막증류 공정을 이용한 산업폐수 내 휘발성 암모니아와 시안의 제어에 관한 연구 Study on removal of volatile ammonia and cyanide for treatment of industrial wastewater by membrane distillation원문보기
본 연구에서는 산업 현장에서 발생하는 다양한 독성 폐수 처리를 위하여 막증류 공정의 적용 가능성을 평가해보기 위하여 실시 되었다. 막증류 공정은 열에너지로 구동되는 공정으로써, 소수성의 분리막을 이용하여 유입수로부터 증기형태의 물만을 투과시켜 담수를 얻는 공정이다. 막증류 공정은 높은 염제거율 달성이 가능하고, 유입수 농도에 따른 물의 투과 ...
본 연구에서는 산업 현장에서 발생하는 다양한 독성 폐수 처리를 위하여 막증류 공정의 적용 가능성을 평가해보기 위하여 실시 되었다. 막증류 공정은 열에너지로 구동되는 공정으로써, 소수성의 분리막을 이용하여 유입수로부터 증기형태의 물만을 투과시켜 담수를 얻는 공정이다. 막증류 공정은 높은 염제거율 달성이 가능하고, 유입수 농도에 따른 물의 투과 플럭스의 영향이 적어, 폐수의 방류량 저감 및 높은 물 재이용율 달성이 가능한 공정이다. 그러나 폐수 내에 휘발성 오염물이 존재하는 경우, 이들 물질이 처리되지 않고 분리막을 통하여 직접 투과될 수 있으므로, 처리수의 수질 저하시킬 수 있는 원인이 될 수 있다. 따라서 막증류 공정을 통한 산업폐수 처리에 앞서 대상 물질로 수용액 중에서 휘발성이 있는 암모니아와 시안을 선정하여 이들이 동시에 존재하는 폐수를 막증류 공정으로 처리하고자 하는 경우에 이들의 제어 방법에 관한 연구를 수행하였다. 실험은 PTFE/PP로 이루어진 복합구조의 소수성 분리막과 평판형의 DCMD 모듈을 이용하였고, 유입수로써 300 mg NH4+/L와 30 mg CN-/L를 함유한 인공 유입수와, 산업 현장에서 직접 채취한 암모니아와 시안을 함유한 실제 산업 폐수를 이용하여 진행하였다. 인공 유입수를 이용한 실험은 유입수의 pH, 온도, 유입 유속을 변화시켜가며 4시간 동안 진행하였으며, 실제 산업폐수를 이용한 실험은 유입 pH를 11, 유입 온도를 65oC, 투과수 온도를 20oC로 유지시킨 상태에서, 68시간동안 진행하였다. 인공 유입수를 통한 실험에서, 유입 용액의 pH에 따라서 막증류 공정에서 암모니아와 시안의 투과성이 크게 변하는 것을 확인하였다. 암모니아의 투과성은 pH가 증가함에 따라서 증가하는 경향을 나타냈으나, 시안의 경우에는 반대로 유입 pH가 11부터 7로 갈수록 그 투과성이 증가하였다. 또한, 유입 온도와 유입 유속이 증가할수록 암모니아와 시안 모두의 투과성이 증가하는 것을 확인하였다. 또한 유입 pH가 11인 상태에서 실제 산업폐수를 막증류 공정으로 처리 실험을 실시하여, 처리수 생산 능력의 안정성과 처리율 및 막오염 정도를 파악해 보았다. 실제 산업폐수를 이용한 68시간 동안의 운전 결과, 물의 투과 플럭스는 초기에 비하여 약 60%가 감소되었으나, 폐수 중의 시안과 페놀은 99% 이상의 높은 제거율을 보였고, COD 또한 90% 이상의 제거율을 나타내었다. 운전 종료 후 분리막의 표면 분석 결과 분리막의 표면 전체에 걸쳐서 파울링 층이 형성된 것을 확인하였으며, 폐수의 높은 유기물 농도를 제어할 수 있는 전처리를 적용한다면 유기물에 의한 막오염을 효과적으로 제어하고, 이로써 막증류 공정을 장시간 동안, 안정적으로 운전이 가능할 것으로 기대할 수 있다.
본 연구에서는 산업 현장에서 발생하는 다양한 독성 폐수 처리를 위하여 막증류 공정의 적용 가능성을 평가해보기 위하여 실시 되었다. 막증류 공정은 열에너지로 구동되는 공정으로써, 소수성의 분리막을 이용하여 유입수로부터 증기형태의 물만을 투과시켜 담수를 얻는 공정이다. 막증류 공정은 높은 염제거율 달성이 가능하고, 유입수 농도에 따른 물의 투과 플럭스의 영향이 적어, 폐수의 방류량 저감 및 높은 물 재이용율 달성이 가능한 공정이다. 그러나 폐수 내에 휘발성 오염물이 존재하는 경우, 이들 물질이 처리되지 않고 분리막을 통하여 직접 투과될 수 있으므로, 처리수의 수질 저하시킬 수 있는 원인이 될 수 있다. 따라서 막증류 공정을 통한 산업폐수 처리에 앞서 대상 물질로 수용액 중에서 휘발성이 있는 암모니아와 시안을 선정하여 이들이 동시에 존재하는 폐수를 막증류 공정으로 처리하고자 하는 경우에 이들의 제어 방법에 관한 연구를 수행하였다. 실험은 PTFE/PP로 이루어진 복합구조의 소수성 분리막과 평판형의 DCMD 모듈을 이용하였고, 유입수로써 300 mg NH4+/L와 30 mg CN-/L를 함유한 인공 유입수와, 산업 현장에서 직접 채취한 암모니아와 시안을 함유한 실제 산업 폐수를 이용하여 진행하였다. 인공 유입수를 이용한 실험은 유입수의 pH, 온도, 유입 유속을 변화시켜가며 4시간 동안 진행하였으며, 실제 산업폐수를 이용한 실험은 유입 pH를 11, 유입 온도를 65oC, 투과수 온도를 20oC로 유지시킨 상태에서, 68시간동안 진행하였다. 인공 유입수를 통한 실험에서, 유입 용액의 pH에 따라서 막증류 공정에서 암모니아와 시안의 투과성이 크게 변하는 것을 확인하였다. 암모니아의 투과성은 pH가 증가함에 따라서 증가하는 경향을 나타냈으나, 시안의 경우에는 반대로 유입 pH가 11부터 7로 갈수록 그 투과성이 증가하였다. 또한, 유입 온도와 유입 유속이 증가할수록 암모니아와 시안 모두의 투과성이 증가하는 것을 확인하였다. 또한 유입 pH가 11인 상태에서 실제 산업폐수를 막증류 공정으로 처리 실험을 실시하여, 처리수 생산 능력의 안정성과 처리율 및 막오염 정도를 파악해 보았다. 실제 산업폐수를 이용한 68시간 동안의 운전 결과, 물의 투과 플럭스는 초기에 비하여 약 60%가 감소되었으나, 폐수 중의 시안과 페놀은 99% 이상의 높은 제거율을 보였고, COD 또한 90% 이상의 제거율을 나타내었다. 운전 종료 후 분리막의 표면 분석 결과 분리막의 표면 전체에 걸쳐서 파울링 층이 형성된 것을 확인하였으며, 폐수의 높은 유기물 농도를 제어할 수 있는 전처리를 적용한다면 유기물에 의한 막오염을 효과적으로 제어하고, 이로써 막증류 공정을 장시간 동안, 안정적으로 운전이 가능할 것으로 기대할 수 있다.
Many industries generate substantial quantities wastewater containing varieties of toxic impurities. However, the conventional treatment methods were quite complex and expensive. Membrane distillation (MD) has excellent performance to remove solutes from wastewater and reduce the volume of wastes. H...
Many industries generate substantial quantities wastewater containing varieties of toxic impurities. However, the conventional treatment methods were quite complex and expensive. Membrane distillation (MD) has excellent performance to remove solutes from wastewater and reduce the volume of wastes. However, volatile compounds in wastewater such as ammonia and cyanide can also evaporate in the feed and transport through the membrane. For this reason, the transport of ammonia and cyanide in MD process was investigated. And from the MD performance, the applicability for treatment of industrial wastewater was evaluated. The experiment was conducted by using flat sheet type PTFE/PP bi-composite hydrophobic membrane in plate and frame type of DCMD module. Synthetic wastewater containing 300 mg NH4+/L and 30 mg CN-/L and actual wastewater containing ammonia and cyanide were prepared as a feed. For synthetic feed, the MD operation was conducted with feed pH, temperature and velocity variations for 4 hours. And for industrial wastewater experiment, the MD operation was conducted at pH 11 for 68 hours. From the experiment, these following results are observed: (1) The transport of ammonia and cyanide was significantly related with feed pH, temperature and velocity. However, the trend of volatility with pH was the opposite between ammonia and cyanide, (2) The MD operation on industrial wastewater was conducted and the water flux was consistently decreased until about 30% of initial flux, (3) At pH 11, high concentration of cyanide and phenol in wastewater was successfully rejected from the feed even the fouling phenomenon was occurred.
Many industries generate substantial quantities wastewater containing varieties of toxic impurities. However, the conventional treatment methods were quite complex and expensive. Membrane distillation (MD) has excellent performance to remove solutes from wastewater and reduce the volume of wastes. However, volatile compounds in wastewater such as ammonia and cyanide can also evaporate in the feed and transport through the membrane. For this reason, the transport of ammonia and cyanide in MD process was investigated. And from the MD performance, the applicability for treatment of industrial wastewater was evaluated. The experiment was conducted by using flat sheet type PTFE/PP bi-composite hydrophobic membrane in plate and frame type of DCMD module. Synthetic wastewater containing 300 mg NH4+/L and 30 mg CN-/L and actual wastewater containing ammonia and cyanide were prepared as a feed. For synthetic feed, the MD operation was conducted with feed pH, temperature and velocity variations for 4 hours. And for industrial wastewater experiment, the MD operation was conducted at pH 11 for 68 hours. From the experiment, these following results are observed: (1) The transport of ammonia and cyanide was significantly related with feed pH, temperature and velocity. However, the trend of volatility with pH was the opposite between ammonia and cyanide, (2) The MD operation on industrial wastewater was conducted and the water flux was consistently decreased until about 30% of initial flux, (3) At pH 11, high concentration of cyanide and phenol in wastewater was successfully rejected from the feed even the fouling phenomenon was occurred.
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