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문제 정의
- 본 연구는 해양의 적조생물을 제거하기 위한 기술을 개발하는 것으로써 IOSP (ignited oyster shell powder; 소성 굴 패각 분말)를 응집제로 사용하여 실시한 응집실험을 통하여 적조생물입자와 IOSP 입자 사이의 물리화학적인 응집특성을 구명하는 것이다.
제안 방법
- 표면이 매끈한 부정형의 입자로 되어 있는 것을 알 수 있다. IOSP를 해수에 첨가하면 해수중의 Mg" 이온과 급속하게 반응하여 입자 의 표면 주위에 점질성의 Mg(0H)2 흡수층 (absorption layer)을 형성하여 응집 침전하고 해수의 pH를 10.0 정도까지 상승시켰다. Fig.
- 에서 45초간 급속교반, 1분간 완속교반을 한 후 1시간 동안 방치하였다. 1시간 후 상청액에 대하여 개체수, pH, alkalinity를 측정하였다. 적조생물의 개체수는 상청액 (上清液) 4ml를 취하여 규조류 고정액 (포르말린과 빙초산을 1 : 1로 혼합)으로 고정한 후 개체수를 토호마 혈구계수기를 이용하여 계수하였다.
- IOSP의 금속성분은 X-ray 회절분석법에 의하여 측정하였다. IOSP, 황토입자, 점토 및 적조 생물입자의 zeta potential은 제타미터 (Model 501 Laser Zee Me ter, Pen Ken, Inc., U.SA.)를 사용하여 측정하였다.
- IOSP의 전자현미경 사진을 분석한 결과 표면이 매끈한 부정형의 입자로 되어 있었다. IOSP에 해수를 첨가하면 해수중의 Mg2+ 이온과 급속하게 반응하여 입자의 표면 주위에 점질성의 Mg(0H)2 흡수층 (absorption layer)을 형성하여 응집 침전하고 해수의 pH를 10.0 정도까지 상승시켰다.
- IOSP의 제조는 ① 굴 패각을 수돗물을 이용하여 깨끗이 수세, ② 막자사발에서 분말 상태로 마쇄, ③ 마쇄한 분말을 증류수와 혼합한 후 400 mesh 체를 이용하여 거르고, ④ 거른 액을 증발접시를 이용하여 건조한 후, ⑤ 다시 막자사발에서 분말상태로 마쇄하여 OSP (oyster shell powder; 굴 패각 분말)를 제조하고, ⑥ OSP를 800t 회화로에서 2시간 동안 소성하여 제조하였다. IOSP의 입도분포는 입도분석기 (Model 770 AccuSizer, Particle Sizing Systems, Inc., Santa Bar bara, U.SA.)를 사용하여 측정하였다. IOSP의 금속성분은 X-ray 회절분석법에 의하여 측정하였다.
- IOSP는 현재 남해 연안지역에서 그 처리의 문제가 심각한 굴패각을 가공하여 만들었다. IOSP의 제조는 ① 굴 패각을 수돗물을 이용하여 깨끗이 수세, ② 막자사발에서 분말 상태로 마쇄, ③ 마쇄한 분말을 증류수와 혼합한 후 400 mesh 체를 이용하여 거르고, ④ 거른 액을 증발접시를 이용하여 건조한 후, ⑤ 다시 막자사발에서 분말상태로 마쇄하여 OSP (oyster shell powder; 굴 패각 분말)를 제조하고, ⑥ OSP를 800t 회화로에서 2시간 동안 소성하여 제조하였다. IOSP의 입도분포는 입도분석기 (Model 770 AccuSizer, Particle Sizing Systems, Inc.
- 본 연구에서 적조생물입자를 응집제거 하기 위하여 IOSP를 응집제로 사용하였다. IOSP는 현재 남해 연안지역에서 그 처리의 문제가 심각한 굴패각을 가공하여 만들었다.
- 응집실험은 6개의 500ml의 비이커에 400ml의 적조배양액을 각 각 취한 후 IOSP를 50, 100, 150, 200, 300, 400, 500, 800mg/2의 농도가 되도록 넣고 jar tester를 사용하여 G-value 139sec-1에서 45초간 급속교반, 1분간 완속교반을 한 후 1시간 동안 방치하였다. 1시간 후 상청액에 대하여 개체수, pH, alkalinity를 측정하였다.
- 1시간 후 상청액에 대하여 개체수, pH, alkalinity를 측정하였다. 적조생물의 개체수는 상청액 (上清液) 4ml를 취하여 규조류 고정액 (포르말린과 빙초산을 1 : 1로 혼합)으로 고정한 후 개체수를 토호마 혈구계수기를 이용하여 계수하였다.
대상 데이터
- 본 실험에 사용한 IOSP의 평균 지름은 11.6μm이고, 약 77%의 입자가 5.0~20.0μm의 범위에 속하며 변동계수는 60.1%이었다. IOSP의 금속성분을 분석한 결과는 98%가 칼슘으로서 생석회(CaO)와 같은 성분이었다.
- 본 연구에 사용한 적조시료는 마산만에서 채집한 Cylindrotheca dosteiium과 Skeletonema costatum의 두가지 규조류의 배양액이며, 배양액의 성분은 Table 1과 같다. 배양액에 사용한 해수는 실제 해수를 0.
이론/모형
- )를 사용하여 측정하였다. IOSP의 금속성분은 X-ray 회절분석법에 의하여 측정하였다. IOSP, 황토입자, 점토 및 적조 생물입자의 zeta potential은 제타미터 (Model 501 Laser Zee Me ter, Pen Ken, Inc.
성능/효과
- 4 mV의 여전히 높은 negative zeta potential을 나타내었다. IOSP는 Mg" 이온의 농도가 증가함에 따라 positive zeta potential이 증가하다가 pMg=3.0 (10-3M Mg+2)에서 감소하는 결과를 나타내었다. 해수 중에서 IOSP는 4.
- 11은 여러 가지 농도의 IOSP를 사용하여 적조배양액의 응집실험을 한 후 상청액 (上清液)에 대하여 pH, alkalinity를 조사한 결과이다. Fig. H에서 IOSP의 농도가 증가함에 따라 pH와 phenolphthalein alkalinity는 급격하게 증가한 후 거의 일률적으로 감소한 반면 methyl orange alkalinity는 계속 감소하였고, 두 경우 모두 IOSP 400mg/l에서 평형상태에 도달하였다. phenolph thalein alkalinity는 400mg/l보다 낮은 IOSP 농도에서 침전되지 않고 상청액 (上清液)중에 남아있는 CaCQ, MgCQ, Mg(OH)2 등의 미세입자들에 의하여 일어난 것이며, methyl orange alkali- nity는 IOSP의 농도가 증가함에 따라 HCO3- 이온이 CO32- 이온으로 바뀌기 때문이다 (Benefield et al.
- 13에 나타내었다. G-value가 증가함에 따라 적조생물입자의 응집제거 효율이 각각 70.5, 70.5, 81.7, 85.3%로 증가하였다. 이로써 응집반응에서는 입자간 충분한 충돌이 일어날 수 있도록 교반하는 것이 매우 중요함을 알 수 있다.
- IOSP 100mg/g을 사용하고 G-vahie를 1, 6, 29, 139secf로 단계적으로 증가시키면서 응집 실험을 한 결과 적조생물입자의 응집제거 효율이 각각 70.5, 70.5, 81.7, 85.3%로 증가하였다. 이는 응집 반응에서 입자간 충분한 충돌이 일어날 수 있도록 교반하는 것이 매우 중요함을 나타내주는 것이다.
- , 1982; Benefield and Mor-gan, 1990). IOSP는 응집반응이 일어나는 동안 적조배양액중의 phenolphthalein alkalinity을 거의 소모하지 않으며, 응집 침전은 IOSP 400mg/l이상에서 거의 완전히 일어났음을 알 수 있다.
- IOSP의 금속성분을 분석한 결과는 98.3%가 칼슘(Ca)으로써 생석회(CaO)와 같은 성분이고 나머지 1.7%는 마그네슘(Mg)이 0.3%, 염소(CD가 0.7%, 규소(Si)가 0.7%이었다. Fig.
- 9mV로서 negative zeta potential!- 나타내었다. pNa=2.0~4.0 (10-4~10-2M Na+)에서 IOSP, OSP의 zeta potential은 거의 일정한 값을 나타내었으나 pNa=0.0 (IM Na+)에서는 IOSP의 EDL이 매우 크게 압축되어 zeta potential은 거의 0.0 mV를 나타내었고 OSP는 -25.4 mV의 여전히 높은 negative zeta potential을 나타내었다. IOSP는 Mg" 이온의 농도가 증가함에 따라 positive zeta potential이 증가하다가 pMg=3.
- . 입도 분포는 정규분포를 보여주는 하나의 peak로 나타났으며, IOSP의 평균 지름은 11.6μm이고 변동계수는 60.1%이었다. Fig.
- 적조생물입자의 응집제거 효율은 IOSP의 농도 50mg/2까지 급격한 증가를 보이다가 IOSP의 농도가 계속 증가함에 따라서 점점 완만한 증가를 나타내었다. 즉 IOSP의 농도가 증가함에 따라서 지수함수적으로 증가하였다(Y= 53.
- 8, 100%의 적조생물이 응집 제거되었다. 적조생물입자의 응집제거 효율은 IOSP의 농도가 증가함에 따라서 지수함수적으로 증가하였다(Y=53.81XX이; R2=0.9868). 즉 IOSP의 농도 50~200mg/l에서 급격한 증가를 보이다가 IOSP의 농도가 계속 증가함에 따라서 점점 완만한 증가를 나타내었다.
- 9868). 즉 IOSP의 농도 50~200mg/l에서 급격한 증가를 보이다가 IOSP의 농도가 계속 증가함에 따라서 점점 완만한 증가를 나타내었다.
- 해수중에서 IOSP의 Mg(OH)2 흡수층과 적조생물입자 사이에는 positive-negative EDL 반응이 일어나서 이들 둘 사이에는 항상 전기동력학적 인력이 작용하고, 동시에 Mg(OH)2 흡수층에 의한 전하중화로 인하여 입자 상호간의 응집반응은 극단적 인력이 작용하는 primary minimum에서 일어나고, DLVO 이론에 따라 응집 반응은 비가역적이며 매우 신속하게 일어났다.
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