Supercritical Water Oxidation of Anionic Exchange Resin

The characteristics of supercritical water oxidation have been studied to decompose the waste anionic exchange resins which were produced from a power plant. The waste resins from a power plant were mixture of anionic and cationic exchange resins. The waste anionic exchange resins had been separated from the waste resins using a solid-liquid fluidized bed. It was confirmed that the cationic exchange resins were not included in the separated anionic exchange resins by the elemental and thermogravimetric analysis. A slurry of anionic exchange resins which could be fed continuously to a supercritical water oxidation apparatus by a high pressure pump was prepared using a wet ball mill. Although the COD of liquid effluent had been reduced more than 99.9% at 25.0 MPa and $500^{\circ}C$ within 2 min, the total nitrogen content was reduced only 41%. The addition of nitric acid to the slurry could reduce the total nitrogen content in treated water. The central composite design as a statistical desist of experiments had been applied to optimize the conditions of decomposing anionic resin slurry by means of the COD and total nitrogen contents in treated waters as the key process output variables. The COD values of treated waters had been reduced sufficiently to $99.9{\sim}100%$ af the reaction conditions of $500{\sim}540^{\circ}C$, 25.0 MPa within 2 min. The effects of temperature and nitric acid concentration on COD were not significant. However, the effect of nitric acid concentration on the total nitrogen was found to be significant. The regression equation for the total nitrogen had been obtained with nitric acid concentration and the coefficient of determination($r^2$) was 95.8%.

초임계수 산화를 이용한 음이온교환수지 분해

화력발전소에서 발생하는 폐 음이온교환수지를 분해하기 위해 초임계수 산화 특성 연구를 진행하였다. 폐수지는 음이온교환수지와 양이온교환수지가 혼합된 상태로 배출되었으며, 혼합된 폐수지에서 고-액 유동층을 이용하여 음이온수지를 분리하였다. 분리된 음이온 수지는 원소분석과 열분석을 통해 양이온 수지가 혼합되지 않았음을 확인하였다. 음이온수지를 고압 펌프를 이용하여 초임계수 산화 반응 장치에 연속적으로 주입하기 위해 습식 ball mill을 이용하여 분쇄, 슬러리로 제조하였다. 압력 25.0 MP콘 체류시간 2분, 반응 온도 $500^{\circ}C$에서 처리수의 COD는 99.9%이상 분해됨을 확인하였지만, 총 질소 분해율은 41% 정도로 나타났으며, 슬러리에 질산을 혼합하면 처리수의 총 질소가 감소하였다. 처리수의 COD와 총 질소(T-N) 함량을 목적변수로 설정하여 음이온 수지 슬러리를 분해하는 최적 조건을 도출하기 위해 통계적 실험계획법인 중심합성계획법을 적용하였다. 처리수의 COD는 반응 온도 $500{\sim}540^{\circ}C$, 압력 25.0 MPa, 반응기 체류시간 2분 조건에서 $99.9{\sim}100%$까지 충분히 분해되었으며, 온도 변화와 질산 주입량 변화에 영향을 받지 않았다. 그러나 처리수의 총 질소는 질산 주입량의 변화에 대한 영향이 큰 것으로 확인되었다. 처리수의 총 질소는 회귀분석을 통해 질산 주입량의 함수로 나타낼 수 있었으며, 결정계수($r^2$)는 95.8%로 계산되었다.