중금속 오염폐수의 효과적인 처리를 위하여 최적의 중금속 흡착능력을 가진 해조류를 선별하고 선별된 해조류를 이용하여 생물흡착제를 제조하여 중금속 흡착특성과 등온흡착식을 적용하였고, 생물흡착제의 재사용 가능성과 흡착된 중금속의 회수방법 등을 조사하였으며, 개발된 생물흡착제의 실제 폐수처리능력을 조사하기 위하여 인공 중금속오염폐수에 적용하여 처리 능력과 실용화 가능성 등을 조사하였다. 해조류 종류별 중금속 흡착능력은 전반적으로 미역≥곰피≥다시마>우뭇가사리 순이었으며, 중금속 종류에 따라서도 흡착효율은 차이가 있었다. 각 중금속 100 mg/ℓ 농도에서 Pb는 93-99% 이상의 흡착능력이 있었고, Cu와 Cd에 대해서도 70-80% 이상의 흡착능력이 있었다. ...
중금속 오염폐수의 효과적인 처리를 위하여 최적의 중금속 흡착능력을 가진 해조류를 선별하고 선별된 해조류를 이용하여 생물흡착제를 제조하여 중금속 흡착특성과 등온흡착식을 적용하였고, 생물흡착제의 재사용 가능성과 흡착된 중금속의 회수방법 등을 조사하였으며, 개발된 생물흡착제의 실제 폐수처리능력을 조사하기 위하여 인공 중금속오염폐수에 적용하여 처리 능력과 실용화 가능성 등을 조사하였다. 해조류 종류별 중금속 흡착능력은 전반적으로 미역≥곰피≥다시마>우뭇가사리 순이었으며, 중금속 종류에 따라서도 흡착효율은 차이가 있었다. 각 중금속 100 mg/ℓ 농도에서 Pb는 93-99% 이상의 흡착능력이 있었고, Cu와 Cd에 대해서도 70-80% 이상의 흡착능력이 있었다. HCl, H_(2)SO_(4), CaCl_(2) 등을 이용하여 해조류의 작용기를 치환함으로서 중금속 흡착능력이 증가되었으며, 중금속 흡착능력의 증가정도는 해조류와 중금속 종류에 따라서 약간의 차이는 있었으나 전반적으로 작용기 치환용액으로 CaCl_(2)를 사용할 경우에 가장 높았다. 온도에 따른 중금속 흡착변화는 온도가 상승함에 따라 약간씩 증가하는 경향이었지만 그 정도는 극히 미미하였고, 용액내 초기 pH에 따른 중금속 흡착변화는 pH3-7 범위에서 큰 차이가 없었다. 미역 폐기물을 이용하여 제조된 생물흡착제의 단일 중금속 흡착효율은 각 중금속 100 mg/ℓ인 용액에 biosorbent 3g을 처리했을 때 Pb는 거의 100% 였고, Cu와 Cd 가 약 85-86%, Zn과 Cr은 약 60-64%, Co와 Ni 은 약 57%, Mn은 약 48%였다. 복합중금속 흡착효율은 단일중금속 흡착효율에 비하여 Pb를 제외한 다른 중금속들은 크게 감소되었으나 biosorbent g당 전체 중금속 흡착량은 더 증가되었다. 온도, pH에 따른 중금속 흡착효율은 별 차이가 없었으며 전반적으로 pH는 pH 5-6 범위, 온도는 20-30℃ 범위의 실온이 적당한 것으로 나타났다. 생물흡착제의 흡착평형은 모든 중금속이 1시간 이내에 이루어졌다. Freundlich와 Langmuir 등온흡착식을 구하여 실제 폐수처리에 적용여부를 검토한 결과 Pb, Cu, Cr, Cd, Co 순으로 비교적 친화도가 큰 것으로 나타났고, Freundlich 등온흡착식에 가장 잘 일치하였다. 생물흡착제가 중금속 흡착 후의 구조적인 특성을 조사하기 위하여 FT-IR 분석 결과 중금속 이온과 치환될 것으로 생각되는 functional group을 확인할 수 있었으며 1,3,400 cm^(1)에서의 -OH group, 1,648cm^(-1) 에서의 C=O bond, 1,426cm^(1)에서의 C-O bond 그리고 850cm^(1)에서의 S=O 등이 전반적으로 중금속 흡착 후에 peak가 커지는 것이 관찰되었다. 생물흡착제의 재사용 가능성을 검토하기 위하여 최적의 중금속 탈착조건 검토하였는데, 탈착제 종류에 따른 중금속 탈착효율은 탈착제 종류와 중금속 종류에 따라 차이가 있었고, 전반적으로 NTA>H_(2)SO_(4)>HCl>EDTA 순으로 우수하였으며, 전체적으로 특정 중금속의 탈착효율이 떨어지지 않는 NTA가 탈착제로 가장 적합하였다. NTA 농도에 따른 중금속 탈착효율은 NTA 0.1-0.3% 농도범위에서는 농도 증가에 따라 탈착효율도 약간 증가되었으나 그 이상의 농도에서는 별 차이 없었다. 온도와 pH 변화에 따른 중금속 탈착효율은 Cr을 제외한 다른 중금속들은 크게 영향을 받지 않는 것으로 나타났으며 전반적으로 온도는 30℃, pH는 2에서 높았다. 탈착제 접촉 반응시간에 따른 탈착효율은 10분 이내에 전 체 탈착량의 80% 이상이 탈착 되었으며 1시간 이후에는 거의 변화가 없었다. 생물흡착제의 재사용을 위하여 흡착-탈착 과정의 10회 반복에 따른 중금속 흡착효율은 대부분의 중금속이 두 번째 반복 사이클에서 첫 번째에 비하여 흡착효율이 약간씩 감소되었으나 2회 이후부터 10회까지는 별 차이 없이 거의 일정한 중금속 흡착능력을 보였다. 중금속회수를 위하여 흡착된 중금속을 회화 시켰을 때 중금속종류별 생성된 작열잔유화합물량은 생물흡착제 1g 당 120-452 mg 의 작열잔유물이 생성되었고, 작열잔유화합물을 EDS 분석을 한 결과 각 중금속이 80%이상 함유되어 있는 비교적 순수한 중금속 화합물이였다. 생물흡착제와 활성탄의 설제 중금속 오염폐수처리능력을 조사하기 위하여 생물흡착제와 활성탄이 충진된 packed-bed column에 각각의 중금속의 함량이 100 mg/ℓ가 되도록 인공 중금속오염 폐수를 조제하여 21.6 ℓ/day 유속으로 처리하였을 경우 처리초기에는 모든 중금속이 99%이상의 높은 처리효율을 나타내었으며, Pb는 약 65ℓ, Cu는 약 30ℓ, Cd 은 약 50ℓ, Zn, Mn, Co, Cr, Ni 의 경우는 약 10-20ℓ의 폐수처리가 가능하였다. 생물 흡착제와 활성탄의 흡착능력을 비교했을 때 처리능력에 있어서 활성탄에 비하여 생물흡착제의 처리능력이 더 좋은 것으로 나타나서 기존의 활성탄 대용으로 생물흡착제의 사용이 가능한 것으로 보인다.
중금속 오염폐수의 효과적인 처리를 위하여 최적의 중금속 흡착능력을 가진 해조류를 선별하고 선별된 해조류를 이용하여 생물흡착제를 제조하여 중금속 흡착특성과 등온흡착식을 적용하였고, 생물흡착제의 재사용 가능성과 흡착된 중금속의 회수방법 등을 조사하였으며, 개발된 생물흡착제의 실제 폐수처리능력을 조사하기 위하여 인공 중금속오염폐수에 적용하여 처리 능력과 실용화 가능성 등을 조사하였다. 해조류 종류별 중금속 흡착능력은 전반적으로 미역≥곰피≥다시마>우뭇가사리 순이었으며, 중금속 종류에 따라서도 흡착효율은 차이가 있었다. 각 중금속 100 mg/ℓ 농도에서 Pb는 93-99% 이상의 흡착능력이 있었고, Cu와 Cd에 대해서도 70-80% 이상의 흡착능력이 있었다. HCl, H_(2)SO_(4), CaCl_(2) 등을 이용하여 해조류의 작용기를 치환함으로서 중금속 흡착능력이 증가되었으며, 중금속 흡착능력의 증가정도는 해조류와 중금속 종류에 따라서 약간의 차이는 있었으나 전반적으로 작용기 치환용액으로 CaCl_(2)를 사용할 경우에 가장 높았다. 온도에 따른 중금속 흡착변화는 온도가 상승함에 따라 약간씩 증가하는 경향이었지만 그 정도는 극히 미미하였고, 용액내 초기 pH에 따른 중금속 흡착변화는 pH3-7 범위에서 큰 차이가 없었다. 미역 폐기물을 이용하여 제조된 생물흡착제의 단일 중금속 흡착효율은 각 중금속 100 mg/ℓ인 용액에 biosorbent 3g을 처리했을 때 Pb는 거의 100% 였고, Cu와 Cd 가 약 85-86%, Zn과 Cr은 약 60-64%, Co와 Ni 은 약 57%, Mn은 약 48%였다. 복합중금속 흡착효율은 단일중금속 흡착효율에 비하여 Pb를 제외한 다른 중금속들은 크게 감소되었으나 biosorbent g당 전체 중금속 흡착량은 더 증가되었다. 온도, pH에 따른 중금속 흡착효율은 별 차이가 없었으며 전반적으로 pH는 pH 5-6 범위, 온도는 20-30℃ 범위의 실온이 적당한 것으로 나타났다. 생물흡착제의 흡착평형은 모든 중금속이 1시간 이내에 이루어졌다. Freundlich와 Langmuir 등온흡착식을 구하여 실제 폐수처리에 적용여부를 검토한 결과 Pb, Cu, Cr, Cd, Co 순으로 비교적 친화도가 큰 것으로 나타났고, Freundlich 등온흡착식에 가장 잘 일치하였다. 생물흡착제가 중금속 흡착 후의 구조적인 특성을 조사하기 위하여 FT-IR 분석 결과 중금속 이온과 치환될 것으로 생각되는 functional group을 확인할 수 있었으며 1,3,400 cm^(1)에서의 -OH group, 1,648cm^(-1) 에서의 C=O bond, 1,426cm^(1)에서의 C-O bond 그리고 850cm^(1)에서의 S=O 등이 전반적으로 중금속 흡착 후에 peak가 커지는 것이 관찰되었다. 생물흡착제의 재사용 가능성을 검토하기 위하여 최적의 중금속 탈착조건 검토하였는데, 탈착제 종류에 따른 중금속 탈착효율은 탈착제 종류와 중금속 종류에 따라 차이가 있었고, 전반적으로 NTA>H_(2)SO_(4)>HCl>EDTA 순으로 우수하였으며, 전체적으로 특정 중금속의 탈착효율이 떨어지지 않는 NTA가 탈착제로 가장 적합하였다. NTA 농도에 따른 중금속 탈착효율은 NTA 0.1-0.3% 농도범위에서는 농도 증가에 따라 탈착효율도 약간 증가되었으나 그 이상의 농도에서는 별 차이 없었다. 온도와 pH 변화에 따른 중금속 탈착효율은 Cr을 제외한 다른 중금속들은 크게 영향을 받지 않는 것으로 나타났으며 전반적으로 온도는 30℃, pH는 2에서 높았다. 탈착제 접촉 반응시간에 따른 탈착효율은 10분 이내에 전 체 탈착량의 80% 이상이 탈착 되었으며 1시간 이후에는 거의 변화가 없었다. 생물흡착제의 재사용을 위하여 흡착-탈착 과정의 10회 반복에 따른 중금속 흡착효율은 대부분의 중금속이 두 번째 반복 사이클에서 첫 번째에 비하여 흡착효율이 약간씩 감소되었으나 2회 이후부터 10회까지는 별 차이 없이 거의 일정한 중금속 흡착능력을 보였다. 중금속회수를 위하여 흡착된 중금속을 회화 시켰을 때 중금속종류별 생성된 작열잔유화합물량은 생물흡착제 1g 당 120-452 mg 의 작열잔유물이 생성되었고, 작열잔유화합물을 EDS 분석을 한 결과 각 중금속이 80%이상 함유되어 있는 비교적 순수한 중금속 화합물이였다. 생물흡착제와 활성탄의 설제 중금속 오염폐수처리능력을 조사하기 위하여 생물흡착제와 활성탄이 충진된 packed-bed column에 각각의 중금속의 함량이 100 mg/ℓ가 되도록 인공 중금속오염 폐수를 조제하여 21.6 ℓ/day 유속으로 처리하였을 경우 처리초기에는 모든 중금속이 99%이상의 높은 처리효율을 나타내었으며, Pb는 약 65ℓ, Cu는 약 30ℓ, Cd 은 약 50ℓ, Zn, Mn, Co, Cr, Ni 의 경우는 약 10-20ℓ의 폐수처리가 가능하였다. 생물 흡착제와 활성탄의 흡착능력을 비교했을 때 처리능력에 있어서 활성탄에 비하여 생물흡착제의 처리능력이 더 좋은 것으로 나타나서 기존의 활성탄 대용으로 생물흡착제의 사용이 가능한 것으로 보인다.
The characteristics of heavy metals biosorption, environmental factors, adsorption isotherms of heavy metals on seaweed as biosorbent, the possibility of biosorbent reuse, and the recovery of the heavy metals were investigated to develop a biological treatment technology for wastewater polluted with...
The characteristics of heavy metals biosorption, environmental factors, adsorption isotherms of heavy metals on seaweed as biosorbent, the possibility of biosorbent reuse, and the recovery of the heavy metals were investigated to develop a biological treatment technology for wastewater polluted with heavy metals. The heavy metal adsorption on seaweeds was in the order: Undaria sp.≥Ecklonia sp.≥Laminaria sp.>Gelidium sp. The adsorption rate was relatively different for each type of heavy metal considered. The solution concentration for each type of heavy metal was set at 100 mg/ℓ and a 3-gram of seaweed was contacted for each solution. The percentage of Pb adsorption was in the range of 93-99% while 70-80% was obtained for both Cu and Cd adsorption. Pretreatment of seaweeds with HCl, H_(2)SO_(4), CaCl_(2) solutions was conducted to increase the heavy metals adsorption on seaweeds. The degree of heavy metal adsorption increased with the type of seaweed used. The increase was apparent in the seaweed which was pretreated with CaCl_(2) solution. The amount of heavy metals adsorption slightly increased with increase in solution pH but did not increase with increase in temperature. The adsorption rate of Pb, Cd, Co, Zn, Cr, Co, Ni, and Mo on the waste Undaria sp. used as the biosorbent in a single heavy metal solution was about 100%, 86%, 85%, 64%, 61%, 57%, 57%, and 48% respectively. Except for Pb, the adsorption rate of all heavy metals in a single heavy metal adsorption decreased as compared to mixed heavy metals. However, the capacity of heavy metal adsorption per 1g of biosorbent in mixed heavy metals increased. The adsorption rate of heavy metals on the biosorbent was not affected by the temperature and the pH of the solution. Therefore, the optimum operating temperature and pH for synthetic wastewater treatment are 20-30℃ and pH 5-6, respectively. The adsorption equilibrium of heavy metals was reached in about 1 hour. The equilibrium parameters were determined based on Langmuir and Freundlich isotherms. The affinity of metals on the biosorbent decreased in the following order: Pb>Cu>Cr>Cd>Co. It is apparent that the Freundlich isotherm could reasonably fit the data of heavy metal adsorption compared to the Langmuir isotherm. In order to investigate the structural characteristic of the biosorbent after heavy metal biosorption, a FT-IR analysis was conducted. This procedure may be able to confirm the replacement of the functional group by the heavy metals ions. At 3400 cm^(1), the OH- group was detected; at 1648 cm^(1), C=O bond; at 1426 cm^(1), C-O bond; and 850 cm^(1), S=O was detected. Generally, the inverted peaks became larger after heavy metals adsorption. For biosorbent reuse, the most optimum desorbent was investigated by conducting desorption rate of heavy metals using four different kinds of desorbents. The desorption rate decreased in the following sequence: NTA>H_(2)O_(4)>HCl>EDTA. Therefore, NTA is the most optimum desorbent. The desorption rate of heavy metals by NTA increased with increase in the concentration from 0.1 to 0.3% but the desorption rate became constant beyond 0.3%. Except for chromium, the desorption rate of heavy metal was not affected by temperature and pH. The optimum temperature and pH was 30℃ and pH 2, respectively. The desorption rate was over 80% within 10-minute contact time and became constant after 1 hour. The recovery of heavy metals adsorbed on the biosorbent and the possibility to reuse the biosorbent were investigated by conducting an adsorption-desorption cycle for 10 times. High removal efficiency was obtained in the first cycle, then decreased in the second cycle, and relatively became constant until the 10th cycle. After adsorption, the biosorbent containing heavy metals was combusted at 550℃ and 120-450 mg of combusted residues was obtained. The removal efficiency of heavy metals in wastewater by biosorbent and activated carbon was investigated in a column packed with the biosorbent and activated carbon. 20ℓ/day of the wastewater polluted with 100 mg/ℓ of each heavy metal was passed through the packed-bed column. Both the biosorbent and activated carbon showed high removal efficiency of more than 99% for each heavy metal in the early stage but the removal efficiency began to slowly decrease after passing 65ℓ, 30ℓ, 50ℓ, 15ℓ, 8ℓ, 12ℓ, 15ℓ and 10ℓ of the wastewater polluted with Pb, Cu, Cd, Zn, Mn, Co, Cr, and Ni, respectively through the column. Comparing the results of the removal efficiency obtained from both adsorbents, the treatment ability of biosorbent appeared better than that of the activated carbon. It is suggested that biosorbent can be used as a substitute for the commercially-available activated carbon.
The characteristics of heavy metals biosorption, environmental factors, adsorption isotherms of heavy metals on seaweed as biosorbent, the possibility of biosorbent reuse, and the recovery of the heavy metals were investigated to develop a biological treatment technology for wastewater polluted with heavy metals. The heavy metal adsorption on seaweeds was in the order: Undaria sp.≥Ecklonia sp.≥Laminaria sp.>Gelidium sp. The adsorption rate was relatively different for each type of heavy metal considered. The solution concentration for each type of heavy metal was set at 100 mg/ℓ and a 3-gram of seaweed was contacted for each solution. The percentage of Pb adsorption was in the range of 93-99% while 70-80% was obtained for both Cu and Cd adsorption. Pretreatment of seaweeds with HCl, H_(2)SO_(4), CaCl_(2) solutions was conducted to increase the heavy metals adsorption on seaweeds. The degree of heavy metal adsorption increased with the type of seaweed used. The increase was apparent in the seaweed which was pretreated with CaCl_(2) solution. The amount of heavy metals adsorption slightly increased with increase in solution pH but did not increase with increase in temperature. The adsorption rate of Pb, Cd, Co, Zn, Cr, Co, Ni, and Mo on the waste Undaria sp. used as the biosorbent in a single heavy metal solution was about 100%, 86%, 85%, 64%, 61%, 57%, 57%, and 48% respectively. Except for Pb, the adsorption rate of all heavy metals in a single heavy metal adsorption decreased as compared to mixed heavy metals. However, the capacity of heavy metal adsorption per 1g of biosorbent in mixed heavy metals increased. The adsorption rate of heavy metals on the biosorbent was not affected by the temperature and the pH of the solution. Therefore, the optimum operating temperature and pH for synthetic wastewater treatment are 20-30℃ and pH 5-6, respectively. The adsorption equilibrium of heavy metals was reached in about 1 hour. The equilibrium parameters were determined based on Langmuir and Freundlich isotherms. The affinity of metals on the biosorbent decreased in the following order: Pb>Cu>Cr>Cd>Co. It is apparent that the Freundlich isotherm could reasonably fit the data of heavy metal adsorption compared to the Langmuir isotherm. In order to investigate the structural characteristic of the biosorbent after heavy metal biosorption, a FT-IR analysis was conducted. This procedure may be able to confirm the replacement of the functional group by the heavy metals ions. At 3400 cm^(1), the OH- group was detected; at 1648 cm^(1), C=O bond; at 1426 cm^(1), C-O bond; and 850 cm^(1), S=O was detected. Generally, the inverted peaks became larger after heavy metals adsorption. For biosorbent reuse, the most optimum desorbent was investigated by conducting desorption rate of heavy metals using four different kinds of desorbents. The desorption rate decreased in the following sequence: NTA>H_(2)O_(4)>HCl>EDTA. Therefore, NTA is the most optimum desorbent. The desorption rate of heavy metals by NTA increased with increase in the concentration from 0.1 to 0.3% but the desorption rate became constant beyond 0.3%. Except for chromium, the desorption rate of heavy metal was not affected by temperature and pH. The optimum temperature and pH was 30℃ and pH 2, respectively. The desorption rate was over 80% within 10-minute contact time and became constant after 1 hour. The recovery of heavy metals adsorbed on the biosorbent and the possibility to reuse the biosorbent were investigated by conducting an adsorption-desorption cycle for 10 times. High removal efficiency was obtained in the first cycle, then decreased in the second cycle, and relatively became constant until the 10th cycle. After adsorption, the biosorbent containing heavy metals was combusted at 550℃ and 120-450 mg of combusted residues was obtained. The removal efficiency of heavy metals in wastewater by biosorbent and activated carbon was investigated in a column packed with the biosorbent and activated carbon. 20ℓ/day of the wastewater polluted with 100 mg/ℓ of each heavy metal was passed through the packed-bed column. Both the biosorbent and activated carbon showed high removal efficiency of more than 99% for each heavy metal in the early stage but the removal efficiency began to slowly decrease after passing 65ℓ, 30ℓ, 50ℓ, 15ℓ, 8ℓ, 12ℓ, 15ℓ and 10ℓ of the wastewater polluted with Pb, Cu, Cd, Zn, Mn, Co, Cr, and Ni, respectively through the column. Comparing the results of the removal efficiency obtained from both adsorbents, the treatment ability of biosorbent appeared better than that of the activated carbon. It is suggested that biosorbent can be used as a substitute for the commercially-available activated carbon.
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