Preliminary study of doxycycline adsorption from aqueous solution on alkaline modified biochar derived from banana peel

Van-Truc Nguyen,Thanh-Binh Nguyen,Thi-Dieu-Hien Vo,Nguyen Duy Dat,Thi-Kim Quyen Vo,Xuan Cuong Nguyen,Viet-Cuong Dinh,Thi-Ngoc-Chau Le,Thi-Giang-Huong Duong,Manh-Ha Bui,Xuan-Thanh Bui 대한환경공학회 2023 Environmental Engineering Research Vol.29 No.3

This study explores the adsorption of doxycycline (DOX) from aqueous solutions onto biochar derived from banana peel, which was prepared using a potassium hydroxide activation method (KOH-BPB). The biochar properties were characterized based on morphology, surface area (SBET of 710.241 ㎡ g<SUP>−1</SUP>), functional groups, and surface charge (pHPZC = 7.7). Parameters, including initial pH, DOX concentration, and ionic strength, that influenced the DOX adsorption capacity of KOH-BPB were examined. Adsorption equilibrium of DOX on KOH-BPB was assessed through four isothermal models: the Langmuir, Freundlich, Temkin, and Dubinin-Radushkevich models. The obtained data were most compatible with the Langmuir model (R² = 0.9879). KOH-BPB has a maximum DOX absorption capacity of 121.95 mg g<SUP>-1</SUP> which exceeds that of many comparable absorbents. The maximum DOX removal was 96.7% at pH 6, a DOX concentration of 20 mg L<SUP>-1</SUP>, and a KOH-BPB dose of 1.0g L<SUP>-1</SUP>. These findings reveal that biochar from banana peel effectively removes antibiotic residues from water. This study provides a potential, low-cost, and environmentally friendly adsorbent.

분말활성탄이 첨가된 황 담체를 이용한 독립영양탈질의 효율 향상

강소연,이정준,Thi-Kim-Quyen Vo,강준석,박서경,이정은,김한승 대한환경공학회 2018 대한환경공학회 학술발표논문집 Vol.2018 No.11

정수처리공정에서 세라믹 분리막의 효율향상을 위한 스팀세정 기법의 개발

박서경,강준석,이정은,이정준,Thi-Kim-Quyen Vo,강소연,김한승 대한환경공학회 2018 대한환경공학회 학술발표논문집 Vol.2018 No.11

정수처리용 세라믹 막여과 공정에서 수질특성이 막오염 형성에 미치는 영향

강준석,박서경,이정은,강소연,Thi Kim Quyen Vo,이정준,김한승 대한환경공학회 2018 대한환경공학회 학술발표논문집 Vol.2018 No.11

세라믹 분리막을 이용한 정수처리공정에서 유입수질별 스팀세정의 효율평가

이정은,강준석,박서경,이정준,Thi-Kim-Quyen Vo,강소연,김한승 대한환경공학회 2018 대한환경공학회 학술발표논문집 Vol.2018 No.11

황 담체의 공극률에 따른 질산성 질소의 독립영양 탈질 효율 평가

강소연 ( Kang Soyeon ),( Vo Thi-kim-quyen ),안선아 ( An Sun-a ),김한승 ( Kim Han-seung ) 한국물환경학회 2020 한국물환경학회·대한상하수도학회 공동 춘계학술발표회 Vol.2020 No.-

부영양화 등으로 인한 수질악화 우려로 질소의 방류수 수질기준이 지속적으로 강화되고 있으며, 수질기준을 만족시키기 위한 고도처리 실용화 기술개발이 중요한 문제로 대두되고 있다. 수중의 질소 제거를 위해 질산화 및 탈질을 이용한 생물학적 처리공정이 주로 이용되고 있는데 그 중 탈질공정은 종속영양탈질과 독립영양탈질로 나눌 수 있다. C/N비가 낮은 우리나라 하수의 경우 황(S)을 이용한 독립영양탈질을 이용하면 미생물이 환원상태의 황 및 황화합물을 산화하여 얻은 에너지를 이용해 질산성질소(NO₃^--N)를 질소기체(N₂)로 환원시키는 데에 외부탄소원의 첨가가 불필요하며 슬러지 생성량이 적다는 장점이 있어 이에 대한 연구가 활발히 진행 중이다. 많은 연구에서는 황 탈질을 위한 황원을 제공하기 위해 미생물 고정화 담체를 이용한다. 미생물 고정화용 담체는 자체 표면에 많은 미생물 부착과 처리대상 물질을 흡착 및 흡수시키는 능력을 향상시키기 위해 비표면적 즉, 공극률을 증가시키는 것이 중요하다. 하지만 담체의 공극률이 증가할수록 담체의 강도가 낮아져 수처리과정에서 발생하는 마찰에 의해 수명이 감소한다. 따라서 수명 및 기계적 강도와 처리효율을 고려한 적정 공극률과 기공 크기를 가진 담체를 생성하는 것이 미생물 부착에 더욱 효과적이다. 본 연구에서는 담체 제조시 황 혼합물(S과 CaCO₃)과 바인더 역할을 하는 물유리(Waterglass)의 비율을 다양하게 조절해 제조한 담체의 공극률을 측정하고 공극률에 따른 질산성질소의 탈질 효율을 평가해보았다. 연구에 사용된 담체는 실리콘 트레이를 이용해 부피가 1cm³인 정육면체 형태로 제조하였으며 황(S)과 pH 저하를 방지하기 위한 CaCO₃ 및 Waterglass를 각각 (A)5:4:4, (B)5:4:6, (C)5:4:9 질량비율로 구성된 3가지 담체를 사용하였다. 제조된 담체는 아르키메데스법을 사용하여 겉보기 밀도와 공극률을 측정하였다. 효율 실험은 연속식으로 진행을 하였으며, pH, nitrate, nitrite, sulfate를 측정하여 모니터링 하였다. 각 담체의 겉보기 밀도는 bulk density로 나타내었고 (A)1.195±0.16g/cm³, (B)1.021±0.088g/cm³, (C)0.753±0.054g/cm³로 측정되었다. 또한, 공극률을 계산하였을 때, (A)41.7±6.9%, (B)51.2±5.1%, (C)65.2±2.8%로 waterglass의 첨가 비율이 증가할수록 공극률이 증가하는 것으로 나타났다. Waterglass는 수분을 함유하고 있기 때문에 함유량이 증가하면 담체 내 수분이 증가하고 약 105℃에서 담체를 건조시킬 때 수분이 기화되며 물이 있던 자리에 기공이 생긴 것으로 보인다. 따라서 미생물 고정화용 담체의 능력을 향상시키기 위해 공극률이 증가될 수 있어야 하는데 바인더 역할을 하는 waterglass의 첨가비율이 담체 공극률 증가의 주된 요인으로 작용할 수 있다.

황 담체의 공극률에 따른 질산성 질소의 독립영양 탈질 효율 평가

강소연 ( Kang Soyeon ),( Vo Thi-kim-quyen ),안선아 ( An Sun-a ),김한승 ( Kim Han-seung ) 한국물환경학회 2020 한국물환경학회·대한상하수도학회 공동 춘계학술발표회 Vol.2020 No.-

부영양화 등으로 인한 수질악화 우려로 질소의 방류수 수질기준이 지속적으로 강화되고 있으며, 수질기준을 만족시키기 위한 고도처리 실용화 기술개발이 중요한 문제로 대두되고 있다. 수중의 질소 제거를 위해 질산화 및 탈질을 이용한 생물학적 처리공정이 주로 이용되고 있는데 그 중 탈질공정은 종속영양탈질과 독립영양탈질로 나눌 수 있다. C/N비가 낮은 우리나라 하수의 경우 황(S)을 이용한 독립영양탈질을 이용하면 미생물이 환원상태의 황 및 황화합물을 산화하여 얻은 에너지를 이용해 질산성질소(NO₃^--N)를 질소기체(N₂)로 환원시키는 데에 외부탄소원의 첨가가 불필요하며 슬러지 생성량이 적다는 장점이 있어 이에 대한 연구가 활발히 진행 중이다. 많은 연구에서는 황 탈질을 위한 황원을 제공하기 위해 미생물 고정화 담체를 이용한다. 미생물 고정화용 담체는 자체 표면에 많은 미생물 부착과 처리대상 물질을 흡착 및 흡수시키는 능력을 향상시키기 위해 비표면적 즉, 공극률을 증가시키는 것이 중요하다. 하지만 담체의 공극률이 증가할수록 담체의 강도가 낮아져 수처리과정에서 발생하는 마찰에 의해 수명이 감소한다. 따라서 수명 및 기계적 강도와 처리효율을 고려한 적정 공극률과 기공 크기를 가진 담체를 생성하는 것이 미생물 부착에 더욱 효과적이다. 본 연구에서는 담체 제조시 황 혼합물(S과 CaCO₃)과 바인더 역할을 하는 물유리(Waterglass)의 비율을 다양하게 조절해 제조한 담체의 공극률을 측정하고 공극률에 따른 질산성질소의 탈질 효율을 평가해보았다. 연구에 사용된 담체는 실리콘 트레이를 이용해 부피가 1cm³인 정육면체 형태로 제조하였으며 황(S)과 pH 저하를 방지하기 위한 CaCO₃ 및 Waterglass를 각각 (A)5:4:4, (B)5:4:6, (C)5:4:9 질량비율로 구성된 3가지 담체를 사용하였다. 제조된 담체는 아르키메데스법을 사용하여 겉보기 밀도와 공극률을 측정하였다. 효율 실험은 연속식으로 진행을 하였으며, pH, nitrate, nitrite, sulfate를 측정하여 모니터링 하였다. 각 담체의 겉보기 밀도는 bulk density로 나타내었고 (A)1.195±0.16g/cm³, (B)1.021±0.088g/cm³, (C)0.753±0.054g/cm³로 측정되었다. 또한, 공극률을 계산하였을 때, (A)41.7±6.9%, (B)51.2±5.1%, (C)65.2±2.8%로 waterglass의 첨가 비율이 증가할수록 공극률이 증가하는 것으로 나타났다. Waterglass는 수분을 함유하고 있기 때문에 함유량이 증가하면 담체 내 수분이 증가하고 약 105℃에서 담체를 건조시킬 때 수분이 기화되며 물이 있던 자리에 기공이 생긴 것으로 보인다. 따라서 미생물 고정화용 담체의 능력을 향상시키기 위해 공극률이 증가될 수 있어야 하는데 바인더 역할을 하는 waterglass의 첨가비율이 담체 공극률 증가의 주된 요인으로 작용할 수 있다.

황 담체의 공극률에 따른 질산성 질소의 독립영양 탈질 효율 평가

강소연 ( Kang Soyeon ),( Vo Thi-kim-quyen ),안선아 ( An Sun-a ),김한승 ( Kim Han-seung ) 한국물환경학회 2020 한국물환경학회·대한상하수도학회 공동 춘계학술발표회 Vol.2020 No.-

부영양화 등으로 인한 수질악화 우려로 질소의 방류수 수질기준이 지속적으로 강화되고 있으며, 수질기준을 만족시키기 위한 고도처리 실용화 기술개발이 중요한 문제로 대두되고 있다. 수중의 질소 제거를 위해 질산화 및 탈질을 이용한 생물학적 처리공정이 주로 이용되고 있는데 그 중 탈질공정은 종속영양탈질과 독립영양탈질로 나눌 수 있다. C/N비가 낮은 우리나라 하수의 경우 황(S)을 이용한 독립영양탈질을 이용하면 미생물이 환원상태의 황 및 황화합물을 산화하여 얻은 에너지를 이용해 질산성질소(NO₃^--N)를 질소기체(N₂)로 환원시키는 데에 외부탄소원의 첨가가 불필요하며 슬러지 생성량이 적다는 장점이 있어 이에 대한 연구가 활발히 진행 중이다. 많은 연구에서는 황 탈질을 위한 황원을 제공하기 위해 미생물 고정화 담체를 이용한다. 미생물 고정화용 담체는 자체 표면에 많은 미생물 부착과 처리대상 물질을 흡착 및 흡수시키는 능력을 향상시키기 위해 비표면적 즉, 공극률을 증가시키는 것이 중요하다. 하지만 담체의 공극률이 증가할수록 담체의 강도가 낮아져 수처리과정에서 발생하는 마찰에 의해 수명이 감소한다. 따라서 수명 및 기계적 강도와 처리효율을 고려한 적정 공극률과 기공 크기를 가진 담체를 생성하는 것이 미생물 부착에 더욱 효과적이다. 본 연구에서는 담체 제조시 황 혼합물(S과 CaCO₃)과 바인더 역할을 하는 물유리(Waterglass)의 비율을 다양하게 조절해 제조한 담체의 공극률을 측정하고 공극률에 따른 질산성질소의 탈질 효율을 평가해보았다. 연구에 사용된 담체는 실리콘 트레이를 이용해 부피가 1cm³인 정육면체 형태로 제조하였으며 황(S)과 pH 저하를 방지하기 위한 CaCO₃ 및 Waterglass를 각각 (A)5:4:4, (B)5:4:6, (C)5:4:9 질량비율로 구성된 3가지 담체를 사용하였다. 제조된 담체는 아르키메데스법을 사용하여 겉보기 밀도와 공극률을 측정하였다. 효율 실험은 연속식으로 진행을 하였으며, pH, nitrate, nitrite, sulfate를 측정하여 모니터링 하였다. 각 담체의 겉보기 밀도는 bulk density로 나타내었고 (A)1.195±0.16g/cm³, (B)1.021±0.088g/cm³, (C)0.753±0.054g/cm³로 측정되었다. 또한, 공극률을 계산하였을 때, (A)41.7±6.9%, (B)51.2±5.1%, (C)65.2±2.8%로 waterglass의 첨가 비율이 증가할수록 공극률이 증가하는 것으로 나타났다. Waterglass는 수분을 함유하고 있기 때문에 함유량이 증가하면 담체 내 수분이 증가하고 약 105℃에서 담체를 건조시킬 때 수분이 기화되며 물이 있던 자리에 기공이 생긴 것으로 보인다. 따라서 미생물 고정화용 담체의 능력을 향상시키기 위해 공극률이 증가될 수 있어야 하는데 바인더 역할을 하는 waterglass의 첨가비율이 담체 공극률 증가의 주된 요인으로 작용할 수 있다.

분산형 용수공급 시스템에서 고유속 세라믹 분리막 공정의 적용을 위한 막오염 해석 연구

강준석,이정은,강소연,안선아,쿠엔 보(Vo Thi Kim Quyen),김성수,김한승 한국수처리학회 2019 한국수처리학회지 Vol.27 No.5

In this study, applicability of the decentralized water supply system were investigated by the high flux evaluation using ceramic membrane. In the constant pressure filtration process, the resistance in series model was applied to confirm the membrane fouling mechanism according to the water qualities and operating pressure conditions. It was evaluated by adjusting the operating pressure to 100, 200, and 300 kPa under the respective water conditions in which turbidity (10, 25 NTU) and DOC (2.5, 8 mg/L) concentrations were adjusted. As a result, the flux was more decreased as the operating pressure, turbidity and DOC concentrations increased. In addition, the recovery rate of physical backwash was 12.1 ~ 67.9%, depending on the water qualities and operating pressure conditions. In high turbidity((B) condition), the physical recovery was verified to be less than about 23%, and the irreversible fouling (Rf) was 35-41%, the highest compared to (A) and (B) conditions. On the other hand, membrane fouling formed at high DOC ((C) water quality) showed reversible fouling (Rc) of more than 87%. For distributed water supply systems with limited site area and installation space, it is considered appropriate to apply ceramic membranes that can be operate at high flux. It is thought that more efficient facility operation will be possible through suitable physical backwashing cycle setting according to water quality and operating pressure conditions.

세라믹 분리막의 분산형 용수공급 시스템 적용을 위한 전처리 연계공정의 고플럭스 평가

강준석,박서경,이정은,강소연,이정준,쿠엔 보(Vo Thi Kim Quyen),김성수,김한승 한국수처리학회 2018 한국수처리학회지 Vol.26 No.6

In this study, applicability of the decentralized water supply system were investigated by the high flux evaluation using ceramic membrane with combined pretreatment process. A) filtration process increased the transmembrane pressure of 1.4 kPa and 89.5 kPa on 2 and 5 m3/m2․d of filtration flux, respectively, the physical backwashing recovery rate were less than 28.6%. The (B) Coag./Floc. - Sedi. combined process with 4 mg / L of A-PAC showed that the transmembrane pressure increased to within 6 kPa, the physical backwashing recovery rate was over 37.9 % higher than (A) Filtration process. (C) Coag./Floc. combined process showed an increase of transmembrane pressure compared with (B) Coag./Floc. - Sedi. combined process, physical backwashing recovery rate was over 84%. As a result of the membrane fouling analysis using the resistance in series model, the combined pretreatment process showed that the cake resistance (Rc) was more than 92% at membrane filtration flux of 2 m3/m2․d. In the (C) Coag./Floc. combined process, cake resistance(Rc) was over 86% on high flux conditions. The coagulation floc contained in influent was removed by the membrane, and the cake layer formed with the removed floc was identified as reversible fouling resistance which could be recovered by physical backwashing. The decentralized water supply system, which has the limitation of site area and installation space, is considered to could be operation of high flux of ceramic membrane by applying (C) Coag./Floc. combined process without sedimentation process.