[논문]Na2S를 이용한 EDTA 토양세척수로부터의 중금속 분리

오상화; 신원식

doi:10.7857/jsge.2015.20.7.103

Na2S를 이용한 EDTA 토양세척수로부터의 중금속 분리
Separation of Heavy Metals from Metal-EDTA in Spent Soil Washing Solution by using Na2S 원문보기

지하수토양환경 = Journal of soil and groundwater environment, v.20 no.7, 2015년, pp.103 - 111

Abstract ▼ AI-Helper

Soil washing with ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) is highly effective in the remediation of soils contaminated with heavy metals. The EDTA recycling process is a requisite for reducing the operating cost. The applicability of Na2S addition on the precipitation of heavy metals from the spent soil washing solution and thereby recycling of EDTA was investigated. Addition of Na2S into the single metal-EDTA and the mixed metal-EDTA solutions ([Na2S]/[metal-EDTA] ratio = 30, reaction time = 30 min and pH = 7~9) was highly effective in the separation of Cu and Pb from metal-EDTA complexes, but not for Ni. The Zn removal efficiency varied with pH and slightly increased upto 40% as the reaction time increased from 0 to 240 min which was longer than those for Cu and Pb. Ca(OH)2 was subsequently added to induce further precipitation of Zn and Ni and to reduce the Na2S dose. At the [Na2S]/[metal-EDTA] ratio of 10, the removal efficiencies of all heavy metals excluding Ni were above 98% with the dose of Ca(OH)2 at 0.002, 0.006 and 0.008 g into 100 mL of Cu-, Pb- and Zn-EDTA solutions, respectively. However, Ca(OH)2 addition was not effective for Ni-EDTA solution. A further research is needed to improve metal removal efficiency and subsequent EDTA recycling for the real application in field-contaminated soils.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

따라서, 본 연구에서는 중금속-EDTA 토양 세척수로부터 중금속을 침전 분리하고 EDTA를 회수하기 위한 기초 연구를 수행하였다. Cu, Pb, Zn, Ni의 4종의 중금속을 대상으로 EDTA와의 착물형성과 Na2S를 주입한 경우에 대하여 모델해석을 수행하였으며, 이를 토대로 각각의 단일 중금속-EDTA(Metal-EDTA)과 복합 중금속-EDTA(Σ Metal-EDTA) 조건에서의 Na2S 주입에 따른 중금속 침전 효과를 분석하였다.
EDTA는 뛰어난 킬레이트 세척제로 다양한 중금속과의 강력한 결합으로 인하여 높은 세척효율성을 가지고 있다. 본 연구에서는 Na2S와 Ca(OH)2의 주입을 통하여 단순하고 쉽게 중금속-EDTA 착물로부터 중금속을 회수하고 EDTA를 재활용하기 위하여 여러 조건에서의 연구를 수행하여 다음과 같은 결론을 얻었다.

가설 설정

본 연구에서는 Cu, Pb, Zn, Ni 등을 함유한 토양에 EDTA로 토양세척할 경우를 가정하여 세척수의 pH에 따른 각 중금속과 EDTA의 존재형태를 MINEQL+4.5를 이용하여 모의하였다. 모든 중금속 농도는 0.

제안 방법

125 mL 유리 삼각플라스크에 중금속-EDTA 용액 50 mL를 넣고, 자석 교반기로 60 rpm의 속도로 교반하면서 0.05M Na2S를 천천히 정량펌프를 사용하여 주입하면서 metal sulfide의 침전유무를 확인하였다. 중금속-EDTA와 Na2S의 주입 비율은 Pb의 경우, 9~28 mol/mol(Na2S/Pb-EDTA) 범위이었으며, Ni은 11~32mol/mol(Na2S/Ni-EDTA), Cu는 11~34 mol/mol(Na2S/Cu-EDTA), Zn은 12~35 mol/mol(Na2S/Zn-EDTA) 범위였다.
2) 실 토양 세척수의 경우 중금속-EDTA가 존재하므로 인공적으로 제조한 복합 중금속 세척폐수를 대상으로 Na2S 주입하여, 반응시간별로 중금속 처리효율을 조사하였다. Cu-EDTA의 경우 pH에 관계없이 30분이내의 짧은 반응시간으로도 대부분 처리되었으며, Pb-EDTA의 경우 반응시간을 120분으로 할 경우 대부분 처리되었다.
따라서, 본 연구에서는 중금속-EDTA 토양 세척수로부터 중금속을 침전 분리하고 EDTA를 회수하기 위한 기초 연구를 수행하였다. Cu, Pb, Zn, Ni의 4종의 중금속을 대상으로 EDTA와의 착물형성과 Na2S를 주입한 경우에 대하여 모델해석을 수행하였으며, 이를 토대로 각각의 단일 중금속-EDTA(Metal-EDTA)과 복합 중금속-EDTA(Σ Metal-EDTA) 조건에서의 Na2S 주입에 따른 중금속 침전 효과를 분석하였다. 또한, Na2S 주입에 의한 중금속 침전을 최대화하기 위한 pH, 반응시간 등 최적 운전조건을 도출하였다.
, USA)를 이용하여 중금속 농도를 측정하였다. Na2S 주입 전/후 시료내 중금속 농도 차이를 이용하여 Na2S 주입량대비 중금속 제거 효율과의 관계를 비교하고 이를 토대로 최적 반응조건을 도출하였다.
인공 폐수는 모두 4가지의 중금속-EDTA(Pb-, Zn-, Cu- and Ni-EDTA)를 제조하여 사용하였으며, Pb-, Zn-, Cu-, Ni-EDTA 용액은 Lo and hang(2005)이 제시한 방법에 따라 중금속과 EDTA의 몰비를 1:1(Zn-, Cuand Ni-EDTA) 또는 1:2(Pb-EDTA)로 하여 제조하였다. Pb-EDTA 용액은 0.025M EDTA 용액 21.6 mL와 1.6g/L의 Pb(NO3)2 용액 56.0 mL을 혼합한 후 초순수로 1,000 mL로 희석하여 준비하였으며, Zn-EDTA, Cu-EDTA, Ni-EDTA도 각각 2.9 g/L의 Zn(NO3)2 용액 30mL, 6.04 g/L Cu(NO3)2 용액 20 mL, 7.26 g/L Ni(NO3)2 용액 20 mL와 0.025M EDTA 용액을 각각 18.4, 20.0, 20.0 mL 주입하여 교반한 후 1,000 mL로 희석하여 준비 하였다. 모든 용액의 pH는 NaOH를 이용하여 pH 7로 조정하였으며, 추후 실험목적에 따라 HNO3와 NaOH를 이용하여 pH를 조정하여 사용하였다.
Cu, Pb, Zn, Ni의 4종의 중금속을 대상으로 EDTA와의 착물형성과 Na2S를 주입한 경우에 대하여 모델해석을 수행하였으며, 이를 토대로 각각의 단일 중금속-EDTA(Metal-EDTA)과 복합 중금속-EDTA(Σ Metal-EDTA) 조건에서의 Na2S 주입에 따른 중금속 침전 효과를 분석하였다. 또한, Na2S 주입에 의한 중금속 침전을 최대화하기 위한 pH, 반응시간 등 최적 운전조건을 도출하였다.

대상 데이터

으로부터 구매하였다. 또한, 중금속-EDTA 용액을 제조하기 위하여, Pb(NO3)2 (Yakuri, >99%), Zn(NO3)2 (Duksan Co., >99%), Cu(NO3)2 (Duksan Co., >99%), Ni(NO3)2 (Yakuri, >98%)를 각각 구매하여 사용하였다.
본 실험에 사용한 EDTA로는 ethylenediaminetetraacetic acid disodium salt dihydrate(Na2-EDTA, 98%, Daejung Co.)를 사용하였으며 disodium sulfide(Na2S, 98%)는 Duksan Co.으로부터 구매하였다. 또한, 중금속-EDTA 용액을 제조하기 위하여, Pb(NO3)2 (Yakuri, >99%), Zn(NO3)2 (Duksan Co.

데이터처리

1M이 되도록 주입하였다. Na2S 주입량 대비 각 중금속 처리효율 및 복합 중금속 처리효율을 분석하였으며, 이를 단일 중금속-EDTA에 대한 실험 결과와 비교하였다.

이론/모형

인공 폐수는 모두 4가지의 중금속-EDTA(Pb-, Zn-, Cu- and Ni-EDTA)를 제조하여 사용하였으며, Pb-, Zn-, Cu-, Ni-EDTA 용액은 Lo and hang(2005)이 제시한 방법에 따라 중금속과 EDTA의 몰비를 1:1(Zn-, Cuand Ni-EDTA) 또는 1:2(Pb-EDTA)로 하여 제조하였다. Pb-EDTA 용액은 0.

성능/효과

1) 단일 중금속-EDTA 세척폐수에 대한 Na2S 주입 실험에서 Na2S의 주입([Na2S]/[metal-EDTA]≒ 30)은 Cu-EDTA와 Pb-EDTA로부터 Cu와 Pb의 침전에 의한 제거가 가능하며, pH는 7~9에서는 거의 100% 제거가 이루어 졌다. Zn-EDTA는 pH에 따라 처리효율의 변화가 심했으며, 처리효율이 최고 65~70%로 나타나 EDTA의 회수를 위해서는 추가처리가 요구되었다.
3) Na2S의 사용만으로는 모든 중금속의 제거가 어려우므로 추가적으로 Ca(OH)2를 주입하여 처리효율을 개선하고자 하였다. [Na2S]/Σ[metal-EDTA] = 10을 기준으로 하여 100 mL 용액당 0.
2) 실 토양 세척수의 경우 중금속-EDTA가 존재하므로 인공적으로 제조한 복합 중금속 세척폐수를 대상으로 Na2S 주입하여, 반응시간별로 중금속 처리효율을 조사하였다. Cu-EDTA의 경우 pH에 관계없이 30분이내의 짧은 반응시간으로도 대부분 처리되었으며, Pb-EDTA의 경우 반응시간을 120분으로 할 경우 대부분 처리되었다. 그 외의 Zn-EDTA와 Ni-EDTA는 처리시간이 길어짐에 따라 처리효율이 서서히 증가하였으나 전체적으로 처리효율이 각각 40% 미만, 15% 미만으로 나타나 추가공정이 요구됨을 알 수 있었다.
Zn-EDTA는 pH에 따라 처리효율의 변화가 심했으며, 처리효율이 최고 65~70%로 나타나 EDTA의 회수를 위해서는 추가처리가 요구되었다. Ni-EDTA의 경우에는 Na2S 주입의 효과가 미미한 것으로 나타나났다.
1) 단일 중금속-EDTA 세척폐수에 대한 Na2S 주입 실험에서 Na2S의 주입([Na2S]/[metal-EDTA]≒ 30)은 Cu-EDTA와 Pb-EDTA로부터 Cu와 Pb의 침전에 의한 제거가 가능하며, pH는 7~9에서는 거의 100% 제거가 이루어 졌다. Zn-EDTA는 pH에 따라 처리효율의 변화가 심했으며, 처리효율이 최고 65~70%로 나타나 EDTA의 회수를 위해서는 추가처리가 요구되었다. Ni-EDTA의 경우에는 Na2S 주입의 효과가 미미한 것으로 나타나났다.
1 g까지 주입하였다. 그 결과 Cu, Pb, Zn은 적은 투여량(0.008g 이내)으로 대부분 처리할 수 있었으나, Ni의 경우 Ca(OH)2를 0.1 g까지 투여하였지만 처리효율이 증가되지 않았으며 15%를 유지하였다.
Cu-EDTA의 경우 pH에 관계없이 30분이내의 짧은 반응시간으로도 대부분 처리되었으며, Pb-EDTA의 경우 반응시간을 120분으로 할 경우 대부분 처리되었다. 그 외의 Zn-EDTA와 Ni-EDTA는 처리시간이 길어짐에 따라 처리효율이 서서히 증가하였으나 전체적으로 처리효율이 각각 40% 미만, 15% 미만으로 나타나 추가공정이 요구됨을 알 수 있었다.

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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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