• 자원환경지질
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• 제40권1호
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• pp.29-45
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• 2007

전라북도 전주시 지역의 만경강 하천변 충적 대수층에 심도 30m까지 설치된 다중 심도 관정을 이용하여 산화-환원 환경과 관련된 지하수의 생물지구화학적 특성을 조사하였다. 대체로 용존 산소(DO)가 1 mg/L이하의 혐기성 환경이 지배적이었으며, 10-20m 구간에서는 높은 농도의 Fe($14{\sim}37mg/L$)와 Mn($1{\sim}4mg/L$)이 나타나고 그 하부에서는 S(-II) 이온이 검출되었다. 용존 Fe와 Mn이 높은 구간에서는 $O_2,\;NO_3$가 거의 없고, 퇴적물내의 Fe와 Mn의 함량은 심도에 따라 큰 차이 없이 분포하고 있어 전자수용체로서 이용된 Fe(III), Mn(IV)의 환원에 의해 지하수내의 용존 Fe와 Mn의 농도가 높아진 것으로 볼 수 있다. 용존 농도에서 Mn이 Fe에 비해 상대적으로 농도가 높게 나타나는 구간이 더 넓다. 환원 과정에서 전자공여체(electron donor)로 이용될 수 있는 유기 탄소(DOC) 농도가 지하수면 부근에서 급격히 감소하는 것으로 보아 지하수내 유기물은 상부에서 유입되는 것으로 보인다. 20m 하부에서는 $SO_4$가 감소하고 S(-II) 이온이 검출되는 것으로 보아 상부 구간보다는 하부구간에서 $SO_4$ 환원작용이 활발함을 지시한다. 여러 산화-환원쌍으로부터 계산된 산화-환원 전위는 Fe를 포함하는 쌍들간을 제외하고는 모두 일치하지 않아 전체적으로 산화-환원적으로 비평형 상태에 있다고 볼 수 있다. 지하수면 부근을 제외하고는 siderite, rhodochrosite 등의 탄산염 광물의 포화지수가 -2에서 +1의 범위를 보여 이들 광물에 의해 각각 Fe(II), Mn(II) 이온의 농도가 지하수내에서 조절될 수 있음을 보여주며, 20m 하부 심도 구간에서 S(-II) 이온이 검출되는 지점에서는 Fe(II)의 경우 FeS 광물에 의해서도 농도가 조절될 수 있다.

• 상하수도학회지
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• 제32권2호
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• pp.145-152
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• 2018

This study is focused on manganese (Mn(II)) removal by ozonation in surface water. Instant ozone demand for the water was 0.5 mg/L in the study. When 0.5 mg/L of Mn(II) is existed in water, the optimum ozone concentration was 1.25 mg/L with reaction time 10 minutes to meet the drinking water regulation. The ozone concentration to meet the drinking water regulation was much higher than the stoichiometric concentration. The reaction of soluble manganese removal was so fast that the reaction time does not affect the removal dramatically. When Mn(II) is existed with Fe, the removal of Mn(II) was not affected by Fe ion. However As(V) is existed as co-ion the removal of Mn(II) was decreased by 10%. Adding ozone to surface water has limited effect to remove dissolved organic matter. When ozone is used as oxidant to remove Mn(II) in the water, the existing co-ion should be evaluated to determine optimum concentration.

• 대한환경공학회지
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• 제29권5호
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• pp.571-576
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• 2007

본 연구에서는 세 가지 다른 방법으로 제조된 망간사에 의한 용존 $Mn^{2+}$의 제거특성을 회분식 및 칼럼실험을 통하여 조사하였다. 실험실 규모에서 망간의 주입농도를 달리하여 망간사 제조시, 모래에 코팅된 망간 코팅량은 주입된 망간 농도에 비례하여 나타났다. 망간사에 의한 용존 망간의 제거는 용액의 pH 증가에 따라 증가하는 양이온형 흡착경향을 따랐다. 흡착을 통한 용존 망간의 제거는 망간사 코팅방법 및 코팅량에 거의 영향을 받지 않고 모든 pH 영역에서 유사하게 나타났다. NaClO를 산화제로써 주입하였을 때 망간사에 의한 용존 망간의 제거는 NaClO 농도에 비례하였다. 이러한 결과는 NaClO 주입농도 증가에 따라 용존 망간이 망간산화물로 산화되고 이때 생성되는 산화망간이 망간사 표면으로의 코팅이 증가되어 나타난 현상으로 여겨진다. 칼럼반응기를 이용한 용존 망간제거 실험에서, NaClO를 주입하지 않은 경우에는 4,100 bed volume 이 후 땅간의 파과가 이루어졌지만, NaClO를 주입하였을 경우에는 파과가 1.6배 지연되어 나타나서 산화제를 사용하는 것이 용존 망간의 제거율을 높이는 것임을 또한 확인할 수 있었다.

• 자원환경지질
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• 제50권6호
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• pp.545-554
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• 2017

버네사이트(birnessite)는 토양 및 심해저 환경에서 가장 흔히 발견되는 주요 망간수산화물 및 망간산화물(Mn(oxyhydr)oxides, 이하 망간산화물로 통칭) 중 하나로 일반적으로 나노 크기의 작은 입자로 구성되어 있으며 결정도가 매우 낮은 특징을 보인다. 특히 버네사이트는 구조 내 결함(structural defects)과 비어있는 양이온 자리(cation vacancies), 다양한 비율로 혼합된 구조 내 망간 산화수(mixed valences of structural Mn)의 특징에 따라 자연환경에서 다양한 생/지화학적 반응에 높은 반응성을 가지고 참여하는 것으로 알려져 있다. 이와 같이 다양한 생/지화학적 반응을 통해 버네사이트 주변에 존재하는 무기 및 유기물질의 자연 환경적 거동에 중요한 영향을 미칠 뿐 아니라 버네사이트의 상변화 반응이 수반되어 물리 화학적 특성이 전혀 다른 새로운 망간산화물이 형성된다. 본 리뷰 논문에서는 기존 선행 연구결과들을 바탕으로 버네사이트의 상변화 반응을 통해 형성되는 다양한 망간산화물들을 조사하고 반응에 영향을 미치는 다양한 지화학적 반응인자들을 검토하였다. 기존 선행연구 결과에 따르면 버네사이트의 상변화 반응은 용존 Mn(II) 및 용존 산소의 유무, 용액의 pH 조건, 그리고 함께 존재하는 양이온(i.e., $Mg^{2+}$)에 영향을 받는 것으로 사료되며, 다양한 반응인자들이 복합적으로 관여하는 버네사이트의 상변화 반응 경로에 대해서는 여전히 이해되지 않은 부분이 많은 것으로 확인되었다. 따라서, 앞으로 다양한 망간산화물들의 형성과 상변화 반응에 대한 보다 다양하고 심층적인 연구가 수행되어야 할 것이다.

• 대한환경공학회지
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• 제32권2호
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• pp.193-200
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• 2010

복합 오염물질 처리를 위해 제조한 다기능성 흡착제인 철과 망간이 동시에 코팅된 모래(Iron and Manganese Coated Sand, IMCS)를 이용하여 용존 Mn(II) 처리 특성을 평가하였다. 실험에 사용된 IMCS는 0.05 M의 Mn(II)과 Fe(III) 용액을 pH 7에서 혼합하여 담체로 쓰인 모래에 코팅하여 제조하였다. IMCS는 ${\gamma}-MnO_2$ 형태의 Mn 산화물과 goethite 및 magnetite($F_{e3}O_4$) 형태의 철산화물이 동시에 존재하는 것으로 나타났다. Mn과 Fe의 함유량은 각각 826 및 1676 mg/kg으로 분석되었으며 $pH_{pzc}$는 6.40으로 측정되었다. IMCS와 산화제로서 NaOCl과 $KMnO_4$를 이용하여 Mn(II)의 제거에 관한 회분식 실험을 pH, 시간, 주입 농도를 변수로 하여 수행하였다. IMCS를 이용하여 Mn(II)을 처리하였을 때, pH 7.4에서 약 34%의 제거율을 나타내었고, 산화제인 NaOCl(13.6 mg/L)을 주입 후 IMCS와 반응시킨 결과 pH 7.0에서 96%의 제거율을 나타냈고, $KMnO_4$(4.8 mg/L)을 이용한 경우 pH 7.6에서 89%의 제거율을 나타내었다. IMCS와 산화제를 이용하여 Mn(II)을 제거할 경우, 용액의 pH가 증가함에 따라 제거율이 증가하는 양이온 형태의 제거 경향을 따랐으며, 반응 시간 6시간이 경과 후 거의 일정한 상태에 도달하는 것으로 나타났다. IMCS만을 이용하여 Mn(II)을 제거한 경우 833.3 mg/kg의 최대제거량을 나타냈고, 산화제로 NaOCl(13.6 mg/L), $KMnO_4$(4.8 mg/L)를 주입 후 IMCS와 반응시킨 경우 최대제거량은 각각 1428.6 및 1666.7 mg/kg으로 나타났다. IMCS에 의한 Mn(II)의 제거는 2차 반응속도식 및 Langmuir 식으로 잘 표현되었다.

• 한국광물학회지
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• 제23권2호
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• pp.107-115
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• 2010

한국원자력연구원 지하처분연구시설의 지하심부에 생존하는 미생물을 이용하여 용존우라늄의 제거 및 광물화에 대한 실험을 실시하였다. 미생물은 철환원박테리아와 황산염환원박테리아로 구분하여 개별적으로 실험을 실시하였으며, 실험 후 X-선 회절분석 및 주사전자현미경을 이용하여 생성광물을 확인하였고 용액상의 농도 변화는 유도결합플라즈마분석기를 이용하여 분석하였다. 철환원박테리아에서는 우라늄과 철이온이 공존할 때, 우라늄보다는 철이온이 선택적으로 환원과정에 참여하였으며, 결과적으로 우라늄의 환원 및 제거가 거의 이루어지지 못하였다. 하지만, 망간이 포함된 조건에서는 상당량의 우라늄 제거 효과가 나타났다. 황산염환원박테리아에서는 철과 망간이 공존할 때, 철이 선택적으로 황과 결합하여 맥키나와이트(FeS)라는 황화광물을 형성하였으며, 망간으로 구성된 황화광물은 만들어지지 않았다. 하지만, 망간이 공존하는 경우에 우라늄의 제거는 훨씬 효과적이었는데, 이는 황화광물에 불순물로 포함된 망간이 우라늄의 흡착 및 포획에 큰 영향을 미치기 때문인 것으로 판단된다.

• 대한환경공학회지
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• 제33권2호
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• pp.85-92
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• 2011

본 연구에서는 산화망간과 산화철이 단독 및 복합 코팅된 반응성매질인 망간코팅사(MCS), 철코팅사(ICS) 그리고 철-망간코팅사(IMCS)를 이용하여 용존 Fe(II)의 산화 및 제거능을 평가하였다. 반응성매질에 $KMnO_4$와 NaOCl를 추가적인 산화제로 이용하였을 때의 Fe(II) 제거능을 반응용액의 pH, 반응시간, Fe(II) 농도변화에 따라 조사하였다. 반응성매질 및 추가적인 산화제 없이 Fe(II) 용액만을 사용한 경우, pH 5 이하에서는 Fe(II)의 느린 산화에 의해 제거율이 낮았으나 이후에는 빠른 산화 및 침전반응에 의해 제거율이 증가하였다. ICS만을 사용하였을 때 ICS 표면에 의한 Fe(II)의 제거는 극히 제한적인 것으로 나타났다. 망간 산화물이 코팅된 IMCS와 MCS를 사용한 경우 낮은 pH에서도 Fe(II)가 산화망간에 의해 산화되었으며 용액으로부터 효과적으로 제거되는 것으로 나타났다. Fe(II)는 IMCS만 단독으로 사용했을 때와 NaOCl을 산화제로 사용했을 때 제거율에서 큰 차이가 나지 않았다. IMCS와 산화제를 이용하여 Fe(II)을 제거할 경우, 용액의 pH가 증가함에 따라 이들의 산화능이 증가하였고 이로써 전체 제거율의 증가를 가져왔다. Fe(II)의 제거에 관한 반응속도 실험결과 유사-1차 반응 보다는 유사-2차 반응식으로 더 잘 표현되었으며 $KMnO_4$를 추가적인 산화제로 이용한 경우 Fe(II)는 14,286 mg/kg hr의 높은 초기 제거율(h)을 보였다. $KMnO_4$ 주입 시 반응시간 10분 안에 제거평형에 도달하였고 NaOCl의 경우는 6시간 후에 거의 제거평형에 도달하는 것으로 나타났다. IMCS에 의한 Fe(II)의 최대 제거량 값을 구하기 위해 pH 4에서 Langmuir 등온식에 적용한 결과 1,088 mg/kg의 제거량을 보였다.

• 자원환경지질
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• 제42권6호
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• pp.599-608
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• 2009

본 연구에서는 해안 LPG 저장공동 유출수 및 지하수, 해수, 저장공동 인근 육지 지하수의 화학적 특성과 성분들간의 상관성을 평가하기 위하여 수질자료에 대한 인자 및 군집분석을 수행하였다. 연구지역은 인천광역시 서해에 속하며 해안가에서 바다 쪽으로 약 8 km 이격해 있는 LPG(프로판 및 부탄) 저장공동으로 평균 수심 8.5 m 내외인 곳에 매립으로 조성된 인공섬이며 조수간만의 차가 최대 10 m로 매우 크다. 시료는 2006년 5월과 8월에 총 22개 지점에서 채취하였다. 상관분석 결과 $Fe^{2+}$와 $Mn^{2+}$(r=0.83~0.99) 그리고 Na와 Cl(r=0.70~0.97)이 높은 상관성을 보였다. 이는 철 망간을 포함한 광물의 환원성 용해와 해수의 영향으로 판단된다. 인자분석 결과 Factor 1과 Factor I은 EC 및 주요 양 음이온에 높은 양의 적재값을 나타내며 이는 해수의 영향을 지시하는 요인이다. Factor 2와 Factor 는 산화환경을 지시하는 파라미터(DO 및 ORP)에 높은 양의 적재값을 나타내었다. Factor 4와 Factor II는 $Fe^{2+}$, $Mn^{2+}$에 높은 양의 적재값을 나타내었으며, 이는 유기물에 의해 산소가 소모된 혐기성환경에서 철과 망간이 환원되어 $Fe^{2+}$와 $Mn^{2+}$이 증가하는 작용으로 판단된다. 군집분석 결과 5월에는 6개 군집으로 구분되며 8월에는 5개 군집으로 구분되었다. 두 계절 모두 군집은 저장공동 인근 육지 지하수, 저장공동 내 유출수, 해수 및 저장공동 내 지하수로 대별되었다. 저장공동 인근 육지지하수(Group 2 및 Group III)는 EC 및 주요 양 음이온의 값이 높은 것으로 보아 해수침투의 영향으로 사료된다. 유출수의 군집(Group 5 및 Group II)은 모두 음의 산화환원전위와 낮은 용존산소 값으로 환원환경을 지시하며 $Fe^{2+}$와 $Mn^{2+}$는 높은 값을 나타내었다.

• 한국염색가공학회:학술대회논문집
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• 한국염색가공학회 2011년도 제44차 학술발표회
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• pp.110-110
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• 2011

염색공업 폐수는 그 성분이 일반적으로 매우 복잡하며, 작업공정의 가동 사항에 따라 수질 변동이 큰것이 특징으로, 각 공정에서 배출되는 염료, 보조화학물질, PVA(Polyvinyl alchol), 전분, wax 등이 포함되어 있으며 pH가 높고, 색도로 인해 하천에 방류될 경우 확산성이 높아 미생물에 의한 자정작용을 방해하여 하천의 수중생태계를 파괴할 우려가 있다. 이러한 염색산업에서 발생하는 폐수는 일반적으로 응집침전, 부상분리법 등의 전처리한 후 활성오니공정으로 처리하는 방법이 널리 이용되고 있으나, 이들 처리공정으로는 폐수 속에 포함되어 있는 다양한화학적 구조의 색소성분 및 유해물질을 완벽하게 제거하는 것이 어려운 실정이다. 유기물 함량이 높은 염색폐수를 처리하기 위해 제안된 기술로는 산소활성슬러지법, 유동상 및 고정상 생물막법, 포괄고정화법 등이 있다. 이러한 기술들중 기존의 처리공정을 증축없이도 처리효율을 높일 수 있는 방법으로 담체를 이용한 부유메디아 생물막공정(Moving-Bed BioReactor, MBBR)이 있다. 이공정은 미생물이 부착, 성장할 수 있는 공극율과 비표면적이 큰 담체를 이용하므로 반응조내의 부유 미생물 뿐만 아니라 담체에 고농도로 부착된 부착 미생물에 의해서도 유기물을 제거하기 때문에 다른 공정들에 비해 처리효율이 뛰어나고 기존의 활성슬러지 공정에 비해 갑작스러운 부하변동 및 유독성 폐수유입에 대해서도 안정적으로 운전이 가능한 장점이 있다. 본연구에서는 부유메디아 생물반응기(Moving-Bed BioReactor, MBBR)을 이용하여 염색폐수내 $COD_{Mn}$, 색도 및 난분해성 물질인 PVA 저감에 대한 Lab-scale test 수행하였다. 실험에 사용된 염색폐수의 수질은 평균 pH 13, $COD_{Mn}$ 900 mg/L, SS 135 mg/L, 색도 1,134 [C.U.], PVA 593 mg/L였으며, 2L의 반응기를 사용하여 회분식 실험을 수행였다. 본 실험에서는 호기성 미생물에 의한 염색폐수의 생분해가 유지되는데 필요한 최적의 용존산소 농도와 이에 필요한 공기 폭기량을 결정하기 위하여 i) DO uptake rate측정과 ii) 담체의 충진율, iii) COD/N ratio, iv) Air 유량, v) 담체내 흡착제의 종류, vi) $Ca^{2+}$ 첨가가 염색폐수의 생분해에 미치는 영향을 살펴보았다. 운전시간을 7일로 하여 COD, 색도, PVA 등을 측정한 결과 담체를 첨가한 경우가 담체를 첨가하지 않은 경우 보다 제거효율이 뛰어났다. 특히 충진율 30%(C/N 3)의 경우에서 COD, 색도, PVA의 제거율이 각각 평균 65%, 70%, 60%로 가장 높은 제거효율을 나타내었다.