클로로아미노형 다공성 음이온교환수지에 의한

크롬도금 폐수의 흡착처리

최정균·양종규·전성균*·이성식**

부산정보대학 환경화학계열, 양산대학 산업안전과*, 동아대학교 화학공학과**

Adsorption Treatment of Chromium Plating Wastewater with Chloro-Amino type Porous Anion Exchanger

Jung-Gyun Choi,Jong-Gyu Yang,Sung-Kyun Jeon*,Sung-Sik Lee**

Dept. of Envir. & Chemi., Pusan College of Information Technology

Dept. of Industrial Safty,YangSan College*

Dept. of Chemical Engineering, Dong-A University**

1. 서  론

크롬산과 황산을 함유한 용액을 사용하여 도금 및 세척하는 과정의 크롬도금공장 또는 무기염료, 안료공업, 피혁공장의 폐수에는 상당량의 크롬이온이 함유되어 있으므로 크롬이온의 효과적인 처리기술 개발이 요구된다. 자동차, 반도체산업에 널리 이용되고 있는 크롬도금의 공장폐수의 재이용기술의 개발은 절수와 환경보전의 관점에서 대단히 중요하다. 수용액 중 크롬이온의 제거방법은 환원제에 의한 환원 후 수산화물이나 polysulfide 침전 또는 응집 등 화학적 침전법이 널리 알려져 있으나 처리시간이 길며, 효율이 낮을 뿐만 아니라 중금속을 함유한 다량의 슬러지가 발생하는 단점이 있다. 본 연구는 크롬도금공장폐수의 효과적인 처리와 재이용을 위하여, 기존처리 공장의 공정별 처리 효율을 조사하고 완전혼합형 회분식장치내에서 클로로아민형 음이온교환수지를 이용하여 크롬이온의 흡착처리 특성을 실험조사 하였다.

2. 실험방법

기존공정의 처리효율은 국내 소재의 자동차 안테나 도금공장폐수의 성분을 전량분석하고, 처리공정별로 성분을 분석하여  조사하였다. 흡착제거 실험장치는 직경 12.5cm, 높이 22cm의 유리로 되어 있고, 스테인레스 스틸로 제조한 4개의 방해판이 들어 있는 완전혼합형 회분식으로 온도가 25+1℃로 유지된 항온조에서 사용하였다. 흡착실험은 일정한 pH로 조절된 수용액 200cm3과 넓이 1cm, 두께 1cm와 높이 10cm의 그물 바스켓에 들어 있는 음이온교환수지와 강하게 교반(450rpm)하면서 고액접촉시켜 흡착제거 하였다. 이때 일정시간마다 1mL정도의 액을 채취하여 농도변화를 측정하였다. 금속이온의 농도는 원자흡광광도계(Shimazu AA-6501F)로 유기물의 농도는 전유기탄소계(Shimazu TOC-5000)로 각각 측정하였다.

3. 결과 및 고찰

3-1. 기존시설의 공정별 처리효율 조사

크롬도금공장폐수의 기존처리공정은 대부분이 소석회에 의한 pH조절, 공기폭기에의한 부유물의 제거, NaHSO4에의한 크롬(6가)의 3가크롬으로 환원, 고분자응집제인 Aron Floc에의한 Cr(OH)3입자의 응집침전으로 처리하였으며, 공장의 최초 폐수의 성분및 각 공정별 처리결과를 각각 분석조사한 결과는 Table 1과 같다. 초기의 공장폐수는 크롬이온의 농도가 3.2ppm, pH가 2.5 이였으나, 마지막 처리공정인 침전응집조에서 방류되는 처리수는 크롬이온의 농도는 0.47∼0.64ppm, pH는 7.0으로 전체적으로 80%이상 제거됨을 알 수 있다. 그러나 폐수의 재사용할 수 있는 리싸이클 시스템을 실용화 할려면 처리효율의 증대와 경제적으로 처리 할 필요가 있다. (6가크롬기준, 청정지역 0.1, 환경기준 2등급 0.5, 3등급 0.5ppm이하)

Table . Treatment results of conventional process of chromium

plating wastewater.

Chemical Process(mg/m3)	pH	COD	SS	N-h	Cr	Cu	Zn
Influent concentration	2.5	220	195	10	3.2	4.3	7
pH control	7	220	195	10	3.2	4.3	7
Areation	7	220	195	8	3.2	4.3	7
pH control	-	-	-	-	3.2	-	-
Reduction	-	-	-	-	0.64	-	-
pH control	7	220	195	8	0.64	4.3	7
Flocculator	7	20	195	8	0.64	4.3	7
Precipitation	7	44	39	3.2	0.64	0.86	1.4
Total removal percentage(%)	-	80%	80%	68%	80%	80%	80%

3-2. 클로로아미노형 음이온교환수지에 의한 크롬이온과 유기물의 흡착

예비실험 결과에서 클로로아민형 음이온교환수지가 크롬이온에 대한 흡착능이 우수함을 알았다. Figure 1과 Figure 2는 클로로아민형 음이온교환수지를 이용하여 도금공장폐수의 초기 pH인 2.5에서 크롬이온과 TOC를 흡착속도 실험하여 농도 감쇠곡선을 나타낸 결과이다.  크롬이온과 TOC는 600분 후에 평형에 도달하였으며, 크롬이온과 TOC의 흡착능이 뛰어난 우수한 흡착제임을 알 수 있다. 한편, 기존의 도금공장 폐수처리공정의 방류수는 pH가 7이므로 흡착공정에 의한 방류수의 재처리를 위하여 pH 7에서 흡착속도 실험하여 크롬이온의 결과는 Figure 3에, TOC의 결과는 Figure 4에 각각 제시하였다. pH 2에 비하여 흡착속도는 비슷하였으나, 평형흡착량은 훨씬 증가하였다. 도금폐수의 pH가 처리전과 처리후에 관계없이 크롬이온과 유기물을 효과적으로 동시에 흡착분리 가능함을 알았다. 따라서 클로로아민형 음이온교환수지의 흡착을 이용하면 크롬도금공장의 폐수를 효과적이며 경제적으로 처리할 수 있으며 처리수의 재이용도 가능하다. 또한 기존처리공정과 흡착법을 조합하면, 최종 처리공정후의 처리수의 재이용이 가능하며 수질의 오탁부화를 크게 줄일 수 있다.

4. 결 론

크롬도금공장폐수의 효과적인 처리와 재이용을 위하여, 기존처리 공장의 공정별 처리 효율을 조사하였으며,  클로로아민형 음이온교환수지에 의한 흡착공정을 이용하거나 또는 기존처리공정과 흡착법을 조합하면, 크롬 및 유기물을 동시에 효과적이며 경제적으로 처리할 수 있다.

참고문헌

1. Hajira Tahr, M. Saleen, M .Afzal, H. Ahmad, S. T. Hussain and Jawaad       Afzal, Adsorption Science and Technology Vol.16 No.3 (1998)

2. G. S. GUPTA and Y. C. SHARMA, J. of COLLOID AND INTERFACE        SCIENCE 168, 118-124 (1994)

3. M. Chanda and G.L. Rempel, Ind. Eng. Chem. Res. 1997, 36, 2190-2196

4. A. I. ZOUBOULIS, K. A. KYDROS and K. A. MATIS, Wat. Res. Vol. 29,     No. 7, pp. 1755-1760 (1995)