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
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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.
Abstract
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.
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