[논문]석회석 분체를 이용한 녹조 제거

허재훈; 최영훈; 안지환

석회석 분체를 이용한 녹조 제거 원문보기

세라미스트 = Ceramist, v.18 no.3, 2015년, pp.80 - 88

허재훈 (한일시멘트) , 최영훈 (대성엠디아이) , 안지환 (한국지질자원연구원)

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문제 정의

본 연구에서는 녹조 제거제로 사용될 수 있는 생석회의 고온에서의 온도변화에 따른 탈탄산화 반응 및 치밀화에 따른 결정립의 변화, 고품위 생석회 미분특성, 비표면적이 높은 소석회의 제조 방법 등을 소개하였다. 세종보에서 채취한 녹조 오염수에서의 부영양화 실험결과들을 소개하였고 충주호에서 채취한 녹조 오염수에서의 활성탄을 포함한 석회석 첨가에 따른 pH 변화 및 COD 변화에 따른 실험들을 진행하여 석회석의 녹조에 대한 우수한 성능들을 평가하고 녹조의 사멸 및 불쾌한 가스 제거 메커니즘을 화학반응식을 통해 증명하였다.
충남 세종시 금강 세종보에서 채취한 녹조 오염수를 통해 녹조에 대한 기본적인 정보들을 얻기 위해 실험을 실시하였다. Fig.

제안 방법

결정질에서는 치밀질 석회석과는 달리 900℃ 이상의 온도에서도 백색을 유지하였다. 결정질의 특성에 의해 재탄산화 반응이 억제되는 것으로 생각되며, SEM을 통해 온도의 변화에 따른 표면변화를 자세히 관찰하였다.
8에 결과를 나타내었다.먼저 시료를 100 ml씩 채취하여 각각의 시료에 1g의 칼슘화합물 (탄산칼슘, 산화칼슘, 수산화칼슘, 황산칼슘, 활성탄 및 탄산마그네슘)을 넣은 후 시간에 따른 pH 변화를 측정하고 pH가 안정화된 이후의 COD량을 비교하여 나타내었다.
상기 열분석 결과를 바탕으로 생석회의 질량 변화가 급속히 일어나는 온도 주변(Fig. 4, 800℃, 850℃, 900℃, 950℃, 또는 1,000℃)에서 12시간 동안 소성한 이후의 표면구조를 관찰하였다. 치밀질 석회석(Fig 4(a))의 800 ℃에서는 겉 표면 부분만의 탈탄산화가 예상되었다.
본 연구에서는 녹조 제거제로 사용될 수 있는 생석회의 고온에서의 온도변화에 따른 탈탄산화 반응 및 치밀화에 따른 결정립의 변화, 고품위 생석회 미분특성, 비표면적이 높은 소석회의 제조 방법 등을 소개하였다. 세종보에서 채취한 녹조 오염수에서의 부영양화 실험결과들을 소개하였고 충주호에서 채취한 녹조 오염수에서의 활성탄을 포함한 석회석 첨가에 따른 pH 변화 및 COD 변화에 따른 실험들을 진행하여 석회석의 녹조에 대한 우수한 성능들을 평가하고 녹조의 사멸 및 불쾌한 가스 제거 메커니즘을 화학반응식을 통해 증명하였다.
온도가 증가함에 따라 지속적으로 흡열반응이 진행되었고 700 ℃에서 급격한 변화를 보이다가 850℃ 근처에서 가장 강한 흡수 피크가 관찰되었다. 이는 CO₂의 제거로 인한 탈탄산화 반응 때문인 것으로 보고되어 있으며 광학 및 전자현미경을 통해 온도에 따른 표면변화를 구체적으로 관찰하였다.
채취한 생석회 원석샘플(Fig. 3, 좌측 아래 첨부사진 참조) 중 치밀질의 구조를 대표적으로 선택하여 온도에 따른 중량 감소에 대한 변화(우, TG)와 발열-흡열 특성에 따른 열분해 거동(좌, DTA)을 측정하였다.

대상 데이터

또한, 여름철 단양군 일대의 식수로 사용되고 있는 한강 하류 장회 나루 충주호에서 샘플을 채취(2015년 8월21일)하였다. 기본적인 pH 및 화학적 산소요구량(COD)변화 등의 정보를 얻었으며 Fig.
국내 석회석 (백운석, 대리석 포함)의 매장량은 약 58억 톤으로 풍부한 편이고 이 중 90%가 강원도에 부존되어있다. 본 실험에서 사용된 대표 시료로서의 생석회 원석은 충북 제천시의 갑산층에서 채취하였다. 원석(크기, 19~31mm)의 성분을 파악하기 위하여 XRF 분석을 실시하였으며 Table 5에 나타낸 것과 같이 불순물의 합이 0.

성능/효과

COD는폐수(또는 식수)의 유기물 함유도를 간접적으로 나타내는 중요한 지표로서 화학적으로 산화 가능한 유기물을 산화시키기 위한산소 요구량을 말한다. Fig. 8(b)와 같이 과망간산칼륨법(COD_Mn) 분석을 통해 충주호 채수 내 COD 농도를 측정한 결과Activated Carbon, Ca(OH)₂가 유기물을 산화하기 위한 산소요구량이 가장 낮은 것으로 나타났다. 일반적으로 Ca(OH)₂는 높은 pH와 더불어 발열반응으로 인해 박테리아 등의 미생물의 생육이 억제되며 유기물의 부패에 의한 냄새(H₂S 가스 비휘발성화) 등을 제거하는 효과가 있는 것으로 보고되어 있다.
미세구조의 변화가 심했던 치밀질 석회석 분말에서는 수화반응에서의 기공이 가장 많이 발달된 시편(900℃)의 수화 반응 속도(최고 온도까지의 기울기)가 가장 빠른 것을 확인할 수 있었다. 치밀화(밀도 증가)가 진행(950℃이상)된 후에는 수화 반응 속도가 느려졌다.
비교를 위해 활성탄 및 Mg화합물도 함께 측정했는데 MgO 수화의 경우에는 pH 10.7 정도에서 안정화됨을 알 수 있었다.
영양 물질을 투여 후 5일 경과한 샘플에서는 부영영화가 미생물과 함께 진행되면서 생기는 악취로 달걀 썩는 냄새(H2S 가스로 추정)가 나면서 플라스틱 통이 부풀어 올랐고, 3일 경과한 샘플은 혼탁도 상승이 관찰되고 생물의 사멸은 관찰되지 않았으나, 무영영화 샘플에서는 바닥에 검은색 녹조 생물의 사체들이 가라앉아 있음이 확인되었다.
본 실험에서 사용된 대표 시료로서의 생석회 원석은 충북 제천시의 갑산층에서 채취하였다. 원석(크기, 19~31mm)의 성분을 파악하기 위하여 XRF 분석을 실시하였으며 Table 5에 나타낸 것과 같이 불순물의 합이 0.5% 미만인 고품위 CaO원석임을 확인할 수 있었다. 보통 CaO(또는 CaCO₃)의 함량이 52%(또는 CaCO₃ 95%)이상인 석회암을 고품위 석회석으로 분류하고 있으며 비교적 부가가치가 높은 산업에 이용된다.
8(a)는 각 시료의 첨가에 따른 채취한 물의 pH의 변화를 시간에 따라 나타낸 것이다. 충주호에서 채취한원 시료의 pH는 8.2의 약알카리성을 나타내었으며 각각의 시료를 1g씩 넣어서 pH의 변화량을 측정하였을 때 각각의 시료에 따라 다양한 pH값에서 안정화되는 경향을 보였다. 특히 CaO/ Ca(OH)₂는 30초 내에 가장 급격하게 상승하다가 pH 13 근처에서 안정화되었다.
5는 생석회의 열분해 과정 중 질량 변화가 급속히 일어나는 각각의 온도(800℃, 850℃, 900℃, 950℃, 또는 1000℃) 에서 12시간 동안 소성한 이후의 SEM 면 사진을 나타낸 것이다. 치밀질 석회석은 800℃에서는 작은 결정립(grain)들이 많이 분포하다가 온도가 증가할수록 조립화되어 grain의 크기가 증가하는 것을 확인할 수 있다. 치밀질 석회석의 800℃ 표면은 작은 결정립들 사이로 많은 공극이 존재하며, 850℃에서 치밀화가 일어나는 것을 확인할 수 있다.
치밀질 석회석은 800℃에서는 작은 결정립(grain)들이 많이 분포하다가 온도가 증가할수록 조립화되어 grain의 크기가 증가하는 것을 확인할 수 있다. 치밀질 석회석의 800℃ 표면은 작은 결정립들 사이로 많은 공극이 존재하며, 850℃에서 치밀화가 일어나는 것을 확인할 수 있다. 결정 사이의 공간이 크면 소성 과정 동안에 CO₂ 가스가 쉽게 빠져나갈 수 있는 통로를 제공할 수 있고 치밀화가 일어나면서 전체 부피의 감소가 일어날 것이다.

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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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