• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.401-401
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• 2022

우리나라 대규모 하수처리장에 상용화되어있는 응집공정의 운영상 난점을 극복하고자 대체공정으로 고안된 인 결정여과공정(HCF, Hydroxyapatite Crystallization-Filtration process)의 pilot plant를 구축하고 부산슬러지의 자원화를 위해 그 특성을 검토하였다. 기존의 hydroxyapatite(HAP) 결정화공정 내 탈탄산(decarbonation) 단계를 생략하는 HCF공정의 경우에 고농도의 Ca²⁺ 주입과 처리수내 탄산염으로 인해 HAP을 포함하는 석회계 슬러지가 발생하는데, 이는 산성화된 토양의 개량제(중화제)로 널리 사용될 수 있다. 본 연구를 위해 경기도 I하수처리장 2차침전지 후단에 구축된 처리용량 27.1 - 135.6 m³/day HCF pilot plant의 전처리 조건은 pH 10.0 - 11.0, Ca²⁺ 농도 80 mg/L이었다. 결정여과조는 선속도 1.0 - 5.0 m/hr, 상향류로 운전되며, 여재는 2.0 - 3.0 mm의 석회석 모래를 충전하였다. 역세척은 중앙에 Air lifting pipe를 설치하여 역세척수가 처리수와 분리배출되도록 설계하였고, 침전시켜 역세척 슬러지를 회수하였다. 처리수의 평균 T-P, PO₄-P 및 SS는 각각 0.05, 0.04, 1.1 mg/L으로 모든 항목에서 방류수 수질기준 이하로 안정적으로 유출되었다. 회수된 HCF 슬러지는 SEM-EDX, XRD, FT-IR을 활용하여 그 특성을 분석하였다. SEM-EDX로 분석된 슬러지의 원자분율은 CaCO₃ 또는 HAP으로 추측되었다. 또한, XRD spectrum 분석결과, 슬러지의 주요 구성성분은 calcite, HAP, phosphoric acid(H₃PO₄) 및 brusite로 나타났다. FT-IR 분석결과, 슬러지는 대부분 인산염 및 탄산염의 무기물로 구성되어 있으며, 유입수의 인 농도가 높을수록 슬러지 내 HAP의 함량이 calcite보다 높은 것으로 나타났다. 고농도의 Ca²⁺을 주입하여 탈탄산단계를 생략한 HCF의 부산슬러지는 HAP 이외에도 CaCO₃와 칼슘-인 화합물로 구성되어 있는 것으로 나타났다. 하수 인 고도처리를 위한 HCF공정의 하수처리시설 인 고도처리 적용이 검증되었으며, 부산슬러지를 산성화된 토양의 개량제(중화제) 또는 비료로서의 재활용 및 자원화 가능성이 시사되었다.

• 자원리싸이클링
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• 제6권3호
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• pp.28-35
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• 1997

조개껍질(굴, 고막)을 수처리재로 활용하기 위한 기초 실험으로 중금속(Cd, Cu, Fe, Mn, Pb, Zn)과 유기성분(TCE(Trichlo-roethylene)와 PCE(Tetrachroethylene))의 흡착능을 조사했다. 수산화칼슘으로 이루어진 굴과 고막껍질의 소성 분말 주입에 따른 중금속 제거효율은 Mn, Zn, Fe, Cd, Cu, Pb의 순이었다. 우수한 중금속 흡착능은 조개껍질의 $Ca(OH)_2$ 성분에 의한 높은 pH유지에 따른 중금속 탄산염과 수산화물의 형성에 의한 침전작용, 조개껍질의 칼슘 매트릭스 구조에 의한 중금속의 고정화와 잔존하는 불용성 유기물의 결합 등의 작용이라고 본다. 이와 같은 굴껍질은 침출수의 중화작용과 동시에 우수한 중금속 흡착능을 가지고 있어, 이것을 수처리로 활용될 경우, 저렴한 재료의 확보와 더욱이 부가가치가 높은 폐부산자원을 활용한 정화용 세라믹스 담체의 개발로 폐부산자원 폐기처리 문제 이외의 환경정화용 세라믹스 및 담체 등의 환경분야 사업으로 확장 발전시킬 수 있다고 본다.

• 자원리싸이클링
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• 제28권5호
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• pp.60-67
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• 2019

금속 폐기물로부터의 유가금속 회수는 관련 원료의 수입 혹은 안정적 원료 수급을 위해서 매우 중요하다. 특히 폐리튬이차전지(LIBs)로부터 회수가 가능한 금속(Li, Co, Ni, Mn 등)의 재사용뿐만 아니라 폐리튬이차전지의 재활용 연구가 필수적이다. 폐리튬이차전지에서 회수된 수산화리튬($LiOH{\cdot}xH_2O$)은 촉매, 이산화탄소 흡수제 및 양극재의 전구체로 재사용이 가능하다. 본 연구에서는 폐리튬이차전지로부터 회수된 탄산리튬 전구체를 사용하였으며, 침전공정을 이용한 선택적인 리튬 분리를 통해 고순도 수산화리튬 분말의 제조 및 최적화 연구를 진행하였다. 수산화리튬 제조 조건으로는 교반을 기반으로 반응온도 $90^{\circ}C$, 반응시간 3 시간, 탄산리튬과 수산화칼슘의 비율 1:1의 조건에서 수행하였으며, 순도 향상을 위해 2-step 수산화리튬 제조 공정을 추가적으로 진행하여 최종적으로 고순도의 수산화리튬 제일수화물($LiOH{\cdot}xH_2O$)을 제조하였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제50권2호
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• pp.317-327
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• 2012

케이크 여과와 고액분리에서 가장 중요한 지표인 케이크 평균 비저항을 결정하는 방법으로 여과실험을 사용하고 있으나 침전 등의 영향으로 정확한 값을 측정하기 어렵다. 이 연구에서는 조금 더 안정된 방법으로 여과 후 형성된 케이크에 입자제거수를 투과시켜 평균 비저항을 측정하는 여과-투과 실험을 제안한다. 탄산칼슘 1 wt% 현탁액을 사용하여 여과-투과 실험을 8종의 여과매체에 대하여 여과매체 1장과 3장, 압력 0.5 기압과 0.2 기압의 조건에서 각 조건 당 3~5회씩 동일한 실험을 수행하였다. 그 결과 여과 후 투과에서도 안정된 투과 속도가 측정됨을 확인하였고, 이를 바탕으로 Ruth의 공식을 분석하여 투과기간의 특징을 구명(究明) 하고 여과기간에 발생하는 침전의 영향을 분석하였다. 그 다음, 여과매체 3종을 선택하여 여과와 투과에서의 케이크 평균 비저항값으로 일원배치법에 의한 분석을 하였다. 분석결과 여과에 의해서는 0.5 기압과 0.2 기압의 케이크 평균 비저항값이 구분되지 않으나, 투과에 의해서는 충분히 구분되었다. 또한 투과기간의 케이크 평균 비저항값들이 여과기간의 그것에 비해 매우 좁은 분포를 가지는 것을 확인했다. 여러 여과매체의 여과 실험결과를 분석하여, 여과매체 저항을 현재의 방법으로 측정하는 것은 큰 의미가 없음을 밝혔고, 유리섬유 여과-투과 실험 결과로 낮은 압력에서 입자의 여과매체 이동 가능성에 대한 분석을 수행했다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제12권11호
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• pp.51-57
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• 2011

지하수에 의하여 터널 내로 유입된 수산화칼슘($Ca(OH)_{2}$)이 이산화탄소($CO_{2}$)와 차량의 배기가스($SO_{3}$) 등과 반응하여 그 반응물이 터널의 배수공 내에 침전되어 배수공 클로깅 현상이 발생하였다. 대부분의 반응물은 화학분석 결과 칼사이트의 탄산칼슘 ($CaCO_{3}$)인 것으로 나타났다. 본 연구에서는 일반적으로 터널의 배수공으로 사용되는 PVC관과 새로운 재질의 배수공인 테프론 코팅강관, 실리콘오일 코팅관, 아크릴관에 CaO 수용액과 터널 배수공 유출수를 흘려보내어 스케일 부착형태를 분석함으로써 배수공의 재질이 스케일 부착에 미치는 영향을 연구하였다. 그 결과 PVC관에서 가장 많은 양의 스케일이 생성되었고 아크릴관, 실리콘오일 코팅관, 테프론 코팅강관의 순으로 관 표면에 스케일이 적게 부착되었다. 그러나 장기적 시험결과 테프론 코팅강관의 경우 관표면이 터널 유출수에 포함되어 있는 토사로 인하여 손상되어 코팅재의 탈락, 강관의 부식 등이 발생하여 내구성에 문제가 있었다.

• 암석학회지
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• 제24권4호
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• pp.291-305
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• 2015

미생물에 의해 만들어진 퇴적암인 미생물암은 약 35억 년 전 지구 상에 최초로 등장한 이후 오늘날에도 다양한 환경에서 형성되고 있다. 미생물암은 미생물이 쇄설성 퇴적물을 고정하거나 탄산염을 침전시켜 생성되며, 그 결과 미생물암의 미세구조와 중간구조가 형성된다. 미생물암은 그 중간구조를 바탕으로 크게 스트로마톨라이트, 쓰롬볼라이트, 덴드롤라이트, 레이올라이트 등 네 가지로 분류한다. 지질 기록에서 미생물암의 분포 양상은 주로 해수 중 탄산칼슘 농도와 후생동물의 영향을 받았다. 선캄브리아 시대에 오랫동안 널리 분포하였던 스트로마톨라이트는 대기 중 이산화탄소 농도가 감소하면서 점차 줄어들었고, 이를 대신하여 신원생대부터 석회화된 미생물로 이루어진 쓰롬볼라이트가 번성하기 시작하였다. 이후 현생누대에 접어들며 다양한 후생동물이 등장함에 따라 미생물암이 퇴적기록에서 차지하는 비중은 매우 감소하였으며, 대멸종 직후 등 특정 시기에만 짧게 번성하였다. 한반도에서는 지금까지 신원생대 상원계, 전기 고생대 조선누층군, 백악기 경상누층군 등에서 미생물암이 보고된 바 있으며, 이들은 시대와 퇴적 환경에 따라 서로 다른 형태로 발달한다. 앞으로 한반도의 미생물암에 대한 추가 연구를 통해 미생물이 지질기록 및 퇴적환경에 미친 영향뿐만 아니라 미생물과 다른 생물들 사이의 상호작용을 이해할 수 있을 것이다.

• 한국토양비료학회지
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• 제23권2호
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• pp.107-113
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• 1990

주요(主要) 석회물질(石灰物質)이 해성염토(海成鹽土)의 제염(除鹽)에 주는 효과(效果)를 밝히기 위(爲)하여 염토(鹽土)가 함유(含有)하는 Na + Mg와 당량(當量)의 Ca를 탄산(炭酸)칼슘, 수산화(水酸化)칼슘, 규산(珪酸)칼슘 또는 석고(石膏)로 시용(施用)하여 유리원통시험(圓筒試驗)을 실시(實施)하였다. 최상층(最上層) 1/10염토(鹽土)에 석회물질(石灰物質) 반량(半量)을 혼합(混合)하고 남은 반량(半量)을 표면(表面)에 덮은 후 (後) 증류수(蒸溜水)를 주가(注加)하면서 연속적(連續的)으로 3차에 걸쳐 여과수(濾過水)를 받아 세척(洗滌)한 층별토양(層別土壤)과 함께 분석(分析)하였는 바 그 결과(結果)는 아래와 같다. 1. $CaSO_4$는 투수(透水)와 제염(除鹽)(Na)을 용역(容易)하게 하였으나 Mg를 하층(下層)에 집적(集積)시켰다. 2. $Ca(OH)_2$, $CaCO_3$, $CaCO_3$는 표층(表層)에 Mg를 침전(沈澱)시키고, 하위층(下位層)에서 Mg를 세탈(洗脫)하였는데, 특(特)히 표층직하(表層直下)에서 더 세탈(洗脫)하였다. 이 세탈(洗脫)은 $Ca(OH)_2$처리(處理)에서 가장 현저(顯著)했고, $CaSiO_2$, $CaCO_3$의 순서(順序)로 약(弱)해졌다. 3. 치환성(置換性) Na의 해리(解離)에 더한 석회(石灰)의 알칼리성(性)은 토양(土壤)의 pH를 높였으며, 투수속도(透水速度)를 낮추고 Na의 제염(除鹽)을 저해(沮害)하였다. 이 영향(影響)은 $Ca(OH)_2$처리(處理)에서 더 컸다. 4. 세탈(洗脫)된 토양(土壤)의 pH는 치환성(置換性) Na 및 Mg와 다음 회부관계(回復關係)를 보였다. $$pH=7.77+0.489Na/\sqrt{Mg}\;r=0.845^{**}$$.

• 한국토양환경학회지
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• 제5권1호
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• pp.55-63
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• 2000

벤토나이트는 매립지로부터 중금속이 유출되는 것을 저지시키기 위한 라이너 물질로 고려되고 있다. 본 연구에서는 국산 벤토나이트를 대상으로 납 흡착실험을 수행하였으며, 평형관계식과 용액화학 및 반응온도가 납흡착에 미치는 영향을 규명하였다. 벤토나이트의 납 흡착반응에서 평형관계식은 Freundlich 등온선을 비교적 잘 만족하였으며, 이 때 실험으로부터 결정된 $K_{F}\;=\;1.14$, n = 1.70, 상관계수($r^2$) : 0.99 이었다. 납이온의 분배계수는 주어진 초기용액농도의 범위에서 농도가 증가할수록 소하였다 pH가 증가할수록 납이온의 분배계수는 증가하였으며, pH>7 이상에서는 침전반응으로 해 그 값이 급격하게 증가하였다. 바탕용액의 이온강도가 증가함에 따라 납이온의 분배계수는 감소하였다. 납이온의 분배계수는 용액중에 존재하는 황산이온의 농도가 증가할 경우에 약간 증가하였으며 반면에 탄산이온의 농도에는 영향을 받지 않았다. 분배계수는 용액의 온도가 증가함에 따라서 증가하였다.

• 유기물자원화
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• 제28권4호
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• pp.15-22
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• 2020

매립지에서 발생하는 매립가스 내 포함된 황화수소는 연소과정에서 산소와 결합하여 황산화물을 발생시키고 대기 중의 수분과 결합하여 산성비가 되는 등 다양한 환경 문제를 일으킴에 따라 별도의 전처리 시설이 필수적이다. 매립가스의 탈황을 위해 탄산칼슘(CaCO3) 생성 반응에 따른 침전물 생성 처리, 흡착제를 통한 처리 등 다양한 물리화학적인 방법을 적용하고 있으나, 폐수 등 2차 폐기물의 발생되는 문제가 있다. 이러한 단점을 보완하기 위한 방법으로 생물학적 처리 공정을 이용해 원소황(S°)으로 슬러지 형태인 황부산물로 생성시켜 처리하는 공법이 사용되고 있다. 본 연구에서는 매립가스 내 황화수소의 생물학적 처리 부산물을 활용하기 위한 기술의 기초연구로서 황부산물을 활용하여 콘크리트 혼화재로 사용하고 첨가량에 따른 강도 보조 효과를 알아보기 위한 실험을 수행하였다. 황부산물 혼합 콘크리트 강도 분석 결과, 황부산물의 혼합은 콘크리트 강도에 영향을 미치며, 10% 혼합시 가장 높은 강도 값을 보이는 것으로 나타났다. 특히, 황부산물 10% 혼합시 포졸란 반응과 CaSO4의 형성 등에 의해 결합 강도를 증가시키는 것으로 판단된다.

• 청정기술
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• 제25권4호
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• pp.311-315
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• 2019

제철산업에서 발생하는 슬래그의 자원화를 위하여 슬래그 내 양이온 추출 및 불순물 분리 연구를 수행하였다. 두 종류(Slag-A, B)의 슬래그를 사용하였으며, XRD 및 XRF 분석을 통해 30 ~ 40%의 Ca²⁺와 함께 Fe³⁺ (20 ~ 30%), Si⁴⁺ (15%), Al³⁺ (10%), Mn²⁺ (7%), Mg²⁺ (3 ~ 5%), 등 이온으로 구성되어 있음을 확인하였다. 2 M의 HCl을 추출용제로 사용하여 S/L ratio 별로 슬래그 주입하였으며, 추출액의 ICP 분석을 통해 S/L ratio가 높아짐에 따라 Ca²⁺ 추출량이 증가하는 것을 확인하였다. Ca²⁺ 추출 시 최적 S/L ratio는 0.1이며 Ca²⁺ 추출량은 8,940 (Slag-A), 10,690 (Slag-B) mg L^-1로 나타났다. 하지만 추출액은 강산성(< pH 1)을 띠었으며 Ca²⁺ 이외에도 타이온(불순물)이 추출되었다. 슬래그를 고부가가치의 자원으로 이용하기 위해 Ca²⁺의 순도를 증진시키고자 pH-swing을 진행하였다. pH가 증가함에 따라 불순물이 침전되었으나 일정 pH 이상에서 Ca²⁺의 침전량이 급증 하였다. pH-swing을 통해 불순물을 분리하고 Ca²⁺의 선택도를 증진시킬 수 있음을 확인하였으며 pH 10.5 조건에서 Ca²⁺ 선택도는 99% 이상으로 나타났다. Ca²⁺가 선택적으로 용해되어 있는 수용액은 탄산화 공정에 적용되어 CO₂를 저감하고 탄산칼슘을 생산할 수 있을 것으로 기대된다.