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요약서

요약문

SUMMARY

목차

1. 연구개발과제의 개요 27

1-1. 연구개발 목적 29

1-2. 연구개발의 필요성 30

가. 정책 환경적 측면 30

나. 기술적 측면 32

1-3. 연구개발 범위 34

2. 국내외 기술개발 현황 35

2-1. 국내외 기술개발 현황 37

가. 연구개발 현황 37

나. 특허 현황 38

다. 현장 적용 현황 39

3. 연구수행내용 및 결과 41

3-1. 연구개발의 내용(범위) 및 최종목표 43

가. 연구개발의 내용 43

나. 최종목표 51

3-2. 연구개발 결과 및 토의 54

가. 1차년도 연구개발 결과 및 토의 54

나. 2차년도 연구개발 결과 및 토의 91

다. 3차년도 연구개발 결과 및 토의 115

3-3. 연구개발 결과 요약 174

가. 연구개발 결과 요약 및 달성도 174

나. 연구개발성과 175

4. 목표달성도 및 관련분야 기여도 177

4-1. 목표달성도 179

가. 최종성과목표 및 달성도 179

나. 연차별 성과목표 179

다. 연구개발내용 180

4-2. 관련분야 기여도 181

5. 연구결과의 활용계획 183

5-1. 사업화 계획 185

5-2. 사업화 전략 185

5-3. 사업화를 위한 비즈니스 모델 186

6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 187

6-1. 기술 현황 189

6-2. 시장 현황 189

6-3. 경쟁기관 현황 190

6-4. 지식재산권 현황 192

7. 연구개발결과의 보안등급 195

8. NTIS에 등록한 연구시설·장비 현황 199

9. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 203

10. 연구개발과제의 대표적 연구실적 209

11. 기타사항 213

12. 참고문헌 217

협동연구기관1 연구과제 : 암모니아 탈기 및 흡탈착 시스템 개발 221

제출문 222

요약서 224

요약문 227

SUMMARY 230

목차 233

1. 연구개발과제의 개요 245

1-1. 연구개발 목적 246

1-2. 연구개발의 필요성 246

가. 고농도 암모니아성 질소 발생현황 및 특성 246

나. 암모니아성 질소 제거 기술개발 필요성 247

다. 암모니아(NH₃) 회수 필요성 249

1-3. 연구개발 범위 249

2. 국내외 기술개발 현황 250

2-1. 암모니아 성 질소 처리 기술 252

가. 암모니아 탈기(Ammonia Stripping) 252

나. 파괴점 염소주입(Break-Point Chlorination) 253

다. 이온교환(Ion Exchange) 공정 254

라. 스트루바이트 암모니아 침전법(Struvite Precipitation) 254

마. 이온교환 공정전기분해 처리법(Electrolytic Treatment) 254

바. 이온교환 공정전기투석법(Electrodialysis) 255

사. 이온교환 공정역삼투법(Reverse Osmosis) 255

아. 증발법(Distillation) 256

2-2. 암모니아 성 질소 회수 기술 256

가. 저온 냉각에 의한 암모니아 수 회수 256

나. 스트루바이트 침전법(Struvite Precipitation) 257

다. 제올라이트(Zeolite)를 이용한 암모니아 회수 257

2-3. 연구개발의 국내외 현황 258

가. 해외 기술개발 동향 258

나. 국내 기술개발 동향 258

다. 국내 지식재산권(특허) 현황 259

3. 연구수행내용 및 결과 260

3-1. 연구개발의 내용(범위) 및 최종목표 262

가. 최종목표 262

나. 연구개발의 내용(범위) 262

3-2. 연구개발 결과 및 토의 264

가. 연구개발 추진일정 264

나. 연구개발 추진체계 265

다. 연구개발 최종결과 266

라. 연차별 연구개발 결과 및 토의 266

3-3. 연구개발 결과 요약 424

4. 목표달성도 및 관련분야 기여도 426

4-1. 목표달성도 428

가. 최종성과목표 및 달성도 428

나. 연차별 성과목표 429

4-2. 관련분야 기여도 430

가. 기존 수처리 기술의 한계점을 극복 430

나. 개발공정의 에너지 및 약품 절감 효과 430

다. 암모니아 회수에 따른 에너지 회수 효과 430

라. 소각시설 및 화력발전소에 제공하는 효과 430

5. 연구결과의 활용계획 432

5-1. 기술적 측면의 활용 434

5-2. 환경적 측면의 활용 434

5-3. 산업적 측면의 활용 434

6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 436

7. 연구개발결과의 보안등급 440

8. NTIS에 등록한 연구시설·장비 현황 444

9. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 448

10. 연구개발과제의 대표적 연구실적 452

11. 기타사항 456

12. 참고문헌 460

협동연구기관2 연구과제 : MIO를 이용한 혐기소화탈리액의 인 제거 및 회수 기술 개발 464

제출문 465

요약서 466

요약문 470

SUMMARY 473

목차 475

1. 연구개발과제의 개요 487

1-1. 연구개발 목적 489

1-2. 연구개발의 필요성 489

가. 인 배출에 의한 환경오염 규제 489

나. 인 처리기술 490

2. 국내외 기술개발 현황 493

2-1. 국내 선행기술 조사 495

가. 하수 및 폐수 내 인 제거기술 분야 495

나. 하수 및 폐수 내 인 회수기술 분야 495

2-2. 국외 선행기술 조사 495

가. 하수 및 폐수 내 인 제거기술 분야 495

나. 하수 및 폐수 내 인 회수기술 분야 497

3. 연구수행내용 및 결과 501

3-1. 연구개발의 내용(범위) 및 최종목표 503

3-2. 연구개발 결과 및 토의 503

가. 입상 흡착제 503

나. 나노튜브(Nanotubes) 구조 흡착제 586

다. Pilot plant 인 회수 공정 625

라. 인 재이용 656

마. 공정 경제성 평가 662

3-3. 연구개발 결과 요약 663

가. 연구개발 추진전략·방법 및 추진체계 663

나. 연구개발성과 666

4. 목표달성도 및 관련분야 기여도 669

4-1. 목표달성도 671

가. 최종성과목표 및 달성도 671

나. 연차별 성과목표 672

다. 연구개발내용 673

4-2. 관련분야 기여도 673

가. 기술적 측면 673

나. 경제적 측면 673

5. 연구결과의 활용계획 675

5-1. 산업현장에서의 활용 677

5-2. 교육현장에서의 활용 677

6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 679

7. 연구개발결과의 보안등급 683

8. NTIS에 등록한 연구시설·장비 현황 687

9. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 691

9-1. 연구실 안전조치 이행실적 693

가. 기술적 위험요소 분석 693

9-2. 안전관리대책 693

가. 연구실 안전 점검 체계 및 실시 693

10. 연구개발과제의 대표적 연구실적 697

11. 기타사항 701

12. 참고문헌 705

총괄연구과제 : 암모니아 탈기 및 MIO방식을 이용한 고농도 질소 인 제거 및 회수기술 개발 23

〈표 1-2.1〉 국내 유기성폐기물의 발생 및 처리 현황 30

〈표 1-2.2〉 바이오가스화 처리시설 증감 현황 30

〈표 1-2.3〉 혐기성소화 후 폐수 성상 31

〈표 1-2.4〉 강화되는 가축 분뇨 자체정화시설 방류수 기준 32

〈표 1-2.5〉 질소처리공법 목록 33

〈표 2-1.1〉 암모니아 탈기공정 관련 국내 주요 논문 목록 38

〈표 2-1.2〉 최근 10년간 국내 암모니아 탈기 관련 주요 특허 목록 38

〈표 3-2.1〉 20℃에서의 주요 기체의 Henry상수 54

〈표 3-2.2〉 pH와 알칼리도 관계에서 탄산수소나트륨과 수산화나트륨의 몰농도 59

〈표 3-2.3〉 암모니아 탈기 실험 조건 요약표 64

〈표 3-2.4〉 BET비표면적 결과 요약 67

〈표 3-2.5〉 XPS carbon bond 결합 비율 분석 결과 68

〈표 3-2.6〉 XPS boron bond 결합 비율 분석 결과 69

〈표 3-2.7〉 공공시설/사업장별 부착대상 측정기기 내역 73

〈표 3-2.8〉 국내 암모니아 탈기 관련 주요 특허 현황 75

〈표 3-2.9〉 대상폐수 및 계획원수 수질 80

〈표 3-2.9〉 전국 가축분뇨 공동자원화 및 액비유통센터 현황(2012년 기준) 91

〈표 3-2.10〉 J물재생센터 소화농축액 및 탈수여액의 T-N, NH4+-N, T-P 농도(이미지참조) 92

〈표 3-2.11〉 S물재생센터 소화농축액 및 탈수여액의 T-N, NH4+-N, T-P 농도(이미지참조) 93

〈표 3-2.12〉 공정 세부 내역 96

〈표 3-2.13〉 암모니아 스트리핑 공정 파일럿 플랜트 설치 일정 112

〈표 3-2.14〉 공기량 변화에 따른 파일럿플랜트 운전 조건 113

〈표 3-2.15〉 pH 변화에 따른 파일럿플랜트 운전 조건 116

〈표 3-2.16〉 온도 변화에 따른 파일럿플랜트 운전 조건 118

〈표 3-2.17〉 공정 설비 내역 129

〈표 3-2.18〉 공정 기기의 전력소모량 리스트 131

〈표 3-2.19〉 계측기 내역 133

〈표 3-2.20〉 암모니아 스트리핑 공정 파일럿 플랜트 설치 일정 135

〈표 3-2.21〉 식종 개요 136

〈표 3-2.22〉 식종 방법 137

〈표 3-2.23〉 월별 유입 폐수량 137

〈표 3-2.24〉 월별 유입수질 분석 139

〈표 3-2.25〉 월별 온도변화 142

〈표 3-2.26〉 월별 pH변화 143

〈표 3-2.27〉 유입수 제거효율 143

〈표 3-2.28〉 월별 유출수질 분석 144

〈표 3-2.29〉 생물반응조 운전현황(DO) 146

〈표 3-2.30〉 월별 MLSS변화 147

〈표 3-2.31〉 월별 ECOPAT의 SV30과 SVI 변화 148

〈표 3-2.32〉 ECOPAT 유입 C/N비 월별 현황 150

〈표 3-2.33〉 생물반응조 월별 평균 질소 거동 현황 151

〈표 3-2.34〉 월별 전기사용량 현황 151

〈표 3-2.35〉 황산 일일 평균 투입량 152

〈표 3-2.36〉 가성소다 투입량 152

〈표 3-2.37〉 외부탄소원 투입량 152

〈표 3-2.38〉 기존 공정과 유지관리비 비교표 154

〈표 3-2.39〉 암모니아 및 인산염수용액 잠재적 시장 규모 165

〈표 3-2.40〉 주요 재무적 타당성 분석기법 비교 167

〈표 3-2.41〉 총사업비 내역 167

〈표 3-2.42〉 순 사업비 내역 168

〈표 3-2.43〉 연간 운영비용 내역 170

〈표 3-2.44〉 처리시설 규모의 증가에 따른 수익 및 비용 증감 현황 172

협동연구기관1 연구과제 : 암모니아 탈기 및 흡탈착 시스템 개발 235

〈표 1.2.1〉 유기성폐기물 에너지화 사업 계획 및 사업비 현황 247

〈표 2.3.1〉 지식재산권 현황 259

〈표 3.2.1〉 Lab scale 실험 수행 과정 271

〈표 3.2.2〉 암모니아(NH₃) 탈기 실험 조건 요약표 272

〈표 3.2.3〉 활성탄소 섬유 제조 조건 278

〈표 3.2.4〉 Na-ZSM-5 합성(Si/Al₂＝50)에 필요한 반응물의 양 280

〈표 3.2.5〉 Zeolite NaY 제조에 필요한 시약 비율 281

〈표 3.2.6〉 분석 장비 사양 288

〈표 3.2.7〉 보헤마이트 온도별 비표면적 및 기공도 291

〈표 3.2.8〉 보헤마이트와 보헤마이트+PVA의 비표면적 및 기공도 294

〈표 3.2.9〉 소성 온도에 따른 보헤마이트+PVA의 비표면적 및 기공분포도 295

〈표 3.2.10〉 탄화 후 요오드 흡착능 및 수율 297

〈표 3.2.11〉 활성화 결과 297

〈표 3.2.12〉 BET 비표면적 및 기공도 298

〈표 3.2.13〉 이온교환을 통한 ZSM-5의 비표면적 및 기공분포도 299

〈표 3.2.14〉 Zeolite NaY의 비표면적 및 기공분포도 301

〈표 3.2.15〉 철계 활성탄소 복합체의 BET 비표면적 및 기공도 302

〈표 3.2.16〉 Na/K-ETS-10과 H-ETS-10의 비표면적 303

〈표 3.2.17〉 전처리 및 암모니아(NH₃) 승온탈착 조건 309

〈표 3.2.18〉 보헤마이트, NH₃-TPD 분석결과 311

〈표 3.2.19〉 보헤마이트+PVA의 NH₃-TPD 분석결과 312

〈표 3.2.20〉 ACF, NH₃-TPD 분석 결과 313

〈표 3.2.21〉 Na-ZSM-5, NH₃-TPD 분석결과 314

〈표 3.2.22〉 H-ZSM-5, NH₃-TPD 분석결과 315

〈표 3.2.23〉 Zeolite NaY, NH₃-TPD 분석결과 316

〈표 3.2.24〉 철계 활성탄소 복합체의 NH₃-TPD 분석결과 318

〈표 3.2.25〉 Na/K-ETS-10, NH₃-TAD 분석결과 319

〈표 3.2.26〉 Ammonium sulfate로 이온 교환한 H-ETS-10의 NH₃-TPD 분석결과 320

〈표 3.2.27〉 Na/K-ETAS-10, NH₃-TPD 분석결과 322

〈표 3.2.28〉 H-ETAS-10, NH₃-TPD 분석결과 323

〈표 3.2.29〉 Boehmite Freundlich eq. 330

〈표 3.2.30〉 Boehmite Langmuir eq. 330

〈표 3.2.31〉 Boehmite+PVA, Freundlich eq. 331

〈표 3.2.32〉 Boehmite+PVA, Langmuir eq. 331

〈표 3.2.33〉 ACF Freundlich eq. 332

〈표 3.2.34〉 ACF Langmuir eq. 332

〈표 3.2.35〉 Zeolite NaY Freundlich eq. 333

〈표 3.2.36〉 Zeolite NaY Langmuir eq. 333

〈표 3.2.37〉 Na/K-ETS-10 Freundlich eq. 334

〈표 3.2.38〉 Na/K-ETS-10 Langmuir eq. 334

〈표 3.2.39〉 H-ETS-10 Freundlich eq. 335

〈표 3.2.40〉 H-ETS-10 Langmuir eq. 335

〈표 3.2.41〉 Na/K-ETS-10 조성표 338

〈표 3.2.42〉 Zeolite Na-X 조성표 341

〈표 3.2.43〉 분석장비 사양 343

〈표 3.2.44〉 전처리 및 암모니아(NH₃) 승온탈착 조건 345

〈표 3.2.45〉 표준가스 농도,... 347

〈표 3.2.46〉 Na/K-ETS-10과 H-ETS-10의 평균입도사이즈(D50)(이미지참조) 350

〈표 3.2.47〉 Na/K-ETS-10과 H-ETS-10의 비표면적 및 기공도 351

〈표 3.2.48〉 BET 비표면적 및 기공도 354

〈표 3.2.49〉 Zeolite Na-X 조성표 356

〈표 3.2.50〉 BET 비표면적 및 기공도 358

〈표 3.2.51〉 Na/K-ETS-10와 H-ETS-10, NH₃-TPD 분석결과 359

〈표 3.2.52〉 DeHyS-200와 DeHyS-250, NH₃-TPD 분석결과 361

〈표 3.2.53〉 Zeolite X, NH₃-TPD 분석결과 362

〈표 3.2.54〉 H-Zeolite X, NH₃-TPD 분석결과 363

〈표 3.2.55〉 ETS-10의 암모니아(NH₃) 파과실험 결과 367

〈표 3.2.56〉 Zeolite X의 암모니아(NH₃) 파과실험 결과 368

〈표 3.2.57〉 XPS C1s 결합 비율 분석 결과 381

〈표 3.2.58〉 XPS B1s 결합 비율 분석 결과 382

〈표 3.2.59〉 TPD 분석 결과 385

〈표 3.2.60〉 TPD 분석 결과 387

〈표 3.2.61〉 TPD 분석 결과 387

〈표 3.2.62〉 제올라이트(Zeolite) X 조성표 389

〈표 3.2.63〉 전처리 및 암모니아(NH₃) 승온탈착 조건 391

〈표 3.2.64〉 암모니아(NH₃) 검량선(calibration curve) 394

〈표 3.2.65〉 제올라이트(Zeolite) X의 EDS 분석 397

〈표 3.2.66〉 열압력변동흡착(TPSA)시스템 구성내역 401

〈표 3.2.67〉 전처리공정 발생된 암모니아(NH₃) 질량 변화 410

〈표 3.2.68〉 제습공정 후 공급되는 암모니아(NH₃)가스에 포함된 암모니아(NH₃) 및 수분량(H₂O vapor) 410

〈표 3.2.69〉 열압력변동흡착(TPSA)시스템 운영을 통해 발생되는 암모니아(NH₃) 발생 질량 416

〈표 3.2.70〉 탈착/암모니아(NH₃) 회수공정에서 발생된 가스 및 응축수에 포함된 암모니아... 417

〈표 3.2.71〉 혐기성 소화조 시설에서 회수 가능한 암모니아(NH₃) 질량 산출 421

〈표 3.2.72〉 암모니아(NH₃) 가스를 회수하기 위해 필요한 흡착제량 산출 421

〈표 3.2.73〉 열압력변동흡착(TPSA)시스템 운영비용 산출내역 421

〈표 3.2.74〉 회수된 암모니아(NH₃) 가스 및 암모니아(NH₃) 수에 대한 연간 판매 추정액 422

〈표 3.3.1〉 연구개발요약 425

협동연구기관2 연구과제 : MIO를 이용한 혐기소화탈리액의 인 제거 및 회수 기술 개발 477

표 1. 다양한 인 제거 및 회수 기술 현황 496

표 2. Struvite 특성 497

표 3. Struvite 형성에 의한 다양한 폐수 처리 효율 498

표 4. 일반적인 자철석의 특성 503

표 5. 기성 산화철 흡착제 특성 504

표 6. 제조 MIO 특성 507

표 7. EDS 분석결과 511

표 8. BET 분석결과 515

표 9. 인 흡착 전 및 흡착 후 MIO의 XPS 분석 516

표 10. 반응시간에 따른 MIO의 인 흡착 실험조건 521

표 11. pH에 따른 MIO의 인 흡착 실험조건 523

표 12. MIO 투입량에 따른 MIO의 인 흡착 실험조건 525

표 13. 초기 인 농도에 따른 MIO의 인 흡착 실험조건 526

표 14. 반응시간 및 초기 인 농도에 따른 MIO의 인 흡착 실험조건 526

표 15. MIO의 인 흡착등온 정수 531

표 16. 반응 온도 및 시간에 따른 MIO의 인 흡착 실험조건 531

표 17. MIO의 인 흡착을 위한 kinetic 정수 535

표 18. 공존음이온 존재에 따른 MIO의 인 흡착 실험조건 536

표 19. 공존유기물 존재에 따른 MIO의 인 흡착 실험조건 538

표 20. MIO의 인 흡착 시 중금속의 영향 실험조건 541

표 21. 반응 시간에 따른 MIO의 불소 및 인 흡착 실험조건 542

표 22. 반응 시간에 따른 MIO의 불소 및 인 흡착 실험조건 543

표 23. Ca(OH)₂와 CaCl₂를 이용한 불소 침전 실험조건 544

표 24. DI water와 서남하수처리장 폐수에서 MIO의 침전시간 546

표 25. MIO의 인 탈착액 선정 실험조건 547

표 26. 반응시간에 따른 인 탈착 실험조건 548

표 27. TiCl₄ 3ml를 첨가하여 제조한 Ti-doped MIO의 각 원소 성분비 553

표 28. TiCl₄ 5ml를 첨가하여 제조한 Ti-doped MIO의 각 원소 성분비 554

표 29. TiCl₄ 10ml를 첨가하여 제조한 Ti-doped MIO의 각 원소 성분비 555

표 30. TiCl₄ 20ml를 첨가하여 제조한 Ti-doped MIO의 각 원소 성분비 556

표 31. TNB : Benzene＝1 : 4로 제조한 Ti-doped MIO의 각 원소 성분비 557

표 32. TNB : Benzene＝2 : 4로 제조한 Ti-doped MIO의 각 원소 성분비 558

표 33. TNB : Benzene＝3 : 4로 제조한 Ti-doped MIO의 각 원소 성분비 559

표 34. pH에 따른 Ti-doped MIO의 인 흡착 실험조건 565

표 35. 초기 인 농도에 따른 MIO의 인 흡착 실험조건 566

표 36. Ti-doped MIO의 인 흡착을 위한 Langmuir and Freundlich isotherm 정수 567

표 37. 흡착제 종류 및 인 흡착량 비교 568

표 38. AES 분석에 의한 성분분석 결과 573

표 39. BET 분석결과 574

표 40. 반응시간에 따른 MIO-ZrO₂의 인 흡착 실험조건 576

표 41. pH에 따른 MIO의 인 흡착 실험조건 577

표 42. 반응 온도 및 시간에 따른 MIO의 인 흡착 실험조건 578

표 43. 초기 인 농도에 따른 MIO-ZrO₂의 인 흡착 실험조건 579

표 44. MIO-ZrO₂의 인 흡착등온 정수 580

표 45. MIO-ZrO₂의 인 흡착을 위한 kinetic 정수 결과 581

표 46. MIO-ZrO₂의 인 탈착액 선정 실험조건 582

표 47. 초기 인 농도에 따른 인 탈착 실험조건 583

표 48. Na₂SO₄를 이용한 INTs의 양극산화 조건 588

표 49. EG를 이용한 INTs의 양극산화 조건 588

표 50. Fe foil(size: 5×4cm)의 INTs 양극산화 조건 589

표 51. 반응시간에 따른 INTs의 인 흡착 실험조건 598

표 52. 초기 pH에 따른 INTs의 인 흡착 실험조건 599

표 53. 반응시간에 따른 INTs의 인 흡착 실험조건 600

표 54. INTs의 인 흡착등온 정수 601

표 55. INTs의 인 흡착 kinetic 정수 602

표 56. 축산폐수의 원수 성상 602

표 57. INTs의 연속식 실험조건 603

표 58. INTs의 회분식 실험조건 604

표 59. 탈착용액 종류에 따른 INTs의 인 탈착 실험조건 605

표 60. 반응시간에 따른 인 탈착실험 조건 607

표 61. INTs의 재이용 실험조건 608

표 62. ANTs 양극산화 제조 조건 610

표 63. 1차 양극산화 시간 조건에 따라 제조된 ANTs의 인 흡착 조건 613

표 64. ANTs 양극산화 제조 조건(1차 양극산화) 614

표 65. ANTs 양극산화 제조 조건(2차 양극산화) 616

표 66. 2차 양극산화 시간에 따른 ANTs 양극산화 제조 조건 617

표 67. 2차 양극산화 반응시간에 따른 ANTs의 인 흡착 실험조건 618

표 68. EDS 분석결과 619

표 69. 반응시간에 따른 ANTs의 인 흡착 실험조건 621

표 70. 초기 pH에 따른 ANTs의 인 흡착 실험조건 622

표 71. ANTs의 인 흡착등온 정수 624

표 72. ANTs의 Kinetic 정수 624

표 73. ANTs의 탈착실험 결과 625

표 74. Pilot-scale 반응조 제원 631

표 75. Pilot-scale 설비 제원 632

표 76. 반응시간에 따른 MIO 현장 인 흡착 실험조건 640

표 77. 초기 pH에 따른 MIO 현장 인 흡착 실험조건 642

표 78. MIO 투입량에 따른 현장 인 흡착 실험조건 643

표 79. SS에 따른 MIO의 현장 인 흡착 실험조건 644

표 80. 카트리지 필터 제원 644

표 81. 초기 인 농도와 MIO 투입량의 상관도 646

표 82. 초기 인농도에 따른 MIO의 현장 인 흡착 실험조건 646

표 83. 유입 인 농도 및 제거율에 따른 MIO의 충진량 648

표 84. MIO의 인 탈착액 선정 실험조건 649

표 85. 반응시간에 따른 현장 인 탈착 실험조건 650

표 86. 인광석 가격 비교(세계 & 중국산) 658

표 87. 인광석 순도(32%)에서의 가격 비교 659

표 88. 인산 사용 용도 659

표 89. 품질이 우수한 인 광석의 성분 함유량 661

표 90. 회수 인 속의 유해물 661

표 91. 부산물 인산 비료의 공정 규격 661

표 92. TCP 사용처 661

표 93. MIO 파일럿 플랜트 설치비용 662

표 94. MIO 파일럿 플랜트 연간 운영비 산출내역 662

표 95. 회수된 인 단가 산정 내역 662

총괄연구과제 : 암모니아 탈기 및 MIO방식을 이용한 고농도 질소 인 제거 및 회수기술 개발 25

〈그림 1-1.1〉 연구개발목적의 기본 개념도 29

〈그림 1-3.1〉 고농도 질소인제거 및 회수를 위한 수처리 공정 개요 34

〈그림 2-1.1〉 H건설(주) 암모니아스트리핑조... 39

〈그림 2-1.2〉 M사의 멤브레인 개략도 39

〈그림 3-2.1〉 이중막 이론의 개략도 56

〈그림 3-2.2〉 pH와 온도변화에 따른 자유암모니아 분율 58

〈그림 3-2.3〉 다단수직형 암모니아 탈기 반응기 단면도 60

〈그림 3-2.4〉 중간분리판 단면도 61

〈그림 3-2.5〉 중간분리판 고무링 상세도 61

〈그림 3-2.6〉 다단 수직형 암모니아 탈기 반응기(5단) 및 일체형 반응기 셋팅 모습 62

〈그림 3-2.7〉 암모니아성 질소 측정 메뉴얼 63

〈그림 3-2.8〉 Lab scale 실험 수행 과정도 64

〈그림 3-2.9〉 XRD peak분석 65

〈그림 3-2.10〉 BET surface area와 Pore diameter 결과, COF-10 1차 합성 66

〈그림 3-2.11〉 BET surface area와 Pore diameter 결과, COF-10 2차 합성 66

〈그림 3-2.12〉 BET surface area와 Pore diameter 결과, COF-10 3차 합성 67

〈그림 3-2.13〉 FT-IR 결과 68

〈그림 3-2.14〉 XPS carbon 분석 69

〈그림 3-2.15〉 XPS boron 분석 70

〈그림 3-2.16〉 TPD 분석 71

〈그림 3-2.17〉 Garphite, Graphene oxide, 그리고 Graphene nano sheet의 XRD peak... 72

〈그림 3-2.18〉 Graphene nano sheet의 AFM 분석 72

〈그림 3-2.19〉 통합질소인 무인자동화 처리시스템 개략도 74

〈그림 3-2.20〉 원격 모니터링 시스템 개략도 75

〈그림 3-2.21〉 단수 변화에 따른 암모니아성 질소 농도 변화 그래프 76

〈그림 3-2.22〉 반응기 단수에 따른 제거율 비교 77

〈그림 3-2.23〉 pH 변화에 따른 암모니아성 질소 제거율 78

〈그림 3-2.24〉 온도 변화에 따른 암모니아성 질소 제거율 78

〈그림 3-2.25〉 공기주입량 변화에 따른 암모니아성 질소 제거율 79

〈그림 3-2.26〉 통합운영시스템 물질수지도 90

〈그림 3-2.27〉 암모니아스트리핑조 P&ID 95

〈그림 3-2.28〉 E.Cell의 기본 디자인(앞) 98

〈그림 3-2.29〉 E.Cell의 기본 디자인(뒤) 98

〈그림 3-2.30〉 암모니아 스트리핑조-1 도면 99

〈그림 3-2.31〉 암모니아 스트리핑조-2 도면 100

〈그림 3-2.32〉 암모니아 스트리핑조-3 도면 101

〈그림 3-2.33〉 암모니아 스트리핑조-4 도면 102

〈그림 3-2.34〉 암모니아 스트리핑조 유체 배관 연결 도면(앞) 104

〈그림 3-2.35〉 암모니아 스트리핑조 유체 배관 연결 도면(뒤) 105

〈그림 3-2.36〉 컨테이너 정면 도면과 내부 배치 도면 107

〈그림 3-2.37〉 배치 평면도 108

〈그림 3-2.38〉 배관 배치 평면도 109

〈그림 3-2.39〉 내부 배치 3D VIEW(앞) 110

〈그림 3-2.40〉 내부 배치 3D VIEW(뒤) 111

〈그림 3-2.41〉 컨테이너 설치 주요 사진 113

〈그림 3-2.42〉 기액비에 따른 암모니아성 질소 제거율 114

〈그림 3-2.43〉 직렬 연속 운전 실험 결과 115

〈그림 3-2.44〉 pH 변화에 따른 암모니아성 질소 제거율 116

〈그림 3-2.45〉 pH 변화에 따른 연속 운전 실험 결과 117

〈그림 3-2.46〉 온도 변화에 따른 암모니아성 질소 제거율 118

〈그림 3-2.47〉 온도 변화에 따른 연속 운전 실험 결과 119

〈그림 3-2.48〉 수처리조 공정 구성도 128

〈그림 3-2.49〉 중화조-무산소조-질산화조 제작 도면 132

〈그림 3-2.50〉 수처리 공정 배치도 134

〈그림 3-2.51〉 질산화조 내부 E.Cell 설치 모습 134

〈그림 3-2.52〉 수처리 공정 컨테이너 단계별 설치 모습 136

〈그림 3-2.53〉 유입 유량 추이 138

〈그림 3-2.54〉 유입수 월별 평균 수질 변화(BOD, COD, SS) 140

〈그림 3-2.55〉 유입수 월별 평균 수질 변화(T-N, NH₄-N) 140

〈그림 3-2.56〉 ECOPAT 수처리 공정의 주요 수질인자 제거효율 145

〈그림 3-2.57〉 기존 MLE 공정 흐름도 153

〈그림 3-2.58〉 개발 공정 흐름도 153

〈그림 3-2.59〉 전국 고농도 유기성 폐기물 처리시설 현황 164

〈그림 3-2.60〉 할인율 변동에 따른 NPV 171

〈그림 3-2.61〉 건설비 증감율에 따른 IRR 171

〈그림 3-2.62〉 처리시설 규모에 따른 B/C 분석 172

〈그림 6-2.1〉 세계 물시장 규모 및 세부분류별 성장률(2013~2018) 190

〈그림 6-3.1〉 ANITA MOX 공법 개략도 191

〈그림 6-3.2〉 DEMON 공법 개략도 191

〈그림 6-4.1〉 확산기기 관련 특허 분석 192

〈그림 6-4.2〉 확산기기와 연동된 기술 현황 193

협동연구기관1 연구과제 : 암모니아 탈기 및 흡탈착 시스템 개발 238

〈그림 1.2.1〉 가축분뇨 발생량 및 처리 현황 246

〈그림 1.2.2〉 암모니아성 질소제거 공법 248

〈그림 1.2.3〉 생물학적 처리조 248

〈그림 2.1.1〉 암모니아 스트리핑 공법 상... 252

〈그림 2.1.2〉 염소처리법 다단계 반응식 253

〈그림 2.2.1〉 열압력변동(TPSA) 흡착시스템의 원리도 257

〈그림 3.2.1〉 다단 수직형 암모니아(NH₃) 탈기 반응기 단면도 267

〈그림 3.2.2〉 중간분리판 단면도 267

〈그림 3.2.3〉 중간분리판 고무링 상세도 267

〈그림 3.2.4〉 다단 수직형 암모니아(NH₃) 탈기 반응기(5단) 및 일체형 반응기... 269

〈그림 3.2.5〉 암모니아(NH₃)성 질소 측정 매뉴얼 270

〈그림 3.2.6〉 단수 변화에 따른 암모니아(NH₃)성 질소 농도 변화 그래프 272

〈그림 3.2.7〉 7시간 경과 후 반응기 종류에 따른 제거율 비교 273

〈그림 3.2.8〉 소성용 전기로 274

〈그림 3.2.9〉 활성화 기기 275

〈그림 3.2.10〉 고온고압 반응기 275

〈그림 3.2.11〉 제올라이트 합성 275

〈그림 3.2.12〉 이온교환 실험 장치 276

〈그림 3.2.13〉 흡착제 성형기 276

〈그림 3.2.14〉 보헤마이트와 보헤마이트+PVA 제조과정 277

〈그림 3.2.15〉 소성에 따른 보헤마이트 277

〈그림 3.2.16〉 보헤마이트+PVA(15%)... 277

〈그림 3.2.17〉 Oxi-PAN 활성화 장치 278

〈그림 3.2.18〉 Oxi-PAN 탄화 및 활성화... 278

〈그림 3.2.19〉 Na-ZSM-5 구조 279

〈그림 3.2.20〉 Zeolite NaY... 279

〈그림 3.2.21〉 Na-ZSM-5 제조과정 280

〈그림 3.2.22〉 Na-ZSM-5 calcination 전/후 280

〈그림 3.2.23〉 Zeolite NaY 제조 과정 281

〈그림 3.2.24〉 Zeolite NaY 281

〈그림 3.2.25〉 Ammonium bicarbonate로 이온 교환한 H-ZSM-5 제조 과정 282

〈그림 3.2.26〉 활성탄소 제조 과정 283

〈그림 3.2.27〉 활성탄소 제조 공정별 생성물 284

〈그림 3.2.28〉 철계 활성탄소 복합체 제조 과정 285

〈그림 3.2.29〉 철계 활성탄소 복합체 결과물 285

〈그림 3.2.30〉 ETS-10 분자체 구조 286

〈그림 3.2.31〉 ETS-10과 ETAS-10의 제조과정 287

〈그림 3.2.32〉 ETS-10과 ETAS-10 287

〈그림 3.2.33〉 BET 비표면적 측정 장비 288

〈그림 3.2.34〉 XRD 289

〈그림 3.2.35〉 FT-IR 290

〈그림 3.2.36〉 SEM-EDS 290

〈그림 3.2.37〉 보헤마이트의 온도별 adsorption isotherm 291

〈그림 3.2.38〉 보헤마이트의 온도별 XRD patterns 292

〈그림 3.2.39〉 소성 온도에 따른 상변화 293

〈그림 3.2.40〉 소성 온도에 따른 상변화 XRD patterns 293

〈그림 3.2.41〉 PVA첨가에 따른 adsorption isotherm 294

〈그림 3.2.42〉 보헤마이트+PVA의 온도에 따른 adsorption isotherm 295

〈그림 3.2.43〉 보헤마이트+PVA의 소성 온도에 따른 XRD patterns 296

〈그림 3.2.44〉 물리적 활성화에 따른 비표면적과 수율의 관계 298

〈그림 3.2.45〉 ACF adsorption/desorption... 298

〈그림 3.2.46〉 ACF pore size distribution 298

〈그림 3.2.47〉 이온교환에 따른 질소 adsorption isotherm 299

〈그림 3.2.48〉 다양한 이온의 ZSM-5 XRD patterns 300

〈그림 3.2.49〉 ZSM-5 XRD patterns 300

〈그림 3.2.50〉 Zeolite Y adsorption/desorption isotherm 301

〈그림 3.2.51〉 철계 활성탄소 복합체 adsorption/desorption isotherm 302

〈그림 3.2.52〉 이온교환으로 인한 압력에 따른 흡착량 303

〈그림 3.2.53〉 Na/K-ETS-10 분말의 SEM 303

〈그림 3.2.54〉 Na/K-ETS-10 분말의 XRD 304

〈그림 3.2.55〉 Na/K-ETS-10 분말의 XRD 온도에 따른 열안정성 304

〈그림 3.2.56〉 Na/K-ETS-10 FT-IR 305

〈그림 3.2.57〉 Na/K-ETS-10 FT-IR 305

〈그림 3.2.58〉 υ N-H band, δ N-H band 306

〈그림 3.2.59〉 Na/K-ETS-10 FT-IR 306

〈그림 3.2.60〉 Na/K-ETAS-10 분말의 XRD 307

〈그림 3.2.61〉 Na/K-ETAS-10 분말의 SEM 307

〈그림 3.2.62〉 NH₃-TPD 분석기 308

〈그림 3.2.63〉 NH₃-TPD program 309

〈그림 3.2.64〉 암모니아(NH₃) calibration curve 310

〈그림 3.2.65〉 보헤마이트 승온탈착 그래프 311

〈그림 3.2.66〉 보헤마이트+PVA 승온탈착 그래프 312

〈그림 3.2.67〉 ACF 승온탈착 그래프 313

〈그림 3.2.68〉 Na-ZSM-5 승온탈착 그래프 314

〈그림 3.2.69〉 H-ZSM-5 승온탈착 그래프 315

〈그림 3.2.70〉 Na-ZSM-5와 H-ZSM-5의 승온탈착 그래프 비교 316

〈그림 3.2.71〉 Zeolite NaY의 승온탈착 그래프 317

〈그림 3.2.72〉 철계 활성탄소의 승온탈착 그래프 318

〈그림 3.2.73〉 Na/K-ETS-10의 승온탈착 그래프 319

〈그림 3.2.74〉 H-ETS-10의 승온탈착 그래프 320

〈그림 3.2.75〉 Na/K-ETS-10과 H-ETS-10의 암모니아(NH₃) 승온탈착... 321

〈그림 3.2.76〉 Na/K-ETAS-10의 승온탈착 그래프 322

〈그림 3.2.77〉 H-ETAS-10의 승온탈착 그래프 323

〈그림 3.2.78〉 승온속도에 따른 탈착 그래프 비교 324

〈그림 3.2.79〉 H-ETS-10 흡·탈착 효율 324

〈그림 3.2.80〉 Na/K-ETS-10과 H-ETS-10의 XRD 325

〈그림 3.2.81〉 H-ETS-10 흡·탈착 효율 325

〈그림 3.2.82〉 암모니아(NH₃) 이중 흡착탑 326

〈그림 3.2.83〉 GC(TCD) 장비 327

〈그림 3.2.84〉 Boehmite의 NH₃ adsorption isotherm 330

〈그림 3.2.85〉 Boehmite+PVA의 NH₃ adsorption isotherm 331

〈그림 3.2.86〉 ACF의 NH₃ adsorption isotherm 332

〈그림 3.2.87〉 Zeolite NaY의 NH₃ adsorption isotherm 333

〈그림 3.2.88〉 Na/K-ETS-10의 NH₃ adsorption isotherm 334

〈그림 3.2.89〉 H-ETS-10의 NH₃ adsorption isotherm 335

〈그림 3.2.90〉 Lab-Scale 제올라이트 합성장치: (a) 고압반응기; (b) 이온교환장치: (c) 전... 336

〈그림 3.2.91〉 제올라이트 대량 생산 시설: (a) 고온·고압반응기; (b) 필터프레스: (c) 흡착제... 337

〈그림 3.2.92〉 ETS-10 분자체 구조 338

〈그림 3.2.93〉 ETS-10 제조 과정 338

〈그림 3.2.94〉 NH₄-ETS-10과 H-ETS-10 제조를 위한 이온교환과정 339

〈그림 3.2.95〉 DeHyS 제조방법 340

〈그림 3.2.96〉 제조된 DeHyS 성형체(좌) 및 분말(우) 340

〈그림 3.2.97〉 Zeolite Na-X 제조방법 341

〈그림 3.2.98〉 XRD 342

〈그림 3.2.99〉 BET 측정장비 343

〈그림 3.2.100〉 SEM 장비 343

〈그림 3.2.101〉 Particle Size Analyzer(PSA) 344

〈그림 3.2.102〉 FT-IR 344

〈그림 3.2.103〉 NH₃-TPD 분석기 345

〈그림 3.2.104〉 암모니아(NH₃)... 346

〈그림 3.2.105〉 GC/TCD 장비사진 347

〈그림 3.2.106〉 암모니아(NH₃) 검량선 347

〈그림 3.2.107〉 암모니아(NH₃) 파과실험 장비: (a) Column for sample;... 348

〈그림 3.2.108〉 암모니아(NH₃) 파과실험: (1) N2... 348

〈그림 3.2.109〉 ETS-10 XRD 패턴 349

〈그림 3.2.110〉 ETS-10 FT-IR 350

〈그림 3.2.111〉 SEM: (a) Na/K-ETS-10; (b) H-ETS-10 350

〈그림 3.2.112〉 Particle Size Analysis: (a) Na/K-ETS-10; (b) H-ETS-10 351

〈그림 3.2.113〉 BET surface area of (a) Na/K-ETS-10; (b) H-ETS-10 351

〈그림 3.2.114〉 pH에 따른 DeHyS의 XRD 패턴 352

〈그림 3.2.115〉 pH에 따른 DeHyS의 SEM 353

〈그림 3.2.116〉 온도변화에 따른 DeHyS의 XRD 패턴 353

〈그림 3.2.117〉 pH에 따른 DeHyS BET 354

〈그림 3.2.118〉 pH의 변화에 따른 DeHyS의 평균 입도 사이즈 355

〈그림 3.2.119〉 반응시간에 따른 Zeolite X의 XRD 패턴 356

〈그림 3.2.120〉 온도변화에 따른 Zeolite X의 XRD 패턴 356

〈그림 3.2.121〉 Scanning electron microscopy image of Zeolite X 357

〈그림 3.2.122〉 Energy-dispersive X-ray spectroscopy... 357

〈그림 3.2.123〉 Zeolite X의 BET 358

〈그림 3.2.124〉 NH₃-TPD: (a) Na/K-ETS-10; (b) H-ETS-10 359

〈그림 3.2.125〉 NH₃-TPD: (a) DeHyS-200; (b) DeHyS-250 360

〈그림 3.2.126〉 NH₃-TPD: Zeolite X 361

〈그림 3.2.127〉 NH₃-TPD: Na-X, Na/K-ETS-10, H-ETS-10 362

〈그림 3.2.128〉 NH₃-TPD: Na-Zeolite X 363

〈그림 3.2.129〉 NH₃-TPD 흡착 효율: (a) Na/K-ETS-10; (b) H-ETS-10 364

〈그림 3.2.130〉 NH₃-TPD 흡착 효율: Zeolite X 365

〈그림 3.2.131〉 암모니아(NH₃) 흡착능: (a) Na/K-ETS-10; (b) H-ETS-10 366

〈그림 3.2.132〉 암모니아(NH₃) 흡착능: Zeolite X 366

〈그림 3.2.133〉 암모니아(NH₃) 파과실험: (a) Na/K-ETS-10; (b) H-ETS-10 367

〈그림 3.2.134〉 암모니아(NH₃) 파과실험: Zeolite X at... 368

〈그림 3.2.135〉 암모니아(NH₃) 스트리핑조 P&ID 370

〈그림 3.2.136〉 암모니아(NH₃) 스트리핑조 도면 373

〈그림 3.2.137〉 암모니아(NH₃) 스트리핑조 유체 배관 연결 도면 374

〈그림 3.2.138〉 암모니아(NH₃) 스트리핑조 기체 배관 연결 도면 374

〈그림 3.2.139〉 컨테이너 구축 전경과 배치 초기 내부 모습 375

〈그림 3.2.140〉 암모니아(NH₃)성 질소 측정 매뉴얼 376

〈그림 3.2.141〉 파일럿플랜트 연속 운전 계획 377

〈그림 3.2.142〉 (a) graphite와 GO, 도핑된 GO의 XRD peak분석,... 379

〈그림 3.2.143〉 FT-IR 결과 380

〈그림 3.2.144〉 Raman spectroscopy 분석 381

〈그림 3.2.145〉 XPS C1s 분석 382

〈그림 3.2.146〉 XPS B1s 분석 383

〈그림 3.2.147〉 1.0B-Gr의 AFM 분석 383

〈그림 3.2.148〉 3.0B-Gr의 AFM 분석 384

〈그림 3.2.149〉 5.0B-Gr의 AFM 분석 384

〈그림 3.2.150〉 TPD 분석 385

〈그림 3.2.151〉 Isotherm study 386

〈그림 3.2.152〉 COF-10의 (a) TPD 분석, (b) Isotherm study 387

〈그림 3.2.153〉 제올라이트 대량 생산 시설: (a) 고온·고압반응기; (b) 필터프레스: (c) 흡착제... 388

〈그림 3.2.154〉 제조된 Zeolite X: (a) Powder; (b) 성형체 388

〈그림 3.2.155〉 제올라이트(Zeolite) Na-X 제조방법 389

〈그림 3.2.156〉 암모니아(NH₃)-TPD 장치 391

〈그림 3.2.157〉 암모니아(NH₃)... 392

〈그림 3.2.158〉 GC/TCD 장비사진 393

〈그림 3.2.159〉 암모니아(NH₃) 검량선(calibration curve) 393

〈그림 3.2.160〉 파과실험용 반응기 395

〈그림 3.2.161〉 SEM images of 제올라이트(Zeolite) X 396

〈그림 3.2.162〉 제올라이트(Zeolite) X XRD 패턴 396

〈그림 3.2.163〉 제올라이트(Zeolite) X의... 397

〈그림 3.2.164〉 제올라이트(Zeolite) X의 산점 세기 398

〈그림 3.2.165〉 압력변화에 따른 제올라이트(Zeolite) X의... 398

〈그림 3.2.166〉 제올라이트(Zeolite) Na-X의 암모니아(NH₃) 파과곡선 399

〈그림 3.2.167〉 열압력변동흡착(TPSA)시스템 400

〈그림 3.2.168〉 열압력변동흡착(TPSA)시스템 파일럿 플랜트 402

〈그림 3.2.169〉 암모니아(NH₃) 회수를 위한 열압력변동흡착(TPSA)시스템 P&ID 403

〈그림 3.2.170〉 암모니아(NH₃) 가스 측정용 검지관 404

〈그림 3.2.171〉 스트리핑 시간에 따른 암모니아(NH₃) 발생 가스 농도 404

〈그림 3.2.172〉 스트리핑 시간에 따른 발생가스에 포함된... 405

〈그림 3.2.173〉 수분제거용 멤브레인 405

〈그림 3.2.174〉 멤브레인 제습공정도: (a) inlet, (b) permeate, (c) outlet 406

〈그림 3.2.175〉 멤브레인 모듈 위치별로 발생되는 가스 분석 자료 406

〈그림 3.2.176〉 탈기된 암모니아(NH₃) 가스 적용 시... 407

〈그림 3.2.177〉 압축공정을 적용한 수분량 감소변화 407

〈그림 3.2.178〉 제습공정 구성품: (a) 콤프레샤(Comp-1);(b) 압축탱크(T-1) 408

〈그림 3.2.179〉 제습공정 전·후에 대한 암모니아(NH₃) 가스에 포함된... 408

〈그림 3.2.180〉 제습공정 전·후에 대한 암모니아(NH₃) 가스 농도 변화 409

〈그림 3.2.181〉 파일럿플랜트 설치된 흡착탑 411

〈그림 3.2.182〉 시간별 흡착탑 전·후단에서 발생되는 암모니아(NH₃) 가스 농도 변화 412

〈그림 3.2.183〉 일일 암모니아(NH₃) 흡착량 413

〈그림 3.2.184〉 탈착/암모니아(NH₃) 회수공정을 위해 파일럿플랜트에 설치된 구성품 414

〈그림 3.2.185〉 초기 탈착/암모니아(NH₃) 회수공정 시 발생되었던 문제점 415

〈그림 3.2.186〉 탈착/회수공정에서 발생되는 응축수 회수용 416

〈그림 3.2.187〉 암모니아(NH₃) 회수율 417

〈그림 3.2.188〉 흡착량에 따른 탈착/암모니아(NH₃) 회수공정에서 발생된... 418

〈그림 3.2.189〉 흡착량에 따른 탈착/암모니아(NH₃) 회수공정에서 발생된... 419

〈그림 3.2.190〉 탈착 온도에 따른 암모니아(NH₃) 가스 및 응축수... 419

〈그림 3.2.191〉 회수된 암모니아(NH₃) 가스의 GC/TCD분석 420

협동연구기관2 연구과제 : MIO를 이용한 혐기소화탈리액의 인 제거 및 회수 기술 개발 480

그림 1. 인 배출에 의하여 발생된 부영양화 현상 489

그림 2. 인 제거 공법 490

그림 3. (a) '녹조라떼'로 빗대어진 대형하천의 녹조 및 (b) 펄스 방류 491

그림 4. 부영양화 방지를 위한 황토살포 492

그림 5. (a) Nano-size 및 (b) micro-size 자성산화철 499

그림 6. 자성철 광석 504

그림 7. 황산철(II) 7수화물과 염화철(III) 6수화물을 이용한 MIO 합성방법 506

그림 8. MIO 합성 다이어그램 507

그림 9. 기성 산화철과 제조 MIO의 인 흡착능 비교 508

그림 10. SEM 측정 원리 509

그림 11. MIO의 SEM 이미지 509

그림 12. EDS 측정원리 510

그림 13. EDS 분석결과 510

그림 14. XRD 분석 원리 511

그림 15. 합성한 MIO의 XRD 분석 512

그림 16. 입도분석의 원리 512

그림 17. 합성한 MIO의 입도분석결과 513

그림 18. BET 분석 원리 514

그림 19. 합성한 MIO의 (a) BET 및 (b) BJH 분석결과 515

그림 20. XPS 분석원리 515

그림 21. 인 흡착 전과 흡착 후의 XPS 분석결과: (a) survey spectrum과 (b) P2p scan curve 516

그림 22. FT-IR 분석 원리 517

그림 23. (a) 인 흡착 전과 (b) 흡착 후의 FT-IR 분석결과 517

그림 24. 물리적 흡착특성 518

그림 25. MIO의 인 흡착 메커니즘 519

그림 26. 인 흡착실험 및 분석 장비 520

그림 27. 반응시간에 따른 MIO의 인 흡착; (a) 인 흡착량 및 (b) 인 제거율 521

그림 28. MIO의 zeta potential 분석결과 522

그림 29. 전위차 적정법에 의한 MIO의 영전하점 측정결과 523

그림 30. pH에 따른 MIO의 인 흡착 524

그림 31. 제거율 90% 도달을 위한 pH별 MIO 요구 투입량 525

그림 32. MIO 투입량에 따른 인 흡착특성; (a) 인 흡착량 및 (b) 인 제거율 526

그림 33. 초기 인 농도에 따른 MIO의 인 흡착 527

그림 34. 반응시간 및 초기 인 농도에 따른 MIO의 인 흡착 527

그림 35. 유형별 흡착등온선의 형태 528

그림 36. MIO의 인 흡착등온선 531

그림 37. 반응온도에 따른 MIO의 인 흡착특성 532

그림 38. 온도에 따른 MIO의 인 흡착 반응속도 해석; (a) Pseudo first order과 (b) Pseudo... 535

그림 39. (a) NO₃-, (b) HCO₃-, (c) Cl- 그리고 (d) SO₄2-와 phosphate가 공존할 경우 MIO의...(이미지참조) 537

그림 40. (a) Ethanol, (b) citric acid, (c) Oxalic acid 그리고 (d) Humic acid와 TOC 농도의... 539

그림 41. 유기물 공존시 인 흡착특성; (a) Glucose 및 (b Ethanol) 540

그림 42. NOM 공존 시 MIO의 인 흡착특성; (a) citric acid, (b) Oxalic acid 및 (c) Humic... 540

그림 43. 중금속 공존 시 MIO의 인 흡착특성; (a) Pb, (b) Cd 및 (c) As 542

그림 44. pH에 따른 MIO의 불소 및 인 흡착 543

그림 45. 반응시간에 따른 MIO의 불소 및 인 흡착; (a) 흡착량 및 (b) 제거율 544

그림 46. Ca(OH)₂와 CaCl₂를 이용한 인공 불인산폐수 내 불소 침전 545

그림 47. MIO의 pilot 설계도면 내 반응조 546

그림 48. 자성에 의한 MIO 회수 547

그림 49. 탈착액 종류에 따른 인 탈착효율 548

그림 50. 반응시간에 따른 MIO의 인 탈착 549

그림 51. MIO의 재이용에 따른 흡착효율 550

그림 52. MIO와 탈착액 반복 사용 시의 인 탈착효율 550

그림 53. 공침법에 의한 Ti-doped MIO 제조방법 551

그림 54. TiCl₄ 3ml를 첨가하여 제조한 Ti-doped MIO의 SEM 및 EDX 분석결과 552

그림 55. TiCl₄ 3ml를 첨가하여 제조한 Ti-doped MIO의 EDX mapping 분석결과 553

그림 56. TiCl₄ 5ml를 첨가하여 제조한 Ti-doped MIO의 SEM 및 EDX 분석결과 553

그림 57. TiCl₄ 5ml를 첨가하여 제조한 Ti-doped MIO의 EDX mapping 분석결과 554

그림 58. TiCl₄ 10ml를 첨가하여 제조한 Ti-doped MIO의 SEM 및 EDX 분석결과 554

그림 59. TiCl₄ 10ml를 첨가하여 제조한 Ti-doped MIO의 EDX mapping 분석결과 555

그림 60. TiCl₄ 20ml를 첨가하여 제조한 Ti-doped MIO의 SEM 및 EDX 분석결과 555

그림 61. TiCl₄ 20ml를 첨가하여 제조한 Ti-doped MIO의 EDX mapping 분석결과 556

그림 62. TNB : Benzene＝1 : 4로 제조한 Ti-doped MIO의 SEM 및 EDX 분석결과 557

그림 63. TNB : Benzene＝1 : 4로 제조한 Ti-doped MIO의 EDX Mapping 분석결과 557

그림 64. TNB : Benzene＝2 : 4로 제조한 Ti-doped MIO의 SEM 및 EDX 분석결과 558

그림 65. TNB : Benzene＝2 : 4로 제조한 Ti-doped MIO의 EDX Mapping 분석결과 558

그림 66. TNB : Benzene＝3 : 4로 제조한 Ti-doped MIO의 SEM 및 EDX 분석결과 559

그림 67. TNB : Benzene＝3 : 4로 제조한 Ti-doped MIO의 EDX Mapping 분석결과 559

그림 68. TiCl₄ 3ml를 첨가하여 제조한 Ti-doped MIO의 XPS 분석결과 560

그림 69. TiCl₄ 5ml를 첨가하여 제조한 Ti-doped MIO의 XPS 분석결과 560

그림 70. TiCl₄ 10ml를 첨가하여 제조한 Ti-doped MIO의 XPS 분석결과 561

그림 71. TiCl₄ 20ml를 첨가하여 제조한 Ti-doped MIO의 XPS 분석결과 561

그림 72. TNB : Benzene＝1 : 4로 제조한 Ti-doped MIO의 XPS 분석결과 562

그림 73. TNB : Benzene＝2 : 4로 제조한 Ti-doped MIO의 XPS 분석결과 562

그림 74. TNB : Benzene＝3 : 4로 제조한 Ti-doped MIO의 XPS 분석결과 562

그림 75. 일반 MIO의 PZC 측정결과 563

그림 76. Co-precipitation method로 제조한 Ti-doped MIO의 PZC 측정결과 564

그림 77. Sol-gel method로 제조한 Ti-doped MIO의 PZC 측정결과 564

그림 78. 일반 MIO와 Ti-doped MIO의 pH에 따른 인 흡착능 565

그림 79. Ti-doped MIO의 인 흡착을 위한 흡착등온선 567

그림 80. Fe: Zr의 물 비율에 따른 MIO-ZrO₂의 인 흡착량 비교 569

그림 81. 흡착제 종류(ZrO₂, Magnetite, MIO-ZrO₂)에 따른 흡착량 비교 570

그림 82. FE-SEM Image((a) MIO, (b) Zirconium oxide, (c) MIO-ZrO₂) 570

그림 83. MIO와 MIO-ZrO₂의 XRD 분석결과 571

그림 84. 인 흡착 전후 XPS 분석결과; (a) Survey spectrum, (b) P2p scan curve 572

그림 85. AES 분석원리 572

그림 86. AES mapping((a) Iron, (b) Zirconium, (c) Oxygen) 573

그림 87. MIO-ZrO₂의 BET 결과 574

그림 88. 인 흡착 전후의 FT-IR 결과 575

그림 89. MIO-ZrO₂의 반응시간별 인 흡착특성 576

그림 90. pH에 의한 MIO의 흡착 결과 577

그림 91. MIO-ZrO₂의 영전하점 578

그림 92. 온도에 따른 MIO-ZrO₂의 인 흡착 579

그림 93. MIO-ZrO₂의 인 흡착등온 모델 580

그림 94. MIO-ZrO₂의 kinetic 실험 결과 581

그림 95. NaOH 농도에 따른 MIO-ZrO₂의 탈착 582

그림 96. MIO 및 MIZO(4:1, 1:12) 초기 인 농도에 따른 탈착률의 변화 583

그림 97. 인 흡착 시 고정형과 교환형의 특징 584

그림 98. MIZO(1 : 12)의 재이용 실험 결과 585

그림 99. MIO-ZrO₂(4 : 1)의 재이용 실험 결과 585

그림 100. 초음파처리를 이용한 INTs 전처리 587

그림 101. 화학적 에칭을 이용한 INTs 전처리 587

그림 102. 양극산화장치 588

그림 103. Fe foil(D＝10mm)를 이용한 양극산화장치 589

그림 104. Fe foil(size: 5×4cm)를 이용한 양극산화장치 590

그림 105. 양극산화 시 시간에 따른 전류흐름 591

그림 106. INTs(D＝10mm)의 양극산화 시간에 따른 전류흐름 591

그림 107. INTs(size : 5×4cm)의 양극산화 시간에 따른 전류흐름 592

그림 108. 전해질 Na₂SO₄를 사용한 INTs(D＝10mm)의 제조조건에 따른 FE-SEM 이미지 592

그림 109. 전해질 EG를 사용한 INTs(D＝10mm)의 제조조건에 따른 FE-SEM 이미지 593

그림 110. INT(5×4cm)의 제조조건에 따른 FE-SEM 이미지 595

그림 111. 제조한 INTs의 XRD 분석 596

그림 112. INTs의 흡착 전 후의 XPS 분석 596

그림 113. INTs의 AFM 분석 597

그림 114. 양극산화 전후 Fe foil과 일반 산화철 foil의 인 제거율 598

그림 115. 초기 pH에 따른 INTs의 인 흡착 결과 599

그림 116. 초기 온도에 따른 INTs의 인 제거율 600

그림 117. INTs의 인 흡착등온선 601

그림 118. INTs의 인 흡착 kinetic 602

그림 119. INTs의 연속식 실험장치 모식도 603

그림 120. INTs의 연속식 실험장치 603

그림 121. NTs의 회분식 실험장치 604

그림 122. 회분식 및 연속식 공정에서 INTs를 이용한 축산폐수 내 인 제거 605

그림 123. 탈착용액 종류에 따른 INTs의 인 탈착율 606

그림 124. INTs의 반응시간에 따른 인 탈착 607

그림 125. INTs의 재이용 608

그림 126. 초음파처리를 이용한 ANTs 세척 609

그림 127. ANTs 소성공정 609

그림 128. ANTs 제조 양극산화장치 610

그림 129. ANTs 제조 방법 610

그림 130. ANT의 1차 양극산화 전압조건에 따른 FE-SEM 이미지 612

그림 131. ANT의 1차 양극산화 시간조건에 따른 ANTs의 FE-SEM 이미지 613

그림 132. 1차 양극산화 시간 조건에 따라 제조된 ANTs의 인 흡착실험 결과 614

그림 133. 1차 양극산화 시간에 따른 ANTs의 etching 공정 후의 FE-SEM image 615

그림 134. 2차 양극산화가 완료된 ANTs의 1차양극산화 시간조건에 따른 FE-SEM 측정 616

그림 135. ANT의 2차양극산화 시간조건에 제조된 ANTs의 FE-SEM 이미지 617

그림 136. 2차 양극산화 시간 조건에 제조된 ANTs 인 흡착실험 결과 618

그림 137. 제조된 ANTs의 EDX분석 결과 619

그림 138. Al foil과 제조된 ANTs의 XRD분석 결과 620

그림 139. ANTs를 이용한 인 흡착실험 620

그림 140. 반응시간에 따른 ANTs의 인 흡착 621

그림 141. 초기 pH에 따른 ANTs의 인 흡착 결과 622

그림 142. ANTs의 영전하점 623

그림 143. ANTs의 인 흡착등온선 623

그림 144. ANTs의 인 흡착 kinetic 해석 624

그림 145. Pilot-scale 인 회수 시스템 P&ID 626

그림 146. 공정 윤곽 도면 626

그림 147. Piping plan drawing 627

그림 148. Piping section drawing 627

그림 149. View drawing (1) 628

그림 150. View drawing (2) 628

그림 151. Equipment assembly drawing (1) 629

그림 152. Equipment assembly drawing (2) 629

그림 153. Equipment assembly drawing (3) 630

그림 154. Equipment assembly drawing (4) 630

그림 155. Container drawing 631

그림 156. MIO 파일럿플랜트 부지 633

그림 157. MIO 파일럿 플랜트 (a) 외부 및 (b) 내부 전경 634

그림 158. MIO 제조 장치 634

그림 159. MIO의 건조-습윤중량 검량선 635

그림 160. MIO 파일럿 플랜트 흡착준비 공정 636

그림 161. 현장 유입원수 농도(T-N, T-P, NH₃-N) 637

그림 162. 현장 유입원수 농도(SS) 637

그림 163. 현장 유입원수 농도(COD) 638

그림 164. MIO 파일럿 플랜트 흡착조 운전과정 639

그림 165. 반응시간에 따른 MIO 현장운전 결과 640

그림 166. 흡착 전과 후의 MIO 입자크기 변화 641

그림 167. 흡착 전후 MIO, 원수 및 SS의 zeta potential 분석 641

그림 168. 초기 pH에 따른 MIO 현장 인 흡착 결과 642

그림 169. MIO 투입량에 따른 현장 인 흡착량 및 제거율 643

그림 170. SS에 따른 MIO의 현장 인 흡착 645

그림 171. MIO의 투입량에 따른 인 흡착 후 SS의 변화 645

그림 172. 유입 인 농도 대비 MIO 투입량 상관도 647

그림 173. 유입 인 농도와 MIO 투입량을 비례하여 투입한 경우 인 제거율 647

그림 174. 현장 유입 인 농도에 따른 MIO의 인 흡착 648

그림 175. 탈착액(NaOH) 농도에 따른 인 흡착량 대비 탈착량 649

그림 176. 반응시간에 따른 MIO의 현장 인 탈착 650

그림 177. MIO의 탄산세척 651

그림 178. 세척수량에 따른 MIO의 탄산세척 652

그림 179. MIO의 재이용성 653

그림 180. MIO의 충진량에 따른 2회 흡착 시 인 제거효율 654

그림 181. MIO의 각 사이클마다 충진량 적용 시 재이용 특성 654

그림 182. (a) MIO의 현장 장기 인 제거율 및 (b) MIO의 현장 장기 인 탈착률 655

그림 183. 공공가축분뇨처리시설 대상 MIO 연속공정 물질수지 656

그림 184. 인산 제조공정 658

그림 185. 흡착제를 이용한 인 회수 공정 660

그림 186. 연구실 일일 안전점검표 693

그림 187. 실험실 안전 점검 체계 694