KR101556538B1 - 토양에서 분리한 자성분리입자를 이용한 오염수 내의 인(p) 제거방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 자성분리입자를 이용한 오염수 내의 인(P) 제거방법은, (a) 자성체를 이용하여 토양으로부터 자성분리입자(magnetically separated particle, MSP)를 분리하는 단계, (b) 상기 자성분리입자를 수집하는 단계 및 (c) 상기 자성분리입자를 이용하여 오염수 내의 인(P)을 제거하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 자성분리입자는, 토양으로부터 자성체를 이용하여 분리한 천연물질을 별도의 화학적 처리 없이 오염수 내의 인(P) 제거에 사용할 수 있어 경제적이며, 인(P)을 93% 이상의 높은 효율로 흡착할 수 있어, 인(P)으로 오염된 담수 및 해수를 효과적으로 정화할 수 있다.

Description

토양에서 분리한 자성분리입자를 이용한 오염수 내의 인(P) 제거방법{Method for removing phosphorus from contaminated water using magnetically separated particles isolated from soil}
본 발명은 토양에서 분리한 자성분리입자를 이용해 오염수에 포함된 인(P)을 제거하는 방법에 관한 것이다.
인(phosphorus)은 식물 생장에 필수적인 요소로 인산염(phosphate)의 형태로 비료에 다량 포함되며 각종 농약의 합성에도 이용되고, 세탁용 세제를 제조하기 위해서도 다량 사용되고 있다.
따라서, 현재 방류되는 하수 및 폐수에는 인이 다량 포함되어, 이로 인해 하수 및 폐수가 방류되는 공공수역이 부영양화되어 녹조 및 적조가 자주 발생해 공공수역 수질관리에 어려움이 따른다. 이에 따라, 환경부는 지난 2012년부터 공공수역의 수질개선과 부영양화 방지를 위하여 인 오염(phosphate pollution)에 대한 하수처리장 방류수 수질기준을 강화하고 반드시 일정 농도 이하로 제거해야만 하는 성분으로 분류하여 인을 중점 관리하고 있다.
상기한 정부 정책을 효율적으로 집행하기 위해서는 하수 및 폐수에 포함된 인을 제거하는 경제적이고 친환경적인 인 제거 공법을 개발하고 이를 적절히 활용하여야 한다.
종래의 하수 및 폐수의 인을 제거하는 기술은 크게 금속염을 이용한 기술, 소석회를 이용한 기술, 란탄족 희토류를 이용한 기술 또는 생물학적 제거 기술 등이 보고되어 왔다.
일례로, 종래 문헌 1의 한국등록특허공보 제10-0769265호에서는 "평판형 고분자를 이용한 수처리용 전도성 담체 및 그 제조방법"에 관한 기술 내용을 개시하고 있다.
상기한 종래 문헌 1에서는 평판형 고분자층과, 상기 평판형 고분자 상에 탄소 분말 30 ~ 50 중량%, 폴리우레탄 에멀젼 30 ~ 50 중량%, 폴리아크릴 에멀젼 혹은 에폭시 수지 에멀젼 0 ~ 20 중량%으로 이루어진 혼합액을 코팅함으로써 형성되는 제1차 코팅층과, 상기 제1차 코팅층 상에 패각 분말 5 ~20 중량%, 탄소 분말15 ~ 30 중량%, 산화알루미늄, 산화니켈, 산화티타늄 등 금속염으로 이루어진 군 중에서 선택되는 1종 이상의 촉매 화합물 0 ~ 1 중량%, 폴리우레탄 에멀젼 30 ~ 50 중량%, 폴리아크릴 에멀젼 혹은 에폭시 수지 에멀젼 0 ~ 20 중량%로 이루어진 혼합액을 코팅함으로써 형성되는 제2차 코팅층과, 상기 제2차 코팅층 상에 니켈, 구리, 티타늄 중 한 가지로 제조된 금속선을 고정하고 그 전선 위에 우레탄 또는 아크릴 코팅제를 도포하여 형성된 전선 코팅층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전도성 담체를 제고하고, 알루미늄 등의 금속염을 첨가하여 불용성 인산염을 생성시켜 응집 침전시킨 후 인을 제거하는 방법에 관한 기술 내용이 개시되어 있다.
하지만, 상기한 금속염에 의한 인 제거방법은 금속염이 수중의 인과 반응하여 응집하지만 유기물과도 쉽게 응집하여 소모되므로 약품 소모량이 많고, 금속염 사용량이 증가하면 수중 미생물에 독성으로 작용하여 미생물 활성도가 떨어질 수 있다는 문제점이 있다.
한편, 또 다른 예시인 종래 문헌 2의 한국등록특허공보 제10-1153739호에서는 "폐수로부터 인산 성분을 회수하는 방법"에 관한 기술 내용을 개시하고 있다.
상기한 종래 문헌 2에서는 인산, 황산 및 불산을 함유하는 폐수에 소석회를 투입하여 황산은 석고로 석출시키고, 불산은 불화칼슘으로 석출시키며, 인산은 인산염으로 물에 용존된 상태로 유지하는 제1 단계, 상기 석출된 석고 및 불화칼슘을 제거한 후 상기 폐수에 소석회를 투입하여 인산칼슘 염을 침전시키는 제2 단계, 및 상기 침전된 인산칼슘 염을 회수하는 단계를 포함하는 폐수로부터 인산 성분을 회수하는 방법에 관한 기술 내용이 개시되어 있다.
하지만, 상기한 소석회를 이용한 인 제거방법은 금속염에 의한 응집침전법과 마찬가지로 최초 침전지 또는 최종 침전지의 유출수에 소석회를 첨가함으로써 인을 제거하는 방법으로 최적 산도환경이 pH 9.5이하 혹은 pH 11.3 이상이어야 하며 필요 소석회 양이 하·폐수 내의 인의 양에 의해 결정되는 것이 아니라 총 알칼리 도에 의해 결정되므로 고가의 처리비용과 다량의 슬러지가 발생하는 등의 문제점이 있다.
한편, 또 다른 예시인 종래 문헌 3의 한국공개특허공보 특2001-0079009호에서는 "수처리 활성제 및 이를 이용한 하ㆍ폐수의 질소, 인고효율 처리방법 및 장치"에 관한 기술 내용을 개시하고 있다.
상기한 종래 문헌 3에서는 원소주기율표 3B족에 속하는 것으로서 La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Sc, Y 및 Ac로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 희토류 원소 및 미량원소를 포함하는 수처리 활성제에 관한 기술 내용이 개시되어 있다.
하지만, 상기한 희토류 금속을 이용한 인 제거 방법은 란탄족이 물에 용해되어 발생한 강력한 3가 양이온(La3 +)을 이용하는 방법으로 이는 3가 알루미늄이나 철 염과 유사한 성질을 띠는 데, 유기물보다 인과의 결합력이 뛰어나 인과 반응 시 알칼리 도의 소모가 적어 피 처리수의 pH에 대한 영향이 적다는 장점이 있으나, 희토류 원료시장의 변동이 심해 조달하기 어려울 수 있고 또한 고가이어서 비용이 많이 든다는 문제점이 있다.
한편, 또 다른 예시인 종래 문헌 4의 한국등록특허공보 제10-1007843호에서는 "뿌리 근면에 흡착하여 오염원으로부터 높은 유기 질소 및 유기인 분해 능력을 갖는 마실리아(Massilia sp.) 속의 DH-1(KAC 91486P) 미생물, 그 배양방법, 이를 수생식물에 흡착시키는 방법 및 이를 이용한 수질정화방법"에 관한 기술 내용을 개시하고 있다.
상기한 종래 문헌 4에서는 오염원으로부터 질소 성분 또는 인 성분을 제거할 수 있도록 오염원에 마실리아속의 DH-1(KACC91486P) 미생물을 흡착한 수생식물을 식재하는 것을 포함하는 마실리아속의 DH-1(KACC91486P) 미생물을 이용한 수질정화방법에 관한 기술 내용이 개시되어 있다.
하지만, 상기한 생물학적으로 미생물을 이용한 인 제거기술은 하수 및 폐수 중의 인을 특정 미생물이 과다흡수(Luxury uptake)하는 메커니즘을 이용하여 제거하는 원리를 이용하는 방법으로 안전하고 효율이 높은 것으로 나타나고 있으나, 인을 흡수한 미생물을 폐수로부터 분리해는 공정을 추가적으로 시행해야 하기 때문에 사용에 제한이 따른다는 문제점이 있다.
따라서, 상기한 종래 기술들의 문제점을 해결할 수 있는 오염수 내의 인 제거방법에 관한 연구가 필요한 실정이다.
한국등록특허 제10-0769265호 (공개일 : 2007.09.13) 한국등록특허 제10-1153739호 (공개일 : 2011.06.23) 한국공개특허 특2001-0079009호 (공개일 : 2001.08.22) 한국등록특허 제10-1007843호 (공개일 : 2011.01.06)
본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 천연소재로 이루어진 자성분리입자를 이용하여 오염수 내의 인(P)을 효과적으로 제거할 수 있는 오염수 내의 인(P) 제거방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기한 바와 같은 기술적 과제를 달성하기 위해 본 발명은, (a) 자성체를 이용하여 토양으로부터 자성분리입자(magnetically separated particle, MSP)를 분리하는 단계, (b) 상기 자성분리입자를 수집하는 단계 및 (c) 상기 자성분리입자를 이용하여 오염수 내의 인(P)을 제거하는 단계를 포함하는 자성분리입자를 이용한 오염수 내의 인(P) 제거방법을 제안한다.
또한, 상기 토양은 화산회토양인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 자성분리입자는 중금속이 흡착된 하이드로탈사이트(Hydrotalcite) 입자를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 자성체는 500 내지 5,000G의 자력을 가지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 단계 (b)에서 수집된 상기 자성분리입자를 물에 분산시킨 상태에서 초음파를 이용해 세척하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 단계 (c)는 상기 자성분리입자가 충진된 카트리지에 오염수를 흘려보내 오염수 내의 인(P)을 흡착하여 제거하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 단계 (c)는 상기 자성분리입자를 오염수에 첨가하여 오염수 내의 인(P)을 흡착하고, 인(P)이 흡착된 자성분리입자를 여과하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 자성분리입자를 이용한 오염수 내의 인(P) 제거방법은, 화산회토양 등으로부터 자성체를 이용해 천연물질을 별도의 화학적인 처리 없이 분리하고 오염수 내의 인(P)을 제거하기 위해 사용할 수 있어 경제적이다.
또한, 본 발명에 따른 자성분리입자를 이용한 오염수 내의 인(P) 제거방법은오염수에 포함된 인(P)성분을 93% 이상의 높은 효율로 흡착 제거할 수 있어, 인(P)으로 오염된 담수 및 해수에 발생하는 부영양화를 효과적으로 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 자성분리입자를 이용한 오염수 내의 인(P) 제거방법을 나타낸 공정도이다.
도 2는 본 발명에 따른 토양에서 분리한 자성분리입자를 수득하는 방법을 모식적으로 나타낸 개념도이다.
도 3은 본 발명에 따른 자성분리입자가 충진된 카트리지를 이용하여 오염수 내의 인(P) 제거방법을 모식적으로 나타낸 개념도이다.
도 4는 본 실시예에 따른 토양에서 분리한 자성분리입자의 제조 및 이를 이용한 오염수 내의 인(P) 제거방법의 전체과정을 나타낸 흐름도이다.
도 5는 본 실시예에 따른 자성분리입자를 이용한 인(P) 제거 전·후의 오염수에 포함된 총 인(T-P)의 농도를 나타낸 그래프이다.
도 6a는 초순수 처리한 자성분리입자 표면의 SEM-EDS를 이용한 성분분석 결과를 나타낸 성분분석표이다.
도 6b는 카트리지를 이용한 인(P) 제거 처리 전 자성분리입자 표면의 SEM-EDS를 이용한 성분분석 결과를 나타낸 성분분석표이다.
도 6c는 카트리지를 이용한 인(P) 제거 처리 후 자성분리입자 표면의 SEM-EDS를 이용한 성분분석 결과를 나타낸 성분분석표이다.
도 7은 본 실시예에 따른 자성분리입자를 이용해 인(P) 제거 처리 시간에 따른 오염수에 포함된 인(P)의 농도 변화를 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.
본 발명은 무독성이면서도 강한 흡착 능력이 있고, 인위적으로 제조한 것이 아닌 천연소재의 인(P) 성분 흡착제로 사용될 수 있는 자성분리입자를 토양으로부터 자성체를 이용하여 분리하고, 상기 토양에서 분리된 자성분리입자를 이용해 오염수 내의 인(P)을 제거하는 방법에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 토양에서 분리한 자성분리입자를 이용한 오염수 내의 인(P) 제거방법을 나타낸 공정도이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 토양에서 분리한 자성분리입자를 이용한 오염수 내의 인(P) 제거방법은 (a) 자성체를 이용하여 토양으로부터 자성분리입자(magnetically separated particle, MSP)를 분리하는 단계, (b) 상기 자성분리입자를 수집하는 단계 및 (c) 상기 자성분리입자를 이용하여 오염수 내의 인(P)을 제거하는 단계를 포함한다.
상기 단계 (a)는 오염수 내 인(P)의 흡착을 위한 흡착제로 사용하기 위한 자성분리입자(Magnetically separated particle, MSP)를 자력을 이용해 토양으로부터 분리하는 단계이다.
도 2는 본 발명에 따른 토양에서 분리한 자성분리입자를 수득하는 방법을 모식적으로 나타낸 개념도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 천연소재의 자성분리입자는 화산암 지역의 화산회토양 또는 화산회토를 포함하는 해빈토양에서 흔히 찾아 볼 수 있는 물질로서, 화산활동이 발생했던 지형은 화산암의 작은 알갱이인 화산회토가 다량 분포하고 있고, 이러한 화산회토는 타 광물에 비해 음이온 흡착능력이 강해 토양에서 존재시 중금속이 다량 함유된 상태인 검은색 토양 입자로 존재하며 토양오염을 일으킨다.
상기한 화산회토 내에는 하이드로탈사이트(Hydrotalcite)라는 광물이 상당량 포함되어 있는데, 상기 하이드로탈사이트는 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 규소(Si) 등을 주성분으로 하는 화합물이며 다양한 형태로 존재한다.
이러한 하이드로탈사이트 입자는 흡착력이 매우 강하여 유기물 및 중금속을 흡착하는 능력이 뛰어나며 이로 인해 화산회토 내에는 하이드로탈사이트 입자에 의해 중금속 농도가 매우 높은 것으로 나타난다.
또한, 중금속을 높은 농도로 함유하고 있는 하이드로탈사이트 입자는 상자성을 나타내 자력에 민감한 성질을 보인다. 이와 같은 자력에 민감한 성질을 이용해 하이드로탈사이트 입자를 포함하는 자성분리입자는 자성체를 이용해서 토양으로부터 용이하게 분리할 수 있으며, 이때, 자성체는 500 내지 5,000G(Gauss)의 자력을 가지는 것을 이용하는 것이 바람직하다.
상기 단계 (b)는 상기 자성분리입자를 수집하는 단계로서, 상기 자성체의 자력을 제거하여 자력에 의해 자성체의 표면에 부착되어 있던 자성분리입자를 손쉬운 방법으로 분리할 수 있다.
이때, 분리된 자성분리입자는 중금속을 높은 농도로 함유하고 있을 수 있는데, 이와 같이 중금속이 흡착된 자성분리입자를 인(P) 흡착을 위해 오염수에 투입하게 되면, 자성분리입자에 함유된 중금속의 용출이 발생할 수 있어 이를 방지하기 위해서 필요에 따라 자성분리입자를 세척하는 단계를 더 포함하여 구성할 수 있다. 상기 세척하는 단계는 수집된 자성분리입자를 물에 분산시킨 상태에서 초음파를 이용해 세척할 수 있으며, 이러한 세척 과정을 수회 반복하는 것이 바람직하다.
상기 단계 (c)는 수집된 자성분리입자를 이용하여 인(P) 성분으로 오염된 오염수를 정화하는 단계로서, 상기 자성분리입자를 이용해 오염수에 포함된 인(P)을 제거한다.
도 3은 본 발명에 따른 자성분리입자가 충진된 카트리지를 이용하여 오염수 내의 인(P) 제거방법을 모식적으로 나타낸 개념도이다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 인(P)을 다량 포함하는 오염수를 정화하기 위해서는 상기 자성분리입자가 상기 오염수 내 인(P) 성분을 흡착할 수 있도록, 상기 자성분리입자가 충진된 카트리지에 오염수를 흘려보내 오염수 내의 인(P) 성분을 흡착할 수 있도록 구성할 수 있다.
또한, 상기 자성분리입자를 오염수에 첨가하여 오염수 내의 인(P) 성분을 흡착시킨 후, 인(P) 성분이 흡착된 자성분리입자를 여과하는 것으로 오염수 내의 인(P) 성분을 흡착할 수 있도록 구성할 수 있으며, 이에 한정하지 않고 다양한 방법으로 오염수에 포함된 인(P)을 제거할 수 있다.
그리고, 자성분리입자와 오염수와의 반응 비율, 반응 시간 또는 오염수의 pH 등을 필요에 따라 적절히 조절하여 자성분리입자에 의한 인(P)의 흡착 효율을 증진시킬 수 있다.
상기한 바와 같은 자성분리입자를 이용한 오염수 내의 인(P) 제거방법은, 천연재료인 하이드로탈사이트를 포함하는 자성분리입자를 이용해, 인산염 등으로 이루어진 인(P) 성분을 효율적으로 흡착 제거할 수 있어서 인(P)으로 오염된 오염수를 효과적으로 정화할 수 있다.
이하, 바람직한 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 제시된 실시예는 예시적인 것으로 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다.
<실시예>
도 4는 본 실시예에 따른 토양에서 분리한 자성분리입자의 제조 및 이를 이용한 오염수 내의 인(P) 제거방법의 전체과정을 나타낸 흐름도이다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 본 실시예에서는 토양으로부터 자성분리입자를 제조하고, 분리된 자성분리입자를 이용하여 인이 다량 포함된 오염수를 정화하여 자성분리입자의 인(P) 제거 성능을 평가하였다.
(1) 자성분리입자 제조
본 실시예에 따른 자성분리입자를 제조하기 위해서 토양 내 중금속 함량이 높은 화산회토를 다량 포함하는 화순해변에서 토양시료를 채취하였다. 화순해변은 주로 조립질 모래로 구성되어 있으며, 해변의 길이가 717m 이다. 토양시료는 표준화된 데이터를 산출할 수 있도록 다양한 지점에서 채취하여 사용하였으며, 모래사장의 해수면에서부터 해안도로까지 3m의 간격으로 채취하였다. 해수면과 가장 가까운 지점을 1번 지점으로 하여 그로부터 3m 간격으로 10번 정점까지 10개 정점에서 각각 해빈토양(바닷가 모래) 시료를 채취하였으며 하이드로탈사이트의 존재를 확인하였다. 모든 토양시료는 오염방지를 위하여 플라스틱 백으로 채취하였으며, 채취된 토양시료는 실험실로 운반 후 동결건조하였다.
상기와 같이 하여 동결건조된 토양시료는 원추 4분법(four division method by cone style)을 이용하여 시료량을 축소하였다. 3500G(Gauss)의 네오디뮴(neodymium) 자성체를 이용하여 축소된 토양시료에 자력을 가하여 자성분리입자를 분리 및 수집하였다.
또한, 화순 모래로부터 분리된 자성분리입자에 함유된 중금속을 제거하기 위해 자성분리입자 5 g에 10 ㎖ 초순수(mili-Q water)를 첨가하여 자성분리입자를 분산시키고, 초음파를 20 분 가한 후 1시간 동안 평행 교반 시킨 후 자성분리입자만을 회수하였다. 이와 같은 과정을 8회 반복하여 자성분리입자에 흡착된 중금속을 제거하여 자성분리입자를 수득하였다.
(2) 자성분리입자를 이용한 오염수 내의 인 제거 실험
1) 자성분리입자를 이용한 하수 중 인 제거 능력 평가
본 실시예에서는 자성분리입자를 이용한 인(P) 제거 능력을 평가하기 위해서 실험대상 하수로 인(P)을 다량 포함하여 정화가 필요한 안산 하수처리장의 정화 처리 전 하수를 선정하여 시료를 채집하였으며, 정화 처리 전 하수의 총 인(Total phosphorus, T-P)의 함량을 측정하였다.
그리고, 하수 시료에서 인(P)을 제거하기 위해 자성분리입자 5g을 증류수로 수회 세척하고, 세척된 관 형의 플라스틱 카트리지에 충진하였고, 수집된 하수 시료를 20 mL/시간의 속도로 10 mL의 하수를 흘려주었으며, 카트리지를 통과한 하수 시료 용출액의 총 인(T-P)의 농도를 측정하였다.
시료 내 용존성 총 인(T-P)의 함량 분석에는 유도결합 플라즈마 질량분석기(Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry, ICP-MS; Thermo-Elemental X7)를 사용하였으며(Windom et al., 1989), 하수 시료 중 총 인의 제거 실험 결과를 하기의 표 1 및 도 5에 나타내었다..
[표 1]
Figure 112014115859604-pat00001
표 1 및 도 5에 나타난 바와 같이 정화처리 전 하수 시료(Sewage water, SW, n=6)의 총 인(T-P)의 평균함량은 1990.7 ± 110.8 μg/L의 농도로 검출되었으며 자성분리입자를 충진한 카트리지에 통과시킨 정화 후 하수 시료(Sewage water treated by MSP, SW-MSP, n=10)에서는 총 인(T-P)의 평균함량이 133.7 ± 8.61 μg/L의 농도로 검출되어 평균제거율이 93.3 ± 0.6 %인 것으로 나타나, 자성분리입자를 이용해 하수에 포함된 인(P)의 제거가 가능함을 입증할 수 있었다. 참고로, 분석된 인(P) 제거 처리속도는 카트리지를 이용한 처리의 경우 30.4 μg/L/분이었다.
또한, 본 실시예에서는 인(P)이 포함된 오염수를 자성분리입자로 정화처리 후 자성분리입자 표면에 인(P) 성분의 함량을 분석하여 자성분리입자를 이용해 하수에 포함된 인(P)의 제거 가능 여부를 판별하고자 하였다.
이를 위해 먼저, 대조군으로 초순수 처리한 자성분리입자를 주사전자현미경의 에너지 분산 X선 분광기(Scanning Election Microscope Energy Dispersive X-ray Spectroscopy, SEM-EDS)를 이용하여 SEM-EDS 성분분석 실험을 실시하였으며 그 결과를 도 6a에 나타내었다.
그리고, 카트리지를 이용한 인(P) 제거 처리 전 자성분리입자의 SEM-EDS 성분분석 실험을 실시하였으며 그 결과를 도 6b에 나타내었다.
또한, 카트리지를 이용한 인(P) 제거 처리 후 자성분리입자의 SEM-EDS 성분분석 실험을 실시하였으며 그 결과를 도 6c에 나타내었다.
도 6a, 도 6b 및 도 6c 에 나타난 바와 같이 인(P) 제거에 사용되기 전 자성분리입자의 EDS 성분분석 결과 인(P)이 검출되지 않았으나(도 6b), 인(P)을 포함하는 하수 시료의 인(P) 제거에 사용된 자성분리입자의 EDS성분 분석결과 뚜렷하게 인(P)이 검출되는 것을 확인할 수 있었다(도 6c). 그리고 대조군으로 초순수와 접촉시킨 자성분리입자에서는 EDS 성분분석결과 인(P) 성분의 존재를 확인할 수 없었다(도 6a). 그러므로, 자성분리입자를 인(P)을 함유한 하수와 접촉시킬 시 자성분리입자가 하수 내의 인(P)을 흡착하여 제거할 수 있는 것으로 확인되었다.
2) 자성분리입자와 오염수의 접촉 시간에 따른 인(P) 제거율 변화 분석
또한, 본 실시예에서는 자성분리입자와 오염수의 접촉 시간에 따른 인(P) 제거율 변화를 분석하기 위해, 5g의 자성분리입자와 20mL의 하수 시료를 50mL 원심관(centrifuge tube)에 담고 10, 20, 30, 60, 120, 180 및 200 분 동안 교반하였다. 시간별로 교반된 각각의 시료에서 시료 1 mL 을 취하여 미리 산 세척한 여과 입경 0.4㎛인 막 여과지로 된 실린지 필터여과(syringe filter, HP045AN, Advantec, Japan)하고 초순수로 10배 희석한 후, 질산(Ultra nitric acid) 0.1 mL을 추가로 첨가하여 잘 혼합한 후 유도결합 플라즈마 질량분석기로 총 인(T-P)의 함량을 측정하였다. 그리고, 인(P) 정화 처리에 사용된 자성분리입자를 초순수에 담궈 인(P) 용출량을 측정하는 대조실험(Blank test)을 실시하여 그 결과를 표 2 및 도 7에 나타냈다.
[표 2]
Figure 112014115859604-pat00002
표 2 및 도 7에 나타난 바와 같이 자성분리입자를 이용해 인(P) 제거 처리 시간에 따른 오염수에 포함된 인(P)의 농도 변화는 하수와 자성분리입자의 접촉시간이 증가함에 따라 인(P) 평균 제거율이 증가하는 것을 확인할 수 있다. 그리고, 4시간까지 자성분리입자로 정화처리하였을 경우 하수 중 총 인(T-P)의 함량이 60%정도까지 제거되는 것을 확인할 수 있다. 참고로, 자성분리입자를 오염수와 교반하여 정화 처리한 경우 분석된 인(P) 제거 처리속도는 10분까지는 36.7 μg/L/분이었고, 2시간에서는 8.5 μg/L/분으로 나타났으며, 4시간에는 4.7 μg/L/분이었다.
또한, 인(P) 제거 처리에 사용된 자성분리입자를 증류수에 담가 인(P) 용출을 관찰한 대조실험(Blank test) 결과 시료에서 인(P)이 검출되지 않아 세척된 자성분리입자에서 용출되는 인(P)은 없는 것으로 확인되었다.
상기한 본 실시예에 따른 결과로부터, 자성분리입자로 처리한 하수의 총 인(T-P)의 농도는 카트리지에 자성분리입자를 충진하여 오염수를 정화 처리한 경우 133.7 ± 8.61 μg/L의 농도로 총 인(T-P)의 농도가 줄어들었으며, 자성분리입자와 오염수를 교반하여 정화처리한 경우 10분 처리 후 처리수의 총 인(T-P)의 농도는 1683.3 ± 40.0 μg/L, 4시간 처리 후 851.1 ± 16.7 μg/L의 농도로 나타나 두 종류의 방법 모두가 국내 하수처리장의 방류구 배출 수질기준(특정지역 : 2,000 μg/L, 기타지역 : 8,000 μg/L) 이하로 인(P)을 포함하여 인을 포함하는 오염수를 효과적으로 정화 처리한다는 사실을 확인할 수 있다.
따라서, 수질 정화 처리 목적으로 자성분리입자를 충분히 활용할 수 있으며, 자성분리입자는 초음파 및 물 세척만으로도 바로 사용 가능한 장점이 있어 이용분야가 클 것을 예상할 수 있다.

Claims (7)

  1. (a) 자성체를 이용하여 화산회토양으로부터 중금속이 흡착된 하이드로탈사이트(Hydrotalcite) 입자를 포함하는 자성분리입자(magnetically separated particle, MSP)를 분리하는 단계;
    (b) 상기 자성분리입자를 수집하여 물에 분산시킨 상태에서 초음파를 이용해 세척하는 단계; 및
    (c) 상기 자성분리입자를 이용하여 오염수 내의 인(P)을 제거하는 단계를 포함하는 자성분리입자를 이용한 오염수 내의 인(P) 제거방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 자성체는 500 내지 5,000G의 자력을 가지는 것을 특징으로 하는 자성분리입자를 이용한 오염수 내의 인(P) 제거방법.
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 단계 (c)는 상기 자성분리입자가 충진된 카트리지에 오염수를 흘려보내 오염수 내의 인(P)을 흡착하여 제거하는 것을 특징으로 하는 자성분리입자를 이용한 오염수 내의 인(P) 제거방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 단계 (c)는 상기 자성분리입자를 오염수에 첨가하여 오염수 내의 인(P)을 흡착하고, 인(P)이 흡착된 자성분리입자를 여과하는 것을 특징으로 하는 자성분리입자를 이용한 오염수 내의 인(P) 제거방법.
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