불소 제거를 위한 소성 굴폐각의 흡착 특성

• Published in: Daehan hwan'gyeong gonghag hoeji Vol. 41; no. 12; pp. 695 - 702
• Main Authors: 이재인(Jae-In Lee), 박성직(Seong-Jik Park)
• Format: Journal Article
• Language: Korean
• Published: 대한환경공학회 01-12-2019
• Subjects: 환경공학; 굴폐각; 흡착; Fluoride; 불소; Adsorption; pH; 열처리; Oyster Shell; Thermal Treatment
• ISSN: 1225-5025; 2383-7810
• DOI: 10.4491/KSEE.2019.41.12.695

목적:암석을 통한 자연적인 불소 유입과 산업 활동을 통한 인위적인 불소 유입으로 인하여 지하수가 오염된다. 우리나라에서 굴폐각은 폐기물로 지정되어 있어 6개월 이상 보관하지 못하기 때문에 이를 비료로 만들어 농가에 공급하였지만 농가에서 악취와 염분으로 인해 사용하지 않으면서 더욱 처리가 어려운 상황이다. 본 연구에서는 굴폐각을 열처리하여 불소를 흡착시켜 제거하는 실험을 수행하였고 소성 굴폐각에 대한 불소 흡착 특성을 규명하였다.
방법:굴폐각을 100-900℃의 조건으로 열처리하여 가장 높은 불소 흡착량을 띄는 700℃ (OS700)을 이용하여 동역학적 흡착 실험, 평형 흡착 실험, 열역학적 흡착 실험, 불소 용액의 pH에 따른 흡착 실험, 불소 용액에 존재하는 다른 이온의 농도에 따른 흡착 실험, OS700의 주입량에 따른 불소 흡착 실험을 수행하였다.
결과 및 토의:OS700과 불소 용액 300 mg/L이 1시간 만에 평형에 도달하는 것을 볼 수 있다. 평형 흡착 실험에서 OS700의 불소 흡착은 Freundlich 모델보다 Langmuir 모델이 더 적합한 것으로 나타났고, 이는 불소가 OS700에 단층 흡착을 이룬다는 것을 알 수 있다. 열역학적 흡착 실험을 통하여 OS700의 불소 흡착은 흡열반응이며 비자발적으로 일어나는 것을 알 수 있다. 불소 용액의 pH에 따른 OS700의 흡착량은 pH가 3에서 11로 증가함에 따라 감소하는 것으로 나타났다. 다른 이온의 존재에 따른 OS700의 불소 흡착에 대한 영향은 CO32-와 PO43-의 존재에서는 불소의 흡착을 감소시켰지만 Cl-의 존재에서는 불소의 흡착에 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다. OS700의 주입량에 따른 불소의 제거율은 증가하였지만 OS700의 단위질량당 불소 제거량은 감소하였다.
결론:본 연구를 통하여 소성 굴폐각의 불소 흡착 특성을 분석하였고, 소성 굴폐각은 수중의 불소를 제거하기 위하여 효과적이고 환경친화적인 흡착제로 사용될 것으로 판단된다. Objectives:Groundwater is contaminated with fluoride by industrial activities. In Korea, oyster shell is considered as a waste and cannot be stored for more than 6 months, and it was made as a fertilizer and supplied to farms. But it cannot be used in farms because of odors and salinity. In this study, an experiment was performed to remove fluoride using calcined oyster shell and the characterization of fluoride adsorption on calcined oyster shell was investigated.
Methods:The oyster shell was calcined to enhance its adsorption capacity for fluoride and the temperature of thermal treatment on oyster shell ranges from 100℃ to 900℃. Kinetic adsorption test, equilibrium adsorption test, thermodynamic adsorption test, adsorption experiment according to pH of fluoride solution, adsorption experiment in the presence of competitive ions in fluoride solution, and adsorption experiment under different dose of adsorbents were performed using oyster shell thermally treated at 700℃ (OS700).
Results and Discussion:Oyster shell thermally treated at 700℃ was found to have the highest fluoride removal. Equilibrium for fluoride adsorption onto OS700 was achieved within 1 h at a fluoride concentration of 300 mg/L. Equilibrium experiments showed that fluoride adsorption onto OS700 was better fitted by Langmuir model than the Freundlich model, inferring that fluoride adsorbs onto OS700 as a mono-layer. Thermodynamic experiments showed that fluoride adsorption onto OS700 is endothermic and non-spontaneous. The increase of pH from 3 to 11 decreased the amount of fluoride adsorption onto OS700 from 86.4 mg/g to 68.5 mg/g. The presence of both CO32- and PO43- decreased the fluoride adsorption onto OS700, but the influence of Cl- concentration on fluoride adsorption was insignificant. Although the fluoride removal percentage increased with the increase of dose amount of OS700, the amount of fluoride adsorption on unit mass of OS700 decreased.
Conclusions:In this study, the fluoride adsorption characteristics of the OS700 were analyzed. OS700 is expected to be used as an effective and environmentally friendly adsorbent to remove fluoride in water. KCI Citation Count: 1