본 연구의 목적은 하수재이용을 위한 막여과 공정 적용 시 발생되는 R/O retentate(역삼투압분리막농축수)의 특성을 평가하고, 또한 retentate내에 포함된 유기오염물질의 효과적인 제거 방법을 제시하는 것이다. R/O retentate 중 주 제거 대상물질로 하수 내 유기물질(effluent organic ...
본 연구의 목적은 하수재이용을 위한 막여과 공정 적용 시 발생되는 R/O retentate(역삼투압분리막농축수)의 특성을 평가하고, 또한 retentate내에 포함된 유기오염물질의 효과적인 제거 방법을 제시하는 것이다. R/O retentate 중 주 제거 대상물질로 하수 내 유기물질(effluent organic matter : EfOM)과 하수 내 대표적인 미량독성물질인 EE2(17α-ethynylestradiol)를 선정하였다. EE2는 내분비계 장애물질에 속하며 특히 최근 하수처리수 방류수계에서 빈번하게 검출되고 있는 물질이다. 본 연구에서는 유기오염물질을 제어하기 위한 방법으로 응집/산화 방법을 선정하였다. PAC와 alum, 그리고 ferric sulfate를 이용한 기본 응집방법과 과황산나트륨과 Fe(II)를 이용한 응집/산화 방법을 비교 평가하였다.
Fe(II)를 촉매로 한 과황산나트륨 산화반응 시 EE2의 제거 메커니즘을 실험과 문헌연구를 통하여 규명하고, 문헌에서 얻은 22개의 2차 반응상수와 그리고 측정 데이터와 모델의 최적화(fitting)를 통해 얻은 2개의 2차 반응상수를 이용하여 10개의 1차 미분방정식에 의한 동역학적 모델을 수립하였다. 수립된 모델과 EE2 산화실험결과와의 상관관계는 최소 0.90으로 신뢰성 있는 모델을 얻을 수 있었으며, 모델 예측을 통하여 다양한 조건에서의 EE2 거동을 예측할 수 있었다.
그리고 다양한 영향인자가 EE2 산화에 미치는 영향을 평가하였으며 크게 초기 pH, 이온강도, 유기산에 대한 영향을 평가하였다. pH가 증가함에 따라서 EE2의 산화제거 효율이 감소하였으며, 이온강도의 경우 이온강도가 증가됨에 따라 EE2 산화효율은 감소하였다. 반면 이온강도 물질로 염소이온과 같은 halogen 이온을 적용 시 산화반응에 긍정적인 영향을 나타냈는데 이는 라디칼 전이에 따른 영향으로 판단된다. 그리고 유기산 중 휴믹물질(humic substances) 4 mgC/L 이하 존재 시 EE2 산화반응에 긍정적인 영향을 나타냈으며, 유기산중 벤젠고리가 포함된 phthalic acid 와 salicylic acid가 EE2 산화에 존재할 때 산화반응을 향상시켰다. 유기산 존재 시 산화반응이 향상되는 주된 원인은 유기라디칼의 생성에 기인된 것으로 나타났다. 유기산과 sulfate 라디칼이 만나 중간 생성물로 유기 라디칼이 형성될 수 있으며, 이때 만들어진 유기 라디칼들은 EE2 산화에 직접적으로 관여하거나 혹은 이미 산화된 형태로 촉매로서의 기능을 상실한 Fe(III)을 Fe(II)으로 환원시켜 다시 촉매로서의 기능을 회복시킬 수 있다. 또한 유기 라디칼이 과황산나트륨과 만나 라디칼 반응 개시제로서 작용할 수 있다.
일반 응집방법 및 과황산나트륨과 Fe(II)를 이용한 응집/산화방법을 평가하기 위하여 PAHA(purified Aldrich humic acid)와 EE2를 사용하였으며, 실험결과 일반 응집방법 및 응집/산화 방법 모두 95% 이상 용존유기탄소(DOC : dissolved organic carbon)제거율을 나타냈다. 하지만 EE2 제거에 있어서는 일반 응집방법은 최고 10%의 제거율을 나타낸 반면 응집/산화 방법의 경우 100% 제거되었다. PAHA와 EE2를 동시에 제어하기 위해서는 응집/산화 방법이 적합한 것으로 나타났다.
실제 하수 R/O retentate를 채취하여 분석한 결과 SUVA254값이 2 이하로 나타났다. 그리고 분자량이 상대적으로 작은 부분만 남아 있으며, 고농도의 염(salts)이 존재하는 것으로 나타났다. 하수 R/O retentate는 포화탄화수소가 주류를 이루며 친수성 성분들의 분율이 높은 특성을 가지고 있다. 이러한 retentate를 일반 응집방법으로 처리 시 효율은 약 20% 정도로 알려져 있으며, 본 연구에서는 실제 응집 및 응집/산화실험 시 30~35%의 DOC 제거율이 나타났다. 이러한 응집방법의 한계를 극복하고자 UV-응집/산화 방법을 도입하였다. UV-C 영역 파장을 과황산나트륨 조사하여 지속적으로 sulfate 라디칼을 형성하여 EfOM을 분해 혹은 특성을 변경시키고자 하였다. 10 mM 과황산나트륨 조건에서 15분, 1시간 광산화를 수행했을 때는 각각 DOC의 18%, 87%가 제거되었으며, 15 분 광분해 이후 2 mM의 Fe(II)를 주입하여 응집/산화 방법을 적용한 결과 58%의 DOC가 제거된 것으로 평가되었다.
이상의 결과로부터 R/O retentate내에는 고농도의 EfOM이 존재하며, 다양한 미량독성물질들이 존재할 수 있음이 나타났다. 이와 같은 R/O retentate를 효과적으로 처리하기 위해서 미량독성물질 처리에 한계가 있는 단독 응집방법 보다는 응집/산화방법의 동시 적용 방안의 도입이 필요하다고 판단된다.
본 연구의 목적은 하수재이용을 위한 막여과 공정 적용 시 발생되는 R/O retentate(역삼투압 분리막 농축수)의 특성을 평가하고, 또한 retentate내에 포함된 유기오염물질의 효과적인 제거 방법을 제시하는 것이다. R/O retentate 중 주 제거 대상물질로 하수 내 유기물질(effluent organic matter : EfOM)과 하수 내 대표적인 미량독성물질인 EE2(17α-ethynylestradiol)를 선정하였다. EE2는 내분비계 장애물질에 속하며 특히 최근 하수처리수 방류수계에서 빈번하게 검출되고 있는 물질이다. 본 연구에서는 유기오염물질을 제어하기 위한 방법으로 응집/산화 방법을 선정하였다. PAC와 alum, 그리고 ferric sulfate를 이용한 기본 응집방법과 과황산나트륨과 Fe(II)를 이용한 응집/산화 방법을 비교 평가하였다.
Fe(II)를 촉매로 한 과황산나트륨 산화반응 시 EE2의 제거 메커니즘을 실험과 문헌연구를 통하여 규명하고, 문헌에서 얻은 22개의 2차 반응상수와 그리고 측정 데이터와 모델의 최적화(fitting)를 통해 얻은 2개의 2차 반응상수를 이용하여 10개의 1차 미분방정식에 의한 동역학적 모델을 수립하였다. 수립된 모델과 EE2 산화실험결과와의 상관관계는 최소 0.90으로 신뢰성 있는 모델을 얻을 수 있었으며, 모델 예측을 통하여 다양한 조건에서의 EE2 거동을 예측할 수 있었다.
그리고 다양한 영향인자가 EE2 산화에 미치는 영향을 평가하였으며 크게 초기 pH, 이온강도, 유기산에 대한 영향을 평가하였다. pH가 증가함에 따라서 EE2의 산화제거 효율이 감소하였으며, 이온강도의 경우 이온강도가 증가됨에 따라 EE2 산화효율은 감소하였다. 반면 이온강도 물질로 염소이온과 같은 halogen 이온을 적용 시 산화반응에 긍정적인 영향을 나타냈는데 이는 라디칼 전이에 따른 영향으로 판단된다. 그리고 유기산 중 휴믹물질(humic substances) 4 mgC/L 이하 존재 시 EE2 산화반응에 긍정적인 영향을 나타냈으며, 유기산중 벤젠고리가 포함된 phthalic acid 와 salicylic acid가 EE2 산화에 존재할 때 산화반응을 향상시켰다. 유기산 존재 시 산화반응이 향상되는 주된 원인은 유기라디칼의 생성에 기인된 것으로 나타났다. 유기산과 sulfate 라디칼이 만나 중간 생성물로 유기 라디칼이 형성될 수 있으며, 이때 만들어진 유기 라디칼들은 EE2 산화에 직접적으로 관여하거나 혹은 이미 산화된 형태로 촉매로서의 기능을 상실한 Fe(III)을 Fe(II)으로 환원시켜 다시 촉매로서의 기능을 회복시킬 수 있다. 또한 유기 라디칼이 과황산나트륨과 만나 라디칼 반응 개시제로서 작용할 수 있다.
일반 응집방법 및 과황산나트륨과 Fe(II)를 이용한 응집/산화방법을 평가하기 위하여 PAHA(purified Aldrich humic acid)와 EE2를 사용하였으며, 실험결과 일반 응집방법 및 응집/산화 방법 모두 95% 이상 용존유기탄소(DOC : dissolved organic carbon)제거율을 나타냈다. 하지만 EE2 제거에 있어서는 일반 응집방법은 최고 10%의 제거율을 나타낸 반면 응집/산화 방법의 경우 100% 제거되었다. PAHA와 EE2를 동시에 제어하기 위해서는 응집/산화 방법이 적합한 것으로 나타났다.
실제 하수 R/O retentate를 채취하여 분석한 결과 SUVA254값이 2 이하로 나타났다. 그리고 분자량이 상대적으로 작은 부분만 남아 있으며, 고농도의 염(salts)이 존재하는 것으로 나타났다. 하수 R/O retentate는 포화탄화수소가 주류를 이루며 친수성 성분들의 분율이 높은 특성을 가지고 있다. 이러한 retentate를 일반 응집방법으로 처리 시 효율은 약 20% 정도로 알려져 있으며, 본 연구에서는 실제 응집 및 응집/산화실험 시 30~35%의 DOC 제거율이 나타났다. 이러한 응집방법의 한계를 극복하고자 UV-응집/산화 방법을 도입하였다. UV-C 영역 파장을 과황산나트륨 조사하여 지속적으로 sulfate 라디칼을 형성하여 EfOM을 분해 혹은 특성을 변경시키고자 하였다. 10 mM 과황산나트륨 조건에서 15분, 1시간 광산화를 수행했을 때는 각각 DOC의 18%, 87%가 제거되었으며, 15 분 광분해 이후 2 mM의 Fe(II)를 주입하여 응집/산화 방법을 적용한 결과 58%의 DOC가 제거된 것으로 평가되었다.
이상의 결과로부터 R/O retentate내에는 고농도의 EfOM이 존재하며, 다양한 미량독성물질들이 존재할 수 있음이 나타났다. 이와 같은 R/O retentate를 효과적으로 처리하기 위해서 미량독성물질 처리에 한계가 있는 단독 응집방법 보다는 응집/산화방법의 동시 적용 방안의 도입이 필요하다고 판단된다.
The objective of this study was to evaluate the oxidation and coagulation method from the reuse osmosis process for the reuse of wastewater effluent to remove organic pollutants in reverse osmosis(RO) retentate for the reuse of wastewater effluent. EE2(17α-ethynylestradiol) and EfOM(effluent organic...
The objective of this study was to evaluate the oxidation and coagulation method from the reuse osmosis process for the reuse of wastewater effluent to remove organic pollutants in reverse osmosis(RO) retentate for the reuse of wastewater effluent. EE2(17α-ethynylestradiol) and EfOM(effluent organic matter) were selected as target pollutants. EE2, one of the endocrine disrupting chemicals, has been frequently detected in the effluent of wastewater treatment plant. Coagulation/oxidation process was selected to control these compounds in retentate. Oxidation of organic pollutants is induced by the persulfate catalyzed by Fe(II). At the same time, oxidized Fe(III) acts as coagulant resulting in enhanced removal of EE2 and EfOM.
Kinetic model on the EE2 degradation by Fe(II) catalyzed persulfate was established by a series of first order differential equations that was composed of 24 reaction coefficients(k). The correlation coefficients between the model and measured value of EE2 were above 0.94, indicating that the model can predict the enhanced oxidation of EE2 by Fe(II) catalyzed persulfate system.
Affecting factors such as initial pH, ionic strength, and organic acid on the Fe(II) catalyzed persulfate oxidation were evaluated in this study. EE2 degradation efficiency decreased as pH and ionic strength increased. However, the efficiency increased as chloride ion concentration was increased, due to the influence of radical transfer.
EE2 degradation reaction was promoted in presence of organic acids such as humic acid, phthalic acid salicylic acid including benzene ring. The enhanced oxidation reaction was due to the influence of organic radical generated by organic acid and free radical reaction. Sulfate radical and organic acid react together to form organic radicals which act as additional oxidant, reaction initiator, and metal reducer.
Conventional coagulation using a PAC, alum, and ferric sulfate effectively remove the humic acid up to 95%. However, EE2 was rarely removed by coagulation, showing only 10% removal efficiency. Meanwhile, modified coagulation by Fe(II) catalyzed persulfate oxidation showed almost complete removal of humic acid and EE2.
Analysis showed that R/O retentate contained high concentration of salts and humic substances which have small molecular fraction, and low SUVA about 2. Humic substances in R/O retentate showed about 30~35% removal efficiency under conventional and modified coagulation. These low removal efficiency might be due to R/O retentate characteristic that is primarily composed of saturated hydrocarbon and hydrophilic. Combination of UV-coagulation/ oxidation was introduced to overcome the limited removal of humic substances.
About 18%, 87% of DOC was removed by UV activated persulfate(10 mM) for 15 min, 1 hr reaction, and 58% of the removal DOC was obtained by UV activated persulfate(10 mM) for 15 min reaction combined with coagulation/ oxidation. In R/O retentate, high concentration of EfOM and various persistent toxic substances exist. Therefore, combination of UV and persulfate oxidation can be alternative treatment method for the simultaneous removal of EfOM in toxic organic pollutants in retentate.
The objective of this study was to evaluate the oxidation and coagulation method from the reuse osmosis process for the reuse of wastewater effluent to remove organic pollutants in reverse osmosis(RO) retentate for the reuse of wastewater effluent. EE2(17α-ethynylestradiol) and EfOM(effluent organic matter) were selected as target pollutants. EE2, one of the endocrine disrupting chemicals, has been frequently detected in the effluent of wastewater treatment plant. Coagulation/oxidation process was selected to control these compounds in retentate. Oxidation of organic pollutants is induced by the persulfate catalyzed by Fe(II). At the same time, oxidized Fe(III) acts as coagulant resulting in enhanced removal of EE2 and EfOM.
Kinetic model on the EE2 degradation by Fe(II) catalyzed persulfate was established by a series of first order differential equations that was composed of 24 reaction coefficients(k). The correlation coefficients between the model and measured value of EE2 were above 0.94, indicating that the model can predict the enhanced oxidation of EE2 by Fe(II) catalyzed persulfate system.
Affecting factors such as initial pH, ionic strength, and organic acid on the Fe(II) catalyzed persulfate oxidation were evaluated in this study. EE2 degradation efficiency decreased as pH and ionic strength increased. However, the efficiency increased as chloride ion concentration was increased, due to the influence of radical transfer.
EE2 degradation reaction was promoted in presence of organic acids such as humic acid, phthalic acid salicylic acid including benzene ring. The enhanced oxidation reaction was due to the influence of organic radical generated by organic acid and free radical reaction. Sulfate radical and organic acid react together to form organic radicals which act as additional oxidant, reaction initiator, and metal reducer.
Conventional coagulation using a PAC, alum, and ferric sulfate effectively remove the humic acid up to 95%. However, EE2 was rarely removed by coagulation, showing only 10% removal efficiency. Meanwhile, modified coagulation by Fe(II) catalyzed persulfate oxidation showed almost complete removal of humic acid and EE2.
Analysis showed that R/O retentate contained high concentration of salts and humic substances which have small molecular fraction, and low SUVA about 2. Humic substances in R/O retentate showed about 30~35% removal efficiency under conventional and modified coagulation. These low removal efficiency might be due to R/O retentate characteristic that is primarily composed of saturated hydrocarbon and hydrophilic. Combination of UV-coagulation/ oxidation was introduced to overcome the limited removal of humic substances.
About 18%, 87% of DOC was removed by UV activated persulfate(10 mM) for 15 min, 1 hr reaction, and 58% of the removal DOC was obtained by UV activated persulfate(10 mM) for 15 min reaction combined with coagulation/ oxidation. In R/O retentate, high concentration of EfOM and various persistent toxic substances exist. Therefore, combination of UV and persulfate oxidation can be alternative treatment method for the simultaneous removal of EfOM in toxic organic pollutants in retentate.
AI-Helper
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.