인산염은 유기물의 성장에 필요한 중요한 영양물질이나 아주 미량이 필요하여 폐수 중의 인산염은 오염물질로 작용하며 수생 생태계에 영향을 미친다. 따라서 고농도의 인산염에 대하여 칼슘을 이용한 침전법를 사용하여 인산염의 제거에 관한 연구를 수행하였으며 폐수의 재이용 방면에 대해 고찰하였다. 인산염의 침전 제거 시 pH 조건은 pH 6에서 pH 12로 고려하였는데, pH 12에서 가장 좋은 효율을 나타내었다. 또한 인산염은 침전반응에 의하여 칼슘을 침전반응 당량비의 0.5배 투입한 경우까지 제거율이 급격히 증가하는 경향을 나타내었으며 인산염의 잔존량은 0.0027 mM 까지 낮추는 효과를 가져왔다. 불소가 오염물로 존재하는 상황에서 인산염을 제거하기 위한 실험은 pH 및 농도비에 따라 진행되었으며 pH가 증가할수록 인산염의 제거율은 증가하였다. 또한 인산염 : 불소의 농도비가 증가하여도 인산염의 제거율은 크게 영향을 받지 않은 것이 관찰되었다.
인산염 폐수와 불소폐수를 대상으로 각각 $La^{3+}$를 주성분으로 하는 희토수처리제와 조염화희토화합물로 제조된 수처리제를 적용하는 방안을 검토하였다. $La^{3+}$의 인산염 농도 대비 투입몰비에 따른 인산염의 제거양상을 조사한 결과, 투입몰비 0.25에서 약 50% 정도의 인산염이, 그리고 투입몰비 0.5 에서 대부분의 인산염이 제거되는 결과를 보였다. 희토수처리제에 의한 인산염 인의 제거반응은 평형에 신속히 도달하였으며, 온도증가에 따라 인산염의 제거율이 다소 감소하는 경향이 관찰되어 발열반응의 특성을 나타내었다. 희토-인산 결합체의 제타전위는 pH 5.5를 경계로 그 이하에서는 양의 값을, 그리고 그 이상에서는 음의 값을 가지는 것으로 파악되었으며 pH에 따른 제타전위 절대치의 증감과 탁도의 증감은 유사한 경향으로 변화하였다. 불소폐수에 대한 조염화희토 수처리제의 적용에 있어서는 수처리제의 투입량 중가에 따른 잔류불소 농도의 감소 및 탁도와 생생슬러지량의 증대현상이 관찰되었으며, 수처리제의 투입량이 고정된 상태에서 응집제량의 변화에 따른 불소처리효과에 대한 검토에서는 응집제의 주입량이 증가됨에 따라 잔류불소량 및 탁도는 감소하고 슬러지 발생량은 증가하는 경향이 파악되었다.
전로슬래그는 폐수 중에 함유된 인산염을 고형물 형태로 제거하는데 유용하게 사용될 수 있다 본 연구는 전로슬래그를 이용하는데 있어서 폐수의 초기 조건에 따라 전로슬래그로 인한 폐수의 pH, 알칼리도 그리고 양이온 용출변화에 따른 인산염 제거 등에 관하여 연구하였다. 실험대상 폐수의 pH를 0.5 단위로 7.0부터 8.5까지 다른 초기조건에서 폐수의 pH는 10시간 내에 급격하게 pH 11이상까지 상승하였다. 알칼리도는 pH보다는 급격하게 상승하지는 않았지만 반응시간 10 시간이 경과한 후 꾸준하게 상승하였다. 인산염 제거는 pH상승, 알칼리도 상승과 함께 반응시간 10시간까지 급격하게 제거되다가 서서히 제거되는 양상을 보였다. 반응시간 27시간 경과 후 그리고 36 시간 경과 후 전로슬래그에 함유된 마그네슘 이온 용출 농도를 측정한 결과 2.0 mg/L과 4.3 mg/L 수준까지 지속적으로 용출 되었다. 본 실험 결과 전로슬래그에 함유된 마그네슘이 용출되었기 때문에 물속에 암모니아가 존재한다면 인산염과 함께 스트루바이트 형태의 결정체로 인이 제거될 수 있음을 확인하였다.
본 연구는 폐기물로 발생되는 부산석회 Core를 연속식 칼럼에 적용하여 수중의 인산염을 효과적으로 제거할 수 있는 방안을 찾고자 수행되었다. 부산석회와 인산염의 칼럼 반응에서 Hydroxyapatite을 형성하여 수중의 인산염을 제거할 수 있는 것으로 나타났으며 부산석회 Core size 1, 2에서 유입수의 인산염 농도에 관계없이 초기 11시간동안 90% 이상의 높은 제거율을 보였다. 또한 부산석회 Core size와 관계없이 유입수 유량이 증가할수록 파과시간이 줄어드는 것을 알 수 있었다.
최근 부영양화를 야기시키는 물질인 $PO_4^{3-}$ 이온을 제거하기 위해 고형반응물을 이용하는 것이 주목을 받고있다. 철광석의 정련 과정에서 생기는 슬래그는 용해된 무기 인산염을 폐수로부터 유리시켜 흡착 제거하는 것에 대한 근본적인 연구가 이루어져 왔다. 본 연구는 물 속의 인산염을 제거하기 위해 전로슬래그를 이용하였을 때 오랜 시간동안 hydroxyapatite 형태로 변화시켜 제거하고 인산염 제거를 향상시키기 위한 가능성을 찾기 위하여 여러 가지 조건을 변화시켜서 수행하였다. 본 연구 결과 전로슬래그를 이용한 등온흡착식을 적용했을 때 Freundlich 식을 적용할 수 있었으며, 인을 제거하는데 사용된 전로 슬래그의 크기는 $2{\sim}0.425mm$가 가장 적당한 것으로 나타났다. 특히, 연속반응탑을 이용할 경우, 유입수 농도가 1 mg/L일 때 80%까지 제거되는 것으로 나타났다.
김치 공장의 배추 절임 폐수 및 배추 쓰레기를 이용한 효모 균체 생산 가능성을 조사하였다. 절임 폐수는 약 1g/L의 환원당과 7~12%의 높은 NaCl을 함유하고 있으며 pH는 약 5에서 6사이로 내염성 효모가 생육 가능한 것으로 밝혀졌다. 4종의 내염성 효모의 생육을 조사한 결과 Candida guilliermondii ATCC 6260이 가장 우수한 생육을 나타내었고, 배양 조건에 따른 절임 폐수에서의 생육 특성을 조사한 결과, C. guilliermondii는 $25{\sim}35^{\circ}C$의 배양 온도, 절임 폐수의 초기 pH가 pH 3~6 그리고, 염농도 9%까지는 생육에 영향받지 않았으며 질산염이나 인산염의 첨가는 불필요한 것으로 나타났다. 이 효모를 절임 폐수에서 배양할 경우는 약 85%의 BOD 감소 효과를 보였다. 한편, 김치 공장에서 발생하는 배추 쓰레기의 자원화 방법으로 절임 폐수에 첨가한 결과 20% 첨가했을 경우 절임 폐수만 사용한 경우보다 약 5.5배 가량 균체 생산이 증가하였다.
커피박을 FeCl3·6H2O, MgCl2·6H2O 및 AlCl3·6H2O 용액으로 전처리하여 제조한 커피박 바이오차 복합재 중에서 MgCl2·6H2O 용액으로 전처리하여 제조한 바이오차 복합재가 인산염에 대한 가장 큰 제거율을 나타내었다. 커피박 바이오차 복합재의 인산염에 대한 제거율을 높이기 위해서는 FeCl3·6H2O 또는 MgCl2·6H2O 용액의 농도를 0.5 M 이상에서 커피박을 전처리 하여야 한다.
담체인 황토볼와 Chromobacterium WS 2-14을 이용하여 F-STEP공정(혐기${\rightarrow}$ 호기${\rightarrow}$ 무산소)에서 실제폐수에 존재하는 인산을 효율적으로 제거하기 위해 최적 황토볼 크기 및 소성 온도, 폐수의 초기 pH,폐수의 초기 인산염 농도, 운전온도, 그리고 통기를 검토했다. 최적 조건은 다음과 같다. 황토볼 크기 및 소성 온도, $2\~4mm,\;960^{\circ}C$; 실페수의 초기pH, 6.0; 실페수의 초기 인산 농도, 5.0mg/1. 운전온도, $30^{\circ}C$; 그리고 통기, 5.0L/min등이 얻어졌다. 그리고 최적 운전조건을 이용해서 pilot test을 65일 동안 진행했다. 인산 평균 제거율은 $92.0\%$였고. 또한 최종 유출수에서 COD와 BOD의 평균 제거율은 각각 77.1와 $74.2\%$였으며, SS의 경우는 평균 제거율이, $86.4\%$였다. 이상의 결과로부터 황토볼을 담체로 이용한 Biofilter System은 실제폐수에 존재하는 인산 제거 가능성을 암시했다.
The effluent quality of phosphorus is strengthened by the national standard to conserve water resources to lessen the eutrophication threat. The soluble phosphate in the wastewater effluent can be removed using the converter slag as solid waste produced through the steel making process. The experiments for removal efficiencies and removal constants were performed for this research with the artificial wastewater following several different conditions, particle size, phosphate concentration and initial pH. The correlation coefficients of Freundlich adsorption isothem were 0.9505 for $PS_A$, 0.9183 for $PS_B$, respectively. The removal efficiency was 87-94 % for $PS_A$ and 90-96 % for $PS_B$ respectively. The pH of the wastewater was elevated to pH 11.8 for the initial pH 8.5, phosphate removal efficiency was the highest as 84 % ~ 98 %. In case of 10 mg/L of the intial phosphate, the removal efficiency was 96 ~ 98 %. The more initial pH increases, the higher the reaction rate constant is.
This study is carried out to get the basic design parameters for phospate removal facilites from wastewater by Tobermolite. The phosphate removal by the apatite formation on the surface was affected by several important factors, temperature, ions present in wastewater stream, contact time, recirculation rate, and etc. In case of the temperature, with the increase of temperature, the apatite formation was accelerated. When temperature increased from $15^{\circ}C$ to $35^{\circ}C$, removal efficiency of phosphate increased from 83 % to 93 %. An increase of calcium and fluoride ion content increase the apatite formation, however, bicarbonate and magnesium ion inhibited the crystallization of apatite. As expected, when the recirculation rate was increased from 1 Q to 3 Q, at EBCT (Empty Bed Contact Time) 60min enhanced removal efficiency was observed. The more the recirculation rate increased, the more the removal efficiency increased. According to the results of column experiment using an actual wastewater with low and high phosphate concentration (5 mg/L and 50 mg/L-P), the removal efficiency was 77 % at EBCT of 45 min, and 80 % at 60 min. It was suggested that optimum EBCT was 45 min.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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