선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 반면 불소만 특별히 고농도로 배출되는 폐수를 처리할 경우에는 이러한 문제는 고려대상이 되지 않는다. 따라서 본 연구에서는 불소만 단독으로 발생되는 폐수를 대상으로 최적의 처리 조건 도출시의 영향인자에 대하여 연구하였다. 불화칼슘 결정화 반응을 위한 칼슘원으로서 CaCl2는 불소뿐만 아니라 다른 이온이 함유되어 있을 때 pH의 변화가 적고 불소만 선택적으로 제거시킬 수 있지만, 다른 칼슘원들 보다 고가라는 단점이 있다.
- 본 연구는 LCD 제조 공장에서 발생되는 고농도의 불소 함유 폐수를 처리하는 데 있어 처리 효율과 경제성이 부합 되는 최적의 조건을 도출하여 현장 적용가능성을 파악하기 위하여 실시하였으며, 이를 위하여 칼슘원(CaCl2, Ca(OH)2, CaCO3)을 달리하면서 얻은 결론은 다음과 같다.
- 본 연구의 목적은 LCD 제품 생산 공장에서 발생되는 고농도의 불소함유 폐수를 사용하여 칼슘원에 따른 영향을 알아보고 최적의 처리 조건을 도출하는데 있다. 이를 위하여 칼슘원으로 CaCl2, Ca(OH)2 및 CaCO3를 이용하였으며, 각각의 칼슘원에 대하여 pH, 칼슘 주입량, 반응시간 및 교반강도에 따른 특성을 살펴보았다.
제안 방법
- 따라서 최적의 효율을 도출하기 위하여 불소를 CaF2 공법을 이용하여 선택적으로 제거한 후 질소와 인을 struvite 결정화 공법을 이용하여 처리하는 방법을 채택하였다.11) 그러나 불소를 제거하는 과정에서 칼슘원으로 Ca(OH)2, CaCO3를 이용할 경우 반응 시 pH의 상승과 함께 후속공정의 필요 이온인 인을 제거시키므로, CaCl2를 이용한 CaF2 침전법을 적용하였다. 이 경우 불소만 단독으로 있을 때 보다는 효율이 떨어지는 현상이 발생된다는 문제점을 안고 있었다.
- 그 후 초기 pH 및 온도 측정 후 칼슘이온의 공급원으로 CaCl2, Ca(OH)2 및 CaCO3를 모두 15%의 모액을 제조하여 주입해 주었다. CaCl2의경우 0.1, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6 및 0.8 [Ca2+] / [F-] (mol/ mol)로 첨가하였고, Ca(OH)2와 CaCO3는 용해도가 낮아 완전히 용해가 되지 않는 점을 감안하여 제조된 모액을 일정량씩 주입하는 것으로 칼슘원의 농도를 조절하였다. 이때 주입된 량은 각각 10, 20, 30, 40, 50 및 60 mL/L였다.
- 교반 속도를 결정하기 위한 연구에서도 반응시간을 결정할 때와 동일한 조건으로 반응을 시켰으며 pH, 교반시간 등은 고정하고 교반속도만을 변화시켜가면서 최적의 반응속도를 결정하였다. 모든 칼슘원에 대하여 교반 속도는 각각 50, 100, 150, 200 및 300 rpm으로 하였으며, 이 때의 G값은 약 49에서 650 s-1 범위이다.
- 1절과 동일한 방법으로 준비된 Jar에 대상폐수를 2 L씩 균일하게 취하고 200 rpm (G=275 s-1)으로 교반시켰다. 그 후 초기 pH 및 온도 측정 후 칼슘이온의 공급원으로 CaCl2, Ca(OH)2 및 CaCO3를 모두 15%의 모액을 제조하여 주입해 주었다. CaCl2의경우 0.
- 또한 CaCO3의 경우 시간이 증가함에 따라 불소의 잔류농도가 계속 감소하였고, 수분함량의 경우 상당량 감소하였다. 그러나 탈수 비용을 절약하기 위해 반응 시간을 증가시키면 동력비가 많이 예상되어 각각의 칼슘원에 따라 적당한 범위인 1시간으로 결정하였다.
- 의 경우, pH 4~10까지 효율이 높은 것으로 나타났다. 따라서 두 칼슘원 (CaCl2, Ca(OH)2)의 경우 방류수의 pH 범위를 고려하여 동등한 효율을 나타내는 범위인 pH 7을 적용하였다. CaCO3의 경우 pH가 증가할수록 불소 제거 효율이 감소하기 때문에 불소의 제거를 위한 최적의 pH를 4로 결정하였다.
- 즉 불소 제거에 있어서 교반강도에 따른 영향은 미미한 것으로 나타났으나 슬러지 생성량 및 함수율에는 영향을 미치는 것으로 나타났다. 따라서 이러한 점을 고려하여 본 연구에서는 교반강도를 200 rpm (G=275 s-1)으로 결정하였다. 교반강도의 영향을 적게 받는 다는 사실은 교반시간과 더불어 현장에서 탄력적으로 반응조를 운영하는데 유리하게 작용할 것으로 판단된다.
- 이 경우에는 여러 이온이 혼합되어 있는 폐수를 대상으로 했으므로 불소 이외에 다른 이온(N,P)도 함께 제거해야 할 필요가 있었다. 따라서 최적의 효율을 도출하기 위하여 불소를 CaF2 공법을 이용하여 선택적으로 제거한 후 질소와 인을 struvite 결정화 공법을 이용하여 처리하는 방법을 채택하였다.11) 그러나 불소를 제거하는 과정에서 칼슘원으로 Ca(OH)2, CaCO3를 이용할 경우 반응 시 pH의 상승과 함께 후속공정의 필요 이온인 인을 제거시키므로, CaCl2를 이용한 CaF2 침전법을 적용하였다.
- 또한 30분 침전 후 슬러지의 함수율을 측정하여 각각의 칼슘원 및 칼슘 농도에 따른 효율을 비교·분석 하였다.
- Eluent 성상은 1AG mM Nm)0 m / 1 mM NmH0 m으로 하였으며 1A2 mL/min로 였다하였다. 또한 T0 Dcr (5220-0 D-D, HACmm와 S0 Dcr (5220-0 D, HACmm도 분석하였다. 함수율은 폐기물 였정시험법의 수분 및 고형물 시험법에 XUS측정하였으며 다음의 식 (1)에 X하여 계산한 후 각각의 결과에 대하여 상대평가 하였다.
- 또한 반응 종료 30분 후 침전물로 함수율을 측정하여 각각의 pH에 따른 효율을 비교·분석 하였다.
- 따라서 Ca(OH)2를 이용하여 불소를 처리할 때 30 mL/L를 최적의 주입량으로 결정하였다. 마지막으로 CaCO3의 경우 Ca(OH)2 와 동일한 방법으로 칼슘의 주입량을 10, 20, 30, 40, 50 및 60 mL/L로 주입한 후 진행 하였다. 10 mL/L를 주입하였을 때 불소의 잔류 농도는 2,051 mg/L로 50.
- 모든 반응 종결 후 30분 침전한 후 0.45 µm membrane 여과지를 통과한 여액을 분석 시료로 하였다.
- 4는 칼슘원의 종류에 따라 반응 속도의 영향을 나타낸 것이다. 반응 속도는 50, 100, 150, 200 및 300 rpm (49~650 s-1)까지 변화를 주면서 각각의 교반 속도에 따른 영향을 살펴보았다. 반응 결과 CaCl2을 칼슘원으로 사용할 경우 잔류 불소 농도가 전 범위에서 평균 30.
- 또한 Ca(OH)2의 경우 반응 후 1시간까지는 pH의 변동이 컸으나 그 이후부터는 pH의 변화가 거의 일어나지 않고 안정적으로 유지되는 것을 확인할 수 있었다. 반응 시간이 길어지면 침전물의 탈수 비용이 절약되는 반면 동력비가 많이 예상되므로 Ca(OH)2를 칼슘원으로 이용할 때 기존대로 1시간을 최적의 반응시간으로 결정하였다. 마지막으로 CaCO3의 경우 반응 시간이 길수록 불소의 제거효율이 증가하는 것으로 나타났다.
- 반응 종료 후 30분간 침전시킨 후 상등액을 취하여 0.45 µm membrane 여지를 통과한 여액의 불소 농도를 측정하였다.
- 반응 종료 후 불소의 처리 특성을 평가하기 위하여 30분 침전 후 상등수를 채취하여 0.45 µm membrane 여지로 여과한 후 불소를 분석하였다.
- 반응 종료 후 불소의 처리 특성을 평가하기 위하여 상등수를 채취하여 0.45 µm membrane 여지로 여과한 후 불소를 분석하였다.
- 따라서 Ca(OH)2로 불소를 처리할 때 강산이나 강염기의 범위를 피하여 반응조건을 적용하는 것이 필요한 것으로 보이며, 불소이외의 다른 이온이 없는 경우라면 광범위한 pH 범위(pH 4~10)에서 적절한 값을 선정하여도 무방할 것으로 판단된다. 본 연구에서는 CaCl2의 경우에서 같이 방류수의 pH가 중성범위인 것을 감안하여 pH 7을 최적의 pH로 결정하여 이후의 시험에 적용하였다.
- 불소 및 기타 분석은 Ion chromatograph (DX-500, Dionex, USA)을 이용하여 분석하였으며 음료로 분리는 IonPac AG14 (4 mm ×50 mm) guard column과 Ion PacAS14 (4 mm × 250 mm) Analytical column을 사용하였다.
- 45 µm membrane 여지를 통과한 여액의 불소 농도를 측정하였다. 이 경우에도 함수율 측정을 병행하여 각각의 칼슘원에 따른 함수율 변화를 관찰하였다.
- 6 [Ca] / [F] (mol / mol)이 되게 첨가하였고 칼슘원 주입 즉시 pH를 조절하였다. 이때 pH 범위는 3, 4, 6, 8, 10 및 12로 하였고 pH 조절을 위하여 2.5 N HCl 및 4 N NaOH 용액을 제조하여 이용하였다. 각각의 pH에서 1시간 동안 반응시킨 후 30분 침전 시켰다.
- 본 연구의 목적은 LCD 제품 생산 공장에서 발생되는 고농도의 불소함유 폐수를 사용하여 칼슘원에 따른 영향을 알아보고 최적의 처리 조건을 도출하는데 있다. 이를 위하여 칼슘원으로 CaCl2, Ca(OH)2 및 CaCO3를 이용하였으며, 각각의 칼슘원에 대하여 pH, 칼슘 주입량, 반응시간 및 교반강도에 따른 특성을 살펴보았다.
- 대상 폐수의 초기 pH와 온도를 측정한 후 칼슘원을 주입하였으며, 반응시 교반속도는 200 rpm (G=275 s-1)으로 하였다. 칼슘 이온의 공급원으로는 CaCl2, Ca(OH)2 및 CaCO3 모두 15%의 모액을 제조하여 pH에 따른 반응시 각각 0.6 [Ca] / [F] (mol / mol)이 되게 첨가하였고 칼슘원 주입 즉시 pH를 조절하였다. 이때 pH 범위는 3, 4, 6, 8, 10 및 12로 하였고 pH 조절을 위하여 2.
- )으로 일정하게 유지하였다. 칼슘원의 종류에 따라 2.2.2절에서 결정된 최적의 칼슘주입량을 주입한 후, 2.2.1절의 연구로부터 얻어진 최적의 pH로 고정하여 칼슘원 주입 즉시부터 반응 종료까지 칼슘원의 종류에 따라 각각 20, 40, 60, 120 및 180 min 동안 반응 시켰다.
대상 데이터
- 교반 장치는 tachometer와 조정장치가 부착되어 0~390 ev/min으로 회전수를 조절 할 수 있도록 구성되었고, 실험 시 사용한 Jar는 아크릴 재질로 제작되었으며, 크기는 115 × 115 × 210 mm이다.
- 불소 제거를 위한 모든 실험은 6개의 paddle를 가진 표준 Jar-tester를 이용하였고, paddle의 크기는 25.4 × 76 mm이며, paddle과 shaft는 스테인레스 스틸로 제작되었다.
- 교반 장치는 tachometer와 조정장치가 부착되어 0~390 ev/min으로 회전수를 조절 할 수 있도록 구성되었고, 실험 시 사용한 Jar는 아크릴 재질로 제작되었으며, 크기는 115 × 115 × 210 mm이다. 폐수의 양은 2 L로 일정하게 하교반 장pH 조정er와해 2.5 N HCl 및 4 N NaOHer 이용하였으며 칼슘 전수의 공급원으로는 CaCl2 (Calcium Chloride anhydrous), Ca(OH)2 (Calcium hydroxide) 및 CaCO3 (Calcium carbonate) 를 사용하였다.
데이터처리
- 또한 T0 Dcr (5220-0 D-D, HACmm와 S0 Dcr (5220-0 D, HACmm도 분석하였다. 함수율은 폐기물 였정시험법의 수분 및 고형물 시험법에 XUS측정하였으며 다음의 식 (1)에 X하여 계산한 후 각각의 결과에 대하여 상대평가 하였다.
성능/효과
- 0%이었다. 0.3[Ca2+] / [F-] (mol / mol) 일 경우의 불소 잔류 농도는 496.7 mg/L로 88.0%의 불소 제거 효율과 75.0%의 수분 함량을 나타냈으며 이 범위부터 수분함량이 감소하다가 그 이후의 범위에서는 크게 변화가 없었다. 그 이상의 범위인 0.
- 1) 칼슘원 별 pH에 따른 영향은 CaCl2의 경우 pH 4 이상에서부터 동등한 효율이 나타났고, Ca(OH)2의 경우, pH 4~10까지 효율이 높은 것으로 나타났다. 따라서 두 칼슘원 (CaCl2, Ca(OH)2)의 경우 방류수의 pH 범위를 고려하여 동등한 효율을 나타내는 범위인 pH 7을 적용하였다.
- Ca(OH)2의 경우 칼슘의 주입량을 10, 20, 30, 40, 50 및 60 mL/L로 변화시키며 주입하였다. 10 mL/L를 주입하였을 때 불소의 잔류 농도는 2,033 mg/L로 50.7%의 제거 효율과 78.0%의 수분함량이 확인되었다. 20 mL/L를 주입하였을 때는 불소의 잔류 농도가 383.
- 마지막으로 CaCO3의 경우 Ca(OH)2 와 동일한 방법으로 칼슘의 주입량을 10, 20, 30, 40, 50 및 60 mL/L로 주입한 후 진행 하였다. 10 mL/L를 주입하였을 때 불소의 잔류 농도는 2,051 mg/L로 50.3%의 제거 효율을 나타내었고, 20 mL/L를 주입하였을 때의 불소의 잔류 농도는 656.3 mg/L로 84.1%의 제거 효율이 나타났다. 30, 40, 50 및 60 mL/L로 주입한 지점에서의 불소 잔류 농도는 각각 147.
- 불소는 강산 영역에서는 HF 및 H2F2의 형태로 존재하지만 pH의 증가에 따라 불소 이온으로 해리되는 것으로 보고되고 있다.12) 또한 불소는 pH 2에서부터 불소이온으로 서서히 해리되다가, pH 6 이상에서는 전부 이온형태로 전환되는 것으로 나타났는데,12) 본 연구 결과를 보면 pH 3에서 불소의 제거 효율이 낮은 것을 알 수 있는데 그 이유는 강산 영역에서 불소가 이온 형태가 아닌 H2F2 및 HF로 전환되어 CaF2 형태의 침전 반응이 방해를 받아 생겨난 결과와 일치하는 것으로 사료된다. 김 등11) 의 연구에 의하면 불소, 질소, 인이 함유되어 있는 폐수에 칼슘원으로 CaCl2를 사용하여 불소를 처리할 때 pH 4에서 불소의 제거 효율이 가장 뛰어났으며, 그 이상의 범위에서도 효율은 높았으나 인이 함께 함유되어 있는 폐수의 특성상 불소 제거 효율이 소폭씩 감소한다고 보고된 바 있다.
- 2) 칼슘원 별 칼슘 주입량에 따른 반응 결과, CaCl2의 경우 칼슘주입량 0.4[Ca] / [F] (mol / mol)의 범위에서부터 효율이 동등하였다. Ca(OH)2 및 CaCO3의 경우 칼슘주입량이 30 mL/L 의 지점에서부터 그 이상을 주입하여도 동등한 효율을 나타내었다.
- 3) 칼슘원 별 반응 시간에 따른 반응 결과, CaCl2의 경우 불소제거효율과 수분함량의 경우 모두 차이가 없었다. Ca(OH)2의 경우 불소의 제거 효율 면에서는 차이가 없었으나, 반응 시간이 길수록 수분함량이 감소하였다.
- 4) 칼슘원 별 교반 강도에 따른 반응 결과, 불소의 제거 효율 면에서는 세 가지 칼슘원 모두 차이가 미미하였다. CaCl2의경우 수분함량의 차이도 미미하였지만, Ca(OH)2와 CaCO3경우 교반속도가 증가함에 따라 수분함량이 소폭씩 감소하고, 반응 시 생성되는 침전물의 양이 증가하는 것을 확인할 수있었다.
- 5) 본 연구에 사용된 칼슘원(CaCl2, Ca(OH)2, CaCO3) 중 가장 높은 효율을 보인 칼슘원은 Ca(OH)2인 것으로 확인되었다.
- 4) 칼슘원 별 교반 강도에 따른 반응 결과, 불소의 제거 효율 면에서는 세 가지 칼슘원 모두 차이가 미미하였다. CaCl2의경우 수분함량의 차이도 미미하였지만, Ca(OH)2와 CaCO3경우 교반속도가 증가함에 따라 수분함량이 소폭씩 감소하고, 반응 시 생성되는 침전물의 양이 증가하는 것을 확인할 수있었다. 본 연구에서는 최적의 교반속도를 200 rpm (G=275 s-1)으로 결정하였는데 고농도 불소함유 폐수처리에 있어 교반속도는 큰 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다.
- 나재식5)은 소석회 흡착제를 이용한 불소제거 연구에서 불소가 함유된 폐수를 Ca(OH)2를 이용하여 제거할 때, pH 2와 pH 3에서 효율이 안 좋았고, pH 4부터 제거 효율이 증가한다고 보고하였다. pH 4 이상의 범위에서부터 pH 10 부근에서의 불소 제거 효율은 뛰어난 것으로 나타났으나 pH 11이 넘는 범위부터는 불소 제거 효율이 급격히 감소하였는데, 이는 본 연구 결과와 일치하는 것이다. 또한 큰 차이는 아니나 pH 6 이상에서는 불소의 제거효율이 다소 감소되는 경향을 보이는데 나재식5)은 이러한 이유를 공기 중의 CO2가 반응 도중 용존 되었기 때문이라고 보고하고 있다.
- 4%의 제거 효율을 보였다. pH 4, 6, 8 및 10의 범위에서 불소 제거 효율은 평균 99.0%로 각각의 범위에서 불소 제거 후 잔류 농도는 각각 37.5 mg/L, 31.0 mg/L, 51.0 mg/L 및 52.5 mg/L 이었다. 그러나 pH 12에서의 잔류 불소농도가 559 mg/L로 불소의 제거 효율이 86.
- 3%이었다. pH 8, 10 및 12에서의 잔류 불소 농도는 각각 316.0 mg/L, 1,327.0 mg/L 및 1,075.0 mg/L로 불소의 제거 효율은 각각 92.3%, 67.8%, 73.9%까지 급격히 떨어지는 것이 확인되었다. 또한 이때의 수분함량은 전 범위에서 평균 37.
- 1의 (c)는 칼슘원으로 CaCO3를 이용한 결과이다. pH가 증가할수록 불소의 제거효율이 감소하는 것을 확인할 수 있었는데, pH 3과 4에서는 각각 잔류 농도가 58.0 mg/L, 50.0 mg/L로 제거효율은 98.7%였으나, pH 6부터는 불소의 잔류 농도가 급격히 증가하여 110.0 mg/L로, 제거효율은 97.3%이었다. pH 8, 10 및 12에서의 잔류 불소 농도는 각각 316.
- 0%의 수분 함량을 나타냈으며 이 범위부터 수분함량이 감소하다가 그 이후의 범위에서는 크게 변화가 없었다. 그 이상의 범위인 0.4, 0.5, 0.6 및 0.8 [Ca2+] / [F-] (mol / mol)의 범위에서의 불소 잔류 농도는 각각 29.0 mg/L, 22.0 mg/L, 25.7 mg/L 및 26.7 mg/L로 이 때의 불소 제거 효율과 수분함량은 각각 전 범위에서 평균 99.4%, 73.0%였다. 실험 결과, 0.
- 0%의 수분함량을 나타내었다. 그 이상의 범위인 30, 40, 50 및 60 mL/L 주입한 범위에서는 불소의 잔류 농도가 각각 22.3 mg/L, 21.3 mg/L, 20.5 mg/L 및 20.8 mg/L로 이 때의 제거 효율과 수분함량은 전 범위에서 각각 평균 99.5%, 66.0%이었다. 칼슘 주입량이 30 mL/L 이상인 지점부터 불소의 제거효율이 증가하였으며 30 mL/L 이상에서는 칼슘원에 따른 영향이 거의 나타나지 않았다.
- 5 mg/L 이었다. 그러나 pH 12에서의 잔류 불소농도가 559 mg/L로 불소의 제거 효율이 86.4%로써 99.0%로 일정하게 유지되던 효율이 갑자기 감소하는 것을 확인할 수 있었다. pH 12 에서는 강산 영역인 pH 3보다 불소 제거 효율이 매우 안 좋은 것으로 나타났으며 이 때의 수분함량 와 희토류은 전 범위에서 평균 68.
- 김 등11) 의 연구에 의하면 불소, 질소, 인이 함유되어 있는 폐수에 칼슘원으로 CaCl2를 사용하여 불소를 처리할 때 pH 4에서 불소의 제거 효율이 가장 뛰어났으며, 그 이상의 범위에서도 효율은 높았으나 인이 함께 함유되어 있는 폐수의 특성상 불소 제거 효율이 소폭씩 감소한다고 보고된 바 있다. 그러나 본 연구에서 사용된 폐수에는 질소와 인은 존재하지 않고 불소만 존재하므로 최적의 pH 범위인 4는 물론 그 이상에서도 동일한 효율을 나타내는 것으로 확인되었다. 연구 결과 pH 4 이상에서는 평균 99.
- Ca(OH)2의 경우도 CaCl2와 마찬가지로 반응시간에 따른 영향은 없는 것으로 나타났다. 그러나 수분 함량의 경우 20, 40, 60, 120및 180 min의 범위에서 각각 83.0%, 73.0%, 56.0%, 50.0%및 36.0%로 반응시간이 길어질수록 침전물의 함수율이 감소하는 것을 알 수 있었다. 또한 Ca(OH)2의 경우 반응 후 1시간까지는 pH의 변동이 컸으나 그 이후부터는 pH의 변화가 거의 일어나지 않고 안정적으로 유지되는 것을 확인할 수 있었다.
- 즉 CO2의 농도가 증가하면 칼슘이온과 결합하여 CaCO3가 형성되기 때문에, CaF2 반응에 방해를 받는 것이라고 보고하였다. 따라서 Ca(OH)2로 불소를 처리할 때 강산이나 강염기의 범위를 피하여 반응조건을 적용하는 것이 필요한 것으로 보이며, 불소이외의 다른 이온이 없는 경우라면 광범위한 pH 범위(pH 4~10)에서 적절한 값을 선정하여도 무방할 것으로 판단된다. 본 연구에서는 CaCl2의 경우에서 같이 방류수의 pH가 중성범위인 것을 감안하여 pH 7을 최적의 pH로 결정하여 이후의 시험에 적용하였다.
- 칼슘의 주입량이 30 mL/L인 지점에서부터 불소의 제거 효율이 급격히 좋아졌으며 CaCO3의 주입량이 증가할수록 거품이 다량 발생하여 반응에 어려움이 있었다. 따라서 CaCO3을 이용하여 불소를 처리 할 때 30 mL 이상 주입 하는 것이 처리효율이 좋은 것으로 확인되었으며 그 이상의 범위에서는 제거 효율 면에서는 약간 상승하지만 거품 발생으로 인해 반응에 어려움이 따르는 것으로 나타났다. 또한 CaCO3를 칼슘원으로 사용할 때 앞서 언급한 CaCl2와 Ca(OH)2보다 불소의 제거 효율이 낮은 것으로 나타났으며, 본 연구에서는 CaCO3로 반응 시 최적 주입량은 30 mL/L로 하였다.
- 0%로 반응시간이 길어질수록 침전물의 함수율이 감소하는 것을 알 수 있었다. 또한 Ca(OH)2의 경우 반응 후 1시간까지는 pH의 변동이 컸으나 그 이후부터는 pH의 변화가 거의 일어나지 않고 안정적으로 유지되는 것을 확인할 수 있었다. 반응 시간이 길어지면 침전물의 탈수 비용이 절약되는 반면 동력비가 많이 예상되므로 Ca(OH)2를 칼슘원으로 이용할 때 기존대로 1시간을 최적의 반응시간으로 결정하였다.
- 따라서 CaCO3을 이용하여 불소를 처리 할 때 30 mL 이상 주입 하는 것이 처리효율이 좋은 것으로 확인되었으며 그 이상의 범위에서는 제거 효율 면에서는 약간 상승하지만 거품 발생으로 인해 반응에 어려움이 따르는 것으로 나타났다. 또한 CaCO3를 칼슘원으로 사용할 때 앞서 언급한 CaCl2와 Ca(OH)2보다 불소의 제거 효율이 낮은 것으로 나타났으며, 본 연구에서는 CaCO3로 반응 시 최적 주입량은 30 mL/L로 하였다.
- Ca(OH)2의 경우 불소의 제거 효율 면에서는 차이가 없었으나, 반응 시간이 길수록 수분함량이 감소하였다. 또한 CaCO3의 경우 시간이 증가함에 따라 불소의 잔류농도가 계속 감소하였고, 수분함량의 경우 상당량 감소하였다. 그러나 탈수 비용을 절약하기 위해 반응 시간을 증가시키면 동력비가 많이 예상되어 각각의 칼슘원에 따라 적당한 범위인 1시간으로 결정하였다.
- Ca(OH)2와 마찬가지로 교반 강도가 증가할수록 함수율이 소폭 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 또한 교반 강도가 증가할수록 반응 시 생성된 침전물의 높이가 감소하는 경향을 보였다. 즉 불소 제거에 있어서 교반강도에 따른 영향은 미미한 것으로 나타났으나 슬러지 생성량 및 함수율에는 영향을 미치는 것으로 나타났다.
- 0 mg/L로 불소의 잔류 농도가 서서히 감소하였다. 또한 수분함량은 각각 63.0%, 59.0%, 40.0%, 22.0% 및 7.3%로 반응 시간이 길어질수록 함수율이 상당량 감소하는 것을 확인하였다. 또한 앞에서 확인한 CaCl2와 Ca(OH)2와 다르게 반응 시간 내내 pH의 변화가 커서 pH가 계속 증가하였다.
- 반응 시간이 길어지면 침전물의 탈수 비용이 절약되는 반면 동력비가 많이 예상되므로 Ca(OH)2를 칼슘원으로 이용할 때 기존대로 1시간을 최적의 반응시간으로 결정하였다. 마지막으로 CaCO3의 경우 반응 시간이 길수록 불소의 제거효율이 증가하는 것으로 나타났다. 20, 40, 60, 120및 180 min의 반응시간에서 잔류 불소의 농도는 각각 75.
- 마지막으로 CaCO3의 경우 잔류 불소 농도가 평균 43.8 mg/L (±3.6)로 평균 98.9%의 제거 효율이 확인되었고, 수분함량은 각각의 범위에서 46.0, 41.0, 34.0, 38.0 및 37.0%였다.
- 반응 결과 CaCl2을 칼슘원으로 사용할 경우 잔류 불소 농도가 전 범위에서 평균 30.6 mg/L (±2.9) 로 평균 99.3%의 제거 효율이 확인되었고, 수분 함량도 전 범위에서 평균 76.0%였다.
- 본 연구에 사용된 모든 폐수는 고농도 불소함유 폐수를 배출하는 G 전자회사의 폐수로 불소(F-)의 농도가 4,126 mg/L, TCOD와 SCOD는 각각 76.62 mg/L, 59.91 mg/L였으며, pH 는 2.67로 부식성 및 유해성이 강한 산성을 띠고 있었다. 구체적인 조성은 Table 1에 나타내었다.
- CaCl2의경우 수분함량의 차이도 미미하였지만, Ca(OH)2와 CaCO3경우 교반속도가 증가함에 따라 수분함량이 소폭씩 감소하고, 반응 시 생성되는 침전물의 양이 증가하는 것을 확인할 수있었다. 본 연구에서는 최적의 교반속도를 200 rpm (G=275 s-1)으로 결정하였는데 고농도 불소함유 폐수처리에 있어 교반속도는 큰 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다.
- 1%이었다. 수분함량은 전 범위에서 평균 37.0%로 확인되었다. 칼슘의 주입량이 30 mL/L인 지점에서부터 불소의 제거 효율이 급격히 좋아졌으며 CaCO3의 주입량이 증가할수록 거품이 다량 발생하여 반응에 어려움이 있었다.
- 0%였다. 실험 결과, 0.4[Ca2+] / [F-](mol / mol) 인 시점부터 불소의 잔류 농도가 급격히 감소하는 것으로 확인되었다. 따라서 CaCl2를 이용하여 불소를 제거할 때 0.
- 그러나 본 연구에서 사용된 폐수에는 질소와 인은 존재하지 않고 불소만 존재하므로 최적의 pH 범위인 4는 물론 그 이상에서도 동일한 효율을 나타내는 것으로 확인되었다. 연구 결과 pH 4 이상에서는 평균 99.5% 이상의 제거효율을 나타내어 강산성 범위를 제외하고는 pH의 영향을 거의 받지 않는 것을 알 수 있었다. 따라서 반응시 최적의 pH는 방류수질 기준의 pH가 중성인 것을 감안하여 중성범위인 pH 7로 결정하였다.
- 4 mg/L였다. 전반적으로 pH 4 이상에서는 불소의 제거율이 평균 99.5%를 나타냈으며 함수율의 경우에도 전 시험범위에서 평균 72.0%로 일정하게 나타났다. 불소는 강산 영역에서는 HF 및 H2F2의 형태로 존재하지만 pH의 증가에 따라 불소 이온으로 해리되는 것으로 보고되고 있다.
- 또한 교반 강도가 증가할수록 반응 시 생성된 침전물의 높이가 감소하는 경향을 보였다. 즉 불소 제거에 있어서 교반강도에 따른 영향은 미미한 것으로 나타났으나 슬러지 생성량 및 함수율에는 영향을 미치는 것으로 나타났다. 따라서 이러한 점을 고려하여 본 연구에서는 교반강도를 200 rpm (G=275 s-1)으로 결정하였다.
후속연구
- 이 경우 불소만 단독으로 있을 때 보다는 효율이 떨어지는 현상이 발생된다는 문제점을 안고 있었다. 본 연구는 고농도의 불소만 단독으로 존재하는 폐수를 대상 폐수로 하였기 때문에 김 등11)의 연구와 차별화가 있으며 따라서 본 연구는 기존의 연구결과 보다 더 높은 효율을 보게 될 것으로 예상된다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.