음폐수 슬러지탄화물 제조․특성 및 중금속 흡착에 관한 연구 A Study on Fabrication and Characterization of Food Wastewater Sludge Carbide and ...
음폐수 슬러지탄화물 제조․특성 및 중금속 흡착에 관한 연구 A Study on Fabrication and Characterization of Food Wastewater Sludge Carbide and Absorption of Heavy metals 환경공학과 김 지 혜 지도교수 성 낙 창 본 연구에서는 폐기물 자원화의 방안으로 현재 처리에 어려움을 겪고있는 음폐수 슬러지를 탄화하여 그 탄화물의 TGA/DTG, 삼성분, 중금속 용출, 요오드 흡착능 및 SEM 사진 분석을 하여 탄화특성을 알아보고, 조제한 Cu 및 Cr을 포함한 인공폐수에 pH, 농도 및 시간에 따른 중금속 이온의 흡착․제거 실험을 수행하여, 흡착제로서의 가능성을 평가하고자 하는데 그 목적이 있다. 본 연구에 사용된 음폐수 슬러지는 B시 F사의 음식물류 폐기물 처리시설에서 발생한 슬러지를 채취하여 사용하였다. 또한, 탈수과정을 거친 후 고액분리된 음폐수 슬러지를 105±5℃ 건조기에서 항량이 되도록 건조시킨 후, 분쇄시켜서 KS 표준체로 100 mesh 이하로 체거름하여 원료로 사용하였다. 탄화장치는 고온 전기로 장치로 전기를 이용하여 반응기내 온도를 1,200℃까지 온도조절이 가능한 제어장치가 장착된 전기로, 길이 1,200 mm, 내경 46 mm 및 두께 2 mm인 석영관, 길이 100 mm, 내경 50 mm 및 두께 15 mm의 알루미늄 합금 재질 관(Cap)으로 구성되어 있다. 음폐수 슬러지의 TGA 분석결과, DSC 최고정점은 396.66℃에서 일어났으므로 본 연구에서의 탄화온도 구간은 온도 400℃와 비교를 위하여 600℃로 결정하였다. 음폐수 슬러지의 최적 탄화 온도와 시간을 결정하기 위한 요오드 흡착능 실험 결과에서는 400℃ 90min간 탄화한 음폐수 슬러지의 요오드 흡착력이 805.11 mg/g으로 가장 높게 나타났다. 또한, SEM 사진 분석 결과, 400℃ 90min일 때 미세한 세공구조가 가장 잘 발달된 것을 관찰 할 수 있었고, 600℃에는 높은 온도에 따른 영향으로 전체적으로 섬유구조가 상당히 파괴되어 있었다. 따라서 최적 탄화 온도는 400℃, 최적 탄화 시간은 90min이라고 판단할 수 있었다. 인공폐수를 이용하여 음폐수 슬러지 탄화물의 중금속(Cr 및 Cu) 흡착평가를 실시한 결과, 인공폐수 농도별(5, 10 및 25 ppm) pH(5, 7 및 9)에 따른 흡착 제거율은 모든 농도에서 pH 7이 가장 높은 흡착능을 보이는 것을 알 수 있었다. 또한, 시간에 따른 흡착 제거율은 모든 시간에서 10분 이내에 흡착평형에 도달하였고, Cr 보다 Cu의 흡착능이 더 좋은 것으로 판단되었다. Freundlich 등온흡착식으로 해석해 보았을 때, Cu 및 Cr 1/n 값이 1.02 및 0.98로 나타나 2 이하로 나타났으며, 단위 흡착제당 흡착용량을 나타내주는 K값은 Cu가 0.56으로 가장 높게 나타나서, 음폐수 슬러지 탄화물이 흡착제로서의 역할을 할 수 있을 것으로 기대된다. 주요어 : 음폐수 슬러지, 탄화, 중금속, 흡착제
음폐수 슬러지 탄화물 제조․특성 및 중금속 흡착에 관한 연구 A Study on Fabrication and Characterization of Food Wastewater Sludge Carbide and Absorption of Heavy metals 환경공학과 김 지 혜 지도교수 성 낙 창 본 연구에서는 폐기물 자원화의 방안으로 현재 처리에 어려움을 겪고있는 음폐수 슬러지를 탄화하여 그 탄화물의 TGA/DTG, 삼성분, 중금속 용출, 요오드 흡착능 및 SEM 사진 분석을 하여 탄화특성을 알아보고, 조제한 Cu 및 Cr을 포함한 인공폐수에 pH, 농도 및 시간에 따른 중금속 이온의 흡착․제거 실험을 수행하여, 흡착제로서의 가능성을 평가하고자 하는데 그 목적이 있다. 본 연구에 사용된 음폐수 슬러지는 B시 F사의 음식물류 폐기물 처리시설에서 발생한 슬러지를 채취하여 사용하였다. 또한, 탈수과정을 거친 후 고액분리된 음폐수 슬러지를 105±5℃ 건조기에서 항량이 되도록 건조시킨 후, 분쇄시켜서 KS 표준체로 100 mesh 이하로 체거름하여 원료로 사용하였다. 탄화장치는 고온 전기로 장치로 전기를 이용하여 반응기내 온도를 1,200℃까지 온도조절이 가능한 제어장치가 장착된 전기로, 길이 1,200 mm, 내경 46 mm 및 두께 2 mm인 석영관, 길이 100 mm, 내경 50 mm 및 두께 15 mm의 알루미늄 합금 재질 관(Cap)으로 구성되어 있다. 음폐수 슬러지의 TGA 분석결과, DSC 최고정점은 396.66℃에서 일어났으므로 본 연구에서의 탄화온도 구간은 온도 400℃와 비교를 위하여 600℃로 결정하였다. 음폐수 슬러지의 최적 탄화 온도와 시간을 결정하기 위한 요오드 흡착능 실험 결과에서는 400℃ 90min간 탄화한 음폐수 슬러지의 요오드 흡착력이 805.11 mg/g으로 가장 높게 나타났다. 또한, SEM 사진 분석 결과, 400℃ 90min일 때 미세한 세공구조가 가장 잘 발달된 것을 관찰 할 수 있었고, 600℃에는 높은 온도에 따른 영향으로 전체적으로 섬유구조가 상당히 파괴되어 있었다. 따라서 최적 탄화 온도는 400℃, 최적 탄화 시간은 90min이라고 판단할 수 있었다. 인공폐수를 이용하여 음폐수 슬러지 탄화물의 중금속(Cr 및 Cu) 흡착평가를 실시한 결과, 인공폐수 농도별(5, 10 및 25 ppm) pH(5, 7 및 9)에 따른 흡착 제거율은 모든 농도에서 pH 7이 가장 높은 흡착능을 보이는 것을 알 수 있었다. 또한, 시간에 따른 흡착 제거율은 모든 시간에서 10분 이내에 흡착평형에 도달하였고, Cr 보다 Cu의 흡착능이 더 좋은 것으로 판단되었다. Freundlich 등온흡착식으로 해석해 보았을 때, Cu 및 Cr 1/n 값이 1.02 및 0.98로 나타나 2 이하로 나타났으며, 단위 흡착제당 흡착용량을 나타내주는 K값은 Cu가 0.56으로 가장 높게 나타나서, 음폐수 슬러지 탄화물이 흡착제로서의 역할을 할 수 있을 것으로 기대된다. 주요어 : 음폐수 슬러지, 탄화, 중금속, 흡착제
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