정수슬러지를 활용한 AlPO4계 제올라이트 합성 및 암모니아 제거에 관한 연구 = Study on the using water purifying AlPO4-based zeolite synthesis and ammonia removal
저자
발행사항
전주 : 전북대학교 일반대학원, 2014
학위논문사항
학위논문(석사) -- 전북대학교 일반대학원 , 환경공학 , 2014. 2
발행연도
2014
작성언어
한국어
주제어
발행국(도시)
전북특별자치도
형태사항
xv, 91 p. ; 26 cm
일반주기명
지도교수: 원찬희
소장기관
ABSTRACT
Study on the using water purifying AlPO4-based zeolite synthesis and ammonia removal
A cost used in treatments and disposal of sludges takes account of 20% of the total, and the future cost is expected to increase. Hence, a management of water sludge will be a factor that can take a lead in water purification costs.
Preparing for this study, we have found out technologies for high efficiency, low costs and eco-friendly recycling are urgent. Therefore, in this study, 1) a synthesis of powder type AlPO zeolite though Hydrothermal Precipitation Method of water sludge as a deodorizer, 2)and an initiation of development for a granular absorbents which can act as activated carbon alternatives. Following this, we also have established eco-friendly green technology and recycled aluminum based sludges that are final by-products. We also have tried to contribute in a virtuous cycle of a resource utilization policy by using previously mentioned technologies and manufacturing absorbents. Further, granular activated carbons which are commonly used as an absorbent are imported from overseas. Due to an increasing pressure of manufacturing cost caused by a exhaustion of resource, the price of granular activated carbons are continuously increasing. Thus, the need for alternatives of activated carbons is rising, there is still not any good-priced alternative. In water purification sludge, there is about 30% of aluminium element. Thus, when we convert these into AlPO type particles, we can obtain zeolite-type porous particles. through the development of granular absorbents
As we need new materials that can substitute domestic deodorizing activated carbon market, if the granular activated carbon substitutes can be developed then we can expect an achievement of import substitution effect and reduction of foreign currency. Another positive effect we can expect is that we can achieve low-carbon green growth by recycling industrial wastes rather than new raw materials.
Hence, in this research, when we manufacture pellet type absorbents using AlPO zeolite powder type where water purification sludge is utilized among aluminium sludges, we varied the water percentage, binding material status, die size, changes in heat treatment temperatures. In order to verify absorbent performance of the manufactured absorbent, we conducted a fixed bed continuous absorption test for Ammonia, which is a representative odour from the alkalinity odours. Though these tests, we eventually gained following results.
1. The ammonia absorption test on variation of the water content shows that when the content of the binder is constant, as the water content increases the performance of the absorbent gets better.
2. When the content of the binder is not changed, we can find out that as we observe the ammonia absorption test, if the water content is the same then the absorbent which does not contain the binder shows a better performance.
3. In the ammonia absorption test, when we gave 500℃ heat treatment, the absorbent that has less content of the binder shows a better performance. This result is also found in a situation where we gave 400℃ heat treatment. We can also see that the absorbent that has no binder addition shows an excellent performance and the performance of the absorbent gets better as the temperature of the heat treatment increases. However, when the test is given with over 500℃ heat treatment, the performance of the absorbent falls.
4. When we compare performances of pellet-type absorbent with the ammonia absorption from the activated carbon, the manufactured absorbents show better performance than the activated carbon. Among them, especially, absorbents that had increased heat treatment temperature showed better performances than the absorbent with 110℃ heat treatment
5. As we conducted tests according to changes in sizes of the pellet-type absorbents(,which is the sizes of cross section areas), we could see that the performances of absorbents get better as the die size decreases in the ammonia absorption test.
In water purification sludge's mineral contents, there are 50~60% of SiO and AlO. We can judge from that fact that we can convert them into an artificial zeolite which is a high value material and this can be used for various usages in diverse areas. In this research, we have concluded that If we recycle the water purification sludge and manufacture the pellet-type absorbent which is a high value added material then there is a high potential of them that can substitute the pellet-type activated carbon that are dependent on being imported from overseas.
국문 요약
정수슬러지를 활용한 AlPO계 제올라이트 합성 및 암모니아 제거에 관한 연구
슬러지의 처리 및 처분에 소요되는 비용은 약 20% 정도를 차지하고 있으며, 향후 처분 비용이 더욱 상승 될 것으로 예측되므로 정수슬러지의 관리는 장래 정수처리 비용 상승을 주도하는 요소가 될 전망이다.
본 연구에서는 정수슬러지의 고효율, 저비용 및 친환경적인 재활용기술 개발이 절실함에 착안하여 1) 정수슬러지의 탈취제로의 수열합성을 통한 분말형 알포계 제올라이트 합성, 2) 이를 이용한 활성탄 대체제 입상형 흡착제 개발을 착수하게 되었으며 친환경적인 녹색기술을 확보하여 최종 부산물로 발생되는 알루미늄계 슬러지를 재활용하고 이를 이용한 흡착제를 제조.생산함으로서 선순환형 자원활용 정책에도 적극적으로 기여하고자 하였다. 또한 흡착제로 주로 사용되고 있는 입상형 활성탄은 전량 외국에 의존하고 있으며 자원고갈에 따른 원가상승압박이 갈수록 심해져 입상형 활성탄 가격이 지속적으로 상승하고 있다. 이에 따라 활성탄에 대한 대체제의 필요성이 증가하고 있으나 아직까지 저렴한 대체제는 없는 실정으로 정수슬러지에는 알루미늄 성분이 약 30% 함유되어 있으므로 AlPO계 입자로 변환시킴에 의해 제올라이트형 다공성 입자를 얻을 수 있고 입상형 흡착제를 개발함으로서 국내 탈취용 활성탄 시장을 대체할 수 있는 신규물질의 개발이 필요함에 따라 흡착제의 대표적인 입상형 활성탄의 대체제가 개발된다면 수입대체효과와 외화절감효과까지 기대할 수 있으며 신규자원이 아닌 사업장 폐기물을 재활용함으로써 저탄소녹색성장의 견인차 역할까지 기대된다.
따라서 본 연구에서는 알루미늄계 슬러지중 정수슬러지를 활용하여 AlPO계 제올라이트 분말형을 이용하여 펠렛형의 흡착제 제조시에 함수율, 결합재 유무, Die size, 열처리 온도 볔화 등을 달리하여 제조된 흡착제의 흡착성능을 확인하기 위하여 알칼리성 악취중 대표적인 혐오악취인 암모니아에 대한 고정층 연속흡착실험을 통해 흡착제의 흡착성능을 조사한 결과 다음과 같은 결론을 얻게 되었다.
1. 함수량의 변화에 따른 암모니아 흡착실험 결과 binder 함량은 일정 할 때, 함수량이 증가 할수록 흡착제의 성능이 우수해지는 것을 확인할 수 있었다.
2. Binder의 함량을 변화 하였을 때 암모니아 흡착 실험을 살펴보면 함수량은 동일 할 때, binder를 첨가하지 않은 흡착제의 성능이 더 우수 한 것을 확인 할 수 있었다.
3. 500℃로 열처리 하였을 때 암모니아 흡착 실험 결과는 400℃로 열처리 했을 때 실험 결과와 마찬가지로 binder의 함량이 적은 흡착제가 우수 한 것을 확인 하였으며, binder를 첨가하지 않은 흡착제의 성능이 우수 한 것을 확인 할 수 있고 또한 열처리 온도가 증가 할수록 흡착제의 성능이 우수하지만 500℃ 이상으로 열처리를 하면 흡착제의 성능이 떨어지는 것을 확인 할 수 있었다.
4. 입상흡착제와 활성탄의 암모니아 흡착능 비교하였을 때 활성탄에 비하여 제조한 흡착제들의 성능이 우수한 것을 알 수 있다. 그중에서도 110℃로 열처리한 흡착제보다 열처리 온도를 증가시킨 흡착제의 성능이 우수한 것을 확인할 수 있었다.
5. 입상흡착제의 size 즉, 단면적의 크기에 따른 암모니아 흡착 실험을 수행한 결과 die size를 변화시켰을 때 암모니아 흡착 실험 결과는 die size가 작을수록 흡착제의 성능이 우수해지는 것을 확인할 수 있었다.
정수슬러지의 무기질성분 중 SiO, AlO가 약 50~60% 정도 함유되어 있는 점을 감안하면 여러 분야에서 다양한 용도로의 사용이 가능한 고부가가치 물질인 인공 제올라이트로 전환이 가능할 것으로 판단된다. 본 연구에서 정수슬러지를 재활용하여 고부가가치물질인 입상흡착제를 제조함으로서 수입에 의존하는 펠렛형 활성탄을 대체할 수 있는 잠재력을 갖고 있는 것으로 판단된다.
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