초록 ▼

1차년도 연구는 본 기관에서 개발된 강하경막식 동결농축 Semi Pilot Plant를 중심으로 동결공정의 기반 기술과 실플랜트 규모의 Pilot Plant 설계인자를 도출하였고, 이를 바탕으로 Pilot Plant를 설계·제작 운전하였다.
2차년도 연구는 제작된 Pilot Plant의 성능평가와 수정, 보완을 통해 ‘악성폐수 처리를 위한 동결농축 기술 개발 및 실용화’를 목표로 수행하였다. 이에 따른 연구개발의 주요 내용 및 범위는 다음과 같다.
1. 동결농축 기술 개발을 위한 기초이론 및 문헌정리
가. 상변화와

1차년도 연구는 본 기관에서 개발된 강하경막식 동결농축 Semi Pilot Plant를 중심으로 동결공정의 기반 기술과 실플랜트 규모의 Pilot Plant 설계인자를 도출하였고, 이를 바탕으로 Pilot Plant를 설계·제작 운전하였다.
2차년도 연구는 제작된 Pilot Plant의 성능평가와 수정, 보완을 통해 ‘악성폐수 처리를 위한 동결농축 기술 개발 및 실용화’를 목표로 수행하였다. 이에 따른 연구개발의 주요 내용 및 범위는 다음과 같다.
1. 동결농축 기술 개발을 위한 기초이론 및 문헌정리
가. 상변화와 응고 특성
나. 빙점강하
다. 얼음의 결정화(Crystallization)
라. 액체와 습증기의 열전도도
마. 동결농축기술의 연구동향
바. 동결농축 영향인자.
2. 동결농축기술에 대한 실험실적 기초연구
가. 동결농축 효율에 대한 수리학적 특성의 영향연구
나. 오염물질 종류 및 Workman Reynolds Effect의 영향
다. 폐수의 얼음 결정 성장 속도의 규명연구
3. Semi Pilot Plant를 이용한 동결공정의 최적효율 인자도출
가. 최적 제빙량 도출을 위한 연구
나. 처리효율과 제빙량의 상관관계 연구
다. 폐수 농도에 따른 빙점강하 규명
4. Semi Pilot Plant 동결기를 이용한 실폐수의 적용성 평가
가. 고농도 시안을 함유한 도금폐수의 동결농축 효율 평가
나. 저농도 시안 함유폐수의 동결농축 실험
5. 동결관내의 최적 전계 및 전자계 형성을 위한 기초이론 및 형성 메카니즘 연구
가. 전계 및 전자계형성의 기초이론
나. 동결관에 대한 전계(Electric Field)형성 실험
다. 동결관에 대한 전자계(Electronmagnetic Field) 형성 실험
6. Semi Pilot Plant 열전달효율 개선에 따른 처리효율 평가
가. 스테인레스 동결관과 구리 동결관의 폐수 농축율 비교평가.
나. 구리 동결관의 처리 효율 향상을 위한 동결속도 저감 효과
7. Semi Pilot Plant 운전에 의한 동결농축 공정 실용화 최적 설계인자 도출
가. 동결농축 효율 극대화를 위한 전자계 동결농축 장치의 설계
나. 동결관경 변화에 따른 동결성능향상 및 기계구조개선
다. 동결관경 변화 및 전자계장 세기별 동결성능 영향 평가
8. 전자기장이 설치된 동결기의 실폐수 동결농축 효율 평가
가. 고농도 질산 함유폐수의 동결농축 효율 평가
나. 고농도 NaOH 함유 폐수의 동결농축 효율 평가
다. 침출수의 동결농축 효율 평가
라. PEG 폐수의 동결농축 효율 평가
마. 감압증발 농축법으로 위탁 처리되는 산업폐수의 동결농축 효율 평가
9. 실규모 동결농축 Pilot Plant의 설계, 제작 및 운전
가. 동결농축 Pilot Plant의 주된 설계인자.
나. Pilot Plant 동결농축기를 이용한 인공폐수의 동결농축 실험
다. Pilot Plant 동결농축기를 이용한 실폐수 처리 효율평가
10. 동결농축 Pilot Plant의 문제점 도출 및 개선
가. Pilot Plant 반응기 재질 및 구조적 문제점 개선 보완
나. Pilot Plant의 냉동방식 개선을 위한 설계 검토 및 제작
11. 간접냉동방식 동결농축 Pilot Plant를 이용한 폐수 농축 기술 평가
가. 간접냉동방식 동결농축 Pilot Plant를 이용한 실폐수 농축효율 평가
나. 간접냉동방식 동결농축 Pilot Plant의 장기운전 성능평가

Abstract ▼

The study of the first year created a basic technology for freezing process and design factors for the pilot plant, which is the size of the real plant, based on the semi pilot plant for falling film freeze concentration system, developed in this institution. Based on this, we designed, produced and

The study of the first year created a basic technology for freezing process and design factors for the pilot plant, which is the size of the real plant, based on the semi pilot plant for falling film freeze concentration system, developed in this institution. Based on this, we designed, produced and operated the pilot plant. The study of the second year focused on "development and practical application of freeze concentration system for wastewater treatment," through the pilot plant.
The contents and scope of these studies are as follows;
1. Basic Theories and References for the Development of the Freeze Concentration
1.1 Phase Transition and Solidification
1.2. Freezing Point Dropping
1.3. Crystallization of Ice
1.4. Thermal Conductivity of Liquid and Mist
1.5. Research Trend in the Freeze Concentration Technology
1.6. Influencing Factors for Freeze Concentration
2. Basic Research on Test Performances of Freeze Concentration Technology
2.1 Falling Film Freeze Concentration Technology
2.2 Impact of Mathematical Features on the Efficiency of Freeze Concentration
2.3. Types of Pollutants and Workman Reynolds Effect
2.4. Study on Development Speed of Ice Crystal of Wastewater
3. Finding Optimal Factors in Freezing Process for the Semi Pilot Plant.
3.1 Research for Finding Optimal Amount of Ice Produced
3.2 Research on Correlation between Treatment Efficiency and the Amount of Ice Produced
3.3 Examination on Freezing Point Dropping According to the Density of Wastewater
4. Application Test of Semi Pilot Plant Freezer to Real Wastewater
4.1 The Purpose and Method of a Study on Application Test to Real Wastewater
4.2 Assessment on Efficiency of Freeze Concentration of Plating Wastewater Containing High Dense Cyanide
4.3 Test on Freeze Concentration of Wastewater Containing Low Dense Cyanide
5. Study on Basic Theories and Mechanism of Optimal Electric and Electromagnetic Fields Formation in Freezing Tubes
5.1 Basic Theories of Electric and Electromagnetic Fields Formation
5.2 Experiments on Electric Field Formation in Freezing Tubes
5.3 Experiments on Electromagnetic Field Formation in Freezing Tubes
6. Assesment on Treatment Efficiency Following Improved Thermal Conductivity of the Semi Pilot Plant
3. Comparison of Wastewater Density between Stainless Steel Tubes and Copper Tubes
4. Effects of Freezing Speed Decrease for Improved Treatment Efficiency of Copper Tubes
7. Optimal Design Factors for Commercialization of Freeze Concentration Through Operation of the Semi Pilot Plant
7.1 Designing Electron Freeze Concentration System for Maximized Efficiency of Freeze Concentration
7.2 Improvement of Freezing Performance and Mechanical Structure Following Changes in Diameters of Freezing Tubes
7.3 Impact the Different Intensity of Electron Fields Following Changes in Diameters of Freezing Tubes Have on Freezing Performance
8. Assessment of Freeze Concentration Efficiency of Freezer Eqipped with Electron Fields on Real Wastewater
8.1 Assessment of Freeze Concentration Efficiency on Wastewater Containing Highly Concentrated Nitric Acid
8.2 Assessment of Freeze Concentration Efficiency on Wastewater Containing Highly Concentrated NaOH
8.3 Assessment of Freeze Concentration Efficiency on PEG Wastewater
8.4. Assessment of Freeze Concentration Efficiency on Industrial Wastewater Treated By Vacuum Evaporation Concentration
9. Design, Production and Operation of Real-sized Freeze Concentration Pilot Plant
9.1 Amin Design Factors for Freeze Concentration Pilot Plant
9.2 Freeze Concentration Test on Artificial Wastewater Through Freeze Concentrator in Pilot Plant
9.3 Assessment of Treatment on Real Wastewater Through Freeze Concentrator in Pilot Plant
10. Finding Problems in Freeze Concentration Pilot Plant and Measures for Improvement
10.1 Problems in Materials and Structure of Pilot Plant Reactor and Measures for Improvement
10.2 Design Review and Production of Freeze Concentration Pilot Plant for Improved Freezing Method
11. Assessment of Wastewater Concentration Technology Using Freeze Concentration Pilot Plant with Indirect Freezing Method
11.1 Assessment of Concentration Efficiency on Artificial and Real Wastewater Using Freeze Concentration Pilot Plant with Indirect Freezing Method
11.2 Long-term Operability Test for Freeze Concentration Pilot Plant with Indirect Freezing Method

목차 Contents

• 제출문 ...1
• 요약문 ...2
• SUMMARY ...9
• CONTENTS ...18
• 목차 ...24
• 제1장 서론 ...29
• 제1절 연구필요성 및 목적 ...31
• 제2절 연구내용 및 범위 ...33
• 제3절 연구개발 방법 ...36
• 제4절 보고서의 기본구성 ...38
• 제2장 국내외 기술개발 현황 ...40
• 제1절 국내 악성폐수 발생 및 현황 ...42
• 제2절 악성폐수 처리를 위한 국내외 기술현황 ...44
• 제3절 동결농축기술의 국내외 기술개발현황 ...50
• 제3장 연구개발 수행내용 및 결과 ...53
• 제1절 동결 농축 기술 개발을 위한 기초이론 및 문헌 정리 ...55
• 1. 상변화와 응고 특성 ...55
• 2. 빙점강하(△Tf) ...57
• 3. 얼음의 결정화(Crystallization) ...58
• 4. 액체와 습증기의 열전도도(Thermal conductivity) ...59
• 5. 동결농축의 연구동향 ...60
• 6. 동결농축 영향인자 ...60
• 제2절 동결농축에 대한 실험실적 기초 연구 ...68
• 1. 강하경막식(Falling Film) 동결농축 장치 ...68
• 2. 동결농축 효율에 대한 수리학적 특성의 영향연구 ...75
• 3. 오염물질 및 Workman Reynolds Effect의 영향 ...91
• 4. 폐수의 얼음 결정 성장속도의 규명 연구 ...98
• 제3절 Semi Pilot Plant를 이용한 동결공정의 최적 효율 인자도출 ...100
• 1. 최적 제빙량 도출을 위한 연구 ...100
• 2. 처리 효율과 제빙량의 상관관계 연구 ...105
• 3. 폐수 농도에 따른 빙점강하 규명 ...111
• 제4절 Semi-Pilot Plant 동결기를 이용한 실폐수의 적용성 평가 ...114
• 1. 실폐수 적용성 평가의 연구 목적 및 실험방법 ...114
• 2. 연구결과 및 고찰 ...116
• 가. 고농도 시안을 함유한 도금폐수의 동결농축 효율평가 ...116
• 나. 저농도 시안 함유폐수의 동결농축 실험 ...121
• 제5절 동결관 내의 최적 전계 및 전자계 형성을 위한 기초이론 연구 ...122
• 1. 전계 및 전자계 형성의 기초이론 ...122
• 2. 전계 및 전자계 형성에 관한 기초 실험 ...133
• 가. 동결관에 대한 전계 형성 실험방법 ...133
• 나. 동결관에 대한 전자계 형성 실험방법 ...135
• 3. 전계 및 전자계 형성 기초실험의 결과 및 고찰 ...137
• 가. 동결관내에 전계를 형성시키기 위한 모의 테스트 실험 결과 ...137
• 나. 동결관에 대한 전계(Electric Field) 형성 실험 결과 및 고찰 ...139
• 다. 동결관에 대한 전자계(Electromagnetic Field) 형성 실험 결과 및 고찰 ...141
• 제6절 Semi Pilot Plant 열전달효율 개선에 따른 처리 효율 평가 ...143
• 1. 동결관 재질 개선의 연구목적 및 방법 ...143
• 2. 동결관 재질 변경에 따른 연구 결과 및 고찰 ...147
• 가. 유량 변화에 따른 동결관 재질별 처리효율의 비교 ...148
• 나. 오염물질 농도의 변화에 따른 처리효율 비교 ...152
• 3. 스테인레스 동결관과 구리동결관의 폐수 농축율 비교 평가 ...154
• 4. 구리 동결관의 처리효율 향상을 위한 동결속도 저감 효과 ...156
• 제7절 Semi Pilot Plant 운전에 의한 동결농축 공정 실용화 최적 설계 인자 도출 ...159
• 1. 동결농축 효율 극대화를 위한 전자계 동결농축 장치의 설계 ...160
• 2. 동결관경 변화에 따른 동결성능향상 및 기계 구조개선 ...163
• 3. 동결관경 변화 및 전자계장 세기별 동결성능 영향 평가 ...166
• 제8절 실폐수의 동결농축 효율 평가 ...170
• 1. 고농도 질산 함유폐수의 동결농축 효율 평가 ...170
• 2. 고농도 NaOH 함유 폐수의 동결농축 효율 ...174
• 3. 침출수의 동결농축 효율 평가 ...178
• 4. PEG폐수의 동결농축 효율 평가 ...184
• 제9절 실규모 동결 농축 Pilot Plant의 설계, 제작 및 운전 ...192
• 1. 동결농축 Pilot Plant 주된 설계인자 ...192
• 2. Pilot Plant 동결농축기를 이용한 인공폐수의 동결농축 실험 ...200
• 3. Pilot Plant 동결농축기를 이용한 실폐수 처리 효율 평가 ...206
• 제10절 동결농축 Pilot Plant의 문제점 도출 및 개선 ...215
• 1. Pilot Plant 반응기 재질 및 구조적 문제점 개선 보완 ...215
• 가. Pilot Plant의 주요 문제점 ...215
• 나. 반응기 재질 및 구조적 문제점 개선후 동결 농축 반응기 운전 평가 ...219
• 2. 동결 농축 Pilot Plant의 냉동방식 개선을 위한 설계 검토 및 제작 ...221
• 가. 2차 냉각방식(브라인 냉각방식) ...222
• 나. 간접냉동방식의 동결농축 반응기 설계 ...223
• 다. 간접 냉동 방식 설계도면 및 주요 기기 선정 ...226
• 제11절 간접냉동방식 동결농축 Pilot Plant를 이용한 폐수 농축기술 평가 ...229
• 1. 간접냉동방식 동결농축 Pilot Plant를 이용한 인공폐수 및 실폐수 농축효율 평가 ...229
• 가. 연구목적 및 연구방법 ...229
• 나. 간접냉동방식 Pilot Plant를 이용한 인공폐수의 동결농축 효율 평가 ...230
• 다. 간접냉동식 Pilot Plant를 이용한 고농도 시안함유 폐수의 동결농축 효율 평가 ...236
• 라. 간접냉동방식 Pilot Plant를 이용한 감압증발 농축법으로 위탁 처리되는 산업폐수의 동결농축 효율 평가 ...240
• 2. 간접냉동방식 Pilot Plant의 장기 운전 성능 평가 ...244
• 가.장기운전 성능평가의 연구목적 및 방법 ...244
• 나. 완속 동결조건에서 농축율 평가 ...247
• 다. 동결농축장치의 소모품 및 기기장비 부품 교체 시기, 점검주기와 운전상 발생가능한 문제점 도출 ...255
• 라. 효율 극대화를 위한 전자계 동결농축 기술의 Pilot Plant 적용 ...257
• 제12절 결론 ...260
• 제4장 연구개발 목표 달성도 및 대외기여도 ...266
• 제1절 연구개발목표 달성도 ...268
• 제2절 관련분야 기술발전 기여도 ...269
• 제5장 연구개발결과의 활용계획 ...271
• 제6장 참고문헌 ...275