다중효용-흡착식 폐수처리 공정에 관한 이론 및 실험적 연구

Abstract

반도체, 화학 등 다양한 첨단산업의 발전에 따라 산업폐수 발생량은 급격히 증가하고 있다. 이에 따라 산업단지의 폐수 배출에 대한 규제는 강화되고 있으며, 산업단지 내 폐수 처리시설의 설치 및 운영이 의무화되고 있다. 한편 산업단지 증가에 따라 공업용수의 수요량 또한 증가하고 있으나, 전 세계적인 물 부족 현상의 심화로 인해 공업용수의 수요를 충족하기 어려운 실정이다. 따라서 산업폐수의 재활용을 통해 수질오염 저감과 공업용수 생산이 가능한 폐수 무방류(zero liquid discharge, ZLD) 시스템의 필요성이 대두되고 있다. 현재 가장 많이 사용되고 있는 상용화된 폐수처리 기술은 기계적 증기 재압축(mechanical vapor recompression, MVR)과 열적 증기 재압축(thermal vapor recompression)과 같은 증발법이다. 이들의 경우, 폐수의 증발"농축 과정에서 발생한 증기 일부 재이용하기 때문에 높은 에너지 효율을 나타낸다. 그러나 이들은 높은 온도범위(> 70 ℃)에서 운전되기 때문에, 폐수의 고농도 운전 시 부식과 스케일링에 취약하여 고농축이 불가능한 문제가 있다. 흡착식 수처리(adsorption water treatment, AWT)는 흡착제와 흡착질 간의 열"물리적 특성을 이용한 공정이다. AWT 공정은 저온 열원(< 80 ℃)의 활용이 가능하고, AWT 의 탈염 구동력은 수증기에 대한 흡착제의 물리적 흡착에 기인하기 때문에 저압(<10 kPa) 및 저온(<50 ℃)에서 증발이가능하다. 따라서 설비 내 부식과 스케일링을 최소화할 수 있으며, 고농도 운전이 가능하다. 그러나 AWT 공정은 흡착제의 낮은 흡착용량으로 인해 폐수 처리 용량이 낮은 단점이 있다(2). 이를 극복하기 위해 본 연구에서는 AWT 공정의 증발기를 다중효용 증 증발기를 다중효용 증발기(multi-effect evaporator, MEE)로 대체 적용한 다중효용-흡착식 수처리(multi-effect adsorption water treatment, MEAWT) 공정을 개발하고, 성능평가를 통해 ZLD 시스템에 대한 MEAWT의 적용 타당성을 평가하였다.