCl2∙6H2O, MgO, PAC(Poly aluminium chloride), CaCl2∙2H2O, FeCl3, and polymer flocculating agent is used by a coagulant. Also, MAP(Magnesium ammonium phosphate, struvite) precipitation by MgO is fulfilled. In this study of MAP precipitation by MgO, it showed the best phosphorus removal efficiency of 97.04% when molar ratio of magnesium, ammonium, phosphate is 2.5 : 5 : 1. Nevertheless, this method is inappropriate because of injection and post-processing of ammonium. Coagulant MgCl2∙6H2O appeared next high removal efficiency of 94% when molar ratio of magnesium and phosphate is 3 : 1 but it has flaw that the price of MgCl2∙6H2O is expensive. Coagulant CaCl2∙2H2O taking an advantages that its price is a low and it has better coherence with phosphate than magnesium salts showed a removal efficiency of 74.8% when molar ratio of calcium and phosphate is 2.5 : 1. And removal efficiency of ferric salt and polymer coagulant showed under 50%, so they are considered inappropriate for removing phosphorus of etchant wastewater. Lastly coagulant PAC showed removal efficiency of 83.7% when volume ratio of wastewater and coagulant is 50 : 1 and meets the minimum dose in shortest hour. When synthesizing every results, the optimum coagulant of phosphorus of etchant wastewater is presented PAC. After decreasing phosphorus concentration up to 200ppm it was performed that experiment removing nitrate using aerobic granule sludge. Above all after adapting aerobic granule to etchant wastewater I run with sequencing batch reactor. Total volume of reactor is 5L, delusion rate and exchange ratio is 20times, 5%. There is no chance that TDS concentration will be accumulated in the batch reactor, but in SBR case TDS concentration seemed to be accumulated because of the application of an 5% exchange ratio. Therefore differently to batch mode, denitrification's rate decreased so complete denitrification didn't come true. And nitrate concentration of effluent gradually increased. To resolve this problem decrease of exchange ratio under 5% or increase of reaction time is needed. Aerobic granules formed by self-immobilization of microorganisms have advantages stronger resistance to toxic material because of containing high concentration of microorganisms. Thus as mentioned earlier if we apply optimal conditions for denitrification of non-degradable etchant wastewater, we expect that etchant enterprise's thirst will be quenched.
Etchant wastewater occurs in etching process corroding surface of metal or alloy and it has very strong oxidizing power. Ingredient of etchant wastewater can vary with reagent used in etching process, generally it contains high concentrations of nitrate, phosphate, hydrofluoric acid, Br, Si, H2O2 and some organics. Especially high concentrations of nitrate and phosphate have a bad influence on water system. Also, because pH of an etchant wastewater is very low and etchant wastewater is non-degradable wastewater, private enterprises have trouble treating etchant wastewater. Therefore this study aims to evaluate the removal efficiency of phosphorus of etchant wastewater through coagulating sedimentation and the removal efficiency of nitrate of etchant wastewater by biological denitrification using aerobic granule sludge(AGS). MgCl2∙6H2O, MgO, PAC(Poly aluminium chloride), CaCl2∙2H2O, FeCl3, and polymer flocculating agent is used by a coagulant. Also, MAP(Magnesium ammonium phosphate, struvite) precipitation by MgO is fulfilled. In this study of MAP precipitation by MgO, it showed the best phosphorus removal efficiency of 97.04% when molar ratio of magnesium, ammonium, phosphate is 2.5 : 5 : 1. Nevertheless, this method is inappropriate because of injection and post-processing of ammonium. Coagulant MgCl2∙6H2O appeared next high removal efficiency of 94% when molar ratio of magnesium and phosphate is 3 : 1 but it has flaw that the price of MgCl2∙6H2O is expensive. Coagulant CaCl2∙2H2O taking an advantages that its price is a low and it has better coherence with phosphate than magnesium salts showed a removal efficiency of 74.8% when molar ratio of calcium and phosphate is 2.5 : 1. And removal efficiency of ferric salt and polymer coagulant showed under 50%, so they are considered inappropriate for removing phosphorus of etchant wastewater. Lastly coagulant PAC showed removal efficiency of 83.7% when volume ratio of wastewater and coagulant is 50 : 1 and meets the minimum dose in shortest hour. When synthesizing every results, the optimum coagulant of phosphorus of etchant wastewater is presented PAC. After decreasing phosphorus concentration up to 200ppm it was performed that experiment removing nitrate using aerobic granule sludge. Above all after adapting aerobic granule to etchant wastewater I run with sequencing batch reactor. Total volume of reactor is 5L, delusion rate and exchange ratio is 20times, 5%. There is no chance that TDS concentration will be accumulated in the batch reactor, but in SBR case TDS concentration seemed to be accumulated because of the application of an 5% exchange ratio. Therefore differently to batch mode, denitrification's rate decreased so complete denitrification didn't come true. And nitrate concentration of effluent gradually increased. To resolve this problem decrease of exchange ratio under 5% or increase of reaction time is needed. Aerobic granules formed by self-immobilization of microorganisms have advantages stronger resistance to toxic material because of containing high concentration of microorganisms. Thus as mentioned earlier if we apply optimal conditions for denitrification of non-degradable etchant wastewater, we expect that etchant enterprise's thirst will be quenched.
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