본 연구에서는 펜톤산화 공정을 축산폐수의 전처리 시스템으로 활용하고자 초기 pH, $H_2O_2/Fe^{2+}$ 비율, $H_2O_2/Fe^{2+}$ 약품주입량, 응집 및 침전을 위한 중화제 등과 같은 펜톤산화의 적정 운영조건을 도출하는 실험적 연구를 실시하였다. 적정 조건을 도출하기 위해 교반시험기를 이용하여 120 rpm에서 2시간 동안 각 조건을 변화시키면서 펜톤산화 반응을 진행한 후 2시간 동안 침전시켜 그 상등액의 잔류 과산화수소, $COD_{Cr}$, SS 등을 분석하였다. 실험결과 도출된 최적조건은 초기 pH는 4, $H_2O_2/Fe^{2+}$비율은 10:1, $H_2O_2/Fe^{2+}$ 약품주입량은 5,000/500mg/L 그리고 중화제로는 $Ca(OH)_2$가 양호한 것으로 나타났다. 이러한 최적 조건에서 펜톤산화에 의해 축산폐수의 $COD_{Cr}$ 제거율은 43% 그리고 SS는 84%의 제거율을 나타내었다.
본 연구에서는 펜톤산화 공정을 축산폐수의 전처리 시스템으로 활용하고자 초기 pH, $H_2O_2/Fe^{2+}$ 비율, $H_2O_2/Fe^{2+}$ 약품주입량, 응집 및 침전을 위한 중화제 등과 같은 펜톤산화의 적정 운영조건을 도출하는 실험적 연구를 실시하였다. 적정 조건을 도출하기 위해 교반시험기를 이용하여 120 rpm에서 2시간 동안 각 조건을 변화시키면서 펜톤산화 반응을 진행한 후 2시간 동안 침전시켜 그 상등액의 잔류 과산화수소, $COD_{Cr}$, SS 등을 분석하였다. 실험결과 도출된 최적조건은 초기 pH는 4, $H_2O_2/Fe^{2+}$비율은 10:1, $H_2O_2/Fe^{2+}$ 약품주입량은 5,000/500mg/L 그리고 중화제로는 $Ca(OH)_2$가 양호한 것으로 나타났다. 이러한 최적 조건에서 펜톤산화에 의해 축산폐수의 $COD_{Cr}$ 제거율은 43% 그리고 SS는 84%의 제거율을 나타내었다.
The objective of this study was to investigate the proper operation conditions of fenton oxidation such as initial pH, $H_2O_2/Fe^{2+}$ ratio, $H_2O_2/Fe^{2+}$ dosage amount, and neutralizing agent for pretreatment of the livestock wastewater. Fenton oxidation reagents were rea...
The objective of this study was to investigate the proper operation conditions of fenton oxidation such as initial pH, $H_2O_2/Fe^{2+}$ ratio, $H_2O_2/Fe^{2+}$ dosage amount, and neutralizing agent for pretreatment of the livestock wastewater. Fenton oxidation reagents were reacted with the livestock wastewater for 2 hours at 120 rpm and the settling was performed for 2 hours using jar-tester apparatus under the different experimental conditions. And then the supernatant was sampled and measured for the residual $H_2O_2$, $COD_{Cr}$, and SS. The results are as follows; optimum initial pH=4, optimum $H_2O_2/Fe^{2+}$ ratio=10:1, optimum $H_2O_2/Fe^{2+}$ dosage amount=5,000/500 mg/L and $Ca(OH)_2$ as proper neutralizing agent. The removal efficiency of $COD_{Cr}$ and SS were 43% and 84% under those optimal fenton oxidation conditions.
The objective of this study was to investigate the proper operation conditions of fenton oxidation such as initial pH, $H_2O_2/Fe^{2+}$ ratio, $H_2O_2/Fe^{2+}$ dosage amount, and neutralizing agent for pretreatment of the livestock wastewater. Fenton oxidation reagents were reacted with the livestock wastewater for 2 hours at 120 rpm and the settling was performed for 2 hours using jar-tester apparatus under the different experimental conditions. And then the supernatant was sampled and measured for the residual $H_2O_2$, $COD_{Cr}$, and SS. The results are as follows; optimum initial pH=4, optimum $H_2O_2/Fe^{2+}$ ratio=10:1, optimum $H_2O_2/Fe^{2+}$ dosage amount=5,000/500 mg/L and $Ca(OH)_2$ as proper neutralizing agent. The removal efficiency of $COD_{Cr}$ and SS were 43% and 84% under those optimal fenton oxidation conditions.
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문제 정의
한편 최적 약품주입량을 결정하기 위하여 위의 실험으로 얻은 H2O2/Fe2+의 최적비를 기준으로 하여 H2O2/Fe2+의 비를 고정하고 H2O2 및 Fe2+의 농도를 달리하여 실험하였다. 그리고 펜톤 산화 후 중화를 위한 중화제로서 10N NaOH와 Ca(OH)2를 사용하여 응집 및 침전에 의한 처리효율이 양호한 중화제를 선정하고자 하였다.
따라서, 본 연구에서는 유기물 제거와 생물학적 분해가 어려운 난분해성물질을 생물분해가 가능한 물질로의 전환 및 응집 및 침전에 의한 고액분리 효과를 동시에 달성할 수 있는 펜톤산화6,7,8,9,10)를 축산폐수의 전처리 공정으로 활용코자 펜톤산화에 따른 축산폐수의 적정 처리조건들을 도출하고자 하였다.
제안 방법
1]과 같은 순서로 펜톤산화 실험을 실시하였다. 1000mL 비이커에 축산폐수 시료 500mL를 취해 jartester 실험장치를 이용하여 120 rpm에서 2시간 동안 펜톤산화반응을 진행시킨 후 2시간 동안 침전시켜 그 상등액으로 잔류 과산화수소, CODCr, SS 등을 분석하는 방법으로 초기 pH에 따른 영향, H2O2/Fe2+의 비율, H2O2/Fe2+의 약품 주입량 및 중화제에 따른 영향을 고찰하고자 하였다.
11,12) 따라서 pH 8.2 정도의 축산폐수에 97% H2SO4 및 10N H2SO4으로 pH 2∼7까지 단계별로 조정한 후 FeSO4ᆞ7H2O 750mg/L 및 H2O2 7,500mg/L을 주입하여 pH의 영향을 살펴보았다. Pignatello13)는 펜톤산화반응이 진행됨에 따라 반응용액의 pH가 저하된다고 보고하고 있는데, 본 실험에서는 [Fig.
5∼8로 조정하고 응집 및 침전을 통하여 처리수와 슬러지를 고액분리하는 것으로 보고되고 있다.18) 하지만 본 연구에서는 10 N NaOH와 Ca(OH)2를 이용하여 pH 8로 중화시켜 중화제의 종류에 따른 처리효율을 고찰하였다. 잔류과산화수소 및 CODcr, SS의 처리효율은 [Fig.
Fe2+을 0∼1000mg/L까지 각각 주입한결과 과산화수소의 잔류농도는 7,453mg/L, 5,921mg/L, 4,004mg/L, 1,942mg/L, 629mg/L 로 급격히 감소하였으나 Fe2+ 2,000mg/L을 주입한 경우 511mg/L로 감소폭이 현저히 감소하였다. CODCr은 [Fig. 7]에 나타난 바와 같이 Fe2+을 0mg/L에서 750mg/L까지 단계별로 주입후 초기 CODCr 6,537mg/L에서 각각 5,810mg/L, 4,658mg/L, 3,386mg/L, 1,803mg/L로 감소하다가 Fe2+ 1,000mg/L이상의 주입량에서 각각 2,228mg/L, 2,793mg/L으로 증가하는 경향을 나타내어 H2O2/Fe2+의 최적비는 10:1로 결정하였다. 이러한 결과는 펜톤반응에서 분해의 주요 공격 물질은 OH 라디칼이나 Fe2+을 과량으로 주입함으로서 초기 OH 라디칼 생성시 동시에 생성되는 OH 이온과 철이온이 반응함으로써 [즉 FeSO4+2OH-→Fe(OH)2+SO42-] OH 라디칼 생성반응 및 유기물 분해반응의 순환을 저해하는데 그 원인이 있는 것으로 판단된다.
이온과 반응하기 때문이라고 보고하였다. 따라서, [Fig. 6]에는 pH에 따른 영향에서 도출한 적정 pH=4로 시료를 조정하고 H2O2=7,500mg/L로 고정한 후 Fe2+의 농도를 250, 500, 750, 1,000, 2,000mg/L로 다르게 하여 H2O2/Fe2+의 최적비 도출을 위한 실험을 실시하였다. Fe2+을 0∼1000mg/L까지 각각 주입한결과 과산화수소의 잔류농도는 7,453mg/L, 5,921mg/L, 4,004mg/L, 1,942mg/L, 629mg/L 로 급격히 감소하였으나 Fe2+ 2,000mg/L을 주입한 경우 511mg/L로 감소폭이 현저히 감소하였다.
일반적으로 펜톤산화공정은 pH 조정, 산화, 중화 및 응집, 침전의 단계로 이루어지며, 유기물질은 산화공정에 의해서 뿐만 아니라 응집 및 침전공정에 의해서도 제거된다. 따라서, 효과적인 펜톤산화에 의한 처리효율을 구하기 위하여 [Fig. 1]과 같은 순서로 펜톤산화 실험을 실시하였다. 1000mL 비이커에 축산폐수 시료 500mL를 취해 jartester 실험장치를 이용하여 120 rpm에서 2시간 동안 펜톤산화반응을 진행시킨 후 2시간 동안 침전시켜 그 상등액으로 잔류 과산화수소, CODCr, SS 등을 분석하는 방법으로 초기 pH에 따른 영향, H2O2/Fe2+의 비율, H2O2/Fe2+의 약품 주입량 및 중화제에 따른 영향을 고찰하고자 하였다.
7,500mg/L을 주입하여 초기 pH에 따른 영향을 먼저 살펴보았다. 또한 적정 pH 조건하에서 H2O2/Fe2+의 최적비를 구하기 위하여 H2O2농도를 7,500mg/L로 고정하고 Fe2+의 농도를 250, 500, 750, 1,000, 2,000mg/L로 다르게 하여 실험하였다. 한편 최적 약품주입량을 결정하기 위하여 위의 실험으로 얻은 H2O2/Fe2+의 최적비를 기준으로 하여 H2O2/Fe2+의 비를 고정하고 H2O2 및 Fe2+의 농도를 달리하여 실험하였다.
시료를 pH=4로 조정한 후 앞서 결정된 H2O2/Fe2+ 비율을 10으로 고정하고 과산화수소와 철염의 농도를 각각 1,000/100, 2,500/250, 5,000/500, 7,500/750, 10,000/1,000, 12,500/1,250mg/L로 달리 주입하여 최적 약품 주입량을 결정하였다. 과산화수소의 잔류량은 [Fig.
축산폐수를 우선 97%의 농황산(H2SO4)으로 pH를 대략적으로 조정한 후, 10N H2SO4을 사용하여 pH를 2∼7로 조정하여, 각 초기 pH 조건에서 FeSO4ᆞ7H2O(Fe2+로서) 750mg/L 및 H2O27,500mg/L을 주입하여 초기 pH에 따른 영향을 먼저 살펴보았다. 또한 적정 pH 조건하에서 H2O2/Fe2+의 최적비를 구하기 위하여 H2O2농도를 7,500mg/L로 고정하고 Fe2+의 농도를 250, 500, 750, 1,000, 2,000mg/L로 다르게 하여 실험하였다.
축산폐수의 고액분리와 동시에 난분해성 유기물의 제거하기 위한 전처리 개념으로 펜톤산화 적정 조건을 도출하기 위해 초기 pH, H2O2/Fe2+비, H2O2/Fe2+ 약품주입량, 중화제를 달리하여 실험분석하였다. 연구결과 초기 pH는 4, H2O2/Fe2+비는 10:1 그리고 H2O2/Fe2+ 약품주입량은 5,000/500mg/L, 중화제로는 Ca(OH)2가 적정한 것으로 나타났다.
또한 적정 pH 조건하에서 H2O2/Fe2+의 최적비를 구하기 위하여 H2O2농도를 7,500mg/L로 고정하고 Fe2+의 농도를 250, 500, 750, 1,000, 2,000mg/L로 다르게 하여 실험하였다. 한편 최적 약품주입량을 결정하기 위하여 위의 실험으로 얻은 H2O2/Fe2+의 최적비를 기준으로 하여 H2O2/Fe2+의 비를 고정하고 H2O2 및 Fe2+의 농도를 달리하여 실험하였다. 그리고 펜톤 산화 후 중화를 위한 중화제로서 10N NaOH와 Ca(OH)2를 사용하여 응집 및 침전에 의한 처리효율이 양호한 중화제를 선정하고자 하였다.
대상 데이터
본 연구에 사용된 축산폐수는 경남 K시의 축산폐수공공처리장에서 전처리시설인 협잡물종합처리기 및 원심분리기를 거쳐 고액분리되어 저류조에 저류되어 있는 축산폐수를 채수하여 시료로 사용하였으며, 유입원수 및 고액분리된 축산폐수의 주요 특성은 [Table 1]과 같다.
성능/효과
약품주입량, 중화제를 달리하여 실험분석하였다. 연구결과 초기 pH는 4, H2O2/Fe2+비는 10:1 그리고 H2O2/Fe2+ 약품주입량은 5,000/500mg/L, 중화제로는 Ca(OH)2가 적정한 것으로 나타났다. 이러한 최적 조건에서 펜톤산화에 의해 축산폐수의 CODCr 제거율은 43% 그리고 SS는 84%의 제거율을 나타내었다.
연구결과 초기 pH는 4, H2O2/Fe2+비는 10:1 그리고 H2O2/Fe2+ 약품주입량은 5,000/500mg/L, 중화제로는 Ca(OH)2가 적정한 것으로 나타났다. 이러한 최적 조건에서 펜톤산화에 의해 축산폐수의 CODCr 제거율은 43% 그리고 SS는 84%의 제거율을 나타내었다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
축산폐수가 기존의 생물학적 처리방법으로 처리가 어려운 이유는 무엇인가?
1,2,3) 축산폐수의 정화처리방법으로는 물리ᆞ화학적 처리방법과 생물학적 처리방법으로 구분되며, 현재까지 대부분의 축산분뇨 처리장에 적용된 공법은 혐기성 및 호기성 처리법들을 혼합한 형태의 생물학적 처리방법이 많이 이용되고 있다. 그러나 축산폐수는 유기물과 질소, 인 등의 영양염과 난분해성 물질도 다량 함유하고 있어 기존의 생물학적 처리방법으로 처리가 어려운 실정에 있다.
축산폐수 내의 고체와 액체를 분리하기 위한 방법 중 기계적인 고액분리 방법에는 어떤 것들이 있는가?
축산폐수 내의 고체와 액체를 분리하기 위한 방법으로는 자연적 증발법인 건조상(drying bed)을 이용한 물리적인 방법과 기계적인 방법 등이 이용되고 있다. 자연적인 방법은 축산농가에서 실행하기가 곤란하며, 스크린, 진공여과, 밸트프레스, 스크류프레스, 스크류테칸터, 원심분리 등과 같은 기계적인 고액분리 방법을 많이 사용하는 데, 주 오염원인 미세입자들의 제거효율이 낮은 것으로 나타나고 있다.3,4,5)
축산폐수의 정화처리방법은 어떻게 구분되는가?
9%을 차지해 축산폐수에 의한 하천 오염의 우려가 높다.1,2,3) 축산폐수의 정화처리방법으로는 물리ᆞ화학적 처리방법과 생물학적 처리방법으로 구분되며, 현재까지 대부분의 축산분뇨 처리장에 적용된 공법은 혐기성 및 호기성 처리법들을 혼합한 형태의 생물학적 처리방법이 많이 이용되고 있다. 그러나 축산폐수는 유기물과 질소, 인 등의 영양염과 난분해성 물질도 다량 함유하고 있어 기존의 생물학적 처리방법으로 처리가 어려운 실정에 있다.
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