WO2022186570A1

WO2022186570A1 - 암모니아를 포함하는 폐수의 처리 방법

Info

Publication number: WO2022186570A1
Application number: PCT/KR2022/002864
Authority: WO
Inventors: 신경용; 문정욱; 오준호; 심광구
Original assignee: 한수테크니칼서비스(주)
Priority date: 2021-03-03
Filing date: 2022-02-28
Publication date: 2022-09-09
Also published as: KR102325892B1; TW202302474A

Abstract

본 발명은 암모니아를 포함하는 폐수의 처리 방법에 관한 것으로, 제1 기액 분리막을 기준으로 구분된 제1 영역에 기체 상태의 프리 암모니아를 포함하는 처리수를 공급하고 제1 기액 분리막을 기준으로 구분된 제2 영역의 일 측을 통해 산성 수용액을 공급하여, 프리 암모니아를 제2 영역으로 이동시키고, 제2 영역에 위치하는 산성 수용액과 반응시켜 암모늄 이온이 용존된 산성 수용액을 생산하는 단계; 생산된 암모늄 이온이 용존된 산성 수용액의 적어도 일부를 제2 영역의 타 측을 통해 회수하는 단계; 제2 영역의 타 측을 통해 회수된 암모늄 이온이 용존된 산성 수용액을 제2 영역의 일 측으로 재공급하여, 제1 영역의 프리 암모니아를 제2 영역으로 이동시키고 제2 영역에 위치하는 암모늄 이온이 용존된 산성 수용액과 반응시켜 암모늄 이온을 추가로 용존시키는 단계; 및 암모늄 이온이 추가로 용존된 산성 수용액의 적어도 일부를 제2 영역의 타 측을 통해 회수하는 단계를 포함함으로써 적은 비용으로도 효과적으로 폐수로부터 암모니아를 제거할 수 있다.

Description

암모니아를 포함하는 폐수의 처리 방법

본 발명은 암모니아를 포함하는 폐수의 처리 방법에 관한 것이다.

암모니아 폐수의 처리방법은 크게 물리화학적 방법과 생물학적 방법으로 구분된다. 물리화학적 방법의 예로 암모니아 스트리핑, 불연속적 염소처리, 선택적 이온교환법, 응집침전법 등이 있고, 생물학적 방법으로는 유기성 질소, 암모니아성 질소의 제거를 목적으로 한 질산화 방법과, 아질신성 질소와 질산성 질소의 제거를 목적으로 한 탈질 방법 등이 있다.

전자산업에서 배출되는 암모니아 폐수의 경우 그 특성이 다양하고 고농도의 난분해성 물질, 미량 독성물질을 함유하고 있는 경우가 많아 생물학적 처리시 공정 불안정성을 야기할 수 있다. 이러한 문제로 인해 일반적으로 타워 형태의 설비를 이용한 물리화학적 처리방법을 통해 암모니아 폐수를 처리하고 있다. 그런데 타워 형태의 설비는 높이가 높아 옥외(옥상) 설치가 불가피하며, 옥상에 설치시 유지 보수에 많은 인력과 시간이 필요하다. 또한 운전시 높은 온도와 pH를 요구하기 때문에 운전에 필요한 유틸리티가 크다. 또한, 기존의 물리화학적 방법은 응집슬러지가 발생되거나 투입 화합물에 의한 2차적 환경오염을 유발할 수 있어 사용처가 제한적이며, 효율적인 암모니아 폐수의 처리가 어려운 문제점이 있다.

본 발명은 암모니아를 포함하는 폐수의 처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

1. 제1 기액 분리막을 기준으로 구분된 제1 영역에 기체 상태의 프리 암모니아(free ammonia)를 포함하는 처리수를 공급하고 상기 제1 기액 분리막을 기준으로 구분된 제2 영역의 일 측을 통해 산성 수용액을 공급하여, 상기 프리 암모니아를 상기 제2 영역으로 이동시키고 상기 제2 영역에 위치하는 상기 산성 수용액에 용존시켜 암모늄 이온(NH₄ ⁺)이 용존된 산성 수용액을 생산하는 단계;

생산된 상기 암모늄 이온이 용존된 산성 수용액의 적어도 일부를 상기 제2 영역의 타 측을 통해 회수하는 단계;

상기 제2 영역의 타 측을 통해 회수된 암모늄 이온이 용존된 산성 수용액을 상기 제2 영역의 일 측으로 재공급하여, 상기 제1 영역의 프리 암모니아를 상기 제2 영역으로 이동시키고 상기 제2 영역에 위치하는 암모늄 이온이 용존된 산성 수용액에 암모늄 이온을 추가로 용존시키는 단계; 및

암모늄 이온이 추가로 용존된 산성 수용액의 적어도 일부를 상기 제2 영역의 타 측을 통해 회수하는 단계;를 포함하고,

상기 암모늄 이온을 추가로 용존시키는 단계와 상기 암모늄 이온이 추가로 용존된 산성 수용액의 적어도 일부를 상기 제2 영역의 타 측을 통해 회수하는 단계는 상기 제2 영역의 pH가 소정의 값에 도달할 때까지 반복 수행되는, 암모니아를 포함하는 폐수의 처리 방법.

2. 위 1에 있어서, 상기 산성 수용액은 수용액 전체 100 중량부 대비 인산이 40 중량부 미만으로 포함된 인산 수용액인, 암모니아를 포함하는 폐수의 처리 방법.

3. 위 2에 있어서, 상기 인산 수용액은 수용액 전체 100 중량부 대비 인산이 5 내지 10 중량부로 포함된 것인, 암모니아를 포함하는 폐수의 처리 방법.

4. 위 1에 있어서, 상기 소정의 값은 상기 산성 수용액을 공급한 직후에 측정된 상기 제2 영역의 pH 대비 3 내지 4 증가한 값인, 암모니아를 포함하는 폐수의 처리 방법.

5. 위 1에 있어서, 상기 제2 영역의 pH가 소정의 값에 도달하면 상기 반복 수행을 중단하고, 상기 제2 영역의 일 측을 통해 상기 산성 수용액을 공급하는 단계;를 더 포함하는, 암모니아를 포함하는 폐수의 처리 방법.

6. 위 1에 있어서, 상기 제1 영역에 상기 처리수를 공급하는 것은 와류 현상을 발생시켜 공급하는 것인, 암모니아를 포함하는 폐수의 처리 방법.

7. 위 1에 있어서, 상기 프리 암모니아를 포함하는 처리수는 암모니아가 포함된 피처리수에 알칼리를 첨가하여 상기 피처리수 내의 적어도 일부의 암모늄 이온이 기체 상태의 프리 암모니아로 변환되어 얻어진 것인, 암모니아를 포함하는 폐수의 처리 방법.

8. 위 1에 있어서, 상기 프리 암모니아를 포함하는 처리수를 상기 제1 영역에 공급하기 전에 와류 발생기 통과시켜 와류 현상을 발생시키는 단계;를 더 포함하는, 암모니아를 포함하는 폐수의 처리 방법.

9. 위 8에 있어서, 상기 와류 현상을 발생시키는 단계를 수행하기 전 암모니아를 포함하는 피처리수에 알칼리성 물질을 처리하여 상기 피처리수에 포함된 암모니아의 적어도 일부를 기체 상태의 프리 암모니아로 변환시켜 상기 기체 상태의 프리 암모니아를 포함하는 처리수를 얻는 단계;를 더 포함하는, 암모니아를 포함하는 폐수의 처리 방법.

10. 위 1에 있어서, 상기 폐수는 반도체 공정에서의 폐수인, 암모니아를 포함하는 폐수의 처리 방법.

11. 위 1에 있어서, 상기 제1 영역에 공급된 상기 처리수는 상기 제1 영역을 순환하지 않고, 상기 제1 영역으로부터 배출되어 후속 처리 공정으로 이동하는 것인, 암모니아를 포함하는 폐수의 처리 방법.

12. 위 11에 있어서, 상기 배출은 상기 제1 영역에 위치하는 상기 처리수 내 암모니아 농도가 미리 결정된 값에 도달하면 수행되는 것인, 암모니아를 포함하는 폐수의 처리 방법.

13. 위 11에 있어서, 상기 암모늄 이온(NH₄ ⁺)이 용존된 산성 수용액을 생산하는 단계를 수행하기 전 암모니아가 포함된 피처리수를 제2 기액 분리막에 순환시켜 상기 기체 상태의 프리 암모니아를 포함하는 처리수를 얻는 단계;를 더 포함하는, 암모니아를 포함하는 폐수의 처리 방법.

본 발명의 암모니아를 포함하는 폐수의 처리 방법은 최적의 농도를 갖는 산성 수용액을 제1 기액 분리막에 공급함으로써 적은 비용으로도 효과적으로 폐수로부터 암모니아를 제거할 수 있다.

또한, 본 발명의 암모니아를 포함하는 폐수의 처리 방법은 산성 수용액을 이용함으로써 공정에서 생성된 생산물을 비료로 사용할 수 있어 환경적 측면에서도 장점을 나타낸다.

본 발명의 암모니아를 포함하는 폐수의 처리 방법은 프리 암모니아를 포함하는 처리수에 와류 현상을 발생시켜 제1 기액 분리막에 공급함으로써 프리 암모니아의 이동을 촉진하여 우수한 폐수 내 암모니아 제거 효과를 나타낼 수 있다.

본 발명의 암모니아를 포함하는 폐수의 처리 방법은 암모니아가 포함된 피처리수를 제2 기액 분리막에 순환시켜 기체 상태의 프리 암모니아를 포함하는 처리수를 얻고, 상기 기체 상태의 프리 암모니아를 포함하는 처리수를 상기 제1 기액 분리막의 일 영역에 공급하고 상기 제1 기액 분리막으로부터 배출시킴으로써, 보다 우수한 효율로 폐수 내 암모니아 제거 효과를 나타낼 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 폐수 내 암모니아를 제거하기 위한 공정의 흐름도를 나타낸다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 폐수 내 암모니아를 제거하기 위한 장치를 나타낸다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 폐수 내 암모니아를 제거하기 위한 장치를 나타낸다.

도 4는 인산 수용액의 농도에 따른 암모니아 제거 효율을 비교한 결과를 나타낸다.

도 5는 인산 수용액의 농도에 따른 염 석출 정도를 나타낸다.

도 6는 처리수와 산성 수용액의 공급 영역에 의한 암모니아 제거 효율을 비교한 결과를 나타낸다.

도 7은 처리수와 산성 수용액의 순환 방향에 의한 암모니아 제거 효율을 비교한 결과를 나타낸다.

도 8은 기액 분리막 내 산성 수용액이 순환하는 영역의 pH에 따른 기액 분리막 내 처리수가 공급되는 영역에서의 암모니아 제거 효율을 확인한 결과를 나타낸다.

도 9는 와류를 발생시켜 처리수를 공급하는 경우와 그렇지 않은 경우의 암모니아 제거 효율을 비교하기 위한 실험에 사용된 장치를 나타낸다.

도 10은 와류를 발생시켜 처리수를 공급하는 경우와 그렇지 않은 경우의 암모니아 제거 효율을 비교한 결과를 나타낸다.

본 발명은 암모니아를 포함하는 폐수의 처리 방법을 제공한다.

폐수는 생활 폐수, 농축산 폐수, 유가공 폐수, 음폐수, 공장 폐수 및 산업 폐수로부터 선택될 수 있다.

구체적으로 폐수는 반도체 공정에서 발생된 폐수일 수 있다. 본 발명의 폐수의 처리 방법은 반도체 공정에서 발생되어 고농도의 암모니아를 함유하고 있는 폐수로부터 우수한 효율로 암모니아를 저감시킬 수 있다.

본 발명은 암모니아를 포함하는 폐수의 처리 방법을 이용하면 암모니아를 포함하는 폐수를 실내에서도 적은 에너지를 이용하여, 슬러지 등의 폐기물의 생성없이 효과적으로 처리할 수 있다.

이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 암모니아를 포함하는 폐수의 처리 방법에 대해 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 암모니아를 포함하는 폐수의 처리 방법은 제1 기액 분리막을 기준으로 구분된 제1 영역에 기체 상태의 프리 암모니아를 포함하는 처리수를 공급하고 상기 제1 기액 분리막을 기준으로 구분된 제2 영역의 일 측을 통해 산성 수용액을 공급하여, 상기 프리 암모니아를 상기 제2 영역으로 이동시키고 상기 제2 영역에 위치하는 상기 산성 수용액에 용존시켜 암모늄 이온이 용존된 산성 수용액을 생산하는 단계(S1);

생산된 상기 암모늄 이온이 용존된 산성 수용액의 적어도 일부를 상기 제2 영역의 타 측을 통해 회수하는 단계(S2);

상기 제2 영역의 타 측을 통해 회수된 암모늄 이온이 용존된 산성 수용액을 상기 제2 영역의 일 측으로 재공급하여, 상기 제1 영역의 프리 암모니아를 상기 제2 영역으로 이동시키고 상기 제2 영역에 위치하는 암모늄 이온이 용존된 산성 수용액에 암모늄 이온을 추가로 용존시키는 단계(S3); 및

암모늄 이온이 추가로 용존된 산성 수용액의 적어도 일부를 상기 제2 영역의 타 측을 통해 회수하는 단계(S4)를 포함할 수 있다.

이 때, 상기 암모늄 이온을 추가로 용존시키는 단계와 상기 암모늄 이온이 추가로 용존된 산성 수용액의 적어도 일부를 상기 제2 영역의 타 측을 통해 회수하는 단계는 상기 제2 영역의 pH가 소정의 값에 도달할 때까지 반복 수행되는 것일 수 있다.

폐수 내 암모니아는 수중에 용존된 형태인 암모늄 이온(NH₄ ⁺) 또는 기체 상태의 프리 암모니아(NH₃)로 존재한다. 프리 암모니아는 암모니아 가스일 수 있다.

예를 들어, 암모니아가 포함된 피처리수는 암모늄 이온만 용존되어 있는 폐수이거나, 암모늄 이온과 프리 암모니아가 공존하는 폐수이거나, 프리 암모니아만 포함된 폐수일 수 있다.

기액 분리막은 폐수에 포함된 프리 암모니아와 같은 기체만을 투과시킬 수 있는 다공성 분리막을 의미한다.

기액 분리막은 공지된 다양한 재질 및 다양한 형태의 막을 사용할 수 있다.

기액 분리막의 재질은 제한되지 않고, 예컨대 기액 분리막은 소수성막, 친수성막, 다공막, 비다공막, 균질막, 분균질막, 유기막, 또는 무기막일 수 있고, 구체적으로 소수성 다공막일 수 있다.

기액 분리막은 프리 암모니아를 통과시킬 수 있는 것이면 충분하고, 모듈의 형식은 제한되지 않는다. 예컨대 기액 분리막은 판형, 관형, 나선형, 중공사형일 수 있다.일 실시예에 따라, 암모늄 이온이 용존된 산성 수용액을 생산하는 단계(S1)에서 제1 기액 분리막이 원통형인 경우 제1 기액 분리막을 기준으로 안쪽 영역에 기체 상태의 프리 암모니아를 포함하는 처리수를 공급하고, 바깥쪽 영역에 산성 수용액을 공급할 수 있다.

일 실시예에 따라, 암모늄 이온이 용존된 산성 수용액을 생산하는 단계(S1)에서 제1 기액 분리막이 원통형인 경우 제1 기액 분리막을 기준으로 안쪽 영역에 산성 수용액을 공급하고, 바깥쪽 영역에 기체 상태의 프리 암모니아를 포함하는 처리수를 공급할 수 있다.

암모늄 이온이 용존된 산성 수용액을 생산하는 단계(S1)에서 프리 암모니아가 제1 기액 분리막을 투과하여 산성 수용액에 용존되고, 처리수 내 암모니아 농도가 저감되는 메커니즘은 아래와 같다.

제1 기액 분리막을 기준으로 제1 영역에 프리 암모니아를 포함하는 처리수를 공급하고, 제2 영역에 프리 암모니아의 농도가 매우 낮거나 거의 없는 산성 수용액을 공급하면, 막을 기준으로 양쪽 영역의 프리 암모니아의 농도 차이에 의하여 처리수 내의 프리 암모니아가 제1 기액 분리막의 기공을 투과하여 프리 암모니아의 농도가 매우 낮은 산성 수용액 쪽으로 이동하는 현상이 발생한다. 산성 수용액이 위치하는 상기 제2 영역이 낮은 pH 환경임에 따라 제1 기액 분리막을 투과하여 이동된 프리 암모니아는 상기 제2 영역에 위치하는 상기 산성 수용액과 반응하여 암모늄 이온으로 용존되고, 암모늄 이온이 용존된 산성 수용액이 생산된다. 이에 따라 제2 영역에 존재하는 산성 수용액의 프리 암모니아의 농도는 계속적으로 매우 낮은 상태를 유지하게 되어 연속적으로 제1 영역의 처리수에 포함된 프리 암모니아가 제1 기액 분리막의 기공을 투과하여 산성 수용액 쪽으로 이동할 수 있게 된다. 즉, 처리수 내의 프리 암모니아는 제1 기액 분리막을 투과하여 산성 수용액 또는 암모늄 이온이 용존된 산성 수용액이 존재하는 영역으로 이동되며, 이동된 프리 암모니아는 산성 수용액에 암모늄 이온으로 용존되며, 산성 수용액에 용존된 암모늄 이온은 회수된다. 이와 같은 일련의 과정을 통해 처리수 내의 프리 암모니아 농도를 저감시킬 수 있으며, 폐수에 포함된 암모니아의 저감율을 증대시킬 수 있다.

암모늄 이온이 용존된 산성 수용액을 생산하는 단계(S1)에서 상기 제1 영역에 공급되는 기체 상태의 프리 암모니아를 포함하는 처리수는 알칼리를 첨가하여 전처리된 폐수일 수 있다.

예컨대, 상기 제1 영역에 공급되는 기체 상태의 프리 암모니아를 포함하는 처리수는 암모니아가 포함된 피처리수에 알칼리를 첨가하여 피처리수에 용존되어 있는 적어도 일부의 암모늄 이온이 기체 상태의 프리 암모니아로 변환되어 얻어진 것일 수 있다.

예컨대, 상기 제1 영역에 공급되는 기체 상태의 프리 암모니아를 포함하는 처리수는 암모니아가 포함된 피처리수에 알칼리를 첨가하여 pH 가 약 10 내지 12로 조절된 것일 수 있다.

상기 알칼리는 NaOH, 소석회, 생석회, 소다회에서 선택될 수 있다.

암모늄 이온이 용존된 산성 수용액을 생산하는 단계(S1)에서 상기 제1 영역에 공급되는 기체 상태의 프리 암모니아를 포함하는 처리수는 전처리되지 않은 폐수일 수 있다.

암모늄 이온이 용존된 산성 수용액을 생산하는 단계(S1)에서 상기 제2 영역의 일 측을 통해 공급되는 산성 수용액은 염산, 황산, 질산, 인산, 구연산 및 옥살산으로 이루어진 군에서 선택된 산성물질의 수용액일 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.

상기 산성 수용액은 수용액 전체 100 중량부 대비 산성물질이 40 중량부 미만으로 포함된 것일 수 있다.

일 실시예에 따라 상기 제2 영역의 일 측을 통해 공급되는 산성 수용액은 수용액 전체 100 중량부 대비 인산이 40 중량부 미만으로 포함된 인산 수용액일 수 있다.

예를 들어, 인산 수용액은 수용액 전체 100 중량부 대비 인산이 40 중량부 미만, 인산이 35 중량부 이하, 또는 인산이 30 중량부 이하로 포함된 것일 수 있다.

구체적으로, 인산 수용액은 수용액 전체 100 중량부 대비 5 내지 15 중량부 또는 5 내지 10 중량부로 포함된 것일 수 있다.

수용액 전체 100 중량부 대비 인산이 40 중량부 이상으로 포함된 인산 수용액을 사용하는 경우 다량의 인산 암모늄이 석출되어 제1 기액 분리막을 오염시킬 수 있고, 이에 따라 제1 기액 분리막을 통한 암모니아 제거 효율이 떨어질 수 있다.

수용액 전체 100 중량부 대비 인산이 5 내지 15 중량부로 포함된 인산 수용액을 사용하는 경우 적은 양의 인산으로도 효율적으로 암모니아를 저감시킬 수 있어 경제적, 환경적으로 우수하다.

인산은 다른 산성 물질, 예컨대 황산에 비해 장비를 부식시키는 속도가 느려 오랜 기간 장비를 사용할 수 있는 장점이 있고, 인산을 이용하는 경우에 폐기물로 배출되는 인산 암모늄이 비료로서 사용가치가 높다는 장점이 있다.

암모늄 이온이 용존된 산성 수용액을 생산하는 단계(S1)에서 상기 제1 영역에 상기 처리수를 공급하는 것은 와류 현상을 발생시켜 공급하는 것일 수 있다.

와류 현상을 발생시켜 처리수를 공급하면 처리수 내에 포함된 프리 암모니아가 보다 효과적으로 제1 기액 분리막을 통과할 수 있고, 궁극적으로 처리수에 포함된 암모니아를 보다 효과적으로 저감시킬 수 있다.

암모늄 이온이 용존된 산성 수용액의 적어도 일부를 상기 제2 영역의 타 측을 통해 회수하는 단계(S2)에서 상기 암모늄 이온이 용존된 산성 수용액은 제1 기액 분리막을 투과하여 이동된 프리 암모니아가 상기 제2 영역에 공급된 산성 수용액에 암모늄 이온으로 용존된 것을 의미한다.

암모늄 이온이 용존된 산성 수용액의 적어도 일부를 상기 제2 영역의 타 측을 통해 회수하는 단계(S2)에서 상기 타 측은 암모늄 이온이 용존된 산성 수용액을 생산하는 단계(S1)에서 산성 수용액이 공급되는 상기 제2 영역의 일 측과 다른 부분을 의미한다.

암모늄 이온이 용존된 산성 수용액의 적어도 일부를 상기 제2 영역의 타 측을 통해 회수하는 단계(S2)에서 암모늄 이온이 용존된 산성 수용액의 적어도 일부가 회수되면, 상기 제2 영역의 일 측으로 다시 공급될 수 있다(S3 참조). 즉, 회수된 암모늄 이온이 용존된 산성 수용액은 상기 제2 영역의 일 측으로 다시 공급되어 제2 영역으로의 순환을 반복할 수 있다. 암모늄 이온이 용존된 산성 수용액이 제2 영역을 순환하면 산성 수용액 내의 암모늄 이온의 농도를 높일 수 있다.

암모늄 이온이 용존된 산성 수용액의 적어도 일부를 상기 제2 영역의 타 측을 통해 회수하는 단계(S2)에서 암모늄 이온이 용존된 산성 수용액의 적어도 일부가 회수되면, 회수된 산성 수용액 내 암모늄 이온과 산성 물질이 반응하여 암모늄염을 생성할 수 있고, 생성된 암모늄염은 복합비료로 사용될 수 있다. 암모늄염은 암모늄 이온이 용존된 산성 수용액을 가열하여 석출함으로써 얻어질 수 있다. 예를 들어 산성 수용액을 인산 수용액으로 사용하면, 인산 암모늄염이 얻어질 수 있다.

암모늄 이온이 용존된 산성 수용액에 암모늄 이온을 추가로 용존시키는 단계(S3)는 상기 회수된 암모늄 이온이 용존된 산성 수용액을 상기 제2 영역의 일 측으로 다시 공급하여, 상기 제1 영역의 처리수 내 프리 암모니아를 제2 영역으로 이동시켜 상기 암모늄 이온이 용존된 산성 수용액에 암모늄 이온의 형태로 추가 용존시켜, 산성 수용액 내의 암모늄 이온의 농도를 높일 수 있다. 이와 같은 연속적인 공정을 통해 처리수 내 프리 암모니아, 나아가 처리수 내 암모니아를 효과적으로 저감시킬 수 있다.

암모늄 이온이 용존된 산성 수용액에 암모늄 이온을 추가로 용존시키는 단계(S3)에서 상기 일 측은 암모늄 이온이 용존된 산성 수용액을 생산하는 단계(S1)에서 산성 수용액이 공급되는 일 측과 동일할 수 있다.

암모늄 이온이 추가로 용존된 산성 수용액의 적어도 일부를 상기 제2 영역의 타 측을 통해 회수하는 단계(S4)에서 암모늄 이온이 추가로 용존된 산성 수용액은 제1 기액 분리막을 투과하여 이동된 프리 암모니아가 상기 제2 영역에 재공급된 암모늄 이온이 용존된 산성 수용액에 암모늄 이온으로 용존된 것을 의미한다.

암모늄 이온이 추가로 용존된 산성 수용액의 적어도 일부를 상기 제2 영역의 타 측을 통해 회수하는 단계(S4)에서 상기 타측은 생산된 상기 암모늄 이온이 용존된 산성 수용액의 적어도 일부를 상기 제2 영역의 타 측을 통해 회수하는 단계(S2)에서 산성 수용액이 회수되는 타 측과 동일할 수 있다.

상기 암모늄 이온을 추가로 용존시키는 단계(S3)와 상기 암모늄 이온이 추가로 용존된 산성 수용액의 적어도 일부를 상기 제2 영역의 타 측을 통해 회수하는 단계(S4)는 상기 제2 영역의 pH가 소정의 값에 도달할 때까지 반복 수행되는 것일 수 있다. 상기 소정의 값을 초과하는 경우 산성 수용액에 암모늄 이온이 다량 용존되어 암모늄 염이 석출될 수 있고, 제1 기액 분리막이 오염되어 폐수로부터 암모니아 제거 효율이 떨어질 수 있다.

상기 소정의 값은 상기 제2 영역에 상기 산성 수용액을 공급한 직후에 측정된 상기 제2 영역의 pH 대비 상기 제2 영역의 pH가 3 내지 4 증가한 값일 수 있다.

일 실시예에 따라, 암모늄 이온이 용존된 산성 수용액을 생산하는 단계(S1)에서 상기 산성 수용액을 공급한 직후에 측정한 제2 영역의 pH 값이 0.5 인 경우, 상기 제2 영역의 pH 값이 3.5 내지 4.5가 될 때까지 상기 암모늄 이온을 추가로 용존시키는 단계(S3)와 상기 암모늄 이온이 추가로 용존된 산성 수용액의 적어도 일부를 상기 제2 영역의 타 측을 통해 회수하는 단계(S4)를 반복하여 수행할 수 있다.

실시예를 통해 산성 수용액을 공급하고 계속 순환시키는 경우 산성 수용액이 공급된 제2 영역의 pH 가 증가하며, pH 값이 소정의 범위 이상으로 증가한 경우 암모니아 폐수 처리 효율이 현저히 낮아진다는 것을 확인하였다. 이에, pH 값이 소정의 범위 이상으로 증가하면 순환되고 있는 산성 수용액을 제거하고 새로운 산성 수용액을 공급함으로써, 비용적, 시간적 측면에서 우수한 효율로 암모니아 폐수를 처리할 수 있다.

본 발명의 암모니아를 포함하는 폐수의 처리 방법은 상기 암모늄 이온을 추가로 용존시키는 단계(S3)와 상기 암모늄 이온이 추가로 용존된 산성 수용액의 적어도 일부를 상기 제2 영역의 타 측을 통해 회수하는 단계(S4)를 반복 수행하다가 상기 제2 영역의 pH가 소정의 값에 도달하면 상기 반복 수행을 중단하고, 상기 제2 영역의 일 측을 통해 상기 산성 수용액을 재공급하는 단계(S5)를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에 따라, 암모늄 이온이 용존된 산성 수용액을 생산하는 단계(S1)에서 상기 산성 수용액을 공급한 직후에 측정한 제2 영역의 pH 값이 0.5 인 경우, 상기 제2 영역의 pH가 3이 될 때까지 암모늄 이온이 용존된 산성 수용액을 상기 제2 영역에 순환시키고, 상기 제2 영역의 pH가 3을 초과하면 상기 암모늄 이온이 용존된 산성 수용액 대신 새로운 산성 수용액을 상기 제2 영역의 일 측을 통해 다시 공급할 수 있다.

상기 제2 영역의 일 측을 통해 상기 산성 수용액을 재공급하는 단계(S5)에서 상기 산성 수용액을 재공급하면, 상기 제1 영역의 피처리수로부터 프리 암모니아가 제2 영역으로 이동되고 상기 인산 수용액에 암모늄 이온으로 용존되어 암모늄 이온이 용존된 산성 수용액이 생산될 수 있다.

생산된 암모늄 이온이 용존된 산성 수용액은 상기 제2 영역의 타측으로 회수되고(S2), 상기 제2 영역을 순환할 수 있다.

본 발명의 암모니아를 포함하는 폐수의 처리 방법은 제1 영역에 공급된 상기 처리수는 상기 제1 영역을 순환하지 않고, 상기 제1 영역으로부터 배출되어 후속 처리 공정으로 이동하는 것일 수 있다. 즉, 제2 영역에 공급되는 산성 수용액과는 달리 제1 영역에 공급되는 처리수는 제1 영역을 순환하지 않는다.

본 발명의 암모니아를 포함하는 폐수의 처리 방법은 상기 제1 영역의 처리수 내 잔존 암모니아 농도가 미리 결정된 값에 도달하면 상기 제1 영역에서 처리수를 배출시켜 후속 공정으로 이동시킬 수 있다. 상기 미리 결정된 값은 50mg/L 일수 있다. 암모니아 농도가 충분히 저감되지 않은 폐수를 후속 처리 공정 단계로 이동시키게 되면 암모니아의 독성에 의해 후속 처리 공정에 악영향을 미칠 수 있다.

제1 영역에서 암모니아가 저감된 처리수를 배출시켜 후속 공정으로 이동시킨 후, 제1 기액 분리막을 기준으로 구분된 제1 영역에 기체 상태의 프리 암모니아를 포함하는 처리수를 재공급할 수 있다.

본 발명의 암모니아를 포함하는 폐수의 처리 방법은 상기 프리 암모니아를 포함하는 처리수를 상기 제1 영역에 공급하기 전에 와류 발생기에 통과시켜 와류 현상을 발생시키는 단계;를 더 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이 와류 현상을 발생시키는 단계를 거쳐 처리수를 공급하게 되면 처리수 내에 포함된 프리 암모니아가 보다 효과적으로 제1 기액 분리막을 통과할 수 있고, 궁극적으로 처리수에 포함된 암모니아를 보다 효과적으로 저감시킬 수 있다.

상기 와류 발생기는 공지된 장치를 사용할 수 있으며, 예컨대 와류 발생기는 linemixer를 사용할 수 있다.

본 발명의 암모니아를 포함하는 폐수의 처리 방법은 상기 와류 현상을 발생시키는 단계를 수행하기 전 암모니아를 포함하는 피처리수에 알칼리성 물질을 처리하여 상기 피처리수에 포함된 암모니아의 적어도 일부를 기체 상태의 프리 암모니아로 변환시켜 상기 기체 상태의 프리 암모니아를 포함하는 처리수를 얻는 단계;를 더 포함할 수 있다. 상기 프리 암모니아를 포함하는 처리수를 얻는 단계를 거치면 제1 기액 분리막에 공급되는 처리수 내 프리 암모니아의 농도가 더 높아져, 보다 효율적으로 폐수 내 암모니아를 저감시킬 수 있다.

본 발명의 암모니아를 포함하는 폐수의 처리 방법에서 제1 기액 분리막에 주입되는 처리수와 산성 수용액은 반대 방향 또는 동일 방향으로 순환할 수 있다.

상기 제1 기액 분리막의 상기 제1 영역에 공급된 상기 처리수는 상기 제1 영역으로부터 배출되어 후속 처리 공정으로 이동하는 것일 수 있다. 즉, 상기 제1 기액 분리막의 상기 제1 영역에 공급된 처리수는 상기 제1 기액 분리막을 순환하지 않고 바로 배출되어 후속 공정으로 이동되는 것일 수 있다.

본 발명의 암모니아를 포함하는 폐수의 처리 방법에 따르면 위와 같이 제1 기액 분리막의 상기 제1 영역에 공급된 처리수를 제1 기액 분리막에서 순환시키지 않더라도 우수한 효율로 폐수 내 암모니아를 제거할 수 있기 때문에, 처리수를 제1 기액 분리막에서 순환시키지 않고 바로 후속 공정으로 이동시킴으로써 동일한 시간 동안 다량의 암모니아를 포함하는 폐수를 처리할 수 있는 장점이 있다.

본 발명의 암모니아를 포함하는 폐수의 처리 방법은 상기 암모늄 이온(NH₄ ⁺)이 용존된 산성 수용액을 생산하는 단계를 수행하기 전 암모니아가 포함된 피처리수를 제2 기액 분리막에 순환시켜 상기 기체 상태의 프리 암모니아를 포함하는 처리수를 얻는 단계;를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 암모니아가 포함된 피처리수를 제2 기액 분리막에서 순환시켜 피처리수보다 저감된 프리 암모니아를 포함하는 처리수를 얻고, 상기 처리수를 상기 제1 기액 분리막의 제1 영역에 공급하여 암모니아가 보다 더 저감된 처리수를 상기 제1 기액 분리막으로부터 배출시켜 후속 공정으로 이동시킬 수 있다(도 3 참조).

암모니아가 포함된 피처리수를 제2 기액 분리막에 순환시키는 단계를 더 포함하면 암모니아 제거효율이 높아질 수 있다.

본 발명의 암모니아를 포함하는 폐수의 처리 방법은 상기 프리 암모니아를 포함하는 처리수를 상기 제1 영역에 공급하기 전에 와류 발생기에 통과시켜 와류 현상을 발생시키는 단계;를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명은 암모니아를 포함하는 폐수를 처리하기 위해 사용되는 장치를 제공한다.

이하, 도 2 및 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 암모니아를 포함하는 폐수의 처리 장치에 대해 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 암모니아를 포함하는 폐수의 처리 장치(1000)는 암모니아 폐수 탱크(100), 산성 수용액 탱크(200) 및 제1 기액 분리막 모듈(300)을 포함한다.

암모니아 폐수 탱크(100)는 암모니아 폐수가 포함되어 있으며, 제1 기액 분리막 모듈(300)의 제1 영역의 일측에 연결되어 상기 제1 영역에 암모니아 폐수를 공급할 수 있다.

제1 기액 분리막 모듈(300)의 제 1영역의 타측은 암모니아 폐수 탱크(100)에 다시 연결될 수 있다. 이 경우, 제1 기액 분리막 모듈(300)로부터 배출된 폐수, 즉 암모니아가 저감된 처리수는 상기 암모니아 폐수 탱크(100)로 다시 공급된 후 상기 제1 기액 분리막 모듈(300)로 재공급되어 순환될 수 있다(도 2 참조). 이처럼 제1 기액 분리막 모듈(300)로부터 배출된 폐수가 제1 기액 분리막 모듈(300)을 순환하는 경우 순환되는 폐수에서 암모니아 제거 효율이 높아질 수는 있으나, 한번 공급된 폐수가 제1 기액 분리막 모듈(300)을 순환하는 동안 다른 폐수는 제1 기액 분리막 모듈(300)로 공급되지 못해 전체 폐수 처리 공정의 관점에서 봤을 때 하루에 처리될 수 있는 암모니아 폐수의 총 양이 적다는 단점이 있다. 또한, 제1 기액 분리막 모듈(300)로부터 배출된 폐수가 순환할 때 필요한 추가 설비나 비용이 필요한 단점이 있다.

본 발명의 장치는 한번 공급된 폐수가 제1 기액 분리막 모듈(300)을 순환하지 않고 후속 처리 공정으로 바로 이동하는 형태를 가질 수 있다. 구체적으로, 제1 기액 분리막 모듈(300)의 제 1영역의 타측은 후속 공정을 수행하는 영역으로 바로 연결되거나, 제1 기액 분리막 모듈(300)로부터 배출된 폐수가 저장될 수 있는 처리수 탱크(700)와 연결될 수 있다. 상기 처리수 탱크(700)는 제1 기액 분리막 모듈(300)로부터 배출된 폐수가 후속 공정이 수행되는 영역으로 전달되기 전에 저장될 수 있는 공간일 수 있다.

이 경우, 제1 기액 분리막 모듈(300)로부터 배출된 폐수, 즉 암모니아가 저감된 처리수는 상기 암모니아 폐수 탱크(100)로 다시 공급되지 않고, 후속 처리 공정으로 이동한다. 본 발명의 장치(1000)를 이용하면 암모니아 제거 효율이 우수하기 때문에, 제1 기액 분리막 모듈(300)로부터 배출된 폐수가 다시 제1 기액 분리막 모듈(300)을 다시 순환하지 않고 후속 공정으로 바로 이동하더라도 다음 공정을 수행함에 악영향을 미치지 않는다. 이 경우, 전체 폐수 처리 공정에 있어서 다량의 폐수를 보다 효율적으로 처리할 수 있다.

암모니아 폐수 탱크(100) 주변에 Batch type으로 제2 기액 분리막이 설치될 수 있다. 전술한 바와 같이 제1 기액 분리막 모듈(300)을 순환하지 않고 후속 처리 공정으로 바로 이동하는 형태를 가지는 장치의 경우 제2 기액 분리막이 설치되면 보다 우수한 효율로 암모니아를 저감시킬 수 있다.

상기 암모니아 폐수는 프리 암모니아를 전혀 포함하지 않을 수도 있고, 프리 암모니아를 포함할 수도 있다.

산성 수용액 탱크(200)는 산성 수용액이나 암모늄 이온이 용존된 산성 수용액이 포함되어 있으며, 제1 기액 분리막 모듈(300)의 제2 영역에 연결되어 상기 제2 영역에 산성 수용액이나 암모늄 이온이 용존된 산성 수용액을 공급할 수 있다.

암모늄 이온이 용존된 산성 수용액은 상기 제1 기액 분리막의 제1 영역에서 프리 암모니아가 투과되어 제2 영역에 위치하는 산성 수용액 또는 산성 수용액에 암모늄 이온으로 용존되어 얻어진 것이다.

제1 기액 분리막 모듈(300)은 기액 분리막을 포함하는 구조로, 처리수에 존재하는 프리 암모니아를 저감시키는 역할을 할 수 있다.

제1 기액 분리막 모듈(300)은 수처리 분야에서 공지된 구조를 사용할 수 있으며, 구체적인 구조는 제한되지 않는다.

제1 기액 분리막 모듈(300)은 기액 분리막을 포함하고, 기액 분리막을 기준으로 제1 및 제2 영역으로 구분되어 있다.

예를 들어, 제1 기액 분리막 모듈(300)은 원통형 기액 분리막을 포함하고, 안쪽 영역과 바깥쪽 영역으로 구분되어 있다. 이 때, 상기 제1 영역이 안쪽 영역이고 제2 영역이 바깥쪽 영역일수 있고; 상기 제1 영역이 바깥쪽 영역이고 상기 제2 영역이 안쪽 영역일 수 있다.

일 실시예에 따르면 제1 기액 분리막 모듈(300)의 안쪽 영역이 암모니아 폐수 탱크(100)와 연결되고, 바깥쪽 영역이 산성 수용액 탱크(200)와 연결될 수 있다.

일 실시예에 따르면 제1 기액 분리막 모듈(300)의 바깥쪽 영역이 암모니아 폐수 탱크(100)와 연결되고, 안쪽 영역이 산성 수용액 탱크(200)와 연결될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 암모니아를 포함하는 폐수의 처리 장치(1000)는 암모니아 폐수 탱크(100)와 제1 기액 분리막 모듈(300)이 연결되는 라인의 중간에 제1 와류 발생기(400)를 더 포함할 수 있다.

제1 와류 발생기(400)는 암모니아 폐수 탱크(100)가 상기 제1 기액 분리막 모듈(300)의 일 영역에 연결되는 라인 상에 설치될 수 있다.

제1 와류 발생기(400)를 이용하면 암모니아 폐수 탱크(100)로부터 제1 기액 분리막 모듈(300)로 이동하는 암모니아 폐수에 와류 현상이 발생하고, 암모니아 폐수 내에 포함된 프리 암모니아가 보다 효과적으로 기액 분리막을 통과할 수 있어 궁극적으로 폐수에 포함된 암모니아를 보다 효과적으로 저감시킬 수 있다.

제1 와류 발생기(400)는 암모니아 폐수 탱크(100)로부터 제1 기액 분리막 모듈(300)로 이동하는 암모니아 폐수에 와류 현상을 발생시킬 수 있는 것이면 형태나 종류는 제한되지 않는다.

제1 와류 발생기(400)는 공지된 와류 발생 장치일 수 있고, 예컨대 linemixer일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 암모니아를 포함하는 폐수의 처리 장치(1000)는 산성 수용액 탱크(200)와 제1 기액 분리막 모듈(300)이 연결되는 라인의 중간에 제2 와류 발생기(600)를 더 포함할 수 있다.

제2 와류 발생기(600)는 산성 수용액 탱크(200)가 상기 제1 기액 분리막 모듈(300)의 일 영역에 연결되는 라인 상에 설치될 수 있다.

제2 와류 발생기(600)를 이용하면 산성 수용액 탱크(200)로부터 제1 기액 분리막 모듈(300)로 이동하는 산성 수용액 또는 산성 수용액에 와류 현상이 발생하여, 수용액이 제1 기액 분리막 모듈(300)에 보다 효율적으로 전달될 수 있고, 궁극적으로 폐수에 포함된 암모니아를 보다 효과적으로 저감시킬 수 있다.

제2 와류 발생기(600)는 산성 수용액 탱크(200)로부터 제1 기액 분리막 모듈(300)로 이동하는 산성 수용액 또는 산성 수용액에 와류 현상을 발생시킬 수 있는 것이면 형태나 종류는 제한되지 않는다.

제2 와류 발생기(600)는 공지된 와류 발생 장치일 수 있고, 예컨대 linemixer일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 암모니아를 포함하는 폐수의 처리 장치(1000)는 암모니아 폐수 탱크(100)와 제1 기액 분리막 모듈(300)이 연결되는 라인의 중간에 알칼리 첨가부(500)를 더 포함할 수 있다.

알칼리 첨가부(500)로 알칼리성 물질이 주입될 수 있다. 알칼리성 물질은 NaOH, KOH, 소석회, 생석회, 소다회에서 선택될 수 있다.

알칼리 첨가부(500)를 통해 알칼리성 물질을 주입하면, 암모니아 폐수 탱크(100)로부터 제1 기액 분리막 모듈(300)로 이동하는 암모니아 폐수에 존재하는 암모늄 이온이 프리 암모니아로 변환되어, 보다 효과적으로 암모니아를 저감시킬 수 있다.

알칼리 첨가부(500)는 암모니아 폐수 탱크(100)와 제1 와류 발생기(400)가 연결되는 라인의 중간에 위치할 수 있다.

암모니아 폐수 탱크(100)와 제1 와류 발생기(400)가 연결되는 라인에 존재하는 알칼리 첨가부(500)에 알칼리성 물질을 주입하면 그렇지 않은 경우에 비해 폐수에 존재하는 보다 많은 양의 암모늄 이온을 프리 암모니아 형태로 변환시켜 기액 분리막에 통과시킬 수 있으며, 궁극적으로 폐수로부터 암모니아를 효과적으로 저감시킬 수 있다.

이하, 실시예를 들어 본 발명의 구성 및 효과를 보다 구체적으로 설명한다. 그러나 아래 실시예는 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해 예시의 목적으로만 제공된 것일 뿐 본 발명의 범주 및 범위가 그에 의해 제한되는 것은 아니다.

1. 산성 수용액의 농도에 따른 암모니아 제거 효과

실시예 1 내지 3과 비교예 1을 통해 인산 수용액의 농도에 따른 암모니아 제거 효과 차이를 확인하였다.

실시예 1

암모니아를 포함하는 원수에 알칼리 NaOH를 처리한 처리수를 원통형 기액 분리막(상품명 Liqui-cel, 제조사 3M)을 기준으로 안쪽 영역에 일 측을 통해 공급하였고 상기 공급된 일측과 다른 타측을 통해 배출시켰다(도3 참조). 또한, 원통형 기액 분리막을 기준으로 바깥쪽 영역에 수용액 전체 대비 2.6 중량%의 인산을 포함하는 인산 수용액을 공급하고 순환시켰다. 처리수와 인산 수용액은 방향을 다르게 하여 순환시켰다. 원통형 기액 분리막을 기준으로 바깥쪽 영역의 pH가 최초 인산 수용액을 공급한 경우 보다 약 pH3-4 높아졌을 때 순환하고 있는 인산 수용액을 제거하고, 최초에 공급하였던 수용액 전체 대비 10 중량%의 인산을 포함하는 인산 수용액을 재공급 하였다. 원통형 기액 분리막을 기준으로 양쪽 영역에 처리수와 인산 수용액을 공급하는 속도는 각각0.118m/s, 0.0031m/s 로 설정하였다.

실시예 2

실시예 1과 동일하되, 원통형 기액 분리막을 기준으로 바깥쪽 영역에 공급 및 재공급되는 인산 수용액으로 수용액 전체 대비 10 중량%의 인산을 포함하는 인산 수용액을 이용하였다.

실시예 3

실시예 1과 동일하되, 원통형 기액 분리막을 기준으로 바깥쪽 영역에 공급 및 재공급되는 인산 수용액으로 수용액 전체 대비 30 중량%의 인산을 포함하는 인산 수용액을 이용하였다.

비교예 1

실시예 1과 동일하되, 원통형 기액 분리막을 기준으로 바깥쪽 영역에 공급 및 재공급되는 인산 수용액으로 수용액 전체 대비 40 중량%의 인산을 포함하는 인산 수용액을 이용하였다.

암모니아 제거 효과 확인

실시예 1 내지 3 및 비교예 1의 폐수 내 암모니아 제거 효과를 확인하기 위해, 각 공정에서 특정 시간이 경과한 후 처리수의 암모니아 농도를 측정하였다. 그 결과, 표 1 및 도 4처럼 인산 수용액이 일정 농도보다 높은 경우 폐수 내 암모니아 제거 효율에 영향을 주지 않는다는 것을 확인할 수 있었으며, 특히 인산 수용액이 40% 농도 이상인 경우 폐수 내 암모니아 제거 효율이 오히려 10% 정도 낮아지는 것을 확인할 수 있었다.

구분	실시예 2		비교예 1
수행 시간 (min)	처리수 내 잔존 암모니아 농도 (mg/L)	최초 처리수 대비 암모니아 제거율 (%)	처리수 내 잔존 암모니아 농도 (mg/L)	최초 처리수 대비 암모니아 제거율 (%)
0	1336	0	2197	0
30	1019	23.7	1811	17.6
60	856	36.8	1584	27.9
90	676	49.4	1388	36.8
120	535	60.8	1119	49.1
150	428	68.2	982	55.3
180	345	74.2	774	64.8

위와 같은 결과는 40% 농도의 인산 수용액을 처리한 경우 기액 분리막을 통과한 프리 암모니아와 인산 수용액의 반응에 의해 기액 분리막을 기준으로 바깥쪽 영역에서 다량의 염이 석출되어(도 5 참조) 기액 분리막을 오염시키게 되며, 이로 인해 오히려 처리수에 잔존하는 프리 암모니아가 기액 분리막을 통과하기 어렵게 만들어서 처리수 내 암모니아를 제거율이 낮아진 것으로 볼 수 있다.

2. 처리수와 산성 수용액의 공급 영역에 따른 암모니아 제거 효과

실시예 4와 비교예 2를 통해 처리수와 인산 수용액의 공급 영역에 따른 암모니아 제거 효과 차이를 확인하였다.

실시예 4

암모니아를 포함하는 원수에 알칼리 NaOH를 처리한 처리수를 원통형 기액 분리막을 기준으로 안쪽 영역에 일 측을 통해 공급하였고 상기 공급된 일측과 다른 타측을 통해 배출시켰다. 또한, 원통형 기액 분리막을 기준으로 바깥쪽 영역에 수용액 전체 대비 10중량%의 인산을 포함하는 인산 수용액을 공급하고 순환시켰다. 처리수와 인산 수용액은 방향을 다르게 하여 순환시켰다. 원통형 기액 분리막을 기준으로 양쪽 영역에 처리수와 인산 수용액을 공급하는 속도는 0.118m/s, 0.0031m/s 로 설정하였다.

비교예 2

실시예 4와 동일하되, 원통형 기액 분리막을 기준으로 바깥쪽 영역에 처리수를 공급하고, 안쪽 영역에 수용액 전체 대비 10중량%의 인산을 포함하는 인산 수용액을 공급하고 순환시켰다,

암모니아 제거 효과 확인

실시예 4 및 비교예 2의 폐수 내 암모니아 제거 효과를 비교하기 위해, 각 공정에서 특정 시간이 경과한 후 처리수의 암모니아 농도를 측정하였다.

그 결과 도 6처럼 원통형 기액 분리막을 기준으로 안쪽 영역에 처리수를 공급한 내압식 공정(실시예 4)이 기액 분리막을 기준으로 바깥쪽 영역에 처리수를 공급한 외압식 공정(비교예 2) 보다 우수한 암모니아 제거 효과를 나타내었다.

3. 처리수와 산성 수용액의 순환 방향에 따른 암모니아 제거 효과

실시예 5와 6을 통해 처리수와 인산 수용액의 공급 방향(순환 방향)에 따른 암모니아 제거 효과 차이를 확인하였다.

실시예 5

암모니아를 포함하는 원수에 알칼리 NaOH를 처리한 처리수를 원통형 기액 분리막을 기준으로 안쪽 영역에 일 측을 통해 공급하였고 상기 공급된 일측과 다른 타측을 통해 배출시켰다 또한, 원통형 기액 분리막을 기준으로 바깥쪽 영역에 수용액 전체 대비 10중량%의 인산을 포함하는 인산 수용액을 공급하고 순환시켰다. 원통형 기액 분리막을 기준으로 양쪽 영역에 처리수와 인산 수용액을 공급하는 속도는 0.118m/s, 0.0031m/s 로 설정하였다. 처리수와 인산 수용액은 방향을 다르게 하여 순환시켰다.

실시예 6

실시예 5와 동일하되, 처리수와 인산 수용액은 방향을 동일하게 하여 순환시켰다.

암모니아 제거 효과 확인

실시예 5 내지 6의 폐수 내 암모니아 제거 효과를 비교하기 위해, 각 공정에서 특정 시간이 경과한 후 처리수의 암모니아 농도를 측정하였다.

그 결과 도 7처럼 처리수와 인산 수용액을 교차하여 다른 방향으로 순환시킨 공정 (실시예 5)과 처리수와 인산 수용액을 동일 방향으로 순환시킨 공정 (실시예 6)의 암모니아 제거효과는 거의 유사하였다.

4. 기액 분리막의 일 영역에서 순환되는 산성 수용액의 최적 공급 조건 확인

실시예 7을 통해 기액 분리막의 일 영역에서 순환되는 인산 수용액의 최적 공급 조건을 확인하기 위해 아래와 같이 인산 수용액이 순환되는 기액 분리막 내의 상기 일 영역의 pH 조건과 암모니아 제거 효율을 확인하였다.

실시예 7

암모니아를 포함하는 원수에 알칼리 NaOH를 처리한 처리수를 원통형 기액 분리막을 기준으로 안쪽 영역에 일 측을 통해 공급하였고 상기 공급된 일측과 다른 타측을 통해 배출시켰다(도3 참조). 또한, 원통형 기액 분리막을 기준으로 바깥쪽 영역에 수용액 전체 대비 10 중량%의 인산을 포함하는 인산 수용액을 공급하고, 처리수와 달리 계속 순환시켰다. 최초 인산 수용액을 공급한 때 원통형 기액 분리막을 기준으로 바깥쪽 영역의 pH는 pH 1로 측정되었다. 원통형 기액 분리막을 기준으로 양쪽 영역에 처리수와 인산 수용액을 공급하는 속도는 0.118m/s, 0.0031m/s 로 설정하였다.

암모니아 제거 효과 확인

최초 인산 수용액을 처리한 때로부터 20-30분 간격으로 기액 분리막 내 인산 수용액이 위치하는 일 영역의 pH와 기액 분리막 내 폐수가 위치하는 타 영역에서의 암모니아 제거 효율을 측정하였다. 그 결과 기액 분리막 내 인산 수용액이 순환하는 영역의 pH값이 최초 pH 값 대비 2-4 증가하는 시점을 기준으로 암모니아 제거효율이 현저하게 감소하였다(도 8 참조). 이를 통해 기액 분리막 내 인산 수용액이 순환하는 영역의 pH값이 최초 pH 값 대비 2-4 증가하는 시점에 기액 분리막 내 인산 수용액이 순환하는 영역에서 순환하는 인산 수용액을 제거하고, 새로운 인산 수용액을 공급하면 적은 양의 인산으로 우수한 효율로 암모니아 제거 효율이 보다 높아질 것임을 알 수 있었다.

5. 기액 분리막을 기준으로 일 영역에 와류 현상을 발생시켜 처리수를 공급하는 경우의 암모니아 제거 효과

실시예 8과 비교예 4를 통해 프리 암모니아를 포함하는 처리수의 공급 형태에 따른 암모니아 제거 효과 차이를 확인하였다.

실시예 8

암모니아를 포함하는 원수에 알칼리 NaOH를 처리한 처리수를 원통형 기액 분리막을 기준으로 안쪽 영역에 일 측을 통해 공급하였고 상기 공급된 일측과 다른 타측을 통해 배출시켰다. 이 때 상기 처리수는 와류 현상을 발생시키면서 공급하였다(도 9 참조). 또한, 원통형 기액 분리막을 기준으로 바깥쪽 영역에 수용액 전체 대비 10 중량%의 인산을 포함하는 인산 수용액을 공급하고 계속 순환시켰다. 처리수와 인산 수용액은 방향을 다르게 하여 순환시켰다. 원통형 기액 분리막을 기준으로 바깥쪽 영역의 pH가 최초 인산 수용액을 공급한 경우 보다 약 pH3-4 높아졌을 때 순환하고 있는 인산 수용액을 제거하고, 최초에 공급하였던 수용액 전체 대비 10 중량%의 인산을 포함하는 인산 수용액을 재공급하였다. 원통형 기액 분리막을 기준으로 양쪽 영역에 처리수와 인산 수용액을 공급하는 속도는 0.118m/s, 0.0031m/s 로 설정하였다.

비교예 4

실시예 8과 동일하되, 상기 처리수는 와류 현상을 발생시키지 않으면서 공급하였다.

암모니아 제거 효과 확인

실시예 8 및 비교예 4의 폐수 내 암모니아 제거 효과를 비교하기 위해, 각 공정에서 특정 시간이 경과한 후 처리수의 암모니아 제거율을 측정하였다. 그 결과, 와류현상을 발생시킨 실시예 8의 암모니아 제거율이 약 5% 정도 높게 나타났다(도 10 참조).

부호의 설명

S1: 암모늄 이온이 용존된 산성 수용액을 생산하는 단계

S2: 암모늄 이온이 용존된 산성 수용액의 적어도 일부를 상기 제2 영역의 타 측을 통해 회수하는 단계

S3: 암모늄 이온이 용존된 산성 수용액에 암모늄 이온을 추가로 용존시키는 단계

S4: 암모늄 이온이 추가로 용존된 산성 수용액의 적어도 일부를 상기 제2 영역의 타 측을 통해 회수하는 단계

S5; 제2 영역의 일 측을 통해 상기 산성 수용액을 재공급하는 단계

1000: 암모니아를 포함하는 폐수의 처리 장치

100: 암모니아 폐수 탱크

200: 산성 수용액 탱크

300: 제1 기액 분리막 모듈

400: 제1 와류 발생기

500: 알칼리 첨가부

600: 제2 와류 발생기

700: 제2 기액 분리막

Claims

제1 기액 분리막을 기준으로 구분된 제1 영역에 기체 상태의 프리 암모니아를 포함하는 처리수를 공급하고 상기 제1 기액 분리막을 기준으로 구분된 제2 영역의 일 측을 통해 산성 수용액을 공급하여, 상기 프리 암모니아를 상기 제2 영역으로 이동시키고 상기 제2 영역에 위치하는 상기 산성 수용액에 용존시켜 암모늄 이온(NH₄ ⁺)이 용존된 산성 수용액을 생산하는 단계;

생산된 상기 암모늄 이온이 용존된 산성 수용액의 적어도 일부를 상기 제2 영역의 타 측을 통해 회수하는 단계;

상기 제2 영역의 타 측을 통해 회수된 암모늄 이온이 용존된 산성 수용액을 상기 제2 영역의 일 측으로 재공급하여, 상기 제1 영역의 프리 암모니아를 상기 제2 영역으로 이동시키고 상기 제2 영역에 위치하는 암모늄 이온이 용존된 산성 수용액에 암모늄 이온을 추가로 용존시키는 단계; 및

암모늄 이온이 추가로 용존된 산성 수용액의 적어도 일부를 상기 제2 영역의 타 측을 통해 회수하는 단계를 포함하고,

상기 암모늄 이온을 추가로 용존시키는 단계와 상기 암모늄 이온이 추가로 용존된 산성 수용액의 적어도 일부를 상기 제2 영역의 타 측을 통해 회수하는 단계는 상기 제2 영역의 pH가 소정의 값에 도달할 때까지 반복 수행되는, 암모니아를 포함하는 폐수의 처리 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 산성 수용액은 수용액 전체 100 중량부 대비 인산이 40 중량부 미만으로 포함된 인산 수용액인, 암모니아를 포함하는 폐수의 처리 방법.
청구항 2에 있어서, 상기 인산 수용액은 수용액 전체 100 중량부 대비 인산이 5 내지 10 중량부로 포함된 것인, 암모니아를 포함하는 폐수의 처리 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 소정의 값은 상기 산성 수용액을 공급한 직후에 측정된 상기 제2 영역의 pH 대비 3 내지 4 증가한 값인, 암모니아를 포함하는 폐수의 처리 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 제2 영역의 pH가 소정의 값에 도달하면 상기 반복 수행을 중단하고, 상기 제2 영역의 일 측을 통해 상기 산성 수용액을 재공급하는 단계;를 더 포함하는, 암모니아를 포함하는 폐수의 처리 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 제1 영역에 상기 처리수를 공급하는 것은 와류 현상을 발생시켜 공급하는 것인, 암모니아를 포함하는 폐수의 처리 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 프리 암모니아를 포함하는 처리수는 암모니아가 포함된 피처리수에 알칼리를 첨가하여 상기 피처리수 내의 적어도 일부의 암모늄 이온이 기체 상태의 프리 암모니아로 변환되어 얻어진 것인, 암모니아를 포함하는 폐수의 처리 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 프리 암모니아를 포함하는 처리수를 상기 제1 영역에 공급하기 전에 와류 발생기에 통과시켜 와류 현상을 발생시키는 단계;를 더 포함하는, 암모니아를 포함하는 폐수의 처리 방법.
청구항 8에 있어서, 상기 와류 현상을 발생시키는 단계를 수행하기 전 암모니아를 포함하는 피처리수에 알칼리성 물질을 처리하여 상기 피처리수에 포함된 암모니아의 적어도 일부를 기체 상태의 프리 암모니아로 변환시켜 상기 기체 상태의 프리 암모니아를 포함하는 처리수를 얻는 단계;를 더 포함하는, 암모니아를 포함하는 폐수의 처리 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 폐수는 반도체 공정에서의 폐수인, 암모니아를 포함하는 폐수의 처리 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 제1 영역에 공급된 상기 처리수는 상기 제1 영역을 순환하지 않고, 상기 제1 영역으로부터 배출되어 후속 처리 공정으로 이동하는 것인, 암모니아를 포함하는 폐수의 처리 방법.
청구항 11에 있어서, 상기 배출은 상기 제1 영역에 위치하는 상기 처리수 내 암모니아 농도가 미리 결정된 값에 도달하면 수행되는 것인, 암모니아를 포함하는 폐수의 처리 방법.
청구항 11에 있어서, 상기 암모늄 이온(NH₄ ⁺)이 용존된 산성 수용액을 생산하는 단계를 수행하기 전 암모니아가 포함된 피처리수를 제2 기액 분리막에 순환시켜 상기 기체 상태의 프리 암모니아를 포함하는 처리수를 얻는 단계;를 더 포함하는, 암모니아를 포함하는 폐수의 처리 방법.