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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 상수의 오존 처리시 생성된 독성이 강한 브롬산염을 제거할 목적으로 입상 활성탄에 철, 구리, 은 이온을 첨착한 금속 첨착활성탄을 이용하여 회분식 및 연속식 실험을 행하였다. 회분식 실험은 금속 첨착활성탄 주입량, 금속 첨착활성탄의 종류에 따른 브롬산염 제거효율을 측정하였고 연속 실험에서는 유량변화에 따른 파과곡선을 구하고 충진고와 제거율을 검토하였다.
제안 방법
- 또한 브롬산염의 제거 과정이 활성탄의 흡착에 의한 것인지 아니면 브롬화물로의 환원인지를 검토하기 위하여 처리수의 브롬화물 함량을 검사하였다. 각각의 조건에서 브롬산염 제거에 효과가 있는 활성탄을 선정하여 Fig. 1의 칼럼을 이용하여 연속 실험하였다.
- 0 g씩 첨가하여 30분 간격으로 240분 동안 반응을 검토하였다. 또한 브롬산염의 제거 과정이 활성탄의 흡착에 의한 것인지 아니면 브롬화물로의 환원인지를 검토하기 위하여 처리수의 브롬화물 함량을 검사하였다. 각각의 조건에서 브롬산염 제거에 효과가 있는 활성탄을 선정하여 Fig.
- 브롬산염 50 μg/L의 인공시료를 조제하여 500 mL 비이커에 300 mL 취하고 야자각(CAC), 산처리 야자각(CAC, ), 금속 첨착활성탄을 각각 0.1, 0.3, 0.5, 1.0 g씩 첨가하여 30분 간격으로 240분 동안 반응을 검토하였다. 또한 브롬산염의 제거 과정이 활성탄의 흡착에 의한 것인지 아니면 브롬화물로의 환원인지를 검토하기 위하여 처리수의 브롬화물 함량을 검사하였다.
- 브롬산염 분석은 DX-100 이온 크로마토그래피 (IC, Dionex Co, USA)를 사용하여 분석하였고 분석조건은 EPA의 브롬산염, 염소산염, 그리고 브롬화물 분석 지침서에 표기된 방법을 사용하였다.'" 브롬산염 분석을 위해 사용한 이온 크로마토그래피의 분석 조건을 Table 1에 제시하였다.
- 상수의 오존처리시 생성되는 소독부산물로써 독성이 강한 브롬산염을 제거할 목적으로 기존 정수처리공정에서 사용하고 있는 입상 활성탄에 비교적 산화력이 큰 철, 구리, 은 이온을 첨착하여 입상 활성탄의 흡착능력과 환원제로써의 금속이온의 산화력을 동시에 이용하여 브롬산염 제거효율을 높이고자 회분식과 연속식으로 실험한 결과 활성탄 주입량별 브롬산염 제거 실험에서 각각의 활성탄을 0.1, 0.3, 0.5, 1.0 g 씩 주입하여 240분 반응시킨 결과 브롬산염의 제거량은 주입량에 비례하였다. 그리고 산으로 처리한 활성탄을 사용할 때에는 브롬산염 제거 효율이 약 20% 정도 증대되었다.
- 1에 도시한 연속식 반응조는 내경이 30 nun이고 길이 200 mm인 원통형 아크릴관을 사용하였으며 칼럼 상부와 하부에 탈지면을 깔고 칼럼 내부에는 금속 첨착활성탄을 각각 30 g 충전한 후 시료 유입량을 변화시켜 체류시간을 1~3분 정도로 실험하였다. 유출수의 측정간격을 초기에는 30 분 간격으로 측정하고 그 이후에는 4시간 및 12시간 간격으로 시간 변화에 따른 유출 농도를 측정하여 파과곡선을 구하였다.
- 분석하였다. 즉 정량적으로는 1 M의 BrCh-가 1 M의 Bf를 생성하여야 하므로 0.1 mM 브롬산염 용액을 제조하여 각각의 활성탄을 10 g씩 투여해서 240분간 실험하였다. CACa, FeCACa, CuCACa, AgCACa 10 g에 대한 브롬산염의 분해생성물의 변화를 Fig.
- 첨착활성탄을 이용한 브롬산염 제거 회분식 실험 결과에서 제거효율이 우수하였던 FeCAC5*를 이용하여 소규모 컬럼 실험(RSSCT ; rapid small scale column test)을 하였다. 내경이 30 mm, 길이 200 mm인 원통형 연속식 칼럼에 FeCACa 를 30 g을 충전한 후 50 gg/L 브롬산염의 시료 유입량을 15.
- 활성탄에 의해 브롬산염 제거 과정을 거친 시료의 브롬화물로의 환원변화량을 파악하기 위하여 처리수의 브롬화물 몰량을 분석하였다. 즉 정량적으로는 1 M의 BrCh-가 1 M의 Bf를 생성하여야 하므로 0.
- 활성탄을 이용한 브롬산염 제거 효율을 비교하기 위하여 50 ug/L의 브롬산염 시료를 조제하여 30 분간격으로 240 분간 회분식 실험하였다. 회분식 반응에서 야자각 및 산처리 야자각 활성탄 주입량 변화에 따른 브롬산염 농도변화를 Fig.
- 실험을 행하였다. 회분식 실험은 금속 첨착활성탄 주입량, 금속 첨착활성탄의 종류에 따른 브롬산염 제거효율을 측정하였고 연속 실험에서는 유량변화에 따른 파과곡선을 구하고 충진고와 제거율을 검토하였다.
대상 데이터
- 본 실험에 사용한 활성탄은 (주)삼천리활성탄소에서 판매되고 있는 액상 흡착용 8x16 mesh 야자각 입상 활성탄을 사용하였다. 산처리 활성탄은 6 N HC1 로 활성탄을 세척하여 미량의 불순물을 제거 후 증류수로 여러번 씻어주어 남아있는 HC1 을 제거한 후 사용하였다.
- 본 실험에 사용한 회분식 장치는 폴리에틸렌 재질의 500 mL 용량 비이커를 사용하였으며 시료는 300 mL를 사용하였다. 본 실험이 진행되는 동안 교반은 60 rpm의 완속교반 하였다.
- 산처리 활성탄은 6 N HC1 로 활성탄을 세척하여 미량의 불순물을 제거 후 증류수로 여러번 씻어주어 남아있는 HC1 을 제거한 후 사용하였다. 철, 구리, 은 첨착활성탄을 제조하기 위해 황산제일철(FeSQ .
- 산처리 활성탄은 6 N HC1 로 활성탄을 세척하여 미량의 불순물을 제거 후 증류수로 여러번 씻어주어 남아있는 HC1 을 제거한 후 사용하였다. 철, 구리, 은 첨착활성탄을 제조하기 위해 황산제일철(FeSQ . 7H20, Junsei, Japan, 특급시약) 27.802 g/L, 황산구리 (CuSQ . 5H20, Junsei, Japan, 특급시약) 24.968 g/L, 질산은(AgNO, Junsei, Japan, 특급시약) 16.987 g/L를 각각 증류수에 녹여서 만든 0.1 M 용액을 이용하여 첨착 처리 하였다.
성능/효과
- Table 2에 의하면 활성탄에 산 처리를 할 경우 브롬산염 제거 처리수 농도가 WHO에 지정한 브롬산염 최대허용 오염기준치인 25 μg/L이하로 나타났고 일반 활성탄 보다는 금속첨착활성탄이 브롬산염 제거에 효과적인 것으로 나타났다. 이는 Kirisits 등17)의 연구에서 나타난 바와 같이 브롬산염 제거 시 활성탄에 대한 산 처리가 상당 효과적이었다는 결론과 동일한 실험결과이며 특히 야자각으로 제조한 철 첨착활성탄의 경우는 USEPA에서 정한 브롬산염 최대허용 오염기준치인 10 μg/L 이하로 처리되는 것으로 나타나 브롬산염 제거에 상당히 효과적임을 알 수 있다.
- 산처리 활성탄은 산처리를 하지 않은 경우보다 초기 30분 반응이 빠르게 나타나 Kirisits 등15)의 연구과 동일하였으며 이는 활성탄을 산으로 세척함으로서 표면을 활성화 시켜줌과 동시에 불순물이 제거되어 성능을 향상시킨 결과라 판단된다. 그러나 Bao 등⑹의 실험에서는 활성탄 주입량에 따른 제거효율이 약 70%로 나타났지만 본 연구에서는 최대 L0 g의 야자각 및 산처리 야자 각 활성탄을 투입하였음에도 불구하고 제거효율은 각각 50%와 60%이었다. 이는 실험에 사용한 활성탄의 종류와 입자크기, 주입량, pH 조건의 차이에 의한 것으로 생각된다.
- 0 g 씩 주입하여 240분 반응시킨 결과 브롬산염의 제거량은 주입량에 비례하였다. 그리고 산으로 처리한 활성탄을 사용할 때에는 브롬산염 제거 효율이 약 20% 정도 증대되었다. 철, 구리, 은 첨착활성탄은 일반 활성탄보다 약 30-50% 정도 제거 효율이 좋았으며 특히 철 첨착활성탄은 브롬산염을 약 92% 제거하였다.
- 본 연구의 파과시간은 이보다 늦은 96, 180, 252시간으로 나타났는데 이것은 철 첨착활성탄의 경우 활성탄 자체의 흡착력과 첨착된 Fe의 산화에 따른 오염물질의 환원제거가 동시에 진행되어 파과시간이 일반 활성탄보다는 연장된 것으로 생각된다. 그리고 첨착활성탄 컬럼 통과 시 브롬산염의 일부가 탄소표면에서 이온교환되어 파과곡선의 포화상태에서 Ce/C0가 1이 되지 않는 결과를 나타난 것으로 판단된다.
- 이는 EBCT가 증가하므로 철 첨착활성탄과의 접촉 시간과 접촉 표면적이 증가하므로 제거율이 상승하게 된다. 또한 EBCT를 1, 2, 3분으로 변화하여 실험한 결과 각각 96, 180, 252시간에서 파과현상이 일어났다. 이것은 EBCT 감소에 따른 유량이 증가함으로써 파과현상이 가속화되어 철 첨착활성탄에 의한 브롬산염 제거 능력이 감소됨을 알 수 있다.
- 5 mg BrOj'/g/} 가능하였다. 또한 연속식 칼럼실험에서 브롬산염 유입량을 15.6~ 46.8 mL/min으로 변화시켜 EBCT를 1, 2, 3분으로 조절하여 실험한 결과 96, 180, 252시간 경과 후 파과 현상을 보였다. 따라서 철, 구리, 은 첨착활성탄을 이용하여 브롬산염을 제거한 결과 제거 효율이 우수함을 알 수 있었고 앞으로 실용화를 위한 계속적인 연구가 필요할 것으로 생각된다.
- 35 분에서 17, 45, 70시간에서 파과현상이 진행되었다. 본 연구의 파과시간은 이보다 늦은 96, 180, 252시간으로 나타났는데 이것은 철 첨착활성탄의 경우 활성탄 자체의 흡착력과 첨착된 Fe의 산화에 따른 오염물질의 환원제거가 동시에 진행되어 파과시간이 일반 활성탄보다는 연장된 것으로 생각된다. 그리고 첨착활성탄 컬럼 통과 시 브롬산염의 일부가 탄소표면에서 이온교환되어 파과곡선의 포화상태에서 Ce/C0가 1이 되지 않는 결과를 나타난 것으로 판단된다.
- 그리고 산으로 처리한 활성탄을 사용할 때에는 브롬산염 제거 효율이 약 20% 정도 증대되었다. 철, 구리, 은 첨착활성탄은 일반 활성탄보다 약 30-50% 정도 제거 효율이 좋았으며 특히 철 첨착활성탄은 브롬산염을 약 92% 제거하였다. 무처리 활성탄을 이용하여 브롬산염을 제거하였을 경우 약 0.
후속연구
- 8 mL/min으로 변화시켜 EBCT를 1, 2, 3분으로 조절하여 실험한 결과 96, 180, 252시간 경과 후 파과 현상을 보였다. 따라서 철, 구리, 은 첨착활성탄을 이용하여 브롬산염을 제거한 결과 제거 효율이 우수함을 알 수 있었고 앞으로 실용화를 위한 계속적인 연구가 필요할 것으로 생각된다.
- 1 mg/L 브롬화물 농도범위에서 일반적인 오존 처리를 하였을 경우 생성되는 브롬산염의 농도가 10 μg/L 이상이 되어 WHO와 USEPA에서 정한 최대허용 오염기준치를 초과하게 되므로 이를 심각히 고려하여야 한다고 주장하였다. 또한 국내에서는 최근 고도정수처리를 위해 오존처리시설을 확충하고 있어 독성이 강한 브롬산염의 제거에 대한 연구가 있어야 할 것으로 생각된다.
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