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( Miratul Maghfiroh ),임현만 ( Lim Hyun-man ),안광호 ( Ahn Kwang-ho ),정진홍 ( Jung Jin-hung ),장여주 ( Jang Yeo-ju ),장향연 ( Chang Hyang-yeon ),박나리 ( Park Na-ri ),김원재 ( Kim Weon-jae ) 한국물환경학회 2020 한국물환경학회·대한상하수도학회 공동 춘계학술발표회 Vol.2020 No.-
Water shortage becomes apparent threat whereby millions of people in the world are estimated to have experienced it even for a year-round. Recycling, reusing and reclaiming wastewater are among countermeasures to wisely utilize water in the future. Natural zeolites cater capabilities to recover polluted water. Zeolites act as ion exchangers by which favorable ions are adsorbed into active sites in the zeolite frameworks in exchange to ions with less affinity. These materials are also comparatively inexpensive and low-energy cost in maintenance especially for up-scale practices. We studied the performance of Korean domestic natural zeolites through column tests by analyzing breakthrough curves and evaluated the data according to Adam-Bohart and Thomas models. This study benefits to gain insights on appropriate design parameters for pilot scale in the future. Based on XRD analysis, our natural zeolites contain heulandite, clinoptilolite, mordenite, and quartz. It was also revealed that silica was 74.3% and aluminum compound was 14.6%. Column tests were carried out in a continuos flow with synthetic ammonium solutions of 50 mg/L as the influent. Bed height was 27.5 cm and particle sizes of zeolites were 1.18-2.36 mm. Two vertical velocities (5 m/h and 2.5 m/h) were chosen in this study. Observations of ammonium concentrations were monitored at certain times until breakthrough was reached around 50%. According to the curves, breakthrough of 0.05 Ct/C0 was achieved after 1.7 hours and 5.6 hours when using 5 m/h and 2.5 m/h vertical velocity correspondingly. We also challenged our experimental data against two common models for sorption in packed bed i.e. Adam-Bohart and Thomas models using non-linear regression approaches. We found that Thomas model fitted the experimental data well showing R<sup>2</sup>>0.92 with SSE<0.04. Adam-Bohart model explained mass balance of sorption process while Thomas model assumes that the reactions in packed bed are reversible.
( Miratul Maghfiroh ),임현만 ( Lim Hyun-man ),안광호 ( Ahn Kwang-ho ),정진홍 ( Jung Jin-hung ),장여주 ( Jang Yeo-ju ),장향연 ( Chang Hyang-yeon ),박나리 ( Park Na-ri ),김원재 ( Kim Weon-jae ) 한국물환경학회 2020 한국물환경학회·대한상하수도학회 공동 춘계학술발표회 Vol.2020 No.-
Water shortage becomes apparent threat whereby millions of people in the world are estimated to have experienced it even for a year-round. Recycling, reusing and reclaiming wastewater are among countermeasures to wisely utilize water in the future. Natural zeolites cater capabilities to recover polluted water. Zeolites act as ion exchangers by which favorable ions are adsorbed into active sites in the zeolite frameworks in exchange to ions with less affinity. These materials are also comparatively inexpensive and low-energy cost in maintenance especially for up-scale practices. We studied the performance of Korean domestic natural zeolites through column tests by analyzing breakthrough curves and evaluated the data according to Adam-Bohart and Thomas models. This study benefits to gain insights on appropriate design parameters for pilot scale in the future. Based on XRD analysis, our natural zeolites contain heulandite, clinoptilolite, mordenite, and quartz. It was also revealed that silica was 74.3% and aluminum compound was 14.6%. Column tests were carried out in a continuos flow with synthetic ammonium solutions of 50 mg/L as the influent. Bed height was 27.5 cm and particle sizes of zeolites were 1.18-2.36 mm. Two vertical velocities (5 m/h and 2.5 m/h) were chosen in this study. Observations of ammonium concentrations were monitored at certain times until breakthrough was reached around 50%. According to the curves, breakthrough of 0.05 Ct/C0 was achieved after 1.7 hours and 5.6 hours when using 5 m/h and 2.5 m/h vertical velocity correspondingly. We also challenged our experimental data against two common models for sorption in packed bed i.e. Adam-Bohart and Thomas models using non-linear regression approaches. We found that Thomas model fitted the experimental data well showing R<sup>2</sup>>0.92 with SSE<0.04. Adam-Bohart model explained mass balance of sorption process while Thomas model assumes that the reactions in packed bed are reversible.
MAP 결정화 공정의 MgO 주입량 제어를 위한 최적 pH 결정
박나리 ( Park Nari ),장향연 ( Chang Hyangyoun ),장여주 ( Jang Yeoju ),미라툴매크피로 ( Miratul Maghfiroh ),임현만 ( Lim Hyunman ),정진홍 ( Jung Jinhong ),안광호 ( Ahn Gwangho ),김원재 ( Kim Weonjae ) 한국물환경학회 2020 한국물환경학회·대한상하수도학회 공동 춘계학술발표회 Vol.2020 No.-
약알칼리 조건에서 마그네슘이온(Mg<sup>2+</sup>)과 암모늄이온(NH<sub>4</sub><sup>+</sup>) 및 인산염인(PO<sub>4</sub><sup>3-</sup>)은 1 : 1 : 1로 반응하여 MAP(MgNH<sub>4</sub>PO<sub>4</sub>·6H<sub>2</sub>O, struvite) 결정을 형성하며, 이는 비료로 활용가능하다. 하수처리시설반류수 중 특히 탈수여액은 고농도의 암모늄이온(NH<sub>4</sub><sup>+</sup>) 및 인산염인(PO<sub>4</sub><sup>3-</sup>)을 함유하기 때문에 약알칼리 조건에서 Mg2+을 주입함으로써 MAP 결정을 형성하여 인을 제거, 회수할 수 있다. 본 연구에서는 MAP 결정화 플랜트(처리용량: 10m<sup>3</sup>/d)의 MgO 주입농도를 제어하기 위한 pH 컨트롤러의 최적 pH를 결정하고자 하였다. MAP 결정화 플랜트의 대상원수는 하수처리시설 내 소화슬러지 탈수여액이며, 마그네슘 공급 및 pH 조절을 위하여 MgO 현탁액을 pH 컨트롤러와 연동하여 주입하였다. 원수 성상은 102.1 - 125.8 mg/L PO4-P, 206.7 - 262.7 mg/L NH4-N, 37.2 - 41.6 mg/L Mg<sup>2+</sup>이었다. pH 컨트롤러의 설정 pH는 8.0, 8.2, 8.4, 8.6, 8.8로 조절하였고, 결정화조 내 혼합수가 설정 pH에 도달한 후 2시간 동안 운전하여 주입된 MgO 현탁액의 부피를 측정하였다. 유입수, 혼합수, 유출수를 채수하여 pH, T-P, T-N, PO4-P, NH4-N, Mg<sup>2+</sup>를 분석하였다. pH 컨트롤러의 설정 pH를 8.0 - 8.8로 조절했을 때, T-P, PO4-P 제거효율은 각각 26.4 - 83.0%, 26.4 - 92.3%로, T-N, NH<sub>4</sub>-N의 제거효율은 각각 4.3 - 18.8%, 7.8 - 20.5%로 pH에 따라 증가하였다. 이때 (주입 Mg<sup>2+</sup>)/(유입 P)의 몰비는 0.6 - 1.2로 조정되었다. Mg<sup>2+</sup> 주입량 대비 PO<sub>4</sub>-P와 NH<sub>4</sub>-N의 제거양은 0.46 - 0.70 (mol P removed)/(mol Mg<sup>2+</sup> feed), 0.58 - 0.70 (mol N removed)/(mol Mg<sup>2+</sup> feed)로 나타났다. pH 8.0을 제외한 pH 범위에서 Mg<sup>2+</sup> 주입량 대비 비슷한 인, 질소 제거양을 보였고, 인은 pH 8.2에서, 질소는 pH 8.4에서 가장 높은 분율로 제거되었다. 경제성을 검토하기 위한 방안으로 Mg<sup>2+</sup> 활용률(kg Mg<sup>2+</sup> consumed)/(kg Mg<sup>2+</sup> feed)을 계산하였다. Mg<sup>2+</sup> 활용률은 pH 8.0에서 103.8%로 나타나 주입한 Mg<sup>2+</sup> 양 이상의 Mg<sup>2+</sup>을 소비하였다. 또한 pH 8.4에서 96.8%로 높은 활용률을 보였으며, pH가 증가할수록 90.3%까지 감소하였다. MgO 제어기법으로 활용되는 pH 컨트롤러의 최적 pH를 pH 8.0 - 8.8 범위에서 조사한 결과, 유출수의 인 및 질소 농도를 저감하기 위해서는 pH 8.8까지 높이는 것이 바람직하였다. 그러나 Mg<sup>2+</sup> 주입량 대비 인, 질소의 제거량 및 잔류 Mg<sup>2+</sup> 농도를 제어하기 위하여 pH 8.2 - 8.4 조건이 유리한 것으로 판단되었다.
MAP 결정화 공정의 MgO 주입량 제어를 위한 최적 pH 결정
박나리 ( Park Nari ),장향연 ( Chang Hyangyoun ),장여주 ( Jang Yeoju ),미라툴매크피로 ( Miratul Maghfiroh ),임현만 ( Lim Hyunman ),정진홍 ( Jung Jinhong ),안광호 ( Ahn Gwangho ),김원재 ( Kim Weonjae ) 한국물환경학회 2020 한국물환경학회·대한상하수도학회 공동 춘계학술발표회 Vol.2020 No.-
약알칼리 조건에서 마그네슘이온(Mg<sup>2+</sup>)과 암모늄이온(NH<sub>4</sub><sup>+</sup>) 및 인산염인(PO<sub>4</sub><sup>3-</sup>)은 1 : 1 : 1로 반응하여 MAP(MgNH<sub>4</sub>PO<sub>4</sub>·6H<sub>2</sub>O, struvite) 결정을 형성하며, 이는 비료로 활용가능하다. 하수처리시설반류수 중 특히 탈수여액은 고농도의 암모늄이온(NH<sub>4</sub><sup>+</sup>) 및 인산염인(PO<sub>4</sub><sup>3-</sup>)을 함유하기 때문에 약알칼리 조건에서 Mg2+을 주입함으로써 MAP 결정을 형성하여 인을 제거, 회수할 수 있다. 본 연구에서는 MAP 결정화 플랜트(처리용량: 10m<sup>3</sup>/d)의 MgO 주입농도를 제어하기 위한 pH 컨트롤러의 최적 pH를 결정하고자 하였다. MAP 결정화 플랜트의 대상원수는 하수처리시설 내 소화슬러지 탈수여액이며, 마그네슘 공급 및 pH 조절을 위하여 MgO 현탁액을 pH 컨트롤러와 연동하여 주입하였다. 원수 성상은 102.1 - 125.8 mg/L PO4-P, 206.7 - 262.7 mg/L NH4-N, 37.2 - 41.6 mg/L Mg<sup>2+</sup>이었다. pH 컨트롤러의 설정 pH는 8.0, 8.2, 8.4, 8.6, 8.8로 조절하였고, 결정화조 내 혼합수가 설정 pH에 도달한 후 2시간 동안 운전하여 주입된 MgO 현탁액의 부피를 측정하였다. 유입수, 혼합수, 유출수를 채수하여 pH, T-P, T-N, PO4-P, NH4-N, Mg<sup>2+</sup>를 분석하였다. pH 컨트롤러의 설정 pH를 8.0 - 8.8로 조절했을 때, T-P, PO4-P 제거효율은 각각 26.4 - 83.0%, 26.4 - 92.3%로, T-N, NH<sub>4</sub>-N의 제거효율은 각각 4.3 - 18.8%, 7.8 - 20.5%로 pH에 따라 증가하였다. 이때 (주입 Mg<sup>2+</sup>)/(유입 P)의 몰비는 0.6 - 1.2로 조정되었다. Mg<sup>2+</sup> 주입량 대비 PO<sub>4</sub>-P와 NH<sub>4</sub>-N의 제거양은 0.46 - 0.70 (mol P removed)/(mol Mg<sup>2+</sup> feed), 0.58 - 0.70 (mol N removed)/(mol Mg<sup>2+</sup> feed)로 나타났다. pH 8.0을 제외한 pH 범위에서 Mg<sup>2+</sup> 주입량 대비 비슷한 인, 질소 제거양을 보였고, 인은 pH 8.2에서, 질소는 pH 8.4에서 가장 높은 분율로 제거되었다. 경제성을 검토하기 위한 방안으로 Mg<sup>2+</sup> 활용률(kg Mg<sup>2+</sup> consumed)/(kg Mg<sup>2+</sup> feed)을 계산하였다. Mg<sup>2+</sup> 활용률은 pH 8.0에서 103.8%로 나타나 주입한 Mg<sup>2+</sup> 양 이상의 Mg<sup>2+</sup>을 소비하였다. 또한 pH 8.4에서 96.8%로 높은 활용률을 보였으며, pH가 증가할수록 90.3%까지 감소하였다. MgO 제어기법으로 활용되는 pH 컨트롤러의 최적 pH를 pH 8.0 - 8.8 범위에서 조사한 결과, 유출수의 인 및 질소 농도를 저감하기 위해서는 pH 8.8까지 높이는 것이 바람직하였다. 그러나 Mg<sup>2+</sup> 주입량 대비 인, 질소의 제거량 및 잔류 Mg<sup>2+</sup> 농도를 제어하기 위하여 pH 8.2 - 8.4 조건이 유리한 것으로 판단되었다.