[논문]과망간산칼륨을 이용한 용해성 망간 제거: 중탄산염 영향 및 최적조건

이용수; 도시현; 권영은; 홍성호

doi:10.11001/jksww.2016.30.2.207

과망간산칼륨을 이용한 용해성 망간 제거: 중탄산염 영향 및 최적조건
Manganese removal by KMnO4: Effects of bicarbonate and the optimum conditions 원문보기

上下水道學會誌 = Journal of Korean Society of Water and Wastewater, v.30 no.2, 2016년, pp.207 - 213

이용수 (숭실대학교 화학공학과) , 도시현 (숭실대학교 화학공학과) , 권영은 (숭실대학교 화학공학과) , 홍성호 (숭실대학교 화학공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

This study is focused on manganese (Mn(II)) removal by potassium permanganate ($KMnO_4$) in surface water. The effects of bicarbonate on Mn(II) indicated that bicarbonate could remove Mn(II), but it was not effectively. When 0.5 mg/L of Mn(II) was dissolved in tap water, the addition of $KMnO_4$ as much as $KMnO_4$ to Mn(II) ratio is 0.67 satisfied the drinking water regulation for Mn (i.e. 0.05 mg/L), and the main mechanism was oxidation. On the other hand, when the same Mn(II) concentration was dissolved in surface water, the addition of $KMnO_4$, which was the molar ratio of $KMnO_4/Mn(II)$ ranged 0.67 to 0.84 was needed for the regulation satisfaction, and the dominant mechanisms were both oxidation and adsorption. Unlike Mn(II) in tap water, the increasing the reaction time increased Mn(II) removal when $KMnO_4$ was overdosed. Finally, the optimum conditions for the removals of 0.5 - 2.0 mg/L Mn(II) in surface water were both $KMnO_4$ to Mn(II) ratio is 0.67 - 0.84 and the reaction time of 15 min. This indicated that the addition of $KMnO_4$ was the one of convenient and effective methods to remove Mn(II).

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

지표수)에 따른 용해성 망간제거 최적 조건(KMnO₄/Mn(II) 몰비)을 도출하였다. 또한, 고농도 망간 제거 가능성도 확인하였다.
본 연구는 KMnO₄주입에 따른 용해성 망간 제거에 대한 연구로, 우선적으로 중탄산이온(HCO₃^- )에 의한 망간제거영향을 확인하였다. 용매 종류(수돗물 vs.

가설 설정

(2013) 는 지하수에 인위적으로 칼슘 또는 마그네슘을 주입하고 KMnO₄을 이용한 용해성 망간 제거 실험을 수행하여 공존하는 물질에 의해 망간 제거율이 감소함을 관찰하였다. 본 실험에서 적용된 지표수는 수돗물보다 상대적으로 다양한 종류의 이온들이 존재할 것이라는 가정은 적합할 것이며, 따라서 이들이 KMnO₄와 반응하고 용해성 망간의 제거율을 감소시키는 것으로 사료 된다.

제안 방법

45 μm filter (Millipore, Germany)로 여과하였다. 각 용매에 pH 8를 조성하기 위해 중탄산이온의 농도는 40~100 mg/L 사이를 적용 하였고, KMnO₄/Mn(II) 이론적 몰비 성립여부와 다양한 몰비에 따른 제거율 확인을 위해 KMnO₄/Mn(II) 몰 비는 0.17, 0.33, 0.5, 0.67 그리고 1.34를 주입하였다. KMnO₄를 이용한 고농도 용해성 망간(1~2 mg/L)의 제거 실험에서 주입된 KMnO₄/Mn(II) 몰비는 0.
실험은 jar-tester(Samwoo science, Korea)를 이용하여 회분식반응실험(batch test)을 진행하였고 사용된 반응기의 부피는 1 L였다
여과된 액(filtrate)에 잔존하는 망간의 농도는 고주파 유도 결합 플라즈마 (ICP-OES : Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometer, Perkin Elmer, U.S.A)로 분석하였다. 망간 표준범위는 ICP Standards (Inorganic Ventures, U.
)에 의한 망간제거영향을 확인하였다. 용매 종류(수돗물 vs. 지표수)에 따른 용해성 망간제거 최적 조건(KMnO₄/Mn(II) 몰비)을 도출하였다. 또한, 고농도 망간 제거 가능성도 확인하였다.
중탄산이온 영향 및 KMnO4 주입량에 따른 망간 제거 실험은 망간(초기농도: 0.5 mg/L)이 용해된 수돗물과 지표수를 이용하여 실험하였으며, 교반속도는 50 rpm을 유지하였고 특정시간(5, 10, 15, 30, 45, 60, 120 min)에 10 mL의 시료를 채취한 후 0.45 μm filter (Millipore, Germany)로 여과하였다.
중탄산이온에 의한 망간 제거 경향을 확인하였으며 용매에 KMnO4 주입에 따른 최적 용해성 망간 제거 조건을 도출하였다.
추가적으로 중탄산이온 존재 유무에 따른 KMnO₄(KMnO₄/Mn(II) 몰비 0.67)를 이용한 용해성 망간 제거를 살펴보았다. 중탄산이온을 주입하지 않은 경우, 초기 용해성 망간 제거율은 약 95%였으며 반응시간 15분부터는 100% 제거하였다.

대상 데이터

실험에 사용된 용매는 수돗물과 지표수이다. 수돗물은 동일한 조건을 위해 초기 5분 동안의 물은 버리고 사용하였으며, 지표수는 H 강에서 채수하여 부유물질 제거를 위해 1.
용해성 망간은 MnSO₄･H₂O(Sigma Aldrich, USA)를 초순수(AquaMAX^TM-Ultra 350, Younglin, Korea)에 용해 시켜 준비했다. 산화제는 KMnO4(Sigma Aldrich, USA)를 초순수에 용해시켰다.
산화제는 KMnO4(Sigma Aldrich, USA)를 초순수에 용해시켰다. 중탄산이온(HCO₃^- )은 NaHCO₃ (DUCKSAN, Korea)을 초순수에 용해시켜 사용하였다.

이론/모형

A)로 분석하였다. 망간 표준범위는 ICP Standards (Inorganic Ventures, U.S.A)를 이용하여 파장 257.6 nm에서 측정하였으며, 검정곡선의 상관계수는 R²=0.99999였다.

성능/효과

1) 중탄산이온은 용해성 망간을 제거시키는 성분이 지만 중탄산이온만으로는 0.5 mg/L 이상의 용해성 망간을 제거할 수가 없어 산화제 KMnO4 주입이 필요하다. 또한 각 용매에 KMnO4 주입 경우, 중탄산이온 존재는 용해성 망간 제거를 촉진시킴을 확인하였다.
2) 수돗물에서의 최적 용해성 망간 제거 조건은 최적 KMnO4/Mn(II) 몰비(양론식에 근거한 이론적 몰비)에 의해 결정되며, 지표수에서의 최적 용해성 망간 제거 조건은 KMnO4/Mn(II) 몰비과 반응시간에 의해 결정된다.
3) 용해성 망간 0.5~2 mg/L 제거를 위한 최적 조건은 KMnO4 양론식에 근거한 이론적 몰비에서 이론적 몰비의 1.25배로 주입하여 반응시간을 15분으로 하는 것이다
KMnO₄/Mn(II) 몰비 0.17~0.67로 주입된 경우를 비교해 보면, 수돗물에서의 용해성 망간 제거가 지표수에서의 망간 제거보다 우수하였다. 망간 0.
따라서 고농도의 용해성 망간 제거를 위한 최적 KMnO_4/Mn(II) 몰비는 저농도 망간(0.5 mg/L)의 주입 농도와 같이 초기 용해성 망간 농도에 필요한 이론적 몰비 및 이론적 몰비의 1.25배 이며 반응시간도 저농도 망간제거 경우와 같은 15분으로 매우 편리하게 운영될 수 있음을 확인하였다.
하지만, 지표수에 pH 8로 조성하기 위해 중탄산이온을 약 40 mg/L 주입하였을 때는 거의 제거가 되지 않고 중탄산이온을 주입하지 않은 경우와 유사하였다. 따라서 중탄산이온 존재만으로는 용해성 망간의 제거가 일어나지 않으며, 일정농도 이상 (본 실험에서는 약 92 mg/L) 존재해야만 망간을 제거할 수 있음을 알 수 있었다.
따라서 지표수에 존재하는 0.5 mg/L 용해성 망간 제거를 위한 최적 KMnO₄/Mn(II) 몰비 및 반응시간은 0.67~0.84(이 몰비는 0.5 mg/L 망간에 대한 KMnO4의 양론에 근거한 이론적 몰비와 이론적 몰비의 1.25배)와 교반시간 약 15분으로 설정될 수 있다. 이를 통해 0.
따라서, 수돗물과 지표수에 존재하는 용해성 망간은 중탄산이온의 농도와 pH 조절로 제거가 할 수 있음을 알 수 있었다. 하지만, 그 제거율이 미비하여 산화제인 KMnO₄ 주입이 필요함을 알 수 있었다.
따라서, 용해성 망간 제거를 위한 최적 KMnO4/Mn(II) 이론적 몰비는 양론식에 의해 주어지는 이론적 몰비로 예측될 수 있음을 알 수 있었다. 본 실험에서 도출된 수돗물에 용해된 망간의 제거를 위한 최적 KMnO₄/Mn(II) 몰비는 0.
따라서, 지표수에 적용되는 KMnO₄를 이용한 용해성 망간제거는 양론식에 근거한 이론적 몰비 또는 그보다 높은 몰비를 적용하고 충분한 반응시간이 제공 하는 것도 가능하다는 것을 알 수 있다.
5 mg/L 이상의 용해성 망간을 제거할 수가 없어 산화제 KMnO4 주입이 필요하다. 또한 각 용매에 KMnO4 주입 경우, 중탄산이온 존재는 용해성 망간 제거를 촉진시킴을 확인하였다.
중탄산이온을 주입하지 않은 경우, 초기 용해성 망간 제거율은 약 95%였으며 반응시간 15분부터는 100% 제거하였다. 반응초기부터 약 100%의 제거율을 보인 것으로부터 중탄산이온이 존재는 용해성 망간 제거를 촉진시킴을 확인하였다. 중탄산이온이 존재하지 않는 경우의 pH는 반응초기에 7.
본 실험에서 도출된 용해성 망간의 먹는 물 기준을 만족시키는 조건은 KMnO₄/Mn(II) 몰비가 0.67 (양론식에 의해 예측된 이론적 몰비)이면서 반응시간이 15분 이상이거나 KMnO₄/Mn(II) 몰비가 1.34 이면서 반응시간이 60분인 경우였다. 또한 중탄산이온이 존재하지 않는 경우 (KMnO4/Mn(II) 몰비 0.
실험 결과, 주입되는 KMnO₄의 농도에 따라 망간 제거 경향이 다르며 KMnO4의 최적 주입농도가 존재함을 알수 있었다. 저농도 KMnO₄를 주입한 KMnO/Mn(II) 몰비 0.
우선적으로 pH를 측정하였는데, 중탄산이온을 주입하지 않았을 경우에는 수돗물과 지표수의 pH는 7.4±0.1과 7.6±0.05로 유지되었고, 중탄산이온을 주입한 경우에는 모든 경우에 초기 pH 8과 동일하게 유지되었다.
지표수에서의 KMnO4 주입에 따른 용해성 망간은 반응초기(약 15분까지)에는 급격히 제거되며 점차적으로 둔화되지만 꾸준히 증가함을 알 수 있었다. 저농도의 KMnO4 (몰비 0.17, 0.33 그리고 0.5)를 주입할 경우, 반응초기에 각각 약 5, 20 그리고 50%의 제거율을 보였으며, 반응시간 15분 후부터 제거속도가 둔화되어 각각약 20, 40 그리고 70%까지 제거율이 상승되었다.
지표수에서의 KMnO4 주입에 따른 용해성 망간은 반응초기(약 15분까지)에는 급격히 제거되며 점차적으로 둔화되지만 꾸준히 증가함을 알 수 있었다. 저농도의 KMnO4 (몰비 0.
초기농도 1 mg/L의 용해성 망간 제거를 위한 KMnO₄/ Mn(II) 이론적 몰비는 0.67이며, 최적 KMnO₄/Mn(II) 몰비는 0.67~0.84(이론적 몰비의 1.25 배)로 확인되었다. KMnO₄/Mn(II) 몰비 0.
초기농도 2 mg/L의 용해성 망간 제거도 일관성 있는 결과를 얻을 수 있었다. 망간 2 mg/L에 대한 KMnO₄/ Mn(II) 이론적 몰비는 0.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	용존성 망간 제거법에는 무엇이 있는가?	용존성 망간은 대표적으로 산화법, 접촉산화법 그리고 생물처리법으로 제거할 수 있다(Jusoh et al., 2005; Patil et al.
	용해성 망간 제거에 KMnO4의 주입이 필요한 이유는?	1) 중탄산이온은 용해성 망간을 제거시키는 성분이 지만 중탄산이온만으로는 0.5 mg/L 이상의 용해성 망간을 제거할 수가 없어 산화제 KMnO4 주입이 필요하다. 또한 각 용매에 KMnO4 주입 경우, 중탄산이온 존재는 용해성 망간 제거를 촉진시킴을 확인하였다.
	망간의 부작용은?	, 2016). 또한 실질적으로, 국외에서는 지표수나 지하수에 존재하는 망간의 다양한 화학반응으로 인해 정수처리장에서 오염이 발생된 사례가 있으며(Khoe and Waite, 1989), 국내의 경우, 낙동강 주변 지질층의 암석 기원은 망간 성분이 함유되어 있어 양수 스크린 및 관정 내의 폐색과 수중 펌프의 성능 저하 등을 유발할 가능성이 있다고 보고되었다(Kim et al., 2009). 망간은 심미적인 규제권고물질이 지만, 오염된 식수를 과량섭취 할 경우 식욕부진, 불면증 등 증세가 일어나며, 심각할 경우에는 신경 손상, 언어 및 행동 장애 증상이 나타난다고 알려져 있다(RÖllin et al., 2011).

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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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