철/망간 산화물 피복제를 이용한 오염지하수에서의 As(III)제거

김주용,최윤형,김경웅,안주성,김동욱,Kim Ju-Yong,Choi Yoon-Hyeong,Kim Kyoung-Woong,Ahn Joo Sung,Kim Dong Wook 대한자원환경지질학회 2005 자원환경지질 Vol.38 No.5

철산화물 피복 모래를 이용한 투수성 반응 벽체는 As(V)로 오염된 지하수의 처리에 매우 효과적인 것으로 알려져 있다 그러나 이 방법은 As(III)에 있어서는 그 제거효과가 제한적인 실정이다. 본 연구에서는 위 방법에 의한 3가 비소제거의 한계를 극복하기 위해서 As(III)를 As(V)로 산화시킬 수 있는 능력을 가진 망간산화물 피복 물질을 비소저감 촉진제로서, 철산화물 피복 물질을 이용한 처리 기법에 함께 적용하였다. 철산화물 피복 모래와 망간산화물 피복 모래를 함께 이용한 비소제거 방법으로서, 순차 제거법과 동시 제거법이 연구되었다. 두 가지 처리 방법 모두 6시간동안 $85\%$ 이상의 높은 비소제거 효율을 보였으며, 처리과정 동안 흡착제 표면의 철이나 망간의 용해에 의한 2차적인 오염도 일어나지 않았다. 그러나, 동시 제거법은 비소 저감 후 처리수의 산성도를 pH 6.0의 중성상태로 유지하는 반면, 순차 제거법은 처리수를 pH 4.5의 산성상태로 변화시키는 작용을 일으켜, 음용수로서의 이용을 위한 오염 지하수의 비소 저감법으로는 동시 제거법이 적합한 것으로 판정되었다. 보다 높은 As(III) 제거 효과를 위해, 망간 및 철산화물을 폴리프로필렌 섬유에 피복시켜 비소제거에 적용하였다. 폴리프로필렌 섬유는 높은 표면적과 낮은 비중의 특성을 가진, 신축성 있는 스폰지와 같은 저렴한 중합체의 일종이다. 이를 이용한 비소 제거법은 피복모래를 이용한 방법보다 월등히 뛰어난 $99\%$ 이상의 높은 비소제거 효율을 나타내었다. 또한, 피복 폴리프로필렌 섬유를 이용한 방법은 비소에 오염된 물의 음용수로의 이용을 위한 간편한 처리기법으로서 적용하기에 좋은 많은 실용적인 장점들을 가지고 있다. Permeable reactive barrier using iron oxide coated sand is one of effective technologies for As(V) contaminated groundwater. However, this method is restricted to As(III), because As(III) species tends to be more weakly bound to adsorbent. In order to overcome the limitation of iron oxide coated sand application to As(III) contaminated groundwater, manganese oxide materials as promoter of As(III) removal were combined to the conventional technology in this study. For combined use of iron oxide coated sand and manganese oxide coated sand, two kinds of removal methods, sequential removal method and simultaneous removal method, were introduced. Both methods showed similar removal efficiency over $85\%$ for 6 hrs. However, the sequential method converted the As contaminated water to acid state (pH 4.5), on the contrary, the simultaneous method maintained neutral state (pH 6.0). Therefore, simultaneous As removal method was ascertained as a suitable treatment technology of As contaminated water. Moreover, for more effective As(III) remediation technique, polypropylene textile which has the characteristics of high surface area, low specific gravity and flexibility was applied as alternative material of sand. The combined use of coated polypropylenes by simultaneous method showed much more prominent and rapid remediation efficiency over $99\%$ after 6 hrs; besides, it has practical advantages in replacement or disposal of adsorbent for simple conventional removal device.

광산배수 처리시설 부산물을 활용한 비소제거 메커니즘 연구

한영수 ( Young-soo Han ),지상우 ( Sangwoo Ji ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2020 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2020 No.-

본 연구는 망간이 오염물질로 함유된 광산배수의 정화를 위해 설치된 사여과조의 모래에 시간이 흐르며 자연적으로 산화망간 피복이 형성된 폐여과사를 재활용하여 비소 오염수를 처리하는 처리제로 사용하기 위한 처리 효율 및 반응 메커니즘을 연구하였다. 망간산화물은 산화제로써 5가비소에 비하여 독성과 이동성이 높아 처리가 어려운 3가비소를 5가비소로 산화시키는 반응을 한다고 알려져 있다. 본 연구에서는 광산배수 폐여과사의 3가비소 및 5가비소 처리에 대한 반응 메커니즘을 연구하였다. 이를 위하여 다양한 pH 조건에서 3가 및 5가비소와 반응한 실험배치의 비소제거 효율 및 용존 망간 농도를 측정하였다. 또한 폐여과사에 결합한 비소가 어떤 형태로 존재하는가를 알아보기 위하여 X-ray 흡수분광법을 사용하여 비소 및 망간의 산화상태를 분석하였다. 실험 결과는 폐여과사에 존재하는 망간산화물은 3가비소와 5가비소를 유사한 효율로 제거함을 보여주었다. 또한 용존 망간 농도는 3가비소 처리 배치와 5가비소 처리 배치와 비교했을 때, 3가비소 처리 배치에서 더 높은 농도의 망간이 용해되고 있음을 확인하였다. 이러한 현상이 나타난 이유는 폐여과사의 망간이 3가비소를 5가비소로 산화시키는 동시에 고체상의 산화망간은 용해성이 높은 2가망간으로 환원되어 녹아나오기 때문이다. X-ray 흡수분광 실험 결과는 이러한 예측과 일치하는 결과를 보여주었는데, 폐여과사와 결합한 비소의 형태가 3가 및 5가비소 처리 배치 모든 경우에서 5가비소의 형태로 존재하고 있음을 알 수 있었고, 망간의 경우 3가비소로 처리한 후의 망간의 산화상태가 초기 상태보다 약간 환원된 상태로 변화된 것을 보여주었다.

음이온교환섬유를 이용한 수중 5가 비소 이온 제거 및 회수

이승찬 ( Seungchan Lee ),김재현 ( Jaehyun Kim ),강진규 ( Jinkyu Kang ),심은혜 ( Eunhye Sim ),김성배 ( Songbae Kim ) 한국농공학회 2016 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2016 No.-

본 연구에서는 세 종류의 음이온교환섬유 (KC31, SA, SA2)를 이용하여 수중 5가 비소 이온 (As(V))을 제거하고 이를 회수하였다. 음이온교환섬유의 수중 5가 비소 제거에 있어 pH 영향을 평가하기 위하여 10 mg As(V)/L 비소용액의 pH를 0.1 M HCl과 0.1 M NaOH를 이용하여 2 - 12의 범위로 조절한 후 회분실험을 수행하여 pH에 따른 각 섬유의 수중 비소 제거능을 평가하였다. 비소가 흡착된 이온교환섬유의 재생성을 평가하기 위하여 0.1 M NaCl 용액을 이용하여 재생을 수행하였으며 재생과정에서 탈착된 비소 이온을 회수하기 위하여 탈착용액에 다양한 농도와 pH의 FeCl₃ 용액을 적용하여 회수를 수행하였다. 용액 내 비소 이온의 농도는 ICP-AES를 활용하여 측정하였다. pH 실험결과, KC31의 경우 pH 4에서 제거능이 9.480 mg/g으로 가장 높으며, SA와 SA2의 경우 pH 10에서 제거능이 각각 9.753 mg/g, 8.419 mg/g으로 가장 높음을 알 수 있었다. 재생 전후의 비소 농도 측정을 통하여 0.1 M NaCl로 재생 시 KC31과 SA2의 경우 100 %, SA의 경우 77 %의 탈착효율을 보임을 확인하였다. 회수 실험 결과 비소 이온과 3가 철의 몰 비 1 : 6, pH 5 조건에서 침전물이 발생하는 것을 확인하였으며, 유리섬유필터를 이용하여 여과를 통해 침전물을 회수할 수 있었다. 침전-여과를 통해 회수한 후의 남은 수용액의 비소 농도를 측정한 결과, 탈착되었던 비소 이온이 모두 고체 형태로 회수되었음을 확인할 수 있었다.

음이온교환섬유의 광산폐수 내 5가 비소와 6가 크롬 제거

이승찬 ( Seung-chan Lee ),강진규 ( Jin-kyu Kang ),심은혜 ( Eun-hye Sim ),최낙철 ( Nag-choul Choi ),조강희 ( Kang-hee Cho ),이태훈 ( Tae-hoon Lee ),김성배 ( Song-bae Kim ) 한국농공학회 2017 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2017 No.-

본 연구에서는 세 종류의 음이온교환섬유 (KC31, SA, SA2)를 이용하여 광산폐수 내에 존재하는 5가 비소와 6가 크롬을 제거하였다. ICP-AES (Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometry)와 IC (Ion Chromatography)를 이용하여 폐수 내에 존재하는 이온 농도를 측정하였고, 다양한 고액비 (2 - 20 g/L)의 음이온교환섬유를 폐수에 투입하여 고액비에 따른 5가 비소와 6가 크롬의 제거율을 측정하였다. 모든 섬유의 고액비가 증가할수록 5가 비소와 6가 크롬을 더 잘 제거했으며, KC31은 6가 크롬보다 5가 비소를, SA와 SA2는 5가 비소보다 6가 크롬을 더 잘 제거하였다. 고액비 20 g/L 조건에서 KC31이 5가 비소와 6가 크롬을 각각 87.45 %, 48.83 % 제거하였으며, SA는 각각 0.00 %, 29.14 %, SA2는 각각 22.77 %, 52.71 % 제거하였다.

철 및 망간 산화물로 코팅된 입자활성탄을 이용한 수용액 중 As(3) 및 As(5)의 제거

이희용(Hee Yong Lee),양중석(Jung Seok Yang),최재영(Jae Young Choi),이승목(Seung Mok Lee) 大韓環境工學會 2009 대한환경공학회지 Vol.31 No.8

본 연구에서는 수용액상의 비소를 산화 및 흡착기작을 이용하여 제거하기 위해서 철과 망간 산화물로 코팅된 입자 활성탄 (FMOCG)을 제조하고, 이의 표면특성 및 회분식 실험을 통하여 비소제거 특성을 규명하였다. 회분식 실험에서는 네 가지 코팅매질의 비소 산화 및 흡착 동역학, pH 영향, 등온흡착실험을 실시하였다. 코팅매질의 철과 망간 함량은 FMOCG-1(178.12 Fe mg/g, 11.25 Mn mg/g)가 비교적 많은 것으로 나타났다. 비소흡착 동역학을 통하여 As(Ⅲ)의 경우 산화 및 흡착을 통하여 제거됨을 확인하였다. pH 영향실험 결과 pH가 낮을수록 비소의 제거율이 높아지는 것으로 나타났다. 등온흡착실험 결과는 Langmuir isotherm에 잘 적용되었으며 As(Ⅲ)보다 As(Ⅴ)의 흡착량이 약간 높았으며, 최대 흡착량은 1.38~8.44 mg As(Ⅲ)/g과 2.91~9.63 mg As(Ⅴ)/g이었다. The objective of this study was to evaluate the efficiency of Fe and Mn oxides coated granular activated carbons (FMOCGs) for the removal of arsenite and arsenate by oxidation and adsorption mechanisms using surface characterization and batch adsorption experiments. Within four manufactured adsorbents, Fe and Mn contents of FMOCG-1 was the highest (178.12 mg Fe/g and 11.25 mg Mn/g). In kinetic results, As(Ⅲ) was removed by oxidation and adsorption with FMOCGs. Removal of arsenic by FMOCGs increased as pH value of the solution decreased. The adsorption isotherm results were well fitted with Langmuir isotherm. Adsorption amount of As(Ⅴ) onto FMOCGs was higher than that of As(Ⅲ) and the maximum adsorption capacities of FMOCGs for As(Ⅲ) and As(Ⅴ) were 1.38~8.44 mg/g and 2.91~9.63 mg/g, respectively.

지구화학적 평형 모델 적용을 통한 제강 슬래그의 비소제거 기작 연구

오참뜻,임길재,박준범,지상우,정영욱 한국자원공학회 2013 한국자원공학회지 Vol.50 No.2

It was performed to evaluate dominant mechanisms occurring when steel making slag removes arsenic in aqueous solution that batch experiments with initial pH and its geochemical equilibrium modeling using Visual MINTEQ. A large amount of calcium was leached from the slag in process of the chemical reaction with the arsenic solution and were precipitated as calcite or amorphous calcium carbonate due to increased solution pH by the slag removing arsenic by co-precipitation or adsorption. When the solution pH was acidic after the batch experiments, calcium precipitates could not be formed. However, it is estimated that ferric oxide, ferrous hydroxide, aluminum oxide, aluminum oxide hydroxide would adsorb arsenic in form of HAsO4 2-, H2AsO4 - instead of calcium precipitates in acidic condition. Results of geochemical equilibrium modeling using Visual MINTEQ proved its good applicability being similar with those of previous literatures. 제강 슬래그를 이용해 수용액상의 비소를 제거할 때 발생하는 주 기작을 평가하기 위해 초기 pH를 변화시킨 비소용액과 제강 슬래그의 흡착실험을 수행하고 이에 대한 지구화학적 평형을 Visual MINTEQ을 이용해 모델링하였다. 제강 슬래그와 비소의 화학반응 과정에서 다량의 칼슘이 용출되었고 이는 제강 슬래그로 인해 상승된 용액의 pH에 의해 다시 방해석 및 amorphous calcium carbonate로 침전되면서 공침, 흡착을 통해 비소를 제거하는 것으로 확인된다. 흡착반응 완료 후 용액의 pH가 산성인 경우 칼슘 침전물은 형성되지 못하는 것으로 모사되었으나 ferric oxide, ferrous hydroxide, aluminum oxide, aluminum oxide hydroxide 등이 HAsO4 2-, H2AsO4-형태의 비소를 흡착하는 것으로 판단된다. Visual MINTEQ을 통한 제강 슬래그-비소 반응의 지구화학적 평형 모델링 결과는 선행연구들과 유사한 결과를 보이며 높은 적용 가능성을 보였다.

ABA (Alum Based Adsorbent)의 비소 흡착효율 연구

정영기,박철휘 한국도시환경학회 2019 한국도시환경학회지 Vol.19 No.3

This study is to analyze and compare ABA’s (Alum Based Adsorbent) arsenic adsorption efficiency in terms of changes of forms of arsenic, solid and liquid ration, pH, reaction time, etc. Two types of ABA using alum sludge, which is a byproduct obtained from the water treatment system, was used in this experiments. The one was dried at 105oC for 24 hours, and the other one was created through calcination process at 600oC for 6 hours. Pentavalent aresenical is higher than trivalent aresenical in ABA’s arsenic adsorption efficiency. Arsenic adsorption efficiency of calcinated ABA at 500oC is 9.5 mg/g which is almost two times higher than 5.1 mg/g of dried ABA. Arsenic adsorption efficiency of calcinated ABA according pH is higher than dried ABA in all range and therefore, it is turned out that as the more organic carbon is on the surface of ABA, arsenic adsorption is more hindered. Hence, if organic carbon is removed by high temperature, ABA’s adsorption efficiency will be considerably improved. 본 연구는 비소로 오염된 물을 흡착 제거하기 위해 정수처리장의 침전 부산물인 alum sludge를 활용하여 제작한 ABA (Alum Based Adsorbent)를 105oC에서 24시간 동안 건조한 ABA와 500oC에서 6시간 동안 소성하여 제조한 ABA로 구분하여 비소의 존재형태별, 고액비, pH, 반응시간 등의 조건별 흡착실험을 비교 분석하였다. ABA의 비소 흡착효율은 5 가 비소가 3가 비소보다 큰 것으로 나타났으며, 500oC에서 소성하여 제조한 ABA의 흡착효율은 9.5 mg/g로 105oC에서건조하여 제조한 ABA의 흡착효율 5.1 mg/g보다 약 2배 큰 것을 확인할 수 있었고, pH별 흡착효율도 고열에서 소성한ABA가 pH 전 구간에서 모두 증가하는 것으로 나타나 ABA 표면에 유기탄소가 많을수록 비소 흡착이 방해받는 것으로확인할 수 있었다. 따라서, 고온으로 유기탄소를 제거함으로써 ABA의 흡착능이 크게 개선시킬 수 있을 것으로 판단된다.

CaAl-monosulfate와 CaAl-ettringite를 이용한 인공비소폐수의 비소 제거 연구

심재호,김기백,최원호,박주양 대한상하수도학회 2012 상하수도학회지 Vol.26 No.1

The objective of this study is to remove arsenate from artificially contaminated wastewater using CaAl-ettringite and CaAl-monosulfate which were synthesized in laboratory. The study was carried on the basis of solidification/stabilization of waste using cement. Monosulfate and ettringite are constituents of cement paste. The CaAl-ettringite has a chemical formula of Ca6Al2O6(SO4)3․32H2O and has a needle like morphology. Whereas CaAl-monosulfate Ca4Al2O6(SO4)․12H2O has layered double hydroxide structure (LDH) in which the mainlayer consists of Ca and Al and S as interlayer. Ettringite and monosulfate were synthesized by reaction of tricalcium aluminate and gypsum and hydrating this mixture at elevated temperature. The synthesized mineral were characterized by PXRD and FESEM to ensure purity. It was found that concentrations of As(V) in contaminated water were reduced from initial concentration of 1.335 mmol/L to 0.054 mmol/L and 0.300 mmol/L by CaAl-monosulfate and CaAl-ettringite respectively. The post experimental results of PXRD and FESEM analysis indicate that arsenate removal was by ion exchange. 시멘트를 이용한 고형화/안정화의 여러 기작 중 시멘트 페이스트의 구성물인 monosulfate와 ettringite에 초점을 맞춰 이들을 각 각 합성하고인공비소폐수에서의 비소 제거 실험을 실시했다. 소성과 중탕 과정을 거쳐 Ca2+와 Al3+이 mainlayer를 이루고 있으며, SO42-가 interlayer에삽입되어 있는 CaAl-monosulfate와 Ca2+와 Al3+가 column형태의 구조로, SO42-가 channel형태로 구성되어 있는 CaAl-ettringite를 합성했다. 순수하게 합성된 시료로 1.335 mmol/L As(Ⅴ) 농도의 수용액을 각각 0.054 mmol/L As(Ⅴ)와 0.300 mmol/L As(Ⅴ)까지 감소시켰다. PXRD와FESEM을 이용하여 반응 전 후의 시료 결정 구조와 상 분석을 행함으로써 이온교환에 의해 인공비소폐수의 비소가 제거 된 것을 알 수 있었다.

음이온교환섬유에 의한 5가 비소와 6가 크롬의 경쟁 흡착 특성

이승찬 ( Seung-chan Lee ),박정안 ( Jeong-ann Park ),강진규,이태훈 ( Tae-hoon Lee ),최낙철 ( Nag-choul Choi ),조강희 ( Kang-hee Cho ),김성배 ( Song-bae Kim ) 한국농공학회 2018 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2018 No.-

본 연구에서는 Kaneka사의 음이온교환섬유 (SA2)를 이용하여 수중의 5가 비소와 6가 크롬을 경쟁이온 존재 하에서 흡착하였다. Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometry (ICP-AES)를 이용하여 수중의 중금속 농도를 측정하였으며, 경쟁이온으로 사용된 Chloride, Nitrate, Sulfate, Phosphate의 이온 농도는 Ion chromatography (IC)를 이용하여 측정하였다. 5가 비소와 6가 크롬, 그리고 각 경쟁이온이 0.882 mmol의 동일한 농도를 가질 경우의 흡착능을 비교하였다. 5가 비소는 경쟁이온이 존재하지 않을 때, 음이온교환섬유에 의해 64.99 %가 제거되었으며, Sulfate 존재 하에서 15.22%로 흡착능이 가장 크게 저하되었다. 6가 크롬은 경쟁이온이 존재하지 않을 때, 음이온교환섬유에 의해 99.40 %가 제거되었으며, Phosphate 존재 하에서 96.44 %로 흡착능이 가장 크게 저하되었다.

마이크로웨이브 질산용출을 이용한 비가시성 금 정광으로부터 페널티원소 제거와 납 시금법에 의한 금 회수

김현수,명은지,박천영 한국자원공학회 2019 한국자원공학회지 Vol.56 No.3

비 가시성 금을 함유하는 정광으로부터 금을 농축시키기 위하여 마이크로웨이브 질산용출실험을 수행하였 다. 마이크로웨이브 질산용출실험 종료 후 고체 잔류물의 무게 감소율, 비소와 비스무스 제거율 그리고 금 함량을 확 인하였다. 질산농도와 용출시간이 증가하고 시료 첨가량이 감소함에 따라 무게 감소율, 비소와 비스무스 제거율 그리 고 금 함량이 증가하였다. 최적조건은 3 kW의 마이크로웨이브에서 질산농도 5 M, 용출시간 20분, 시료 첨가량 5%로 확인되었다. 이때, 금 함량은 88.30 g/t에서 732.30 g/t으로 증가하였으며, 무게 감소율은 88.82% 그리고 비소와 비스무 스는 모두 제거되었다. A microwave-nitric acid leaching test was performed to concentrate gold from invisible gold concentrate. Weight of the leach residue, removal ratio of As and Bi, and gold content were compared before and after the leaching tests. The weight decreased, while the removal ratio of As and Bi and gold content increased, with increasing nitric acid concentration and leaching time and decreasing solid-liquid ratio. Optimum conditions were confirmed as follows: microwave power = 3 kW, nitric acid concentration = 5 M, leaching time = 20 min, and solid-liquid ratio = 5%. Under the optimum conditions, the gold content increased from 88.30 g/t to 732.30 g/t, the weight loss ratio was 88.82%, and As and Bi were completely removed.