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문제 정의
- 위하여 탈기탑을 후단에 적용시켰다. 또한 부수적으로 대장균에 대한 전기적 살균효과도 확인해 보았다. 추가적인 약품의 투입이 필요 없기 때문에 제어가 간편하고 무인운전이 가능한 이 방법을 통하여, 본 논문에서는 질산성 질소의 제거 거동 및 발생되는 부산물들의 처리효율을 평가하였다.
- 또한일반세균의 경우 가스방울 없이 붉은색 군체만으로 식별하였다. 본 실험에서는 살곶이다리 근처의 중랑천 샘플을 일정비율로 혼합하여 사용하였으며 살균효과 비교를 위해 3 가지 조건- ① 오수를 혼합한 샘플(초기상태), ② 전압을인가하지 않은 상태로 반응기를 통과시킨 샘플, ③ 전압을인가한 상태로 반응기를 통과한 샘플 각각을 배양하여 본반응조의 살균효과를 살펴보고자 하였다.
- 또한 부수적으로 대장균에 대한 전기적 살균효과도 확인해 보았다. 추가적인 약품의 투입이 필요 없기 때문에 제어가 간편하고 무인운전이 가능한 이 방법을 통하여, 본 논문에서는 질산성 질소의 제거 거동 및 발생되는 부산물들의 처리효율을 평가하였다.
제안 방법
- 대장균 및 일반세균의 분석에는 22시간 이내에 일반식품, 가공식품 및 모든 공장 환경에서 대장균 검출이 가능한 3M petrifilm coliform count plate를 사용하였다. 분석방법은 접종 .
- 7 M HNO3의 acid quench 용액과 10%의 ammonium acetate buffer solution, ferrozine 용액과 10%의 hydroxylamin (as reductant)을 혼합하여 자주색으로 발색된 시료를 암모니아와 마찬가지로 파장 562 nm, 빛의 통과거리 1cm에서 측정하였다. 또한 반응기 내의 철 입자는 FESEM/EDS (SU70, Hitachi), 가속전압 15 kV 조건에서 분석하였다.
- 유입되는 처리수의 유량은 10 mL/min이고 air compressor (Airssen, 2HP)를 통해 주입되는 공기량은 10 L/min으로 기액비(G/L ratio)는 1000으로 유지시켰다. 또한 탈기탑 내 균일한 공기주입을 위해서 원형의 에어스톤을 탈기탑 하단에 설치하였으며, pH 유지를 위한 추가적인 알칼리 주입은 하지 않았다. 질산성 질소의 환원물질인 암모니아성질소를 분석하기 위해 phenate method (American Public Health Association, 1989, 4500-NH3 H)를 사용하였다.
- 복극전해조에 의한 수중의 대장균 및 일반세균의 살균효과을 알아보기 위해서 중랑천의 샘플을 멸균된 증류수와 1:20 (v/v)로 희석한 뒤, 반응기를 통과시켜 얻어진 샘플을 3M petrifilm배지에 1 mL 접종하여 incubator에서 35℃로 24~48시간 배양하여 생성된 붉은색 군체를 계수하였다.
- 본 실험에서는 인가전압 600 V, 반응조 내 체류시간이 2시간이 되도록 초기 주입 유량을 6 mL/min으로 하였으며 시간에 따라 점차적으로 12 mL/min까지 증가시켰다. 이때, EBCT(Empty Bed Contact Time) 및 실제 체류 시간을 나타내는 HRT (Hydraulic Retention Time)는 유량에 따라 각각 5.
- 본 연구에서는 영가철 충진 복극전해조를 이용하여 수중의 질산성질소를 전기화학적으로 환원시키고자 하였고, 이로 인해 생성된 암모니아성질소 및 유출수 내의 철 이온을 제거하기 위하여 탈기탑을 후단에 적용시켰다. 또한 부수적으로 대장균에 대한 전기적 살균효과도 확인해 보았다.
- 부산물인 암모니아성질소를 제거하기 위해 후단에 탈기탑을 설치하였으며, 공기와의 접촉을 극대화시키기 위해 pall ring을 충진하였다. 유입되는 처리수의 유량은 10 mL/min이고 air compressor (Airssen, 2HP)를 통해 주입되는 공기량은 10 L/min으로 기액비(G/L ratio)는 1000으로 유지시켰다.
- 하였다. 샘플 내에 존재하는 질산성질소 및 pH는 nitrate electrode (Orion-9700BNWP, USA), pH meter (Orion-8156BNUWP, USA)를 이용하여 측정하였다. 주 전극과 전선은 압착터미널을 이용하여 고정시켰으며 반응기 내부에 노출된 전선부위는 산화의 억제를 위하여실험시마다 실리콘으로 방수코팅처리 하였다.
- 주 전극 음극에서는 전극손실이 일어나지 않으므로 SUS304 전극을 사용하였다. 이때 전극망은 반응기의 크기에 맞게 각각 가로 40 mm, 세로 80 mm, 두께 1 mm로 제작하였다. 제작된 복 극 전해조 반응기의 재질은 내약품성이 강한 아크릴 수지이며 크기는 높이가 625 mm, 가로 40 mm, 세로 80 mm이다.
- 질산성 질소의 환원물질인 암모니아성질소를 분석하기 위해 phenate method (American Public Health Association, 1989, 4500-NH3 H)를 사용하였다. 이를 위해 phenol, sodium nitropusside(Ⅲ), alkaline citrate, sodium hypochlorite와 반응하여 파란색으로 발색된 시료를 UV-VIS spectrophotometer (UV mini 1240, Shimadzu) 파장 640 nm, 빛의 통과거리 1 cm에서 측정하였다. 탈기탑 파트별 연결부위는 실리콘으로 방수 코팅 처리하였으며, 탈기탑의 운영조건은 Table 3에 나타내었다.
- 샘플 내에 존재하는 질산성질소 및 pH는 nitrate electrode (Orion-9700BNWP, USA), pH meter (Orion-8156BNUWP, USA)를 이용하여 측정하였다. 주 전극과 전선은 압착터미널을 이용하여 고정시켰으며 반응기 내부에 노출된 전선부위는 산화의 억제를 위하여실험시마다 실리콘으로 방수코팅처리 하였다. 반응기 내 채널링 방지 및 층류 유지를 위해서 흐름은 연동펌프 (Easy-load, Masterflex) 를 이용하여 상향류 상태를 유지시켜 주었으며, 영가철과 주문진규사의 충진비는 1:1 (v/v)이었다.
- 반응기 내 채널링 방지 및 층류 유지를 위해서 흐름은 연동펌프 (Easy-load, Masterflex) 를 이용하여 상향류 상태를 유지시켜 주었으며, 영가철과 주문진규사의 충진비는 1:1 (v/v)이었다. 충진할 때에는 먼저 주 전극과 철입자가 직접적으로 닿지 않도록 깊이 1 cm는 지름 0.3 mm 이하의 잔사만으로 충진하고, 그 이후부터 영가철 각 입자가 서로 붙지 않도록 영가철과 주문진규사를 번갈아가며 충진하였다. 실험에 사용된 모든 튜빙은 Masterflexa 96410-25을 사용하였고, 반응조의 운영조건은 Table 2에 나타내었다.
대상 데이터
- 본 연구에서는 질산성질소의 제거를 위하여 영가철 충진복극전해조(bipolar ZVI packed bed electrolytic cell)를사용하였다. 여기서 복극전해조는 Fig.
- 3 mm 이하의 잔사만으로 충진하고, 그 이후부터 영가철 각 입자가 서로 붙지 않도록 영가철과 주문진규사를 번갈아가며 충진하였다. 실험에 사용된 모든 튜빙은 Masterflexa 96410-25을 사용하였고, 반응조의 운영조건은 Table 2에 나타내었다.
- 영가철 충진 복극전해조 내 질산성질소의 농도 설정을 위하여 NaNO3 (99%, Duksan)을 사용하였으며, 주 전극 양극에는 산화에 따른 전극소실을 방지하기 위해 반응성이 낮은 백금이 코팅된 니오븀 전극을 사용하였다. 주 전극 음극에서는 전극손실이 일어나지 않으므로 SUS304 전극을 사용하였다.
- 이때 전극망은 반응기의 크기에 맞게 각각 가로 40 mm, 세로 80 mm, 두께 1 mm로 제작하였다. 제작된 복 극 전해조 반응기의 재질은 내약품성이 강한 아크릴 수지이며 크기는 높이가 625 mm, 가로 40 mm, 세로 80 mm이다. 충진물로는 (주)상아기공에서 구입한 구 형태의 영가철 (지름 0.
- 백금이 코팅된 니오븀 전극을 사용하였다. 주 전극 음극에서는 전극손실이 일어나지 않으므로 SUS304 전극을 사용하였다. 이때 전극망은 반응기의 크기에 맞게 각각 가로 40 mm, 세로 80 mm, 두께 1 mm로 제작하였다.
- 제작된 복 극 전해조 반응기의 재질은 내약품성이 강한 아크릴 수지이며 크기는 높이가 625 mm, 가로 40 mm, 세로 80 mm이다. 충진물로는 (주)상아기공에서 구입한 구 형태의 영가철 (지름 0.6 mm)과 (주)주문진규사에서 구입한 급속여과사 (유효직경 0.8-1.2 mm, 균등계수 1.6 이하)를 사용하였다. 또한 반응기내 전압유지를 위해서 D.
이론/모형
- 생성된 철 이온은 복극반응조 내에서 산소 및 수산화기와 접촉하여 산화철과 수산화철 형태로 1차 침전되며, 후단의 탈기탑에서는 공기 중의 산소와 접촉하여 산화철의 형태로 2 차 침전이 이루어지게 된다. 여기서는 각 단계에서의 2가철과 총 철의 농도를 측정하기 위해 ferrozine method를 이용하였다. 이것은 채취한 샘플에 0.
- 또한 탈기탑 내 균일한 공기주입을 위해서 원형의 에어스톤을 탈기탑 하단에 설치하였으며, pH 유지를 위한 추가적인 알칼리 주입은 하지 않았다. 질산성 질소의 환원물질인 암모니아성질소를 분석하기 위해 phenate method (American Public Health Association, 1989, 4500-NH3 H)를 사용하였다. 이를 위해 phenol, sodium nitropusside(Ⅲ), alkaline citrate, sodium hypochlorite와 반응하여 파란색으로 발색된 시료를 UV-VIS spectrophotometer (UV mini 1240, Shimadzu) 파장 640 nm, 빛의 통과거리 1 cm에서 측정하였다.
성능/효과
- 1. 영가철 충진 복극전해조를 이용하여 600 V 조건에서 초기농도 약 25 mg/L의 질산성질소의 연속식 제거실험을 한 결과 유출수 내 잔류량 5 mg/L 이하 유지, 유량 6 mL/min 조건에서 최대 96.3%의 제거효율을 관찰할 수 있었다. 이때 아질산성질소의 농도는 0.
- 2. 반응기 내부 충진된 철 입자의 양극에서 산화되어 생성되는 철 이온은, 반응기 내부에서 산화철의 형태로 일부침전되었으며, 유출되는 약 1 mg/L의 철은 후단의 탈기탑에서 내에 충진된 pall ring 표면에 대부분 침전되어필터링 되었다.
- 3. 질산성질소의 환원에 의해 생성되는 암모니아성질소는복극전해조 내에서 1차 탈기가 일어나며, 후단의 탈기탑에서 2차 탈기가 이루어지나, 추가적인 알칼리의 주입없이는 pH의 감소로 인해 효율이 감소하는 것으로 나타났다.
- 4. 유입수에 존재하는 대장균 및 일반세균은 전기적인 에너지 없이도 복극전해조 내 충진물 입자에 표면흡착 되어 일부 제거되는 것으로 나타났으며, 전압인가 시 대장균 및 일반세균이 검출되지 않았다. 이는 전극과 균 사이의 직접적인 전자교환 및 OH radical 생성으로 인한 간접적인 살균효과가 작용한 것으로 판단된다.
- 것으로 보여진다. 그 결과 유출수에서는 철 농도가 검출되지 않았다 (Fig. 4).
- 본 논문에서는 언급하지 않았지만, 인가전압 150 V와 300 V 조건에서 실험을 실시한 결과, 300 V 조건에서는주입된 질산성질소의 약 절반정도가 제거되었고, 150 V 조건에서는 질산성질소가 거의 제거되지 않은 것으로 나타났다. 이는 낮은 전도도 조건에서 충분한 전기적 에너지가 각각의 철볼에 가해지지 않으면, 철볼의 양 극이 대전되지 않고 일반적인 단극식 전해조와 같이 거동함으로, 전기적 산화 .
- 6에서는 탈기탑에서의 암모니아성질소 제거효율을 나타내었다. 유입수의 암모니아성질소의 농도는 15~20 mg/L이고, 유출수에는 약 40%가 제거된 10 mg/L 안팎으로 나타났다. 실제 제거효율이 이론값보다 낮은 이유는 실시간으로 암모니아가 탈기됨으로 인해 pH가 10.
- 2에 유출수에서 의 질산성 질소, 암모니 아성 질소, 아질산성 질소의 값을 나타내었다. 초기 24.1 mg/L였던 질산성질소의 농도가 0.9 mg/L로 최대 96.3% 제거되었으며, 주문진규사와 영가 철의 혼합물은 충진했으나 전압을 인가하지 않은 control 과 비교해서 전압을 인가하였을 경우 유출수 중 잔류 질산성 질소가 5 mg/L 이하로 안정적인 제거효율을 보여주었다.
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