• 청정기술
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• 제28권1호
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• pp.63-78
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• 2022

첨단 전자산업 폐수 처리시설에서 발생되는 유기 폐수는 고농도의 유기물질 및 20가지 이상의 유독 난분해성 물질을 포함하고 있으며, 이를 효율적으로 처리하는 것은 첨단 전자산업의 당면 과제이다. 따라서, 첨단 전자산업 유기폐수 처리시설을 CPS (Cyber physical system)상 Water digital twin으로 구축하여 COD (Chemical Oxygen Demand), TN (Total Nitrogen), TP (Total Phosphorous) 및 TMAH (Tetramethylammonium hydroxide) 등 유기 오염물질의 제거 효율 평가가 가능한 전자산업 폐수 특화 모델 개발이 필요하다. 본 연구에서는 첨단전자산업 유기폐수 제거 메커니즘에 대한 분해 미생물의 성장과 사멸의 이론적인 반응속도식에 기반한 첨단 전자산업 폐수 특화 활성슬러지 모델(Electronics industrial wastewater activated sludge model, e-ASM)을 개발하였다. 개발한 e-ASM은 전자산업 폐수처리공정에서 발생하는 유기물 산화, 질산화, 및 탈질화 과정뿐만 아니라 TMAH 등 난분해성 유기물질의 분해과정 중 발생하는 질산화미생물의 저해(Inhibition) 작용 등 복잡한 생물학적 분해 메커니즘이 모사 가능하다. 이를 활용하여 실제 전자산업 유기폐수 처리시설을 Water Digital Twin으로 구현하여 CPS (Cyber physical system) 상에서 전자산업 폐수처리장에 폐수 유입 성상에 따라 공정 모델링, 유출수 예측, 공법 선정, 설계 효율 평가 등 다양한 목적으로 활용될 수 있다.

• 청정기술
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• 제28권1호
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• pp.79-93
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• 2022

본 연구에서는 Part I에서 제안한 첨단 전자산업 폐수처리시설 특화 Water Digital Twin모델인 e-ASM을 이용하여 랩-파일럿 처리장 데이터를 바탕으로 모델 보정(Calibration), 유입 성상에 따른 제거 효율, 유출수 예측 및 최적 공법 선정을 수행하였다. 첨단 전자산업 폐수처리시설의 특화 모델링을 위하여, 민감도 분석을 통해 e-ASM 모델의 정합성과 상관성이 높은 동역학적 파라미터를 선정하였고, 다중반응표면분석법 (Multiple response surface methodology, MRS)을 이용하여 동역학적 파라미터를 보정하였다. e-ASM 모델의 보정 결과, Lab-scale, Pilot-scale 단위의 실험데이터와 90% 이상의 높은 정합성을 보였다. 그리고 4가지 유기폐수 처리처리공법인 MLE, A2/O, 4-stage MLE-MBR, Bardenpho-MBR을 제안한 Water Digital Twin으로 구현하여 유입 폐수의 성상별 운전조건에 따라 제거효율을 분석하였으며, Bardenpho-MBR이 C/N ratio 변화에서도 안정적으로 COD (Chemical oxygen demand)를 90% 이상 제거하며 높은 총 질소 제거 효율을 보였다. 그리고 유입 폐수의 조건별 Bardenpho-MBR공정의 수리학적 체류시간(Hydraulic retention time, HRT)이 3일 이상일 때 1,800 mg L-1의 고농도 TMAH 폐수를 98% 이상 제거할 수 있음을 확인할 수 있었다. 이와 같이, 본 연구에서 개발한 e-ASM은 전자산업 제조시설별, 유입 폐수의 성상별 특화 모델링을 통해 높은 정합성을 가진 전자산업 폐수처리공정의 Water Digital Twin를 구현할 수 있고, 최적운전, Water AI, 최적가용기법 선정 등의 응용 가능성을 바탕으로 지속 가능한 첨단전자 산업을 위해 활용될 수 있을 것으로 사료된다.

• 청정기술
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• 제29권4호
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• pp.297-304
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• 2023

첨단 전자 제품 산업의 비약적인 발전은 환경적 측면에서 고농도 암모니아 폐수의 증가를 초래했다. 고농도 암모니아 폐수를 안정적으로 처리하기 위해 다양한 방법의 기술이 시도되고 있으나, 지금까지 성공적인 기술이 개발되어 적용되지는 못하고 있다. 본 연구에서는 첨단 전자산업에서 발생하는 고농도 암모니아 함유 폐수에 대하여 밀폐(closed) 순환형 대향류 충전탑 형식의 실증설비를 이용하여 온도, 공기부하율 그리고 폐수부하율 변화에 따른 암모니아성 질소의 제거효율과 제거 특성을 평가하였다. 폐수량 20.8 m³ h^-1, 공기량 18,000 Nm³ h^-1의 운전 조건에서 온도를 45, 50, 55 그리고 60℃로 변경하여 운전한 결과, 암모니아성 질소(NH₃-N)의 제거율은 각각 87.5, 93.4, 96.8 및 98.7%로 온도가 제거율에 미치는 가장 큰 영향 인자임을 알 수 있었다. 공기부하율을 증가시키면 제거율도 증가하나, 흡수탑의 액적(droplet)이 탈기탑으로 유입되어 제거율 증가는 크지 않았다. 폐수 부하율이 변경되어도 제거율은 크게 변하지 않았는데, 이는 제거율에 영향이 없는 것이 아니라, 상대적으로 높은 공기부하율에 기인한 것으로 판단된다. 실증연구를 통해 암모니아 탈기법은 첨단 전자산업에서 발생하는 고농도 암모니아 폐수를 안정적으로 처리할 수 있는 적정한 공법임을 확인할 수 있었다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2009년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.11-11
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• 2009

종래의 산업폐수 처리기술로는 중금속 함유 폐수에 수용성의 금속염을 첨가하여 가성소다 혹은 소석회를 이용하여 pH를 조정하고 고분자 응집제를 첨가하여 금속의 수산화물을 생성시켜 이를 부상 혹은 침전시켜 Sludge화하여 제거하는 방법이 주로 사용되고 있다. 그 외 질소, 인, 유기물이 함유된 폐수의 경우에는 Biological Oxidation Techniques, 활성탄 흡착방식이 주로 채택되고 있다.[1-3] 이러한 폐수처리기술은 화학약품 사용량이 과다하고 이는 Sludge 생성량을 증대하고 2차 폐수처리가 필요로 하는 경우가 많고, 처리장이 면적이 넓어야 하고 대용량의 Sludge 제거창치가 필요하여 고비용의 처리공정으로 문제점을 가지고 있다.[2-3] 이에 본 연구에서는 이러한 기존 기술의 문제점을 보완할 수 있고 기존 기술로는 완벽하게 처리하기 곤란한 악성 폐수들에 대한 새로운 고도처리기술로 초전도 마그네트를 이용한 고구배 자기분리기술에 대한 기초연구를 하였다. 본 연구에서 사용한 고구배 자기분리 시스템은 무헬륨 전도냉각방식으로 자기분리를 위해 사용한 필터는 SUS 430 재질의 메쉬 형태로 제작하여 실험하였다. 또한, 자기분리 처리를 위한 전처리 공정으로는 응집제를 첨가하여 자기분리 효율을 높이고자 하였다. 자기분리 처리대상수로는 포항제철에 압연 강판에 사용되는 냉각수를 대상으로 자기분리 처리에 대한 효과를 실험하였다. 또한, 자기분리에 대한 특성을 평가하기 위해 강자성의 $Fe_3O_4$ 미세자성분말을 첨가하여 처리수내의 들어있는 유기물질에 대해 자기분리 자장 및 유속에 대한 처리효율을 미치는 영향을 조사하였다. 자기분리 처리는 1~6 Tesla에서 자기필터는 디스크 형태로 다층으로 연속적으로 적층하였으며, 처리유속은 1~4 l/min으로 하였다. 고농도인 처리폐수를 자가분리 인가 자장에 따라 처리하여 고농도에서는 70%, 저농도에서는 98 %까지 처리되었다. 또한, 자기분리용 필터는 SUS 430 재질의 mesh 망을 사용하였으며 인가자장 및 유속변화에 대한 실험 결과 탁도 및 농도는 필터 크기의 영향은 거의 차이가 없었으며 단지 인가자장 및 유속에 따라서 지수적으로 감소하였다. 자기분리된 용액 내 $Fe_3O_4$ 입도 분석 결과 자기분리 이전에 분포하던 $10\sim20\;{\mu}m$의 입자는 거의 제거되었으며 2 ${\mu}m$ 이하의 입자들은 실험 횟수에 따라 점점 직경이 작은 쪽으로 분포가 좁아졌으며, 마그네타이트의 자화율을 분석한 결과 약 0.8 Tesla에서 포화 되었으며 처리수의 탁도 및 농도가 자장에 따라 감소하는 것으 알 수 있었다.

• 자원리싸이클링
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• 제22권3호
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• pp.91-99
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• 2013

우리나라 경제의 근간을 이루고 있는 철강산업, 자동차산업이나 전자산업에서 전기도금은 중요한 역할을 담당하고 있다. 전기도금 폐액은 전처리, 도금 및 후처리과정에서 발생하는 폐액이고 다양한 금속염을 포함한 유해한 폐수이다. 현재 일반적인 폐수는 환경법상 배수 규제치 이하로 중화처리한 후 각종 금속이 혼합된 슬러지는 매립하거나 위탁처리하고 있는데, 처리에 따른 막대한 비용이 들뿐만 아니라 매립지 부족과 유가금속 자원 낭비를 초래하고 있다. 따라서 이러한 폐수에서 유가금속을 회수하는 연구가 활발하게 진행되고 있다. 전기도금 폐액에서 금속을 선택적으로 회수하는 새로운 방법은 철산화세균을 이용하는 방법, 황화제를 이용한 황화물(MS) 회수법 및 유기용매를 이용한 용매추출법 등에 관한 연구가 진행되고 있다. 이들의 폐수처리방법을 이용하여 Fe, Cu, Zn, Ni 등의 금속이온이 혼합된 폐수에서 유가금속을 95%이상 회수하는 성과를 거두었다. 이는 전기도금공정에서 배출되는 폐수를 폐기할 것이 아니라 도시광산의 중요한 금속자원으로 활용될 것으로 기대된다.

• 환경기술인
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• 통권40호
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• pp.50-53
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• 1989

본 회사는 제비표 페인트 제조회사인 건설화학과 대일본 잉크화학공업(주)와 합작회사로서 1971년에 설립되어 공업용 접착제인 페놀수지를 국내 최초로 생산하여 자동차, 도료, 전자산업 발전에 이바지하였고, 각종 도로 경기장을 우레탄 수지를 생산하므로서 88올림픽 경기를 통하여 국제적으로 품질의 우수성을 인정받은 바 있습니다. 현재 반월공장은 대지가 12,523평, 건평 4,694평, 종업원 280명으로서 안양에서 '88. 10.12 이전하여 본사와 공장기능

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2008년도 추계학술대회 논문집 Vol.21
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• pp.41-41
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• 2008

제지산업은 다량의 용수를 사용하면서 또한 많은 양의 폐수를 배출하고 있다. 기존의 폐수처리 공정에서는 침전처리를 위한 큰 저수조와 오랜 침강 시간이 요구되어 제한된 공장 내에서의 처리에 어려움이 많다. 이러한 기존 기술의 문제점을 보완하면서도 새로운 고도처리가 가능한 초전도 마그네트를 이용한 자기분리 기술을 적용하고자 하였다. 자기문리의 기본 원리는 강력한 자기력에 의하여 액체에 포함된 자성입자를 분리해내는 것으로 자성입자들이 자계의 힘에 의하여 잡아당겨지고 포획됨으로서 제거되는 것이다. 자기분리용 솔레노이드 마그네트로 초전도마그네트를 적용하게 되면 아주 높은 고구배의 자장(HGMS; High Gradient Magnetic Separation) 을 발생시킬 수 있다. 초전도마그네트와 체(sieve) 형 자기필터를 이용하면 대공간에 전력손실 없이 고자장을 발생시킬 수 있기 때문에 미립자를 효과적으로 고속으로 분리하는 것이 가능해지며 또한 상자성 미세입자까지도 처리할 수 있다. 본 연구에서는 주로 유기물로 구성된 제지며|수의 부유물을 자성체와의 응집반응에 의해 플록을 형성하여 자성 플록의 자기분리 효과를 연구하였다. 자성응집반응의 특성을 평가하기 위하여 전자석 시스템을 제작하였으며 배치타입의 자기필터를 설계 제작하였다. 또한 응집제의 종류와 응집반응 공정에 따른 자성플록의 형성 정도를 조사하였으며 자기분리 후 폐수의 탁도, SS 등의 특성을 분석하였다. 그림 1은 자성응집반응의 특성을 평가하기 위하여 제작한 전자석 시스템을 나타내고 있으며 전자석의 자장해석 결과를 보이고 있다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2008년도 하계학술대회 논문집 Vol.9
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• pp.298-298
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• 2008

제지산업은 다량의 용수를 사용하면서 또한 많은 양의 폐수를 배출하고 있다. 기존의 폐수처리 공정에서는 침전처리를 위한 큰 공간과 오랜 시간이 요구되어 처리비용이 비교적 많이 드는 단점이 있다. 이러한 기존 기술의 문제점을 보완할 수 있는 새로운 고도처리가 가능한 초전도 마그네트를 이용한 자기분리 기술을 적용하고자 하였다. 자기분리의 기본 원리는 강력한 자기력에 의하여 액체에 포함된 자성입자를 분리해내는 것으로 자성입자들이 자계의 힘에 의하여 잡아당겨지고 포획될으로서 제거되는 것이다. 자기분리용 전자석으로서는 아주 이상적으로 이러한 초전도마그네트와 체(sieve) 형 자기필터를 결합시키면 아주 높은 고구배의 자장(HGMS; High Gradient Magnetic Separation)을 발생 시킬 수 있다. 초전도마그네트를 이용하면 대공간에 전력손실 없이 고자장을 발생시킬수 있기 때문에 미립자를 효과적으로 고속으로 분리하는 것이 가능해지며 또한 상자성 미세입자까지도 처리할 수 있다. 본 연구에서는 주로 유기물로 구성된 제지며|수의 부유물을 자성체와의 응집반응에 의해 플록을 형성하여 자성플록의 자기분리 효과를 연구하였다. 응집제의 종류와 응집반응 공정에 따른 자성플록의 형성 정도를 조사하였으며 자기분리 후 폐수의 탁도, COD 등의 특성을 분석하였다.

• 대한환경공학회지
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• 제29권6호
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• pp.715-721
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• 2007

전자산업 중 반도체 및 LCD 공장과 같이 폐수에 불소가 다량 함유되어 있는 경우, 불소처리를 위하여 과잉으로 사용되는 소석회에 의하여 처리수의 잔류 칼슘농도가 높으며, 높은 잔류칼슘 농도는 폐수의 재이용 시 일반적으로 채택되는 membrane 공정의 불안정한 운전을 초래하게 된다. 따라서, 전자폐수의 재이용을 위하여 신뢰성 있으며, 경제적인 칼슘제거기술의 개발이 절실히 필요한 실정이다. 본 연구에서는 캐비테이션을 이용한 Hyperkinetic Vortex Crystallization(HVC) 공정을 적용하여 폐수중의 칼슘 이온의 calcification 속도를 촉진하였으며, HVC 공정 적용 시 기존 소다회법에 비하여 동일 약품 주입농도에서 31% 높은 칼슘제거효율을 보였다. 또한, 전자산업 폐수의 재이용을 위한 경제적인 칼슘제거효율인 70%를 달성하기 위한 최적 소다회 주입농도는 유입수 대비 530 mg/L였다. 반응조 내 동질의 반응 핵인 calcite seed 농도가 칼슘제거효율에 큰 영향을 주며, 최대 칼슘제거효율을 달성하기 위한 calcite seed 농도는 $800\sim1,200mg$ SSA이였다. 또한, 소다회 주입에 따른 calcite 발생량은 평균 0.30 g SS/g $Na_2CO_3$였다. HVC 케비테이션 생성장치의 설계 시 HVC 장치 통과횟수를 $2\sim5$회 범위에서 안전율을 고려하여 용량선정을 하여야 한다. HVC 공정을 이용한 연속회분식 운전 결과, 유입수 칼슘농도 변화폭은 $74\sim359$ mg/L(평균 173 mg/L)로 매우 컸던 반면, 처리수 칼슘농도는 $30\sim72$ mg/L(평균 49 mg/L)로 비교적 안정적인 처리효율을 보여주었다. 본 연구결과 HVC 공정은 화학약품 사용량의 절감 및 이에 따른 화학슬러지 발생량의 감소를 기대 할 수 있는 친환경기술로 유지관리비를 최소화할 수 있는 장점이 있었다.

• Applied Biological Chemistry
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• 제23권1호
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• pp.64-72
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• 1980

본 연구에서는 산업폐수중 유기성분이 많은 식품, 펄프 공장폐수에 대하여 유기들을 영양원으로 하는 미생물을 배양시켜 유기성분을 경감시켜 폐수 정화를 목격으로 하였다. 한편 폐수정화에서 회수되는 균체는 단백질자원으로서의 사료화를 또 다른 목적으로 하고 일련의 실험을 통하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 1. 펄프, 맥주, 빵효모, 주정공장폐수의 총당은 $1.4{\sim}1.54%$, 총 질소는 $0.25{\sim}0.35%$, BOD는 $400{\sim}25,000$, COD는 $500{\sim}28,000$, pH는 $3.8{\sim}7.0$이었고 주정공장 폐수가 BOD, COD는 가장 높았다. 2. 각 폐수중 세균총수는 $4{\times}10^4{\sim}1{\times}10^9$, 효모총수는 $2{\times}10^2{\sim}7{\times}10^4$이었다. 3. 폐수별로가 생장속도 우수한 균주로는 펄프공장폐수에서는 세균을, 맥주, 빵효모, 주정공장폐수에서는 효모를 선정 하였다. 4. 주정공장폐수정화에 최적인균주로서는 Candida curvata SAFM 70, Saccharomyces cerevisiae SAFM 1008을 선정하였다. 5. 주정중류폐액 및 중류잔사에 미생물성 cellulase, xylanase, pectinase를 처리함으로서 처리전보다 잔사량을 36% 감소시키면서 가용성화를 높여서 환원당량을 1.3배 증가시켰으므로 효모배양에 좋은 조건임을 확인하였다. 6. 효소처리한 주정증류제액에 선정된 효모를 배양하면서 배양최적조건을 확인하였다. a. Candida curvata SAFM 70 및 Saccharomyces cerevisiae SAFM 1008 2균주 모두 최적 pH는 5.0이었다. b. 2균주 모두 질소원으로는 요소, 질소농도로는 0.2%가 최적조건이었고 인삼염으로서는 $KH_2PO_4$, 그의 농도는 0,1% 그러고 Mg원으로서는 $MgSO_4$, 그의 농도는 0.02% 이었다. c. 2균주 모두 최적온도는 $30^{\circ}C$이었고 통기, 교반효과는 증식도에 크게 영향끼침을 알었다. 7. 종효모의 생포수는 적어도 $1.8{\times}f10^5/ml$ 이상이어야 증식이 순조로움을 알었다. 8. 미생들 효소를 처리한 주정증류폐액에 선정효모를 배양하여 건조균체를 생산하는데는 Saccharomyces cerevisiae SAFM 1008 보다 Candida curvata SAFM 70이 우수하였다. 9. 미생물성효소를 처리한 주정증류폐액 1000ml 당 Saccharomyces cerevisiae SAFM 1008은 16g, Candida curvata SAFM 70은 17.6g의 건조균체를 해수할 수 있었다. 주정증류공장폐수의 BOD 제거율은 전자의 효모에서 46a, 후자의 효모에서 52%이었다. 10. 주정증류공장폐수에서 생산된 효모균체는 단백질 함량이 $46{\sim}$52%임으로 사료용효모로서 적당함을 확인하였다.