표제지
목차
요약 9
I. 서론 11
1.1. 연구배경 및 필요성 11
1.2. 연구목적 및 범위 12
II. 이론적 배경 13
2.1. 하수슬러지 소각재 중의 인 함량 13
2.2. Visual MINTEQ를 이용한 인과 중금속 거동 예측 15
2.3. 하수슬러지 소각재로부터 인을 회수하는 기술 17
2.3.1. 인산칼슘으로의 회수 17
2.3.2. Struvite 형태로의 인 회수 18
2.4. 하수슬러지 소각재로부터 중금속을 제거하는 기술 19
2.4.1. 이용 교환에 의한 중금속 추출 19
2.4.2. pH 조절에 의한 중금속 추출 20
2.4.3. 황화물 침전에 의한 중금속 추출 20
III. 실험 재료 및 방법 21
3.1. 실험 재료 및 분석방법 21
3.1.1. 하수슬러지 소각재 21
3.1.2. 항목별 분석방법 22
3.2. 하수슬러지 소각재의 인 추출 조건 22
3.2.1. 인 추출액 농도 및 L/S비 조건 22
3.2.2. pH 증가에 따른 회수되는 침전물 특성 조사 22
3.2.3. 추출액 재사용에 따른 효과 23
3.2.4. EDTA를 이용한 전처리 효과 평가 23
3.2.5. 소각재 입자크기에 따른 인, 중금속 회수 특성 조사 23
3.2.6. 양이온 교환 수지를 이용한 인 추출액에서의 중금속 제거 24
3.3. Visual MINTEQ를 이용한 수질평형 예측 25
IV. 실험 결과 및 고찰 27
4.1. 하수슬러지 소각재의 특성 27
4.1.1. 하수슬러지 소각재의 입도분포 27
4.1.2. 하수슬러지 소각재의 인, 중금속 함량 28
4.2. 최적의 인 추출 조건 28
4.2.1. 추출시간과 고액비에 따른 효과 28
4.2.2. 알칼리 첨가에 따른 인 회수 특성 30
4.2.3. 추출액 재사용에 따른 인 회수 특성 38
4.2.4. .소각재 입자크기에 따른 인, 중금속 회수 특성 41
4.5. 인 회수를 위한 최적 pH 50
4.6. EDTA를 이용한 중금속 제거 전처리 효과 52
4.7. 추출액 재사용과 EDTA를 이용한 인 회수시 중금속 저감 효과 52
4.8. 양이온 교환수지를 이용한 중금속 제거 효과 57
V. 결론 59
참고문헌 61
Abstract 63
Table 2.1. 국내·외 하수슬러지 소각재의 인 함량 14
Table 2.2. 인의 분리, 정제를 위한 단계별 침전실험 조건 17
Table 2.3. Struvite 결정화 반응의 최적 조건 18
Table 4.1. XRF로 측정한 하수슬러지 소각재의 화학조성비 28
Table 4.2. 추출시간에 따른 추출액의 P 농도 29
Table 4.3. 하수슬러지 소각재 인 추출액 내의 중금속 농도 29
Table 4.4. L/S비와 증류수 추가 추출에 따른 인 추출 효과 30
Table 4.5. Visual MINTEQ 프로그램에 의해 예측된 PH 구간별 과포화 침전물 34
Table 4.6. NaOH 첨가시 pH 증가에 따른 침전물 생성과 P 회수량 35
Table 4.7. Ca(OH)₂ 첨가시 pH 증가에 따른 침전물 생성량 35
Table 4.8. 산 추출액을 Ca(OH)₂로 pH를 증가시킬 때 생성된 침전물의... 37
Table 4.9. 산 추출액을 NaOH로 pH를 증가시킬 때 생성된 침전물의... 37
Table 4.10. 추출액 재사용에 따른 알칼리 사용 저감효과 38
Table 4.11. 인 추출액 재사용에 따른 인과 중금속 추출 농도 비교 39
Table 4.12. pH 6으로 조정하였을 때의 상등액 및 침전물 내 농도 40
Table 4.13. 하수슬러지 소각재 입경별 XRF 분석 결과 41
Table 4.14. 하수슬러지 소각재 입경별 산 추출 인 농도 41
Table 4.15. 입자크기별로 구분한 하수슬러지 소각재를 산 추출한 경우의... 42
Table 4.16. pH 및 입자크기에 따른 인 회수 특성 43
Table 4.17. pH 및 입자크기에 따른 철 회수 특성 44
Table 4.18. pH 및 입자크기에 따른 구리 회수 특성 46
Table 4.19. pH 및 입자크기에 따른 아연 회수 특성 48
Table 4.20. 5N NaOH로 pH 조절시 pH별 침전물 생성무게 및 인 회수율 50
Table 4.21. Ca(OH)₂로 pH 조절시 발생한 침전물의 XRF 분석 결과 51
Table 4.22. NaOH로 pH 조절시 발생한 침전물의 XRF 분석 결과 51
Table 4.23. EDTA를 이용한 중금속 전처리 효과 52
Table 4.24. pH 6에서 형성된 침전물 내의 P 함량 53
Table 4.25. PH 6에서 형성된 침전물 내의 Fe 함량 54
Table 4.26. pH 6에서 형성된 침전물 내의 Cu 함량 55
Table 4.27. pH 6에서 형성된 침전물 내의 Zn 함량 56
Table 4.28. 추출조건에 따른 추출액 중의 아연과 구리 농도 56
Table 4.29. 소각재 추출액에 대한 양이온 교환수지 적용 결과 57
Table 4.30. 재사용한 소각재 추출액에 대한 양이온 교환수지 적용 결과 57
Fig 1.1. 연구 범위 모식도 12
Fig 2.1. Visual MINTEQ 초기화면 15
Fig 2.2. Visual MINTEQ Multi-problem menu 16
Fig 3.1. 실험에 사용한 하수슬러지 소각재 21
Fig 3.2. 강산성 양이온 교환 수지 (gel type) 24
Fig 3.3. Visual MINTEQ 계산 결과 화면 26
Fig 3.4. Visual MINTEQ 수행 후 무기물질의 포화도 지수 계산 예 26
Fig 4.1. 하수슬러지 소각재의 입도분포 27
Fig 4.2. 하수슬러지 소각재 입자크기별 외관... 28
Fig 4.3. Ca(OH)₂ 첨가에 따른 pH별 인 농도 변화 추이 31
Fig 4.4. NaOH 첨가에 따른 pH별 인 농도 변화 추이 31
Fig 4.5. NaOH 첨가에 따른 pH별 침전물 생성 변화 추이 32
Fig 4.6. Ca(OH)₂ 첨가에 따른 pH별 침전물 생성 변화 추이 32
Fig 4.7. NaOH 첨가에 따른 pH별 중금속 농도 변화 추이 36
Fig 4.8. Ca(OH)₂ 첨가에 따른 pH별 중금속 농도 변화 추이 36