초록 ▼

연구개발 결과
1. Pilot plant 운전을 통한 인제거 성능 실험 결과
가. Pilot plant 운전조건 도출 및 흡착성능 실험
- 1차 재생 후 반응조를 가동하여 유출수 농도가 0.2 mg/L가 될 때까지 운전하였으며, 3회의 재생을 거쳐 운전한 결과 재생주기는 평균 약 7일
- 재생 후 인 제거 효율은 초기효율과 비슷한 95%로 유지됨을 확인
- 연속적 재생을 위해 유출수 농도가 0.2mg/L를 넘기 시작하는 시점에서 1차 및 2차 재생을 실시하였고, 그 결과 반복적 재생 후에도 3일 정도까지는

연구개발 결과
1. Pilot plant 운전을 통한 인제거 성능 실험 결과
가. Pilot plant 운전조건 도출 및 흡착성능 실험
- 1차 재생 후 반응조를 가동하여 유출수 농도가 0.2 mg/L가 될 때까지 운전하였으며, 3회의 재생을 거쳐 운전한 결과 재생주기는 평균 약 7일
- 재생 후 인 제거 효율은 초기효율과 비슷한 95%로 유지됨을 확인
- 연속적 재생을 위해 유출수 농도가 0.2mg/L를 넘기 시작하는 시점에서 1차 및 2차 재생을 실시하였고, 그 결과 반복적 재생 후에도 3일 정도까지는 Zero에 가까운 효율을 나타내어 재생 후 가동초기의 흡착능이 계속 유지
- 약 7일 주기의 연속적 재생 후에도 인 제거율은 평균 95%이상을 기록하였으며, 안정적으로 흡착성능이 유지된 것으로 판단됨.
나. 장기간 연속운전에 따른 처리 특성 실험
(1) 연속운전 결과(Type. 1)
- 유입수의 PO4-P 농도는 0.1 ~ 0.4mg/L로 Pilot plant 설치 당시 예상 수질인 1.0 ~ 1.6mg/L에 비해 현저히 낮게 유입되고 있어 처리수의 PO4-P 제거율이 50%이하로 저하되는 시점을 기준으로 재생을 실시함. 이때 처리수의 PO4-P 농도는 평균 0.03mg/L 으로 최대 0.1mg/L를 초과하지 않음
- 1차 재생 후 반응조를 가동한 결과 흡착능이 바로 회복되지 않고 2~3일의 격차를 보였으며, 제거율은 첫 가동 시 97%에서 회복 후 초기 88%로 약 10%가량 감소되는 것으로 나타남
(2) 연속운전 결과(Type. 2)
- 유입수의 PO4-P 농도는 0.1 ~ 0.2mg/L로 Type. 1의 운전시보다 더 낮게 유입되고 있으며, 재생을 실시하는 시점은 처리수의 PO4-P 제거율이 50%이하로 될 때를 기준으로 함. 이때 처리수의 PO4-P 농도는 평균 0.03mg/L으로 최대 0.08mg/L를 초과하지 않음
- 첫 가동 후 18일까지는 90% 이상의 제거율을 보였으며, 차츰 감소하기 시작하여 약 75일부터 파과가 일어나 제거율이 급격히 떨어짐
- 1차 재생 후 반응조를 가동한 결과 흡착능이 바로 회복되지 않고 약 5일 정도의 격차를 보였으며, 제거율은 첫 가동 시 96%에서 회복 후 초기 82%로 약 15%가량 감소되는 것으로 나타남
2. 흡착제 개발 실험 결과
가. Si 기반 흡착소재 흡착특성
(1) SiO₂를 기반으로 하는 메조구조체의 표면 특성 변화
- 다음과 같은 종류의 흡착제를 합성하였음 ; Silica 기반 mesostructure (SM) 합성, Thiol functionalized mesoporous silica 합성 (SH-SM), Aluminium functionalized mesoporous silica (Al-SM), Amine functionalized mesoporous silica (NH2-SM)
- 평형 배치 실험 결과 각 물질의 인 최대 제거량은 0.38 mg/g (SM), 11.64 mg/g (SH-SM), 36.71mg/g (Al-SM), 65.49 mg/g (NH2-SM)의 인 제거능을 나타내었다. 제거능을 거의 갖지 않는 SM에 인 이온과 친화도가 높은 amine을 기능화 시킴으로써 수중에 존재하는 인을 보다 효과적으로 제거하는데 사용가능한 매체가 될 수 있음을 확인하였다.
- 비평형 배치 실험 결과 SM은 인에 대한 제거 효율이 거의 0에 가깝게 나타났으며, SH-SM은 180 분 후 7.18 mg/g, Al-SM은 13.88 mg/g, 그리고 NH2-SM은 16.34 mg/g으로 나타나, amine을 기능화 시킨 것이 상대적으로 높은 제거율을 갖고 있는 것을 확인할 수 있었다. 또한 amine을 기능화 시킨 SM이 가장 빠른 인 제거 효율을 갖는다는 것도 확인되었다.
(2) 반복 재생 실험
- 재사용성을 알아보기 위하여, 흡착된 인은 쉽게 탈착되어야 함
- 탈착 과정은, 흡착된 인산이온이 알카리와 산성용액을 통과하면서 탈착
- 인산염흡착은 첫 번째 순환 후에 약간 감소되었으나, CaCl₃가 탈착된 용액에서의 두 번째 cycle에서도 60%가 넘는 비율로 여전히 높은 편이었음
- H₂SO₄와 NaCl의 탈착용액결과는 인산염회수에서 유사한 결과를 보여주지만, CaCl₃용액들을 사용했을 때 보다는 낮았으며, 흡착된 인의 70%에 근접하는 양이 탈착의 첫 번째 순환에서 효과적으로 탈착되었음
나. 흡착여재 양산화 시제품을 위한 개발 소재의 적용성 평가
⑴ 인산염 탈착 및 회수 최적화 유지관리 기술, 시제품 보완
- SA-1의 인산염 흡착 후 탈착 및 효과적인 회수를 위하여 Lab-scale에서의 소형 pilot 장치를 이용하여 실험을 수행함
- 총 길이 30cm, 내부 직경 6cm를 갖는 packing column 3개를 연속으로 연결하여 약 1kg의 SA-1을 고정식으로 충진하여 실험을 진행함
- 총 3회에 걸친 파과실험을 수행하였으며, 1차와 2차, 그리고 3차 흡착 파과실험 결과 모두 인산염에 대한 대등한 흡착효율을 나타내고 있었으며, 약 6일까지는 기준치인 0.2mg/L 이하의 검출 농도가 확인됨. 본 현장 소형 pilot 장치를 이용한 파과실험의 실측 결과값 역시 Thomas model을 이용하여 효율 평가를 수행하였음
3. 인 자원화 방안
⑴ 회수된 인의 상품화 및 자원화 방안에 대한 모색
- SA-1을 이용하여 흡착 제거한 인산염의 효율적인 탈착과정을 통해 탈착용액 내 인산염을 이용하여 상품화 또는 자원화하기 위한 방안을 도출
- 일정 농도의 황산용액과 혼합된 인산염 용액은 보일러 배관 또는 각종 도수관 내에 경과된 이물질에 대한 청관제로 사용 가능함
- 높은 순도의 struvite 광물 형태로 전환하기 위한 다양한 결정화 기법들이 연구되고 있음. Struvite 형태로 회수될 경우, 물리/화학적 변형 없이 퇴비로 사용 가능함
⑵ 인 탈착 용액의 경제성 확보를 위한 고효율 농축 기법
- 인 탈착 용액에서 인산염의 고효율 농축을 위해 재생용액의 인 회수 과정없이 반복 사용하는 방안에 대해 논의함
- 재생용액의 반복사용에도 4차 파과실험의 흡착효율이 2, 3차 파과실험과 비교하여 오히려 상승하는 것을 확인할 수 있음
- 인산염 탈착용액의 고농축이 이루어지면 앞서 자원화 방안에서 설명한 결정화 기법도 용이하게 구현 가능할 것으로 판단됨

Abstract ▼

Ⅳ. Results
1. Markets and trends of domestic phosphorus processing
2. Surveying recoverable phosphorus concentration and scale
3. Applicability evaluation of adsorbent for reuse and recycling methods of phosphorus in return line
4. Building pilot plant(sorption-regeneration-recovery)

Ⅳ. Results
1. Markets and trends of domestic phosphorus processing
2. Surveying recoverable phosphorus concentration and scale
3. Applicability evaluation of adsorbent for reuse and recycling methods of phosphorus in return line
4. Building pilot plant(sorption-regeneration-recovery)
5. Results of pilot plant systems operation
6. Development of adsorbent for mass product prototype
1) Characteristics of silica based adsorbent
2) Synthesis of material with alternative material
3) Applicability evaluation of adsorbent for mass product prototype
7. Reuse and recycling methods of phosphorus
8. Building pilot plant of adsorbent for mass product prototype

목차 Contents

• 환경기술개발사업 최종보고서 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 요 약 서 ... 3
• 요 약 문 ... 8
• SUMMARY ... 20
• 목차 ... 22
• 제 1 장 서 론 ... 24
• 제1절 연구개발과제의 개요 ... 24
• 1. 연구개발의 목적 및 필요성 ... 24
• 2. 연구개발대상 기술의 차별성 ... 25
• 제2절 연구개발의 국내외 현황 ... 28
• 1. 해외시장 및 기술개발 동향 ... 28
• 2. 국내 시장 및 기술개발 동향 ... 29
• 3. 국내·외 연구개발 현황 ... 30
• 제3절 연구개발의 내용 및 범위 ... 31
• 1. 연구개발의 최종목표 ... 31
• 2. 연도별 연구개발 목표 및 평가방법 ... 32
• 3. 연도별 추진체계 ... 36
• 제 2 장 연구개발 수행내용 및 결과 ... 39
• 제1절 연구수행 내용 및 결과 ... 39
• 1. 국내 인 처리 시장 및 동향 ... 39
• 2. 회수 가능한 인 농도 및 규모 조사 ... 40
• 3. 하수처리장 반류수를 대상으로 한 인 회수 가능성 평가 ... 41
• 4. Piolot Plant 설치 ... 43
• 5. 연속운전을 통한 Pilot Plant 성능실험 ... 51
• 6. 흡착제 개발 실험 결과 ... 59
• 7. 인 자원화 방안 ... 96
• 8. Piolot 규모 흡착제 양산화 기술 확보(기술소재의 안정적 생산설비 구축) ... 98
• 제2절 연구개발 결과 요약 ... 102
• 1. 하수처리장 반류수를 대상으로 한 인 회수 가능성 평가 ... 102
• 2. 연속운전을 통한 Pilot Plant 성능 실험 ... 102
• 3. 흡착제 개발 실험 결과 ... 103
• 4. 인 자원화 방안 ... 104
• 제 3 장 목표 달성도 및 관련분야 기여도 ... 106
• 제1절 연도별 연구개발목표의 달성도 ... 106
• 제2절 관련분야의 기술발전 기여도(환경적 성과 포함) ... 108
• 1. 기술적측면 ... 108
• 2. 환경적 측면 ... 108
• 3. 경제적·산업적 측면(실용화기술과제 및 실증사업화과제의 경우 개발기술의 주요사용처 기재 필수) ... 109
• 제 4 장 연구개발결과의 활용계획 ... 110
• 제1절 연구개발 결과의 활용계획 ... 110
• 1. 연구개발결과의 활용방안 ... 110
• 제2절 연구개발과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 112
• 1. 해외 인산염 처리 기술 ... 112
• 제3절 연구개발결과의 보안등급 ... 113
• 제4절 NTIS에 등록한 연구시설·장비현황 ... 113
• 제 5 장 참고문헌 ... 114
• 부 록(기타 부록, 지침서, 매뉴얼, 안내서, 핸드북 등) ... 118
• Ⅰ. 설계시방서 ... 118
• Ⅱ. 운전절차서 ... 121
• 끝페이지 ... 128