[논문]한외여과막에 의한 미립자 함유폐수의 재이용 공정 시스템

최호상; 이석기

한외여과막에 의한 미립자 함유폐수의 재이용 공정 시스템
Process System for Recycling of Wastewater Contained with Fine Particles through Ultrafiltration Membrane 원문보기

최호상 (경일대학교 화학공학과) , 이석기 (동일시마즈(주))

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문제 정의

본 연구는 반도체 제조공정에서 물리적 세정 중에 발생되는 Si 미립자가 함유된 폐수를 한외여과막 공정으로 처리하여 처리수를 재활용하고, 농축된 Si의 활용도를 증대시킬 수 있는 방안을 강구하기 위하여 중공사막과 관형막을 사용하여 공정시스템에 대한 막의 오염특성과 역세공정을 검토하고, 세정폐수의 재활용 공정에서 재활용율에 따른 경제성을 검토하 였다.

제안 방법

본 공정 시스템의 중점 사항은 막분리 공정의 여러 가지 장점을 충분히 활용할 수 있도록 하 며, 다각적인 test를 수행하면서 각각의 운전 변수에 따른 실험결과를 정확하게 monitoring 하여 전체 장치 시스템을 일괄적으로 제어할 수 있도록 하였다. 따라서 한외여과 막분리 system을 현장 도입할 때 요구되는 운전관리 문제를 해결할 수 있도록 전 공정을 data monitoring이 가능하게 하였디、전체 시스템의 공정흐름의 개략도를 Fig.

성능/효과

분리막을 이용한 폐수처리기술의 개발은 다음의 세 가지 관점에서 그 필요성이 매우 강조되고 있는데, 1)막분리에 의한 처리기술이 환경보존 차원에서 매우 효과적인 청정기술, 2)처리시설 설치면적이 매우 적고, 경제성이 높은 처리기술, 3)수자원의 확보 측면에서 공업용수를 재이용할 수 있는 고도의 분리기술이라는 장점을 지니고 있다. 또한 분리막 공정은 상변화가 없는 분리공정이므로 에너지의 소모가 적고, 공정 중 약품사용을 거의 배제시킬 수 있으므로 전체 슬러지 발생량을 줄일 수 있으며, 분리막 공정을 거친 처리수는 원수로 사용되거나 수질에 따라 직접 제조공정에 사용될 수 있고, 농축된 폐수의 용량은 전체 발생폐수의 10% 미만으로 줄일 수 있는 특성을 지닌다. 특히 국내에서는 공장밀집지역에서 수자원이 부족하고 생산시설의 증가에 따른 수질오염의 가속화 및 용수시설 설치면적 확보가 어려운 실정에서 막분리에 의한 폐수처리공정의 도입은 필수적인 기술인 동시에 매우 유망한 기술로 판단된다.
또한 critical flux도 약 20 L/m²hr 정도 관형막 module 보다 낮게 나타났다. 물리적 세정으로는 회복이 불가능한 것으로 판단되는 비가역적 fouling도 중공사막 module에서 쉽게 일어나는 것을 알 수 있었다. 관형막 module에서는 비 가역적 fouling이 일어남을 알 수 있는 곡선의 기울기가 중공사막 module에서 보다 완만하게 나 타냈다.
실험에 사용된 한외여과막 공정을 거친 투과수 중의 미립자는 완전에 가깝게 제거됨을 알 수 있다. 세정폐수 중에 포함된 Si 미립자의 평균 입자크기는 196~207nm의 분포를 나타내었으나, 한외여과막 공정을 거친 투과 수 중의 Si 미립자는 10~50nm의 분포를 나타내고 있으며, 입자분포의 강도도 원폐수의 강도에 비하여 상대적으로 낮았고 투과수 중의 평균입자 크기는 약 20nm 이었다.
장시간 운전 시 발생할 수 있는 막 성능의 저하와 막의 손상, foulmg의 효과적 제어에 의한 막 수명의 연장 및 안정적인 투과유속 확보 면에서 중요하다. 실제 운전 결과 초기 flux는 중공사막 module이나 관형막 module 모두 약 140L/m²hr로 비슷하였으나 시간이 지남에 따라 중공사막 module에서는 급격히 투과유속의 저하가 발생하였고, 투과유속의 저하가 완만해지는 point인 critical flux point가 약 4시간 정도 관형막 module보다 빨리 나타났으며, 그것은 막 세정주기를 짧게 하는 원인이 되기도 하였다. 또한 critical flux도 약 20 L/m²hr 정도 관형막 module 보다 낮게 나타났다.

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