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폐산화철의 흡착특성을 이용한 도시하수내 인 처리
Application of Adsorption Characteristic of Ferrous Iron Waste to Phosphate Removal from Municipal Wastewater 원문보기

한국환경농학회지 = Korean journal of environmental agriculture, v.27 no.3, 2008년, pp.231 - 238  

김진형 (충북대학교 환경공학과) ,  임채성 (충북대학교 환경공학과) ,  김금용 (충북대학교 환경공학과) ,  김대근 (충북대학교 환경공학과) ,  이상일 (충북대학교 환경공학과) ,  김종수 (선문대학교 토목공학과)

초록
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본 연구에서는 철가공 산업에서 배출되는 폐산화철을 활용하여 인 흡착특성을 평가하였다. 또한 도시하수 대상으로 폐산화철 접촉조를 적용한 생물반응조 공정의 운전 가능성을 평가하여 다음과 같은 결론을 얻었다. 1. 폐산화철의 표면특성은 inverse spinel 결정구조인 $Fe_3O_4(FeO{\cdot}Fe_2O_3)$가 주된 형태인 것으로 확인되었다. 2. 폐산화철의 인 흡착특성은 용액의 알칼리도에 따라 다소 차이를 보이나 Freundlich 과 Langmuir 등온흡착 이론식이 잘 적용되었다. 폐산화철의 인 흡착은 알칼리도에 영향을 받는다. 3. 폐산화철의 재생 횟수가 증가할수록 폐산화철의 흡착 특성은 상이하였으며, Freundlich 등온흡착식Langmuir 등온흡착식 보다 더 높은 상관성 및 유의성을 보였다. 또한 재생이 반복될수록 흡착능은 감소하였다. 4. 단일 BAF 시스템 운전시보다 폐산화철 접촉조를 적용한 BAF 시스템이 인 처리효율을 약 40%정도 향상시켰으며, 유출수는 총인(TP) 2 mg/L, 용존 인(SP) 1 mg/L 이내로 방류수 법적 기준치를 만족시킬 수 있었다. 5. 상기의 연구결과 폐산화철을 적용할 경우 인 제거가 안정적이며 제거효율이 높은 것으로 판단되며, 대체 흡착제로 활용 가능성이 높을 뿐만 아니라 폐자원의 활용이라는 환경 경제적인 측면에서도 그 가능성이 높은 것으로 판단된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This study proposed the method of phosphate recovery from municipal wastewater by using ferrous iron waste, generated from the mechanical process in the steel industry. In the analysis of XRD, ferrous iron waste was composed of $Fe_3O_4$ (magnetite), practically with $Fe^{2+}$ ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 철가공 산업에서 배출되는 폐산화철을 활용하여 인 흡착특성을 평가하였다. 또한 도시하수 대상으로 폐산화철 접촉조를 적용한 생물반응조 공정의 운전 가능성을 평가하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
  • 본 연구에서는 합성폐수를 대상으로 폐산화철의 인 흡착 특성을 조사하고자 등온흡착실험을 실시하였다. 또한 알칼리도 변화에 따른 흡착특성의 영향을 알아보았다. 합성폐수는 KH2PO4(98%, Shinyo pure chemicals Co.
  • 본 연구 목적은 중・소규모 하수처리시설의 처리특성을 개선하기 위한 공정 개발의 일환으로서, 폐자원인 철강 부산화물을 이용하여 하・폐수 내 인을 처리하는데 있다. 본 연구의 내용은 폐산화철의 인 흡착특성을 파악하기 위한 흡착실험과 폐산화철로 충전된 접촉조와 생물여과공정(Biological aerated filter, BAF)을 결합한 공정실험으로 구성된다.
  • 본 연구에서는 생물여과공정에 폐산화철의 조합 유무에 따른 인 처리효율을 비교 평가하였다. 실험장치는 폐산화철 접촉조와 3단 유로변경식 생물여과공정(이하 BAF)을 직렬연결하여 Fig.
  • 본 연구에서는 철가공 산업에서 배출되는 폐산화철을 활용하여 인 흡착특성을 평가하였다. 또한 도시하수 대상으로 폐산화철 접촉조를 적용한 생물반응조 공정의 운전 가능성을 평가하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
  • 본 연구에서는 합성폐수를 대상으로 폐산화철의 인 흡착 특성을 조사하고자 등온흡착실험을 실시하였다. 또한 알칼리도 변화에 따른 흡착특성의 영향을 알아보았다.
  • 이 후 103℃로 공기건조기에서 2차 건조시키고 데시케이터에 넣어 보관하여 사용하였다. 실험에 적용된 전처리 과정은 절삭유 제거뿐만 아니라 실험과정 중 발생할 폐산화철의 점진적인 산화를 억제하고자 수행되었다.10) 폐산화철의 결정구조 및 표면특성을 알아보기 위해 XRD(X-ray Diffractometer, Model: XDS2000, SCINTAG, USA)와 SEM(Scanning Electron Microscope, Model; S-2500C, Hitachi, Japan) 분석을 실시하였다.

가설 설정

  • 0934이하)로 높았다. Langmuir 등온흡착은 흡착제 표면과 흡착 되는 용질분자와의 사이에 작용하는 결합력이 약한 화학흡착에 의한 것이며, 흡착의 결합력은 단분자층의 두께에 한정된다는 가설을 바탕으로 한다.22) 따라서 산세척이 반복될수록 화학적 흡착보다는 물리적 흡착(정전기적 힘에 의한 흡착 반응)으로 전환된 것을 의미하며, 산세척에 의한 인의 완전 탈착이 이루어지지 않았음을 의미한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
하수 중에 인의 농도가 1 mg/L 이상일 경우 발생할수 있는 문제점은? 1) 수계에서 이들 영양염류는 조류의 급격한 증식과 부영양화의 주요인자로 작용하고 있다. 특히 하수 중에 인의 농도가 1 mg/L 이상일 경우 조류의 급 증식이 나타난다. 이 중 수계에 공급되는 경로가 다양한 질소에 비하여 유입 절대량이 상대적으로 적고 배출처가 제한적인 인을 제어하는 것이 수처리에 있어서 효과적인 것으로 알려져 있다.
화학적 침전법과 생물학적 탈인법의 장,단점은? 종래 하수중 인 제거방법은 화학적 침전법과 생물학적 탈인법이 널리 사용되어 왔다. 화학적 침전법은 높은 인 제거효율과 안정성을 보이는 반면 화학약품 사용으로 유지관리비가 고가이며 슬러지의 생산량이 많고 슬러지의 농축성 및 탈수 성이 나빠서 슬러지 처리에 큰 문제점을 가지고 있다. 생물학적 탈인법은 경제적이라는 관점에서 많은 관심이 고조되어왔으나 미생물의 특성상 지속적이고 안정적인 인 제거가 곤란하며 공정의 복잡성 및 이에 따른 고도의 처리기술이 요구 되고 있다.3,4) 이에 대한 해결방안으로 생물학적 방법인 단일 공정보다는 화학적-생물학적 방법을 연계하여 처리하는 방법을 모색할 수 있겠다.
하수중 인 제거방법은? 종래 하수중 인 제거방법은 화학적 침전법과 생물학적 탈인법이 널리 사용되어 왔다. 화학적 침전법은 높은 인 제거효율과 안정성을 보이는 반면 화학약품 사용으로 유지관리비가 고가이며 슬러지의 생산량이 많고 슬러지의 농축성 및 탈수 성이 나빠서 슬러지 처리에 큰 문제점을 가지고 있다.
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참고문헌 (22)

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  19. 上甲勳, 岡田(1981) 晶析法によゐ下水中のりの燐 除法に關する(第1報), 下水道協會誌, 18(200) 

  20. Ferguson, J. F. (1973) Calcium phosphate precipitation at slightly alkaline ph value, J. WPCF, 45(4), 620-631 

  21. Zoltek, J. J. (1974) 'Phosphorous removal by ortho phosphate nucleation, J. WPCF, 46(11), 2498-2520 

  22. Yang, S. H., Jeong, I. G. and Choe, G. U. (2006) Water supply and sewerage engineering, 1st Ed., DongHaw Technology puplishing Co., Seoul, Korea, pp. 371-373 

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