재이용을 위한 LCD 제조업종 폐수의 최적 처리공정 : 불소폐수와 유기성 폐수 중심으로 Optimal wastewater treatment process for liquid crystal display industry wastewater reuse : for fluoride wastewater and organic wastewater원문보기
지난 100년간 세계인구는 약 5배가 늘어났고, 15 % 수준이었던 도시화율은 3배 이상 증가하여 50 % 수준에 이르고 있어 한정된 수자원의 효율적인 이용방안이 요구되고 있다. 이러한 현상에 대한 대응방안으로 빗물, 중수도, 하/폐수 재이용 등 대체 수자원 개발이 활발히 이루어지고 있다. 우리나라에서는 물의 재이용 촉진 및 지원에 관한 법률에서 일정 규모이상의 시설에 물 사용량의 일부분을 재이용하도록 규제하고 있으며, 2020년까지 25.4억톤을 재이용하도록 국가 목표를 수립하고 이에 맞춰 정책을 추진하고 있다. 이에 반해 산업체는 집적화, 대형화되고 있으며, 대량의 용수를 필요로 하는 반도체 및 ...
지난 100년간 세계인구는 약 5배가 늘어났고, 15 % 수준이었던 도시화율은 3배 이상 증가하여 50 % 수준에 이르고 있어 한정된 수자원의 효율적인 이용방안이 요구되고 있다. 이러한 현상에 대한 대응방안으로 빗물, 중수도, 하/폐수 재이용 등 대체 수자원 개발이 활발히 이루어지고 있다. 우리나라에서는 물의 재이용 촉진 및 지원에 관한 법률에서 일정 규모이상의 시설에 물 사용량의 일부분을 재이용하도록 규제하고 있으며, 2020년까지 25.4억톤을 재이용하도록 국가 목표를 수립하고 이에 맞춰 정책을 추진하고 있다. 이에 반해 산업체는 집적화, 대형화되고 있으며, 대량의 용수를 필요로 하는 반도체 및 LCD 제조업종이 세계적인 수준으로 성장하면서 물의 재이용에 대한 필요성이 점점 더 요구되고 있다. 이에 본 연구는 LCD 제조업종에서 발생하는 폐수 중 가장 발생량이 많은 불소폐수와 유기성 폐수를 대상으로 재이용 관점에서 처리수 중의 유/무기성분의 농도를 최소화 할 수 있는 최적 폐수처리 조건을 도출하였다. 불소폐수는 불소처리를 위해 칼슘염 등을 사용하기 때문에 Ca2+ 등의 무기성분들이 많이 포함되어 있다. 이런 성분들은 역삼투막이 적용되어 있는 재이용 설비에 유입 처리시 무기 Fouling을 일으킬 수 있으므로 폐수 처리 과정에서 최소농도로 배출될 수 있도록 운전해야 한다. 불소처리를 위한 칼슘염 침전법에서 불소의 배출허용기준을 준수하면서 처리수중의 Ca2+ 의 농도를 최소화 할 수 있는 운전조건 연구결과, 유입수 중의 불소농도 232.5 mg/L에서 pH 8, Ca2+ 주입농도 800 mg/L, Al3+ 주입농도 40 mg/L이 최적으로 나타났다. 이 때 처리수의 14.4 mg/L로 배출허용기준을 준수할 수 있었으며, 탁도는 5.1 NTU까지 제거가 가능하였다. 특히 Ca2+ 의 주입량을 높이더라도 불소의 제거효율 향상 없이 용존 칼슘의 농도만 높아졌으며, Al3+ 은 과량 주입하는 경우 탁도의 증가 뿐 아니라 불소농도도 높아지는 결과를 나타내었다. 유기성 폐수 처리수는 불소폐수에 비해 무기이온성분은 적으나, TOC 등의 유기성분을 많이 함유하고 있으므로 안정적인 재이용을 위해 TOC 제거가 필요하였다. 초기 TOC 농도 9.7 mg/L에서 자성체이온교환수지 Batch Test 결과, 유기성 폐수 처리수 500 mL에 Resin 부피 100 mL(Resin 단위 부피당 유기성 폐수 처리수량 5 mL-Water/mL-Resin)에서 TOC 제거효율이 70 %로 최적점으로 나타났으며, Resin의 부피를 500 mL까지 증가시키더라도 효율은 80 %를 넘지 못했다. 자성체이온교환수지 반복실험결과 3회 반복 사용 시 재생해야하는 것으로 나타났으며, 4회부터는 효율이 16 %까지 감소되었다. 유기성 폐수 처리수를 역삼투막 공정으로 구성되어 있는 재이용 Pilot Plant를 적용하여 처리한 결과, TOC와 전기전도도 모두 95 %의 높은 제거효율을 나타냈으며, 공업용수 수질기준을 만족할 수 있었다. 하지만 유기성 폐수 처리수 중의 TOC 농도가 9.58 mg/L 이상에서는 공업용수 기준인 0.5 mg/L를 초과하는 빈도가 높았다. 실험결과를 바탕으로 자성체이온교환수지를 역삼투막 공정이 적용되어 있는 재이용 공정의 TOC 제거용 전처리 설비로 검토한다면, Resin 단위 부피당 유기성 폐수 처리수량 100 mL-Water/mL-Resin(유기성 폐수 처리수 500 mL 기준 Resin 부피 5 mL)으로 설계가 가능하며, 이 때의 TOC 제거효율은 38 %로 나타났다.
지난 100년간 세계인구는 약 5배가 늘어났고, 15 % 수준이었던 도시화율은 3배 이상 증가하여 50 % 수준에 이르고 있어 한정된 수자원의 효율적인 이용방안이 요구되고 있다. 이러한 현상에 대한 대응방안으로 빗물, 중수도, 하/폐수 재이용 등 대체 수자원 개발이 활발히 이루어지고 있다. 우리나라에서는 물의 재이용 촉진 및 지원에 관한 법률에서 일정 규모이상의 시설에 물 사용량의 일부분을 재이용하도록 규제하고 있으며, 2020년까지 25.4억톤을 재이용하도록 국가 목표를 수립하고 이에 맞춰 정책을 추진하고 있다. 이에 반해 산업체는 집적화, 대형화되고 있으며, 대량의 용수를 필요로 하는 반도체 및 LCD 제조업종이 세계적인 수준으로 성장하면서 물의 재이용에 대한 필요성이 점점 더 요구되고 있다. 이에 본 연구는 LCD 제조업종에서 발생하는 폐수 중 가장 발생량이 많은 불소폐수와 유기성 폐수를 대상으로 재이용 관점에서 처리수 중의 유/무기성분의 농도를 최소화 할 수 있는 최적 폐수처리 조건을 도출하였다. 불소폐수는 불소처리를 위해 칼슘염 등을 사용하기 때문에 Ca2+ 등의 무기성분들이 많이 포함되어 있다. 이런 성분들은 역삼투막이 적용되어 있는 재이용 설비에 유입 처리시 무기 Fouling을 일으킬 수 있으므로 폐수 처리 과정에서 최소농도로 배출될 수 있도록 운전해야 한다. 불소처리를 위한 칼슘염 침전법에서 불소의 배출허용기준을 준수하면서 처리수중의 Ca2+ 의 농도를 최소화 할 수 있는 운전조건 연구결과, 유입수 중의 불소농도 232.5 mg/L에서 pH 8, Ca2+ 주입농도 800 mg/L, Al3+ 주입농도 40 mg/L이 최적으로 나타났다. 이 때 처리수의 14.4 mg/L로 배출허용기준을 준수할 수 있었으며, 탁도는 5.1 NTU까지 제거가 가능하였다. 특히 Ca2+ 의 주입량을 높이더라도 불소의 제거효율 향상 없이 용존 칼슘의 농도만 높아졌으며, Al3+ 은 과량 주입하는 경우 탁도의 증가 뿐 아니라 불소농도도 높아지는 결과를 나타내었다. 유기성 폐수 처리수는 불소폐수에 비해 무기이온성분은 적으나, TOC 등의 유기성분을 많이 함유하고 있으므로 안정적인 재이용을 위해 TOC 제거가 필요하였다. 초기 TOC 농도 9.7 mg/L에서 자성체이온교환수지 Batch Test 결과, 유기성 폐수 처리수 500 mL에 Resin 부피 100 mL(Resin 단위 부피당 유기성 폐수 처리수량 5 mL-Water/mL-Resin)에서 TOC 제거효율이 70 %로 최적점으로 나타났으며, Resin의 부피를 500 mL까지 증가시키더라도 효율은 80 %를 넘지 못했다. 자성체이온교환수지 반복실험결과 3회 반복 사용 시 재생해야하는 것으로 나타났으며, 4회부터는 효율이 16 %까지 감소되었다. 유기성 폐수 처리수를 역삼투막 공정으로 구성되어 있는 재이용 Pilot Plant를 적용하여 처리한 결과, TOC와 전기전도도 모두 95 %의 높은 제거효율을 나타냈으며, 공업용수 수질기준을 만족할 수 있었다. 하지만 유기성 폐수 처리수 중의 TOC 농도가 9.58 mg/L 이상에서는 공업용수 기준인 0.5 mg/L를 초과하는 빈도가 높았다. 실험결과를 바탕으로 자성체이온교환수지를 역삼투막 공정이 적용되어 있는 재이용 공정의 TOC 제거용 전처리 설비로 검토한다면, Resin 단위 부피당 유기성 폐수 처리수량 100 mL-Water/mL-Resin(유기성 폐수 처리수 500 mL 기준 Resin 부피 5 mL)으로 설계가 가능하며, 이 때의 TOC 제거효율은 38 %로 나타났다.
For the last 100 years, the world population has increased about five times and the urbanization rate, which was 15 % level, has increased more than triple to 50 %, requiring a plan of efficient use of limited water resources. As a countermeasure against this phenomenon, development of alternative w...
For the last 100 years, the world population has increased about five times and the urbanization rate, which was 15 % level, has increased more than triple to 50 %, requiring a plan of efficient use of limited water resources. As a countermeasure against this phenomenon, development of alternative water resources including rainwater, heavy water, and reuse of sewage and wastewater is underway actively. Domestically, the Act of Promotion and Support of Reuse of Water regulates a portion of water usage to be reused in facilities above a certain scale. The government has set a national goal of reusing 2.54 billion tons by 2020 and is pursuing the policy accordingly. On the contrary, industries are becoming more integrated and larger, and the semiconductor and LCD manufacturing industries that need large amounts of water grow to world-class level, requiring more and more of the necessity of water reuse. This study, with the subjects of fluorine wastewater and organic wastewater, which have the largest amount of wastewater generated in the LCD manufacturing industry, drew out an optimal wastewater treatment condition which can minimize the concentration of organic/inorganic components in treated wastewater from the standpoint of reuse. Fluorine wastewater contains a large amount of inorganic components like Ca2+ because it uses calcium salts for fluorine treatment. These components can cause an inorganic fouling in the incoming treatment to the reuse facility where the reverse osmosis membrane is applied, so it should be operated so that they can be discharged to the minimum concentration during the wastewater treatment. An operating condition was studied that can minimize the concentration of Ca2+ in treated water while observing fluoride discharge standard in the calcium salt precipitation method for fluoride treatment. It was found out that when the fluoride concentration of influent water is 232.5 mg/L, the pH was 8, the Ca2+ injection concentration is 800 mg/L, and the aluminum injection concentration is 40 mg/L. At this time, treated water could observe the emission permission limit with 14.4 mg/L, and the turbidity was able to be removed up to 5.1 NTU. Especially, even when the injection rate of Ca2+ was raised, only the concentration of remaining calcium was heightened without improvement of removal efficiency of fluorine, and when Al3+ was injected excessively, not only the turbidity but also the fluorine concentration were raised. Organic treatment wastewater has less inorganic ion components than fluorine wastewater, but it contains lots of organic components such as TOC, so it is required to remove TOC for stable reuse. The magnetic ion exchange resin batch test at the initial TOC concentration of 9.7 mg/L showed that the TOC removal efficiency was optimum as 70 % in 500 mL of organic treatment wastewater and 100 mL of Resin volume. Even if the volume of resin was increased to 500 mL, the efficiency did not exceed 80 %. As for repeated experiments of magnetic ion exchange resin, it had to be regenerated when used repeatedly 3 times, and the efficiency was reduced to 16 % from 4th experiment. Organic treatment wastewater was treated by applying a reuse pilot plant composed of reverse osmosis membrane process. Both TOC and electrical conductivity showed a high removal efficiency of 95 % and satisfied the standard of industrial water quality. However, when the concentration of TOC in organic treatment wastewater was higher than 9.58 mg/L, there was a high frequency that exceeds 0.5 mg/L, the industrial water standard. Based on the results of experiment, when considering magnetic ion exchange resin as a pre-treatment facility for TOC removal in the reuse process where the reverse osmosis membrane process is applied, it is possible to design organic treatment quantity 100 (Resin volume 5 mL based on 500 mL of organic treatment wastewater) per resin unit volume, and the TOC removal efficiency was 38 % at this time.
For the last 100 years, the world population has increased about five times and the urbanization rate, which was 15 % level, has increased more than triple to 50 %, requiring a plan of efficient use of limited water resources. As a countermeasure against this phenomenon, development of alternative water resources including rainwater, heavy water, and reuse of sewage and wastewater is underway actively. Domestically, the Act of Promotion and Support of Reuse of Water regulates a portion of water usage to be reused in facilities above a certain scale. The government has set a national goal of reusing 2.54 billion tons by 2020 and is pursuing the policy accordingly. On the contrary, industries are becoming more integrated and larger, and the semiconductor and LCD manufacturing industries that need large amounts of water grow to world-class level, requiring more and more of the necessity of water reuse. This study, with the subjects of fluorine wastewater and organic wastewater, which have the largest amount of wastewater generated in the LCD manufacturing industry, drew out an optimal wastewater treatment condition which can minimize the concentration of organic/inorganic components in treated wastewater from the standpoint of reuse. Fluorine wastewater contains a large amount of inorganic components like Ca2+ because it uses calcium salts for fluorine treatment. These components can cause an inorganic fouling in the incoming treatment to the reuse facility where the reverse osmosis membrane is applied, so it should be operated so that they can be discharged to the minimum concentration during the wastewater treatment. An operating condition was studied that can minimize the concentration of Ca2+ in treated water while observing fluoride discharge standard in the calcium salt precipitation method for fluoride treatment. It was found out that when the fluoride concentration of influent water is 232.5 mg/L, the pH was 8, the Ca2+ injection concentration is 800 mg/L, and the aluminum injection concentration is 40 mg/L. At this time, treated water could observe the emission permission limit with 14.4 mg/L, and the turbidity was able to be removed up to 5.1 NTU. Especially, even when the injection rate of Ca2+ was raised, only the concentration of remaining calcium was heightened without improvement of removal efficiency of fluorine, and when Al3+ was injected excessively, not only the turbidity but also the fluorine concentration were raised. Organic treatment wastewater has less inorganic ion components than fluorine wastewater, but it contains lots of organic components such as TOC, so it is required to remove TOC for stable reuse. The magnetic ion exchange resin batch test at the initial TOC concentration of 9.7 mg/L showed that the TOC removal efficiency was optimum as 70 % in 500 mL of organic treatment wastewater and 100 mL of Resin volume. Even if the volume of resin was increased to 500 mL, the efficiency did not exceed 80 %. As for repeated experiments of magnetic ion exchange resin, it had to be regenerated when used repeatedly 3 times, and the efficiency was reduced to 16 % from 4th experiment. Organic treatment wastewater was treated by applying a reuse pilot plant composed of reverse osmosis membrane process. Both TOC and electrical conductivity showed a high removal efficiency of 95 % and satisfied the standard of industrial water quality. However, when the concentration of TOC in organic treatment wastewater was higher than 9.58 mg/L, there was a high frequency that exceeds 0.5 mg/L, the industrial water standard. Based on the results of experiment, when considering magnetic ion exchange resin as a pre-treatment facility for TOC removal in the reuse process where the reverse osmosis membrane process is applied, it is possible to design organic treatment quantity 100 (Resin volume 5 mL based on 500 mL of organic treatment wastewater) per resin unit volume, and the TOC removal efficiency was 38 % at this time.
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