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유동상 반응기를 이용한 반도체 폐수 내 불소 처리 시 $CaF_2$ 주입량, pH 및 처리수 재순환의 영향
Effects of $CaF_2$ dosage, pH and Treated Water Recirculation on Fluoride Removal in Treating Semiconductor Wastewater with Fluidized bed Reactor (FBR) 원문보기

대한환경공학회지 = Journal of Korean Society of Environmental Engineers, v.32 no.6, 2010년, pp.593 - 598  

안명기 (충북대학교 환경공학과) ,  김진식 (충북대학교 환경공학과) ,  김금용 (충북대학교 환경공학과) ,  류홍덕 (충북대학교 환경공학과) ,  이상일 (충북대학교 환경공학과)

초록
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본 연구에서는 유동상 반응기를 이용하여 고농도의 질소, 인 및 불소가 동시에 존재하는 반도체 폐수 내 불소 처리시 불소 제거효율 향상, 함수율 저감 및 생성 슬러지($CaF_2$)의 순도 향상을 꾀하고자 하였다. 이를 위해 pH 및 seed 주입량, 유출수의 순환여부에 따른 영향을 살펴본 결과 유출수 재순환 시 불소제거효율, 슬러지 순도 및 함수율을 모두 고려할 경우 최적의 pH는 5, seed 주입량은 150 g으로 관찰되었다. 이때의 불소 및 인 제거효율은 94.24 및 8.97%로 나타났고, 함수율은 12.94%로 확인되었다. Seed 주입량의 증가는 불소제거효율을 증가시킬 뿐만 아니라 유출수 재순환 및 pH 변동에 따른 불소제거효율 감소도 억제시키는 것으로 나타났다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The optimum condition for fluoride removal, water content reduction, and $CaF_2$ purity was determined in treating semiconductor waste water in which ammonia nitrogen, phosphorus, and fluoride are existed simultaneously using a fluidized bed reactor. Effects of pH, seed dosage, and recirc...

주제어

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문제 정의

  • 따라서 본 연구에서는 불화칼슘 결정화의 원리를 이용한 FBR를 사용하여 반도체 폐수 내 불소를 처리 할 경우 불소 제거효율 향상, 함수율 저감 및 슬러지의 순도 향상을 목표로 하였다. 이를 위해 seed로써 불화칼슘을 주입하여 pH 및 seed 주입량의 변화와 유출수의 순환여부에 따른 효율 변화를 관찰함으로써 고농도의 질산염, 인산염, 불산 및 유기물이 존재하는 반도체 폐수 내 불소를 단독 처리하고 발생되는 슬러지를 재이용 할 수 있는 방안을 강구하고자 하였다.
  • 본 연구에서는 FBR을 이용하여 불소, 인 및 암모니아성 질소가 고농도로 존재하는 반도체 폐수를 처리할 때 불소를 효과적으로 단독 처리하여 불소 제거효율 향상, 함수율 저감 및 슬러지의 순도 향상을 위한 연구를 수행하였으며 이를 위해 pH 및 seed 주입량과 유출수 순환여부에 따른 영향을 살펴보았다. 연구를 수행한 결과 다음과 같은 결론을 도출하였다.
  • 따라서 본 연구에서는 불화칼슘 결정화의 원리를 이용한 FBR를 사용하여 반도체 폐수 내 불소를 처리 할 경우 불소 제거효율 향상, 함수율 저감 및 슬러지의 순도 향상을 목표로 하였다. 이를 위해 seed로써 불화칼슘을 주입하여 pH 및 seed 주입량의 변화와 유출수의 순환여부에 따른 효율 변화를 관찰함으로써 고농도의 질산염, 인산염, 불산 및 유기물이 존재하는 반도체 폐수 내 불소를 단독 처리하고 발생되는 슬러지를 재이용 할 수 있는 방안을 강구하고자 하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
반도체 제조 공정에서 발생하는 불소 배출의 특징은 무엇인가? 그러나 반도체 제조 공정에서는 수많은 종류의 독성 가스와 화공약품 및 다량의 용수가 사용되어 다량의 폐수 및 폐기물이 발생한다. 특히 불소는 화학적 반응에 의해 박막을 식각하는 습식 식각 공정에서 배출되며 불소 단독으로 배출되는 경우는 극히 드물고, 고농도의 질산염, 인산염, Br, Si, H2O2등과 일부 유기물도 함께 계통적으로 배출되어진다.1~2)
반도체 산업은 어떤 역할을 하는가? 반도체 산업은 수출주도형의 주요 국가 기간산업으로 국가 경쟁력 면에서 중추적인 역할을 하고 있다. 그러나 반도체 제조 공정에서는 수많은 종류의 독성 가스와 화공약품 및 다량의 용수가 사용되어 다량의 폐수 및 폐기물이 발생한다.
반도체 제조 공정에서 발생하는 문제점은 무엇인가? 반도체 산업은 수출주도형의 주요 국가 기간산업으로 국가 경쟁력 면에서 중추적인 역할을 하고 있다. 그러나 반도체 제조 공정에서는 수많은 종류의 독성 가스와 화공약품 및 다량의 용수가 사용되어 다량의 폐수 및 폐기물이 발생한다. 특히 불소는 화학적 반응에 의해 박막을 식각하는 습식 식각 공정에서 배출되며 불소 단독으로 배출되는 경우는 극히 드물고, 고농도의 질산염, 인산염, Br, Si, H2O2등과 일부 유기물도 함께 계통적으로 배출되어진다.
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참고문헌 (21)

  1. 우귀남, " $CaF_2$ 결정화 공법을 이용한 반도체 폐수의 불소처리," 충북대학교 석사논문(2009). 

  2. 변혜정, "시멘트 페이스트를 이용한 불산폐수 처리에 관한 연구," 한양대학교 석사논문(2007). 

  3. 김영임, 김동수, "칼슘 침전법에 의한 불소 처리에 관한 연구," 한국물환경학회지, 23(3), 371-376(2007). 

  4. 나재식, "소석회와 희토류 흡착제를 이용한 불소 제거 연구," 신기술 연구 논문집, 28, 181-187(1999). 

  5. Aldaco, R., Garea, A., and Irabien, A., "Fluoride Recovery in a Fluidized bed: Crystallization of Calcium Fluoride on Silica Sand," Ind. Eng. Chem. Res., 45(2), 796-802(2006). 

  6. Garea, A., Aldaco, R., and Irabien, A., "Improvement of calcium fluoride crystallization by means of the reduction of fine formation," Chem. Engrg. J., 154(1-3), 231-235(2009). 

  7. 한국과학기술정보연구원, "수처리 신진기술 동향," 15-23(2005). 

  8. Parthasarathy, N., Buffle, J., and Haerdi, W., "Combined use of calcium salts and polymeric aluminium hydroxide for defluoridation of waste waters," Water Res., 20(4), 443-448 (1986). 

  9. Aldaco, R., Garea, A., and Irabien, A., "Calcium fluoride recovery from fluoride wastewater in a fluidized bed reactor," Water Res., 41(4), 810-818(2007). 

  10. 이명진, 박세진, 김창균, 윤태일, "Calcium chloride와 alum을 이용한 불소제거," 대한환경공학회지, 24(12), 2151-2161(2002). 

  11. Aldaco, R., Irabien, A., and Luis, P. "Fluidized bed reactor for fluoride removal," Chem. Engrg. J., 107, 113-117(2005). 

  12. Aldaco, R., Garea, A., and Irabien, A., "Particle growth kinetics of calcium fluoride in a fluidized bed reactor," Chem. Eng. Sci., 62, 2958-2966(2007). 

  13. 안명기, 김금용, 류홍덕, 이상일, "Fluidized Bed Reactor(FBR)를 이용한 반도체 폐수의 불소처리," 대한환경공학회지, 32(5), 437-442(2010). 

  14. Raichur, A. M., and Jyoti Basu, M., "Adsorption of fluoride onto mixed rare earth oxides," Sep. Purif. Technol., 24, 121-127 (2001). 

  15. Tang, Y., Guan, X., Wang, J., Gao, N., McPhail, M. R., and Chusuei, C. C., "Fluoride adsorption onto granular ferric hydroxide : effects of ionic strength, pH, surface loading, and major co-existing anions," J. Hazard. Mater., 171, 774-779 (2009). 

  16. Macasklll, J. B., and Bates, R. G., "Solubility product constant of calcium fluoride," J. Phys. Chem. A., 81(5), 496-498(1976). 

  17. de Vreugd, C. H., ter Horst, J. H., Durville, P. F. M., Witkamp, G. J., and van Rosmalen, G. M., "Adsorption behaviour of polyelectrolytes on calcium fluoride Part I: influence of the pH and the ionic strength on the adsorption isotherms," Colloids Surf., A., 154(3), 259-271(1999). 

  18. ter Horst, J. H., Wong Fong Sang, K. E., de Vreugd, C. H., Geertman, R. M., Witkamp, G. J., and van Rosmalen, G. M., "Adsorption behaviour of polyelectrolytes on calcium fluoride Part II: molecular modeling of the adsorption behaviour," Colloids Surf., A., 154(3), 273-284(1999). 

  19. Amjad, Z., "Performance of Inhibitors in Calcium Fluoride Crystal Growth Inhibition," Langmuir., 9(2), 597-600(1993). 

  20. 김영임, 백미화, 김동수, "처리수 재사용을 위한 칼슘 침전법에 의한 불소폐수 처리 특성," 한국자원리싸이클링학회, 16(4), 27-32(2007). 

  21. 정윤호, "응집침전에 의한 제강폐수 중의 불소제거에 관한 연구," 순천대학교 산업대학원 석사논문(2002). 

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