광산배수 내 황산염 저감을 위한 생물반응기의 설계인자 도출 연구

김강호,강찬웅,김선준,김태혁,지원현,장항석,박현성 한국자원공학회 2018 한국자원공학회지 Vol.55 No.6

황산염 함량이 높은 광산배수를 대상으로 황산염환원균(Sulfate reducing bacteria, SRB)을 이용한 생물반응 기의 설계인자를 도출하고자 컬럼실험을 수행하였다. 생물반응기의 기질물질로 우분을 기본으로 하여 버섯퇴비를 혼합하고, 보조제로써 볏짚, 석회석을 각각 혼합하여 적용하였다. 우분(70%), 버섯퇴비(10%), 볏짚(20%)을 기질물 질로 사용하였을 때 최대 82%의 용존된 총 황 제거효율을 보였고, 체류시간은 2일 일 때 높은 효율을 보였다. 생물반응 기 내 광산배수의 흐름이 상향류 일 때 배출수 내 환원형태의 황이 산소와 직접 접촉하면서 재산화되어 제거효율이 감소하는 것으로 나타났다. 황산염환원에 따른 금속 황화물 형성을 유도하기 위한 무기성 슬러지의 주입은 비소의 환 원성 용해 및 SRB에 독성을 발현하여 생물반응기의 장기적 운영을 저해할 수 있다. 연구결과, 우분을 포함한 혼합기 질물질을 활용한 하향류의 생물반응기가 황산염 및 용존된 총 황을 효과적으로 제거하였고, 이는 황산염 함유량이 높 은 염수의 광산배수에서 적용이 가능할 것으로 판단된다. Column tests of a sulfate reducing bacteria (SRB) bioreactor were conducted to determine the design factors for sulfate-rich mine drainage. Various substrates were applied to the bioreactor, including cow manure and its mixture with a mushroom compost, with rice straw and limestone as subsidiary materials. This procedure provided a removal efficiency of up to 82% of the total sulfur with the mixture of cow manure (70%), mushroom compost (10%) and rice straw (20%), and higher efficiencies were observed after 2 days of retention time. In the downflow condition of the flow direction, oxygen supply and re-oxidation of the sulfates occurred, causing a decrease in sulfate removal efficiency. The addition of an inorganic sludge containing heavy metals, which was intended for production of metal-sulfides in the bioreactor, had a negative effect on the long-term operation owing to arsenic release and toxicity to the SRB. The results thus show that a bioreactor using a mixed substrate with cow manure and operating in the downflow direction could reduce sulfates and total dissolved sulfur content; this process confirms the applicability of the SRB bioreactor to sulfate-rich saline drainage.

해수담수화 농축수로부터 NaOH 첨가를 통한 마그네슘 회수 최적화

홍진,방준환,이승우,채수천,강찬웅,송경선 한국에너지학회 2023 한국에너지공학회 학술발표회 Vol.2023 No.10

황산염의 전기화학적 산화를 통한 과황산 합성 반응의 온도 영향 평가 및 생성 조건 최적화

오지민,정원균,조환주,강찬웅,백기태 한국폐기물자원순환학회 2024 한국폐기물자원순환학회지 Vol.41 No.4

없음 Persulfate is a potent oxidizing agent extensively used as a radical polymerization initiator, bleaching agent, and water treatment agent. Typically,persulfate is synthesized via electrochemical oxidation of sulfate. However, this process is accompanied by Joule heating, which can reduce the efficiencybecause persulfate is susceptible to activation and decomposition by heat. The precise effect of temperature on electrochemical persulfate production hasnot been well understood. This study evaluated the effect of temperature on the electrochemical production of persulfate using an H-type water jacketreactor, with reaction temperature set at 15oC, 25oC, 35oC, 45oC, and without temperature control. The results indicated that higher temperatures increasedpersulfate decomposition, whereas uncontrolled temperature conditions yielded very little persulfate (less than 5% conversion). Notably, productionand current efficiency declined sharply above 30 ℃, with the production rate at 35oC being 2.57 times lower than at 25oC. Moreover, maintaining a lowreaction temperature increased the resistance and reduced the energy efficiency. These results underscore the necessity of temperature control for efficientpersulfate production, suggesting that a reaction temperature below 25oC is optimal for electrochemical persulfate synthesis.

알럼 슬러지 기반 흡착제를 이용한 수용액상 불소 및 비소 흡착에 관한 연구

이준학,지원현,이진수,박성숙,최궁원,강찬웅,김선준,Lee, Joon Hak,Ji, Won Hyun,Lee, Jin Soo,Park, Seong Sook,Choi, Kung Won,Kang, Chan Ung,Kim, Sun Joon 대한자원환경지질학회 2020 자원환경지질 Vol.53 No.6

본 연구에서는 정수 처리장 침전지에서 채취한 알럼 기반의 슬러지를 수열합성 방법으로 흡착제(Alum Sludge Based Adsorbent, ASBA)를 제조하고, 이를 인공 수용액 및 광산배수 내 불소와 비소의 제거에 적용하여 ASBA의 흡착 특성을 평가하였다. ASBA의 광물학적 결정 구조, 구성 성분 및 비표면적을 조사한 결과, ASBA는 표면에 불규칙한 기공과 87.25㎡ g-1의 비표면적을 갖는 흡착에 유리한 구조로 나타났다. ASBA를 구성하는 주요 광물 성분은 석영(SiO2), 몬모릴로나이트((Al,Mg)2Si4O10(OH)2·4H2O), 알바이트(NaAlSi3O8)임을 확인하였다. 다음으로 회분식 흡착실험을 수행하여 pH, 흡착 반응시간, 초기 농도 및 온도 등의 인자가 ASBA를 활용한 불소와 비소 흡착에 미치는 영향을 살펴보았다. 실험 결과, 용액의 pH 환경이 염기 영역으로 갈수록 불소와 비소의 흡착률은 감소하는 경향을 보였으며, 흡착제의 영전하점은 pH 7 부근으로 나타났다. 등온 흡착실험을 통해 확인한 불소와 비소의 최대 흡착량은 각각 7.6mg g-1, 5.6mg g-1이었고, 동적 흡착실험에서 불소와 비소는 반응이 시작한 후 각각 8h, 12h이 경과하면서 흡착농도의 증가율이 감소하는 것으로 나타났다. 한편 흡착평형 실험을 통한 ASBA의 흡착 메커니즘을 알아본 결과. 불소와 비소의 흡착은 Langmuir 등온 흡착모델 및 Freundlich 등온 흡착모델과 높은 상관관계를 가지며 일치하는 경향을 보여주었다. 또한 열역학적 연구에서는 25℃부터 35℃까지의 온도 증가에 따른 불소와 비소의 흡착 양상을 실험하여, 양의 값을 갖는 열역학적 상수 ΔH°와 ΔG°을 도출함으로써 ASBA의 흡착 특성은 흡열반응이자 비자발적인 반응임을 검증하였다. 재생실험 결과, ASBA는 1N NaOH을 이용하여 재생 가능하였으며, 광산배수를 이용한 불소와 비소의 흡착실험에서 각각 77%, 69%로 비교적 높은 제거율을 보여 현장 적용 가능성을 지닌 것을 알 수 있었다. 분석 결과를 종합하여 볼 때, 소규모 유량을 가지며 pH 환경이 산·중성 영역인 광산배수 내 불소와 비소가 흡착되어 제거되는 데 흡착제로서 ASBA가 효과적임을 제안한다. An Alum-sludge based adsorbent (ASBA) was synthesized by the hydrothermal treatment of alum sludge obtained from settling basin in water treatment plant. ASBA was applied to remove fluoride and arsenic in artificially-contaminated aqueous solutions and mine drainage. The mineralogical crystal structure, composition, and specific surface area of ASBA were identified. The result revealed that ASBA has irregular pores and a specific surface area of 87.25 ㎡ g-1 on its surface, which is advantageous for quick and facile adsorption. The main mineral components of the adsorbent were found to be quartz(SiO2), montmorillonite((Al,Mg)2Si4O10(OH)2·4H2O) and albite(NaAlSi3O8). The effects of pH, reaction time, initial concentration, and temperature on removal of fluoride and arsenic were examined. The results of the experiments showed that, the adsorbed amount of fluoride and arsenic gradually decreased with increasing pH. Based on the results of kinetic and isotherm experiments, the maximum adsorption capacity of fluoride and arsenic were 7.6 and 5.6 mg g-1, respectively. Developed models of fluoride and arsenic were suitable for the Langmuir and Freundlich models. Moreover, As for fluoride and arsenic, the increase rate of adsorption concentration decreased after 8 and 12 hr, respectively, after the start of the reaction. Also, the thermodynamic data showed that the amount of fluoride and arsenic adsorbed onto ASBA increased with increasing temperature from 25℃ to 35℃, indicating that the adsorption was endothermic and non-spontaneous reaction. As a result of regeneration experiments, ASBA can be regenerated by 1N of NaOH. In the actual mine drainage experiment, it was found that it has relatively high removal rates of 77% and 69%. The experimental results show ASBA is effective as an adsorbent for removal fluoride and arsenic from mine drainage, which has a small flow rate and acid/neutral pH environment.

탈황석고를 활용한 광물탄산화 기술의 외부사업 방법론 개발 사례

안진주(Jinjoo An),조환주(Hwanju Jo),강찬웅(Chan-Ung Kang),안치규(Chi-Kyu Ahn),김국희(Gookhee Kim) 한국에너지기후변화학회 2023 한국에너지기후변화학회 학술대회 Vol.2023 No.5

Remediation of cyanide-contaminated environments through microbes and plants: a review of current knowledge and future perspectives

RAHUL KUMAR,Shouvik Saha,Sarita Dhaka,Mayur B. Kurade,강찬웅,백승한,전병훈 한국자원공학회 2017 Geosystem engineering Vol.20 No.1

Mining industry has been using cyanide for more than ten decades to recover precious metals such as gold and silver. The presence of cyanide in the environment has long been a matter of concern due to its high toxicity to human, animal, and aquatic life. The available treatment processes either physical or chemical are suffered with issues such as operating conditions, generation of secondary pollution, and lack of cost effectiveness. A number of micro-organisms are capable to consume cyanide as a source of carbon and nitrogen, and convert it into ammonia and carbonate. Some plants are also efficient in cyanide attenuation process. Bioremediation of cyanide might be an efficient, cost-effective, eco-friendly, and an attractive alternative to the conventional physical and chemical processes. This paper reviews the recent advances in remediation of cyanide contaminated tailings via micro-organisms and plants. Aspects such as speciation, toxicity, source, and degradation mechanisms of cyanide are discussed. Factors affecting functioning of micro-organisms and plants as bioremediation agents are also highlighted.

알럼 및 철수산화물 흡착제의 광산배수 내 비소 흡착성능 비교연구

최궁원(Kung-Won Choi),박성숙(Seong-Sook Park),강찬웅(Chan-Ung Kang),이준학(Joon Hak Lee),김선준(Sun Joon Kim) 대한자원환경지질학회 2021 자원환경지질 Vol.54 No.6

2007년부터 국내 광해방지기본계획이 추진되어 광해발생 광산에 대한 광해방지사업이 진행되어 왔으며 2011년부터 2015년까지 254개 광산에서 발생된 광해를 처리 및 복구하였다. 그러나 추가적인 광해 발생 발견으로 오염갱내수 유출량이 지속적으로 증가함에 따라 보다 효율적이고 경제적인 처리기술이 요구되고 있다. 따라서 본 연구에서는 정수처리장의 슬러지 폐기물을 활용해 제조한 알럼 슬러지 흡착제(Alum based adsorbent, ABA-500)와 과립상 철수산화물 흡착제(Granular ferric hydroxide, GFH)를 광산배수 내 오염물질인 비소를 대상으로 각각의 흡착특성을 비교 및 분석했다. 이들 흡착제의 주요 구성 성분은 각각 알루미늄/규소 계열의 광물과 비정질 철수산화물이었다. 고형첨가방법으로 흡착제의 영전하점을 분석한 결과 ABA-500, GFH 각각 pH 5.27, 6.72에서 표면전하량이 0이 되었다. BET 분석을 통한 질소 등온 흡탈착 결과 세 흡착제 모두 메조기공이 발달해 있었고, GFH의 비표면적은 257 m2·g-1으로 126~136 m2·g-1인 ABA-500 보다 매우 높은 값을 보였다. 세 종류의 흡착제로 비소 흡착회분식 실험을 진행했으며, 반응시간과 초기 비소농도, pH 및 온도에 따라 흡착효율을 비교했다. 동적흡착실험 결과 GFH, ABA-500(granule), ABA-500(3mm) 순으로 빠르게 비소를 흡착했고 세 흡착제 모두 유사 2차 반응속도 모델을 따르는 것으로 나타났다. 또한 세 흡착제 모두 낮은 pH와 높은 온도에서 비소 제거율이 증가했으며, GFH가 가장 뛰어난 비소 흡착능을 보였다. 흡착제 ABA-500(granule)과 GFH를 초기 농도에 따라 1시간 반응시킨 경우 0.2와 1 mg·g-1 이하 조건에서 비소를 국내 음용수 기준치 이하로 제거할 수 있었다. 따라서 정화대상지의 비소 오염 정도가 낮은 경우 경제성을 고려해 ABA-500(granule)을 흡착매질로 적용할 수 있을 것으로 기대된다. Since the mine reclamation scheme was implemented from 2007 in Korea, various remediation programs have been decontaminated the pollution associated with mining and 254 mines were managed to reclamation from 2011 to 2015. However, as the total amount of contaminated mine drainage has been increased due to the discovery of potential hazards and contaminated zone, more efficient and economical treatment technology is required. Therefore, in this study, the adsorption properties of arsenic was evaluated according to the adsorbents which were derived from water treatment sludge(Alum based adsorbent, ABA-500) and granular ferric hydroxide(GFH), already commercialized. The alum sludge and GFH adsorbents consisted of aluminum, silica materials and amorphous iron hydroxide, respectively. The point of zero charge of ABA-500 and GFH were 5.27 and 6.72, respectively. The result of the analysis of BET revealed that the specific surface area of GFH(257 m2·g-1) was larger than ABA-500(126~136 m2·g-1) and all the adsorbents were mesoporous materials inferred from N2 adsorption-desorption isotherm. The adsorption capacity of adsorbents was compared with the batch experiments that were performed at different reaction times, pH, temperature and initial concentrations of arsenic. As a result of kinetic study, it was confirmed that arsenic was adsorbed rapidly in the order of GFH, ABA-500(granule) and ABA-500(3mm). The adsorption kinetics were fitted to the pseudo-second-order kinetic model for all three adsorbents. The amount of adsorbed arsenic was increased with low pH and high temperature regardless of adsorbents. When the adsorbents reacted at different initial concentrations of arsenic in an hour, ABA-500(granule) and GFH could remove the arsenic below the standard of drinking water if the concentration was below 0.2 mg·g-1 and 1 mg·g-1, respectively. The results suggested that the ABA-500(granule), a low-cost adsorbent, had the potential to field application at low contaminated mine drainage.