• 대한환경공학회지
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• 제31권7호
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• pp.557-564
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• 2009

본 연구는 struvite 형성 방법을 이용하여 하수슬러지 내에 함유되어 있는 인을 효율적으로 회수하는 것을 목적으로 하였다. 산의 종류에 따른 인 용출 실험결과, HCl에 비하여 $H_2SO_4$가 2.65배 높은 효율을 나타내었으며, Mg 원과 온도에 따른 struvite 생성물의 침전율은 $25^{\circ}C$에서 $MgCl_2{\cdot}6H_2O$를 Mg원으로 사용한 경우에 97.4%로 가장 높게 나타났다. 또한, 인 회수 과정에서 Fe, Al, Zn 등에 의한 부반응이 일어났으며, 이를 해결하기 위하여 pH 7에서 인 화합물의 침전을 유도하여 부반응 공침전 물질을 다량 제거시킬 수 있었다. Struvite 형성 방법을 통한 최종 인 회수율은 82.99%로 순도 높은 struvite 생성물을 회수할 수 있었다.

• 한국물환경학회지
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• 제26권4호
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• pp.664-672
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• 2010

This study was performed to evaluate the feasibility of industrial by-products such as converter slag, olivine, red mud and fly ash as a seed crystal of struvite crystallization for the removal of highly concentrated $NH_4-N$ and $PO_4-P$. In the kinetic experiments, more than 90% of $NH_4-N$ and $PO_4-P$ was eliminated by struvite crystallization within 30 minutes of reaction time. The pH range in meta-stable region of struvite crystallization was found to be pH 7.0~9.0 under the Mg:N:P=1:1:1 equi-molar condition with 100 mg/L of $NH_4-N$. Total removal efficiencies of $NH_4-N$ and $PO_4-P$ by both struvite precipitation and crystallization were increased with the increase of pH. Removal efficiencies of $NH_4-N$ and $PO_4-P$ were significantly enhanced by struvite crystallization using industrial by-products as a seed crystal compared with those by struvite precipitation without seed crystal. Red mud, converter slag, olivine and fly ash enhanced the removal efficiencies of $NH_4-N$ by 40.9%, 37.7%, 28.4% and 16.4%, respectively. Removal efficiencies of $PO_4-P$ for converter slag, red mud, fly ash, olivine were increased by 3.7 times, 2.6 times, 72.4% and 68.0%, respectively. Converter slag and red mud showed higher feasibility as a seed crystal than others for the removal of highly concentrated $NH_4-N$ and $PO_4-P$. In particular, converter slag might have a high capacity of phosphorus removal.

• 한국환경과학회지
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• 제24권10호
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• pp.1253-1264
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• 2015

This study assessed the fertilizing value of struvite deposit recovered from swine wastewater in cultivating Chinese cabbage. Struvite deposit was compared with commercial fertilizers: complex, organic and compost to evaluate the fertilizing effect of struvite deposit. Laboratory pot test obviously presented that the struvite deposit more facilitated the growth of Chinese cabbage than organic and compost fertilizers even though complex fertilizer was the most effective in growing Chinese cabbage. It was revealed that the growth rate of Chinese cabbage was simultaneously controlled by phosphorus (P) and potassium (K). Also, the nutrients such as nitrogen (N), P, K, calcium (Ca) and magnesium (Mg) were abundantly observed in the vegetable tissue of struvite pot. Specifically, P was the most abundant component in the vegetable tissue of struvite pot. Meanwhile, the utilization of struvite as a fertilizer led to the lower accumulation of chromium ($Cr^{6+}$) than other pots, except for compost fertilizer pots, and no detection of cadmium (Cd), arsenic (As) and nickel (Ni) in the Chinese cabbage. The experimental results proved that the optimum struvite dosage for the cultivation of Chinese cabbage was 2.0 g struvite/kg soil. On the basis of these findings, it was concluded that the struvite deposits recovered from swine wastewater were effective as a multi-nutrient fertilizer for Chinese cabbage cultivation.

• Membrane and Water Treatment
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• 제9권3호
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• pp.163-172
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• 2018

This study investigated the effect of organic matter on the precipitation of struvite and calcium phosphate for phosphorus recovery from synthetic dairy wastewater. Batch precipitation experiments were performed to precipitate phosphorus from solutions containing $PO_4{^{3-}}$ and $NH_4{^+}$ by the addition of $Mg^{2+}$ and $Ca^{2+}$, separately, at varying pH, Mg/P and Ca/P molar ratios, and organic matter concentrations. Soluble total organic solids exhibited more inhibition to precipitation due to potential interaction with other dissolved ionic species involved in phosphorus precipitation. Xylan with low total acidity only exhibited significant inhibition at very high concentrations in synthetic wastewater (at up to 100 g/L). No significant inhibition was observed for Mg and Ca precipitation at relatively lower concentrations (at up to 1.2 g/L). MINTEQ simulations show that dissolved organic matter (DOM) as humic substances (HS) can cause significant inhibition even at relatively low concentrations of 0.165 g/L fulvic acid. However, scanning electron microscopy (SEM) and X-ray diffraction (XRD) analysis suggested that xylan altered the crystal structure of both precipitates and had caused the formation of smaller sized struvite crystals with slightly rougher surfaces This could be due to xylan molecules adhering on the surface of the crystal potentially blocking active sites and limit further crystal growth. Smaller particle sizes will have negative practical impact because of poorer settleability.

• 대한환경공학회지
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• 제32권9호
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• pp.879-886
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• 2010

제철소에서 산업부산물로 다량 발생되는 제강전로슬래그를 struvite 정석반응의 정석재로 사용하여 고농도의 질소와 인의 제거특성을 파악하고자 하였다. $NH_4$-N와 $PO_4$-P의 제거 및 회수를 위한 struvite 정석반응의 최적의 pH영역은 8.0~8.75 범위로 확인되었다. pH 8.0~8.75 영역에서 struvite 침전 및 정석반응에 의한 총제거효율은 $NH_4$-N와 $PO_4$-P에 대하여 각각 34.3~61.0%와 91.0~96.2%의 값을 나타냈다. Struvite 정석반응에 의한 $NH_4$-N의 제거는 pH 8.5에서 29.4%의 최대값을 보였고 $PO_4$-P의 경우 pH 8.0에서 65.1%로 최대값을 나타냈다. 수중의 Ca 이온농도가 증가할수록 struvite 정석반응에 의한 $NH_4$-N의 제거효율은 감소하는 경향을 나타냈으며 $PO_4$-P의 경우에는 Ca 이온농도의 변화에 총제거효율이 크게 변하지 않았다. SEM, EDS 및 XRD 분석결과 struvite 정석반응에서 $NH_4$-N과 $PO_4$-P의 제거는 MAP과 HAp 결정이 독립적으로 혹은 정석재의 표면상에 발생함으로써 진행되는 것으로 판단되었다.

• 한국환경과학회지
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• 제26권1호
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• pp.119-131
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• 2017

This study evaluated the feasibility of recovering and recycling nitrogen (N) and phosphorus (P) from livestock excreta as struvite ($MgNH_4PO_4{\cdot}6H_2O$) in South Korea. Our experimental results showed that struvite precipitation was a very effective way to recover N and P from livestock excreta. Moreover, our study demonstrated that struvite precipitates from livestock excreta (SPL) contain higher concentrations of N, P, and magnesium (Mg) as compared to compost and liquid manure from livestock excreta. In addition, although SPL contain high concentrations of copper (Cu) and zinc (Zn), they meet the fertilizer criteria for concentrations of heavy metals. In South Korea, SPL cannot currently be used as a fertilizer due to legal constraints. Legal permission for SPL use would offer greater choice in livestock excreta management. In conclusion, recovery and recycling of N and P from livestock excreta as struvite can be an effective tool for managing nutrients in livestock excreta.

• Environmental Engineering Research
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• 제22권1호
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• pp.12-18
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• 2017

Struvite precipitation has been proven to be an effective method in removing and recovering ammonia nitrogen (N) and phosphate phosphorus (P) from wastewater. In this study, effects of pH, molar ratios and pre-treatment of effluent of anaerobically digested swine wastewater were investigated to improve struvite crystallization. The magnesium : ammonium : phosphate ratio of 1.2 : 1.0 : 1.0 was found to be optimal, yet the molar ratio in the wastewater was 1 : 74.9 : 1.8. From the analysis, the optimum pH was between 8.0 and 9.0 for maximal phosphate P release and from 8.0 to 10.0 for maximal ammonia N and phosphate P removal from real wastewater. Analysis from Visual MINTEQ predicted the pH range of 7-11 for ammonia N and phosphate P removal and recovery as struvite. For pre-treatment, microwave pre-treatment was ineffective for phosphate P release but ultrasound pre-treatment showed up to 77.4% phosphate P release at 1,000 kJ/L of energy dose. Precipitates analysis showed that phosphorus and magnesium in the collected precipitate had almost same values as theoretical values, but the ammonia content was less than the theoretical value.

• 한국물환경학회지
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• 제23권1호
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• pp.138-143
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• 2007

This study goes in for the observation of the characteristics of nitrogen removal from swine wastewater by struvite crystallization. In addition, the struvite formation potential in supernatants after struvite crystallization was investigated. In the study for nitrogen removal by struvite crystallization, the effects of pH and molar ratio of magnesium (Mg) injected using bittern as Mg source were investigated. Also, the potential of struvite formation in the supernatant with amount of Mg added was carefully observed. As the results, the optimum pH in the removal of nitrogen was 8.8 and sludge volume was increased as pH was raised from 7 to 12 under the condition that the molar ratio of $Mg^{2+}$ to ${NH_4}^+$-N to ${PO_4}^{3-}$-P was 1:1:1. An optimum removal efficiency of ammonia-N was observed at 1 molar ratio of Mg to ${NH_4}^+$-N, showing no further increase at over 1 molar ratio and dramatical deterioration at under 1 molar ratio. However, the sludge volume was increased by increasing the molar ratio of Mg. In the experiments for the potential of struvite formation in the supernatants, initial -log([$Mg^{2+}$][${NH_4}^+$][${PO_4}^{3-}$]) value was much lower than $pK_{sp}$ and gradually reached $pK_{sp}$ at 2 days, as the molar ratio of Mg increased over 1.2. At 31 days, -log([$Mg^{2+}$][${NH_4}^+$][${PO_4}^{3-}$]) value was returned to the initial value. In addition, the supernatants had a potential precipitation of hydroxylapatite due to calcium contained in bittern, $K_2Mg(SO_4)_3$ and $K_3Na(SO_4)_2$ resulting from the decrease of sodium and potassium in supernatants formed after struvite crystallization as times go by. Based on the results, it appears that some retention time and proper dosage of Mg may be needed for the prevention of scale in pipe line.

• 대한환경공학회지
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• 제28권8호
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• pp.866-871
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• 2006

연속 회분식 방식의 실험실 규모 상향류 반응조를 사용하여 인 결정화공정을 이용한 영양물질 회수에 대한 연구를 수행하였다. 양이온 공급원으로서 산업폐기물인 폐석회와 마그네슘염을 이용하여 그 운전특성을 비교하였다. 이 연구는 고성능 발효조와 인 결정화 반응조로 구성된 새로운 통합 슬러지 처리 공정에 있어서 인 결정화공정의 성공적인 적용성 평가에 초점을 두고 있다. 발효조 유출수와 유사한 특성으로 제조된 합성폐수를 이용한 첫 번째 struvite 결정화 실험에서 반응은 $0.5{\sim}1$ hrs 사이의 반응시간에서 빠르게 진행되었는데, 그 동안 상당량(약 60% 이상)의 암모니아와 인이 제거되었다. 알칼리성 조건이라는 기질의 고유특성으로 인하여 암모니아 탈기 현상이 다소 발생하였으나 그 정도는 미미한 것(<5%)으로 나타났다. 또한 공기주입에 의한 이산화탄소 탈기조건을 추가적으로 제공하였을 때 struvite 형성속도의 향상은 일어나지 않았다. 실폐수로서 발효조 유출수를 사용한 두 번째 실험에서 stuvite 결정화를 위한 마그네슘염의 최적주입량은 struvite형성질량비와 유사한 0.86 g Mg $g^{-1}$ P이었다. 반면에 폐석회의 최적주입량은 0.3 g $L^{-1}$으로 다소 높게 나타났으며, 약 3시간의 반응시간 조건에서 $NH_4$-N과 $PO_4$-P의 제거효율은 각각 80%와 41%로 나타났다. 각 실험에서 침전물을 현미경으로 분석한 결과 마네슘염을 사용한 경우 프리즘과 같은 결정체가 관찰된 반면 폐석회를 사용한 경우는 비결정질의 결정체가 주로 관찰되었다. 하수처리용량 158,880 $m^3\;d^{-1}$의 실규모 처리시설의 경우를 대상으로 한 통합 슬러지처리시스템의 물질수지 분석결과 결정화 반응조 유출수로 부터의 반송되는 영양물질의 재순환 부하(각각 하수 1 $m^3$ 당 0.13 g N와 0.19 g P)는 매우 낮게 유지되는 것으로 나타났다. 그러므로 이미 산업폐기물 형태로 존재하는 폐석회를 본 연구에서와 같이 통합 슬러지 처리시스템의 영양물질 회수 공정에서 재이용하는 것은 높은 환경적 및 경제적 이익과 동시에 산업폐기물의 지속발전적 처리/처분이라는 다양한 장점을 가질 것이다.

• 한국토양비료학회지
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• 제43권5호
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• pp.565-571
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• 2010

시설하우스 내 토양의 염류를 제거하기 위한 기존 관수제염의 문제점은 담수 시 염류가 심토층으로 이동하게 되며 심토층으로 이동된 염류는 시설하우스 내 모세관현상으로 다시 표토층으로 용출되어 순환을 하는 것이다. 이를 해결하기 위하여 기존의 관수제염법을 일부 수정한 방법을 개발하였다. 토양을 담수시킨 후 부유물질을 침전시키고 상등액의 일부를 외부로 빼줌으로써 토양 하부로 염류가 이동하지 않도록 하는 방법이다. 이 방법을 통해 심토층으로 염류가 확산이 되지 않았으며 모세관 현상에 의한 염류의 재집적을 방지 할 수 있을 것으로 판단된다. 또한 밖으로 유출되는 상등액에는 질소, 인, 칼리 등 비료성분을 포함하고 있어 비료로 재이용될 수 있을 것으로 판단된다. 소량의 MgO 투여와 30분 침전을 통해 담수의 탁도 성분을 초기 탁도의 95%이상을 침전 시킬 수 있었다. 담수 내에 암모니아와 인을 함유하고 그들의 농도가 줄어든 것으로 보아 일부 struvite 침전이 이루어졌으며 토양 내에서 천천히 용해되어 작물이 이용할 수 있을 것으로 판단된다.