삼상 유동층 반응조의 수처리 효율을 검토하기 위해 해수 순환여과 시설을 운전하였다. 수처리 시스템은 유동층 반응조, 카트리지 필터, 오존접촉조로 구성되어 있고, 전체 운전기간동안 사육조내 수질인자별 평균농도는 각각 COD 9mg/L, 총암모니아(TAN) 0.22mg/L, 아질산성 질소 0.05mg/L, 질산성 질소 20mg/L, 탁도 3.64 NTU, SS 9.5mg/L, pH 7.6, 알칼리도 70mg/L 등으로 나타나 양호한 수질조건을 유지할 수 있었다. 유동층 반응조의 TAN 부하량 범위는 4.3~32.9 g/$m^3$/day였고, 평균 제거율은 20 g/$m^3$/day으로 나타났다. 각 반응조의 TAN 제거율은 47~60%로 나타나 해수에서도 효과적인 암모니아 제거 특성을 나타내었다. 또한 유출수의 비이온성 암모니아 농도는 0.002 mg/L이하로 유지 할 수 있었다
A study on the removal of sulfur dioxide and nitrogen oxide was carried out using a non-thermal nano-pulse corona discharger at different gas temperatures. Pulse voltage with a high voltage of 50 kV, a pulse rising time of about 100 ns, a full width at half maximum of about 500 ns and a frequency of 1 kHz was applied to a wire-cylinder corona reactor. Ammonia and propylene gases were added into the corona reactor as additives with a static mixer. Ammonia addition had less effect on $SO_2$ reduction at the higher temperature because of the retardation of ammonium sulfate formation. However, propylene addition enhanced NO reduction at higher temperature due to increased gas mixture. $SO_2$ was further removed at the mixed $SO_2$ and NO gas due to increased $NO_2$ by the conversion of NO. The addition of ammonia and propylene gases was more highly dominant for the removal of sulfur dioxide compared to the sole pulse corona without the additives. However, the specific energy density per unit concentration of pulse corona as well as propylene additive was an important factor to remove NO gas. Therefore, the specific energy density per unit concentration of 0.04 Wh/($m^3{\cdot}ppm$) was necessary for the NO removal of more than 80% with the concentration ratio of 2.0 for propylene and NO. Hydrogen peroxide was another alternative additive to remove both $SO_2$ and NO in the nano-pulse corona discharger.
For the adsorption of ammonia, activated carbon fibers (ACFs) were subjected to sulfuric acid treatment in order to modify the surface functional groups. The surface acid and base value of ACFs were measured using titration and FT-IR spectrometry. SEM was used to investigate the surface morphology. Acid treatments by $H_3PO_4$, $H_2SO_4$, and $HNO_3$ were performed to increase the adsorption capacity of $NH_3$. As a result, Cellulose-based ACF has high adsorption capacity for ammonia. The ammonia removal efficiency of ACF was the maximum which was treated by 15 wt% sulfuric acid at $100^{\circ}C$ for 60 min. The average pore diameter little increased from $19{\AA}$ to $20.8{\AA}$ and the specific surface area of ACF considerably decreased and acid values increased by 15 wt% sulfuric acid treatment. Ammonia reacted with sulfonyl radicals. After adsorption of ammonia, white material was grown on the surface of ACF through the adsorption of ammonia and it was determined to ammonium sulfate.
Activated Rice-Hull carbon was developed to remove ammonia compounds in water matrix. Isotherm adsorption tests of ammonia were conducted using a bottle-point technique and column test. Residual ammonia after Jar-Test or passing through the column was determined by Indophenol method, and assessed the removal efficiency for ammonia of the adsorbent. As a result, the adsorption capacity for ammonia of activated racehull carbon was very larger than that of coconut shell carbon, because the rice hull carbon had the higher BET surface area of silicate. The activated racehull carbon is under the development as adsorbent to remove ammonia in drinking water and waste water.
암모니아성 질소($NH_4-N$)는 산업 폐수, 농업 및 축산 폐수에 포함되어 있으며 인과 함께 수질의 부영양화를 일으키는 물질로 잘 알려져 있다. 또한 망간(Mn)과 비소(As)는 광산 처리수 등에 포함되어 있으며, 수질 오염의 원인 물질로 알려져 있다. 천연 제올라이트는 수중에서 암모니아성 질소를 제거하는데 사용되고 있지만 낮은 흡착능력을 가진다. 이러한 천연 제올라이트의 낮은 흡착능력을 개선하기 위해 $Na^+$, $Ca^{2+}$, $K^+$, $Mg^{2+}$로 이온 치환을 진행하였다. 암모니아성 질소($NH_4-N$)의 흡착량과 제거율은 $Na^+$로 이온 치환된 제올라이트에서 0.66 mg/g과 89.8%로 가장 높은 값을 보였다. 이온 치환된 제올라이트를 이용하여 Mn과 As의 흡착실험을 진행하였다. $Mg^{2+}$로 이온 치환된 제올라이트에서 Mn과 As의 높은 흡착량과 제거율을 보였다.
The mature landfill leachate, which is characterized by a high concentration of ammonia nitrogen ($NH_3$-N) and humic acid (HA), poses a challenge to biotreatment methods, due to the constituent toxicity and low biodegradable fraction of the organics. In this study, we applied bioaugmentation technology in landfill leachate degradation by introducing a domesticated $NH_3$-N and HA resistant bacteria strain, which was identified as Bacillus cereus (abbreviated as B. cereus Jlu) and Enterococcus casseliflavus (abbreviated as E. casseliflavus Jlu), respectively. The isolated strains exhibited excellent tolerant ability for $NH_3$-N and HA and they could also greatly improved the COD (chemical oxygen demand), $NH_3$-N and HA removal rate, and efficiency of bioaugmentation degradation of landfill leachate. Only 3 days was required for the domesticated bacteria to remove about 70.0% COD, compared with 9 days' degradation for the undomesticated (autochthonous) bacteria to obtain a similar removal rate. An orthogonal array was then used to further improve the COD and $NH_3$-N removal rate. Under the optimum condition, the COD removal rate in leachate by using E. casseliflavus Jlu and B. cereus Jlu increased to 86.0% and 90.0%, respectively after, 2 days of degradation. The simultaneous removal of $NH_3$-N and HA with more than 50% and 40% removal rate in leachate by employing the sole screened strain was first observed.
Experimental investigations on the effect of two kinds of additives ; aqueous NaOH solution and ammonia(NH$_3$) for removal of NOx and SO$_2$ simultaneously by corona discharge were carried out. The simulated combustion flue gas was[NO(0.02[%])-SO$_2$(0.08[%])-$CO_2$-Air-$N_2$] Volume percentage of aqueous NaOH solution used was 20[%] and $N_2$flow rate was 2.5[$\ell$/min] for bubbling aqueous NaOH solution Ammonia gas(14.81[%]) balanced by argon was diluted by air. NH$_3$ molecular ratios(MR) based on [NH$_3$] and [NO+SO$_2$] were 1, 1.5 and 2.5 The vapour of aqueous NaOH solution and NH$_3$was introduced to the main simulated combustion flue gas duct through injection systems which were located at downstream of corona discharge reactor. NOx(NO+NO$_2$) removal rate by injecting the vapour of aqueous NaOH solution was much better than that by injecting NH$_3$however SO$_2$removal rate by injecting NH$_3$was much better than that by injecting the vapour of aqueous NaOH SO$_2$removal rate slightly increased with increasing applied voltage. When the vapour of aqueous NaOH solution and NH$_3$were simultaneously injection NOx and SO$_2$ removal rate were significantly increased.
The microorganism for ammonia gas removal was isolated from composting product. This was identified as Brevundimonas diminuta by morphological, biochemical characteristics study and 16S rDNA sequence analysis. Optimal incubation temperature for cell growth and oxidizing ability of $NH_4-N$ was $30^{\circ}C$ and optimal initial pH was 7. Glucose affected the growth of cell and the removal of $NH4^+$. The growth rate of the isolates were increased when grown in the presence of 0.05-1%(w/v) glucose in the selective medium and lurker increases in glucose concentration to 2% caused significant decreases in the cell growth and oxidizing ability of $NH4^+$.
본 연구에서는 제철소에서 배출되는 산업폐수를 이용하여 미세조류를 성공적으로 배양하였으며 이에 대한 모델링 연구를 통해 이산화탄소의 고정화 및 암모니아의 제거효율에 미치는 환경인자에 대하여 살펴보고 실제 옥외배양에서의 성능을 평가하고자 하였다. Bottle에서의 배양을 통해 산업폐수에서 미세조류가 성장하면서 암모니아를 완전히 제거할 수 있음을 확인하였다. 또한 이때 타양미생물의 성장은 미세조류의 성장에 비해 미미하였으므로 건조중량으로부터 고정화된 이산화탄소를 계산할 수 있었다. Raceway pond의 회분식운전 결과로부터 조류성장에 대한 모델을 구축하고 관계되는 parameter를 결정할 수 있었으며 이로부터 실제 옥외에서의 빛의 세기에서 고정화된 이산화탄소의 누적량 및 암모니아의 제거를 계산할 수 있었다. 그 결과 60 klux이상의 빛에서는 암모니아가 완전히 제거될 수 있다는 결과를 얻었으며 빛의 세기가 증가할 수록 성능이 향상되지만 빛에너지에 대한 효율은 감소하는 경향을 발견하였다. Raceway pond의 실제 옥외운전을 모사하기 위한 반연속식 배양실험에서는 dilution rate이 증가할 때 이산화탄소의 고정화율 및 암모니아의 제거율이 증가하나 암모니의 제거효율은 감소하는 경향을 얻었다. 또한 raceway pond의 옥외배양시 빛의 세기 및 폐수의 깊이, dilution rate에 따른 성능변화를 모델로 이용하여 계산하였는데 결과적으로 하루에 12시간동안 100klux의 태양빛이 공급되는 조건에서 raceway pond를 운전할 때 최적의 dilution rate은 0.425$day^{-1}$이며 이러한 조건에서 24.7 g$m^{2}day^{-1}$의 속도로 이산화탄소를 고정할 수 있는 것으로 평가되었다. 또한 이러한 조건에서 암모니아는 0.52 g $NH_3-Nm^{-2}day^{-1}$의 속도로 제거될 수 있으며 배출수증의 암모니아농도는 폐수의 깊이에 따라 크게 변화하는 것으로 나타났다.
국제 보건기구인 WHO는 식수의 암모니아 농도를 1.5 mg/L로 제한한다. 그러나 카트만두의 지하수 암모니아 농도는 0-120 mg/L로 그 농도가 매우 다양하고 높다(Chapagain et al., 2010). 고농도의 암모니아는 식수의 맛을 변질시키고 악취 문제가 발생하기 때문에 사전 처리가 필요하다. 카트만두에서는 인구의 절반이 식수로 지하수를 사용하고 있지만, 이 문제에 대한 심각성을 인지 못하고 있다. 이를 인지하고 있는 일부 거주자는 시중에서 판매되는 Jar Water를 사용하고 있지만, Jar Water도 WHO 표준을 충족하지 않는다. 따라서, 우리는 카트만두 지역의 고농도의 암모니아 문제를 해결하기 위해 암모니아 제거로 가장 잘 알려진 흡착 및 역삼투(RO) 기술을 사용하여 적합성을 검증하였다. 본 연구는 2 가지 암모니아 농도(15 mg/L 및 50 mg/L)의 카트만두 합성 지하수 조성에서 흡착 및 역삼투 방법의 기술적이고 경제적인 관점에서 성능을 평가했다. 결과적으로, 이온교환수지(IE)를 통한 흡착은 초기 100% 암모니아 제거 성능을 지니며, 이는 암모늄 제거가 최대 90%인 RO에 비해 비교적 우수한 제거 능력을 갖춘 기술임을 확인하였다. 또한 경제적인 측면에서는 흡착기술은 가정에서처럼 낮은 물 소비(<50 L/day)에 적합하지만, RO는 일 물 소비가 높은 곳(>50 L/day) 에서 좀 더 효율적인 기술로 확인되었다. 마지막으로, 이러한 평가결과는 네팔 카트만두에서 지속 가능한 식수 확보를 위해 Jar Water를 구입하는 것보다 적절한 가정 처리 시스템을 설치하는 것이 식수의 질 뿐만 아니라 경제적인 관점에서도 보다 효율적이라고 제안한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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