골탄과 HAP를 이용한 효율적인 지하수 내 불소 제거에 대한 연구 = A study on the effective removal of fluoride in groundwater using bone char and HAP
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2020
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KDC
500
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학술저널
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1-1(1쪽)
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세계 보건 기구(WHO)에서는 마시는 물의 불소 농도를 1.5 ppm 이하로 권고하고 있지만 에티오피아, 탄자니아, 캄보디아 등 아프리카 및 동남아 일부 국가에서는 지하수 내 불소농도가 기준치 이상으로 높아 (>10 ppm, 때로는 >100 ppm) 반상치, 골격기형 등 다양한 질병이 발생하고 있다. 실제로 지하수내의 불소는 활성탄, 이온교환수지, 역삼투 등의 방법으로 비교적 쉽게 제거될 수 있지만 위에 언급한 개발도상국에서는 기술적, 경제적 이유로 이들 방법을 사용할 수 없는 실정이다. 이러한 문제를 극복하기 위하여 에티오피아, 탄자니아, 케냐 등지에서는 소 뼈를 탄화시켜 만든 골탄과 화학적으로 생성한 HAP를 이용하여 지하수 내 불소를 제거하고 있다. 골탄은 만들기 쉽고 저렴하지만 불소 흡착력이 떨어지며 이에 반해 HAP는 불소흡착력은 뛰어나지만 가격이 비싼 단점이 있다. 이 연구에서는 골탄과 HAP를 병행하여 두 가지 흡착제의 장점을 살리고 단점을 보완하는 수처리 방식을 개발하였다.
본 연구는 현재 에티오피아에서 사용하고 있는 골탄과 HAP를 이용하여 칼럼반응기에서 실험을 진행하였다. 칼럼반응기는 직경 1.27 cm, 길이 101 cm, 부피 127.87 ㎤ 이었으며 총 4 개의 칼럼반응기를 사용하였다. 이 중 두 개는 골탄과 HAP를 51 cm씩 채웠고, 나머지 칼럼에는 골탄과 HAP를 51 cm 채운 뒤 튜브를 하향류 방식으로 연결하여 사용하였다. 초기 불소 농도는 5 ppm으로 하였으며 유량은 30 L/day, 550 L/day으로 진행하였고 각각의 EBCT는 4.6 min, 10 s로 측정되었다. 샘플은 일정한 시간 간격으로 채집하였고, UV-분광광도계(DR-5000)를 이용하여 540 nm의 파장에서 불소 분석을 실시하였다.
이 실험 결과 골탄이나 HAP를 각각 단독으로 사용하여 불소를 제거하였을 때보다 두 가지를 병행하여 사용했을 때 유량에 관계없이 흡착효율이 향상되었으며, 1.5 ppm까지 올라가는데 30 L/day에서는 골탄, HAP, 골탄-HAP 순으로 각각 120, 150, 480 min이 걸렸고 이에 비례하여 처리수도 2.4, 3.0, 9.6 L를 생산할 수 있었다. 550 L/day에서는 파과시간까지 각각 0.75, 0.73, 3 min이 걸렸고 처리수도 0.29, 0.28 1.15 L를 생산하여 골탄과 HAP를 함께 사용했을 때 효율이 더 좋은 것을 볼 수 있었다.
결론적으로 골탄과 HAP를 함께 사용함으로써 길어진 파과시간은 HAP의 교체주기를 증가시켜 운영비용을 현저히 감소시킬 수 있음이 확인되었다. 따라서 골탄과 HAP를 병행하는 방법은 지하수 내 불소 제거성능 향상과 단위 시간에 더 많은 처리수 생산을 가능하게 하여 훨씬 효율적인 불소 제거 방법으로 생각된다.
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