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문제 정의
- 본 연구는 수중의 인 제거를 저비용으로서 보다 효과적으로 달성하기 위하여 제철슬래그 등 산업부산물로제조된 CellCaSi의 입도 및 첨가량에 따른 인 제거효과, 인 제거효율을 증진시키기 위한 금속 양이온 첨가 및첨가방법 등에 대한 실험을 수행하였다.
제안 방법
- 2H2O와 FeCl3 . 6H2O 를 사용하여 각각 30mg/l와 1mg/l가 되도록 조절하였다 초기에는 2, 4, 8, 12시간 간격으로, 이후에는 2일 간격으로 총 8일 동안 인산염 인 농도를 측정하였으며, 총인과 용존성 총인은 실험 종료시에 측정하였다.
- 8일 후 대조구와 처리구의 총인 농도, pH 그리고 전기 전도도를 조사하였다 (Table 2). 처 리 구의 총인 제 거 효과는 B, D, C, E의 순서로 증가되었으며, 인산염 인 제거 효과 (Fig.
- CellCaSi에서 용출되는 양이온이 인 불활성화에 미치는 효과를 조사하기 위하여 입도 1mm 이하의 CellCaSi 10g/l를 각각 첨가한 삼각플라스크 2개 중 1개의 삼각플라스크에는 인 농도를 200mg/l로 조절하였다. pH는 7 로 조절한 후 진탕배양기를 이용하여 온도 30℃, 130 rpm에서 28일 동안 진탕하며 2개의 삼각플라스크에서용출 양이온 농도의 경시적 변화를 조사하였다.
- CellCaSi와 함께 Ca와 Fe 화합물 첨가에 따른 인 제거 효과를 경시적으로 조사하였다. 1개의 대조구와 4개의처리구 (CellCaSi; CellCaSi + Ca; CellCaSi+Fe; CellCaSi+ Ca + Fe)는 각기 250 ml 삼각플라스크내에 150 ml의증류수와 입도 1mm 이하의 CellCaSi를 1 g/l 포함하였다.
- 22 mg/l, pH는 7로 각각 조절하여 상온에서 7일 동안 인 농도의 경시적 변화를 조사하였다. CellCaSi의 pH에 따른 인 제거 효과는 pH 5, 7 및 9로 조절한 각각의 삼각플라스크에 입도 1mm 이하를 10g/l로 첨가하였다. 인 농도는 0.
- CellCaSi의 입도, 처리량 그리고 용액의 pH변화에 따른 인 농도의 변화를 경시적으로 조사하였다.
- 일부 포함되 어 있다 (Table 1). CellCaSi의 입도는 직경 1, 2 및 4 mm 이하의 3가지를 사용하여 여러 가지 조건별로 인 제거효과를 조사하였다.
- CellCaSi의 입도에 따른 인 제거효과는 입도 1, 2 및 4 mm 이하의 CellCaSi를 삼각플라스크에 각각 10g/l 첨가하였다. 대조구를 포함한 모든 시료의 인 농도는 0.
- 26 mg/l, pH는 7로 조절하여 상온에서 7일 동안 인 농도의경시적 변화를 조사하였다. CellCaSi의 처리량에 따른인 제거효과는 입도 1mm 이하를 삼각플라스크에 각각1, 2.5, 5 및 10g/l로 첨가하였다. 인 농도는 0.
- pH 및 전기전도도는 Conductivity meter (YSI, 63)를사용하여 측정하였다. 총인과 용존성 총인은 persulfate 법에 의해 인산염으로 산화시킨 후 (Menzel and Corwin, 1965), 인산염고고 마찬가지로 phosphomolybdate 법으로 측정하였다 (Murphy and Riley, 1962).
- 인 농도를 200mg/l로 조절하였다. pH는 7 로 조절한 후 진탕배양기를 이용하여 온도 30℃, 130 rpm에서 28일 동안 진탕하며 2개의 삼각플라스크에서용출 양이온 농도의 경시적 변화를 조사하였다. 양이온농도는 Atomic absorption spectrophotometer (Thermo Jarrell Ash Co.
- 녹조 제어를 위하여 수중의 인 제거에 관여하는 CellCaSi의 여러 가지 조건별 인 제거효과를 조사하였다. CellCaSi의 입도에 따른 인 제거효과는 직경 1, 2 그리고 4 mm 이하의 3가지 중 1 mm 이하의 작은 입자를 사용했을 때 가장 우수하였다.
- 대조구를 포함한 모든 시료의 인 농도는 0.26 mg/l, pH는 7로 조절하여 상온에서 7일 동안 인 농도의경시적 변화를 조사하였다. CellCaSi의 처리량에 따른인 제거효과는 입도 1mm 이하를 삼각플라스크에 각각1, 2.
- 1개의 대조구와 4개의처리구 (CellCaSi; CellCaSi + Ca; CellCaSi+Fe; CellCaSi+ Ca + Fe)는 각기 250 ml 삼각플라스크내에 150 ml의증류수와 입도 1mm 이하의 CellCaSi를 1 g/l 포함하였다. 대조구와 처리구의 인산염 농도는 K2HPO4를 사용하여 각각 0.10과 1.0mg/l가 되도록 조절하였으며, 처리구의 Ca고과 Fe의 농도는 CaCl2 . 2H2O와 FeCl3 .
- 시료의 pH는 8로 조절하였고 진탕배양기를 이용하여 130 rpm에서 15일 동안 진탕하면서 인 농도의 경시적 변화를 조사하였다. 이때 진탕배양기의 온도는 하절기 조류발생이 심할 때의 수원지 수온을 고려하여 28±2°C로조정하였다.
- 이후 처리 구에서의 인 농도는 12시간까지는 다시 증가하는 경향이 나타났으나, 처리 후 2일부터 8일 사이에는 인 농도가 초기의 12시간 후의 농도와 비슷하거나 점차 감소하였다. 실험 종료시 처리구 E의 인 농도는 2가지 시험군 각각 0.03, 0.47mg/l로 조사되어 초기와 동일하게 최저의인 농도를 기록하였다. 따라서 인 제거효과는 CellCaSi 만 처리했을 때보다는 Ca과 Fe 화합물을 함께 첨가함으로써 증진되는 것으로 조사되었다.
- CellCaSi의 pH에 따른 인 제거 효과는 pH 5, 7 및 9로 조절한 각각의 삼각플라스크에 입도 1mm 이하를 10g/l로 첨가하였다. 인 농도는 0.2 mg/l로 조절하여 상온에서 7일 동안 인 농도의 경시적 변화를 조사하였다.
- 5, 5 및 10g/l로 첨가하였다. 인 농도는 0.22 mg/l, pH는 7로 각각 조절하여 상온에서 7일 동안 인 농도의 경시적 변화를 조사하였다. CellCaSi의 pH에 따른 인 제거 효과는 pH 5, 7 및 9로 조절한 각각의 삼각플라스크에 입도 1mm 이하를 10g/l로 첨가하였다.
- 진탕(shaking) 시료에서 CellCaSi에 의한 인 제거효과를 조사하기 위하여 삼각플라스크내의 인 농도를 각각10, 100 및 200 mg/l로 조절한 후, 입도 1 mm 이하의 CellCaSi 10g/l를 모든 삼각플라스크에 첨가하였다. 시료의 pH는 8로 조절하였고 진탕배양기를 이용하여 130 rpm에서 15일 동안 진탕하면서 인 농도의 경시적 변화를 조사하였다.
대상 데이터
- 경시적으로 조사하였다. 1개의 대조구와 4개의처리구 (CellCaSi; CellCaSi + Ca; CellCaSi+Fe; CellCaSi+ Ca + Fe)는 각기 250 ml 삼각플라스크내에 150 ml의증류수와 입도 1mm 이하의 CellCaSi를 1 g/l 포함하였다. 대조구와 처리구의 인산염 농도는 K2HPO4를 사용하여 각각 0.
이론/모형
- 측정하였다. 총인과 용존성 총인은 persulfate 법에 의해 인산염으로 산화시킨 후 (Menzel and Corwin, 1965), 인산염고고 마찬가지로 phosphomolybdate 법으로 측정하였다 (Murphy and Riley, 1962).
성능/효과
- 8일 후 pH는 대조구가 7.12-7.38, 처리구는 7.85- 8.09로 조사되어 처리구에서 약간의 pH 증가가 나타났다 (Table 2). 일반적으로 Ca에 의한 인의 제거는 pH 8이상의 조건에서 빠르게 일어난다는 보고 (Moutin et al.
- CellCaSi, Ca고과 Fe 화합물을 단일 또는 조합하여 첨가한 후 인 농도의 변화를 조사한 결과, 0.10, 1.0mg/l의인을 첨가한 후 2시간 이내에 처리구 E (CellCaSi+Ca + Fe)의 인 농도가 각각 0.01, 0.54mg/l까지 급격히 감소하였다 (Fig. 6). 또한 서로 다른 3가지 처리구 (B,CellCaSi; C, CellCaSi+Ca; D, CellCaSi+ Fe) 역시 대조구에 비하여 인 농도 감소양상이 나타났다.
- CellCaSi롤 1, 2.5, 5 및 10g/l로 각각 첨가한 처리 구에서 시간이 경과할수록 인 농도가 점차 감소하였다 (Fig. 2). CellCaSi 10g/l를 첨가한 처리구에서 인 농도는 초기 0.
- CellCaSi의 입도에 따른 인 제거효과는 직경 1, 2 그리고 4 mm 이하의 3가지 중 1 mm 이하의 작은 입자를 사용했을 때 가장 우수하였다. CellCaSi의 인 제거 효과는 처리량의 증가에 비례하였다.
- 이에 따라 인 제거효과는 CellCaSi와 Ca, Fe 화합물을 동시에 처리하였을 때 가장 좋은 것으로 조사되었다. CellCaSi의 처리에 따라 pH가 약간 증가하였고, 전기전도도도 증가되지만 상수원수 기준 허용치 (500μS/cm) 이내였다.
- pH에 따른 인 농도변화는 7일 경과 후 대조구의 인농도가 pH 5, 7, 9 모두 0.19 mg/l이었고, 처리구의 인 농도는 각각 0.09, 0.08 및 0.08 mg/l로 조사되었다 (Fig. 3).대조구와 처리구 사이의 인 농도는 시간이 경과할수록서로 뚜렷한 차이를 보였지만, 대조구간 pH별 인 농도는 모두 초기의 농도가 일정하게 유지되었으며, 처리구각각의 pH별 인 제거효과도 차이가 없는 것으로 나타났다.
- (1999)에 의하면 철 산화물과 석고의 혼합물을 이용하여 인을 제거할 때 pH 4~8의 낮은 pH 에서는 인 제거량의 차이가 없지만, pH 9~10에서는 pH 증가에 따라서 인 제거량이 비례한다고 하였다. 그러나 본 연구에서는 초기부터 처리구간 인 농도 감소 경향이 서로 비슷하였고, 실험 종료시 처리구 사이의 인 농도의 차이가 관찰되지 않았다. 이러한 사실로 미루어 보아 CellCaSi를 이용한 인 제거는 침전에 의한 것보다는 정석 핵의 역할을 하는 CellCaSi 표면에 흡착, 결정화되어 제거되는 것으로 사료된다.
- 3).대조구와 처리구 사이의 인 농도는 시간이 경과할수록서로 뚜렷한 차이를 보였지만, 대조구간 pH별 인 농도는 모두 초기의 농도가 일정하게 유지되었으며, 처리구각각의 pH별 인 제거효과도 차이가 없는 것으로 나타났다. Bastin et al.
- 47mg/l로 조사되어 초기와 동일하게 최저의인 농도를 기록하였다. 따라서 인 제거효과는 CellCaSi 만 처리했을 때보다는 Ca과 Fe 화합물을 함께 첨가함으로써 증진되는 것으로 조사되었다.
- 본 실험에서도 CellCaSi에서 초기의 급격한 Ca 용출이 확인되었고, 이러한 용출 현상은 CellCaSi롤 처리한후 초기 인 농도가 급격하게 감소하는 것과 밀접한 관계가 있다고 판단된다. 또한 인이 함께 첨가된 곳에서는 CellCaSi에서 용출된 Ca이 수중의 인과 반응하기 때문에 0.
- 그러 나 Fe 화합물의 첨가에 의한 전기전도도의 증가는 나타나지 않았다. 이러한 결과를 토대로 CellCaSi의 주요성분인 Ca 화합물이 전기전도도의 증가를 초래하는 것으로 판단된다. 전기전도도가 CellCaSi와 Ca 화합물의 첨가에 따라 증가하는 경향을 보였지만, 전기전도도가 가장 높은 처리구의 경우에도 원수 및 음용수 허용치인 500RS/cm (De Zuane, 1996)의 범위 내에 포함됨으로서 이들의 첨가에 따른 수질에의 별다른 악영향은 없는 것으로 사료된다.
- 전기전도도는 대조구가 21.5~26.4 μS/cm로 조사되 었지만, 처리구에서는 177.5~318.1 μS/cm로 조사되어 처리 구에서 급격한 전기전도도의 증가가 나타났다 (Table 2). 특히 Ca 화합물을 함께 처리한 실험구의 전기전도도는 공통적으로 300 Rs/cm 이 상으로 조사되 었다.
- 정치시 여러 가지 조건별 인 제거효과 (Figs. 1-3)와 비교하면 진탕시 인 제 거 효과 (Fig. 4)가 더 우수한 것으로 조사되었다. 인 제거효과는 CellCaSi와 무기인의 접촉 정도에 의하여 달라진다.
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