입상활성탄 충진 전기분해 반응조를 이용한 지하수중의 질산성 질소제거 연구

Abstract

질산성 질소는 인간에게 특수한 질병을 야기 시키는 물질로서 대부분 지하수에서 다량으로 검출되고 미국과 유럽 등에서는 질산성 질소에 대한 규제가 날로 강화되고 있어 질산성 질소 제거에 대한 연구는 많은 관심을 불러오고 있는 실정이다. 최근에는 보다 효율적이고 경제적으로 질산성질소 제거 하는 방법으로 전기화학적 처리공법에 대한 연구가 보고되고 있다. 따라서 본 연구에서는 기존의 제거공정과 더불어 전기화학적 방법의 일환으로 질산성 질소를 시중에 널리 알려진 입상 활성탄을 충진한 전기분해 반응 조를 만들어 실험에 사용하였고 다양하게 실험 조건을 변화시켜 최대의 제거율을 얻을 수 있는 최적 조건을 검토하였다. 회분식 실험에서 최적의 반응 조건을 얻기 위해 전극 사이에 활성탄 투입과 작업 전극으로 티타늄과 Carbon steel을 사용하여 4전극계로 구성하였고 전극 재질, 전극 간거리, 전압, 전해질, 활성탄과모래(1:4)첨가에 따른 제거율을 조사하였다. 실험 결과로서, Carbon steel 보다는 티타늄 전극을 사용 하였을 때 질산성 질소 제거율 향상과 장기적으로 유지 관리면에서 적합하다고 판단되고, 전극간 거리는 멀어질수록 전기전도도가 감소함으로 충진된 활성탄과 전극으로부터 전해 산화반응이 충분히 일어나지 않았을 것이라 생각돼 최대한 가깝게 즉 10mm 적용 하였을 때 보다 높은 제거효율을 얻을 수 있었다. 전압과 전해질의 변화를 주었을 때 전압은 실험 결과 전압의 세기가 커질수록 제거율이 높아져 40V에서 제거율이 가장 높았고, 전해질로는 NaClO4․ H2O를 첨가하였으나 질산성 질소 제거에 크게 영향을 미치지는 못하였다. 또한 충진된 활성탄과 티타늄 전극의 전기전도성 증가로 인해 발생하는 전력량을 줄이기 위해 비율에 맞게 모래와 활성탄(1:4)을 첨가해 제거율의 변화를 알아 본 결과 높은 비율의 제거율을 보였고 전극과의 직접적인 전기전도성이 낮아져 고전압 저전류 및 질산성 질소 제거 속도 향상됨을 확인할 수 있었으며, 전력량 또한 낮은 소모량으로 측정되어 처리비용이 저렴하여 비율에 맞게 모래와 활성탄(1:4)을 첨가한 것이 더 경제적이라 판단된다.