[논문]제강전로슬래그를 정석재로 이용한 Struvite 정석반응에 의한 질소와 인의 제거특성

임수빈

제강전로슬래그를 정석재로 이용한 Struvite 정석반응에 의한 질소와 인의 제거특성
Removal Characteristics of Nitrogen and Phosphorus by Struvite Crystallization using Converter Slag as a Seed Crystal 원문보기

대한환경공학회지 = Journal of Korean Society of Environmental Engineers, v.32 no.9, 2010년, pp.879 - 886

초록
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제철소에서 산업부산물로 다량 발생되는 제강전로슬래그를 struvite 정석반응의 정석재로 사용하여 고농도의 질소와 인의 제거특성을 파악하고자 하였다. $NH_4$-N와 $PO_4$-P의 제거 및 회수를 위한 struvite 정석반응의 최적의 pH영역은 8.0~8.75 범위로 확인되었다. pH 8.0~8.75 영역에서 struvite 침전 및 정석반응에 의한 총제거효율은 $NH_4$-N와 $PO_4$-P에 대하여 각각 34.3~61.0%와 91.0~96.2%의 값을 나타냈다. Struvite 정석반응에 의한 $NH_4$-N의 제거는 pH 8.5에서 29.4%의 최대값을 보였고 $PO_4$-P의 경우 pH 8.0에서 65.1%로 최대값을 나타냈다. 수중의 Ca 이온농도가 증가할수록 struvite 정석반응에 의한 $NH_4$-N의 제거효율은 감소하는 경향을 나타냈으며 $PO_4$-P의 경우에는 Ca 이온농도의 변화에 총제거효율이 크게 변하지 않았다. SEM, EDS 및 XRD 분석결과 struvite 정석반응에서 $NH_4$-N과 $PO_4$-P의 제거는 MAP과 HAp 결정이 독립적으로 혹은 정석재의 표면상에 발생함으로써 진행되는 것으로 판단되었다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study investigated the removal characteristics of highly concentrated $NH_4$-N and $PO_4$-P by struvite crystallization using converter slag as a seed crystal. The optimal pH range for removal and recovery of $NH_4$-N and $PO_4$-P by struvite crystallization was measured to be 8.0~8.75, in which total removal efficiencies for $NH_4$-N and $PO_4$-P by struvite precipitation and crystallization were 34.3~61.0% and 91.0~96.2%, respectively. The maximum removal efficiencies for $NH_4$-N and $PO_4$-P by struvite crystallization were 29.4% at pH 8.5 and 65.1% at pH 8.0, respectively. The removal efficiency of $NH_4$-N by struvite crystallization decreased with increasing calcium ion concentration. The analysis results of SEM, EDS and XRD exhibited that $NH_4$-N and $PO_4$-P in meta-stable region of struvite crystallization could be eliminated through formation of magnesium ammonia phosphate (MAP) and hydroxyapatite (HAp) on seed crystals by struvite precipitation and crystallization.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

제강전로슬래그를 정석재로 이용한 struvite 결정반응은 pH 조건에 따라 불안정구역에서의 침전반응과 준안정구역에서의 정석반응이 각기 다르게 혹은 동시에 발생하게 된다. 따라서 pH 변화에 따른 침전 및 정석반응에 의한 NH₄-N과 PO₄-P의 제거거동을 정확히 살펴보기 위하여, 다양한 pH조건에서 제강전로슬래그를 첨가하지 않은 상태의 struvite 침전반응 실험과 제강전로슬래그를 정석재로 첨가한 struvite 정석반응 실험을 동시에 수행하였다. Fig.
Struvite 결정반응은 pH조건에 따라 불안정구역에서의 struvite 침전반응과 준안정구역에서의 struvite 정석반응이 각기 다르게 혹은 동시에 발생할 것으로 예상된다. 따라서 struvite 침전 및 정석반응에 의한 NH₄-N과 PO₄-P의 제거거동을 정확히 살펴보기 위하여 정석재가 주입되지 않은 struvite 침전반응실험과 정석재가 주입된 struvite 정석반응실험을 수행하였다. Struvite 침전반응실험은 인공폐수를 함유하고 있는 회분식 반응조에 별도의 정석재 주입 없이 pH를 조정하면서 Jar-tester의 교반을 통해 struvite 침전반응이 발생하도록 하였으며, struvite 정석반응실험은 회분식 반응조에 정석재를 주입한 후 Jar-tester의 교반과 함께 pH를 조정하면서 struvite 정석반응이 유도되도록 하였다.
이와 같이 struvite 정석재로서 제강전로슬래그의 활용 가치가 매우 높음에도 불구하고 현재 struvite 정석반응의 정석재로서 제강전로슬래그의 활용에 관한 연구는 국내는 물론 해외에서도 아직 수행된 바가 거의 없는 실정이며 그나마 이에 대한 기초실험을 수행한 임¹⁸⁾의 연구에서도 struvite 정석법의 정석재로서 제강전로슬래그의 가능성을 확인했을 뿐, 제강전로슬래그를 이용한 struvite 정석법에 대한 심층연구는 아직 이루어지지 않은 상황이다. 따라서 본 연구에서는 제철소에서 산업부산물로 다량 발생되는 제강전로슬래그를 struvite 정석반응의 정석재로 이용한 고농도 질소와 인의 제거특성을 분석하고 struvite 정석반응에 의한 질소와 인의 제거기작을 파악하고자 하였다.

제안 방법

Struvite 침전반응실험은 인공폐수를 함유하고 있는 회분식 반응조에 별도의 정석재 주입 없이 pH를 조정하면서 Jar-tester의 교반을 통해 struvite 침전반응이 발생하도록 하였으며, struvite 정석반응실험은 회분식 반응조에 정석재를 주입한 후 Jar-tester의 교반과 함께 pH를 조정하면서 struvite 정석반응이 유도되도록 하였다. Ca 이온 영향인자에 대한 실험은 struvite 준안정구역에 해당하는 pH 영역에서 변화되는 Ca 이온농도에 따른 질소와 인의 제거 특성을 파악하였다.
독립적인 사방 정계형 결정(파선 화살표)은 struvite 침전반응에 의한 MAP 결정으로 추정되고, 정석재 표면상의 결정물질(실선 화살표)은 정석반응에 의한 MAP이나 HAp 결정이라고 판단된다. MAP과 HAp이라고 추정되는 결정물질들을 확인하기 위하여 EDS 및 XRD분석을 수행하였다.
NH₄⁺-N과 PO₄^3--P의 농도는 Ion Chromatography (ICS-1100, Dionex, USA)을 이용하여 측정하였고 Mg이온은 ICP-AES(Optima2100DV, Perkin Elmer, USA)를 이용하여 분석하였다. XRD (X-ray Diffraction, Rigaku D/Max diffractometer, Japan), SEM (Scanning Electron Microscope, Hitachi S-4300, Japan), EDS (Envergy Dispersive X-ray Spectroscopy, Hitachi S-4700, Japan) 분석을 통하여 struvite 정석반응 전·후의 정석재의 물리·화학적 특성의 변화를 파악하였다.
Struvite 결정반응 후 생성되는 결정물질의 성분분석을 위하여 XRD분석을 실시하였다. Fig.
Struvite 결정반응에 의한 질소 및 인의 제거효율을 알아보기 위하여 struvite 침전반응과 정석반응에 의한 질소 및 인제거효율을 분리하여 산정하였다. Struvite 침전 및 정석반응에 의한 제거효율은 식 (1)과 (2)에서와 같이 산정하였다.
Struvite 정석반응 실험은 Jar-tester에서 수행되었으며 500 mL 비이커 반응조내에 인공폐수 시료 300 mL를 분취하고 struvite 결정반응을 위한 적정한 교반속도 범위19)로 알려진 임펠러속도 150 rpm (G․td value = 4.3×106)의 조건하에서 평형시간 동안 반응시켰다.
Struvite 정석반응의 평형상태에 도달하는 시간을 파악하기 위하여 kinetic 실험을 수행하였다. Fig.
따라서 struvite 침전 및 정석반응에 의한 NH₄-N과 PO₄-P의 제거거동을 정확히 살펴보기 위하여 정석재가 주입되지 않은 struvite 침전반응실험과 정석재가 주입된 struvite 정석반응실험을 수행하였다. Struvite 침전반응실험은 인공폐수를 함유하고 있는 회분식 반응조에 별도의 정석재 주입 없이 pH를 조정하면서 Jar-tester의 교반을 통해 struvite 침전반응이 발생하도록 하였으며, struvite 정석반응실험은 회분식 반응조에 정석재를 주입한 후 Jar-tester의 교반과 함께 pH를 조정하면서 struvite 정석반응이 유도되도록 하였다. Ca 이온 영향인자에 대한 실험은 struvite 준안정구역에 해당하는 pH 영역에서 변화되는 Ca 이온농도에 따른 질소와 인의 제거 특성을 파악하였다.
XRD (X-ray Diffraction, Rigaku D/Max diffractometer, Japan), SEM (Scanning Electron Microscope, Hitachi S-4300, Japan), EDS (Envergy Dispersive X-ray Spectroscopy, Hitachi S-4700, Japan) 분석을 통하여 struvite 정석반응 전·후의 정석재의 물리·화학적 특성의 변화를 파악하였다.
반응후 시료의 상등액을 채취하여 0.45 µm membrane filter로 여과한 뒤 NH4-N과 PO4-P에 대한 수질분석을 실시하였다.
식 (1)과 (2)에 나타나 있듯이 정석재 무첨가 struvite 침전실험에서 초기 질소와 인의 농도에서 침전 반응후 잔존 농도를 차감한 값을 struvite 침전반응에 의한 질소와 인의 제거량으로 정의하였으며 struvite 침전반응 후의 잔존 질소와 인 농도에서 정석재 첨가 struvite 정석실험의 질소와인의 잔존 농도를 차감한 값을 struvite 정석반응에 의한 질소와 인의 제거량으로 해석하였다. Struvite 침전반응과 정석반응에 의한 각각의 제거효율을 합한 값은 식 (3)에 나타나 있듯이 struvite 결정반응에 의한 질소와 인의 총 제거효율로 산정하였다.
인공폐수에 함유된 Mg²⁺, NH₄, PO₄의 농도는 NH₄⁺-N의 농도 100 mg/L을 기준으로 Mg²⁺, NH₄⁺, PO₄^3-의 구성 몰 농도비가 1:1:1의 등몰(equimolar)이 되도록 조성하였다. Struvite 정석반응 실험은 Jar-tester에서 수행되었으며 500 mL 비이커 반응조내에 인공폐수 시료 300 mL를 분취하고 struvite 결정반응을 위한 적정한 교반속도 범위¹⁹⁾로 알려진 임펠러속도 150 rpm (G․t_d value = 4.
제강전로슬래그 정석재의 사용으로 인한 NH₄-N과 PO₄-P의 제거효율의 상승효과를 알아보기 위하여 struvite 정석반응을 위한 최적의 pH 범위로 밝혀진 pH 8.0~8.75 조건에서 struvite 침전반응에 비하여 정석재에 의한 struvite 정석반응에 의해 향상되는 NH₄-N과 PO₄-P의 제거효율을 분석하였다. Table 2는 pH 8.
제강전로슬래그를 정석재로 이용한 struvite 정석반응에 의하여 발생되는 전로슬래그 정석재의 형상적 변화를 관찰하기 위하여 SEM분석을 실시하였다. Fig.
정석반응 1시간 이내에 NH₄-N와 PO₄-P 전체 제거량의 각각 약 80%와 90%에 해당하는 양이 제거되었으며 정석반응 5시간 내에 NH₄-N와 PO₄-P의 정석반응이 거의 평형에 도달하는 것으로 나타났다. 제강전로슬래그를 정석재로 이용한 struvite 정석반응은 5시간 이내에 평형상태에 도달하였으므로 향후 모든 struvite 정석반응 실험은 반응시간 5시간을 기준으로 수행되었다.
Struvite 정석반응 실험에 정석재로 사용된 제강전로슬래그는 P 제철소에서 발생되는 산업부산물을 분말형태로 이용하였다. 제강전로슬래그의 경우 초기에 다량의 CaO성분으로 인해 발생하는 수산기로 인하여 pH의 급격한 증가가 예상되었기 때문에 본 실험에 앞서 제강전로슬래그를 2 M의 H₂SO₄를 사용하여 산세척을 실시하였다. 산세척 후 105℃에서 24 hr 동안 건조하였으며 정석재는 ASTM 표준체(#200체 통과, #300체 잔류)를 사용하여 체분리후 사용하였다.

대상 데이터

(Sigma-Aldrich, USA) 약품을 사용하였다. Struvite 정석반응 실험에 정석재로 사용된 제강전로슬래그는 P 제철소에서 발생되는 산업부산물을 분말형태로 이용하였다. 제강전로슬래그의 경우 초기에 다량의 CaO성분으로 인해 발생하는 수산기로 인하여 pH의 급격한 증가가 예상되었기 때문에 본 실험에 앞서 제강전로슬래그를 2 M의 H₂SO₄를 사용하여 산세척을 실시하였다.
Struvite 정석반응 실험은 인공폐수를 대상으로 수행되었으며 인공폐수에 함유된 Mg2+, NH4+, PO43- 공급원으로 각각 MgCl2·6H2O (Sigma-Aldrich, USA), NH4Cl (SigmaAldrich, USA), KH2PO4 (Sigma-Aldrich, USA) 약품을 사용하였다.
제강전로슬래그의 경우 초기에 다량의 CaO성분으로 인해 발생하는 수산기로 인하여 pH의 급격한 증가가 예상되었기 때문에 본 실험에 앞서 제강전로슬래그를 2 M의 H₂SO₄를 사용하여 산세척을 실시하였다. 산세척 후 105℃에서 24 hr 동안 건조하였으며 정석재는 ASTM 표준체(#200체 통과, #300체 잔류)를 사용하여 체분리후 사용하였다. 실험에 사용된 제강전로슬래그의 조성성분은 Table 1에 나타내었다.

성능/효과

Fig. 4(a)의 NH₄-N 제거효율은 Ca이온이 증가할수록 struvite 침전반응에 의한 NH₄-N 제거효율은 거의 일정하나 struvite 정석반응에 의한 NH₄-N 제거효율이 감소하는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 수중의 Ca이온은 증가할수록 HAp형태의 PO₄-P 함유 결합물이 생성될 가능성이 높아지기 때문에 MAP형태로 결합될 PO₄-P의 양이 상대적으로 감소하기 때문에 NH₄-N의 제거효율이 저감되는 것으로 파악된다.
1) NH₄-N 100 mg/L 기준으로 Mg : N : P = 1 : 1 : 1 조건하에서의 제강전로슬래그를 정석재로 이용한 struvite 정석반응은 반응 1시간 이내에 NH₄-N과 PO₄-P 전체 제거량의 약 80%와 90%에 해당하는 양이 제거되었고 반응 5시간 안에 평형상태에 도달하였다.
2) Struvite 정석반응을 위한 최적의 pH는 8.0~8.75 범위로 확인되었으며 pH 8.0~8.75 영역에서 struvite 침전 및 정석반응에 의한 총제거효율은 NH₄-N와 PO₄-P에 대하여 각각 34.3~61.0%와 91.0~96.2%의 값을 나타냈다. Struvite 정석반응에 의한 NH₄-N의 제거는 pH 8.
3) 제강전로슬래그 정석재를 이용함으로써 struvite 침전반응에 비해 향상된 struvite 정석반응으로 인한 NH₄-N의 제거효율은 pH 8.0, 8.5, 8.75 조건에서 각각 65.0%, 104.1%, 76.9%이였으며, PO₄-P의 제거효율은 pH 8.0, 8.5, 8.75 조건에서 각각 250.9%, 209.7%, 176.7% 향상된 것으로 파악되었다.
4) 수중의 Ca 이온농도가 증가할수록 struvite 정석반응에 의한 NH4-N의 제거효율이 감소하여 총제거효율은 감소하는 경향을 나타냈으며 PO4-P의 경우는 Ca 이온농도의 증가에 따라 총제거효율이 크게 변화되지 않는 것으로 나타났다.
5) SEM, EDS 및 XRD 분석결과 제강전로슬래그를 정석재로 이용한 struvite 정석반응에서 NH₄-N과 PO₄-P의 제거는 MAP과 HAp 결정이 독립적으로 혹은 정석재의 표면상에 석출함으로써 진행되는 것으로 판단되었다.
9%의 최대값을 나타냈다. Struvite 정석반응에 의한 NH₄-N의 제거는 pH 8~8.75 영역에서 활발히 일어났으며 해당 pH 영역에서 NH₄-N의 제거효율은 13.5~29.4%이고 struvite 정석반응과 침전반응에 의한 총제거효율은 34.3~61.0%로 확인되었다. pH 9.
8%로 최대 PO₄-P 제거효율을 나타내고 있다. Struvite 정석반응에 의한 PO₄-P의 제거가 우세하게 발생하는 pH 구간은 8.0~8.75 영역으로, 해당 pH 영역에서 정석반응 PO₄-P 제거효율은 61.4~65.1%으로 나타났고 struvite 총제거효율은 91.0~96.2%이였다. pH 9.
제강전로슬래그를 struvite 정석반응의 정석재로 이용할 경우 정석재가 없는 struvite 침전반응에 비하여 NH₄-N과 PO₄-P의 제거효율이 크게 향상되는 것으로 나타났다. Struvite 정석반응으로 인한 NH₄-N 제거효율은 pH 8.0, 8.5, 8.75에 대하여 struvite 침전반응에 비해 각각 65.0%, 104.1%, 76.9% 향상되었다. pH 8.
pH 8.0~8.75 범위에서 NH₄-N과 PO₄-P의 총제거효율은 각각 34.3~61.0%와 91.0~96.2%이였고 pH 9.0~10.5영역에서 struvite 침전반응에 의한 제거효율은 NH₄-N과 PO₄-P에 대하여 각각 61.9~76.7%와 78.5~95.7%로 나타났다. 제강전로슬래그를 struvite 정석반응의 정석재로 이용할 경우 정석재가 없는 struvite 침전반응에 비하여 NH₄-N과 PO₄-P의 제거효율이 크게 향상되는 것으로 나타났다.
5 영역에서 가장 활발히 진행되는 것으로 나타났다. pH 9.0 이상에서는 struvite 정석반응에 의한 NH₄-N 제거량보다 침전반응에 의한 NH₄-N 제거량이 큰 것으로 나타났다. 이러한 결과는 CaO성분을 다량 함유하고 있는 제강전로슬래그 정석재표면위에 HAp 정석반응이 발생할 가능성이 크다는 Kim등^20,21)의 연구결과에서 알 수 있듯이, struvite 정석반응시 제강전로슬래그 정석재 표면위에 MAP 형성과 함께 HAp 결정도 같이 형성됨으로써 MAP 결정 형성을 위한 PO4가 부족하게 되고 이 때문에 NH₄-N의 제거효율이 감소하는 것으로 생각된다.
0%로 확인되었다. pH 9.0~12.0영역에서는 struvite 침전반응이 우세하였으며 NH₄-N 총제거효율은 57.8~77.9%으로 나타났다. Struvite 침전 및 정석반응에 의한 NH₄-N 총제거 효율은 pH 9.
기존의 struvite 침전반응에 의한 NH4-N과 PO4-P 제거를 위한 최적의 pH는 9.0~10.5 범위라고 알려져 있는데,22,23) 본 연구결과에서 확인된 struvite 정석반응에 의한 NH4-N과 PO4-P 제거를 위한 최적의 pH는 8.0~8.75 범위로 나타났다.
정석재 표면위에 HAp 물질이 생성된 것은 전로슬래그의 CaO성분에 의하여 전로슬래그 표면위에서 수중의 PO₄와 OH기가 결합하여 HAp가 생성된 것으로 판단된다. 따라서 struvite 정석법에서 제강전로슬래그를 정석재로 사용할 경우, 제강전로슬래그 표면상에서 struvite 정석반응에 의해 MAP과 HAp 결정이 생성됨으로써 NH₄-N과 PO₄-P가 제거되는 것으로 판단할 수 있었다.
6(b)에서는 정석재 표면상에서 발생될 수 있는 MAP와 HAp 결정의 주요구성 성분인 Mg, Ca, P 등이 함께 검출되었다. 따라서 본 실험에서 생성된 결정에 대한 EDS 분석결과는 제강전로슬래그를 이용한 struvite 결정반응에 의한 NH₄-N과 PO₄-P의 제거는 struvite 침전반응, struvite 정석반응 및 HAp 정석반응을 통하여 발생된다는 사실을 시사하고 있었다.
정석재를 투입한 struvite 정석반응의 경우 정석재를 투입하지 않은 struvite 침전반응에 비해 PO₄-P의 제거효율이 크게 증가한 것으로 나타났는데, 이는 제강전로슬래그에 다량 함유되어 있는 CaO성분으로 인하여 정석재 표면에서 struvite 정석반응 외에도 HAp 형성에 의한 인제거가 동시에 발생하였기 때문 인 것으로 판단된다. 따라서 본 연구의 struvite 정석법은 기존의 struvite 침전법과 비교할 때, 상대적으로 낮은 pH영역 조건에서 기존 struvite 침전법과 거의 동일하거나 향상된 질소 및 인의 제거효율을 얻을 수 있으므로 제강전로슬래그 정석재는 산업부산물로서 경제적 측면에서 효율적일 뿐만 아니라 질소와 인의 제거능력도 우수하므로 struvite 정석법의 정석재로 매우 적합한 것으로 판단된다.
75 조건에서는 struvite 정석반응보다 struvite 침전반응의 비율이 더 크게 나타났기 때문인 것으로 생각된다. 또한 struvite 정석반응으로 인한 PO₄-P의 제거효율은 pH 8.0, 8.5, 8.75에 대하여 struvite 침전반응에 비해 각각 250.9%, 209.7%, 176.7% 향상되는 것으로 파악되었다. 정석재를 투입한 struvite 정석반응의 경우 정석재를 투입하지 않은 struvite 침전반응에 비해 PO₄-P의 제거효율이 크게 증가한 것으로 나타났는데, 이는 제강전로슬래그에 다량 함유되어 있는 CaO성분으로 인하여 정석재 표면에서 struvite 정석반응 외에도 HAp 형성에 의한 인제거가 동시에 발생하였기 때문 인 것으로 판단된다.
1은 경과시간에 따른 struvite 정석반응의 NH₄-N과 PO₄-P의 제거거동과 제거효율을 나타낸 것이다. 정석반응 1시간 이내에 NH₄-N와 PO₄-P 전체 제거량의 각각 약 80%와 90%에 해당하는 양이 제거되었으며 정석반응 5시간 내에 NH₄-N와 PO₄-P의 정석반응이 거의 평형에 도달하는 것으로 나타났다. 제강전로슬래그를 정석재로 이용한 struvite 정석반응은 5시간 이내에 평형상태에 도달하였으므로 향후 모든 struvite 정석반응 실험은 반응시간 5시간을 기준으로 수행되었다.
5 이상에서는 NH₄-N의 잔존농도는 오히려 점차 증가하는 것으로 나타났는데, 이는 해당 pH 조건에서 struvite의 용해도가 증가하기 때문인 것으로 생각된다. 정석재를 첨가한 struvite 정석반응에 의한 NH₄-N 제거는 pH 7.0에서 시작되어 pH 8.75~10.5 영역에서 가장 활발히 진행되는 것으로 나타났다. pH 9.
7% 향상되는 것으로 파악되었다. 정석재를 투입한 struvite 정석반응의 경우 정석재를 투입하지 않은 struvite 침전반응에 비해 PO₄-P의 제거효율이 크게 증가한 것으로 나타났는데, 이는 제강전로슬래그에 다량 함유되어 있는 CaO성분으로 인하여 정석재 표면에서 struvite 정석반응 외에도 HAp 형성에 의한 인제거가 동시에 발생하였기 때문 인 것으로 판단된다. 따라서 본 연구의 struvite 정석법은 기존의 struvite 침전법과 비교할 때, 상대적으로 낮은 pH영역 조건에서 기존 struvite 침전법과 거의 동일하거나 향상된 질소 및 인의 제거효율을 얻을 수 있으므로 제강전로슬래그 정석재는 산업부산물로서 경제적 측면에서 효율적일 뿐만 아니라 질소와 인의 제거능력도 우수하므로 struvite 정석법의 정석재로 매우 적합한 것으로 판단된다.
7%로 나타났다. 제강전로슬래그를 struvite 정석반응의 정석재로 이용할 경우 정석재가 없는 struvite 침전반응에 비하여 NH₄-N과 PO₄-P의 제거효율이 크게 향상되는 것으로 나타났다. Struvite 정석반응으로 인한 NH₄-N 제거효율은 pH 8.
7(a)와 (b)에서 보듯이 결정반응 전에는 관측되지 않았던 MAP 결정과 HAp 결정이 struvite 결정반응 후에 주요 결정물질로 뚜렷이 관측되었다. 제강전로슬래그정석재 표면상에 struvite 정석반응으로 인한 MAP 결정이 석출된다는 사실을 확인할 수 있었다. 정석재 표면위에 HAp 물질이 생성된 것은 전로슬래그의 CaO성분에 의하여 전로슬래그 표면위에서 수중의 PO₄와 OH기가 결합하여 HAp가 생성된 것으로 판단된다.

후속연구

¹⁷⁾Mullin¹²⁾의 연구에 의하면 정석반응에 사용되는 정석재가 결정구조나 구성성분 측면에서 정석반응 결정체와 유사할 경우 정석반응의 효율은 크게 상승하는 것으로 알려져 있다. 따라서 제강전로슬래그를 이용한 HAp 정석반응에서 인 제거기작으로 판단해볼 때, struvite 정석반응의 MAP 결정의 주요구성성분인 Mg이 제강전로슬래그의 Ca성분과 유사한 2가 이온이므로 제강전로슬래그의 경우 struvite 정석반응의 정석재로 이용될 가능성이 매우 높을 것으로 기대된다. 이러한 제강전로슬래그의 struvite 정석재로서의 활용 가능성은 최근 임18)의 연구에서 확인되었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	struvite 결정화법의 특징은?	수계 환경에 심각한 피해를 주는 부영양화를 제어하기 위하여 다양한 질소 및 인 제거기술들이 개발되어 오고 있다.1) 최근 들어 질소와 인의 동시 제거가 가능하고 안정적으로 높은 제거효율을 얻을 수 있으며 하·폐수로부터 질소와 인의 회수기술로 활용이 가능한 struvite 결정화법에 대하여 많은 연구자들이 주목하고 이에 대한 연구를 활발히 진행하고 있다.2) 기존의 struvite 결정화법은 대부분 struvite 결정핵이 자발적으로 발생되는 과포화상태의 구역에서 미세결정을 중심으로 결정성분이 성장하게끔 유도하여 침전시키는 struvite 침전법 형태로 개발 되어왔다.
	최근 주목 받고 있는 struvite 결정화법은?	2) 기존의 struvite 결정화법은 대부분 struvite 결정핵이 자발적으로 발생되는 과포화상태의 구역에서 미세결정을 중심으로 결정성분이 성장하게끔 유도하여 침전시키는 struvite 침전법 형태로 개발 되어왔다.3~6) 하지만 최근에는 준안정구역에서 정석재의 종결정을 핵으로 작용시켜 정석반응의 효율을 극대화시키는 struvite 정석법이 크게 주목받고 있다.7,8) Struvite 정석법은 Mg2+, NH4+ 그리고 PO43-가 몰 비로 1:1:1로 결합한 Magnesium Ammonium Phosphate (MAP)결정체로서 하·폐수 중에 포함된 Mg2+, NH4+, PO43- 이온들이 준안정구역에서 MgNH4PO4·H2O 혹은 MgNH4PO4·6H2O의 형태로 질소와 인이 기존의 결정 표면위에 석출되는 공정이다.
	Struvite 정석법이 기존의 struvite 침전법에 대하여 갖는 차이점은?	7,8) Struvite 정석법은 Mg2+, NH4+ 그리고 PO43-가 몰 비로 1:1:1로 결합한 Magnesium Ammonium Phosphate (MAP)결정체로서 하·폐수 중에 포함된 Mg2+, NH4+, PO43- 이온들이 준안정구역에서 MgNH4PO4·H2O 혹은 MgNH4PO4·6H2O의 형태로 질소와 인이 기존의 결정 표면위에 석출되는 공정이다. Struvite 정석법은 기존의 struvite 침전법에 비하여 비교적 낮은 pH영역의 준안정구역에서 정석재를 중심으로 struvite 결정이 성장하기 때문에, 처리가 까다로운 슬러지 발생량이 적고 질소와 인의 회수에 용이한 형태로 struvite 결정을 얻을 수 있는 특징을 가지고 있다.9,10) 또한 struvite 정석법은 struvite 침전법과 마찬가지로 MAP 형태로 석출된 결정체가 비교적 순도 높은 질소와 인을 함유하기 때문에 struvite 정석공정에서 회수된 MAP 결정은 비료로 재활용이 가능하며 실제 struvite 정석법을 사용하여 회수된 MAP 결정에 함유되어 있는 질소와 인 성분이 비료로서의 가치가 매우 높다고 보고되고 있다.

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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].

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