Phosphate removal using novel combined Fe-Mn-Si oxide adsorbent

맹민수,이해균,독고석 대한상하수도학회 2013 상하수도학회지 Vol.27 No.5

The removal of phosphate from surface water is becoming increasingly vital to prevent problems such as eutrophication, particularly near urban areas. Recent requirements to reduce high concentrations of phosphate rely on physicochemical methods and adsorbents that must be effective even under strict conditions. The phosphate removal efficiencies of two adsorbents, Fe-Mn-Si oxide and Fe-Mn oxide, were investigated and the data used to compare kinetics and isotherm models. The maximum adsorption capacities of the two adsorbents were 47.8 and 35.5 mg-PO43-/g, respectively. Adsorptions in both cases were highly pH dependent; i.e., when the pH increased from 3 to 9, the average adsorption capacities of the two adsorbents decreased approximately 32.7 % and 20.3 %, respectively. The Freundlich isotherm model fitted the adsorption of Fe-Mn-Si oxide more closely than did the Langmuir model. Additionally, anionic solutions decreased adsorption because of competition with the anions in the adsorbing phosphate. Although affected by the presence of competing anions or a humic substance, Fe-Mn-Si oxide has better adsorption capacity than Fe-Mn oxide.

에티오피아 글로벌문제해결거점 사업을 통한 식수 및 농업 적정기술 보급

맹민수,박승용,이혜인,신귀암 적정기술학회 2020 적정기술학회지(Journal of Appropriate Technology) Vol.6 No.2

회동수원지의 정수처리 공정을 위한 DAF pilot plant 운영 성능평가

맹민수,김동현,신귀암,독고석,Maeng, Minsoo,Shahi, Nirmal Kumar,Kim, Donghyeun,Shin, Gwyam,Dockko, Seok 대한상하수도학회 2020 상하수도학회지 Vol.34 No.6

A 1,000 ㎥/d DAF(dissolved air flotation) pilot plant was installed to evaluate the performance of the floating process using the Nakdong River. Efficiency of various DAF operations under different conditions, such as hydraulic loading rate, coagulant concentration was evaluated in the current research. The operation conditions were evaluated, based on the removal or turbidity, TOC(total organic carbon), THMFP(trihalomethane formation potential), Mn(manganese), and Al(aluminum). Also, particle size analysis of treated water by DAF was performed to examine the characteristics of particles existing in the treated water. The turbidity removal was higher than 90%, and it could be operated at 0.5 NTU or less, which is suitable for the drinking water quality standard. Turbidity, TOC, and THMFP resulted in stable water quality when replacing the coagulant from alum to PAC(poly aluminum chloride). A 100% removal of Chl-a was recorded during the summer period of the DAF operations. Mn removal was not as effective as where the removal did not satisfy the water quality standards for the majority of the operation period. Hydraulic loading of 10 m/h, and coagulant concentrations of 40 mg/L was determined to be the optimal operating conditions for turbidity and TOC removal. When the coagulant concentration increases, the Al concentration of the DAF treated water also increases, so coagulant injection control is required according to the raw water quality. Particle size distribution results indicated that particles larger than 25 ㎛ showed higher removal rates than smaller particles. The total particel count in the treated water was 2,214.7 counts/ml under the operation conditions of 10 m/h of hydraulic loading rate and coagulant concentrations of 60 mg/L.

Microcystis sp. 제거를 위한 부상용 미세 glass bead의 적용

맹민수,손희종,류동춘,Nirmal Kumar Shahi,독고석 대한환경공학회 2018 대한환경공학회 학술발표논문집 Vol.2018 No.11

2030 글로벌문제해결거점 2단계 사업 추진전략 로드맵

맹민수(Min-Soo Maeng),안성훈(Sung-Hoon Ahn),문지현(Ji-Hyun, Moon),독고석(Seok Dockko) 적정기술학회 2021 적정기술학회지(Journal of Appropriate Technology) Vol.7 No.1

1단계 거점센터 사업이 종료됨에 따라 2단계 거점센터의 필요성에 대한 공감대가 형성되어 최근 2단계 글로벌문제해결거점 2030 로드맵이 제시되었다. 2단계 거점센터의 비전은 지속 가능한 지구촌 공동체 실현을 위한 기술협력 플랫폼 구축이다. 사업 방향성은 크게 3가지 핵심전략사업과 중점전략사업으로 구분된다. 핵심전략사업의 목표는 지속가능/포용적/혁신적 과학기술 ODA 사업수행을 위한 글로벌 기술협력거점 및 융합기술 스마트 플랫폼 마련이며 핵심전략사업 과제는 거점센터 중심의 글로벌 리빙랩을 통한 2단계 요소기술개발, 스마트 기술연계 체계구축 및 다자협력 사업화 추진, ICT 기반 글로벌 핵심기술 운영 플랫폼 및 성과확산이 있다. 중점전략사업의 목표는 지속가능 기술구현을 통한 글로벌 거점지역 문제해결 및 국제협력이며 중점전략사업 과제는 기존 거점센터 2단계 전략기술의 ICT package 및 스마트 구축, 글로벌 리빙랩 중점기술에 대한 스마트 연계체계 개발, 거점센터의 기술성과 운영지원을 위한 글로벌 통합기술 비즈니스 지원 플랫폼 추진이다. Due to the successful accomplishments of the first-stage base center project, a road-map for the second-stage, global base center 2030 project has recently been proposed. The vision of the base center is to build a technology centered, cooperation based platform for a sustainable global community. The global base center 2030 project is based on three core strategies as well as three key strategies. The main goal of the core strategy is to establish an interdisciplinary smart platform, as well as a global tech-coordination facility to implement sustainable, inclusive, and innovative science and technology based ODA projects. To achieve such goals, the global center will focus on developing a global living lab, interdisciplinary smart linkage systems, and a global operating platform. The main goals for the key strategies are to solve issues at the base centers while establishing an international relationship through sustainable technology. To achieve such goals, key projects are centered in establishing a ICT package, and a global living lab based on smart interconnected system. With this, a global inter-connected business platform will also be established to support technical and operational issues.

현지 적용형 골탄 제작을 통한 개발도상국 불소제거 특성 연구

맹민수 ( Maeng Min-soo ),변정섭 ( Byun Jung-seop ),이혜인 ( Lee He-in ),박효진 ( Park Hyo-jin ),김준영 ( Kim Jun-young ),최영균 ( Choi Young-gyun ),신귀암 ( Shin Gwy-am ) 한국물환경학회 2020 한국물환경학회·대한상하수도학회 공동 춘계학술발표회 Vol.2020 No.-

세계보건기구(WHO)에서는 불소 음용수 수질기준을 1.5 mg/L로 권고하고 있다. 하지만 동부 아프리카의 에티오피아, 탄자니아 등의 열곡(rift valley) 지역에서는 지하수 불소 농도가 음용수 수질기준 이상치 (>4 mg/L)로 검출되어 반상치와 골격기형 등의 다양한 질병이 유발되고 있다. 개발도상 국에서는 저비용 불소제거 흡착제인 골탄을 불소 제거용 식수 장치에 적용해 운영하고 있지만 골탄의 불소 흡착효율이 약 1 mg F^-/g이기 때문에 골탄 교체 주기가 짧아 유지관리 비용이 증가되고 있다. 기존 문헌에서는 골탄의 불소 흡착효율을 높이고자 실험실 규모로 5 mg F^-/g의 골탄을 개발하였지만, 현지 적용 한계점을 극복하지 못했다. 본 연구에서는 기존 현지 불소흡착 효율보다 높은 골탄을 개발하기 위해서 가마개발과 골탄 굽는 온도 및 시간에 따른 불소 흡착능 실험을 통해서 현지에 적용 가능한 골탄을 개발하는 것에 목적을 두고 있다. 건조된 뼈를 일정한 크기로 절단하여 시간(1-5시간)과 온도(350-550 ℃) 조건에서 전기로로 태워골탄을 만들었다. 그리고 골탄을 파쇄 후 0.6-1.0 mm로 체거름하여 50 ml conical tube에 1g 넣고 tube rotator로 5일 동안 30 rpm으로 회전시켜 흡착 실험을 진행하였다. 초기 불소 농도는 10 mg/L로 적용했다. 불소흡착 실험을 통해서 최적의 운영조건이 도출되면 현지형 가마에 적용시켜 전기로를 통한 불소 흡착효율과 비교 분석하였다. 본 실험에서는 탁도, TOC, 불소를 분석하였으며 흡광광도계(DR-5000, HACH, USA)를 이용하여 불소를 분석하였다. 가마는 벽돌로 만들었으며 하부의 발열장치와 상부에 배연구멍을 설치하였고 실험실 규모로 제작되었다. 전기로를 이용한 골탄의 탁도 결과는 450 ℃ 3시간에서 1.8 NTU로 가장 낮았으며 TOC는 550 ℃ 3시간에서 가장 낮았다. 불소의 흡착 효율은 350 ℃ 1시간에서 5.1 mg F^-/g로 가장 높았지만, 최적 운영조건인 450 ℃ 3시간에서 효과적으로 확인되어 불소 흡착효율은 3.7 mg F^-/g으로 알 수 있었다. 최적 운영조건 상태에서 가마 적용에 따른 불소흡착 결과는 3.8 mg F^-/g이며 전기로와 유사한 값을 나타내었다. 따라서 가마개발을 통해서 현지형 불소 제거 골탄을 개발하여 보급 가능성을 확인할 수 있었다.

현지 적용형 골탄 제작을 통한 개발도상국 불소제거 특성 연구

맹민수 ( Maeng Min-soo ),변정섭 ( Byun Jung-seop ),이혜인 ( Lee He-in ),박효진 ( Park Hyo-jin ),김준영 ( Kim Jun-young ),최영균 ( Choi Young-gyun ),신귀암 ( Shin Gwy-am ) 한국물환경학회 2020 한국물환경학회·대한상하수도학회 공동 춘계학술발표회 Vol.2020 No.-

세계보건기구(WHO)에서는 불소 음용수 수질기준을 1.5 mg/L로 권고하고 있다. 하지만 동부 아프리카의 에티오피아, 탄자니아 등의 열곡(rift valley) 지역에서는 지하수 불소 농도가 음용수 수질기준 이상치 (>4 mg/L)로 검출되어 반상치와 골격기형 등의 다양한 질병이 유발되고 있다. 개발도상 국에서는 저비용 불소제거 흡착제인 골탄을 불소 제거용 식수 장치에 적용해 운영하고 있지만 골탄의 불소 흡착효율이 약 1 mg F^-/g이기 때문에 골탄 교체 주기가 짧아 유지관리 비용이 증가되고 있다. 기존 문헌에서는 골탄의 불소 흡착효율을 높이고자 실험실 규모로 5 mg F^-/g의 골탄을 개발하였지만, 현지 적용 한계점을 극복하지 못했다. 본 연구에서는 기존 현지 불소흡착 효율보다 높은 골탄을 개발하기 위해서 가마개발과 골탄 굽는 온도 및 시간에 따른 불소 흡착능 실험을 통해서 현지에 적용 가능한 골탄을 개발하는 것에 목적을 두고 있다. 건조된 뼈를 일정한 크기로 절단하여 시간(1-5시간)과 온도(350-550 ℃) 조건에서 전기로로 태워골탄을 만들었다. 그리고 골탄을 파쇄 후 0.6-1.0 mm로 체거름하여 50 ml conical tube에 1g 넣고 tube rotator로 5일 동안 30 rpm으로 회전시켜 흡착 실험을 진행하였다. 초기 불소 농도는 10 mg/L로 적용했다. 불소흡착 실험을 통해서 최적의 운영조건이 도출되면 현지형 가마에 적용시켜 전기로를 통한 불소 흡착효율과 비교 분석하였다. 본 실험에서는 탁도, TOC, 불소를 분석하였으며 흡광광도계(DR-5000, HACH, USA)를 이용하여 불소를 분석하였다. 가마는 벽돌로 만들었으며 하부의 발열장치와 상부에 배연구멍을 설치하였고 실험실 규모로 제작되었다. 전기로를 이용한 골탄의 탁도 결과는 450 ℃ 3시간에서 1.8 NTU로 가장 낮았으며 TOC는 550 ℃ 3시간에서 가장 낮았다. 불소의 흡착 효율은 350 ℃ 1시간에서 5.1 mg F^-/g로 가장 높았지만, 최적 운영조건인 450 ℃ 3시간에서 효과적으로 확인되어 불소 흡착효율은 3.7 mg F^-/g으로 알 수 있었다. 최적 운영조건 상태에서 가마 적용에 따른 불소흡착 결과는 3.8 mg F^-/g이며 전기로와 유사한 값을 나타내었다. 따라서 가마개발을 통해서 현지형 불소 제거 골탄을 개발하여 보급 가능성을 확인할 수 있었다.

상수처리 : 화학세정 주기에 따른 MF 공정에서의 NOM 제거 특성 연구

맹민수 ( Min S. Maeng ),최승일 ( Suing I. Choi ),유계형 ( Gye Hyeong. Yoo ),유경재 ( Kyoung J. Yoo ) 한국물환경학회 ( 구 한국수질보전학회 ) 2007 공동 추계학술발표회 Vol.2007 No.-

고효율 부상공정을 위한 저밀도 미세중공비드의 정수처리 기술적용 연구

맹민수(Minsoo Maeng),니말쿠마샤하이(Nirmal Kumar shahi),김동현(Donghyun Kim),독고석(Seok Dockko) 대한환경공학회 2020 대한환경공학회 학술발표논문집 Vol.2020 No.11

고흡착 골탄을 이용한 불소 제거용 수처리 시스템의 최적 운전 조건

맹민수(Min-Soo Maeng),변정섭(Jung-Seop Byun),박효진(Hyo-Jin Park),신귀암(Gwy-Am Shin) 대한환경공학회 2020 대한환경공학회지 Vol.42 No.11

목적: 에티오피아에서는 지하수 불소 제거를 위해서 골탄을 이용하고 있지만, 흡착 효율이 낮아 잦은 교체비용의 부담을 안고 있다. 또한, 처리수에 탁도와 유기물이 함유되어 식수의 안전성이 떨어진다. 이에 본 연구에서는 현지에서 생산 가능한 고흡착 골탄을 개발하였으며 초기 탁도 및 유기물 저감을 위한 최적의 운전조건을 도출하였다. 방법: 뼈를 씻어 건조시킨 후 내부까지 태워질 수 있도록 절단하여 전기로에서 350, 450, 550℃에서 온도별로 1, 3, 5시간을 태워 골탄을 제작하였다. 태워진 골탄들은 에티오피아 현지에서 운영되는 골탄 크기인 600~2,000 ㎛로 분쇄하여 실험하였다. SEM과 BET를 이용해 골탄 표면 분석을 수행하였으며, 회분기 실험를 통해 kinetic, isotherm 흡착 실험을 하였다. 컬럼실험은 초기 불소 농도 4.8 ㎎/L에서 100, 200, 300, 400 L/day의 유속 조건으로 90분 운전하면서 탁도, TOC, 불소 농도 변화를 확인하였다. 결과 및 토의 : 최적의 골탄 제조 조건으로 450℃에서 3시간 태우는 것이 탁도와 유기물 제거 측면에서 효과적이었다. SEM, BET 분석을 통해서 골탄의 표면 거칠기와 비표면적 특징이 불소 흡착효율에 영향을 미쳤다. 회분기 실험을 통해서 제조된 골탄의 흡착능이 3.7 ㎎ F/g으로 확인되었다. 컬럼 실험에서는 200 L/d은 0.5 NTU 미만의 탁도에 도달하는데 가장 짧은 시간을 보여주고 있으며, TOC를 제거할 때 가장 작은 처리수로도 가능하였다. 하지만, 100 L/d에서 1.5 ㎎/L의 불소에 도달하는 운전시간은 80분으로 가장 길었다. 그래서 운전시간, bed volume, 에너지 효율 측면에서 100 L/d가 효과적인 운전조건인 것으로 나타났다. 결론: 컬럼을 100 L/d에서 운전할 때 불소제거 측면에서 효과적인 운전조건이다. 그래서 개발도상국에서 골탄을 이용한 불소 제거 정수처리 시설은 저유량으로 운전하는 것이 효과적이다. Objectives : Bone char is used in many eastern countries in Africa to remove high levels of fluoride from groundwater. However, due to the low adsorption efficiency of bone char, it is necessary to replace bone char frequently, which cause significant burden to the people in those areas. In this study, we developed a water treatment system to remove high level of fluoride in groundwater using a high efficiency bone char. Methods : In order to make a high efficiency bone char, cow bones were washed, dried and cut into small pieces. Then the bones were burned for 1, 3 and 5 hours at 350, 450 and 550℃ in electric furnaces. After that, the burned bones were sieved with 600~2,000 μm to match the size of bone char being used in Ethiopia. Surface analysis of bone char was performed using SEM and BET. The removal efficiency of bone char was conducted with various level of turbidity, TOC, and fluoride concentration for 90 minutes under the flow rate conditions of 100, 200, 300, and 400 L/day with an initial fluoride concentration of 4.8 ㎎/L. Result and Discussion : There was a significant difference between the bone char from Ethiopia and our study in terms of their surface roughness and specific surface area according to SEM and BET analysis. The adsorption capacity of the bone char produced in this study was 3.7 ㎎ F/g, compared to 1 ㎎/L from the one from Ethiopia. In terms of turbidity and organic matter removal with column test, 200 L/d showed the shortest operating time to reach turbidity of less than 0.5 NTU, and was an effective operation for TOC removal. However, It took the longest to 1.5 ㎎/L of fluoride after breakthrough under 100 L/d operating conditions. In terms of operating time, bed volume, and energy efficiency, 100 L/d was found to be an effective operating condition. Conclusions : We developed a high efficiency bone char in this study with modification of its production process and tested it at various operating conditions. Our study showed that the bone char developed in this study is about 4 times more effective than traditional bone char and it is most effective at operation with low flow rates. Column operation is most effective at 100 L/d for fluoride removal under operating time and bed volume and energy efficiency. Therefore operating condition of drinking water treatment system for the fluorine removal using bone char in developing countries is effective in low flow rate operation.