[논문]처리수(處理水) 재사용(再使用)을 위한 칼슘 침전법(沈澱法)에 의한 불소폐수(弗素廢水) 처리(處理) 특성(特性)

김영임; 백미화; 김동수

처리수(處理水) 재사용(再使用)을 위한 칼슘 침전법(沈澱法)에 의한 불소폐수(弗素廢水) 처리(處理) 특성(特性)
Treatment Features of Fluorine-containing Wastewater Using Calcium as a Precipitant for Its Reuse 원문보기

資源리싸이클링 = Journal of the Korean Institute of Resources Recycling, v.16 no.4 = no.78, 2007년, pp.27 - 32

김영임 (이화여자대학교 환경학과) , 백미화 (이화여자대학교 환경학과) , 김동수 (이화여자대학교 환경학과)

초록
AI-Helper

불소함유 폐수의 처리 후의 재사용 방안과 관련하여 칼슘을 침전제로 한 침전법에 의한 불소제거양상에 관해 조사하였다. 초기 불소농도를 10 mM로 고정한 상태에서 pH 4의 조건에서 칼슘 첨가에 따른 불소의 제거는 반응개시 수 분 이내에 신속히 진행되었으며 반응속도론적으로 2차 반응을 따르는 것으로 파악되었다. 또한 첨가된 칼슘의 양이 증가할수록 반응속도상수가 커지는 것으로 관찰되었다. pH 4에서의 불소제거율을 최대제거율로 설정한 상태에서 pH 2 및 pH 3의 조건에서 칼슘을 당량비 이상으로 첨가하여 불소의 제거율을 관찰한 결과, 칼슘의 첨가량이 당량비의 10 배로 첨가되었을 때 pH 2에 대해서는 불소제거율이 약 70%,그리고 pH 3에서는 약 96%의 불소가 제거되는 것으로 나타났다. 온도의 증가시 칼슘 첨가에 따른 불소의 제거율은 상승하여 침전반응은 흡열반응의 특성을 나타내었다. 불소폐수에 $SiF_6{^{2-}}$가 공존할 경우 불소의 제거율은 감소하였으며 침전반응에 의해 형성된 침전물의 등전점은 pH 5 부근인 것으로 파악되었다.

Abstract ▼ AI-Helper

The characteristics of fluorine removal from wastewater have been investigated by precipitation method using calcium as a precipitant for the purpose of the reuse of treated wastewater. In the conditions of 10 mM of the initial concentration of fluorine and pH 4, the precipitation of fluorine was rapidly progressed within a few minutes after the precipitant was added and the precipitation of fluorine was observed to follow a second order reaction. Also, as the addition of precipitant was increased, the reaction rate constant of fluorine precipitation was found to rise. Postulating that the maximum fluorine removal was attained at pH 4, about 70% of fluorine was precipitated compared with the maximum removal when 10 times of equivalent amount of calcium was employed at pH 2 and the fluorine removal was about 96% compared with its maximum value at pH 3 under the same addition of precipitant. The fluorine precipitation reaction was found to be endothermic and the coexistence of $SiF_6{^{2-}}$ with fluorine resulted in its less removal. Finally, the isoelectric point of the precipitate was examined to be ca. pH 5.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

13)또한 인산염 광물에서 인을 추출하거나 화학비료 등을 만들 때 광물에 포함된 실리콘 및 불소 등이 함께 배출되기도 한다.14) 따라서 실리콘이 수중에 존재할 때 칼슘으로 불소를 침전시키는 반응에 어떤 영향을 미치는지 알아보고자 SiF62-가 2mM 첨가된 상태에서 침전제의 첨가에 따른 불소의 제거양상을 조사하였다.
선행 조사를 통하여 pH 4 이상의 조건에서는불소의 최종 농도의 변화가 미약한 것으로 관찰되어 pH₄ 이상에서는 불소 제거에 미치는 pH의 영향은 없는 것으로 판단하였다. 따라서 pH 4 이하의 조건에서 pH 의 변화에 따른 불소제거율의 변화양상을 조사하였다. pH 3의 경우 칼슘을 이론적 반응 몰 비의 7배에해당하는 양을 첨가하였을 때, 즉 [Ca2+]/[F]가 3.
본 연구에서는 처리된 폐수의 재사용 방안과 관련하여 칼슘을 침전제로 사용하여 폐수중 불소의 제거 특성을 검토하고자 하였다. 변수로는 pH 및 칼슘과 불소의농도비, 그리고 반응온도를 설정하였으며 공존물질이 존재할 때 불소의 제거율에 미치는 영향 및 pH 에 따른침전물의 표면전위의 변화를 조사하였다.

제안 방법

검토하고자 하였다. 변수로는 pH 및 칼슘과 불소의농도비, 그리고 반응온도를 설정하였으며 공존물질이 존재할 때 불소의 제거율에 미치는 영향 및 pH 에 따른침전물의 표면전위의 변화를 조사하였다.
일반적으로 침전물의제거는 응집에 의해 이루어지는 바, 입자의 응집에 있어가장 큰 영향을 미치는 인자가 표면전하이다. 본 연구에서는 칼슘첨가에 의해 형성된 침전물의 효과적인 제거방안을 검토하고자 pH에 따른 침전물 입자의 zeta potenti사을 측정하여 표면전위의 변화를 관찰하였다 (Fig. 6). 이로부터 알 수 있는 바와 같이 침전물의 표면전위는 산성 조건에서 양의 값을 보이다가 pH가 상승함에 따라 점차 음의 방향으로 증가하여 pH 5 부근에서 등전점을 형성하는 것으로 파악되었다.
, Korea)를 이용하였으며 반응 부피는 100 m로 조절하였다. 불소 용액에 설정된 양의 침전제를 첨가한 후 150rpm의 교반 조건에서 온도 조절이 가능한 incubatoi내에서 침전 반응시켰으며 반응시간에 따라, 그리고 흡착이 완료된 평형 조건에서의 불소의 농도를 관찰하였다.
침전 처리에 따른 인공 폐수 속 불소 잔류량의 분석은완충액을 첨가하여 시료의 이온 강도 및 분석 pH를 조절 후 pH/ISE(Ion Selective Electrode) meter(ORION model 710 A, U.S.A.)을 이용하였다. 그리고 pH에 따른침전물의 표면전위는 안정한 상태의 침전물 현탁액에 대해 0.
3단계를 거쳐 진행된다. 칼슘첨가에 따른 불소의 침전반응을 속도론적으로 고찰하고자 초기 5분 이내의 결과에 대해 반응 속도식을 적용하였다. 각 반응 속도식에 대하여 회귀직선의 결정계수 및 속도상수를 비교한 결과 불소의 침전반응은 2차 반응식 (식 (2))을 비교적 잘 따르는 것으로 파악되었으며 칼슘과 불소의 농도비가 0.
폐수 처리수의 재사용 방안과 관련하여 칼슘을 침전제로 한 불소함유 폐수의 처리특성을 고찰하여 다음의결론들을 도출하였다.

대상 데이터

침전 실험을 위해 사용된 불소 용액은 sodium fluoride(NaF, 순도 97% 이상, Duksan Pure Chemicals Co., Korea)를 이용하여 lOmM로 조제하였으며 유리와 반응하는 불소의 성질을 고려하여 실험을 위한 장치는 플라스틱 용기를 사용하였다. 침전반응을 위하여 첨가한 침전제는 용액 중의 이온 강도를 조절하는 성질이 있는 nitrate 물질로 calcium nitrate(Ca(NO₃)2- 4H₂O, 순도 97% 이상, Duksan Pure Chemicals Co.
, Korea)를 이용하여 lOmM로 조제하였으며 유리와 반응하는 불소의 성질을 고려하여 실험을 위한 장치는 플라스틱 용기를 사용하였다. 침전반응을 위하여 첨가한 침전제는 용액 중의 이온 강도를 조절하는 성질이 있는 nitrate 물질로 calcium nitrate(Ca(NO₃)2- 4H₂O, 순도 97% 이상, Duksan Pure Chemicals Co., Korea)를 이용하였으며 반응 부피는 100 m로 조절하였다. 불소 용액에 설정된 양의 침전제를 첨가한 후 150rpm의 교반 조건에서 온도 조절이 가능한 incubatoi내에서 침전 반응시켰으며 반응시간에 따라, 그리고 흡착이 완료된 평형 조건에서의 불소의 농도를 관찰하였다.

성능/효과

1. 반응조건에서 칼슘첨가에 의한 불소의 침전제거는반응개시 수분 이내에 신속히 진행되었으며 침전제의첨가량이 증가함에 따라 불소의 제거율은 상승하는 것으로 파악되었다.
2. 불소의 침전반응은 전반적으로 2차 반응식을 따르는 것으로 관찰되었으며 칼슘의 첨가량이 높아짐에 따라 반응속도가 증가하는 것으로 관찰되었다.
3. pH가 낮아짐에 따라 불소의 침전제거율은 감소하였으며 이는 pH에 따른 불소이온의 형태전환에 기인하는 것으로 사료되었다.
4. 불소침전반응은 흡열반응의 양상을 보이는 것으로조사되었으며 열역학적 관계식에 의해 침전반응의 열역학적 인자들이 도출되었다.
5. 불소폐수에 SiF&2-가 공존시 불소의 제거 효율을감소되었으며 침전반응에 의해 형성된 침전물의 등전점은 pH 5 부근인 것으로 파악되었다.
칼슘첨가에 따른 불소의 침전반응을 속도론적으로 고찰하고자 초기 5분 이내의 결과에 대해 반응 속도식을 적용하였다. 각 반응 속도식에 대하여 회귀직선의 결정계수 및 속도상수를 비교한 결과 불소의 침전반응은 2차 반응식 (식 (2))을 비교적 잘 따르는 것으로 파악되었으며 칼슘과 불소의 농도비가 0.5, 0.35 그리고 0.25 일 때 속도상수는 각각 0.154, 0.0579 그리고 0.02370.-1 인 것으로 관찰되었다(Fig. 2)
이는 불소 이온의 잔존 농도가 온도 상승에 따라 감소하는 것으로 관찰된실험 결과를 열역학적 측면에서 입증하는 것이라 할 수 있다. 또한 본 침전 반응에 대한 AG°는 음의 값을 보였으며 그 절대값은 온도 상승에 따라 증가하는 것으로파악되었다. 이는 불소의 침전반응이 자발적인 경향을가지고 있음을 의미하며 그 자발성은 온도가 높아짐에따라 더욱 증대하는 것으로 해석할 수 있다.
반응개시 수분 이내에 불소 농도가 급격히 감소하였고 5분 이후부터는 거의 농도변화가 없었으며 약 30분 후에 평형에 도달하는 것으로 관찰되었다. 또한 칼슘과 불소의 농도비가 증가할수록 불소 용액의 농도가 더욱 감소하는 것으로 나타났다.
25로 하여 시간에 따른 용액 중에 잔류하는 불소의 농도 변화를 제시한 것이다. 반응개시 수분 이내에 불소 농도가 급격히 감소하였고 5분 이후부터는 거의 농도변화가 없었으며 약 30분 후에 평형에 도달하는 것으로 관찰되었다. 또한 칼슘과 불소의 농도비가 증가할수록 불소 용액의 농도가 더욱 감소하는 것으로 나타났다.
수중 pH변화에 따른 특정 이온종의 형태변화를 예측할 수 있는 MINTEQ 프로그램을 통하여 pH에 따른 불소의 수중 존재 형태를 파악할 수 있었는 바, 이에 의하면 불소는 강산 영역에서는 H₂F2 및#의 형태로 존재하다 pH가 증가함에 따라 서서히 불소 이온으로 해리되는 것으로 파악되었다. 따라서 pH 영향을 제외한모든 실험은 불소가 이온으로 존재하는 pH 4에서 실험올 수행하였다.
6). 이로부터 알 수 있는 바와 같이 침전물의 표면전위는 산성 조건에서 양의 값을 보이다가 pH가 상승함에 따라 점차 음의 방향으로 증가하여 pH 5 부근에서 등전점을 형성하는 것으로 파악되었다. pH 증가시 표면전위가 음의 방향으로 전환되는 것은 수중의 농도 증가에 따른 현상으로 해석할 수 있으며 등전점 부근의 pH에서 침전물의 안정도는 가장 낮으므로 입자의 응집성이 최대일 것이라 예상할 수 있다.

후속연구

pH 증가시 표면전위가 음의 방향으로 전환되는 것은 수중의 농도 증가에 따른 현상으로 해석할 수 있으며 등전점 부근의 pH에서 침전물의 안정도는 가장 낮으므로 입자의 응집성이 최대일 것이라 예상할 수 있다. 따라서 칼슘에 의한 불소의 침전제거시 이러한 사항을 고려하여 침전공정의 각 단계에서의 적합한 조건을 설정함으로써 효율적인 공정을 설계하는 것이 필요할 것으로 사료된다.

참고문헌 (14)

Amor, Z., Malki, Suad, Taky, M., Bariou, B., Mameri, N., and Elmidaoui, A., 1998: Optimization off fluoride removal from brackish water by electrodialysis, Desalinaion, 120, pp. 263-271

상세보기
Benefield, L. D., Judkins, J. F., and Weand, B. L., 1982: Process chemistry for water and wastewaer treatment, Prentice-Hall, Inc., U.S.A., pp. 191-198, 269-278, 405-421
Letterman, R.D., 1999: Water Quality & Treatment: A handbook of community water supplies, American Water Works Association, McGraw-Hill, Inc., 5th ed., pp. 278-301
Raichur, A. M., and Basu, M. J., 2001: 'Adsorption of fluoride onto mixed rare earth oxides', Separation and Purification Tech., 24, pp. 121-127

상세보기
Liu, R., Guo, J., and Tang, H., 2002: Adsorption of Fluoride, Phasphate, and Arsenate Ions on a New Type of Ion Exchange Fiber, J. of Colloid and Interface Science, 248, pp. 268-274

상세보기
Joshi, S. V.. Mehta, S. H., Rao, A. P., and Rao, A. V., 1992: Estimation of sodium fluoride using HPLC in reverse osmosis experiments, Water Treat., 7(19), pp. 207-211

상세보기
Simons, R, 1993: Trace element removal from ash dam waters by nanofiltration and diffusion dialysis, Desalination, 89, pp. 325-341

상세보기
Kettunen, R., and Keskitalo, P., 2000: Combination of membrane technology and limestone filtration to control drinking water quality, Desalination, 131, pp. 271-283

상세보기
Hichour, M., Persin, F., Sandeaux, J., and Gavach, C., 2000: Fluoride removal from waters by Donnan dialysis, Separation and Purification Tech., 18, pp. 1-11

상세보기
Bose, P. Bose, M. A., and Kumar S., 2002: Critical evaluation of treatment strategies involving adsorption and chelation for wastewater containing copper, zinc and cynide, Advances in Environmental Research, 7, pp. 179-195

상세보기
Snoeyink, V. L., and Jenkins, D., 1980: Water Chemistry, John Wiley & Sons, New York, pp. 202, 243-312, 298-305
Hassan, H. H., Fotouhi, B., Sculfort, J. L., Abdel-Rehiem, S. A, Elman M., Ozanam, F., and Chazalviel, J. N., 1996: Effect of alkali-metal and some quaernary-ammonium cations on the anodic dissolution ofp-Si in fluoride media, Journal of Electroanalytical Chemistry, 407, pp. 105-113

상세보기
Singh, M., 2002: Treating waste phosphogypsum for cement an plaster manufacture, Cement and Concrete Research, 32, pp. 1033-1038

상세보기
Kim, D. S., and Lee, K. C., 2002: Surface modification of precipitated calcium carbonate using aqueous fluosilicic acid, Applied Surface Science, 202, pp. 15-23

상세보기

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증