Journal of Korean Society of Environmental Engineers (대한환경공학회지)

Korean Society of Environmental Engineers (대한환경공학회)
권호 표지

Calcium Removal from Effluent of Electronics Wastewater Using Hydrodynamic Cavitation Technology

수리동력학적 캐비테이션을 이용한 전자폐수 처리수에 함유된 칼슘저감에 관한 연구

  • Published : 2007.06.30
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Abstract

Residual calcium concentration is high, in general, at the effluent of the fluoride removal process in the electronics industry manufacturing semiconductor and LCD. To increase the stability of the membrane process incorporated for reuse of wastewater, the residual calcium is required to be pre-removed. Hyperkinetic Vortex Crystallization(HVC) process was installed in the electronics industry manufecturing semi conductor as a pilot scale for accelerating calcification of calcium ion. Compared to the conventional soda ash method, the 31% higher calcium removal efficiency was achieved when HVC was applied at the same sodium carbonate dosage. In order to maintain the economic calcium removal target of 70% preset by manufacturer, the dosing concentration of the soda ash was 530 mg/L based on influent flowrate. The seed concentration in the reactor was one of the critical factors and should be maintained in the range of $800\sim1,200mg$ SS/L to maximize the calcium removal efficiency. The calcite production rate was 0.30 g SS/g $Na_2CO_3$ in the average. The economic HVC passing time of the mixture was in the range of $2\sim5$ times. Relatively, stable calcium concentration was maintained in the range of $30\sim72$ mg/L(average 49 mg/L) although the calcium concentration in the feed was severely fluctuated with $74\sim359$ mg/L(average 173 mg/L). The HVC process was characterized as environment-friendly technology reducing chemical dosage and chemical sludge production and minimizing maintenance cost.

전자산업 중 반도체 및 LCD 공장과 같이 폐수에 불소가 다량 함유되어 있는 경우, 불소처리를 위하여 과잉으로 사용되는 소석회에 의하여 처리수의 잔류 칼슘농도가 높으며, 높은 잔류칼슘 농도는 폐수의 재이용 시 일반적으로 채택되는 membrane 공정의 불안정한 운전을 초래하게 된다. 따라서, 전자폐수의 재이용을 위하여 신뢰성 있으며, 경제적인 칼슘제거기술의 개발이 절실히 필요한 실정이다. 본 연구에서는 캐비테이션을 이용한 Hyperkinetic Vortex Crystallization(HVC) 공정을 적용하여 폐수중의 칼슘 이온의 calcification 속도를 촉진하였으며, HVC 공정 적용 시 기존 소다회법에 비하여 동일 약품 주입농도에서 31% 높은 칼슘제거효율을 보였다. 또한, 전자산업 폐수의 재이용을 위한 경제적인 칼슘제거효율인 70%를 달성하기 위한 최적 소다회 주입농도는 유입수 대비 530 mg/L였다. 반응조 내 동질의 반응 핵인 calcite seed 농도가 칼슘제거효율에 큰 영향을 주며, 최대 칼슘제거효율을 달성하기 위한 calcite seed 농도는 $800\sim1,200mg$ SSA이였다. 또한, 소다회 주입에 따른 calcite 발생량은 평균 0.30 g SS/g $Na_2CO_3$였다. HVC 케비테이션 생성장치의 설계 시 HVC 장치 통과횟수를 $2\sim5$회 범위에서 안전율을 고려하여 용량선정을 하여야 한다. HVC 공정을 이용한 연속회분식 운전 결과, 유입수 칼슘농도 변화폭은 $74\sim359$ mg/L(평균 173 mg/L)로 매우 컸던 반면, 처리수 칼슘농도는 $30\sim72$ mg/L(평균 49 mg/L)로 비교적 안정적인 처리효율을 보여주었다. 본 연구결과 HVC 공정은 화학약품 사용량의 절감 및 이에 따른 화학슬러지 발생량의 감소를 기대 할 수 있는 친환경기술로 유지관리비를 최소화할 수 있는 장점이 있었다.

Keywords

References

  1. 박영춘, '반도체 세정공정 및 장치기술 동향,' 반도체산업, 5-6, 51-60(2003)
  2. 안봉규, 오재일, 장윤희, '제올라이트 충진 칼럼을 활용한 산업폐수 내 고농도의 칼슘이온 제거,' 대한환경공학회 춘계학술연구발표회 논문집, KAIST, pp. 981-983 (2003)
  3. Herrmann, C. C. and Klein, G., 'Zeolite for Selective Calcium Removal from Blackish Water,' Reactive Polymers, Ion Exchangers, Sorbents, 5(3), 281-293(1987) https://doi.org/10.1016/0167-6989(87)90236-4
  4. DICER, '탈염처리를 위한 수처리 시스템', DICER Techlnfo Part II, 4(1), 41-49(2005)
  5. Viero, A. F., Mazzarollo, A. C. R., Wada, K., and Tessaro, I. C, 'Removal of hardness and COD from retaining treated effluent by membrane process,' Desalination, 149, 145-149(2002) https://doi.org/10.1016/S0011-9164(02)00746-4
  6. Kavitskaya, A., 'Possibilities of the dead-end ultrafiltration in hard water treatment,' Desalination, 168, 341-346(2004) https://doi.org/10.1016/j.desal.2004.07.017
  7. Sabate, J., Pujola, M., and Liorens, J., 'Two-phases model for calcium removal from aqueous solution by polymer enhanced ultrafiltration,' J. Membrane Science, 24(1-2), 139-152(2002) https://doi.org/10.1016/S0376-7388(00)83203-2
  8. 지은상, 김재우, 신대윤, '반도체 산업폐수의 재이용 기술에 관한 연구,' 대한위생학회지, 14(4), 137-142(1999)
  9. Brennen, C.E, Cavitation and Bubble Dynamics, Oxford University Press, New York, p. 70(1995)
  10. Sawyer, C. L., McCarty, P. L., and Parkin, C. F., Chemistry for Environmental Engineering, McGraw-Hill, Inc., Singapore, pp. 491-492(1994)
  11. Kelsey, R., Koontz, D., and Wang, W., 'An Innovative and alternative method for cooling water treatment', in Proceedings of 2001 International Water Conference, Pittsburgh, PA(2001)
  12. Suslick, K. S., Mdleleni, M. M., and Ries, J. T., 'Chemistry induced by hydrodynamic cavitation,' J. Am. Chem. Soc., 119(39), 9303-9304(1997) https://doi.org/10.1021/ja972171i
  13. Kalumuck, K. M., and Chahine, G. L., 'The use of cavitating jets to oxidize organic compounds in water,' in Proceedings of FEDSM'98, 1998 ASME Fluids Engineering Division Summer Meeting, Washington, DC, pp. 1-8(1998)
  14. Gravely M., Belle, B. L., and Balachandra, J., 'Independent assessment of the energy savings, environmental improvements and water vonservation of emerging nonchemical water treatment technologies,' in Proceedings of EPRI/PIER Advanced Cooling Strategies/ Technologies Conference, Sacramento, CA pp. 1-15(2005)
  15. HACH Company, Manual of Digital Titrator Model 16900, HACH Company, Loveland, CO.(2004)
  16. HACH Company, Test Manual, HACH Company, Loveland, CO.(2004)
  17. APHA, AWW A, and WEF, Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 20th Edition, Edited by Clescerl, L.S., Greenberg ,A.E., and Eaton, A.D., American Public Health Association, Washington, DC.(1998)