초록 ▼

개발 목적 및 필요성
세계적으로 널리 사용되는 인은 주로 비료원료뿐만 아니라 반도체, 배터리, 의약품 등 산업 전반에 걸쳐 다양한 용도로 사용되고 있어 우리 삶에 없어서는 안 될 자원 중 하나로 자리매김하고 있다. 그러나, 무분별한 개발로 인하여 연간 생산량이 2%씩 증가하는 추세이며, 이러한 현상이 지속될 경우 향후 50∼100년 이내에 고갈될 것으로 전망되고 있다. 또한, 우리나라의 경우에는 2003년 이후 인 수입량은 지속적으로 증가하지만, 인 자급률은 꾸준히 감소하는 추세를 보이고 있어 인 회수의 필요성이 두드러지고 있

개발 목적 및 필요성
세계적으로 널리 사용되는 인은 주로 비료원료뿐만 아니라 반도체, 배터리, 의약품 등 산업 전반에 걸쳐 다양한 용도로 사용되고 있어 우리 삶에 없어서는 안 될 자원 중 하나로 자리매김하고 있다. 그러나, 무분별한 개발로 인하여 연간 생산량이 2%씩 증가하는 추세이며, 이러한 현상이 지속될 경우 향후 50∼100년 이내에 고갈될 것으로 전망되고 있다. 또한, 우리나라의 경우에는 2003년 이후 인 수입량은 지속적으로 증가하지만, 인 자급률은 꾸준히 감소하는 추세를 보이고 있어 인 회수의 필요성이 두드러지고 있다. 따라서, 오염물질의 용출이 없고, 높은 인 제거 효율을 기대할 수 있으며, 선택적인 인을 흡착한다고 보고되고 있는 MIO를 이용하여 하·폐수 탈리액 내 존재하는 인을 회수하고자 하였다.

연구개발
결과
1) 자성산화철 흡착제 선정
- 기성 자성산화철과 제조 자성산화철의 흡착특성 비교 평가 (흡착제 선정)
: 기성 자성산화철 흡착능 <3.5 mg/g
: 제조 자성산화철 흡착능① < 3.6 mg/g
: 제조 자성산화철 흡착능② >5.0 mg/g (인 흡착에 적합한 MIO로 선정)
- 선정된 자성산화철의 특성분석 (표면전하, 결정구조, 비표면적 등)

2) 자성기반 산화철 흡착제 개발
- 자성기반 산화철 제조 및 최대 흡착능 비교
: 제조 자성산화철 최대 인 흡착능 >15 mg/g
: MIO-TiO₂ < 13 mg/g
: MIO-ZrO₂ > 60 mg/g

3) 자성기반 흡착제의 인 탈착률
: 제조 자성산화철 최대 인 탈착률 >95%
: MIO-ZrO₂ <70%

4) 자성기반 흡착제의 재이용성
- MIO-ZrO₂의 경우 높은 흡착능을 가진 흡착소재이지만, 인 탈착률이 저조하여 MIO에 비하여 재이용성이 떨어짐

- MIO-ZrO₂의 단가는 지르코늄의 사용으로 MIO에 비하여 현저히 높기 때문에 경제성 비교시 MIO가 더 우수함

5) 파일럿규모 MIO를 이용한 인 회수 시스템 설계, 제작 및 운전
- 처리용량 > 3 m³/d
- 운전시간 흡착 15 min, 탈착 15 min
- 인 제거 > 85%
- 인 회수 > 90%

성능사양 및 기술개발 수준
· 국내 하·폐수 처리시설에서 자성산화철을 이용하여 수중 인 회수를 도입한 사례가 없으며, 해외에서도 실공정에 적용된 연구는 극히 드문 상황임

· 이스라엘의 Grand Water Research Institute 에서 인 최대 흡착량 60 mg/g의 흡착제를 개발하였고, 본 연구에서 개발된 자성기반 지르코늄 복합 흡착제의 경우 59 mg/g의 인 흡착능을 나타냄

· 인 제거율 85%, 회수율 90%, 처리수 인 농도 4 mg/L 이상 달성하였으며, 흡착제 투입량을 증가시키면 100% 가까이 인 제거가 가능함

활용계획
본 시스템의 특징은 약품사용량을 감소할 수 있고, 슬러지 발생량이 매우 적으며, 고농도 인 유입 시 탁월한 인 회수효과를 볼 수 있으며, 다음과 같은 분야 등에 적용 가능함
· 반도체, 전자 폐수 등 고농도 인산 중심의 폐수
· 고농도의 인이 함유된 혐기소화탈리액
· 소규모 하·폐수 처리장에서의 인 농도 저감을 위한 전처리 공정

(출처 : 요약서 4p)

Abstract ▼

Ⅳ. Results
Magnetic iron oxide(MIO) and magnetic based adsorbents were newly manufactured, and after selection of optimal adsorbent a stability of the proposed process was evaluated by long-term operation. The maximum adsorption capacity of MIO is 15 mg/g, and it is 4~5 times higher than the exis

Ⅳ. Results
Magnetic iron oxide(MIO) and magnetic based adsorbents were newly manufactured, and after selection of optimal adsorbent a stability of the proposed process was evaluated by long-term operation. The maximum adsorption capacity of MIO is 15 mg/g, and it is 4~5 times higher than the existing commercial iron oxide. In addition, we developed a modified material having 59 mg-P/g of adsorption performance by modifying the MIO surface with ZrO₂, and this means the achievement of performance goal on the phosphate adsorption capacity up to 50 mg/g.　Phosphate desorption performances were also evaluated using MIO and MIO-ZrO₂. As a result,, the maximum desorption ratio of MIO was achieved up to 95%, but desorption of MIO-ZrO₂ was only 70%. This shows MIO was superior to MIO-ZrO₂ using in a real treatment process. Therefore, MIO was applied to a pilot plant of 3 m³/d capacity, and the optimal reaction time of adsorption and desorption processes were the same as 15 min, respectively. During long-term operation, the phosphate removal and recovery ratio were over 85% and 90% respectively.

(출처 : SUMMARY 12p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 3
• 요 약 서 ... 4
• 요 약 문 ... 8
• SUMMARY ... 11
• 목차 ... 13
• 표목차 ... 15
• 그림목차 ... 18
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 25
• 1-1. 연구개발 목적 ... 27
• 1-2. 연구개발의 필요성 ... 27
• 가. 인 배출에 의한 환경오염 및 규제 ... 27
• 나. 인 처리기술 ... 28
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 31
• 2-1. 국내 선행기술 조사 ... 33
• 가. 하수 및 폐수 내 인 제거기술 분야 ... 33
• 나. 하수 및 폐수 내 인 회수기술 분야 ... 33
• 2-2. 국외 선행기술 조사 ... 33
• 가. 하수 및 폐수 내 인 제거기술 분야 ... 33
• 나. 하수 및 폐수 내 인 회수기술 분야 ... 35
• 3. 연구수행내용 및 결과 ... 39
• 3-1. 연구개발의 내용(범위) 및 최종목표 ... 41
• 3-2. 연구개발 결과 및 토의 ... 41
• 가. 입상 흡착제 ... 41
• 나. 나노튜브(Nanotubes) 구조 흡착제 ... 124
• 다. Pilot plant 인 회수 공정 ... 163
• 라. 인 재이용 ... 194
• 마. 공정 경제성 평가 ... 200
• 3-3. 연구개발 결과 요약 ... 201
• 가. 연구개발 추진전략·방법 및 추진체계 ... 201
• 나. 연구개발성과 ... 204
• 다. 연구결과 ... 205
• 4. 목표달성도 및 관련분야 기여도 ... 207
• 4-1. 목표달성도 ... 209
• 가. 최종성과목표 및 달성도 ... 209
• 나. 연차별 성과목표 ... 210
• 다. 연구개발내용 ... 211
• 4-2. 관련분야 기여도 ... 211
• 가. 기술적 측면 ... 211
• 나. 경제적 측면 ... 211
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 213
• 5-1 산업현장에서의 활용 ... 215
• 5-2 교육현장에서의 활용 ... 215
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 217
• 7. 연구개발결과의 보안등급 ... 221
• 8. NTIS에 등록한 연구시설·장비 현황 ... 225
• 9. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 229
• 9-1. 연구실 안전조치 이행실적 ... 231
• 가. 기술적 위험요소 분석 ... 231
• 9-2. 안전관리대책 ... 231
• 가. 연구실 안전 점검 체계 및 실시 ... 231
• 10. 연구개발과제의 대표적 연구실적 ... 235
• 11. 기타사항 ... 239
• 12. 참고문헌 ... 243
• 끝페이지 ... 248