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Executive Summary
표목차
그림목차
사진목차
칼라
목차
1. 연구의 필요성 및 목적 30
2. 연구방법 및 내용 30
3. 처리수의 수질특성 32
3.1. 유기물질 32
3.2. 분자량 분포 35
3.3. 신진대사물질 36
3.4. 할로겐 화합물 37
4. 처리수의 재이용 38
4.1. 국내 38
4.1.1. 국내의 중수도 도입개요 및 수질기준 38
4.1.2. 처리시설 40
4.2. 일본 41
4.2.1. 일본의 중수도 도입배경 41
4.2.2. 처리수의 재사용 방안 시스템 41
4.2.3. 처리수질 기준 44
4.2.4. 처리프로세스 45
4.3. 미국현황 46
4.3.1. 미국의 처리수의 재이용 배경 46
4.3.2. 수질기준 48
4.3.3. 미국에서의 처리수의 재이용 사례 50
5. 활성탄의 일반이론 및 특성 56
5.1. 활성탄의 개요 및 활성화의 원리 56
5.2. 흡착의 개요 57
5.3. 활성화의 이론 58
5.3.1. 무정형탄소 58
5.3.2. 산화제의 역할(역활) 60
5.3.3. 무기염류의 작용 60
5.4. 활성탄의 제조원료 및 활성화법 62
5.4.1. 활성탄의 제조원료 62
5.4.2. 활성화법 63
5.4.3. 활성탄 제조공정 66
5.5. 기타의 활성탄 67
6. 중수도에서의 활성탄역할 70
7. 왕겨 활성탄 개발을 위한 실험연구 72
7.1. 왕겨 활성탄 개발 사례 72
7.2. 국내의 왕겨발생량 및 활성탄 생산량 73
7.2.1. 국내의 왕겨발생량 73
7.2.2. 국내의 활성탄 생산량 73
7.3. 분말왕겨 활성탄 제조 실험연구 75
7.3.1. 원료시료 선정 및 실험시료 조제 75
7.3.2. 실험장치 75
7.3.3. 실험내용 및 방법 77
7.3.4. 분석내용 및 측정기기 77
7.3.5. 실험결과 및 고찰 79
7.3.5.1. 원료왕겨의 내피와 외피의 S·E·M 관찰 및 규소함량 정성분석 79
7.3.5.2. 왕겨의 성상 및 화학적 성분조성 79
7.3.5.3. 왕겨의 탄화 84
7.3.5.4. 탄화왕겨로부터 규소의 회수 88
7.3.5.5. 왕겨의 활성탄화 94
7.4. 입상왕겨활성탄 제조 117
7.4.1. 시료조제 117
7.4.2. 조립화 방안 117
7.4.3. 조립화 실험장치 117
7.4.4. 실험수행내용 및 방법 117
7.4.5. 흡착능 평가 및 경도(Hardness)측정 124
7.4.6. 결과 및 고찰 124
8. 왕겨활성탄의 성능평가 실험 129
8.1. 사용한 활성탄 129
8.2. 실험수행 방법 및 내용 129
8.3. 결과 및 고찰 130
8.3.1. 평형농도 도달 흡착시간 130
8.3.2. 등온홉착실험 133
8.3.3. 중금속제거 142
8.3.4. Column(Colum) Test 142
9. 처리수의 수질특성 및 활성탄 여과실험 145
9.1. 처리수의 수질특성 145
9.2. 처리수의 분자량 분포 148
9.3. 처리수의 활성탄 여과실험 155
10. 경제성평가 157
10.1. 평가방법 157
10.2. 평가내용 및 결과 158
10.2.1. 초기건설비 158
10.2.2. 원료비 159
10.2.3. 활성화 연료비 159
10.2.4. 활성화약품비 161
10.2.5. 평가결과 162
11. 결론 163
참고문헌 168
서지자료 170
판권지 171
[title page etc.]
Contents
1. Objectives 30
2. Contents & Scope 30
3. Properties of Treated Wastewater 32
3.1. Organic Compounds 32
3.2. Molecular Weight Distribution 35
3.3. Metabolic product 36
3.4. Halogenated Organics 37
4. Reuse Application 38
4.1. Domestic Status 38
4.1.1. Background and Water Quality Guideline 38
4.1.2. Dual Water Facilities 40
4.2. Japanese Status 41
4.2.1. Background 41
4.2.2. Dual Water Distribution System 41
4.2.3. Water Quality Criteria 44
4.2.4. Treatment Process 45
4.3. USA Status 46
4.3.1. Background 46
4.3.2. Water Quality Criteria 48
4.3.3. Application 50
5. Activated Carbon 56
5.1. Introduction 56
5.2. Principles of Adsorption 57
5.3. Activation 58
5.3.1. Amorphous Carbon 58
5.3.2. Role of oxidant 60
5.3.3. Role of Inorganic Salt 60
5.4. Raw Material and Activation Methods 62
5.4.1. Raw Material 62
5.4.2. Activation 63
5.4.3. Manufacturing Process 66
5.5. Applicable Activated Carbon 67
6. Role of Activated Carbon in Dual Water Facilities 70
7. Laboratory Experiment for Development of Rice Hull Activated Carbon 72
7.1. Documentary 72
7.2. Production Quantity of Rice Hull and Commercial Activated Carbon 73
7.2.1. Production Quantity of Rice hull 73
7.2.2. Production Quantity of Commercial Activated Carbon 73
7.3. Laboratory Experiment 75
7.3.1. Used Raw Materials 75
7.3.2. Experimental Apparatus 75
7.3.3. Experimental Method 77
7.3.4. Analytical Method 77
7.3.5. Results and Considerations 79
7.3.5.1. SEM Observation and SiO₂ Composition for Inner and outer of Rice Hull 79
7.3.5.2. Chemical Composition of Rice Hull 79
7.3.5.3. Carbonation 84
7.3.5.4. SiO₂ Recovery 88
7.3.5.5. Activation 94
7.4. Preparations of Granular Activated Carbon from Rice hull 117
7.4.1. Used Raw Materials 117
7.4.2. Granulation Method 117
7.4.3. Experimental Apparatus 117
7.4.4. Experimental Method 117
7.4.5. Analytical Method for Hardness and Adsorptive Capacity of Granular Activated Carbon 124
7.4.6. Results and Considerations 124
8. Estimation for Adsorptive Capacity of Rice Hull Activated Carbon 129
8.1. Used Activated Carbon 129
8.2. Experimental Method 129
8.3. Results and Considerations 130
8.3.1. Equilibrium Concentration 130
8.3.2. Isotherm Test 133
8.3.3. Heavymetal Removal 142
8.3.4. Column Test 142
9. Properties of Domestic Wastewater Effluent and Filtration of Secondary Effluent from Activated Carbon 145
9.1. Properties 145
9.2. Molecular Weight Distribution 148
9.3. Activated Carbon Filtration 155
10. Cost Estimation 157
10.1. Methods 157
10.2. Results and Considerations 158
10.2.1. Initial Investment 158
10.2.2. Raw materials Cost 159
10.2.3. Fuel Cost for Activation 159
10.2.4. Chemical Cost for Activation 161
10.2.5. Estimation Results 162
11. Conclusion 163
Reference 168
BIBLIOGRAPHIC DATA SHEET 169
copyright 171
표 3.1. 도시하수 및 가정하수의 처리수의 구성화합물 35
표 3.2. 생물학적 처리방법에 따른 2차 처리수의 구성화합물 35
표 3.3. 생물학적 2차 처리수의 처리방법별 분자량 분포 36
표 4.1. 우리나라의 연도별(년도별) 물보급량 변화 38
표 4.2. 우리나라의 사용용도별 수질기준 39
표 4.3. 일본의 연도별(년도별) 물사용량 41
표 4.4. 처리수의 재이용 방안 시스템 42
표 4.5. 처리수의 재사용 대상 43
표 4.6. 처리수의 재사용을 위한 수질기준 44
표 4.7. 처리수 재이용에 대한 동경도의 현행 수질기준 및 Guideline 45
표 4.8. 적용프로세스의 시설수 46
표 4.9. 각 용도별 물 사용량 47
표 4.10. 재이용을 위한 캘리포니아주의 수질기준 및 처리방안 48
표 4.11. 플로리다 및 아리조나주의 재이용 처리수의 수질기준 50
표 4.12. 처리수의 재이용을 위한 El Paso의 처리방법 55
표 5.1. 활성탄의 제조원료 62
표 6.1. 중수도 처리프로세스에서의 활성탄 여과공정 71
표 7.1. 우리나라의 벼생산량 및 왕겨발생량 73
표 7.2. 국내의 활성탄 생산량 74
표 7.3. 분석장비 및 분석내용 77
표 7.4. 왕겨의 화학성분조성 83
표 7.5. 600℃ 회화시 ash의 화학성분조성 83
표 7.6. 원료왕겨와 활성탄 소재와의 성상비교 84
표 7.7. 탄화온도 변화에 따른 왕겨의 회수율 85
표 7.8. 탄화왕겨의 알칼리용융시 수용액의 색깔변화 88
표 7.9. 온도 및 pH 변화에 따른 탄화왕겨의 SiO₂ 용출농도 89
표 7.10. Boiling 조건에서 각 pH별 용출회수에 따른 상징액의 SiO₂용출농도 90
표 7.11. Boiling 조건에서 용출액 용량변화 및 pH변화에 따른 SiO 용출농도 93
표 7.12. 600℃ 탄화왕겨로부터의 SiO₂ 회수율 94
표 7.13. 탄화왕겨의 온도별 비표면적 95
표 7.14. 왕겨활성탄과 상업용 활성탄과의 성능비교 105
표 7.15. 탄화왕겨로부터 활성탄의 회수율 113
표 7.16. 활성탄 세정수로부터의 NaOH 회수량(회수양) 116
표 7.17. 입상왕겨활성탄의 평가방안 124
표 7.18. 점결제로 CaO를 사용하여 제작한 입상왕겨활성탄의 특성 125
표 7.19. 점결제로 물풀을 사용하여 제작한 입상왕겨활성탄의 특성(1) 126
표 7.20. 점결제로 물풀을 사용하여 제작한 입상왕겨활성탄의 특성(2) 127
표 7.21. 점결제로 당밀을 사용하여 제작한 입상왕겨활성탄의 특성 128
표 8.1. Rssct의 Column 제원 130
표 8.2. 유기물제거 등온흡착실험결과 133
표 8.3. 암모니아성 질소제거 등온흡착실험결과 134
표 8.4. 평형상태에서의 각 활성탄별 유기물 흡착량 135
표 8.5. 평형상태에서의 각 활성탄별 암모니아성 질소 흡착량 138
표 8.6. 각 활성탄별 Frendlich식 상수결정 138
표 9.1. 일본의 이용목적별 수질목표기준 146
표 9.2. 산본아파트단지 중수도 시설의 원수 및 최종처리수 수질분석결과 ('93년12월) 146
표 9.3. 과천하수처리장 처리수 수질분석결과 147
표 10.1. 야자각 활성탄 및 왕겨활성탄 단위 kg당 각항목별 생산단가 162
그림 3.1. 각 처리방안별 처리가능 분자량 및 Particle Size 33
그림 4.1. 국내의 중수도 시설 처리공정도 40
그림 4.2. 처리수의 재사용 용도 43
그림 4.3. 개별처리시설에서의 처리공정도 45
그림 4.4. Water Factory 21 수처리 계통도 53
그림 4.5. 심정주입전의 El Paso의 처리프로세스 54
그림 5.1. 탄화온도에 따른 미소결정소자(Crystallite(Cystallite))의 재배열 59
그림 5.2. 분말활성탄 제조공정도 66
그림 5.3. 입상활성탄 제조공정도 66
그림 5.4. 파쇄상 활성탄 제조공정도 67
그림 7.1. X-RD로 측정한 왕겨외피의 규소함량 81
그림 7.2. X-RD로 측정한 왕겨내피의 규소함량 82
그림 7.3. 탄화온도별 유출가스유량(1) 86
그림 7.4. 100℃ 알칼리성 수용액에서 SiO₂ 회수 및 왕겨활성탄제조 실험절차 96
그림 7.5. 400℃, 600℃ 탄화시료의 pH 12, 13 수용액에서 활성화 및 재탄화 후의 비표면적 97
그림 7.6. 탄화왕겨의 NaOH에 의한 약품활성화 실험절차 99
그림 7.7. 탄화왕겨(600℃)와 NaOH와 1:0.3의 비율로 활성화(1시간 반응)시킨 왕겨활성탄의 I／O 및 S／A 101
그림 7.8. 탄화왕겨(600℃)와 NaOH와 1:0.7의 비율로 활성화(10분 반응)시킨 왕겨활성탄의 I／O 및 S／A 101
그림 7.9. 탄화왕겨(600℃)와 NaOH와 1:1.5의 비율로 활성화(10분 반응)시킨 왕겨활성탄의 I／O 및 S／A 102
그림 7.10. 탄화왕겨(600℃)와 NaOH와 1:1.5의 비율로 활성화(30분 반응)시킨 왕겨활성탄의 I／O 및 S／A 102
그림 7.11. 탄화왕겨(800℃)와 NaOH와 1:0.7의 비율로 활성화(10분 반응)시킨 왕겨활성탄의 I／O 및 S／A 103
그림 7.12. 탄화왕겨(800℃)와 NaOH와 1:0.7의 비율로 활성화(30분 반응)시킨 왕겨활성탄의 I／O 및 S／A 103
그림 7.13. 탄화왕겨(800℃)와 NaOH와 1:1.5의 비율로 활성화(10분 반응)시킨 왕겨활성탄의 I／O 및 S／A 104
그림 7.14. 탄화왕겨(800℃)와 NaOH와 1:1.5의 비율로 활성화(30분 반응)시킨 왕겨활성탄의 I／O 및 S／A 104
그림 7.15. Carbon-free ash의 X선 회절분석 결과 107
그림 7.16. 탄화왕겨의 SiO₂함량과 Iodine NO. 와의 관계 112
그림 7.17. CaO를 점결제로 사용한 경우의 입상화공정 120
그림 7.18. 물풀을 점결제로 사용한 경우의 입상화공정(1) 121
그림 7.19. 물풀을 점결제로 사용한 경우의 입상화공정(2) 122
그림 7.20. 당밀을 점결제로 사용한 경우의 입상화공정 123
그림 8.1. F-400 활성탄과 왕겨활성탄의 유기물제거 평형도달 흡착시간 131
그림 8.2. F-400 활성탄과 왕겨활성탄의 암모니아성 질소제거 평형도달 흡착시간 132
그림 8.3. 평형상태의 농도와 각 활성탄 유기물 흡착량과의 관계 136
그림 8.4. 평형상태의 농도와 각 활성탄 암모니아성 질소 흡착량과의 관계 137
그림 8.5. 각 활성탄별 T-Cr 제거 139
그림 8.6. 각 활성탄별 Cd 제거 140
그림 8.7. 각 활성탄별 Pb 제거 141
그림 8.8. Column Test에서 유기물제거 Breakthrough Curve 143
그림 8.9. Column Test에서 암모니아성 질소제거 Breakthrough Curve 144
그림 9.1. 분자량 크기별 세정시간 149
그림 9.2. 과천하수처리장 2차 처리수의 분자량 분포 150
그림 9.3. 산본아파트단지 중수도 원수의 분자량 분포 151
그림 9.4. 산본아파트단지 중수도 화학적 처리수의 분자량 분포 152
그림 9.5. 산본아파트단지 중수도 처리수의 분자량 분포 153
그림 9.6.／9.1. 2차 처리수의 활성탄 여과 Column Test 156
그림 10.1. 활성탄 제조공정 157
사진 7.1. 실험시료로 사용한 시판용 연료왕겨탄 76
사진 7.2. 왕겨활성탄 제조 실험장치 76
사진 7.3. 전자현미경으로 관찰한 원료왕겨의 외피 80
사진 7.4. 전자현미경으로 관찰한 원료왕겨의 내피 80
사진 7.5. EVD에 의한 탄화왕겨의 규소함량 측정 108
사진 7.6. EVD에 의한 100℃ 알카리수용액에서 SiO₂용출 후 왕겨의 규소함량 측정 108
사진 7.7. EVD에 의한 NaOH와 반응 후 왕겨활성탄의 규소함량 측정 109
사진 7.8. SEM에 의한 탄화왕겨의 SiO₂관찰 109
사진 7.9. SEM에 의한 100℃ 알카리수용액에서 SiO₂ 용출 후 탄화왕겨의 SiO₂관찰 110
사진 7.10. SEM에 의한 NaOH와 반응 후 왕겨활성탄의 SiO₂ 관찰 110
사진 7.11. 미발달된 세공(왕겨활성탄 뒷면)의 전자현미경 관찰 114
사진 7.12. 왕겨활설탄(뒷면) 세공의 전자현미경 관찰 114
사진 7.13. 왕겨활성탄(뒷면) 세공의 전자현미경 관찰 115
사진 7.14. 왕겨활성탄(전면) 세공의 전자현미경 관찰 115
사진 7.15. 왕겨활성탄 입상화 제조장치 118
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