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인 제거를 위한 흡착제로서 란타늄-황토 복합체의 흡착특성
Evaluation of Lanthanum(III)-Loess Composite as an Adsorbent for Phosphate Removal 원문보기

대한환경공학회지 = Journal of Korean Society of Environmental Engineers, v.33 no.2, 2011년, pp.143 - 148  

신관우 (충북대학교 환경공학과) ,  추연덕 (충북대학교 환경공학과) ,  김금용 (충북대학교 환경공학과) ,  류홍덕 (충북대학교 환경공학과) ,  이상일 (충북대학교 환경공학과)

초록
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본 연구는 호소나 댐과 같은 닫힌 수계에서 부영양화의 주요물질인 인을 제거하기 위한 란타늄-황토 복합체 개발에 관한 것이다. 연구 결과 황토 1 g에 붙을 수 있는 최적 란타늄 양은 2.68 mg이었으며, 인 제거를 위한 최적 반응시간은 황토에 부착된 란타늄 양이 증가할수록 최적 반응시간은 단축되었다. 수중의 인 농도는 제조된 란타늄-황토 복합체의 주입량이 증가함에 따라 인 제거율이 증가하는 경향을 보였다. 본 연구에서 란타늄이 부착되지 않은 황토와 란타늄이 첨가된 복합체를 사용한 경우에서 인 제거 경향이 달랐다. 수중의 인을 완벽하게 제거하기 위해 소요되는 황토 및 란타늄-황토량은 후자가 전자보다 약 1.5~10배 적게 소요되었다. 란타늄-황토 복합체의 인 흡착 경향은 Freundlich 및 Langmuir 등온흡착식과 일치하는 것으로 관찰되었다. 수중의 인 제거시 제조된 복합체의 pH에 대한 영향은 넓은 pH범위(pH 5~8)에서 높은 제거율을 보임으로써 자연수계에 직접 적용할 수 있음을 확인하였다. 또한 제조된 복합체 살포시 침전시간은 30분 이내로 짧았다. 침전되는 동안 수중의 인을 흡착하면서 침전되며, 인 농도를 안정적으로 유지할 수 있을 것으로 판단된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this work, a composite formed by adding loess with lanthanium ("La-Loess") was proposed for effective removal of phosphate found in confined water bodies such as lake and reservoir. It was found that the theoretical maximum amount of lanthanum that can be attached to Loess was 2.68 mg La/g Loess....

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 교반시간에 따른 인 흡착 특성을 알아보기 위하여 우선 복합체의 주입량을 동일하게 설정한 후 교반시간을 변화시켜 가면서 최적의 교반시간을 도출하기 위한 연구를 수행하였다. 또한 황토(대조군)와 란타늄 농도에 따른 란타늄-황토 복합체의 인 제거 능력을 알아보았다.
  • 따라서 본 연구에서는 우리나라에서 흔하게 볼 수 있는 황토를 지지체로 하여 란타늄과 황토를 부착시킨 새로운 형태의 란타늄-황토 복합체를 개발하고자 하였다. 황토는 bentonite 및 Zeolite에 비해 가격이 저렴하고 환경에 부작용이 없을 뿐만 아니라 그 자체로 인 제거 능력1,14)이 있어 부착되는 란타늄의 양을 줄여 줄 수 있는 장점을 가지고 있다.
  • 교반시간에 따른 인 흡착 특성을 알아보기 위하여 우선 복합체의 주입량을 동일하게 설정한 후 교반시간을 변화시켜 가면서 최적의 교반시간을 도출하기 위한 연구를 수행하였다. 또한 황토(대조군)와 란타늄 농도에 따른 란타늄-황토 복합체의 인 제거 능력을 알아보았다. 300 mL 삼각플라스크내 250 mL 인공 호소수에 황토와 란타늄 농도에 따른 란타늄-황토 복합체를 각각 0.
  • 본 연구는 제조된 란타늄-황토 복합체 수중 살포시 저질토로부터 용출되는 인을 곧바로 흡착시킴으로써 수중으로 용출되는 현상을 제어하기 위한 피복제로써의 적용 가능성을 알아보기 위하여 수행되었다. 용존산소의 감소 및 수계의 산성화로 인한 영향을 고려하여 pH 범위를 3부터 10까지 증가시켜가면서 침강 특성을 조사하였다.
  • 황토는 bentonite 및 Zeolite에 비해 가격이 저렴하고 환경에 부작용이 없을 뿐만 아니라 그 자체로 인 제거 능력1,14)이 있어 부착되는 란타늄의 양을 줄여 줄 수 있는 장점을 가지고 있다. 본 연구에서는 란타늄-황토 복합체를 개발함에 있어 란타늄-황토 흡착체의 인에 대한 흡착 특성, 황토와 란타늄 비율, 최적 교반시간, pH별 인 제거 효율 및 pH별 침강특성에 대하여 조사하였다.
  • 본 연구에서는 수체 내에 존재하는 인의 제어를 위해 란타늄-황토 복합체를 사용하였고 개발된 란타늄-황토 복합체의 인 제거 특성에 대해 연구하였다. 이에 대한 결론은 다음과 같다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
부영양화로 인한 조류의 번식이 수 생태계에 주는 영향은? 호소나 댐과 같이 닫힌 수계에서는 질소 및 인과 같은 영양염류로 인해 부영양화가 발생하기 쉬우며 이로 인해 조류의 성장 촉진 및 과잉번식이 일어나게 된다. 부영양화로 인한 조류의 번식은 투명도의 저하, 이취미 및 독소의 발생, 심층수의 용존산소 감소로 인한 퇴적층에서의 철, 망간 및 인 등의 용출과 같은 결과를 초래하여 수 생태계를 더욱 악화시키게 된다. 이러한 문제 이외에도 정수처리과정에서 여과지를 폐색시켜 약품비용을 증가시키고 수계를 늪, 습원, 육지로 변화시키며 최후에는 생태계 파괴라는 결과를 가져오게 된다.
란타늄-황토 복합체에서 황토의 장점은? 따라서 본 연구에서는 우리나라에서 흔하게 볼 수 있는 황토를 지지체로 하여 란타늄과 황토를 부착시킨 새로운 형태의 란타늄-황토 복합체를 개발하고자 하였다. 황토는 bentonite 및 Zeolite에 비해 가격이 저렴하고 환경에 부작용이 없을 뿐만 아니라 그 자체로 인 제거 능력1,14)이 있어 부착되는 란타늄의 양을 줄여 줄 수 있는 장점을 가지고 있다. 본 연구에서는 란타늄-황토 복합체를 개발함에 있어 란타늄-황토 흡착체의 인에 대한 흡착 특성, 황토와 란타늄 비율, 최적 교반시간, pH별 인 제거 효율 및 pH별 침강특성에 대하여 조사하였다.
무기금속염을 이용하여 수중의 인을 응집, 침전시켜 제거하는 방법이 사용에 있어 제한적인 이유는? 현재 호소 및 정체수역에서 수중의 인을 제거하는 기술로는 무기금속염(Al 염 등)을 이용하여 수중의 인을 응집, 침전시켜 제거하는 방법이 있으나 이 방법은 바닥으로부터 용출되는 인을 억제시키는 역할을 하지 못하기 때문에 사용에 있어 제한적이다.7,8) 그러나 외국에서 개발된 인 제거제인 Phoslock, La-Vesuviante, Lanthanum doped MCM-41, La-meso-SiO2 및 La-Zeolite 복합체의 경우 란타늄을 bentonite, Vesuviante, Silicate, SiO2 및 Zeolite 지지체에 부착하여 분말화 시킨 것으로서 인 제거 및 바닥으로부터 인 용출을 억제시키는데 효과적인 것으로 보고된 바 있다.
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참고문헌 (17)

  1. 김원기, 강선홍, "황토를 이용한 수중의 인 제거에 관한 기초 연구," 한국물환경학회, 16(5), 703-709(2000). 

  2. 조인기, "알칼리토금속 과산화물을 이용한 녹조발생 조류제어에 대한 연구," 석사학위논문, 명지대학교(2002). 

  3. Tongchai Sriwiriyarat, "Computer program Development for the Design of IFAS Wastewater Treatment processes," Master of Science, Virginia Polytechnic Institute and State University( 1999). 

  4. David, P. L., Donald, W., Schults, K. and Malueg, W., "Summer internal phosphorus supplies in Shagawa Lake, Minnesota," Limnl. Oceanogr., 26(4), 740-753(1981). 

  5. 김우일, "Sediments에서 인의 용출 및 제거에 관한 연구," 석사학위논문, 전북대학교(1993). 

  6. 김태수, "호소수내 선택적 인.질소 제거를 위한 란탄-제올라이트 혼합 흡착제 제조 및 적용," 석사학위논문, 충북대학교(2008). 

  7. 조경철, "초고속 응집침전 공정에서의 인의 제거에 대한 연구," 석사학위논문, 인하대학교(2000). 

  8. 노성희, 김선일, "폐석회를 이용한 폐수 중 인 제거 특성," 응용화학회, 6(2), 735-738(2002). 

  9. F. Haghseresht, Shaobin Wang, D.D. Do, "A novel lanthanum- modified bentonite, Phoslock, for Phosphate removal from wastewaters," Appl. Clay Sci., 46(4), 369-375(2009). 

  10. Heng Li, Jingyu Ru, Wen Yin, Xiaohai Liu, Jiaqiang Wang, Wudi Zhang, "Removal of phosphate from polluted water by lanthanum doped vesuvianite," J. Hazard. Mater., 168(1), 326-330(2009). 

  11. Jianda, Z., Zhemin, S., Wenpo, S., Ziyan, C., Zhijian, M., Yangming, L and Wenhua, W., "Adsorption behavior of phospate on Lanthanum(iii) doped mesoporous silicates material," J. Environ. Sci., 22(4), 507-511(2010). 

  12. Encai, O., Junjie, Z., Shaochun, M., Jiaqiang, W., Fei, X. and Liang, M., "Highly efficient removal of phosphate by lanthanum-doped mesoporous SiO2," Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 308(1-3), 47-53(2007). 

  13. NING, P., BART, H. J., LI, B., LU, X. and ZHANG, Y., "Phosphate removal from wastewater by model - La(III) zeolite absorvents," J. Environ. Sci., 20(6), 670-674(2008). 

  14. 차월석, 권규혁, 최형일, 이동병, 강시형, 김혜숙, "황토볼의 인제거에 관한연구," 공업화학회, 14(6), 764-768(2003). 

  15. 김성진, "토양 중 인의 흡착거동에 관한 연구," 석사학위논문, 순천대학교(2002). 

  16. George Tchobanoglous, Franklin L. Burton, H. David Stensel, Wastewater Engineering, McGraw-Hill, New York, pp. 1141-1144(2003). 

  17. 김종민, 허성남, 노혜란, 양희정, 한명수, "호소형 및 하천형 댐 호의 육수학적 특성과 조류발생과의 상관관계," 한국육수학회지, 36(2), 124-138(2003). 

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