철가루를 이용한 PERCHLORATE 오염폐수의 생물학적 연속제거 방법 설계 무한도전 0331633 임형택 0532368 강남희 0732158 서정미 0732912 황하준

서론(배경) (3) 용도 (1) 퍼클로레이트란? (2) 물리ㆍ화학적 성질 분자식: ClO4- 음이온 물질이며 염형태로 제조 퍼클로레이트 염은 강력한 산화제 녹는점이 높으며, 물에 대한 용해도가 큼 물에 녹았을 때 안정도가 높음 온도가 올라가면 폭발성을 가짐 (3) 용도 LCD모니터 세정제 고체 로켓 연료의 산화제 항공우주분야 군수산업 등에서 폭발성에 기인한 용도

(4) 위해성 퍼클로레이트는 갑상선에서 요오드의 섭취를 방해하여 갑상선 호르몬의 생성에 영향을 주어 사람의 물질대사에 지장을 준다.

(5) 우리나라의 오염현황 2006년 낙동강 수계 취,정수장에서 24.5(μg/L)를 초과하 는 양이 처음 검출되어 사회적으로 문제가 되었음 2008년 12월 4일 낙동강에서 2.6(μg/L) 검출되었고, 11일 5.3(μg/L), 18일 3.3(μg/L), 24일 4.6(μg/L) 등이 대구 환경청 조사에서 측정된 것으로 확인되었음 2009년 1월 2일 3.2(μg/L), 8일 4.4(μg/L)이 검출되었고 15일 왜관철교에서 채수한 낙동강 하천수 검사를 통해서 3.9(μg/L)이 검출 (6) 법적 현황 2008년 10월 29일 수질 및 수생태계 보전에 관한 법률 시행규칙 개정 공포 퍼클로레이트를 수질오염물질로 신규 등록 배출허용기준(0.2mg/L)이 입법예고 : 2011년 1월1일부터 시행 예정 현재 먹는 물 수질 감시항목으로의 지정을 추진

2. 설계목표 (1) 유입 수(20 mg ClO4-/L)의 제거효율 99% 이상 (2) 현실적 제한요소 유출 수 농도 0.2 mg /L ClO4-이하 최종발표회 전까지 반응기 운전 시 최대 부하율에서 (2) 현실적 제한요소 원가 (경제성): 현장 적용 시 경제성 예측 안정성: 안정적인 제거효율 기타: 환경에 대한 2차 오염문제가 없어야 함

3. 문제해결 원리 (1) 철의 부식; (2) 미생물에 의한 ClO4- 제거; (3) 식 1 + 식 2 Fe0 + 2H2O → Fe2+ + 2OH- + H2↑(식 1) 식 1와 같이 먼저 철이 부식되어 수소가스를 얻는다. 그리고 퍼클로레이트를 분해하는 미생물이 생성된 수소가스를 전자 공여체로 이용하게 된다. (2) 미생물에 의한 ClO4- 제거; ClO4- → ClO3- → ClO2- → Cl- + O2 (식 2) 식 2에서 미생물은 수소가스에서 얻은 전자를 받아 퍼클로레이트에 전자를 공급하여(ClO4-를 Cl-로 환원시켜) 퍼클로레이트를 제거하게 된다. (3) 식 1 + 식 2 Fe0 + 2H2O + ClO4- → Fe2+ + Cl- + 2OH- + O2 + H2↑ (식 3)

4. 장ㆍ단점 (1) 장점 (2) 단점 경제적-철공소의 부산물을 이용하기 때문에 비용 절감. 친환경적-반응 후 오염물질이 생기지 않음. 철이 생물막을 형성할 수 있는 담체가 됨. 독립영향 미생물을 이용하기 때문에 전자 공여체의 공급이 지속적으로 이루지지 않아도 됨. 독립영양 미생물은 성장이 비교적 느려 반응기 막힘 현상이 덜함. 원위치 처리시 자석을 이용한 철 회수가 용이하다. (2) 단점 생물학적 제거 방법은 일반적으로 물리화학적 제거 방법에 비해 반응속도가 느리다. 반응기 운전이 잘못되면 pH가 높아진다. (Fe0 + 2H2O → Fe2+ + 2OH- + H2↑)

5. 재료 및 방법 (1) 재료 유입수(인공폐수, ClO4- 20mg/L, pH 8.0) 유입수의 성분 탈염소처리된 수돗물 NaHCO3(1g/L) MgSO4∙7H2O(0.2g/L) K2HPO4(4.7g/L) NaH2PO4∙H2O(2.7g/L) NH4H2PO4(1.6g/L) NaClO4 (2.4650g/L) 펌프, 반응기, 유리비즈, 철 Glass beads : Fe0 = 19 : 1 (V/V) Fe0 의 지름 = 0.84mm Glass beads 지름 = 3mm

(2) 반응기 개략도 1. 유입수 저장조 2. 펌프 3. 반응기 4. 유출수 저장조

ClO4- IC 분석 조건 분석 조건 IC Dionex ICS-1100 Sample loop 1000 μl Eluent 60 mM NaOH Eluent flow 1.3 ml/min Columns Dionex AG16, 4 mm / AS16, 4 mm Suppressor ASRS 300 4 mm 전류량 270 mA 온도 30 ℃ 검출시간 8.3 min 검출한계 0.5 ug/L

6. 결과 V = 18(ml) + {0.0125(m2) × π × 0.025(m) × 106(ml/m3)} (1) HRT (수리학적 체류시간, Hydraulic Retention Time, h) = working volume(V) / flow rate(Q) Working volume(V) = pore volume (V1) + head space(V2) V = 18(ml) + {0.0125(m2) × π × 0.025(m) × 106(ml/m3)} = 30.271(ml) (2) ClO4- 부하량 (Loading rate, mg/㎡/h) = inf [ClO4-](mg/ml) × Q(ml/h) / 표면적(m2) (3) ClO4- 제거율 (%) = { inf [ClO4- ](mg/ml) - eff [ClO4- ](mg/ml) } / eff [ClO4- ](mg/ml) ×100

7. 결론 반응기는 46일간 운전하였다. 유입수의 농도는 20mg/L를 유지하였고, 유입수의 유량 은 1(ml/h)에서 1.45(ml/h), 2.2(ml/h)으로 변화시키면 서 HRT와 부하량을 변화시켰다. HRT는 30.271(h)에서 유량의 변화에 따라 20.876(h), 13.759(h)으로 단계적으로 변화시켰다. ClO4- Loading rate는 유량의 변화에 따라 0.552(mg/ ㎡/h)에서 0.799(mg/㎡/h), 1.213(mg/㎡/h)으로 변화 시켰다. pH는 초기에는 8.6정도를 유지시켰고, 26일 째 이후부 터는 평균 8.2정도를 유지하였다. ClO4- 제거율은 초기에는 90%이상을 유지하다가 34일 이후로는 목표치인 99%이상의 조건을 만족시켰다.

8. 참고문헌 국립과학 연구원(2007)- 특정수질유해물질 확대지정 및 배출허용기준 설정 연구 국립과학 연구원(2007)- 특정수질유해물질 확대지정 및 배출허용기준 설정 연구 환경부 보도자료(2009)- “퍼클로레이트 먹는물 수질 감 시항목 지정 추진” 국립환경과학원 환경진단연구부- 수돗물 중의 퍼클로레 이트 적정관리 방안 연구 한국물환경학회- 수돗물중의 퍼클로레이트 적정관리 방 안 연구 부산 수질 연구소- 수중 퍼클로레이트제거를 위한 맞춤 분말활성탄 제조

감사합니다