1970년대 수출주도 고도성장을 위해 정부는 조선･철강･기계 등의 중화학공업을 선택적으로 집중육성 하였다. 그 결과 일반기계산업은 1970년 수출 8백만불에서 2015년 현재 218,262백만불로 약 27,000배 이상 성장하였다. 일반기계산업에 있어 금속가공 공정은 필수적이며, 금속가공 공정에서 필요로 하는 것이 공작기계(Mother machine)와 절삭유(Soluble Cutting Fluids, SCF)이다. 절삭조건 개선에 사용되는 절삭유는 첨가제, 사용용도 등에 따라 원액으로 사용하는 비수용성과 물로 희석해서 사용하는 수용성으로 나뉜다. 국내 절삭유 이용량의 60%이상이 수용성 절삭유로 비수용성 절삭유의 오일미스트(Oil-mist), 폐유처리과정에서 유독성 물질 발생 등의 문제로 수용성 절삭유 사용량이 점차 증가하였다. 또한 절삭 성능 향상을 위한 방부제, 윤활제, 방청제, 부식방지제, 세정제, 극압 첨가제 등 각종 화학물질 첨가로 인해, 노출될 경우 췌장, 피부, 담낭, 방광, 소화기계 등 인체의 여러 조직에 암을 유발할 수 있으며, 각종 호흡기계 질환과 피부질환을 초래하는 것으로 알려져 있다. 인체에 미치는 영향 외에도 수용성 절삭유에는 고농도의 유기성분과 질소화합물 등이 함유되어 있어 적절한 처리 없이 수계로 유출시 부영양화, 녹조현상 등과 같은 문제를 일으킬 수 있으며 산화반응에 의해 수계의 용존산소를 감소시키므로 그 처리의 중요성이 부각되고 있다. 본 연구에서는 실공정에서 발생한 폐수용성절삭유를 원시료로 하여 대표적인 불용성 전극인 Ti/IrO2 전극을 이용하여 전기화학적 처리를 진행하였으며 연구에 사용한 장치의 모식도를 Fig. 1에, 시료의 성상을 Table 1에 나타내었다.

우리나라 경제의 성장을 이끈 기계산업은 2015년 현재 생산액 100조원, 사업체수 9,526개사, 종사자수 31만 5천명, 부가가치 39조원으로써 제조업 중 생산액 5위, 사업체수 2위, 종사자수 3위, 부가가치 4위에 위치하고 있다. 이러한 기계산업에 있어 공작기계를 이용해 금속을 원하는 모양으로 만드는 금속가공은 반드시 필요한 공정으로 금속가공 시 가공 장비의 수명 연장 및 가공물의 품질 향상을 위해 칩이 형성되는 영역에 적용되어 윤활 및 냉각작용을 하는 절삭유(Soluble Cutting Fluids, SCF)가 이용되고 있다. 절삭유는 수용성 및 비수용성으로 나뉘는데 비수용성 절삭유의 경우 윤활성은 우수하나 경제성 및 발연, 발화등의 문제점이 있으며, 수용성 절삭유는 윤활성은 비교적 떨어지나 냉각성과 경제성이 우수하다는 장점이 있다. 또한 절삭유는 기능 향상을 위해 PAH, 방부제, 파라핀계 염소, 아질산염 등 20~30개의 첨가제가 사용된다. 이는 중추신경계 장애, 이비인후 자극, 피부염 발생 등을 일으킬 위험성이 크다고 알려져 있으며, 고농도의 유기성분 및 질소화합물로 인해 수계에 유출시 부영양화, 녹조현상 등과 같은 문제를 일으킬 수 있다. 따라서 본 연구에서는 전기화학적 처리를 통해 반응시간에 따른 폐수용성 절삭유의 COD 및 T-N의 제거율 변화를 분석하였다. 전기화학적 처리의 중요 인자인 전극은 비교적 가격이 저렴하고 용출량이 낮은 것으로 알려져 있는 SUS316전극을 이용하였으며 자세한 실험 조건을 Table 1에, 연구에 사용한 장치의 모식도를 Fig. 1에 나타내었다.

Soluble Cutting Fluids (SCFs) have been used in metal machining processes to improve the quality of metal processing equipment and products. Although SCFs are useful and essential material, wasted soluble cutting fluids are harmful in hydroecological systems because of the high concentration of COD and nitrogen material. If discharged to hydroecological systems without specific treatment, they may cause eutrophication in rivers and lakes. Therefore, the removal efficiency of the COD contained in the SCFs is investigated in this study using electrochemical treatment with an insoluble electrode. The electrode was made of titanium with iridium plating, made from a perforated metal sheet to agitate the sample in the reactor. Cathode and anode electrodes were inserted into acrylic reactor alternately and the reaction time was one hour. The experimental results were as follows: First, for 60 A/m2, 80 A/m2, and 100 A/m2 current densities, the COD removal efficiencies were 42.0%, 63.9%, and 78.4%, respectively.

Soluble cutting fluids (SCFs) have been used in metal machining processes to improve the quality of metal processing equipment and products in modern society. Because the characteristics among metal machining processes differ, various types of cutting fluids are manufactured to enhance the cutting efficiency of different metals. Although SCFs are useful and essential materials, particular treatment is required attributable to the high concentration of nitrogen materials and chemical oxygen demand (COD). In this study, the removal efficiency of total nitrogen (T-N) contained in SCFs was analyzed using electrochemical treatment. The electrode was made of 316 stainless steel, which had been perforated to prevent an imbalanced sample concentration in the reactor. Cathodic and anodic electrodes were alternately inserted into an acrylic reactor. The removal efficiency of T-N in SCFs using 40 A/m2, 60 A/m2, and 80 A/m2 current density, was 48.2%, 61.5% and 69.3%, respectively. The removal efficiency of T-N in SCFs with the addition of 0, 5 mM, and 10 mM NaCl was 69.3%, 74.6%, 77.6%, respectively.

국내 광공업 중 자동차 제조업, 금속가공제품 제조업 등 금속가공을 필요로 하는 사업체는 전체 광공업 사업체 163,822개 중 40%를 차지하고 있다. 산업혁명 이래 기계 산업은 빠르게 발전해왔으며 기계 산업이 발달한 현대사회에서 금속 가공 공정은 필수적이다. 이러한 금속 가공 과정에서 금속과 금속사이의 마찰을 줄이기 위한 윤활작용, 마찰로 인한 열팽창 및 변형을 막기 위한 냉각작용, 부식 방지를 위한 방청제 역할을 하는 것이 절삭유이다. 절삭유는 일반적으로 수용성과 비수용성으로 분류되며, 비수용성의 경우 작업 중 및 작업 후 발생하는 오일미스트로 인한 유독성 및 발화 위험 등의 문제가 제기됨에 따라 수용성 절삭유의 사용이 점차 증가하여, 국내 절삭유 사용량의 60% 이상을 수용성 절삭유가 차지하고 있다. 하지만 수용성 절삭유에는 아질산염, 방부제 등 20~30개의 화학물질이 포함되어 있다. 또한, 수용성 절삭유에 함유되어있는 질소계 물질들은 수생태계에 방류되면 부영양화 및 녹조 현상과 같은 문제를 일으킬 수 있으며, 수중에서 산화반응을 하여 아질산성 질소와 질산성 질소로 변화되면서 수계의 용존산소를 감소시켜 오염을 일으킬 수 있어 각별한 처리가 필요한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 입상활성탄(Granular activated carbon)을 충진한 충진복극조를 이용해 전기화학적 처리를 통해 수용성 절삭유의 T-N 제거율을 분석하였다. 실험조건은 다음의 Table 1, 실험장치의 구성을 Fig. 1에 간단히 나타내었다.

1900년대 초부터 금속 가공 장비의 수명 연장 및 가공물의 품질 향상을 위해 금속 가공 공정에 절삭유가 이용되어 왔다. 금속 가공 특성에 따라 절삭효율 향상을 위해 각종 첨가제를 포함시켜 여러 종류의 절삭유가 제조되고 있으며, 일반적으로 수용성과 비수용성으로 분류된다. 비수용성 절삭유의 경우, 폐유처리과정에서 유독성 물질 발생, 발연･발화 등의 문제로 수용성 절삭유의 사용이 점차 증가해 왔으며, 국내에서 이용되는 절삭유의 60% 이상이 수용성 절삭유이다. 사용된 수용성 절삭유는 비수용성 절삭유와 같이 소각처리 하기에는 비용이 크며, 수계로 유출시 COD 약 30,000~100,000ppm의 고농도 유기성분에 의해 인근 수계를 오염시킬 수 있으므로 각별한 처리가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 Ti-IrO2전극을 이용하여 NaCl 첨가, 인가전압 변화를 통해 수용성 절삭유 내 오염물질의 전기화학적 처리에 미치는 영향을 검토하고, 수용성 절삭유의 전기화학적 처리에 대한 기초자료를 제공하고자 한다. 시료는 U사의 W1-1종 수용성 절삭유를 이용하였으며 증류수와 혼합하여 5% 농도의 인공 시료를 제조하였다. 시료의 특성은 Table 1, 실험 조건은 Table 2에 나타내었다.

2012년 현재, 국내 광공업 중 자동차 및 트레일러 제조업, 금속가공제품 제조업 등 금속가공을 필요로 하는 사업체는 전체 광공업 사업체 중 약 40%를 차지하고 있으며, 이와 같은 금속가공 과정에서 필요로 하는 것이 절삭유이다. 그러나 절삭유 내에는 50~80% 정도의 미네랄 오일 외에 amins, carboxylates, chlorine, glycols와 같은 부식방지제, 안정제, 습윤제, 극압 첨가제 등 20여종 이상의 화학성분이 다량 함유되어 있으며, 인체에 지속적으로 노출 시 호흡기 자극, 천식, 폐렴, 피부염, 모낭염 및 피부암 등을 일으키게 된다. 또한 고농도의 유기성분이 함유되어 있으며 유기성분 외에도 금속가공유 내 함유된 암모니아성 질소는 수생태계에 방류되면 부영양화 및 녹조현상과 같은 문제를 일으키며, 수중에서 산화반응을 하여 아질산성 질소와 질산성 질소로 변화되면서 수계의 용존산소를 감소시켜 수계 내 오염을 일으켜 각별한 처리가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 수용성 절삭유의 효율적인 처리를 위해 용성전극인 알루미늄과 SUS316전극을 이용하여 전극간격, 전압, NaCl 농도변화를 통해 암모니아성 질소 제거 효율에 미치는 영향을 검토하여, 전극 특성과 각 인자에 따른 제거양상을 비교하였다. 본 연구에서 사용한 시료는 수용성 절삭유 W1-1종을 초순수와 함께 5%(V/V) 희석하여 사용하였으며 성상은 Table 1과 같다. 장치구성은 반응조, 전극, 전원공급장치, 전압안정기(AVR)로 진행하였으며, 장치모식도는 다음 Fig. 1에 나타내었다.

An electrochemical treatment has great efficiency for the removal of non-biodegradable material and it has high applicability in wastewater treatment due to its short operating time. The purpose of this study using an electrochemical process is to provide fundamental data on the cutting fluid treatment, which has difficulties in the treatment of nonbiodegradable material. The results are as follows. Experimental data in relation to applied voltage and concentration of NaCl are outlined. With no addition of NaCl, and an applied voltage of 5 V, 10 V, or 15 V for 60 mins, the removal rates of CODMn were 29.87%, 55.32%, and 67.27% for each voltage. The removal rates of CODCr were 39.51%, 70.73%, and 85.37%, respectively. The removal rates of CODMn and CODCr increased with increasing applied voltage. These experimental results showed that the removal rate of COD with varying concentrations of NaCl (0 mM, 5 mM, 10 mM) increased increasing NaCl concentration.