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$Fe^0$, $Fe^{2+}$, $Fe^{3+}$ / $H_2O_2$ 시스템을 이용한 침출수의 Fenton 산화반응
Fenton Oxidation of Landfill Leachate by $Fe^0,\;Fe^{2+},\;Fe^{3+}\;/\;H_2O_2$ Systems

박성호   (서울시립대학교 환경공학과UU0000710  ); 한인섭   (서울시립대학교 환경공학과UU0000710  );
  • 초록

    Fenton 산화공정을 매립지 침출수에 적용하여 최적의 촉매를 선정하고 최적의 반응조건을 도출하기 위해 Lab scale로 상온에서 실험하였다 본 실험의 연구 결과, 다음의 결과를 얻을 수 있었다. 1) TOC의 제거효율로 최적 pH를 살펴본 결과 $Fe^{2+}$ 는 pH 3.0, $Fe^{3+}$ 는 pH 4.5, $Fe^0$ 는 pH 4.0으로 각각 관찰되었다. 2) 각 촉매별 최적 주입량을 결정하고 반응특성을 살펴보기 위하여 TOC, $COD_{Cr}$ , $UV_{254}$ 를 변수로 보았고, 2가철의 경우 $H_2O_2$ : $Fe^{2+}\;=\;1,200\;mg/L$ : 1,200\;mg/L로 결정되었다 또한 3가철의 경우 $H_2O_2$ : $Fe^{3+}\;=\;1,200\;mg/L$ : 1,200 mg/L, 0가철의 경우 $H_2O_2$ : $Fe^0\;=\;900\;mg/L$ : 1,200 mg/L로 각각 결정되었다. 3) 최적조건에서 3가철( $Fe^{3+}$ )이 TOC와 $COD_{Cr}$ 에서 가장 높은 제거효율을 나타냈지만 0가철( $Fe^0$ )과 큰 제거율 차이를 나타내지 않았다. 이에 따라 경제적인 측면을 고려할 때 0가철( $Fe^0$ )이 동일한 철염주입량에서 가장 적은 과산화수소 주입량이 필요하므로 상대적으로 우수한 것으로 나타났다. 4) 실험에 적용된 최적 pH를 검증하기 위해 처리수를 pH 중화제(NaOH)로 적정했을 때 각 촉매별로 실험에 사용된 pH가 최적조건임을 확인할 수 있었다. 5) 촉매별로 시간에 따른 redox potential을 사용하여 모든 촉매에 대해 산화반응의 정도 및 반응이 일어나고 있는 계의 산화환원력을 간접적으로 측정할 수 있었다. 이에 따라 실제 Fenton 공정을 적용할 때 "on-line monitoring"의 기초 자료로써 산화환원전위를 활용할 수 있을 것으로 판단된다.


    This investigation aimed at selecting the optimum catalyst and reaction conditions used in Fenton oxidation for landfill leachate treatment and was carried out at ambient temperature using a lab-scale experiment. The investigation led to the following results: 1) The optimum pH and dose for each iron catalyst were as follows: $Fe^{2+}\;=\;1,200\;mg/L$ , $H_2O_2\;=\;1,200\;mg/L$ , initial pH=3.0; $Fe^{3+}\;=\;1,200\;mg/L$ , $H_2O_2\;=\;1,500\;mg/L$ , initial pH=4.5; $Fe^0\;=\;1,200\;mg/L$ , $H_2O_2\;=\;900\;mg/L$ , initial pH=4.0, respectively. 2) The progress of Fenton oxidation could be instrumentally monitored by measuring redox potential evolution during leachate oxidation, thus, indicating the possibility of an on-line process monitoring. 3) A simple acid-base titration of Fenton-treated leachate proved that a relevant fraction of by- products formed during the treatment was made of acidic compounds in the optimum reaction condition for each catalyst used, thus demonstrating that the higher the extent of Fenton oxidation the greater was the amount of acids formed. 4) With the aim of selecting the optimum catalyst among $Fe^0$ , $Fe^{2+}$ and $Fe^{3+}$ , removal efficiency of each parameter in the optimum reaction conditions was considered. Although $Fe^{3+}$ was higher than other catalysts( $Fe^0$ , $Fe^{2+}$ ) in removal efficiency, $Fe^0$ was a optimum catalyst with a view of cost effectiveness.


  • 주제어

    철 촉매($Fe^{2+}$, $Fe^{3+}$, $Fe^0$) .   Fenton산화 .   매립지 침출수 .   산화환원전위.  

  • 참고문헌 (19)

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    3. 강준구, 황태문, 임형남, 오현제, 강준원, '고도정수처리를 위한 오존/AOP(오존/$H_{2}O_{2}$)공정 적용시 $H_{2}O_{2}$가 오존 소모특성에 미치는 영향,' 대한환경공학회 2002 춘계학술연구 발표회 논문집(I), 선문대학교, 3-4(2002) 
    4. San, N., Martinez, S., and Fernandez, J. F., Pre-oxidation of an Extremely Polluted Industrial Wastewater by the Fenton's Reagent, J. Hazard. Mater., B101, 315-322 (2003) 
    5. 김수명, '난분해성 유기오염물의 화학적 산화를 위한 Photo-Fenton 반응의 기초 연구,' 대한환경공학회지, 20(10), 1385-1394(1998) 
    6. Lin, S. H. and Lo, C. C., 'Fenton Process for Treatment of Desizing Wastewater,' Water Res., 31(8), 2050-2056(1997) 
    7. 장윤영, 정동철, 정민정, 최상일, '$Fe^{0}/H_{2}O_{2}$ 시스템을 이용한 Fenton 유사반응의 특성에 관한 기초 연구,' 한국물환경학회지, 15(4), 591-599(1999) 
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    9. Neyens, E. and Baeyens, J., 'A Review of Classic Fenton's Peroxidation as an Advanced Oxidation Technique,' J. Hazard. Mater., B986 
    10. Chamapro, E., Marco, A., and Esplugas, S., Use of Fenton Reagent to Improve Organic Chemical Biodegradability, Water Res., 35(4), 1047-1051(2001) 
    11. 김태민, 김성준, 이태희, '광촉매 현탁식 $TiO_{2}/H_{2}O_{2}$ 시스템을 이용한 페놀의 분해,' 대한환경공학회지, 23(3), 393-406(2001) 
    12. Murphy, A. P., Boegll, W. J., Price, M. K., and Moody, C. D., A Fenton-like Reaction to Neutralize Formaldehyde Waste Solutions, Environ. Sci. Technol., 23(2), 166-169(1989) 
    13. Lau, I. W. C, Wang, P., and Fang, H. H. P., Organic Removal of Anaerobically Treated Leachate by Fenton Coagulation, J. Environ. Eng., 127(7), 666-669(2001) 
    14. 김형엽, 김종신, 원찬희, '응집공정과 Fenton 산화공정에 의한 침출수 처리,' 대한환경공학회지, 23(6), 979-987(2001) 
    15. Kang, Y. W. and Hwang, K. Y., Effects of Reaction Conditions on the Oxidation Efficiency in the Fenton Process, Water Res., 34(10), 2786-2790(2000) 
    16. Bae, J. H., Kim, S. K., and Chang, H. S., 'Treatment of Landfill Leachates : Ammonia Removal via Nitrification and Denitrification and Further COD Reduction via Fenton's Treatment Followed by Activated Sludge,' Water Sci. Technol., 36(12), 341-348(1997) 
    17. Lopez, A., Pagano, M., Volpe, A., and Pinto, A. C. D., 'Fenton's Pre-treatment of Mature Landfill Leachate,' Chemosphere, 54, 1005-1010(2004) 
    18. 이상호, 문혜진, 김유미, 'Fenton 산화 방법에 따른 염색폐수 처리 효율 향상에 관한 연구,' 대한환경공학회지, 25(1), 87-93(2003) 
    19. Gozzo, F., Radical and Non-radical Chemistry of the Fenton-like Systems in the Presence of Organic Substrates, J. Mol. Catal. A: Chemical, 17, 11-22(2001) 
  • 이 논문을 인용한 문헌 (4)

    1. Sung, Il-Wha 2006. "Treatment Efficiency of Complex Wastewater by Fenton's Oxidation Condition" 韓國環境保健學會誌 = Journal of environmental health sciences, 32(5): 446~450     
    2. Kim, Dong-Seog ; Park, Young-Seek 2007. "Decolorization of Rhodamine B by Fenton, Fonton-like and Photo-Fenton-like Oxidation" 韓國環境保健學會誌 = Journal of environmental health sciences, 33(2): 150~157     
    3. Son, Hyun-Seok ; Im, Jong-Kwon ; Zoh, Kyung-Duk 2008. "The Study on the Change of Iron Concentration and the Reaction Mechanism of the 1,4-Dioxane Degradation using Zero Valent Iron and UV" 대한환경공학회지 = Journal of Korean Society of Environmental Engineers, 30(3): 323~330     
    4. An, Sang-Woo ; Jeong, Young-Cheol ; Yoo, Ji-Young ; Min, Jee-Eun ; Lee, Si-Jin ; Park, Jae-Woo 2013. "Optimal Condition of Operation Parameter for Livestock Carcass Leachate using Fenton Oxidation Process" 지하수토양환경 = Journal of soil and groundwater environment, 18(1): 26~35     

 저자의 다른 논문

  • 박성호 (1)

    1. 2005 "원수의 수질화학과 HA의 물리화학적 특성이 막 오염에 미치는 영향" 水質保全 = Journal of Korean Society on Water Quality 21 (3): 242~247    
  • 한인섭 (30)

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