KR102703647B1

KR102703647B1 - Tmah가 함유된 폐수의 처리 및 재이용 시스템

Info

Publication number: KR102703647B1
Application number: KR1020230188575A
Authority: KR
Inventors: 김용범; 김균호; 황준식; 최종영
Original assignee: 주식회사 앱스필
Priority date: 2023-12-21
Filing date: 2023-12-21
Publication date: 2024-09-09
Anticipated expiration: 2043-12-21

Abstract

TMAH(Tetra-methyl ammonium hydroxide)가 함유된 폐수의 처리 및 재이용 시스템이 개시된다. 개시된 시스템은, 상기 폐수에서 불순물을 필터링하여 제1 처리수를 생산하는 불순물 필터링 서브 시스템과, 상기 제1 처리수에서 상기 TMAH를 필터링하여 재이용수를 생산하는 TMAH 필터링 서브 시스템을 포함한다. 이 때, 상기 불순물 필터링 서브 시스템은, 제1 유입수 탱크와, 유입수 펌프와, 순환 펌프와, UF(Ultra Filter) 모듈과, 제1 처리수 탱크를 포함하는 UF 장치를 포함하고, 상기 제1 유입수 탱크는 제1 유입수 및 상기 순환 펌프를 통해 상기 UF 모듈에서 농축된 제1 유입수의 일부가 혼합된 제1 저장수를 저장하고, 상기 유입수 펌프는 상기 제1 유입수 탱크의 유출구와 연결되고, 상기 순환 펌프는, 상기 유입수 펌프에서 유출된 상기 제1 저장수와, 상기 농축된 제1 유입수의 나머지 일부가 혼합된 제1 혼합 유입수를 상기 UF 모듈로 유입하고, 상기 UF 모듈은 상기 제1 혼합 유입수를 필터링하여 상기 제1 처리수 및 상기 농축된 제1 유입수를 생산하여 유출하고, 상기 제1 처리수는 상기 제1 처리수 탱크에 저장되고, 상기 순환 펌프의 모터 회전 속도는 상기 유입수 펌프의 모터 회전 속도보다 크도록 설정된다.

Description

TMAH가 함유된 폐수의 처리 및 재이용 시스템{System for treating and reusing wastewater containing TMAH}

본 발명의 실시예들은 TMAH(Tetra-methyl ammonium hydroxide)가 함유된 폐수의 처리 및 재이용 시스템에 대한 것이다.

고순도 공업용수는 제약, 반도체, 전자, 석유화학 등의 다양한 분야에서 사용된다. 특히, 전체 고순도 공업용수 중 반도체 제조에 사용되는 고순도 공업용수의 비율은 약 50%이며, 반도체 웨이퍼의 연마, 절단, 세척에 다량의 물이 소모되어 다른 제조 분야보다 더 많은 양의 공업용수가 사용된다.

고순도 공업용수의 수요가 증가함에 따라 고농도의 전자계열 산업폐수의 발생량이 증가하고 있으며, 산업폐수 처리수의 배출에 따른 갈등이 심화되고 있다. 즉, 산업폐수 처리수가 하천으로 방류되어 상수원으로 연결되는 문제 및 수계 내 누적되는 미량 오염 물질에 대한 불안감 문제가 고조되고 있다.

특히, 미량 오염 물질 중 TMAH(Tetra-methyl ammonium hydroxide)는 아주 낮은 농도에서도 TMAH라도 사람의 피부에 접촉되면 호흡곤란 및 심장마비를 일으키고 심하면 사망까지 이를 수 있게 하는 급성독성물질이다. 따라서, TMAH를 함유한 폐수를 효율적으로 처리하여 재이용할 수 있는 기술이 개발이 요구된다.

본 발명의 목적은 TMAH(Tetra-methyl ammonium hydroxide)를 함유한 폐수를 효율적으로 처리하여 재이용 가능한 생산수를 생산할 수 있는 폐수 처리 및 재이용 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 TMAH(Tetra-methyl ammonium hydroxide)가 함유된 폐수를 처리 및 재이용하는 시스템은, 상기 폐수에서 불순물을 필터링하여 제1 처리수를 생산하는 불순물 필터링 서브 시스템과, 상기 제1 처리수에서 상기 TMAH를 필터링하여 재이용수를 생산하는 TMAH 필터링 서브 시스템을 포함한다. 이 때, 상기 불순물 필터링 서브 시스템은, 제1 유입수 탱크와, 유입수 펌프와, 순환 펌프와, UF(Ultra Filter) 모듈과, 제1 처리수 탱크를 포함하는 UF 장치를 포함하고, 상기 제1 유입수 탱크는 제1 유입수 및 상기 순환 펌프를 통해 상기 UF 모듈에서 농축된 제1 유입수의 일부가 혼합된 제1 저장수를 저장하고, 상기 유입수 펌프는 상기 제1 유입수 탱크의 유출구와 연결되고, 상기 순환 펌프는, 상기 유입수 펌프에서 유출된 상기 제1 저장수와, 상기 농축된 제1 유입수의 나머지 일부가 혼합된 제1 혼합 유입수를 상기 UF 모듈로 유입하고, 상기 UF 모듈은 상기 제1 혼합 유입수를 필터링하여 상기 제1 처리수 및 상기 농축된 제1 유입수를 생산하여 유출하고, 상기 제1 처리수는 상기 제1 처리수 탱크에 저장되고, 상기 순환 펌프의 모터 회전 속도는 상기 유입수 펌프의 모터 회전 속도보다 크도록 설정된다.

본 발명에 따르면, TMAH를 함유한 폐수를 효율적으로 처리하여 재이용 가능한 생산수를 생산할 수 있다.

또한, 본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 폐수 처리 및 재이용 시스템의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 불순물 필터링 서브 시스템의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기응집부상 장치의 세부적인 구성을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 UF 장치의 세부적인 구성을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 TMAH 필터링 서브 시스템의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기투석 장치의 세부적인 구성을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 축전식 탈염 장치의 세부적인 구성을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 역삼투압 장치의 세부적인 구성을 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 TMAH 필터링 서브 시스템의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 TMAH 필터링 서브 시스템 내의 축전식 탈염 장치 및 역삼투압 장치의 배치 형태를 도시한 도면이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.

"제1", "제2" 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 폐수 처리 및 재이용 시스템(1)의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 폐수 처리 및 재이용 시스템(1)은 폐수 집수조(10), 불순물 필터링 서브 시스템(20) 및 TMAH 필터링 서브 시스템(30)를 포함할 수 있다.

폐수 집수조(10)는 폐수를 집수할 수 있다. 여기서, 폐수는 TMAH(Tetra-methyl ammonium hydroxide)가 100~300ppm 정도로 함유된 폐수일 수 있다.

불순물 필터링 서브 시스템(20)은 폐수에서 불순물을 필터링하여 제1 처리수를 생산할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 불순물 필터링 서브 시스템(20)의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 불순물 필터링 서브 시스템(20)은 전기응집부상 장치(21) 및 UF(Ultra Filter) 장치(22)를 포함할 수 있다.

전기응집부상 장치(21)는 전기응집부상 공정(Electrocoagulation-Flotation process)을 통해 폐수에서 불순물의 슬러지를 1차적으로 필터링하여 제0 처리수를 생성할 수 있다.

여기서, 전기응집부상 공정은 양극과 음극 간의 전기화학작용을 통해 폐수 내의 불순물을 응집 및 부상시켜 분리하는 공정을 의미한다. 전기응집부상 공정을 통해 탁도가 70% 이상 제거될 수 있고, 고형물이 70% 이상 제거될 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기응집부상 장치(21)의 세부적인 구성을 도시한 도면이다.

도 3을 참조하면, 전기응집부상 장치(21)는 전기응집부상 모듈(211)를 포함하고, 전기응집부상 모듈(211) 내의 ECF 전극은 질산화, 탈질 특화 전극으로써, 일례로 DSA, 백금, Ti, Graphite일 수 있다. ECF 전극을 통해 불순물인 고농도의 질소가 제거될 수 있다. 더불어, 산화 전극의 산화 반응을 통해 OH 라디칼이 생성되어 불순물인 난분해성 유기 물질이 제거될 수 있다. 또한, 전극반응조는 체류시간이 30분 정도인 고속 반응조로서, TMAH를 함유한 폐수 전용으로 전극이 배치되며, 전극의 간격, 전극에 인가되는 전류 등이 최적으로 설계될 수 있다.

다시, 도 2를 참조하면, UF 장치(22)는 한외 여과 공정(Ultra-Filtration process)을 통해 제0 처리수에서 불순물을 2차적으로 필터링하여 제1 처리수를 생성할 수 있다. 한외 여과 공정을 통해 제1 처리수의 탁도는 1 NTU(Nepthelometric　Turbidity　Unit) 이하이며, 고형물이 99% 이상 제거될 수 있다.

한편, 전기응집부상 장치(21)는 불순물 필터링 서브 시스템(20)에서 선택적으로 생략될 수도 있다. 이 경우, UF 장치(22)는 한외 여과 공정을 통해 폐수에서 불순물을 필터링하여 제1 처리수를 생성할 수 있다.

즉, UF 장치(22)는 폐수이거나 또는 전기응집부상 공정을 통해 폐수에서 불순물이 필터링된 제0 처리수인 제1 유입수를 한외 여과 공정을 통해 필터링하여 제1 처리수를 생성할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 UF 장치(22)의 세부적인 구성을 도시한 도면이다.

도 4를 참조하면, UF 장치(22)는 제1 유입수 탱크(221), 유입수 펌프(222), 스트레이너(strainer)(223), 순환 펌프(224), UF 모듈(Ultra-Filter Module)(225), 2 이상의 제1 단속 밸브(226), 2 이상의 제2 단속 밸브(227), 역세 펌프(228) 및 제1 처리수 탱크(229)를 포함할 수 있다.

제1 유입수 탱크(221)는, 폐수 또는 제0 처리수인 제1 유입수와, 순환 펌프(224)를 통해 UF 모듈(225)에서 농축된 제1 유입수의 일부를 혼합 저장할 수 있다. 이하, 설명의 편의를 위해 "혼합 저장된 제1 유입수 및 농축된 제1 유입수의 일부"를 "제1 저장수"로 호칭하기로 한다.

유입수 펌프(222)는 제1 유입수 탱크의 유출구와 연결되어 제1 저장수를 스트레이너(223)로 출력할 수 있다.

스트레이너(223)는 유입수 펌프(222)와 순환 펌프(224) 사이에 배치되어 녹, 용접 금속 등을 필터링할 수 있다.

순환 펌프(224)는 스트레이너(223)를 통해 유입수 펌프(222)에서 유출된 제1 저장수와 농축된 제1 유입수의 나머지 일부의 혼합수인 제1 혼합 유입수를 UF 모듈(225)로 유입할 수 있다.

UF 모듈(225)은 제1 혼합 유입수를 필터링하여 제1 처리수 및 농축된 제1 유입수를 생산하여 유출할 수 있다. 상술한 바와 같이, 농축된 제1 유입수는 제1 유입수 탱크(221) 및 순환 펌프(224)로 분기되어 유출될 수 있다.

UF 모듈(225)은 직렬 연결된 2 이상의 UF(Ultra Filter)(2251)를 포함할 수 있고, 각 UF(2251)는 하나의 유입구 및 2개의 유출구를 포함할 수 있다. UF(2251)의 제1 유출구로는 UF 농축수가 유출될 수 있고, UF(2251)의 제2 유출구로는 제1 처리수가 유출될 수 있다.

구체적으로, 첫번째 UF(2251)의 유입구로는 제1 혼합 유입수가 유입될 수 있고, 마지막 UF(2251)의 제1 유출구에서는 농축된 제1 유입수가 유출될 수 있다. 또한, 첫번째 및 마지막 UF(2251) 이외의 UF(2251)인 중간 UF(2251)의 유입구 및 마지막 UF(2251)의 유입구로는 직전 배치된 UF(2251)의 제1 유출구에서 유출된 UF 농축수가 유입될 수 있다. 그리고, 2 이상의 UF(2251) 각각의 제2 유출구에서 제1 처리수가 유출될 수 있다. 한편, UF 모듈(225)에 2개의 UF(2251)만이 포함된 케이스에서는 중간 UF(2251)가 존재하지 않는다.

2 이상의 제1 단속 밸브(226) 각각은 대응되는 UF(2251)의 제2 유출구와 제1 처리수 탱크(229)의 유입구 사이에 연결되어 UF(2251)에서 제1 처리수 탱크(229)로 흐르는 제1 처리수를 단속할 수 있다. 제1 단속 밸브(226)가 개방 모드인 경우, 제1 처리수는 제1 처리수 탱크(229)로 흘러서 제1 처리수 탱크(229)에 저장될 수 있다. 제1 단속 밸브(226)가 폐쇄 모드인 경우, 제1 처리수 탱크(229)로의 제1 처리수의 흐름이 차단될 수 있다.

2 이상의 제2 단속 밸브(227) 각각은 대응되는 UF(2251)의 제2 유출구와 제1 처리수 탱크(229)의 역세 유출구 사이에 연결되어 제1 처리수 탱크(229)에 저장된 제1 처리수가 UF(2251)의 제2 유출구로 흐르는 것을 단속할 수 있다. 즉, UF(2251)의 제2 유출구를 기준으로 제1 및 제2 단속 밸브(226, 227)가 병렬로 연결될 수 있다. 제2 단속 밸브(227)가 개방 모드인 경우, 저장된 제1 처리수는 제1 처리수 탱크(229)의 역세 유출구와 UF(2251)의 제2 유출구 사이에 배치되는 역세 펌프(228)를 통해 UF(2251)로 흐를 수 있다. 이 때, 저장된 제1 처리수는 산 또는 염기 화합물과 혼합되며, 산 또는 염기 화합물과 제1 처리수가 혼합된 혼합수는 UF를 세척할 수 있다. 제2 단속 밸브(227)가 폐쇄 모드인 경우, 산 또는 염기 화합물과 제1 처리수가 혼합된 혼합수가 UF(2251)로 흐르는 것이 차단될 수 있다.

실시예에 따르면, 2 이상의 UF(2251) 각각에 대해 세척 기간과 비세척 기간이 정의될 수 있다. 특정 UF(2251)의 세척 기간에서, 제1 단속 밸브(226)는 폐쇄 모드로 동작할 수 있고 제2 단속 밸브(227)는 개방 모드로 동작할 수 있다. 또한, 특정 UF(2251)의 비세척 기간에서, 제1 단속 밸브(226)는 개방 모드로 동작할 수 있고 제2 단속 밸브(227)는 폐쇄 모드로 동작할 수 있다. 또한, 2 이상의 UF 중 특정 UF가 세척 기간인 경우, 2 이상의 UF 중 특정 UF 이외의 나머지 UF는 비세척 기간일 수 있다.

실시예에 따르면, 순환 펌프(224)의 모터 회전 속도는 유입수 펌프(222)의 모터 회전 속도보다 크도록 설정될 수 있다.

구체적으로, UF(2251)의 여과막에는 파울링(fouling)이 발생할 수 있다. 여기서, 파울링은 고체의 표면에 원치 않은 물질이 생성되어 축적되는 오염을 의미한다. 이 때, 파울링의 발생을 최소화하기 위해서는 제1 혼합 유입수를 고속으로 첫번째 UF(2251)의 유입구에 유입하야 한다. 이를 위해, 순환 펌프(224)의 모터 회전 속도를 미리 설정된 임계 속도 이상으로 구동함으로써 제1 혼합 유입수를 고속으로 유입시킬 수 있다.

한편, 순환 펌프(224)를 사용하지 않고 높은 모터 회전 속도를 가지는 유입수 펌프(222)만을 사용하여 제1 혼합 유입수를 고속으로 유입시킬 수 있는 있으나, 유입수 펌프(222)의 모터 회전 속도는 제1 유입수 탱크(221)의 저장 용량 및 스트레이너(223)의 거름 용량에 영향을 받으므로, 높은 모터 회전 속도를 가지는 유입수 펌프(222)를 사용하는 것이 쉽지 않다. 따라서, 본 발명의 경우, 유입수 펌프(222)와 순환 펌프(224)가 동시에 사용되며, 파울링의 발생을 방지하기 위해 순환 펌프(224)의 모터 회전 속도는 유입수 펌프(222)의 모터 회전 속도보다 크도록 설정될 수 있다.

한편, 순환 펌프(224)의 모터 회전 속도가 높아질수록 보다 많은 전력을 사용한다. 순환 펌프(224)의 모터 회전 속도와 유입수 펌프(222)의 모터 회전 속도의 속도 차이가 감소할수록 순환 펌프(224)의 구동 전력이 감소할 수 있다. 따라서, 파울링(막오염)의 발생을 방지하면서 전력 소모를 줄이기 위해, 순환 펌프(224)의 모터 회전 속도는 4m/s로 설정될 수 있고, 유입수 펌프(222)의 모터 회전 속도는 1m/s로 설정될 수 있다.

다시 도 1을 참조하면, TMAH 필터링 서브 시스템(30)은 제1 처리수에서 TMAH를 필터링하여 재이용수를 생산할 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 TMAH 필터링 서브 시스템(30)의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.

도 5의 (a)를 참조하면, TMAH 필터링 서브 시스템(30)은 전기투석 장치(31)와 대응될 수 있다. 전기투석 장치(31)는 전기투석 공정을 통해 제2 유입수(즉, 제1 처리수)에서 TMAH를 필터링하여 재이용수인 제2 처리수를 생성할 수 있다.

여기서, 전기투석 공정은 이온교환막을 이용한 전기화학 작용에 의해 제1 처리수와 대응되는 제2 유입수를 탈염 및 농축시켜 이온을 분리하여 제거하는 공정일 수 있다. 전기투석 공정을 통해 TMAH가 80% 이상 제거될 수 있고 전기전도도가 80% 이상으로 제거될 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기투석 장치(31)의 세부적인 구성을 도시한 도면이다.

도 6을 참조하면, 전기투석 장치(31)는, 탈염 탱크(311), 농축 탱크(312), 전해질 탱크(313), 전기투석 모듈(314), 탈염수 펌프(315), 농축수 펌프(316), 전해질 펌프(317) 및 복수의 제3 단속 밸브(318)를 포함할 수 있다.

탈염 탱크(311)는 제3 단속 밸브(318)를 통해 제1 처리수와 대응되는 제2 유입수를 유입받을 수 있다. 더불어, 탈염 탱크(311)는 전기투석 모듈(314)에서 유출된 탈염수를 유입받을 수 있다. 탈염 탱크(311)는 제2 유입수 및 탈염수를 혼합 저장할 수 있다. 이하, 설명의 편의를 위해, 탈염 탱크(311)에 혼합 저장된 제2 유입수 및 탈염수를 "제2 저장수"로 호칭한다.

실시예에 따르면, 미리 설정된 제1 조건이 만족되는 경우, 제3 단속 밸브(318)를 통해 탈염 탱크(311)에 저장된 제2 저장수가 제2 처리수(즉, 재이용수)로서 유출될 수 있다. 또한, 제1 조건이 만족되지 않는 경우, 제3 단속 밸브(318) 및 탈염수 펌프(315)를 통해 탈염 탱크(311)에 저장된 제2 저장수가 전기투석 모듈(314)로 유입될 수 있다. 이는 아래에서 보다 상세하게 설명한다.

농축 탱크(312)는 제3 단속 밸브(318)를 통해 제2 유입수를 유입받을 수 있다. 더불어, 농축 탱크(312)는 전기투석 모듈(312)에서 유출된 농축수를 유입받을 수 있다. 농축 탱크(312)는 제2 유입수 및 농축수를 혼합 저장할 수 있다. 이하, 설명의 편의를 위해, 농축 탱크(312)에 혼합 저장된 제2 유입수 및 농축수를 "제3 저장수"로 호칭한다.

실시예에 따르면, 미리 설정된 제2 조건이 만족되는 경우, 제3 단속 밸브(318)를 통해 농축 탱크(312)에 저장된 제3 저장수가 방류수로서 유출될 수 있다. 또한, 제2 조건이 만족되지 않는 경우, 제3 단속 밸브(318) 및 농축수 펌프(316)를 통해 탈염 탱크(311)에 저장된 제3 저장수가 전기투석 모듈(314)로 유입될 수 있다.

한편, 특정 기간에서, 탈염 탱크(311)로의 제2 유입수의 유입 횟수는 농축 탱크(312)로의 제2 유입수의 유입 횟수보다 클 수 있다. 일례로, 탈염 탱크(311)로의 제2 유입수의 유입 횟수와 농축 탱크(312)로의 제2 유입수의 유입 횟수의 비율은 8:1 ~ 11:1일 수 있다.

전해질 탱크(313)는 제3 단속 밸브(318)를 통해 외부에서 공급된 전해질을 유입받을 수 있다. 더불어, 전해질 탱크(313)는 전기투석 모듈(314)에서 순환된 전해질을 유입받을 수 있다. 전해질 탱크(313)는 전해질 및 순환된 전해질을 혼합 저장할 수 있다. 이하, 설명의 편의를 위해, 전해질 탱크(313)에 혼합 저장된 전해질 및 순환된 전해질을 "제4 저장수"로 각각 호칭하기로 한다. 제4 저장수는 제3 단속 밸브(318) 및 전해질 펌프(317)를 통해 전기투석 모듈(314)로 유입될 수 있다.

전기투석 모듈(314)에는 탈염 탱크(311)에 저장된 제2 저장수와, 농축 탱크(312)에 저장된 제3 저장수와, 전해질 탱크(313)에 저장된 제4 저장수가 유입될 수 있고, 제4 저장수를 이용한 전기투석 공정을 통해 탈염수 및 농축수가 유출될 수 있다.

한편, 전기투석 장치(31)는 제2 저장수의 pH(수소 이온 농도 지수) 및 전기전도도를 측정하는 센서 모듈(미도시)을 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상술한 제1 조건은 제2 저장수의 pH가 미리 설정된 임계 pH보다 작아지면서 제2 저장수의 전기전도도가 미리 설정된 임계 전기전도도보다 작아지는 조건일 수 있다. 즉, 탈염 탱크(312)는 제2 저장수의 pH가 임계 pH보다 작아지면서 제2 저장수의 전기전도도가 임계 전기전도도보다 작아지는 가장 빠른 시점에 제2 저장수를 제2 처리수로서 유출할 수 있다.

실시예에 따르면, 임계 전기전도도는 미리 설정된 제2 처리수의 재이용 수질 레벨에 기초하여 서로 다르게 설정될 수 있다. 이 때, 재이용 수질 레벨이 레벨 A이면 임계 전기전도도는 50 uS/cm로 설정될 수 있고, 재이용 수질 레벨이 레벨 A보다 작은 레벨 B이면 임계 전기전도도는 30 uS/cm로 설정될 수 있다.

다시, 도 5, 특히 도 5의 (b)를 참조하면, TMAH 필터링 서브 시스템(30)은 축전식 탈염 장치(Capacitive Deionization)(32)와 대응될 수 있다. 축전식 탈염 장치(32)는 축전식 탈염 공정을 통해 제2 유입수(즉, 제1 처리수)에서 TMAH를 필터링하여 재이용수인 제2 처리수를 생성할 수 있다.

도 7에서는 축전식 탈염 모듈(321)를 포함하는 축전식 탈염 장치(32)의 세부적인 구성을 도시하였다.

여기서, 축전식 탈염 공정은 전기흡착 공정의 일종으로서, 전극에 전위를 인가했을 때 전극 계면에서 형성되는 전기 이중층에서의 흡착 반응을 이용하여 이온성 물질을 제거하는 공정일 수 있다. 축전식 탈염 공정은 고온 시스템에 적용되며, 스케일 파울링의 발생이 낮고, 유지 관리가 용이하고, 전력 소모가 적으며, 회수율이 90% 이상인 장점이 있다.

도 7에서는 축전식 탈염 모듈(321)를 포함하는 축전식 탈염 장치(32)의 세부적인 구성을 도시하였다. 여기서, 축전식 탈염 모듈(321) 내의 전극의 전류에 기초하여 축전식 탈염 모듈(321)의 재생 시간이 결정될 수 있다.

다시, 도 5, 특히 도 5의 (c)를 참조하면, TMAH 필터링 서브 시스템(30)은 역삼투압 장치(33)와 대응될 수 있다. 역삼투압 장치(33)는 역삼투압 처리 공정을 통해 제2 유입수(즉, 제1 처리수)에서 TMAH를 필터링하여 재이용수인 제2 처리수를 생성할 수 있다.

여기서, 역삼투압 처리 공정은 역삼투압 원리를 이용하여 물 분자보다 큰 입자와 이온을 물 분자로부터 분리하는 공정일 수 있다. 역삼투압 처리 공정을 통해 TMAH가 90% 이상 제거될 수 있고 전기전도도가 90% 이상으로 제거될 수 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 역삼투압 장치(33)의 세부적인 구성을 도시한 도면이다.

도 8을 참조하면, 역삼투압 장치(33)는 고압 펌프(331) 및 2 이상의 역삼투압 필터(332)를 포함할 수 있다. 고압 펌프(331)는 제2 유입수를 2 이상의 역삼투압 필터(332) 중 첫번째 역삼투압 필터(332)로 유입시킬 수 있고, 2 이상의 역삼투압 필터(332) 각각은 제2 처리수(즉, 재이용수) 및 방류수를 분리하여 유출할 수 있다. 이 때, 고압 펌프는 2~6 bar의 압력으로 동작할 수 있다.

도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 TMAH 필터링 서브 시스템(30)의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.

도 9를 참조하면, TMAH 필터링 서브 시스템(30)은 전기투석 장치(31), 축전식 탈염 장치(32) 및 역삼투압 장치(33)를 포함할 수 있다.

전기투석 장치(31)는 전기투석 공정을 통해 제2 유입수(즉, 제1 처리수)에서 TMAH를 필터링하여 제2 처리수를 생성할 수 있다. 전기투석 장치(31)의 세부적인 설명은 상술한 도 6의 설명을 참조하기로 한다.

축전식 탈염 장치(32) 및 역삼투압 장치(33)는 전기투석 장치(31)와 병렬로 연결될 수 있다.

도 10에서는 TMAH 필터링 서브 시스템(30) 내의 축전식 탈염 장치(32) 및 역삼투압 장치(33)의 배치 형태를 도시하고 있다.

축전식 탈염 장치(32)는 전기투석 장치(31)와 연결되어 제2 처리수에서 TMAH를 필터링하여 재이용수인 제3 처리수 중 제3-1 처리수를 생성할 수 있다. 역삼투압 장치(33)는 전기투석 장치(31)와 연결되어 제2 처리수에서 TMAH를 필터링하여 제3 처리수 중 제3-2 처리수를 생성할 수 있다. 이 때, 제2 처리수는 분기되어 축전식 탈염 장치(32) 및 역삼투압 장치(33)로 유입될 수 있다.

축전식 탈염 장치(32) 및 역삼투압 장치(33)의 세부적인 설명은 상술한 도 7 및 도 8의 설명을 참조하기로 한다.

요컨대, 본 발명의 다른 실시예에 따른 TMAH 필터링 서브 시스템(30)은 전기투석 장치(31), 축전식 탈염 장치(32) 및 역삼투압 장치(33)를 조합하여 사용함으로써 TMAH를 보다 효율적으로 제거할 수 있다.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 청구범위뿐 아니라 청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims

TMAH(Tetra-methyl ammonium hydroxide)가 함유된 폐수를 처리 및 재이용하는 시스템에 있어서,
상기 폐수에서 불순물을 필터링하여 제1 처리수를 생산하는 불순물 필터링 서브 시스템; 및
상기 제1 처리수에서 상기 TMAH를 필터링하여 재이용수를 생산하는 TMAH 필터링 서브 시스템;을 포함하되,
상기 불순물 필터링 서브 시스템은, 제1 유입수 탱크와, 유입수 펌프와, 스트레이너(strainer)와, 순환 펌프와, UF(Ultra Filter) 모듈과, 제1 처리수 탱크를 포함하는 UF 장치를 포함하고,
상기 제1 유입수 탱크는 제1 유입수 및 상기 순환 펌프를 통해 상기 UF 모듈에서 농축된 제1 유입수의 일부가 혼합된 제1 저장수를 저장하고,
상기 유입수 펌프는 상기 제1 유입수 탱크의 유출구와 연결되고,
상기 스트레이너는 상기 유입수 펌프와 상기 순환 펌프 사이에 배치되고,
상기 순환 펌프는, 상기 스트레이너를 통해 상기 유입수 펌프에서 유출된 상기 제1 저장수와, 상기 농축된 제1 유입수의 나머지 일부가 혼합된 제1 혼합 유입수를 상기 UF 모듈로 유입하고,
상기 UF 모듈은 상기 제1 혼합 유입수를 필터링하여 상기 제1 처리수 및 상기 농축된 제1 유입수를 생산하여 유출하고,
상기 제1 처리수는 상기 제1 처리수 탱크에 저장되고,
상기 유입수 펌프의 모터 회전 속도는 상기 제1 유입수 탱크의 저장 용량 및 상기 스트레이너의 거름 용량에 기초하여 설정되고,
상기 순환 펌프의 모터 회전 속도는 상기 유입수 펌프의 모터 회전 속도보다 크도록 설정되고,
상기 순환 펌프의 모터 회전 속도와 상기 유입수 펌프의 모터 회전 속도의 속도 차이가 감소할수록 상기 순환 펌프의 구동 전력이 감소하는,
TMAH가 함유된 폐수의 처리 및 재이용 시스템.
제1항에 있어서,
상기 순환 펌프의 모터 회전 속도는 4m/s로 설정되고, 상기 유입수 펌프의 모터 회전 속도는 1m/s로 설정되어 상기 UF 모듈의 막오염을 감소시키는,
TMAH가 함유된 폐수의 처리 및 재이용 시스템.
삭제
제1항에 있어서,
상기 UF 모듈은 직렬 연결된 2 이상의 UF를 포함하고,
상기 2 이상의 UF는 첫번째 UF 및 마지막 UF를 포함하고, 상기 2 이상의 UF 중 상기 첫번째 및 마지막 UF 이외의 중간 UF가 선택적으로 포함되고,
상기 첫번째 UF의 유입구로는 상기 제1 혼합 유입수가 유입되고,
상기 중간 및 마지막 UF 각각의 유입구로는 직전 배치된 UF의 제1 유출구에서 유출된 UF 농축수가 유입되고,
상기 마지막 UF의 제1 유출구에서 상기 농축된 제1 유입수가 유출되고,
상기 2 이상의 UF 각각의 제2 유출구에서 상기 제1 처리수가 유출되어 상기 제1 처리수 탱크에 저장되는,
TMAH가 함유된 폐수의 처리 및 재이용 시스템.
제4항에 있어서,
상기 UF 장치는, 상기 2 이상의 UF 각각의 제2 유출구와 상기 제1 처리수 탱크의 유입구 사이에 배치된 2 이상의 제1 단속 밸브와, 상기 제1 처리수 탱크의 역세 유출구와 연결되는 역세 펌프와, 상기 2 이상의 UF 각각의 제2 유출구와 상기 역세 펌프 사이에 배치된 2 이상의 제2 단속 밸브를 더 포함하되,
상기 2 이상의 UF 각각에 대하여, 상기 UF의 제2 유출구를 기준으로 상기 제1 및 제2 단속 밸브가 병렬로 연결되고, 미리 설정된 세척 기간에서 상기 제1 단속 밸브는 폐쇄 모드로 동작하고 상기 제2 단속 밸브는 개방 모드로 동작하고, 미리 설정된 비세척 기간에서 상기 제1 단속 밸브는 개방 모드로 동작하고 상기 제2 단속 밸브는 폐쇄 모드로 동작하고,
상기 2 이상의 UF 중 특정 UF가 상기 세척 기간인 경우, 상기 2 이상의 UF 중 상기 특정 UF 이외의 나머지 UF는 상기 비세척 기간인,
TMAH가 함유된 폐수의 처리 및 재이용 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제1 유입수는 상기 폐수이거나 또는 상기 폐수에서 상기 불순물이 1차적으로 필터링된 제0 처리수인,
TMAH가 함유된 폐수의 처리 및 재이용 시스템.
제6항에 있어서,
상기 불순물 필터링 서브 시스템은, 전기응집부상(Electrocoagulation-Flotation) 공정을 통해 상기 폐수에서 상기 불순물의 슬러지를 1차적으로 필터링하여 상기 제0 처리수를 생성하는 전기응집부상 장치를 더 포함하는,
TMAH가 함유된 폐수의 처리 및 재이용 시스템.
제1항에 있어서,
상기 TMAH 필터링 서브 시스템은, 전기투석 공정을 통해 상기 제1 처리수에서 상기 TMAH를 필터링하여 재이용수인 제2 처리수를 생성하고, 탈염 탱크와, 농축 탱크와, 전해질 탱크와, 전기투석 모듈을 포함하는 전기투석 장치를 포함하고,
상기 탈염 탱크는 상기 제1 처리수와 대응되는 제2 유입수 및 상기 전기투석 모듈에서 유출된 탈염수가 혼합된 제2 저장수를 저장하고, 상기 농축 탱크는 상기 제2 유입수 및 상기 전기투석 모듈에서 유출된 농축수가 혼합된 제3 저장수를 저장하고, 상기 전해질 탱크는 외부에서 공급된 전해질 및 상기 전기투석 모듈에서 순환된 전해질이 혼합된 제4 저장수를 저장하고,
상기 제2, 제3 제4 저장수는 상기 전기투석 모듈에 유입되고,
상기 전기투석 모듈은, 상기 탈염수를 상기 탈염 탱크로 유출하고, 상기 농축수를 상기 농축 탱크로 유출하고, 상기 순환된 전해질을 상기 전해질 탱크로 유출하고,
상기 탈염 탱크는 미리 설정된 제1 조건이 만족되는 경우 상기 제2 저장수를 상기 제2 처리수로서 유출하는,
TMAH가 함유된 폐수의 처리 및 재이용 시스템.
제8항에 있어서,
상기 전기투석 장치는 상기 제2 저장수의 pH(수소 이온 농도 지수) 및 전기전도도를 측정하는 센서 모듈을 더 포함하고,
상기 제1 조건은 상기 제2 저장수의 pH가 미리 설정된 임계 pH보다 작아지면서 상기 제2 저장수의 전기전도도가 미리 설정된 임계 전기전도도보다 작아지는 조건인,
TMAH가 함유된 폐수의 처리 및 재이용 시스템.
제9항에 있어서,
상기 임계 전기전도도는 미리 설정된 상기 제2 처리수의 재이용 수질 레벨에 기초하여 서로 다르게 설정되되,
상기 재이용 수질 레벨이 레벨 A인 경우, 상기 임계 전기전도도는 50uS/cm이고,
상기 재이용 수질 레벨이 상기 레벨 A보다 작은 레벨 B인 경우, 상기 임계 전기전도도는 30uS/cm인,
TMAH가 함유된 폐수의 처리 및 재이용 시스템.
제1항에 있어서,
상기 TMAH 필터링 서브 시스템은, 축전식 탈염 공정을 통해 상기 제1 처리수에서 상기 TMAH를 필터링하여 재이용수인 제2 처리수를 생성하고, 축전식 탈염 모듈을 포함하는 축전식 탈염 장치를 포함하고,
상기 축전식 탈염 모듈은 상기 축전식 탈염 모듈 내의 전극의 전류에 기초하여 상기 축전식 탈염 모듈의 재생 시간을 결정하는,
TMAH가 함유된 폐수의 처리 및 재이용 시스템.
제1항에 있어서,
상기 TMAH 필터링 서브 시스템은, 역삼투압 처리 공정을 통해 상기 제1 처리수에서 상기 TMAH를 필터링하여 재이용수인 제2 처리수를 생성하고, 고압 펌프 및 2 이상의 역삼투압 필터를 포함하는 역삼투압 장치를 포함하고,
상기 고압 펌프의 동작 압력은 2~6 bar인,
TMAH가 함유된 폐수의 처리 및 재이용 시스템.
제1항에 있어서,
상기 TMAH 필터링 서브 시스템은,
전기투석 공정을 통해 상기 제1 처리수에서 상기 TMAH를 필터링하여 제2 처리수를 생성하는 전기투석 장치와,
상기 전기투석 장치와 연결되어 상기 제2 처리수에서 상기 TMAH를 필터링하여 재이용수인 제3 처리수 중 제3-1 처리수를 생성하는 축전식 탈염 장치와,
상기 전기투석 장치와 연결되어 상기 제2 처리수에서 상기 TMAH를 필터링하여 상기 제3 처리수 중 제3-2 처리수를 생성하는 역삼투압 장치를 포함하고,
상기 제2 처리수는 분기되어 상기 축전식 탈염 장치 및 상기 역삼투압 장치로 유입되는,
TMAH가 함유된 폐수의 처리 및 재이용 시스템.