표면처리폐수 내 질산성 질소를 제거하기 위한 전기화학적 처리공정에서 전극간격, 환원제, 1단 처리수 반송, 타 물질과 동시 처리 등 네 가지 조건을 변화시키며 실험을 진행하였다. 실험 결과, 전극간격은 10 mm일 때 질산성 질소 제거효율이 높았으며 10 mm 보다 전극간격이 좁아질 경우 농도분극 현상의 증가로 인해 제거효율이 감소하며 10 mm 보다 넓어질 경우 전압이 상승하여 에너지 소모가 증가하였다. 환원제 영향에 대한 실험 결과, 질산성 질소가 환원되는 과정에서 수소가 소모되기 때문에 수소이온 농도가 높은 산성조건에서 더 원활한 환원반응이 이루어졌으며 아연을 1.2배 투입할 경우 질산성 질소와의 반응량이 증가하여 질산성 질소 제거효율이 증가하였다. 1단 처리수를 반송할 경우 난류가 형성되어 환원전극에 부착된 아연이 탈착되어 재 이용되고 내부 확산이 증가하여 농도분극현상이 감소함으로 인해 질산성 질소 제거효율이 증가하였으며 아연 투입량 감소 효과가 나타났다. 암모니아성 질소는 질산성 질소 제거에 영향을 미치지 않았고 폐수 내 염소성분이 충분할 경우 질산성 질소와 동시 처리에도 문제가 없는 것으로 나타났다. 중금속은 환원되는 과정에서 전자를 소모하여 질산성 질소 제거효율은 감소하지만 전류밀도 증가나 본 장치의 전단을 중금속 제거용으로 사용하는 방법 등으로 해결이 가능할 것으로 생각한다.
본 연구에서는 수용액상의 금속이온을 기능화된 구형의 실리카 담체를 이용하여 제거하는 공정에 대하여 유한 차분법을 이용하여 모사하였다. 평형 모델과 비평형 모델을 수립하여 무차원 변수와 각종 변수에 대한 영향을 살펴보았으며 평형 모델과 비평형 모델의 결과를 비교하였다. 평형모델의 경우 Freundlich 등온식을 사용하였으며 비평형 모델의 경우 1차 반응속도를 가정하였다. 평형모델과 비평형 모델의 경우 변수값에 따라 비슷한 경향을 나타내었으며 금속이온 제거공정의 효율을 예측할 수 있었다. 문헌에 제시된 실험값을 활용하여 평형 모델의 예측 결과를 비교한 결과 부합되는 결과를 나타내었다.
3종의 생물흡착제에 대하여 5가지 중금속 이온 용액의 pH가 $4{\sim}8$일 때 크롬이온은 흡착이 감소하였고 구리이온은 흡착이 증가하였으며, 특정한 실험환경(pH4, $21^{\circ}C$, 120RPM교반)에서 교반시간이 60분일 때 흡착평형이 이루어졌으며 최대흡착율에 도달하였으며, Langmuir흡착 등온식이 Freundlich 흡착 등온식보다 더 높은 상관계수를 나타내며 단일-혼합 중금속 흡착 실험에서 카드뮴과 망간을 제외하고는 모두 80%이상, 납에서 95%의 흡착성능을 보였다.
Micellar-enhanced ultrafiltration (MEUF) is a surfactant-based separation technique and has been investigated for the removal of heavy metals from wastewater. The performance of heavy metals removal from wastewater through MEUF relies on membrane characteristics, surfactant properties, various operational parameters including operating pressure, surfactant and heavy metal concentration, pH of the solution, temperature, and presence of dissolved solutes and salts. This study presents an overview of literature related to MEUF with respect to the all significant parameters including membranes, surfactants, operating conditions and MEUF hybrid processes. Moreover, this study illustrates that MEUF is an adaptable technique in various applications. Nowadays water contamination caused by heavy metals has become a serious concern around the globe. MEUF is a significant separation technique in wastewater treatment that should be acknowledged, for the reason that removal of heavy metals contamination even at lower concentrations becomes achievable, which is evidently made known in the presented review. Hybrid processes presented the better results as compared to MEUF. Future studies are required to continue the experimental work with various combinations of surfactant and heavy metals, and to investigate for the treatment of concentrated solutions, as well as for real industrial wastewater.
Kim, Deok-Won;Park, Ji-Su;Oh, Eun-Ji;Yoo, Jin;Kim, Deok-Hyeon;Chung, Keun-Yook
공업화학
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제33권6호
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pp.666-674
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2022
The removal efficiencies of nutrients (N and P) and heavy metals (Cu and Ni) by Rhodobacter blasticus and R. blasticus attached to polysulfone carriers, alginate carriers, PVA carriers, and PVA + zeolite carriers in synthetic wastewater were compared. In the comparison of the nutrient removal efficiency based on varying concentrations (100, 200, 500, and 1000 mg/L), R. blasticus + polysulfone carrier treatment showed removal efficiencies of 98.9~99.84% for N and 96.92~99.21% for P. The R. blasticus + alginate carrier treatment showed removal efficiencies of 88.04~97.1% for N and 90.33~97.13% for P. The R. blasticus + PVA carrier treatment showed removal efficiencies of 18.53~44.25% for N and 14.93~43.63% for P. The R. blasticus + PVA + zeolite carrier treatment showed removal efficiencies of 26.65~64.33% for N and 23.44~64.05% for P. In addition, at the minimum inhibitory concentration of heavy metals, R. blasticus (dead cells) + polysulfone carrier treatment showed removal efficiencies of 7.77% for Cu and 12.19% for Ni. Rhodobacter blasticus (dead cells) + alginate carrier treatment showed removal efficiencies of 25.83% for Cu and 31.12% for Ni.
본 연구에서는 분리균주 LH2를 이용하여 각각의 중금속 (Cr, Cu, Ni, Pb, Zn)에 대한 최적성장조건을 도출하였으며, pH, 온도 및 중금속 농도 변화에 따른 중금속 제거효율을 관찰하였다. 분리균주는 18S rDNA 분석에 의거하여 종 유사성이 100%로서 Exophiala sp.로 동정되었다. 분리균주의 경우 $25^{\circ}C$, pH 7인 진탕배양 조건에서 가장 높은 제거효율을 보였다. 첨가되는 중금속의 농도가 200 ppm이하일 경우 중 금속의 비제거속도를 구한 결과 pH 7인 조건에서 중금속의 종류와 무관하게 10 ppm에서 200 ppm으로 중금속의 농도가 증가함에 따라 0.01에서 4.43 mg-metal $L^{-1}{\cdot}d^{-1}{\cdot}mg^{-1}{\cdot}DCW^{-1}$으로 증가하였다. pH 7로 설정된 배양액에 약 200ppm의 중금속이 첨가될 경우 중금속의 제거효율은 Cr, Cu, Ni, Pb, 및 Zn 이 각각 99.28%, 97.67%, 91.94%, 99.77%, 99.61%로 관찰되었다.
본 연구는 폐타이어의 재활용 일환으로 기존의 분말 화된 폐타이어 표면에 특정의 Functional group을 형성시켜 수중의 중금속이온들 과의 Chelate complexes 형성을 유도 함으로서 중금속 제거제로서의 폐타이어 활용방안을 제시 하고자 하였다. 이를 위해 FT-IR을 통하여 Function리 group의 종류 및 XRD, XRF, SEM 용출실험을 통해 개질 변화된 폐타이어 특성 분석하였으며 Kinetics Study를 통해 흡착모델에 적용하여 특정상수 값을 도출 하였다. 결과적으로 중금속 흡착 선호도는 $Pb^{2+}>Cu^{2+}>Cd^{2+}$순으로 확인되었으며, 초기 30분 이내에 흡착평형에 도달 하였고, 흡착반응속도 또한 0.27에서 $1.78\sim3.15(g/mg{\cdot}min)$로 증가하였으며, 80% 이상의 제거효율을 보였다. 이는 기존의 분말폐타이어에 비해 그 효율이 10배가량 증가함을 알 수 있었으며, Functional group을 활용한 폐타이어를 이용할 경우 중금속제거제로서의 뛰어난 효율성을 제시 할 수 있었다.
맥반석은 용액중의 철, 구리, 카드뮴과 아연 등 중금속 이온에 대해 제거효과를 나타냈으며, 그 중에서도 철과 동의 제거가 가장 뚜렷하였다. 이런 중금속의 제거는 맥반석에 포함되어 있는 칼슘 등 금속과의 이온교환에 의해 이루지는 것으로 나타났다. 맥반석은 황화수소와 암모니아 등 악취물질에 대해서도 뚜렷한 제거효과가 있으며 E. coli에 대해 항균효과가 있는 것으로 나타났다. 그리고 Nocardioides sp. PNP101를 이용한 4-nitrophenol의 분해와 Strain CJl과 Rhodococcus sp. DNP 505를 이용한 2,4-dinitrophenol의 분해를 뚜렷하게 촉진하는 것으로 나타났다.
There are a few thousand abandoned metal mines in South Korea. The abandoned mines cause several environmental problems including releasing acid mine drainage (AMD), which contain a very high acidity and heavy metal ions such as Fe, Cu, Cd, Pb, and As. Iron oxides can be formed from the AMD by increasing the solution pH and inducing precipitation. Current study focused on the formation of iron oxide in an AMD and used the oxide for adsorption of heavy metals. The heavy metal adsorbed iron oxide was separated with a superconducting magnet. The duration of iron oxide formation affected on the type of mineral and the degree of magnetization. The removal rate of heavy metal by the adsorption process with the formed iron oxide was highly dependent on the type of iron oxide and the solution pH. A high gradient magnetic separation (HGMS) system successfully separated the iron oxide and harmful heavy metals.
To investigate the possible applications of plants to remediate heavy-metal-contaminated soil, a pilot experiment was performed for four years in a reclaimed dredging area using two Alnus species, i.e., Alnus firma and Alnus hirsuta. In a comparison of phytomass of the two species at two different planting densities, the phytomass of Alnus planted at low density was twice as high as that of Alnus planted at high density after four years. The Alnus species showed active acclimation to the heavy-metal-contaminated soil in a reclaimed dredging area. A. hirsuta showed greater accumulation of phytomass than A. firma, indicating that it is the better candidate for the phytoremediation of heavy-metal-contaminated soils. In the pilot system, Alnus plants took metals up from the soil in the following order; Pb > Zn > Cu > Cr > As > Cd. Uptake rates of heavy metals per individual phytomass was higher for Alnus spp. planted at low density than those planted at high density in the pilot system. Low plant density resulted in higher heavy metal uptake per plant, but the total heavy metal concentration was not different for plants planted at low and high density, suggesting that the plant density effect might not be important with regard to total uptake by plants. The quantity of leached heavy metals below ground was far in excess of that taken up by plants, indicating that an alternative measurement is required for the removal of heavy metals that have leached into ground water and deeper soil. We conclude that Alnus species are potential candidates for phytoremediation of heavy-metal- contaminated surface soil in a reclaimed dredging area.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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