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문제 정의
- 본 연구는 적조생물입자을 제거하기 위한 기술을 개발하는 것으로써 황토를 사용하여 실시한 응집실험을 통하여 적조생물입자 와 황토입자 사이의 물리화학적인 응집특성을 구명 (究明)하는 것이다.
- 일반적으로 수중에서 고체입자의 zeta potentiale 용액의 화학 조건에 의하여 영향을 받는다. 본 연구에서는 용액의 화학조건이 황토입자의 전기동력학적 특징 (electrokinetic property)에 어떻게 영향을 미치는지를 알기 위하여 zeta potential을 측정하였다. 초순수 (pH=5.
제안 방법
- 에서 45초간 급속교반 (rapid mixing)을 하고 1분간 완속교반 (slow mixing)을 한 후 1시간 동안 방치하였다. 1시간 후 상청액 (上清液)에 대하여 개체수, pH, 알칼리도를 측정하였다. 적조생물의 개체수는 상청액 (上清液) 4ml를 취하여 규조류 고정액 (포르말린과 빙초산을 1 : 1로 혼합)으로 고정한 후 개체수를 토호마 혈구 계수기를 이용하여 계수하였다.
- 응집실험은 6개의 500ml의 비이커에 400ml의 적조배양액을 각각 취한 후 황토를 200, 400, 800, 1,600, 3,200, 6,400, 12,800 mg/l의 농도가 되도록 더하고 jar tester를 사용하여 G-value 139sec-1에서 45초간 급속교반 (rapid mixing)을 하고 1분간 완속교반 (slow mixing)을 한 후 1시간 동안 방치하였다. 1시간 후 상청액 (上清液)에 대하여 개체수, pH, 알칼리도를 측정하였다.
- 1시간 후 상청액 (上清液)에 대하여 개체수, pH, 알칼리도를 측정하였다. 적조생물의 개체수는 상청액 (上清液) 4ml를 취하여 규조류 고정액 (포르말린과 빙초산을 1 : 1로 혼합)으로 고정한 후 개체수를 토호마 혈구 계수기를 이용하여 계수하였다.
- 본 실험에 사용한 다른 점토도 황토와 같은 조건으로 처리한 후 막자사발에서 미세한 분말상태로 마쇄하여 사용하였다. 황토의 입도분포는 입도 분석기 (Model 770 AccuSizer, Particle Sizing Systems, Inc., Santa Barbara, USA.)를 사용하여 측정하였다. 황토의 금속성분은 X-ray 회절분석법에 의하여 측정하였다.
- 황토의 금속성분은 X-ray 회절분석법에 의하여 측정하였다. 황토입자, 점토 및 적조생물입자의 zeta potentiale 제타 미터 (Model 501 Laser Zee Meter, Pen Ken, Inc., U.S.A.)를 사용하여 측정하였다.
대상 데이터
- 본 연구에 사용한 적조시료는 마산만에서 채집한 Cylindrotheca closterium과 Skeletonema costatum의 두 가지 규조류의 배양액이며, 배양액의 성분은 Table 1과 같다. 배양액에 사용한 해수는 실제 해수를 0.
- 본 연구에서 응집제로써 사용한 황토는 거제도에서 채취하였으며, 황토를 105t 온도의 건조기에서 2시간 동안 건조한 후 막자사발에서 미세한 분말상태로 마쇄하여 사용하였다. 본 실험에 사용한 다른 점토도 황토와 같은 조건으로 처리한 후 막자사발에서 미세한 분말상태로 마쇄하여 사용하였다.
이론/모형
- )를 사용하여 측정하였다. 황토의 금속성분은 X-ray 회절분석법에 의하여 측정하였다. 황토입자, 점토 및 적조생물입자의 zeta potentiale 제타 미터 (Model 501 Laser Zee Meter, Pen Ken, Inc.
성능/효과
- 11에 나타내었다. 800mg/l 농도에서 응집제거 효율은 황토가 78.1 %로써 가장 우수 하고 그 다음이 montmorillonite로써 49.3%이며 해사가 17.8%로써 가장 낮은 효과를 나타내었다. 점토의 농도를 6,400mg/l로 증가할 경우 해사를 제외한 모든 점토에서 현저한 응집효율의 개선이 있는 반면 해사는 16.
- 800mg/l의 농도에서 황토는 철을 함유하지 않은 다른 점토보다 28.8-60.3% 더 높은 처리효율을 나타내었다. 황토에는 >SiOH의 음전하단과 수중의 phenolphthalein alkalinity를 소모하는 수화금 속화합물의 양전하단이 공존하며, 이 수화금속화합물에 의하여 황토가 나머지 점토 특히 해사와 다른 응집특성을 보여주는 것으로 생각된다.
- 10에 나타내었다. G-value가 증가함에 따라 적조생물입자의 응집제거 효율이 각각 65.5, 70.7, 74.7, 78.1%로 증가하였다. 이로써 황토를 사용한 응집반응에서는 입자간 충분한 충돌이 일어날 수 있도록 교반하는 것이 매우 중요함을 알 수 있다.
- 2mg/l as CaCO3 감소하였다. methyl orange alkalinity의 변화는 적조배양액의 90.8 mg/l as CaCQ가 황토농도 12,800 mg/l에서 73.3 mg/l as CaCO로 소폭 감소한 반면 phenolphthalein alkalinity는 적조 배양액의 43.7mg/l as CaCQ가 황토농도 12,800mg/l에서 0 mg/l as CaCO3로 완전히 제거됨으로써 total alkalinity의 감소분의 약 71% 정도가 phenolphthalein alkalinity의 제거에 의한 것임을 알 수 있다. phenolphthalein alkalinity를 나타내는 물질은 OH- CO32- 이온들로써 어러한 이온들은 pH를 상승시킬 뿐만 아니라 음전하를 띤 입자에 흡착하여 surface charge를 증가시키는 작용을 한다.
- 본 실험에 사용한 황토입자의 입도 분포는 정규분포를 보여주는 하나의 peak로 나타났으며, 입자의 평균 지름은 25.0 μm이고, 약 84.5%의 황토입자가 9.8~55.0μm의 범위에 속하며 변동계수는65.1 % 이었다. 황토의 금속성분을 분석한 결과는 규소 (Si)가 48%, 알루미늄(A1)이 35%, 철 (Fe)이 11%로서 94%를 차지하며 나머지 6%는 칼륨(K), 구리 (Cu), 아연 (Zn), 티타늄 (Ti) 등으로 구성되어 있었다.
- 1과 같다. 입도 분포는 정규분포를 보여주는 하나의 peak로 나타났으며, 입자의 평균 지름은 25.0μm이고 변동계수는 65.1%이다. Fig.
- 2, 100%의 적조생물이 응집 제거된 것을 알 수 있다. 적조생물의 응집제거 효율은 황토의 농도가 증가함에 따라서 지수함수적으로 증가하였다(Y=36.O4XX011; R2=0.9906). 즉 200~ 800mgN의 비교적 낮은 황토 농도에서 급격한 증가를 보이다가 황토의 농도가 계속 증가함에 따라서 점점 완만한 증가를 나타내었다.
- 적조생물입자의 응집제거 효율은 황토의 농도가 증가함에 따라서 지수함수적(Y=36.04×X0.11; R2=0.9906)으로 증가하였으며, 황토의 농도 800mg/l까지 급격한 증가를 보이다가 황토의 농도가 계속 증가함에 따라서 완만한 증가를 나타내었다. 적조생물은 황토 6,400mg/l에서 거의 100% 응집제거 되었다.
- 9906). 즉 200~ 800mgN의 비교적 낮은 황토 농도에서 급격한 증가를 보이다가 황토의 농도가 계속 증가함에 따라서 점점 완만한 증가를 나타내었다.
- 황토 입자와 NaCl 용액의 계면에서 일어나는 이와 같은 현상에 대한 원인은 대체적으로 두 가지로 요약할 수 있다. 첫째, Na+ 이온은 IDL으로써 황토입자의 음전하를 정전기적으로 중화하여 EDL을 압축하는 효과는 나타내나 입자의 surface chemical group과의 specific adsorption에는 관여하지 않으며, 둘째, 황토입자는 유리구슬과는 달리 pH 5.5에서 Na+ 이온의 정전기적 중화효과를 감소시키는 surface silanol group (>SiO~) 이외의 surface chemical group을 포함하고 있기 때문인 것으로 생각된다.
- 29의 pH 감소효과를 나타내었다. 해사가 가장 큰 pH 상승효과를 나타내었다. 황토의 pH 감소효과로 말미암아 황토입자와 적조입자의 EDL이 다른 점토의 경우보다 더 크게 압축됨으로써 보다 용이하게 응집될 수 있고, 결과적으로 가장 높은 제거효율을 나타낸 것으로 생각된다.
- 황토 800 mg/l을 사용하고 G-value를 1, 6, 29, 139sec-1로 단계적으로 증가시킴에 따라 응집제거 효율은 지수함수적으로 증가하였다. 이는 응집반응의 효율을 높이기 위해서는 황토입자와 적조 생물입자 사이에 충분한 충돌이 일어날 수 있도록 교반하는 것이 매우 중요함을 나타내 주는 것이다.
- 13은 여러가지 농도의 황토를 사용하여 적조배양액에 대한 응집실험을 한 후 상청액 (上清液)에 대하여 pH, alkalinity를 조사한 결과를 보여주고 있다. 황토의 농도가 증가함에 따라 pH는 거의 일률적으로 감소하여 황토농도 12,800mg/l에서 7.85를 나타내었고, total alkalinity는 적조배양액의 134.5 mg/l as CaCO3가 황토농도 12,800mg/l에서 73.3 mg/l as CaCQ로 61.2mg/l as CaCO3 감소하였다. methyl orange alkalinity의 변화는 적조배양액의 90.
- 황토입자는 10-3M NaCl의 수용액 중에서 pH가 증가함에 따라 negative zeta potential 값이 증가하여 pH 9.36에서 -71.3 mV를 나타내고 이후 거의 일정한 값을 나타내었으며, pH 1.98에서 +1.8 mV를 나타내어 amphoteric surface charge를 가지는 물질의 성질을 나타내었다. 전하결정이온은 H+, OH- 이온이고, pH 2 부근에서 PZPC를 나타내었다.
후속연구
- 해사가 가장 큰 pH 상승효과를 나타내었다. 황토의 pH 감소효과로 말미암아 황토입자와 적조입자의 EDL이 다른 점토의 경우보다 더 크게 압축됨으로써 보다 용이하게 응집될 수 있고, 결과적으로 가장 높은 제거효율을 나타낸 것으로 생각된다.
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