동결농축법을 이용한 염수 및 중금속 수용액의 동결거동에 관한 실험 연구

An Experimental Study on Freezing Behavior of NaCl and Heavy Metal Aqueous Solution Using Freeze Concentration Method

동결농축폐수처리의 기술은 열역학적 효율이 높고 에너지 소비량이 작아 중소규모로 적합하며, 용수 재활용과 융해열의 냉열 재이용이 가능한 장점을 가지고 있다. 본 연구에서는 폐수 처리효율이 높은 동결농축폐수처리장치의 개발을 위해 수직원관 형태의 제빙관을 대상으로 염화나트륨수용액을 이용한 기초 실험을 통해 냉각면 온도, 기포 분사 방법에 따른 분리 성능을 확인 후 대표적 중금속인 Pb, Cr 수용액을 대상으로 냉각면 온도, 기포 직접 분사, 과냉각을 방지하기 위한 용질을 포함하지 않은 초기 빙층 두께의 영향에 따른 중금속 분리 성능을 실험 통해 확인하였다. 실험결과 두 수용액에서 모두 냉각면의 온도가 낮을수록 동결층의 성장속도가 빨라지고 용질의 분리효율이 저하되었다. 기포를 분사하는 방법 중에는 환모양의 노즐을 통해 동결계면에 직접 분사하는 방법이 원통벽면을 통해 간접 분사하는 것 보다 분리효율이 높게 나타났으며, 초기 빙층의 두께에 따른 실험에서는 1㎜ 보다는 5㎜의 두께에서 분리효율이 더 우수한 것으로 나타났다.

Recently, waste water treatment system is developed in small and middle size to get more economic advantage . Freeze concentration system has high thermodynamic efficiency and low energy consumption, can re-use purified water and cold energy obtained from ice. This study was experimentally performed to investigate pollution containment in frozen layer by cooling wall temperature, air-bubble flow methods, initial ice-lining thickness of frozen layer in NaCl aqueous solution and the representative heavy metals, Pb and Cr aqueous solution. As the result, a decrease in the cooling wall temperature bring a higher growth rate of ice front and the more solute was involved in frozen layer. The method to inject directly air-bubble into ice-liquid interface through ring shape nozzle gave high purity of ice compared to indirect method. Ice lining in 5㎜ thickness resulted in frozen layer with higher purity than 1㎜ thickness.