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문제 정의
- 05 M의 낮은 코팅 농도에서도 효과적인 제거능을 보였다. 이러한 실험 결과는 낮은 농도의 망간을 사용하여 제조한 망간 사에 의해서도 용존망간을 효과적으로 제거할 수 있는 것을 나타내는 것으로서 적은 비용으로 만족할 만한 처리효율을 달성할 수 있는 것을 제시한다. 용존 망간의 제거는 pH 6에서 도약 40% 정도가 되었지만 용액의 pH가 6에서 7.
제안 방법
- hr, 방향은 상향류로 조정하고 직경 1 cm, 높이 12 cm의 칼럼 내에 망간 사와 주문진사를 1 : 3의 비율로 충진하고 망간 제거실험을 실시하였다. NaClO가 용존망간을 산화시킨 후 생성되는 염소이 온은 이온크로마토그래피 (Metrolm Modular IC Sys- tem)를 이용하여 측정하였다.
- 08 m3/m2 . hr, 방향은 상향류로 조정하고 직경 1 cm, 높이 12 cm의 칼럼 내에 망간 사와 주문진사를 1 : 3의 비율로 충진하고 망간 제거실험을 실시하였다. NaClO가 용존망간을 산화시킨 후 생성되는 염소이 온은 이온크로마토그래피 (Metrolm Modular IC Sys- tem)를 이용하여 측정하였다.
- )를 사용하였으며 초순수(Milli-Q water)# 사용하여 제조하였다. pH를 조절하지 않은 0.05~0.2 M의 망간 용액(평균 pH 6)을 각각 제조한 후 주문진사 100 g과 각 망간 용액 50 mL를 내열용기에 나누어 담아 잘 혼합한 후 전기로에서 150℃로 가열하면서 수분이 증발될 때까지 진행하였다. 수분이 증발된 슬러리에 초순수를 사용하여 코팅이 되지 않은 망간을 제거 하고 남은 슬러리를 105±5 ℃ oven에서 24시간 건조하여 Fig.
- 망간사의 대량제조를 위하여 Fig. 2와 같은 파일럿 규모의 반응장치를 제작하였다.원통형으로 된 반응부의 최대 용량은 1.
- 다음과 같이 수행하였다. 망간용액의 pH는 1 N NaOH와 1 N HNO3를 사용하여 각각의 pH로 조절하였으며, pH는 HANNA사의 pH meter(pH213)를 사용하여 측정하였다. 모든 반응시료의 이온세기는 0.
- 1 시간 이내에 반응부 내부의 온도를 초기 20℃에서 100℃까지 승온시켰으며, 그 이후 100℃에서 110℃, 즉 수분의 증발이 거의 완전히 이루어지도록 약 4시간 정도 추가가열 시킨 후 종료하였다. 반응이 종료된 후 자연냉각에 의해 망간사 시료의 온도가 내려가게 한 후 원통형 반응부에 장치된 도어를 열고 시료를 채취하였다.
- 5 ton이고 LPG 가스를 사용하여 가열하는 방식으로 되어있다. 반응장치는 가열과 함께 시계방향 및 반시계방향으로 회전이 용이하도록 하여 코팅시약과 담체인 모래의 혼합이 균질하게 이루어질 수 있도록 설계되었다. 파일럿 규모로 제조하기위해 원통형의 반응부에 0.
- 망간사의 주입농도는 5 g/L였으며 망간용액과 각각의 망간사를 반응 용기에 넣은 후 이를 항온진탕기 넣고 25℃에서 24시간 반응시켰다. 반응한 시료를 여과한 후 최종 pH를 측정하고 제거되지 않은 용존 망간농도는 원자흡광광도계(Varian SpectrAA-300)를 이용하여 분석하였다.
- 본 연구에서는 제조방법을 달리하여 제조한 실험실 규모의 망간사와 파일럿 규모로 제조한 망간사 그리고 정수처리장에서 용존망간 처리 후에 발생하는 망간사 등 크게 3가지 다른 종류의 망간사를 여 과지에 적 용하였을 때의 망간제 거효율을 비교하였고 효율적인 망간제거를 위한 최적처리조건을 도출하였다.
- 산화제의 존재에 따른 망간제거 경향을 알아보기 위해 L- MCS를 가지고 실험을 수행하였다. NaCIO의 농도를 0~6 ppm으로 변화를 주어 주입하였고, pH 변화에 따른 제거 경향을 Fig.
- 연속 상태에서 의 망간제 거율을 평 가하기 위해 칼럼 반응기를 이용하였다. 칼럼 내에 망간사와 주문진사를 1:3의 비율로 채운 후 유입수는 Mn(II) 2 ppm, pH는 7.
- 제조규모를 달리하여 제조한 망간사 2종과 실제 정수처리장에서 운영된 후 생성된 망간여과사 등 총 3종류의 망간사를 사용하여 용존망간 제거능을 비교하였다. 이때 사용된 망간 사들은 파일럿 규모(0.
- 초기 망간 주입농도를 달리하여 코팅량이 다른 여러 망간사를 실험실적으로 제조하였다. 실험에 사용한 모래는 Fig.
- 반응장치는 가열과 함께 시계방향 및 반시계방향으로 회전이 용이하도록 하여 코팅시약과 담체인 모래의 혼합이 균질하게 이루어질 수 있도록 설계되었다. 파일럿 규모로 제조하기위해 원통형의 반응부에 0.6 ton의 모래와 망간 농도는 L-MCS 제조 시 가장 낮은 농도와 동일하게 0.05 M 이 되도록 50% 망간용액(W(NO3)2, Japan 공업용) 3.65 L를 넣고 LPG 가스를 이용한 가열방식을 통하여 원통형 하부를 가열하면서 모래와 망간염의 혼합이 잘 이루어질 수 있도록 일정 시간간격으로 원통형 반응부를 좌우로 회전시켰다. 1 시간 이내에 반응부 내부의 온도를 초기 20℃에서 100℃까지 승온시켰으며, 그 이후 100℃에서 110℃, 즉 수분의 증발이 거의 완전히 이루어지도록 약 4시간 정도 추가가열 시킨 후 종료하였다.
대상 데이터
- )2 . 5H2O(Duksan Pure Chemical Co.)를 사용하였으며 초순수(Milli-Q water)# 사용하여 제조하였다. pH를 조절하지 않은 0.
- 망간사 제조시 망간 용액은 Mn(NO3)2 . 5H2O(Duksan Pure Chemical Co.
- 실험실적으로 제조하였다. 실험에 사용한 모래는 Fig. 1(a)의 주문진 여과사로서 모래입경은 0.8~ 1.2 mm 크기를 사용하였고, 모래표면의 불순물을 제거하기 위해 0.1 N HC1 용액으로 모래를 세척한 후 건조하여 망간 코팅용 지지체로 사용하였다.
이론/모형
- 제조한 각 망간사들에 코팅된 망간 함량은 미국 EPA의 분석 방법 3050B의 총 토양 중금속 농도 측정을 위한 산 분해토양중금속 용출법을 사용하여 망간사로부터 망간을 용출하였으며, 모든 실험의 망간분석은 원자흡광광도계(Varian Spec- trAA-300)를 이용하여 측정하였다. 제조조건 및 방법을 달리하여 제조한 망간사들의 망간코팅함량을 Table 1에 나타내었다.
- 초기 망간주입량을 달리하여 제조한 각 망간사의 코팅된 망간 함량을 미국 EPA의 분석방법 3050B방법을 사용하여 용출한 후 분석하여 계산하였다. 각 망간사의 망간 코팅량은 Table 1 및 Fig.
성능/효과
- H2O는 같은 형태의 촉매작용을 갖고 다음의 Mn2+ 이온산화의 촉매로서 작용한다.'2)망간사의 표면에 망간이온이 닿으면 접촉산화작용에 의하여 망간이온은 망간 사의 표면에 산화물이 되어 고정됨으로써 수증에서 제거되고, 망간사는 접촉산화력을 상실하게 된다. 접촉산화력을 상실한 망간사는 염소 등의 산화제를 이용하여 재생이 가능하며, 요구되는 염소농도는 원수의 pH, 수온 및 접촉시간 등에 따라 달라진다,
- 1) 실험실 규모에서 망간주입량을 달리하여 망간사를 제조하였을 때 코팅되는 망간량은 초기 망간주입 농도에 비례하는 경향을 보였다.
- 2) 산화제가 없는 경우, 망간사에 의한 용존 망간 제거는 pH가 주요변수로써 용액의 pH 증가에 따라 흡착 및 침전반응을 통해 이루어지는 것으로 여겨진다.
- 3) 흡착기작을 통한 용존 망간의 제거는 망간사의 종류 및 코팅된 산화망간의 함량에는 영향을 받지 않고 모든 pH 영역에서 유사하게 나타났다.
- 용존성 망간의 제거방법으로는 폭기, 염소, 이산화염소, 과망간산칼륨, 오존 등의 산화에 의한 방법, 망간사 및 기존여재에 의한 접촉여과법, 나트륨과 수소이온을 사용한 이온교환법 또는 미생물을 이용한 방법 등이 있으며, 이 밖에도 금속봉쇄제처리와 석회연화처리법이 있다. 4) 일반적으로 원수에 존재하는 망간은 정수처리공정에서 염소에 의한 산화나 여과지를 통해 대부분 제거된다. 이 때 일반 모래여과지는 산화망간의 형태로 존재하는 망간에 의해 망간 사화가 진행되며 초기 모래 여과사가 가지는 특성과는 다른 망간사만의 독특한 특성을 가진다.
- 4) 회분식 및 칼럼반응기를 이용한 용존 망간 제거결과, 산화제인 NaClO를 주입하지 않았을 때 보다 NaClO를 주입하고 또한 주입농도를 증가시켰을 때 용존 망간의 제거율이 점차 증가하였다.
- 5) 망간사에 의한 용존 망간(Mn*) 제거는 단순 흡착 방법보다는 산화제를 주입함으로써 보다 향상시킬 수 있는 것으로 여겨진다.
- 5는 망간농도 주입량을 달리하여 제조한 각 망간 사들을 이용하여 pH 변화에 따른 용존망간의 제거경향을 나타낸 것이다.H 6에서 7.5 사이에서 나타난 망간제거율은 코팅된 망간량과 의미 있는 관계성이 나타나지 않았으며, 0.05 M의 낮은 코팅 농도에서도 효과적인 제거능을 보였다. 이러한 실험 결과는 낮은 농도의 망간을 사용하여 제조한 망간 사에 의해서도 용존망간을 효과적으로 제거할 수 있는 것을 나타내는 것으로서 적은 비용으로 만족할 만한 처리효율을 달성할 수 있는 것을 제시한다.
- 7에 나타내었다.pH 7 이하에서 NaCIO의 양이 증가할수록 망간의 제거효율이 증가하였다. pH 6.
- 3과 같이 나타났다.pH 8.5까지 거의 모든 Mn(II) 는 자유 2가 망간이온(Mi?*)의 형태로 존재하지만 pH 11에서는 약 99% 이상이 Pyrocroit의 형태의 침전물로서 존재하는 것으로 나타났다. pH 8.
- 9와 같이 얻을 수 있었다.두 가지 경우 모두에서 Mn(II) 파과를 뚜렷하게 확인할 수 있었으며 NaClO를 주입하지 않은 경우 4, 100 bed volume 이후 파과가 이루어 졌지만, NaClO를 주입하였을 경우에는 6, 500 bed volume 이 후 파과가 이루어 졌다. 이 결과로 NaClO가 존재함으로서 MCS에 의한 Mn(II)의 제거율이 증가하며 보다 효과적인 제거 방법임을 알 수 있었다.
- 모든 망간사들은 중성에 가까운 pH에서 80%에 가까운 용존망간 제거율을 보였다. 이러한 제거효율에서 용존 망간의 농도는 음용수 망간 허용농도(0.
- L-MCS의 망간제거효율은 N-MCS, P-MCS와 매우 대등하게 나타났다. 이 결과 코팅량이 100배 이상 증가함에도 망간제 거량의 변화가 나타나지 않아 여 과재 질 제조시 많은 양의 망간을 투입하지 않아도 효과적으로 용존 망간을 제거할 수 있을 것으로 여겨진다.
- 두 가지 경우 모두에서 Mn(II) 파과를 뚜렷하게 확인할 수 있었으며 NaClO를 주입하지 않은 경우 4, 100 bed volume 이후 파과가 이루어 졌지만, NaClO를 주입하였을 경우에는 6, 500 bed volume 이 후 파과가 이루어 졌다. 이 결과로 NaClO가 존재함으로서 MCS에 의한 Mn(II)의 제거율이 증가하며 보다 효과적인 제거 방법임을 알 수 있었다. 파과곡선으로 NaClO의 주입 유무에 따른 용존망간의 제거량을 계산한 결과 각각 13.
- 식 (2)에 표현된 산화환원반응에 의하면 CIO'의 환원에 의해 유리 Cl-가 생성된다. 이것을 확인하기 위하여 이온 크로마토그래피를 사용하여 측정한 결과 Fig. 8에서와 같이 초기반응 시간대에서 cr의 농도가 급격히 증가되어 나타났으며 가장 많이 증가하였을 때 0.017 mmol/L이었다.산화 제가 증가하면 일부망간은 Mn(II)에서 Mn(IV)로 산화가 되며 이때 MnOz의 형태로서 망간사 표면에 부가적인 코팅이 이루어지는 것으로 여겨진다.
- 4와 같이 나타났다.제조한 망간의 초기농도를 0.05-0.2 M까지 변화를 준 결과 망간염 초기 주입농도가 높을수록 많은 양의 망간이 코팅되는 것을 확인할 수 있었다. 0.
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