도금 폐수 내 유기물 유무에 따른 전기투석 처리 효율 :Effects of organic matter in metal plating wastewater on treatment efficiency of eletrodialysis

박용민

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자료유형: 학위논문

저자정보: 박용민 (건국대학교, 건국대학교 대학원)

지도교수: 권지향

발행연도: 2020

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이 논문의 연구 히스토리 (3)

2020

도금 폐수 내 유기물 유무에 따른 전기투석 처리 효율

박용민 환경공학과 2020.01 학위논문

2019

중화처리와 전기투석을 이용한 도금폐수처리 시 운전 전압에 따른 처리효율 연구

박용민 , 최수영 , 송원중 외 3명 대한환경공학회 학술발표논문집 2019.12 학술대회자료

도금폐수의 전기투석 처리 시 운전시간변화에 따른 무기물과 유기물의 농도 변화

박용민 , 최수영 , 류준희 외 4명 대한토목학회 학술대회 2019.10 학술대회자료

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도금은 특정 제품의 표면 상태를 보호하고 성능을 향상키거나 미관을 아름답게 하기 위해 금속 재료를 덧입히는 것을 말한다. 구리, 니켈, 아연, 크롬 등 다양한 금속 이온을 도금공정에서 사용하고 있으며 도금에 사용되고 있는 금속 이온에 따라 구리폐수, 니켈폐수, 아연폐수 등으로 다양한 금속 폐수를 배출하게 된다. 이러한 폐수를 처리 시에는 금속 이온의 성상에 따라 처리 방법이 다양하며 도금폐수에는 금속뿐만 아니라 도금공정에 따라 산, 알칼리, 유기물 등 다양한 물질이 폐수에 함유되어 있다. 이러한 도금폐수를 처리 하기위해서는 응집 침전, 활성탄 흡착, 정밀여과, 전기투석 등 다양한 방법이 있다. 그 중 전기투석은 전기적 구동력으로 이온을 분리제거를 하여 농축 수와 희석 수를 만들어 도금폐수 내의 이온을 회수 및 재이용을 할 수 있게 한다. 그러나 도금폐수 내에는 금속 이온뿐만 아닌 다양한 물질을 함유하고 있고 그 중 유기물은 이온교환막에 fouling을 일으켜 이온 제거효율을 저감시킨다. 그래서 본 연구에서는 도금폐수 내 유기물을 파악하고 합성폐수와 합성 유기물 폐수를 제조 후 전기투석 하여 이온 제거효율을 비교하였다. 도금폐수 내 유기물의 특성을 분석하기 위해 DOC, FT-IR, LC-OCD, F-EEM을 측정하였으며, 도금폐수 내 유기물의 농도는 153.0 mg/L로 500~1,200 Da의 분자량을 갖는 단백질 계통으로 확인되었다. 이후 도금폐수를 전압별로 전기투석 한 결과 희석 조 내의 이온 제거율은 8V에서 30분, 15V에서 25분, 30V에서 20분으로 전압이 높을수록 제거 시간이 짧아지는 것을 확인 할 수 있었으며 폐수 내에 1가 양이온의 제거 시간이 다가 양이온보다 짧은 것을 확인할 수 있었다. 도금폐수 내에 유기물도 전압이 높을수록 처리 시간이 짧았으며 전압별 처리 율은 8V에서 58.5%, 15V에서 54.0%, 30V에서 63.8%의 제거를 나타냈다. 합성폐수와 합성 유기물 폐수를 전압별로 전기투석 시 희석 조 내 이온 제거율은 전압이 높을수록 빨랐으며 합성폐수의 경우 도금폐수와 비슷한 양상을 나타내는 반면 합성 유기물 폐수의 경우 알긴산과 BSA를 포함한 폐수를 제조 하였으며 전기투석 시 막 내에 fouling을 생성하여 이온의 제거율을 감소시켰다. 이온교환막에 흡착되어 있었던 유기물들이 시간이 지남에 따라 유속에 의해 탈착되어 희석 조로 유입되는 것을 확인할 수 있었다. 이에 유기물을 함유하고 있는 도금폐수를 전기투석 시에는 유기물을 제거할 수 있는 전 처리나 fouling을 저감 시킬 수 있는 기술이 필요하다고 사료된다.

Plating refers to the addition of metallic materials to protect the surface condition of a particular product, to improve performance or to beautify aesthetics. Various metal ions such as copper, nickel, zinc, and chromium are used in the plating process, and various metal plating wastewater is discharged into copper waste water, nickel waste water, zinc waste water, etc., depending on the metal ions used for plating. When treating such wastewater, treatment methods vary depending on the properties of the metal ions, and the plating wastewater contains not only metal but also various substances such as acids, alkalis, and organic substances depending on the plating process. In order to treat such metal plating waste water, there are various methods such as cohesive precipitation, activated carbon adsorption, microfiltration, and electrodialysis. Among them, electrodialysis separates and removes ions by electric driving force to make concentrated and diluted water to recover and reuse ions in the metal plating waste water. However, the metal plaing waste water contains not only metal ions but also various substances, among which organic matter causes fouling on the ion exchange membrane to reduce ion removal efficiency. Therefore, in this study, the organic matter in the metal plating waste water was identified, and the artificial wastewater and artificial organic wastewater were prepared and electrodialysis to compare the ion removal efficiency.DOC, FT-IR, LC-OCD, and F-EEM were measured to analyze the properties of the organic matter in the metal plating waste water, and the concentration of the organic matter in the metal plating waste water was 153.0 mg/L and confirmed as a protein system having a molecular weight of 500 to 1,200. Became. As a result of electrodialysis of plating wastewater by Voltage, the removal rate of ions in the dilution tank was 8V at 30 minutes, 15V at 25 minutes and 30V at 20 minutes, and the higher the Voltage was, the shorter the removal time It was confirmed that the removal time was shorter than that of the polyvalent cation. The higher the Voltage, the shorter the treatment time in the metal plating waste water, and the treatment rate by Voltage was 58.5% at 8V, 54.0% at 15V, and 63.8% at 30V. When electrodialysis of artificial wastewater and artificial organic wastewater by Voltage, the ion removal rate in the dilution tank was faster as Voltage was higher, and in the case of artificial wastewater, it exhibited a similar pattern to metal plating wastewater, whereas in the case of artificial organic wastewater, alginate acid wastewater and artificial BSA wastewater were produced. In addition, it was confirmed that the removal rate of ions was reduced by generating fouling in the membrane during electrodialysis, and that organic matter adsorbed on the ion exchange membrane were desorbed by the flow rate over time and flowed into the dilution tank. Therefore, it is considered that pretreatment capable of removing organic substances is required when electrodialysis of metal plating waste water containing organic substances.

#전기투석 #도금폐수 #유기물 #BSA #알긴산

제1장 서론 1
제1절 연구 배경 및 목적 1
제2장 문헌 연구 3
제1절 도금폐수 처리 기술 3
1. 도금 및 도금폐수 3
2. 도금폐수 처리 기술 7
2.1. 해외 도금 폐수 처리 7
2.2. 국내 도금 폐수 처리 9
제2절 전기투석(Electrodialysis) 10
1. 전기투석 원리 10
2. 한계전류 밀도(Limiting current density, LCD) 13
3. 농도 분극 15
제3절 도금폐수 내 유기물 16
1. 유기물 및 유기 화합물 16
2. 유기물에 의한 막 오염 18
제3장 실험 재료 및 방법 20
제1절 원수 및 유기물 20
1. 도금폐수 20
2. 합성폐수 조제 22
3. 합성 유기물 폐수 조제 22
제2절 전기투석 장치 24
1. 전기투석 24
2. 이온교환막 26
제3절 수질 분석 27
1. 도금폐수 내 이온 측정 27
2. 도금폐수 내 유기물 측정 28
3. 기타 수질 측정 30
제4장 실험 결과 31
제1절 도금 폐수 수질 특성 31
1. 전기전도도와 이온농도 31
2. 유기물 특성 32
2.1. COD와 DOC 측정 결과 32
2.2. F-EEM과 FT-IR 측정 결과 34
제2절 도금폐수 전기투석 효율 38
1. 이온 분해 효율: 8V 운전 압 38
2. 적용 전압에 따른 효율 비교 40
제3절 합성폐수의 전기 투석 효율 44
1. 합성폐수와 실제 폐수 비교: 막 면적 당 전류 44
2. 합성폐수와 실제 폐수 비교: 전기전도도 46
3. 합성폐수와 실제 폐수 비교: 이온 분리 효율 48
제4절 합성 유기물 폐수 51
1. 합성 알긴산 폐수: 막 면적 당 전류 값, 전기전도도, 이온 분리 효율 51
2. 합성 BSA 폐수: 막 면적 당 전류 값, 전기전도도, 이온 분리 효율 55
3. 합성 유기물 폐수 내 유기물 변화 59
제5장 결론 66
참고문헌 69
ABSTRACT 74

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