[논문]전해처리법에 의한 탈황폐수 중의 COD 및 총 질소 제거

차고은; 노다지; 서정현; 임준혁; 이태윤; 이제근

doi:10.5322/jesi.2013.22.9.1073

Abstract ▼ AI-Helper

This paper presents the results of the electrochemical treatment of chemical oxygen demand(COD) and total nitrogen(T-N) compounds in the wastewater generated from flue gas desulfurization process by using a lab-scale electrolyzer. With the increase in the applied current from 0.6 Ah/L to 1.2 Ah/L, t...

This paper presents the results of the electrochemical treatment of chemical oxygen demand(COD) and total nitrogen(T-N) compounds in the wastewater generated from flue gas desulfurization process by using a lab-scale electrolyzer. With the increase in the applied current from 0.6 Ah/L to 1.2 Ah/L, the COD removal efficiency rapidly increases from 74.5% to 96%, and the T-N removal efficiency slightly increases from 37.2% to 44.9%. Therefore, it is expected that an electrochemical treatment technique will be able to decrease the amount of chemicals used for reducing the COD and T-N in wastewater of the desulfurization process compared to the conventional chemical treatment technique.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

따라서 본 연구에서는 lab-scale 전해장치를 이용하여 전해처리법에 의한 탈황폐수 중의 COD 및 T-N 처리성능을 파악하기에 앞서, 약품주입법과 전해처리법에 의한 탈황폐수 처리성능을 비교 검토하였다. 또한, 전해처리법에서 공급전류량(Ah/L)변화에 따른 COD 및 T-N 제거 특성을 파악하였다.
그러나, 약품주입법에서는 NaOCl를 주입하고, 전해처리법에서는 전류공급량에 따른 일정량의 HOCl 이 생성됨으로 약품주입법과 전해처리법에서 COD 제거성능을 비교하기 위해서는 NaOCl/COD 또는 HOCl/COD 질량비 중의 하나로 통일할 필요가 있다. 따라서 본 연구에서는 전해처리법에서 생성된 HOCl 양을 NaOCl로 환산하여 NaOCl/COD 질량비에 따른 COD 제거효율로 나타내어 성능을 비교하고자 한다.
2에서 보는 바와 같이 탈황폐수의 초기 COD 농도는 154 mg/L로 나타났으며, NaOCl/COD 질량비가 증가, 즉 초기 COD 농도에 대한 NaOCl 주입량의 비가 증가할수록 COD가 많이 제거됨을 볼 수 있다. 본 연구에서는 탈황폐수 내 COD 농도를 10 ppm 이하로 저감시키는 것을 목표치로 설정하였는데, 이 목표치를 달성하기 위해서는 NaOCl/COD 질량비를 20 정도로 유지하면 가능할 것으로 판단된다.

제안 방법

그러나 전해처리법에 의한 COD 제거는 전극 표면에서의 직접 산화와 더불어 탈황 폐수 내에 존재하는 염소이온으로부터 HOCl을 발생시켜 간접적으로 산화시키는 방법에 의하여 제거된다. 따라서, 본 연구에서는 약품주입법 중 NaOCl을 산화제로 이용하는 방법을 선택하였다.
)에 의해 분석하였고, T-N은 분석용 kit(HACH, DR 2700 Spectrophotometer)를 이용하여 분석하였다. 또한, 용존 중금속은 Inductively coupled plasma mass spectrometer (Perkin Elmer, Elan 6100)을 이용하여 분석하였다.
따라서 본 연구에서는 lab-scale 전해장치를 이용하여 전해처리법에 의한 탈황폐수 중의 COD 및 T-N 처리성능을 파악하기에 앞서, 약품주입법과 전해처리법에 의한 탈황폐수 처리성능을 비교 검토하였다. 또한, 전해처리법에서 공급전류량(Ah/L)변화에 따른 COD 및 T-N 제거 특성을 파악하였다.
약품주입법에서 COD 제거실험은 1 L비커에 탈황 폐수 500 ml 씩을 취한 후 NaOCl/COD 질량비가 0에서 20이 되도록 NaOCl을 각각 주입(NaOCl/COD mass ratio에 따라 500 ml 시료 당 NaOCl을 0, 154, 308, 462, 616, 770, 924, 1,078, 1,232, 1,386, 1,540 mg)하고 일정한 교반속도에서 30분간 반응시킨 후에 이에 따른 COD 저감특성을 보았다.
약품주입법에서 얻은 결과를 토대로 전해처리법에서 10 A의 전류를 일정 기간동안 공급하였을 때 이론적으로 생성되는 HOCl량을 근거로 하여 공급전류량 (Ah/L)변화에 따른 탈황폐수 내의 COD 농도변화를 각각 측정하여, 그 결과를 Fig. 3에 나타내었다. 그림에서 보면 약품주입법과 유사하게 공급전류량이 증가 할수록 COD 농도는 감소함을 알 수 있으며, 초기 COD 농도가 154 ppm을 기준으로 볼 때 공급전류량이 1.
전해시스템의 운전은 먼저 탈황폐수 20 L를 저장조에 넣은 후 정량펌프에 의해 14 L/min의 유속으로 전해반응조 하부로 유입되고, 전해반응조 상부로 유출되어 저장조로 들어가게 되며, 정전류 모드의 전원 장치로부터 10 A의 전류를 공급하여 공급전류량 (Ah/L)변화에 따른 탈황폐수 중의 COD와 T-N의 제거 특성을 조사하였다.
전해처리법에 의해 탈황폐수 중의 COD 및 T-N 제 거성능을 파악하기 위하여 lab-scale 전해처리시스템에서 공급전류량(Ah/L) 변화에 따른 COD 및 T-N 제거 연구를 수행하였으며, 그 결과를 약품주입법과 비교하였다. 약품주입법에서는 초기 COD 농도가 154 ppm인 탈황폐수를 COD 농도 10 ppm이하로 저감시키기 위해서는 NaOCl/COD 질량비가 20 이상이 되도록 NaOCl을 주입하여야 하는 것으로 나타났다.

대상 데이터

본 연구에 사용된 탈황폐수는 H 화력발전소의 습식 배연·탈황공정에서 배출되는 폐수로서, 1차 응집 침전조를 거쳐 1차 반응조로 유입되는 것을 시료로 선정하였고, 그 성상은 Table 1과 같다.
본 연구에서는 전해 운전 중 음극 표면에 생성된 스케일 제거를 위해 (Kraft 등, 1999; Yan 등, 1993) 주기적으로 극성변환을 하기 때문에 양극과 음극의 재질을 모두 티타늄에 IrO₂와 RuO₂가 코팅된 mesh type 전극을 사용하였다. 직류 전원장치(DC 30 V × 30 A)은 정전류 모드로 운전되며, 10분 간격으로 양극과 음극의 극성이 주기적으로 전환된다.

이론/모형

탈황폐수 중의 COD는 Standard Methods(APHA, 2005)의 산성-과망간산칼륨법(COD_Mn)에 의해 분석하였고, T-N은 분석용 kit(HACH, DR 2700 Spectrophotometer)를 이용하여 분석하였다. 또한, 용존 중금속은 Inductively coupled plasma mass spectrometer (Perkin Elmer, Elan 6100)을 이용하여 분석하였다.

성능/효과

Fig. 2에서 보는 바와 같이 탈황폐수의 초기 COD 농도는 154 mg/L로 나타났으며, NaOCl/COD 질량비가 증가, 즉 초기 COD 농도에 대한 NaOCl 주입량의 비가 증가할수록 COD가 많이 제거됨을 볼 수 있다. 본 연구에서는 탈황폐수 내 COD 농도를 10 ppm 이하로 저감시키는 것을 목표치로 설정하였는데, 이 목표치를 달성하기 위해서는 NaOCl/COD 질량비를 20 정도로 유지하면 가능할 것으로 판단된다.
약품주입법에서는 초기 COD 농도가 154 ppm인 탈황폐수를 COD 농도 10 ppm이하로 저감시키기 위해서는 NaOCl/COD 질량비가 20 이상이 되도록 NaOCl을 주입하여야 하는 것으로 나타났다. 그러나 전해처리법에서는 약품주입법과 동일하게 초기 COD 농도 154 ppm을 10 ppm 이하로 저감하기 위해서는 공급전류량을 1.2 Ah/L정도 공급하면 가능하였고, 이를 이론적 NaOCl생성량으로 계산하였을 때 약품주입법보다 훨씬 낮은 NaOCl/COD 질량비인 10.836에서 약품주입법과 유사한 COD 제거효율을 보였다. 또한 전해처리법에서는 COD 뿐만 아니라 T-N도 상당량 제거할 수 있었다.
5에 나타냈다. 그림에서 보는 바와 같이 공급전류량이 0.6 Ah/L에서 1.2 Ah/L로 증가할수록 COD 제거율은 75.2%에서 96.6%로 가파르게 상승하나, 동일한 공급전류량 조건에서 T-N 제거율은 37.2%에서 44.9%정도로 완만하게 증가함을 볼 수 있다.

후속연구

따라서 탈황폐수 내에 존재하는 T-N의 제거효율을 높일 수 있는 전해처리법의 개발이 이루어져야 할 것으로 생각된다.
현시점에서 탈황폐수 처리공정에 문제점인 공정의 복잡성, 고가의 약품비용, 관리의 어려움 등을 고려한 고효율의 경제적인 처리법으로 전해처리법이 적절한 것으로 판단되는데, 전해처리법은 폐수 중의 COD 유발물질을 전극 표면에서의 직접산화와 동시에 전해반응에서 생성된 HOCl에 의한 간접산화에 의해서도 처리되기 때문에 화학약품 처리법에 비해 COD 제거효율이 높고 처리시간이 짧아진다고 보고되고 있다 (Chiang 등, 1995; Mendia, 1982). 또한, 탈황폐수 내에는 많은 양의 Cl을 함유하고 있어, 전해처리법을 적용할 경우 Cl를 제공하기 위해 추가 주입되는 화학약 품의 사용량 절감(Feng 등, 2003)이 가능하여 탈황폐수 처리비용을 크게 줄일 수 있을 것으로 예상된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	탈황폐수 중 COD 성분은 크게 무엇으로 분류되는가?	화력발전소에서 배출되는 탈황폐수는 일반적인 발 전폐수에 비해 발생량은 적으나 화학적 산소 요구량 (Chemical Oxygen Demand, COD), 총 질소(Total Nitrogen, T-N), 중금속 등의 함유량이 매우 높다. 탈황폐수 중 COD 성분은 크게 NS-COD, 디티온산 이온(S2O62-)에 의한 COD, CaCO3-COD, 유기물질에 의한 COD 등으로 분류되는데, 이중 NS-COD는 연소가스 중의 NO2와 SO2가 흡수탈황공정에서 반응하여 생 성된 물질로서, 다른 COD 유발물질에 비해 상당히 안정하여 쉽게 분해되지 않는 난분해성 물질이라 보고 되고 있다(Gutberlet 등, 1996).
	전해처리법에 의해 탈황폐수 중의 COD 및 T-N 제 거성능을 파악하기 위해 lab-scale 전해처리시스템에서 공급전류량(Ah/L) 변화에 따른 COD 및 T-N 제거 연구를 수행하여 약품주입법과 비교한 결과는?	전해처리법에 의해 탈황폐수 중의 COD 및 T-N 제 거성능을 파악하기 위하여 lab-scale 전해처리시스템에서 공급전류량(Ah/L) 변화에 따른 COD 및 T-N 제거 연구를 수행하였으며, 그 결과를 약품주입법과 비교하였다. 약품주입법에서는 초기 COD 농도가 154 ppm인 탈황폐수를 COD 농도 10 ppm이하로 저감시키기 위해서는 NaOCl/COD 질량비가 20 이상이 되도록 NaOCl을 주입하여야 하는 것으로 나타났다. 그러나 전해처리법에서는 약품주입법과 동일하게 초기 COD 농도 154 ppm을 10 ppm 이하로 저감하기 위해서는 공급전류량을 1.2 Ah/L정도 공급하면 가능하였고, 이를 이론적 NaOCl생성량으로 계산하였을 때 약품주입법보다 훨씬 낮은 NaOCl/COD 질량비인 10.836에서 약품주입법과 유사한 COD 제거효율을 보였다. 또한 전해처리법에서는 COD 뿐만 아니라 T-N도 상당량 제거할 수 있었다.
	전해처리법의 특징은?	현시점에서 탈황폐수 처리공정에 문제점인 공정의 복잡성, 고가의 약품비용, 관리의 어려움 등을 고려한 고효율의 경제적인 처리법으로 전해처리법이 적절한 것으로 판단되는데, 전해처리법은 폐수 중의 COD 유발물질을 전극 표면에서의 직접산화와 동시에 전해반응에서 생성된 HOCl에 의한 간접산화에 의해서도 처리되기 때문에 화학약품 처리법에 비해 COD 제거효율이 높고 처리시간이 짧아진다고 보고되고 있다 (Chiang 등, 1995; Mendia, 1982). 또한, 탈황폐수 내에는 많은 양의 Cl을 함유하고 있어, 전해처리법을 적용할 경우 Cl를 제공하기 위해 추가 주입되는 화학약 품의 사용량 절감(Feng 등, 2003)이 가능하여 탈황폐 수 처리비용을 크게 줄일 수 있을 것으로 예상된다.

참고문헌 (11)

Chiang, Li-Choung, Chang, Juu-En, Wen, Ten-Chin. Indirect oxidation effect in electrochemical oxidation treatment of landfill leachate. Water research, vol.29, no.2, 671-678.

상세보기
Feng, Chuanping, Sugiura, Norio, Shimada, Satoru, Maekawa, Takaaki. Development of a high performance electrochemical wastewater treatment system. Journal of hazardous materials, vol.103, no.1, 65-78.

상세보기
J. Hazard. Mater. 174 864 2009
Koparal, A.Savaş, Öğütveren, Ülker Bakir. Removal of nitrate from water by electroreduction and electrocoagulation. Journal of hazardous materials, vol.89, no.1, 83-94.

상세보기
Kraft, A., Blaschke, M., Kreysig, D., Sandt, B., Schröder, F., Rennau, J.. Electrochemical water disinfection. Part II: Hypochlorite production from potable water, chlorine consumption and the problem of calcareous deposits. Journal of applied electrochemistry, vol.29, no.8, 895-902.

상세보기
10.1149/1.2095900
Water Res 14 331 1982
Paidar, M., Roušar, I., Bouzek, K.. Electrochemical removal of nitrate ions in waste solutions after regeneration of ion exchange columns. Journal of applied electrochemistry, vol.29, no.5, 611-617.

상세보기
Rajkumar, D., Palanivelu, K.. Electrochemical treatment of industrial wastewater. Journal of hazardous materials, vol.113, no.1, 123-129.

상세보기
Rajkumar, D., Song, B.J., Kim, J.G.. Electrochemical degradation of Reactive Blue 19 in chloride medium for the treatment of textile dyeing wastewater with identification of intermediate compounds. Dyes and pigments : an international journal, vol.72, no.1, 1-7.

상세보기
10.1149/1.2056150

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

LOADING...

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

전해처리법에 의한 탈황폐수 중의 COD 및 총 질소 제거
Electrochemical Treatment of COD and T-N in Wastewater from Flue Gas Desulfurization Process 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

이론/모형

성능/효과

후속연구

질의응답

참고문헌 (11)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

연구과제 타임라인

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

연관된 기능

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

전해처리법에 의한 탈황폐수 중의 COD 및 총 질소 제거 Electrochemical Treatment of COD and T-N in Wastewater from Flue Gas Desulfurization Process 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

이론/모형

성능/효과

후속연구

질의응답

참고문헌 (11)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

노다지 (1) 임준혁 (25) 이태윤 (40) 이제근 (25)

연구과제 타임라인

전체(0) 논문(0) 특허(0) 보고서(0)

전체(0) 논문(0) 특허(0) 보고서(0)

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

연관된 기능

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

전해처리법에 의한 탈황폐수 중의 COD 및 총 질소 제거
Electrochemical Treatment of COD and T-N in Wastewater from Flue Gas Desulfurization Process 원문보기

AI 본문요약
AI-Helper