전자 폐수의 불소 제거 기술_장/단점 요약

 

전자 폐수에 대하여

 

 반도체 제조공정에서는 전자기판을 구성하거나 산화표면막의 오염 및 기타 유기오염물과 같은 불필요한 잔존물질이나 불순물을 제거하기 위해 다양한 수용액상 불소화합물(NaF, HF 등)을 이용한다. 이에 따라 사용된 불소 부산물들은 다량의 유해성분과 함께 폐수로 배출된다. 이러한 폐수의 불소함유량은 수천 ppm 이상의 고농도에 이르며, 불산을 포함한 고농도의 질산과 황산이온을 비롯하여 다양한 형태의 인산염이 함유되어 있으므로 생물학적인 방법보다는 물리화학적 흡착제나 중화제를 적용하는 공정을 통하여 제거하고 있다.

 

 일반적으로 자연계에 존재하는 불소는 미량으로 해수 중에는 1ppm 정도, 지표수에는 0.1ppm 정도를 함유하고 있다. 미량의 불소는 환경에 영향을 주지 않지만 고농도의 불소는 방류시 수중 생물에 독성물질로 작용하는 등 심각한 환경문제를 유발하게 된다. 소량의 불소이온은 충치예방 효과가 있지만 과다한 섭취는 치아의 불소 침착증(fluorosis), 위장관질환, 신장질환, 방광암, 뇌의 송과선(pineal gland)과 갑상선 기능의 이상과 관련이 있어 세계보건기구(WHO)는 음용수의 불소 기준을 1.5 ppm로 권고하고 있다. 따라서, 불소의 최종 방류수 배출기준(3-10 ppm)에 부합하기 위한 수처리 공정이 반드시 필요하다.

 

전자 폐수 성분 예시

 

불소 이온 제거 방법

 

이름	메커니즘	장점	단점
칼슘 화합물 침전법 (precipitation)	석회수(CaCO3)를 주입하여 칼슘이온과 불소이온이 중화반응함으로써 CaF2 침전, Ca(OH)2를 주입하여 응집침전	저렴한 처리 비용	칼슘화합물이 당량비 대비 과량으로 투입되고 형석(CaF2)이 물에 대해 약 8ppm 정도의 용해도를 가지기 때문에 15ppm 이하로 불소를 제거하는 것이 불가능, 소석회(Ca(OH)2)가 투입됨으로써 다량의 폐슬러지가 발생, 배관 내 스케일 형성, 넓은 시설 면적 필요
흡착법 (adsorption)	알루미늄, 철, 칼슘, 금속산화물 및 금속 수산화물, 탄소 성분, 천연물질, 생물 흡착제 주입	비용이 적게 들고 처리 공정이 단순함. 흡착제 재생 가능	pH 조절 필요, 다른 이온 성분에 의해 흡착 효율 저하될 수 있음, 재생을 위한 화학약품 필요, 불소 이온의 농도가 높을 경우 장치가 거대해지고 재생빈도가 높으며 재생 폐수 처리를 위한 별도의 시설 필요
이온교환법 (ion exchange)	강염기성 음이온교환수지로 제거	처리 효율이 높음	pH 중성으로 조절해야함, 응집/침전 등의 전처리 필요, 유기물 존재시 성능 저하
역삼투 (reverse osmosis)	역삼투압막에 가압 처리하여 분리	설치 면적이 작음	막오염으로 인해 처리 효율 저하, 전력 비용 상승 시 처리 비용 증가, 농축수 처리 문제
전기투석법 (electrodialysis)	이온교환막과 전기투석조의 양단에서 공급되는 직류 전원에 의해 형성되는 전기장을 구동력으로 하여 이온성 물질 분리하는 막분리 공정	역삼투에 비해 유지 관리 비용이 적음, 전처리가 간편함, 폐수의 성상변화에 안정적, 슬러지 발생 최소화	막오염으로 인해 처리 효율 저하, 막 세정 후 재운전하는 단계를 거치므로 번거롭고 연속적이지 못함

 

*출처

Appl. Chem. Eng., Vol. 29, No. 3, June 2018, 258-263

전기투석장치를 이용한 폐수처리방법(2008) 추광호, 장대익

흡착법에 의한 물속의 불소이온 제거, 양용식, 한국과학기술정보연구원 전문연구위원