지하수 내의 철분 제거를 위해 일반적으로 포기법과 화학적 산화제를 이용한 산화법이 이용된다. 특히 오염수 포기에 이은 고-액 여과 분리 공정은 가장 널리 이용되는 물리 화학적 처리법이다. 이 방법은 주로 pH 6.5 이상의 경우 산화 제1철의 불용화에 매우 효과적인 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 석회석을 일정한 포기 하에 오염수와 접촉시켜 pH를 6.5 이상으로 유지하였다. 회분식 실험에서 석회석 입도 크기, 초기 철분 농도, pH, 온도 및 이온 세기 등에 의한 산화 제1철의 산화속도 변화를 고찰하였다. 석회석의 입도가 감소할수록 pH의 증가가 두드러지며 철분 산화 또한 급격히 증가함을 알 수 있었다. 산화 제1철의 산화속도는 초기 철분 농도, 온도 및 이온세기에 비례하는 것으로 나타났다.
지하수 내의 철분 제거를 위해 일반적으로 포기법과 화학적 산화제를 이용한 산화법이 이용된다. 특히 오염수 포기에 이은 고-액 여과 분리 공정은 가장 널리 이용되는 물리 화학적 처리법이다. 이 방법은 주로 pH 6.5 이상의 경우 산화 제1철의 불용화에 매우 효과적인 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 석회석을 일정한 포기 하에 오염수와 접촉시켜 pH를 6.5 이상으로 유지하였다. 회분식 실험에서 석회석 입도 크기, 초기 철분 농도, pH, 온도 및 이온 세기 등에 의한 산화 제1철의 산화속도 변화를 고찰하였다. 석회석의 입도가 감소할수록 pH의 증가가 두드러지며 철분 산화 또한 급격히 증가함을 알 수 있었다. 산화 제1철의 산화속도는 초기 철분 농도, 온도 및 이온세기에 비례하는 것으로 나타났다.
The removal of ferrous iron (Fe(II)) in groundwater is generally achieved by simple aeration or the addition of oxidizing agent. Aeration followed by solid-liquid separation is the most commonly used as physico-chemical treatment method for iron removal. In general aeration has been shown to be very...
The removal of ferrous iron (Fe(II)) in groundwater is generally achieved by simple aeration or the addition of oxidizing agent. Aeration followed by solid-liquid separation is the most commonly used as physico-chemical treatment method for iron removal. In general aeration has been shown to be very efficient in insolubilizing ferrous iron at the pH level greater than 6.5. In this study pH was maintained over 6.5 using limestone granules under constant aeration to oxidize ferrous iron. In batch experiments, oxidation rate of ferrous iron was investigated under different conditions including limestone granule size. initial concentration of the ferrous iron, pH, temperature and ionic strength in groundwater. The pH in groundwater was presumed as the most important factor determining oxidation rate of ferrous iron. According as the size of the limestone granules decreased, the pH of the iron contaminated water increased quickly and oxidation of the ferrous iron was achieved immediately too. The oxidation rate of the ferrous iron was found to be proportion to initial concentration of the iron contaminated water, temperature and ionic strength, respectively.
The removal of ferrous iron (Fe(II)) in groundwater is generally achieved by simple aeration or the addition of oxidizing agent. Aeration followed by solid-liquid separation is the most commonly used as physico-chemical treatment method for iron removal. In general aeration has been shown to be very efficient in insolubilizing ferrous iron at the pH level greater than 6.5. In this study pH was maintained over 6.5 using limestone granules under constant aeration to oxidize ferrous iron. In batch experiments, oxidation rate of ferrous iron was investigated under different conditions including limestone granule size. initial concentration of the ferrous iron, pH, temperature and ionic strength in groundwater. The pH in groundwater was presumed as the most important factor determining oxidation rate of ferrous iron. According as the size of the limestone granules decreased, the pH of the iron contaminated water increased quickly and oxidation of the ferrous iron was achieved immediately too. The oxidation rate of the ferrous iron was found to be proportion to initial concentration of the iron contaminated water, temperature and ionic strength, respectively.
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2) 원수의 초기 철분 농도가 100 mg/1 이하의 경우. 철분 산화 반응은 철분의 산화속도가 초기 철분 농도에 비례하는 철분 농도에 대한 1 차 반웅으로 나타났고.
제안 방법
원수에 0. 0.001, 0.01, 0.5 M의 염소 이온을 각각 첨가하여 석회석과 포기에 의한 철분 산화 실험을 실시하였다. 염소 이온의 농도가 변화함에 따라 철분의 산화속도도 변화하는 것을 확인할 수 있었다.
0.001. 0.01, 0.5 M로 변화시켜 가면서 염소 이온의 농도에 따른 철분 산화 영향을 살펴보았다. 이때 공기를 50 l/min의 속도로 원통형 반응기에 상향식으로 불어 넣어주었고.
교반 시작 직후. 2분 후, 5분 후에 각각 시료를 채취하여 시간에 따른 철분 농도의 변화를 살펴보았다.
3.5-6 매쉬 크기의 석회석 1100 g을 반응부피 (working volume) 2 /인 원통형 반응기에 초기농도가 40 mg/1 인 철분 오염수와 함께 넣고 여기에 공기 를 50 l/min의 속도로 연속적 으로 공급시켜 주었다. 이때 원수와 반응기의 온도를 10 1에서 25 ℃까지 5 ℃간격으로 상승시켜 각각의 온도 조건에서 시간에 따른 철분의 농도를 측정하였다.
100, 200. 500, 1100 mg/1 으로 변화시켜 가며 실험 올 수행하였다. 원수의 초기 철분 농도에 따라 철분이 제거되는 데 소요되는 시간에는 차이가 있으나 최종적으로는 충분한 산화로 인해 철분이 완전히 제거됨을 알 수 있었다 (Fig.
그리고 염소 이온 세기의 영향을 각각 살펴보았다. 각 실험 결과는 세 번 반복하여 산술평균 하였다.
7~10, 10~ 16 매쉬 크기로 선별한 다음. 각각의 석회석에 대해 40 mg/1의 철분 오염수에서 철분 산화 실험을 수행하였다. 3.
5 ~6 매쉬 크기의 석회석 1100 g을 반응부피(working volume) 2 /인 원통형 반응기에 준비된 철분 오염수와 함께 넣고. 공기를 50 1/min의 속도로 상향식으로 반옹기 하단에서 공급하면서 시간에 따른 철분 농도의 변화를 살펴보았다.
500. 그리고 1100 mg/l 로 달리하여 원수를 준비하고, 원수와 반옹기의 온도를 15 P로 유지시켰다. 3.
반응 온도. 그리고 염소 이온 세기의 영향을 각각 살펴보았다. 각 실험 결과는 세 번 반복하여 산술평균 하였다.
또 M250 pH Meter (CORNING, 미국)를 사용하여 채취된 모든 시료의 pH를 측정하였다.
구입한 석회석 원석을 적당한 크기로 부순 다음. 매쉬를 이용하여 크기별로 분류하여 실험에 이용하였다. 또 황산 제 1철 (Junsei Chemical Co.
5 이상인 조건에서 가장 효율적이므로. 본 연구에서는 석회석을 이용하여 pH를 6.5 이상으로 유지시키면서. 포기하는 방법으로 철분제거 실험을 수행하였다.
따라서. 본 연구에서는 철분의 산화효과를 높이기 위해 천연 광석 중의 하나인 석회석을 이용하여 pH를 상승시키고 동시에 포기를 수행함으로써 철분 오염수의 산화와 수산화 반응을 동시에 실시하였다. 석회석과 포기가 철분 산화에 어떤 복합효과를 나타내는지 알아보기 위해 석회석 입자 크기, 초기 철분농도.
본 연구에서는 철분의 산화효과를 높이기 위해 천연 광석 중의 하나인 석회석을 이용하여 pH를 상승시키고 동시에 포기를 수행함으로써 철분 오염수의 산화와 수산화 반응을 동시에 실시하였다. 석회석과 포기가 철분 산화에 어떤 복합효과를 나타내는지 알아보기 위해 석회석 입자 크기, 초기 철분농도. 온도, 염 농도 둥 여러가지 조건에서 철분 산화 실험을 수행하였다.
5-6 매쉬 크기의 석회석 1100 g을 반응부피 (working volume) 2 /인 원통형 반응기에 초기농도가 40 mg/1 인 철분 오염수와 함께 넣고 여기에 공기 를 50 l/min의 속도로 연속적 으로 공급시켜 주었다. 이때 원수와 반응기의 온도를 10 1에서 25 ℃까지 5 ℃간격으로 상승시켜 각각의 온도 조건에서 시간에 따른 철분의 농도를 측정하였다.
석회석과 포기가 철분 산화에 어떤 복합효과를 나타내는지 알아보기 위해 석회석 입자 크기, 초기 철분농도. 온도, 염 농도 둥 여러가지 조건에서 철분 산화 실험을 수행하였다. 각각의 실험조건에 대해 철분의 산화속도를 얻을 수 있었고, Stumm과 Lee5) 가 제시한 철분 산화속도식을 이용하여 석회석 포기조에서의 철분 산화속도식을 구할 수 있었다.
온도의 변화에 따른 석회석에 의한 철분 오염수의 알칼리화와 철분의 산화속도에 미치는 영향을 살펴보기 위해 원수와 반옹기의 온도를 10 ℃에서 25 ℃까지 5 ℃간격으로 상승시켜 각각의 온도 조건에서 시간에 따른 철분의 농도를 측정하였고 그 결과를 Fig. 6에 나타내었다. 또 Table 3에 실험을 통하여 얻은 철분 산화속도 상수.
5-6 매쉬 크기의 석회석 1100 g을 반응부피 (working volume) 2 /인 원통형 반응기에 초기농도가 40 mg/1 인 철분 오염수와 함께 넣고 여기에 공기 를 50 l/min의 속도로 연속적 으로 공급시켜 주었다. 이때 원수와 반응기의 온도를 10 1에서 25 ℃까지 5 ℃간격으로 상승시켜 각각의 온도 조건에서 시간에 따른 철분의 농도를 측정하였다.
철분 산화속도에 대해 원수 중에 포함된 염소 이온 농도의 영향을 알아보기 위해 40 mg/1의 철분 오염 원수에 0. 0.
5 이상으로 유지시키면서. 포기하는 방법으로 철분제거 실험을 수행하였다.
대상 데이터
매쉬를 이용하여 크기별로 분류하여 실험에 이용하였다. 또 황산 제 1철 (Junsei Chemical Co., 일본)을 물에 용해시켜서 농도별로 제조한 인공 철분 오염수를 모든 실험에 사용하였다.
실험에 사용된 석회석의 원석은 충북 단양에 소재한 대곡 광업소로부터 구입하였다. 구입한 석회석 원석을 적당한 크기로 부순 다음.
이론/모형
온도, 염 농도 둥 여러가지 조건에서 철분 산화 실험을 수행하였다. 각각의 실험조건에 대해 철분의 산화속도를 얻을 수 있었고, Stumm과 Lee5) 가 제시한 철분 산화속도식을 이용하여 석회석 포기조에서의 철분 산화속도식을 구할 수 있었다. 또 각각의 실험 조건에 대해 철분 산화속도 상수.
인공 철분 오염수 및 처리수 내에 용존되어 있는 산화 제 1 철의 분석은 Standard Methods의 Phenanthroline 법6)을 따랐으며 흡광도의 측정을 위해 U-2000 Spectrophotometer (HITACHI, 일본)를 사용하였다. 또 M250 pH Meter (CORNING, 미국)를 사용하여 채취된 모든 시료의 pH를 측정하였다.
성능/효과
1) 철분 산화에 있어서 가장 중요한 인자는 오염수의 pH로 나타났고, 석회석 입자의 크기가 작을수록 pH가 빨리 상승하게 되어 철분 오염수의 산화 반응이 빨리 진행되었다.
3) 온도가 높올수록. 염소이온 농도가 높을수록 철분의 산화속도가 빠르게 나타났다.
반응 초기에 pH 값을 살펴보면 시간에 따라 pH 값이 변하는 정도가 염소 이온의 농도에 따라 달라진다. pH 값이 5.3에서 시작하여 7.5까지 올라가는데 걸린 시간을 비교하여 보면 염소 이온의 농도가 0.001 M과 0.01 M일 때가 0 M일 때보다 시간이 오래 걸렸고 0.5 M일 때는 훨씬 단축되었다 (Fig. 9). 이와 같은 원인으로 염소 이온의 농도가 0.
식 (9)는 실험결과를 통해 얻은 식(7)과 동일함을알 수 있다. 따라서 고농도 철분의 산화 반옹은 실험 결과에서 얻은 철분 산화속도식과 동일한 속도식임 올, 다시 말해 초기 철분 농도와 무관한 0 차 반옹임을 확인할 수 있다.
실험을 통해 구한 k'[min-1]의 값을 살펴보면 석회석 크기가 3.5-6 매쉬의 크기에서 0.22 min1 이었으나, 7~10 매쉬와 10~16 매쉬 크기의 경우 k'의 값은 각각 0.333 min-1, 0.368 min-1으로 증가함을 알 수 있었다 (Table 1). 석회석 입자의 크기가 작을수록 같은 질량에 대해 석회석 입자와 철분 오염수의 접촉 표면적이 증가하므로 석회석에 의한 (OH의 농도가 높게 나타나게 된다.
여기서. 실험을 통해 얻은 철분 산화 속도 상수 k'[min-1]의 값은 초기 철분 농도가 8 mg/1일 때 0.181 min-1, 40 mg/1일 때 0.143 mirf'으로 나타났고. 초기 철분 농도가 높아질수록 철분 산화속도 상수 n의 값이 작아짐을 알 수 있다.
5 M의 염소 이온을 각각 첨가하여 석회석과 포기에 의한 철분 산화 실험을 실시하였다. 염소 이온의 농도가 변화함에 따라 철분의 산화속도도 변화하는 것을 확인할 수 있었다. 0.
500, 1100 mg/1 으로 변화시켜 가며 실험 올 수행하였다. 원수의 초기 철분 농도에 따라 철분이 제거되는 데 소요되는 시간에는 차이가 있으나 최종적으로는 충분한 산화로 인해 철분이 완전히 제거됨을 알 수 있었다 (Fig. 2). Fig.
후속연구
철분에 오염된 지하수나 폐수의 처리를 위해 석회 석탑 올 이용한 연속 흐름 공정을 설계하는데 있어서 본 연구에서 수행된 회분식 실험의 결과들이 기초 자료로 사용될 수 있을 것으로 기대된다.
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