초록 ▼

□ 본 연구개발의 내용은 현재까지 가장 보편화된 수중 질소 처리 공정인 미생물 BNR(Biological Nutrients Removal) 공법이 적용되기 어려운 고농도 질소성 산업폐수의 탈질에 적합한 새로운 물리 ? 화학적 탈질 처리 공정을 개발함에 있다. 특히 질소성 산업폐수의 특징인 질소 부하량과 성상 변화에 능동적으로 대처할 수 있고, C/N 비가 낮은 산업폐수에 대해서도 안정적인 탈질 효율을 달성할 수 있는 물리화학적 질소제거 공정 개발을 목적으로 한다.
□ 특히 “수중에서 2M 이하의 농도에서는 환원되기 힘들다”고

□ 본 연구개발의 내용은 현재까지 가장 보편화된 수중 질소 처리 공정인 미생물 BNR(Biological Nutrients Removal) 공법이 적용되기 어려운 고농도 질소성 산업폐수의 탈질에 적합한 새로운 물리 ? 화학적 탈질 처리 공정을 개발함에 있다. 특히 질소성 산업폐수의 특징인 질소 부하량과 성상 변화에 능동적으로 대처할 수 있고, C/N 비가 낮은 산업폐수에 대해서도 안정적인 탈질 효율을 달성할 수 있는 물리화학적 질소제거 공정 개발을 목적으로 한다.
□ 특히 “수중에서 2M 이하의 농도에서는 환원되기 힘들다”고 널리 알려진 안정된 형태의 이온인 질산성 질소의 제거에 중점을 둔다. 질산 이온은 화학적으로 대단히 안정하고 특히 저농도에서 안정하다. 이처럼 안정된 화합물인 질산이온을 다량으로 포함하는 고농도 질산성 산업폐수에서 질산성 질소를 화학적으로 혹은 전기화학적으로 환원시켜 질소가스 형태로 제거하는 탈질 고도처리 공법의 개발과 탈질 고도처리 공법의 경제성 향상 연구가 사회적 환경적으로 미치는 파장이 클 것으로 생각되어 본 연구의 최우선 연구 범위로 설정한다.
□ 본 연구개발의 기본 원리는 질산 이온을 산성 조건(pH 2～4)에서 질산이온의 환원에 필요한 전자를 공급하면서 동시에 아미드류(설파믹산(Sulfamic Acid), 요소(Urea), 포름 아미드(Formamide), 및 아세트아미드(Acetamide))를 사용하여 질산이온이 질소가스로 환원되지않고 암모니아성 질소로 전환되는 부반응을 억제시켜 수중 질산이온 대부분을 질소가스로 환원시켜 제거하는 화학적 환원이다. 이 원리는 질산이온 환원에 필요한 전자의 공급 방법에 따라 영가금속(Zn, Fe, Al, Ni, Cu, Pb, Cd, 및 Cr)으로 공급하는 화학적 탈질(Chemical Denitrification)과 전해조에서 음극을 통해 공급하는 전기화학적 탈질(Electrochemical Denitrification)로 나누어진다.
□ 본 연구에서는 고농도 질산성 산업폐수의 탈질 공법의 조속한 개발에 대한 사회적 요구를 반영하여 질산성 질소를 설파믹산과 금속 아연을 이용하여 산성조건에서 질산이온을 질소가스로 환원시키는 화학적 탈질 공법과 설파믹산과 금속아연 음극을 사용하는 전기화학적 탈질 공법의 개발에 대한 기본 연구를 실험실 규모와 파일럿 규모로 우선적으로 수행하고 최종적으로 산업폐수 탈질 고도처리 공법으로 실용화 성공을 목표로 한다.

Abstract ▼

Nitrate is a stable and highly soluble compound and therefore there is little opportunity for use of typical water treatments such as coprecipitation or adsorption to remove it from water. The only commercially established method for nitrate destruction is biological degradation known as biological

Nitrate is a stable and highly soluble compound and therefore there is little opportunity for use of typical water treatments such as coprecipitation or adsorption to remove it from water. The only commercially established method for nitrate destruction is biological degradation known as biological nutrient removal(BNR), which is limited by its slow reaction rates and inability to operate at high nitrate concentrations. Chemical Denitrification(ChemDenTM), a non-thermal and non-biological process, has been developed for converting nitrate waste into harmless nitrogen gas. The method relies on an electrochemical reduction using transition metals and sulfamic acid to reduce nitrates to gas that is released to the atmosphere. The method proven to work effectively on a wide range of nitrate concentrations, can operate continuously or in batches and is capable of reducing nitrates in highly concentrated waste streams containing up to 100g/L of nitrate to a few parts per million.

목차 Contents

• 제출문 ...1
• 요약문 ...2
• SUMMARY ...6
• CONTENTS ...9
• 목차 ...11
• 표목차 ...17
• 그림목차 ...19
• 제1장. 서론...24
• 1.1 연구 배경 및 필요성 ...24
• 1.2 연구 목적 ...27
• 1.3 연구개발 대상 및 범위 ...29
• 1.4 연구 진행방법 ...30
• 제2장 국내외 기술개발 현황 ...31
• 2.1 물리·화학적 질소제거기술 ...31
• 2.1.1 탈기법 (Stripping)...31
• 2.1.2 염소처리법 (Break-point Chlorination)...32
• 2.1.3 스트루바이트 암모니아 침전법 (Struvite Precipitation) ...34
• 2.1.4 이온교환법 (Ion Exchange)...34
• 2.1.5. 전기분해 처리법 (Electrolytic Treatment)...35
• 2.1.6 전기투석법 (Electrodialysis)...36
• 2.1.7. 역삼투법 (R everse Osmosis)...36
• 2.1.8. 증발법 (Distillation)...37
• 2.1.9. 물리화학적 수중 질소 제거 공법 비교 ...37
• 2.2 생물학적 질소제거기술 ...40
• 2.2.1. 생물학적 질소 제거 원리 ...40
• 2.2.2 생물학적 질소 제거 기술의 특성 ...41
• 2.2.3. A2O 질소·인 동시 제거공법 ...43
• 2.2.4. 5단 Bardenpho 질소·인 동시 제거공법 ...44
• 2.2.5 UCT(University of Cape Town) 질소·인 동시 제거공법 ...45
• 2.2.6 VIP(Virginia Initiative Plant) 질소·인 동시 제거공법 ...46
• 2.2.7 기타 생물학적 질소 제거공법 ...46
• 2.2.8 독립영양 미생물을 이용한 탈질기술 ...47
• 2.2.9 생물학적 수중 질소 제거공법 비교 ...47
• 2.3 화학적 질산성질소 환원기술 ...50
• 2.3.1 활성 금속들(Active metals)을 이용한 질산이온 환원 ...50
• 2.3.2 암모니아(Ammonia)...52
• 2.3.3 보로하이드라이드(Borohydride) ...53
• 2.3.4 포믹염(Formate)과 다른 유기물(Other organics) ...53
• 2.3.5 하이드라진(Hydrazine)과 하이드록실아민(Hydroxylamine) ...53
• 2.3.6 수소(Hydrogen) ...54
• 2.3.7 2가 철이온 (Ferrous Iron)...55
• 2.3.8 화학적 질소이온 환원 기술 비교 ...56
• 2.4 국내·외 수중 질소제거 특허기술개발 현황 ...58
• 2.4.1 국외 수중 질소 제거 특허 기술 동향 ...58
• 2.4.2 국내 수중 질소 제거 특허 기술 동향 ...60
• 제3장 연구개발수행 내용 및 결과 ...79
• 3.1 금속 아연 분말과 설파믹산을 이용한 고농도 질산성 산업폐수 탈질고도처리기술 (CRD Process) 개발 기본 연구 ...79
• 3.1.1 회분식(Batch) 반응 Lab-scale 연구 ...79
• 가. 서론 ...79
• (1) 연구목적 ...79
• (2) 연구내용, 범위 및 방법 ...81
• 나. Batch Lab-scale 실험장치 및 분석방법 ...86
• (1) 실험 장치 ...86
• (2) 약품 및 분석방법 ...90
• 다. Batch Lab-scale 실험 결과 및 고찰 ...94
• (1) 반응 pH가 질산이온 제거반응에 미치는 영향 ...94
• (2) 아연분말 투여량이 질산이온 제거반응에 미치는 영향 ...99
• (3) 아연분말 입도가 질산이온 제거반응에 미치는 영향 ...105
• (4) 아연분말 투입 속도가 질산이온 제거반응에 미치는 영향 ...108
• (5) 설파믹산이 질산이온 제거반응에 미치는 영향 ...111
• (6) 초기 원수 질산농도가 질산이온 제거 반응에 미치는 영향 ...116
• (7) 파과점 염소 주입법에 의한 암모니아 제거 ...118
• 3.1.2 회분식(Batch) 공법 Pilot-scale 연구 ...121
• 가. 서론 ...121
• (1) 연구목적 ...121
• (2) 연구내용, 범위 및 방법 ...121
• 나. Batch Pilot-scale 실험방법 및 장치 ...122
• 다. Batch Pilot-scale 실험 결과 및 고찰 ...127
• 3.2 CRD Process를 적용한 도금폐수 탈질 고도처리 시설 건설 및 시운전 결과 ...130
• 3.2.1 도금폐수 대상 CRD Process Pilot 운전 ...130
• 가. 서론 ...130
• (1) 연구목적 ...130
• (2) 연구내용, 범위 및 방법 ...131
• 나. Batch Pilot Test 개요 및 실험장치 ...134
• 다. 실험 결과 및 고찰 ...141
• 3.2.2 도금폐수 탈질 고도처리 시설 건설 및 시운전 ...148
• 가. 서론 ...148
• (1) 시설 목적 ...148
• (2) 시설물 개요 및 내용 ...149
• 나. 도금폐수 탈질 고도처리 CRD Process 시운전 결과 ...160
• (1) 유입 폐수량 및 유입수질 ...162
• (2) NDR Process 처리결과 ...163
• (3) ADR Process 처리결과 ...166
• (4) CRD Process에 영향을 미치는 인자들 ...178
• (5) 약품사용량 분석 ...179
• (6) 시운전결과 분석 및 고찰 ...180
• 3.3 CRD Process Column 공법 개발 ...186
• 3.3.1 서론 ...186
• 가. 연구목적 ...186
• 나. 연구내용, 범위 및 방법 ...187
• 3.3.2 Column 공법 Lab-scale 실험 ...188
• 가. 실험장치 ...188
• 나. 약품 및 분석방법 ...191
• 3.3.3 실험 결과 및 토론 ...192
• 가. 반응 pH의 영향 ...193
• 나. 설파믹산의 영향 ...203
• 다. 통과 유속의 영향 ...208
• 라. Column 반응기 일회 통과 실험에서 질산이온 제거율 및 암모니아 전환율 ...214
• 3.4 CRD Process 전기화학적 공법 연구 ...225
• 3.4.1 서론 ...225
• 가. 연구 목적 ...225
• 나. 연구 내용, 범위 및 방법 ...226
• 3.4.2 전기화학적 공법 Lab-scale 실험 ...229
• 가. 실험 장치 ...229
• 나. 약품 및 분석방법 ...233
• 3.4.3 전기화학적 공법 실험결과 및 고찰 ...234
• 3.5 도금폐수 이외의 고농도 질산성 산업폐수 대상 CRD Process 탈질 고도처리 실험 ...237
• 3.5.1 서론 ...237
• 가. 연구 목적 ...237
• 나. 연구 내용, 범위 및 방법 ...237
• 3.5.2 아연분말을 이용하는 CRD Powder Process 적용 실험 결과 및 고찰 ...238
• 3.5.3 전기화학을 이용하는 CRD Electricity Process적용 실험 결과 및 고찰 ...248
• 제4장 연구개발목표 달성도 및 대외기여도 ...254
• 4.1 1년차 연구개발 목표 달성도 및 대외 기여도 ...254
• 4.2 2년차 연구개발 목표 달성도 및 대외 기여도 ...256
• 4.3 최종 연구개발 목표 달성도 및 대외기여도 ...257
• 4.4 최종목표 ...257
• 제5장 연구개발결과의 활용계획 ...259
• 5.1 연구목표 및 내용 ...259
• 5.2 연구성과 현황 (최종종료시점까지) ...259
• 5.3 기술이전 및 연구결과 활요 계획 ...259
• 5.4 기대효과 ...260
• 제6장 참고문헌 ...264
• 부 록(Appendix) ...271
• 1. CRD 공법 특허출원서 ...272
• 2. CRD Process 탈질 고도처리 시설 설치 계약서 ...295
• 3. CRD Process 도금폐수 탈질 고도처리 시설 시운전 보고서(업체인도용) ...300
• 4. 2004년 05월 대한환경공학회 춘계학술대회 발표 논문 ...362