전기투석을 이용한 폐수 처리에서 이온교환막 면적의 영향 = Effect of Ion Exchange Membrane Area in Wastewater Treatment Using Electrodialysis
저자
김주형 ( Joohyeong Kim ) ; 오은주 ( Eun Joo Oh ) ; 이승현 ( Seung Hyun Lee ) ; 민경진 ( Kyung Jin Min ) ; 박기영 ( Ki-young Park ) 연구자관계분석
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2019
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학술저널
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114-114(1쪽)
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최근 산업이 발전함에 따라 수자원 사용량은 증가하였지만 물 부족은 점점 심각해지고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 폐수를 처리한 뒤 재사용할 수 있는 다양한 기술이 적용되어 왔으며, 주요 기술로 응집침전, 이온교환, 증발농축, 역삼투, 전기투석 등이 있다. 전기투석 공정은 전기장과 이온교환막을 이용하여 용액에서 이온을 분리 및 농축시키는 기술로 중금속과 같은 유해물질을 효과적으로 처리하는 동시에 농축된 용액에서 유가자원을 회수하여 재사용 할 수 있는 경제적인 기술로 알려져 있다. 전기투석 공정의 처리 성능에 영향을 미치는 요인으로 용액의 특성, 유체 역학적 특성 및 전기적 특성이 있다(Bernardes et al. 2016). 전기적 특성 중 하나인 한계전류밀도는 이온의 분리 효율 및 경제 효율을 결정하는 가장 중요한 요소로 이온교환막 면적, 이온농도, 유속에 따라 달라진다. 이 연구에서는 전기투석 공정을 통해 구리를 포함한 인공폐수를 처리할 때 이온교환막 면적에 따라 한계전류밀도의 변화와 처리효율을 평가하였다. 전기투석은 희석조, 농축조, 전극액조, 이온교환막 스택, 공급펌프 및 전력공급장치, 백금전극으로 구성된다. 이온교환막은ASTOM(Tokyo, Japan)의 Neosepta CSE (양이온 교환막) 및 ASE (음이온 교환막)를 사용하였다. 희석조, 농축조, 전극액조의 용량은 각각 0.5L이었다. 각 이온교환막의 유효면적은 55cm<sup>2</sup>이고 이온교환막 pair수는 각각 1, 3, 5, 9pair로 구성되었다. 실험에 사용된 폐수의 구리의 농도는 20mg/L이었고 전기투석 공정은 이온교환막 수에 따른 한계전류밀도에서 운전되었다. 실험결과 1, 3, 5, 9pair의 한계전류밀도는 각각 96.5, 14.7, 15.0, 5.4A/m<sup>2</sup>이었고 이때의 전위는 11.3, 7.4, 9.9 및 9.6V이었다. 한계전류밀도는 이온교환막 면적이 증가함에 따라 감소하는 경향을 보였다. 그러나 각각 이온교환막 면적의 한계전류밀도에서 전기투석 공정을 진행하였을 때, 이온교환막 면적이 증가함에 따라 구리의 처리 속도는 증가하는 것을 확인하였다. 이를 통하여 막 유효 면적이 증가하면, 전위를 증가시키지 않고도 구리 처리 속도를 증가시킬 수 있는 것을 알 수 있다. 본 실험에서 95%의 구리제거효율을 달성하는데 필요한 운전 시간은 5pair의 경우 약 25분, 9pair의 경우 약 15 분이 필요한 것으로 확인되었다.
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