원전 일차계통 HyBRID 제염공정에서 발생되는 제염폐액에는 황산이온과 방사성 핵종을 포함한 금속이온 및 발암성 물질의 하이드라진을 포함하고 있어 이를 안전한 수준으로 처리할 수 있는 기술개발이 필요하다. 본 연구에서는 모의 제염폐액내 황산 및 금속이온의 제거와 하이드라진의 분해시험을 실시하여 황산이온, 금속이온 및 하이드라진을 효과적으로 제거할 수 있는 HyBRID 제염폐액 처리공정을 도출하였으며, 1 L 규모에서의 반복실험과 Pilot 규모(300 L/batch)에서의 평가시험을 통해 도출한 HyBRID 제염폐액 처리공정의 성능 재현성과 적용성을 검증하였다.
원자력발전소에서 발생하는 방사성 폐액은 일반적으로 액체폐기물처리계통 폐액증발기 및 농축 폐액건조설비에서 증발 및 건조 공정을 통해 수분을 함유하지 않은 분말형태로 변한다. 이 분말형태의 폐기물은, 취급 시와 처분 후 안전성을 확보할 수 있도록, 파라핀과 균일하게 혼합되어 고화된 후 철제드럼에 포장된다. 농축폐액건조설비를 이용하여 농축폐액을 건조시킨 후 분말 형태의 폐기물을 파라핀과 혼합하는 공정을 수행할 때, 방사성 폐액 중 붕소와 나트륨의 몰비가 0.2를 초과하는 경우, 분말형태의 폐기물이 파라핀과 균일하게 혼합되지 않고 층을 이루어 분리되어 드럼에 안정고화가 잘 안되는 경우가 발생하였고 또한 일부는 드럼화 전에 설비 내에 고착되는 현상이 발생하는 것을 경험하였다.
방사성 폐액처리에서 나오는 방사성 Sludge의 Solar energy에 의한 고화 처리방법은 가장 효과적이고 경제적인 처리방법의 하나이다. 본연구를 통해서 Sludge의 고화처리는 3月부터 8月사이가 가장 적정기이고, 또 Mass-transfer방법에 의해 증발량 추정에 대한 실험식을 유도하였다.
리튬계 이차전지의 수요는 휴대전화 및 전기자동차 등의 관련 산업의 폭발적인 성장과 더불어 크게 증가하고 있으며, 한국은 전 세계 이차전지 사업의 40%를 점유하는 리튬 이차전지 제조 강국이다. 폐기된 리튬 이차전지의 경우 대부분은 스크랩 형태로 유가금속 회수 차원에서 재활용되고 있으나, 코발트와 니켈 등 유가금속 회수 후 폐액은 잔류 리튬 농도에 따라 일부 폐기되고 있으며, 제조 공정 시 발생하는 폐액에 관한 연구는 전무하다. 뿐만 아니라 리튬 이온 농도에 의한 수계 오염 가능성에 관한 연구는 시도되지 않았으며 해마다 공공하수처리시설의 방류수 수질기준은 엄격해지고 있다. 본 연구에서는 고성능 장시간 목적으로 사용되는 고니켈계 NCM 양극재 제조 공정에서 전극 코팅을 위한 공정에서 발생하는 폐액에 대하여 분석하고, 폐액 처리공정에 대한 과정을 제시하였다. 제안한 제조 공정 폐액 처리 공정별 리튬 이온의 농도 및 pH 영향에 따른 수질오염 척도인 생태독성과의 연관성에 대하여 수질검사와 함께 물벼룩 생태독성 시험을 통해 상관관계를 분석하였다. 또한, 다른 산업군의 생태독성 시험과의 비교를 통해 향후 리튬 공장 폐액에 대한 현실적인 처리 방안에 대하여 서술하였다.
원자력발전소에서 발생되는 방사성 세탁폐액의 처리연구틀 위하여 100L/h 처리용량의 오존접촉조-활성탄탑-역삼투막-이온교환수지탑의 복합공정을 제작하고 영광 4호기에 설치하여 단위공정별 성능실험을 수행하였다. 오존에 의한 세제 제거율은 약 50%로 나타났으며, 활성탄탑을 거친후에는 거의 모든 유기물이 제거되었다. 역삼투막에 의하여 방사성핵종 제거율 설험은 원수의 부피를 1/10로 줄이는 데까지 농축도를 증가시키면서 수행하였는데, 농축도에 따라 핵종제거율이 약간 감소하는 경향은 있었으나 대체적으로 99% 정도의 제거율을 나타내었다.
모의 폐액으로 부터 팔라디움을 회수하여 촉매를 제조하였다. 모의 폐액은 장수명핵종 소멸처리 전환시의 군분리 공정에서 발생하는 8성분 폐액으로 하였다. 팔라디움의 회수율은 99.5% 이상이며, 그 순도는 99% 이상의 고품질의 것이었다 회수된 팔라디움을 사용하여 소수성촉매를 제조하였으며, 이 촉매는 400$m^2$/g 이상의 높은 비표면적을 갖는 것으로 나타났다. 질량비로 10%의 시제품촉매를 제조하여 93%의 삼중수소 교환반응효율을 얻을 수 있었다.
식품공장에서 배출되는 폐액에 효모를 배양, 폐수의 처리와 함께 생산되는 균체를 이용하고 tapioka 주정 증류폐액을 이용하여 균체생산을 위한 최적조건및 수율을 검토하였다. 그 결과 Saccharomyces 속이 나 Candida속의 단독배양에 비하여 이들 Saccharomyces 속과 Candida 속을 혼합배양 했을 때가 효모의 수율이 높음을 알았으며, 이때 얻어지는 균체의 조단백함량은 54∼60% 이었다.
알코홀 증류폐액은 통상적으로 COD 50,000-60,000 ppm, TS 3-8%, SS 2-4%, TN 0.05-0.2% 정도가 포함되어 있어 높은 SS와 TN 함량 때문에 종합폐수로써 생물학적 처리를 하거나 혐기성 소화를 통하여 처리하는 데 문제가 있다. SS의 주성분으로는 미발효 원료 잔류물과 함께 균체, 단백질, 섬유질, 그리고 기타 현탁성 또는 용해성 물질들이 포함된다. 본 연구에서는 알코홀 증류폐액 처리의 한 해결책으로써 0.1 $\mu$m Pore size를 갖는 스테인레스 재질의 분리막을 이용한 pilot scale 정밀여과(microfiltration)를 실시하였다. Decanter로 처리된 증류폐액을 정밀여과 처리한 결과 2.5 bar, 6$0^{\circ}C$ 조건에서 VCR 농축도 10X 정도가지 원활한 permeate flux를 얻으며 24시간 이상 장시간 여과가 가능하였고 feed 중 0.7%였던 SS가 100% 가까이 제거된 permeate를 얻을 수 있었다. SS는 retentate 중에 7%까지 농축 가능하였으며 COD는 25-27% 정도 제거되었다. SS가 2.6%인 decanter를 거치지 않은 증류 원폐액의 경우, VCR 3X 이내의 조건으로 여과할 때 SS를 100% 가까이 그리고 COD는 약 50% 정도 제거 가능하였다. 무방류 시스템으로의 전용을 위하여 정밀여과로 얻어진 permeate와 retentate를 발효배지 사입수으로 재활용하여 알코홀 발효에 미치는 영향을 검토한 결과, 재활용 사입수를 사용하지 않은 경우에 비해 발효 도중 이상 현상이나 발효속도와 알코홀 생산량에 부정적인 영향을 미치는 징후는 발견되지 않았다. 발효에 의한 총 $CO_2$ 발생량과 최종 알코홀 함량은 약간 증가하고 큰 차이를 보이지 않았으나, 발효시간 동안의 $CO_2$ 발생속도는 비교적 빨라져서 $CO_2$ 발생량 450 L/ton에 도달하는 시간은 재활용 사입수를 15% 사용했을 때 83-87%, 30%를 사용했을 때 72-76% 정도 단축되는 효과를 얻었다. 증류폐액을 처리하기 위해 사용되는 기존 decanter를 대체하여 정밀여과 막분리장치를 이용한다면 SS가 완벽하게 제거됨으로써 폐수처리의 부하를 줄이는 한편 부가적인 농축 공정을 줄일 수 있을 것으로 기대된다. 또한 여과 permeate를 발효배지 사입수로 재활용함으로써 발효속도를 증진시킬 수 있으며 용수사용량을 절약할 수 있다.
심각한 수질환경 오염을 억제하기 위하여 알코올 발효고정의 폐액을 미생물을 이용하여 BOD를 낮추고 동시에, 단세포 지질의 생산 공정을 개발하고자 하였다. 알코올 발효공장 두 곳의 폐액을 수집하여 그 조성 및 일반성분과 생물학적 산소 요구량(BOD), 화학적 산소요구량(COD) 등을 측정하였고, 폐액중에 생존하는 미생물들과 유지 함량이 높다고 알려진 효모 균주들을 배양하여 단세포 지질의 생산에 적합한 Rhodotorula glutinis 균주를 선발하였다. 알코올 발효 공장의 폐액을 기질로 사용하기 위하여, 전처리 조건을 실험한 결과 NaOH의 처리가 가장 우수하였다. 최대의 지질수율을 얻기 위한 최적 배양 조건을 구한 결과, 배양 온도 $30^{\circ}C$, 초기 pH5.0이었고, 인산염의 첨가 효가가 있었다. 발효조를 이용한 단세포 지질 생산을 시도하여 기질 중에 탄소원대 질소원의 비에 따라 단세포 지방산 조성 및 함량에 차이가 있었으며, 탄소원 대 질소원의 비가 50에서 최대 지질계수를 나타내었다. 최종적으로 효모 배양에 의한 단세포 지질이 4g/L 생산되었고, 처리폐액의 BOD의 88.7%가 감소되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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