[논문]폐수와 해수로부터 용존 붕소를 회수하는 연구동향

정성수; 김명진

doi:10.7844/kirr.2016.25.4.3

폐수와 해수로부터 용존 붕소를 회수하는 연구동향
Trends in Recovering Dissolved Boron from Wastewater and Seawater 원문보기

資源리싸이클링 = Journal of the Korean Institute of Resources Recycling, v.25 no.4, 2016년, pp.3 - 10

정성수 (한국해양대학교 환경공학과) , 김명진 (한국해양대학교 환경공학과)

초록
AI-Helper

전 세계적으로 해수로부터 자원을 회수하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 해수 중 붕소농도는 약 4.5ppm로 낮지만 해수 전체의 용량을 고려하면 용존량이 약 5조 4천억 톤에 이른다. 붕소는 300여종의 산업에 필수적으로 사용되는 자원으로 현재 우리나라는 붕소를 전량 수입하고 있고 연간 700억 원 이상을 붕소수입에 지출하고 있다. 본 글에서는 폐수와 해수로부터 붕소를 제거하거나 회수하는 국내 외 연구동향과 관련기술을 소개하였다. 대부분의 연구는 해수담수화 과정에서 붕소를 제거하는 목적으로 진행되었으며, 붕소의 회수는 주로 폐수나 염수에서 이루어졌다. 용존 붕소를 회수하는 기술은 이온교환법이 대표적이며, 흡착-여과막 공법(Adsorption Membrane Filtration, AMF), 용매추출법 등이 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

A lot of researches have been carried out on the recovery of resources from the seawater all over the world. The boron concentration in seawater is low about at 4.5ppm, but considering the volume of seawater, the total weight of dissolved boron amounts to about 5.4 trillion tons. The boron is an essential resource in about 300 kinds of industries. Korea has imported all of the boron and spent more than 700 billion won each year. In this article, we introduce the domestic and international research trends and technologies for removing or recovering the boron from wastewater and seawater. Most of the researches have been conducted to remove the boron from the desalination process, and to recover the boron mainly from wastewater and brine. The technique for the recovery of the dissolved boron includes the ion exchange, which is the most representative, the adsorption membrane filtration (AMF), solvent extraction, and so on.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

제안 방법

Sian power resin factory에서는 자체 개발한 XSC-800을 상용화하였으며, 이는 기존에 상용화된 BSR과 비교해 흡착성능이 떨어지지 않는다.¹²⁾ 또한 기존의 BSR과 달리 silica를 지지체로 이용하여 우수한 흡착용량을 가진 BSR을 개발하였다.¹³⁾ 국내에서는 bead 형태가 아닌 섬유형태의 붕소흡착제 개발을 시도한 바 있으나 기술 상용화에는 이르지 못했다.

성능/효과

BSR의 크기가 작아지면 표면적이 커져서 흡착속도가 빨라지고 흡착용량이 증가하여 궁극적으로 적은 양의 BSR을 사용하여 고효율·저비용의 붕소흡착을 가능하게 한다.¹¹⁾ 터키에서는 상용화된 2가지 BSR을 분쇄하여 입자크기에 따른 붕소흡착능 변화를 연구하였으며, 입자크기를 1/10정도로 작게 하였을 때 붕소흡착효율이 약 10% 증가하고 흡착반응이 평형에 도달하는 시간이 약 12배 감소하는 결과를 확인하였다.¹⁸⁾
2) 초기 해수담수화시설은 주로 증발법을 이용한 시설이 주를 이루었으나, 점차 역삼투 공정(Reverse osmosis, RO)으로 전환하는 추세를 보여 2008년 기준으로 세계 해수담수화시설의 약 60%가 역삼투 공정을 이용하고 있다.³⁾RO 공정은 증발법이나 전기투석법에 비해 담수생산비용이 낮고 처리속도가 빨라 경제성이 높으나, 증발법에 비해 해수 용존물질 제거에 있어 취약한데 그 중 가장 문제가 되는 것이 붕소이다.
²⁾ 초기 해수담수화시설은 주로 증발법을 이용한 시설이 주를 이루었으나, 점차 역삼투 공정(Reverse osmosis, RO)으로 전환하는 추세를 보여 2008년 기준으로 세계 해수담수화시설의 약 60%가 역삼투 공정을 이용하고 있다.³⁾RO 공정은 증발법이나 전기투석법에 비해 담수생산비용이 낮고 처리속도가 빨라 경제성이 높으나, 증발법에 비해 해수 용존물질 제거에 있어 취약한데 그 중 가장 문제가 되는 것이 붕소이다.
7) 그러나 대량의 해수를 취급해야하는 해수 유가금속 회수에는 그다지 많이 사용되지 않았다. 그 이유는 미량이기는 하지만 용매의 일부가 해수에 용해되거나 혼입되어 해수 중에 유출되므로 경제적으로나 환경오염 면에서 매우 불리하기 때문이다.

후속연구

5 ppm)으로 존재하지만 해수 전체의 용량을 고려하면 용존량이 약 5조 4천억톤으로 실로 막대하다. 따라서 해수로부터 효과적으로 붕소를 회수하는 기술개발은 국내 산업시장의 경제적 효과뿐만 아니라 국가 경쟁력에도 큰 도움이 될 것으로 기대된다.
향후 AMF 공정의 핵심 소재인 BSR 및 분리막에 대한 폭넓은 연구와 함께 공정 최적화 연구가 필요하다. 또한 BSR의 흡착성능 향상과 더불어 BSR에 의한 관로 또는 막의 막힘 문제에 대응한 관로길이, 유속, 유량, 체류시간(HRT) 등의 설비조건 도출이 연구되어야 한다.
본 글에서 국내·외 붕소 제거 및 회수 연구동향과 관련기술을 소개함으로써 국내에서 붕소를 회수하는 기술개발에 대한 관심이 높아지기를 기대한다.
¹⁸⁾ 즉, H/D 비율을 높이고 유속을 감소시킴으로써 접촉시간을 늘리면 붕소회수율은 증가할 수 있다. 향후 AMF 공정의 핵심 소재인 BSR 및 분리막에 대한 폭넓은 연구와 함께 공정 최적화 연구가 필요하다. 또한 BSR의 흡착성능 향상과 더불어 BSR에 의한 관로 또는 막의 막힘 문제에 대응한 관로길이, 유속, 유량, 체류시간(HRT) 등의 설비조건 도출이 연구되어야 한다.
1). 향후 제철, 화학 및 섬유 산업의 발달에 따라 붕소의 수요는 매년 증가할 것으로 예상된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	해수담수화기술에서 역삼투 공정만으로 붕소를 제거하기 어려워 제시된 추가 공정기술은 무엇인가?	해수담수화기술에서 역삼투 공정만으로는 붕소를 제거하기 어렵기 때문에 이를 해결하기 위한 다양한 추가공정기술이 제시되었다. 대표적으로 RO 공정을 직렬 혹은 병렬로 다단 구성하여 단일 RO 공정보다 붕소제거 효율을 높이는 다단 역삼투법(double pass RO)과 RO공정과 이온교환 컬럼반응조를 결합한 이온교환법이 있다(Figs. 3 and 4).
	붕소를 회수하는 기술으로는 무엇이 있는가?	붕소를 회수하는 기술은 이온교환법이 가장 대표적이며, 흡착-여과막 공법(Adsorption Membrane Filtration,AMF), 용매추출법 등이 있다. 용존 붕소를 회수하기 위한 기술별 세부내용은 다음과 같다.
	붕소는 어떤 산업에 사용되는가?	붕소는 국내 22개 56종 희소금속에 포함되는 자원으로 유리섬유, 원자력 발전소, 반도체 산업, 2차 연료전지, 세정제, 암치료, 화장품 등 300여종의 다양한 산업에 필수적으로 사용되고 있으며, 새로운 기술력의 발달로 그 이용가치가 급상승하고 있다. 그러나 우리나라는 붕소를 전량 수입에 의존하고 있어 국가적 지출이 상당하다.

참고문헌 (20)

Roskill, 2010 : Boron: Global industry markets and outlook, Twelfth Edition. ISBN 978 0 86214 561 3, pp. 21-29, Roskill Information Services LTd, London, UK.
Eaton, S. V., 1940 : Effects of boron deficiency and excess on plants, Plant Physiol, 15(1), pp. 95-107.

상세보기
IDA, 2008 : Desalination in 2008 global market napshot, Desalination Data.
Jacob, C., 2007 : Seawater desalination: Boron removal by ion exchange technology, Desalination, 205(1), pp. 47-52.

상세보기
Kabay, N., Yilmaz, I., Yamac, S., Samatya, S., Yuksel, M., Yuksel, U., Arda, M., Saglam, M., Iwanaga, T., Hirowatari, K., 2004 : Removal and recovery of boron from geothermal wastewater by selective ion-exchange resins-I. Laboratory Tests, Reactive & Functional Polymers, 60, pp. 163-170.

상세보기
Yoshihiro, H.V., 2009 : Water and wastewater monitoring(43): Boron recovery system from waste water, Journal of environmental hi-technology, 17(4), pp. 85-89.
Lee, J.C., 2005 : Current status in the recovery of metal value from seawater, The Korean Society of Mineral and Energy Resources Engineers, 42(5), pp. 513-522.
Marston, C., Busch, M. and Prabhakaran, S., 2005 : A boron selective resin for seawater desalination, Proceedings of European Desalination Society Conference on Desalination and the Environment, Santa Margherita Ligure, Italy.
Boncukcuoglu, R., Yilmaz, A.E., Kocakerim, M.M. and Copur, M., 2004 : An empirical model for kinetics of boron removal from boron-containing wastewaters by ion exchange in a batch reactor, Desalination, 160(2), pp. 159-166.

상세보기
Jung, B.Y., Kang, S.H., Lee, J.C. and Hwang, T.S., 2006 : Separation reaction characteristics of boron ion by ion exchange method, The Polymer Society Of Korea, 30(1), pp. 45-49.
Hilal. N., Kim. G. J. and Somerfield. C., 2011 : Boron removal from saline water: A comprehensive review, Desalination, 273(1), pp. 23-35.

상세보기
Yan, C., Yi, W., Ma, P., Deng, X. and Li, F., 2008 : Removal of boron from refined brine by using selective ion exchange resins, Journal of Hazardous Materials, 154(1), pp. 564-571.

상세보기
Xu, L., Liu, Y., Hu, H., Wu, Z. and Chen, Q., 2012 : Synthesis, characterization and application of novel silica based adsorbent for boron removal, Desalination, 294, pp. 1-7.

상세보기
Hwang, T.S., Lee, J.H. and Lee, M.J., 2001 : Synthesis of aminated PP-g-styrene fibrous ion-exchanger for separation of boron from ground-water, The Polymer Society Of Korea, 25(4), pp. 451-459.
Cho, S.W. and Kim, M., 2003 : Adsorption characteristic of boron(B) ions by ion-exchange membranes and chelate forming group, The Korean Society of Industrial and Engineering Chemistry, 7(2), pp. 807-810.
Koltuniewicz, A. B., Witek, A. and Bezak, K., 2004 : Efficiency of membrane-sorption integrated processes, Journal of Membrane Science, 239(1), pp. 129-141.

상세보기
Kabay, N., Bryjak, M., Schlosser, S., Kitis, M., Avlonitis, S., Matejka, Z., Al-Mutaz, I. and Yuksel, M., 2008 : Adsorption-membrane filtration (AMF) hybrid process for boron removal from seawater: an overview, Desalination, 223(1), pp. 38-48.

상세보기
Kabay, N., Sarp, S., Yuksel, M., Arar, O. and Bryjak, M., 2007 : Removal of boron from seawater by selective ion exchange resins, Reactive & Functional Polymers, 67(12), pp. 1643-1650.

상세보기
Kabay, N., Guler, E. and Bryjak, M., 2010 : Boron in seawater and methods for its separation-A review, Desalination, 261(3), pp. 212-217.

상세보기
Kabay, N., Yilmaz, I., Yamac, S., Yuksel, M., Yuksel, U., Yildirim, N., Aydogdu, O., Iwanaga, T. and Hirowatari, K., 2004 : Removal and recovery of boron from geothermal wastewater by selective ion-exchange resins-II. Field tests, Desalination, 167(15), pp. 427-438.

상세보기

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증