KR100670872B1 - Zeolite Combined Magnetic Beads for Removal of Ammonium Ion from Water and Preparation Method Thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 본 발명은 물속에 용해되어 있는 암모니아를 빠른 시간내에 흡착하여 암모니아를 물로부터 용이하게 분리하며 또한 빠른 시간 내에 암모니아가 탈착되어 흡착력의 재생이 용이하게 이루어짐으로써 지속적으로 다시 사용할 수 있는 제올라이트 결합 자성 흡착제를 제공한다. 또한, 본 발명은 제올라이트에 바인딩제를 가하고 혼합시키는 단계, 및 상기 혼합물에 자성 물질 분말을 첨가하여 자성 물질과 제올라이트를 결합시키고 이 결합물을 미세화하는 단계를 포함하는, 수중의 암모늄 이온 제거용 제올라이트 결합 자성 흡착제의 제조 방법을 제공한다. 본 발명에서 제공하는 제올라이트 결합 자성 흡착제를 사용하면 수중에 용해되어 있는 암모늄 이온을 매우 단순한 방법으로 제거할 수 있으며, 이에 따라 고농도의 암모늄 이온의 존재로 인하여 정화가 어려운 공정수 또는 폐수의 처리가 용이하여 질수 있을 뿐 아니라 제올라이트 결합 자성 흡착제를 적정처리 후 재사용함로써 정화 비용을 크게 줄일 수 있게 된다.The present invention is a zeolite bond that can be continuously reused by adsorbing ammonia dissolved in the water in a short time to easily remove the ammonia from the water and also to quickly regenerate the adsorption force by ammonia is desorbed in a short time Provide a magnetic adsorbent. The present invention also provides a zeolite for removing ammonium ions in water, comprising the steps of adding and mixing a binding agent to the zeolite, and adding magnetic material powder to the mixture to bind the magnetic material and the zeolite and to refine the bond. Provided is a method of preparing a bonded magnetic adsorbent. By using the zeolite-coupled magnetic adsorbent provided in the present invention, it is possible to remove ammonium ions dissolved in water in a very simple manner, thereby facilitating treatment of process water or wastewater that is difficult to purify due to the presence of high concentrations of ammonium ions. In addition, the purification cost can be greatly reduced by reusing the zeolite binding magnetic adsorbent after proper treatment.
암모니아 제거, 암모늄 제거, 자성 흡착제, 이온교환, 흡착, 축산폐수, 탈리액 Ammonia Removal, Ammonium Removal, Magnetic Adsorbent, Ion Exchange, Adsorption, Livestock Wastewater, Desorbent
Description
도 1은 제올라이트와 결합된 자성 흡착제를 사용하여 수중의 암모늄 이온을 제거하는 본발명의 공정을 보여주는 개략도.1 is a schematic view showing a process of the present invention for removing ammonium ions in water using a magnetic adsorbent combined with a zeolite.
도 2a는 제올라이트와 결합된 자성 흡착제를 이용하여 수중의 암모늄 이온을 제거하는 비연속식 공정을 보여주는 도면.FIG. 2A shows a discontinuous process for removing ammonium ions in water using a magnetic adsorbent bound to zeolites. FIG.
도 2b는 제올라이트와 결합된 자성 흡착제를 이용하여 수중의 암모늄 이온을 제거하는 연속식 공정을 보여주는 도면.FIG. 2b shows a continuous process for removing ammonium ions in water using a magnetic adsorbent combined with zeolites. FIG.
본 발명의 목적은 제올라이트를 자성체에 부착시켜 수중에 용해되어 있는 암모늄 이온을 신속하고 경제적으로 제거하는 데에 목적이 있다.An object of the present invention is to attach zeolite to a magnetic body to quickly and economically remove ammonium ions dissolved in water.
본 발명은 물에 용해되어 있는 암모늄 이온을 제거하기 위하여 암모늄 이온과 이온교환능력이 있는 제올라이트를 자성 물질과 결합시킨 암모늄 이온 제거용 자성 흡착제(이하 “제올라이트 결합 자성 흡착제”라 한다) 및 이의 제조 및 사용 방법에 관한 것이다.The present invention provides a magnetic adsorbent for removing ammonium ions (hereinafter referred to as “zeolite-bound magnetic adsorbent”) in which ammonium ions and a zeolite having ion exchange ability are combined with a magnetic material to remove ammonium ions dissolved in water, and their preparation and It is about how to use.
수중의 암모늄 이온을 제거하는 방법으로는 수중의 미생물 활동을 이용하여 암모늄 이온으로부터 질산화 과정 및 탈질과정을 거쳐 정화하는 생물학적 처리법을 우선 들 수 있다. 이 과정에서 암모늄 이온은 활성오니법과 같이 미생물의 존재하에 산소를 투입시켜 이루어지는 질산화 과정에서 질산이온으로 산화되며 이 질산이온은 생물학적 혐기성 조건인 탈질과정에서 분자상태의 질소로 변환되어 공기중으로 사라지게 된다. 그러나, 질산이온이 생물학적 탈질공정에서 질소로 변환되는 과정에는 탄소원이 필요하므로 수중에 탄소원이 충분히 존재하지 않으면 질소성분의 일부는 질산이온으로 남아있게 된다.As a method of removing ammonium ions in water, a biological treatment method of purifying through ammonium ionization and denitrification from ammonium ions by using microbial activity in water is preferred. In this process, ammonium ions are oxidized to nitrate ions in the nitrification process by adding oxygen in the presence of microorganisms, such as activated sludge method, and these nitrate ions are converted into molecular nitrogen in the anaerobic denitrification process and disappear into the air. However, since the nitrate ion is converted to nitrogen in the biological denitrification process, a carbon source is required, so that a part of the nitrogen component remains as nitrate ion if there is not enough carbon source in the water.
한편, 생물학적 질산화 과정은 탄소원이 대부분 제거된 이후에야 진행되므로 생물학적인 방법으로 질소원을 제거하는 것은 한계가 있을 수밖에 없으며 또한 축산폐수나 일부 침출수 또는 소화슬러지의 탈수 여액으로 발생하는 탈리액 등에는 과량의 암모늄 이온이 존재하는데 이 경우 암모니아 장애로 인하여 탄소원의 제거공정에 문제가 발생할 수 있으며 또한 탄소원이 어느정도 제거된다고 하여도 고농도의 암모늄 이온을 질산이온으로 전환시키는데 막대한 양의 공기가 필요할 뿐만 아니라 탈질을 위하여 메틸알콜 등 외부탄소원이 과량으로 투입되어야 하는 문제점이 있다.On the other hand, the biological nitrification process is carried out only after most of the carbon source is removed. Therefore, the removal of the nitrogen source by the biological method is limited, and there is an excess of ammonium in the desorption solution generated from the livestock wastewater, some leachate or the dehydration filtrate of the digested sludge. In this case, ammonia disturbances may cause problems in the removal of the carbon source, and even if the carbon source is removed to some extent, a huge amount of air is required to convert high concentrations of ammonium ions into nitrate ions, There is a problem that the external carbon source such as alcohol should be input in excess.
그러므로, 축산폐수나 슬러지 탈리액 등 수중에 고농도의 암모늄 이온이 존재하는 경우 또는 산업폐수로서 탄소원이 거의 존재하지 않거나 탄소원에 비하여 질소성분의 농도가 높은 경우에, 수중에 용해되어 있는 암모늄 이온을 제거하기 위 하여 물리적인 탈기 방법을 사용하기도 한다. 이 공정에서는 수중의 암모늄 이온이 높은 온도와 높은 pH에서 암모니아로 존재하는 특성을 이용하여 온도를 약 70℃이상 또한 pH를 약 9.0 이상으로 올린 조건에서 운전되며 공기 또는 수증기를 물속에 불어 넣어 줌으로써 암모니아가 가스형태로 이들 매체를 따라 물로부터 분리된다. 물로부터 분리된 암모니아 가스는 응축기를 거쳐 응축되거나 황산 등의 반응물질과 결합시켜 유안(황산암모늄)으로 회수하기도 한다. 그러나, 이 공정은 전기한 바와 같이 높은 온도를 유지하기 위한 에너지비용과 pH를 올리기 위한 화학물질의 비용, 또한 응축을 위한 비용 등이 과다하게 소요되므로 현재까지 매우 제한적으로 사용되고 있다.Therefore, to remove ammonium ions dissolved in water when a high concentration of ammonium ions is present in water such as livestock wastewater or sludge desorption liquid, or when there is almost no carbon source as the industrial wastewater or the concentration of nitrogen is higher than the carbon source. Physical degassing may be used for this purpose. This process uses ammonium ions in water as ammonia at high temperature and high pH to operate at a temperature above about 70 ° C and a pH above about 9.0 and ammonia by blowing air or water into the water. Is separated from water along these media in gaseous form. The ammonia gas separated from the water may be condensed through a condenser or combined with reactants such as sulfuric acid to be recovered as oil (ammonium sulfate). However, this process has been very limited until now because of the excessive cost of energy to maintain a high temperature, the cost of chemicals to raise the pH, and also the cost of condensation.
암모늄 이온이 마그네슘 및 인산이온과 1:1:1의 비율로 결합하면 스트루바이트 (Struvite)라는 난용성의 화합물을 형성하는 원리를 이용하여 수중의 암모늄 이온을 화학적으로 제거하는 방법도 있다. 그러나, 이 방법은 투입되어야 하는 화학물질의 비용이 매우 높으며 특히 암모늄 이온 농도가 높을 경우에는 더욱 그러하다. 또한, 암모늄 이온을 제거하기 위하여 투입되는 화학물질의 양은 필연적으로 과량 투입되어야 하는 바, 부영양화물질인 인산염 등의 과량투입으로 인하여 이차오염이 발생할 수 있는 소지가 매우 높다. 그 외에도 이 반응은 칼륨이온 등 암모늄 이온과 유사한 성질의 물질이 용해되어 있는 경우에 이로 인한 간섭현상이 나타날 수 있는 큰 단점도 있다. 또한, 이러한 화학적인 문제점 이외에 이 결정화과정이 진행되려면 pH를 약 9.0 정도로 높여주어야 하는데에 따른 경제적인 부담과 아울러 결정화된 스트루바이트가 매우 미세한 입자로 수중에 존재하여 수리학적 부하 여부에 따라 외부로 유출되는 문제점도 안고 있다. 그러므로 이 공법은 현재 학술적인 수준으로 머물러 있다.When ammonium ions combine with magnesium and phosphate ions in a ratio of 1: 1: 1, there is a method of chemically removing ammonium ions in water by using a principle of forming a poorly soluble compound called Struvite. However, this method has a very high cost of chemicals to be introduced, especially at high concentrations of ammonium ions. In addition, the amount of chemicals to be added to remove the ammonium ions inevitably be excessively added, there is a high possibility that secondary pollution may occur due to the excessive input of phosphate, an eutrophic material. In addition, this reaction has a big disadvantage that interference may occur when a substance having properties similar to ammonium ions such as potassium ions is dissolved. In addition to these chemical problems, in order to proceed with the crystallization process, the pH must be raised to about 9.0, and the crystallized struvite is present in the water as very fine particles. There is also a problem of leakage. Therefore, this process remains at the academic level.
제올라이트는 양이온교환 능력이 우수하여 세제에도 보편적으로 사용되고 있으며 이온교환에 의하여 수중의 암모늄 이온을 흡착한다는 것은 이미 잘 알려진 사실이다. 또한, 양이온을 흡착한 후 소금물 등 대체이온에 의하여 용이하게 재생될 수 있다는 것도 잘 알려진 사실이다. 그러나, 폐수로부터 제올라이트를 사용하여 암모늄 이온을 제거하는 방법에는 몇가지 제한점이 있다. 우선 제올라이트를 사용 후 용이하게 회수하기 위하여 입자의 크기를 수 밀리미터 크기로 하면 표면적이 작아서 흡착성능이 매우 낮으며 따라서 암모늄 이온을 제거하는 데 매우 긴 시간이 소요된다는 것이다. 그러므로 제올라이트를 미세하게 분쇄하여 사용하면 이 문제가 크게 개선될 수 있다. 그러나, 이 경우 제올라이트의 낮은 비중으로 인하여 마치 물속에 수성 페인트를 풀어 놓은 것과 유사한 상태가 되어 사용후 회수하는 것이 매우 어렵게 되며, 이 문제는 회수 후 재생과정에서도 마찬가지로 나타나게 된다. 이 문제를 극복하기 위하여 막분리 방법이 시도되고 있으나 전기한 문제점으로 인하여 아직 개발 단계에 있다.It is well known that zeolite is widely used in detergents because of its excellent cation exchange ability and adsorbs ammonium ions in water by ion exchange. In addition, it is also well known that after the adsorption of the cation can be easily recycled by alternative ions such as brine. However, there are some limitations to the method of removing ammonium ions using zeolite from wastewater. First of all, in order to easily recover the zeolite after use, if the particle size is several millimeters in size, the surface area is small, so that the adsorption performance is very low, and therefore, it takes a very long time to remove the ammonium ion. Therefore, the use of finely ground zeolites can greatly improve this problem. However, in this case, due to the low specific gravity of the zeolite, the state becomes similar to that of releasing the water-based paint in water, which makes it very difficult to recover after use, and this problem also appears in the recovery process after recovery. Membrane separation methods have been tried to overcome this problem, but are still in the development stage due to the aforementioned problems.
그러므로, 수중의 암모늄 이온 제거목적으로 제올라이트를 사용하기 위하여서는 미세 제올라이트를 물과 분리가 용이한 형태로 개발할 필요가 있다.Therefore, in order to use a zeolite for the purpose of removing ammonium ions in water, it is necessary to develop a fine zeolite in a form that can be easily separated from water.
따라서, 본 발명의 목적은 미세 제올라이트를 물과 분리가 용이한 형태로 함으로써 수중의 암모늄염을 상온에서 단순한 방법으로 제거하고, 제올라이트를 사용 후 역시 단순한 방법으로 재사용이 가능하도록 할 수 있어 암모늄염으로 인한 폐수 또는 공정수의 처리비용을 크게 줄일 수 있는 경제성이 뛰어난 암모늄염 제거 물질 및 이의 제조 및 사용 방법을 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to remove the ammonium salt in the water by a simple method at room temperature by making the fine zeolite in a form that can be easily separated from water, and can be reused by a simple method after using the zeolite wastewater due to ammonium salt Another aspect of the present invention is to provide an economical ammonium salt removing material and a method of manufacturing and using the same, which can greatly reduce the processing cost of process water.
본 발명자들은 상기 목적을 달성하기 위해 연구를 거듭한 결과, 제올라이트와 자성물질을 물리적으로 혼합하고 바인딩제를 사용하여 제올라이트와 자성물질을 결합시킴으로써 기존에 제올라이트를 단독으로 사용할 때 발생하는 문제점들을 해결할 수 있음을 밝혀내어 본 발명을 완성하게 되었다.The present inventors have conducted a number of studies to achieve the above object, by physically mixing the zeolite and the magnetic material and by using a binding agent to combine the zeolite and the magnetic material can solve the problems occurring when using the zeolite conventionally alone It has been found that the present invention has been completed.
따라서, 본 발명은 암모늄 이온을 함유한 물로부터 암모늄 이온을 제거하기 위하여 암모늄 이온에 친화력이 있는 제올라이트를 자성 물질과 결합시킨 암모늄 이온 제거용 제올라이트 결합 자성 흡착제를 제공한다.Accordingly, the present invention provides a zeolite-bound magnetic adsorbent for ammonium ion removal in which a zeolite having an affinity for ammonium ions is combined with a magnetic material to remove ammonium ions from water containing ammonium ions.
또한, 본 발명은 제올라이트를 자성체와 혼합하는 단계, 상기 혼합물에 용제, 바인딩제 및 분산제를 가하고 혼합시키는 단계, 및 상기 혼합물을 미세화하는 단계를 포함하는, 수중의 암모늄 이온 제거용 제올라이트 결합 자성 흡착제의 제조 방법을 제공한다.The present invention also provides a zeolite-bound magnetic adsorbent for removing ammonium ions in water, comprising mixing zeolite with a magnetic substance, adding and mixing a solvent, a binding agent and a dispersant to the mixture, and miniaturizing the mixture. It provides a manufacturing method.
추가로, 본 발명은 상기 본 발명에 따른 제올라이트 결합 자성체를 암모늄 이온으로 오염된 물과 혼합하여 암모늄 이온을 제올라이트 함유 자성체와 결합시킨 후 외부 자력으로 제올라이트 결합 자성체를 물로부터 분리하는 것을 포함하는, 물로부터 암모늄 이온을 분리하는 방법을 제공한다.Further, the present invention comprises mixing the zeolite binding magnetic material according to the present invention with water contaminated with ammonium ions to combine ammonium ions with the zeolite-containing magnetic material and then separating the zeolite binding magnetic material from water by external magnetic force. Provided is a method for separating ammonium ions from.
본 발명에 따르면, 제올라이트 결합 자성체의 합성을 위한 기본 재료로서 100 마이크론 정도의 미세한 자성체 분말 및 역시 100 마이크론 정도의 미세 제올라이트가 중량비로 1:1 내지 1:10의 비율로 목적에 따라 사용되나, 보편적으로 사용되는 중량비는 약 1:1 내지 1:5이다. 본 발명에서 사용되는 용어 "미세 제올라이트 및 미세 자성체"는 직경이 10 mm 이하인 제올라이트 및 자성체를 의미하며, 바람직하게는 직경은 100 마이크론 이하이다. 또한, 이들을 결합시키기 위한 바인딩제 및 이를 용해하기 위한 용제를 사용하는데 바인딩제의 혼합비율은 자성체와 제올라이트를 합한 량에 대하여 10% 내지 50%이나 보편적으로 사용되는 혼합비율은 약 20 내지 30%이며, 용제는 바인딩제가 충분히 용해될 수 있는 최소량을 사용하는 것이 바람직하다. 바인딩제의 혼합비율이 10% 미만인 경우에는 제올라이트와 자성체의 결합력이 매우 약하여 사용시 제올라이트가 탈리될 수 있으며, 50% 초과시에서는 완성된 제올라이트 결합 자성체에 함유된 제올라이트의 함량이 너무 낮아지는 문제 이외에 100 마이크론 이하의 크기로 제조하기가 어려워진다.According to the present invention, as a basic material for the synthesis of the zeolite-bound magnetic material, a fine magnetic powder of about 100 microns and a fine zeolite of about 100 microns are used depending on the purpose in a ratio of 1: 1 to 1:10 by weight, The weight ratio used is about 1: 1 to 1: 5. As used herein, the term "fine zeolite and micromagnetic material" refers to zeolites and magnetic materials having a diameter of 10 mm or less, and preferably a diameter of 100 microns or less. In addition, a binding agent for binding them and a solvent for dissolving the same are used. The mixing ratio of the binding agent is 10% to 50% based on the combined amount of the magnetic material and the zeolite, but the mixing ratio that is commonly used is about 20 to 30%. As for the solvent, it is preferable to use the minimum amount which a binding agent can fully melt | dissolve. When the mixing ratio of the binding agent is less than 10%, the binding strength of the zeolite and the magnetic body is very weak, so that the zeolite may be desorbed when used, and if it exceeds 50%, the content of the zeolite contained in the finished zeolite binding magnetic body is too low. It becomes difficult to manufacture to the following sizes.
제올라이트는 암모늄 이온에 대한 친화력을 보유하여 암모늄 이온을 이온교환을 통하여 흡착 또는 결합할 수 있는 기능을 가지고 있다.Zeolites have affinity for ammonium ions and have the ability to adsorb or bind ammonium ions through ion exchange.
자성 물질은 예를 들어 마그네타이트 또는 철 분말을 포함하고, 이로 제한되지 않는다.Magnetic materials include, but are not limited to, magnetite or iron powder, for example.
제올라이트 결합 자성체를 제조하기 위해 사용되는 용제는 바인딩제에 따라 물이나 톨루엔 또는 헥산 등 극성용제나 비극성 용제가 포함되며, 바인딩제는 합성수지제로서 수용성 또는 유용성 우레탄 등을 포함하고, 입자의 분산을 위하여 분산제가 사용될 수도 있으며 이 경우 비이온계 계면활성제가 우선 포함되나, 이로 제 한되지 않는다.The solvent used to prepare the zeolite-bound magnetic material may include a polar solvent such as water, toluene or hexane, or a nonpolar solvent depending on the binding agent, and the binding agent may include a water-soluble or oil-soluble urethane as a synthetic resin, and may be used to disperse particles. Dispersants may also be used, in which case nonionic surfactants are included, but are not limited to these.
미세한 제올라이트와 자성물질 분말 및 바인더와 용제 그리고 분산제의 혼합으로 이루어진 혼합체는 용제가 휘발되어 응고되기 전에 후속되는 분쇄과정에서 용이하게 분쇄될 수 있도록 판형이나 입자상의 형상으로 일차 성형된다. 이 일차성형물은 분쇄기에서 재차 100 마이크론 이하의 미세분말로 분쇄되며 이 과정에서 마찰열을 흡수하기 위하여 물을 첨가할 수도 있다.The mixture consisting of a mixture of fine zeolite and magnetic material powder, a binder, a solvent and a dispersant is first formed into a plate or particle shape so that the solvent can be easily pulverized in a subsequent grinding process before the solvent is volatilized and solidified. The primary moldings are again ground to fine powder of 100 microns or less in the mill, and water may be added in the process to absorb frictional heat.
본 발명의 제올라이트 결합 자성 흡착제는 처리대상인 암모늄 이온을 함유한 물과 혼합하여 접촉시키면 수분내에 제올라이트에 암모늄 이온이 결합하게 되며 제올라이트가 포화되거나 대상처리수가 적정 수질 범위 이내로 처리되면 제올라이트 결합 자성 흡착제를 물과 분리한 후 재생시키게 된다. 재생하는 방법은 가장 일반적으로 사용하는 소금물을 사용하는 것이 매우 바람직하다. 사용된 제올라이트 결합 자성 흡착제가 재생과정에서 소금물과 접촉하고 있으면 수분 내에 암모늄 이온이 제올라이트 결합 자성 흡착제로부터 분리되어 배출되고, 자성 흡착제의 재생이 완료된다.When the zeolite-bound magnetic adsorbent of the present invention is mixed with water containing ammonium ions to be treated, the ammonium ions are bonded to the zeolite within a few minutes. And then regenerated. It is very preferable to use the brine most commonly used for the regeneration method. If the zeolite-bound magnetic adsorbent used is in contact with brine during regeneration, ammonium ions are separated from the zeolite-bound magnetic adsorbent within minutes and discharged, and the regeneration of the magnetic adsorbent is completed.
제올라이트 결합 자성 흡착제를 이용하여 수중의 암모늄 이온을 제거하는 방법은 이를 처리대상 폐수 등 물에 직접 투입하여 적정시간 동안 혼합하는 과정을 거쳐 자석으로 회수하여 재생하여 다시 사용하는 방법 (도 2a 참조), 자석에 고정시켜 처리대상 폐수조에 일정시간 체류시킨 후 재생조를 거치는 순환식 방법도 가능하다 (도 2b 참조).A method of removing ammonium ions in water by using a zeolite-bound magnetic adsorbent is a method of directly recovering and reusing and reusing the magnet by injecting it directly into water such as the wastewater to be treated and mixing for an appropriate time (see FIG. 2A), It is also possible to circulate through the regeneration tank after a fixed time in the waste water tank to be fixed to the magnet (see Fig. 2b).
위에 예시한 바와 같이, 본 발명에 따른 제올라이트 결합 자성 흡착제를 이 용한 수중의 암모늄 이온 제거공법은 자성 물질과 암모늄 이온에 대한 친화도가 높은 제올라이트를 결합시킨 후, 이를 암모늄 이온으로 오염된 물과 혼합하여 암모늄 이온을 물로부터 제올라이트 결합 자성 흡착제로 이전시킨 후 암모늄 이온으로 농화된 제올라이트 결합 자성 흡착제를 외부 자장으로 회수하고 이를 다시 재생시켜 사용하는 것을 가능하게 하는 공법이다. 따라서, 제올라이트 결합 자성 흡착제를 이용한 수중의 암모늄 이온 제거 공법은 별도의 화학물질이나 pH 조정 및 열에너지 투입 등이 없이 암모늄 이온의 제거를 가능하게 하며 공정이 매우 단순하여 처리 단가가 다른 공법에 비하여 월등히 낮아질 수 있다.As exemplified above, the ammonium ion removal method in water using the zeolite-bound magnetic adsorbent according to the present invention combines a magnetic material with a zeolite having high affinity for ammonium ions, and then mixes it with water contaminated with ammonium ions. By transferring ammonium ions from the water to the zeolite-bound magnetic adsorbent, and then recovering the zeolite-bound magnetic adsorbent enriched with ammonium ions to an external magnetic field and regenerating it for use. Therefore, the ammonium ion removal method in water using a zeolite-bound magnetic adsorbent enables the removal of ammonium ions without separate chemicals, pH adjustment, and thermal energy input. The process is very simple and the processing cost is much lower than other methods. Can be.
이하, 본 발명을 다음의 실시예에 의해 좀 더 구체적으로 설명하지만, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되지 않음을 이해하여야 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but it should be understood that the scope of the present invention is not limited thereto.
<실시예><Example>
본 발명의 방법에 대한 효과를 확인하기 위하여 겉보기 직경 분포가 1.4 내지 2.3 밀리미터인 입자상의 제올라이트와 겉보기 직경이 약 75 마이크로미터인 미세한 제올라이트, 그리고 본 발명의 방법으로 제조한 제올라이트 결합 자성 흡착제를 사용하여 수용액 상에서 암모늄 이온 제거 실험을 수행하였다.In order to confirm the effect on the method of the present invention, a particulate zeolite having an apparent diameter distribution of 1.4 to 2.3 millimeters, a fine zeolite having an apparent diameter of about 75 micrometers, and a zeolite-bound magnetic adsorbent prepared by the method of the present invention were used. Ammonium ion removal experiments were performed in aqueous solution.
제올라이트 결합 자성 흡착제는 다음과 같이 제조하였다. 사용된 제올라이트의 입자크기는 75 마이크론, 자성체는 입자크기가 약 1 마이크론의 마그네타이트를 사용하였다. 바인딩제로는 수용성 폴리우레탄(實光化學, RS 835)을 사용하였으며 바인딩제의 적정한 혼합비율을 확인하기 위하여 제올라이트와 자성체 및 바인딩제의 혼합비율을 1:1:1, 1:1:2, 1:1:3, 2:1:1, 2:2:1, 5:1:1, 5:3:1, 5:5:1로 하고 용제인 물을 투입하면서 균일하게 혼합시킨 후 건조, 분쇄과정을 거친 뒤 사용하였다. 분쇄 후 제올라이트 결합 자성 흡착제의 크기를 전자현미경으로 확인한 결과 겉보기 직경이 약 80 마이크론에서 1 밀리미터 사이에서 분포하고 있었다. 물은 바인딩제가 제올라이트 및 자성체와 균일하게 혼합될 수 있는 정도로만 투입하였다. 이와 같이 제조된 제올라이트 결합 자성 흡착제에서 혼합 비율이 1:1:2인 경우 분쇄시간이 많이 소요되었으며, 혼합비율이 5:5:1인 경우 부착되었던 제올라이와 자성체가 탈리하는 현상이 나타났다. 한편, 자성체의 혼합비율이 가장 낮은 5:1:1의 혼합비율로 제조된 제올라이트 결합 자성 흡착제도 자석으로 분리하는데 문제가 없었다.Zeolite bonded magnetic adsorbent was prepared as follows. The particle size of the zeolite used was 75 microns, and the magnetic material used magnetite having a particle size of about 1 micron. As binding agent, water-soluble polyurethane (RS 835) was used, and the mixing ratio of zeolite, magnetic material and binding agent was 1: 1: 1, 1: 1: 2, 1 to confirm proper mixing ratio of binding agent. : 1: 3, 2: 1: 1, 2: 2: 1, 5: 1: 1, 5: 3: 1, 5: 5: 1 and uniformly mixed with water as a solvent, followed by drying and grinding It was used after the process. After grinding, the size of the zeolite-bound magnetic adsorbent was confirmed by electron microscopy, and the apparent diameter was distributed between about 80 microns and 1 millimeter. Water was added only to the extent that the binding agent could be uniformly mixed with the zeolite and the magnetic body. In the zeolite-bound magnetic adsorbent prepared as described above, when the mixing ratio was 1: 1: 2, it took much time for grinding, and when the mixing ratio was 5: 5: 1, the attached zeolite and the magnetic substance were detached. On the other hand, the zeolite-bound magnetic adsorbent prepared at a 5: 1: 1 mixing ratio, which has the lowest mixing ratio of the magnetic material, has no problem in separating into a magnet.
하기 암모늄 이온 흡착 실험에는 혼합비율을 1:1:1하여 제조한 제올라이트 결합 자성흡착제를 사용하였다.In the following ammonium ion adsorption experiment, a zeolite-bound magnetic adsorbent prepared by using a mixing ratio of 1: 1: 1 was used.
<실시예 1><Example 1>
증류수에 암모늄 이온 중 질소 농도가 90 mg/l가 되도록 염화암모늄을 용해시킨 후, 입상 제올라이트와 제올라이트 결합 자성 흡착제를 각각 1리터 당 2 g의 농도로 혼합하여 흡착 및 탈착 실험을 수행하였다.After ammonium chloride was dissolved in distilled water so that the nitrogen concentration in ammonium ions was 90 mg / l, adsorption and desorption experiments were performed by mixing granular zeolite and zeolite-bound magnetic adsorbent at a concentration of 2 g per liter, respectively.
그 결과, 입상 제올라이트의 경우에 암모늄 이온 중 질소 농도가 50% 감소하는데 소요되는 시간은 2시간이었던 데 비하여, 제올라이트 결합 자성 흡착제의 경우에는 약 30초가 소요되었다. 또한, 재생을 위한 탈착실험에서 30%의 소금물을 사용한 결과 입상 제올라이트의 경우는 상온에서 완전탈착까지 4시간이 소요되었으나 제올라이트 결합 자성 흡착제의 경우에는 상온에서 약 3분만에 완전탈착이 이루 어졌다.As a result, in the case of the granular zeolite, the time required for the 50% reduction in the nitrogen concentration in the ammonium ion was 2 hours, whereas in the case of the zeolite-coupled magnetic adsorbent, it took about 30 seconds. In addition, as a result of using 30% brine in the desorption experiment for regeneration, the granular zeolite took 4 hours from room temperature to complete desorption, but in the case of zeolite-bound magnetic adsorbent, complete desorption was achieved in about 3 minutes at room temperature.
<실시예 2><Example 2>
암모늄 이온 중 질소 농도가 550 mg/l인 탈리액에 1리터 당 100 g의 농도로 입상 제올라이트와 제올라이트 결합 자성 흡착제를 각각 투입하여 10분 동안 이루어지는 흡착 및 탈착 실험을 수행한 결과 입상 제올라이트의 경우는 이 시간 내에 큰 변화가 없는 데 비하여 제올라이트 결합 자성 흡착제의 경우에는 10분에 흡착이 약 85% 진행되었고 탈착이 완전히 진행되었다.As a result of the adsorption and desorption experiments performed for 10 minutes by injecting a granular zeolite and a zeolite-bound magnetic adsorbent at a concentration of 100 g per liter into a leachate having a nitrogen concentration of 550 mg / l in ammonium ions, In the case of zeolite-bound magnetic adsorbents, adsorption proceeded about 85% at 10 minutes and desorption proceeded completely.
<실시예 3><Example 3>
암모늄 이온의 질소 농도가 550 mg/l인 탈리액과 제올라이트 결합 자성 흡착제를 혼합시켜 10분이 지난 후 이를 30%의 소금물로 10분 동안 재생시키는 과정을 15회 반복하였으나, 이 기간 동안 재생된 제올라이트 결합 자성 흡착제의 성능은 변하지 않았다.After 10 minutes of mixing a desorbent having a nitrogen concentration of 550 mg / l and a zeolite-bound magnetic adsorbent and regenerating it for 10 minutes with 30% brine, the zeolite-bound magnetic regenerated during this period was repeated 15 times. The performance of the adsorbent did not change.
<실시예 4><Example 4>
2개의 삼각플라스크에 각각 물 1리터와 50 g의 미세 제올라이트 및 제올라이트 결합 자성 흡착제를 각각 넣고 충분히 혼합시킨 후 세워 놓은 상태에서 미세 제올라이트의 침전 양상을 관측한 결과, 3시간이 경과한 후에도 완전히 침전되지 않았다.1 liter of water and 50 g of fine zeolite and zeolite-bound magnetic adsorbent were added to each of the two Erlenmeyer flasks, and the mixture was sufficiently mixed, and the standing state of the fine zeolite was observed. Did.
이에 비하여, 제올라이트 결합 자성 흡착제는 용기내에서 직접 자석에 붙인 후 취출하거나 용기 외벽에 자석을 설치하여 용기의 내벽면에 모이게 함으로써 신속하게 물과 분리할 수 있었으며 나머지 여액은 맑은 상태로 유지됨으로써 제올라 이트 결합 자성 흡착제를 신속하고 매우 용이하게 회수할 수 있는 것으로 나타났다. In contrast, the zeolite-coupled magnetic adsorbent could be quickly separated from the water by attaching it directly to the magnet in the container and then taking it out or by installing a magnet on the outer wall of the container to collect on the inner wall of the container, and the remaining filtrate was kept clear. It has been shown that the whey bonded magnetic adsorbent can be recovered quickly and very easily.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명의 제올라이트 결합 자성 흡착제를 이용한 수중의 암모늄 이온 제거과정과 사용된 제올라이트 결합 자성 흡착제의 재생과정이 수분 이내에 이루어지므로 순환주기가 짧아 적은 양으로 많은 폐수를 처리할 수 있으며 또한 다른 공법에서 요구되는 산소 투입이나 탄소원 공급, pH 및 온도의 상향조정 등이 불필요하므로 수중의 암모늄 이온을 매우 경제적으로 제거할 수 있다. 또한, 이와 같은 효과는 제올라이트의 일반적인 특성인 양이온 교환능력으로 인하여 수중에 함유되어 있는 여타 양이온의 제거에도 적용될 수 있다.As described in detail above, since the removal process of ammonium ions in water using the zeolite-bound magnetic adsorbent of the present invention and the regeneration process of the zeolite-bound magnetic adsorbent used are performed within a few minutes, the circulation cycle is short, so that a large amount of wastewater can be treated. In addition, it is very economical to remove ammonium ions in water because it is unnecessary to add oxygen, supply carbon source, and adjust pH and temperature required by other methods. This effect can also be applied to the removal of other cations contained in water due to the cation exchange capacity, which is a general property of zeolites.
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