고흡착 골탄과 수산화인회석을 이용한 지하수 내 불소 제거 연구
초록/요약
세계 보건 기구 (WHO)에서는 마시는 물의 불소 농도를 1.5 ppm 이하로 권고하고 있지만 에티오피아, 탄자니아, 케냐, 캄보디아 등 아프리카 및 동남아 일부 국가에서는 지하수 내 불소농도가 기준치 이상으로 높아 반상치, 골격기형 등 다양한 질병이 발생하고 있다. 이에 본 연구에서는 개발도상국의 골탄 제작 과정을 최적화하여 불소 흡착 효율을 높이고 나아가 수산화인회석을 병행한 하이브리드 정수장치를 고안하고 그 적용가능성을 실험하여 지하수 내 고농도 불소를 효과적으로 제거할 수 있는 방법을 연구하고자 하였다. 이 연구 결과 소뼈를 450 ℃에서 3 시간 탄화시켜 골탄을 생산할 때 불소흡착능이 기존의 아프리카에서 사용하는 골탄보다 3 배 이상 우수하다는 것이 밝혀졌다. 또한 골탄과 수산화인회석을 1+1 컬럼으로 사용했을 때 30, 300 L/day 유량에서 WHO의 불소 음용수 권장기준치인 1.5 ppm에 도달하기까지 골탄과 수산화인회석을 단독으로 사용하는 것보다 약 5 ~ 6 배 많은 처리수를 얻을 수 있었다. 2+2 컬럼으로 사용했을 때는 같은 유량에서 골탄과 수산화인회석을 단독으로 사용하는 것보다 15 ~ 30 배 많은 처리수를 얻을 수 있는 것으로 판명되었다. 이러한 결과는 앞단의 골탄 컬럼에서 유입수의 고농도 불소를 1차적으로 제거하여 빠른 흡착이 일어났고, 후단의 수산화인회석 컬럼에서는 저농도 불소가 유입되어 WHO의 불소 음용수 권장기준치인 1.5 ppm에 도달하는데 훨씬 오랜 시간 사용할 수 있었으며 이에 비례하여 처리수를 얻을 수 있는 것으로 보인다. 결론적으로 이 연구에서 지하수 내 높은 농도의 불소를 고흡착 골탄과 수산화인회석을 병행한 하이브리드 시스템을 통해 효율적이고 경제적으로 처리하는 방법을 개발함으로써 이러한 문제로 심각한 건강 문제를 겪고 있는 개발도상국의 국민들에게 도움이 될 것으로 기대한다.
more목차
Ⅰ 서론 1
1. 연구 배경 1
2. 연구 목적 2
Ⅱ 이론적 배경 3
1. 불소 3
1.1 자연계에서의 불소 3
1.2 지하수 내 불소의 화학적 반응 4
1.3 수중 불소를 제거하는 기술 7
2. 골탄 11
2.1 골탄 11
2.2 골탄의 제조 12
2.3 골탄의 성분 13
2.4 골탄의 개량 15
3. 소규모 흡착실험 16
3.1 소규모 흡착실험 (Rapid Small Scale Column Test, RSSCT) 16
3.2 공탁체류시간 (Empty Bed Contact Time, EBCT) 17
Ⅲ 재료 및 방법 19
1. 시약 19
2. 골탄 제조 19
3. 회분반응기 실험 21
4. 컬럼 실험 22
5. 데이터 분석 25
Ⅳ 결과 및 고찰 26
1. 골탄 제조 조건 최적화 26
1.1 골탄 제조의 온도∙시간별 불소 최대흡착능 26
1.2 골탄 제조의 온도∙시간별 탁도 28
1.3 골탄 제조의 온도∙시간별 TOC 30
1.4 골탄 제조 조건 변경 결과 요약 32
2. 컬럼 실험 결과 34
2.1 유량에 따른 단일, 1+1 (골탄-HAP) 컬럼 실험 결과 34
(1) 유량 30 L/day 34
(2) 유량 300 L/day 41
2.2 유량에 따른 2+2 (골탄-골탄-HAP-HAP) 컬럼 실험 결과 47
(1) 유량 30 L/day 47
(2) 유량 300 L/day 53
Ⅴ 결론 57
참고 문헌 59
Abstract 64
