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펜톤 산화에 의한 하수 슬러지로부터 유기산 생성에 관한 연구
A Study on the Production of VFAs from Sewage Sludge by Fenton's Oxidation

한금석   (숭실대학교 환경.화학공학과UU0000851  ); 남영우   (숭실대학교 환경.화학공학과UU0000851  );
  • 초록

    하수 슬러지를 펜톤 산화공정으로 처리하는 새로운 VFAs 생산 공정을 연구하였다. 과산화수소와 촉매인 $Fe^{2+}$ 의 적정농도를 실험하고, 최적 반응온도 및 반응시간에 대한 기초 자료를 얻고자 하였다. 기존의 과산화수소를 액상산화제로 사용한 공정보다 저농도의 $Fe^{2+}$ 를 촉매로 사용하는 펜톤 산화공정으로 과산화수소의 사용량을 대폭 감소시키고도 VFAs 생성량이 4배 정도 증가하는 결과를 얻었다. 과산화수소와 $Fe^{2+}$ 의 적정 농도는 각각 0.62 M과 0.007M 이었다. VFAs 생성반응은 초기 1분 이내에서 빠르게 진행되었으며 생성된 VFAs의 일부가 초산과 $CO_2$ 로 분해되는 연속반응의 특성이 나타났다. 경제성을 감안하면 반응온도는 $25^{\circ}C$ , 반응시간은 10분 정도가 적절한 반응조건으로 생각된다. 초기 pH $3{\sim}6.3$ 에서 VFAs의 생성에 미치는 pH의 영향은 관찰되지 않았다.


    A new VFAs production process from sewage sludge using Fenton's oxidation was investigated. Optimum concentrations of $H_2O_\;and\;Fe^{2+}$ as well as optimum reaction temperature for VFAs production were studied. In the presence of $Fe^{2+}$ as catalyst, the VFAs formation rate increased about 4 times compared to $H_2O_2$ oxidation process without $Fe^{2+}$ . Optimum concentrations of $H_2O_2$ and $Fe^{2+}$ were 0.62 M and 0.007 M, respectively. VFAs formation reaction proceeded rapidly within 1 min and VFAs formed degraded partly to acetic acid and $CO_2$ , which exhibited series reaction characteristics. Based on the economic aspect, reaction temperature of $25^{\circ}C$ and 10 min of reaction time were thought to be proper reaction conditions. The effect of initial pH in the range of $3{\sim}6.3$ on the VFAs formation was not observed.


  • 주제어

    펜톤 산화 .   하수 슬러지 .   유기산 .   $H_2O_2$ 산화 .   OH 라디칼.  

  • 참고문헌 (19)

    1. 민경석, 정용준, 압둘라만칸, '일차슬러지, 분뇨 및 축산폐수를 혼합한 산발효,' 대한토목학회논문집, 21(1-B), 75-83(2001) 
    2. 안재환, 조완선, 지재성, 배우근, 이미경, '습식산화 반응에서 촉매 및 pH 가 하수 슬러지의 분해에 미치는 영향', 대한환경공학회지, 26(10), 1086-1092(2004) 
    3. 조민정, '팬톤 산화에 의한 첨출수처리의 반응속도론적 해석,' 고려대학교 석사학위논문 (1999) 
    4. Gogate, P. R. and Pandit, A. B., 'A review of Imperative Technologies for Wastewater Treatment I: Oxidation Technologies at Ambient Conditions,' Adv. Environ. Res., 8, 501-551(2004) 
    5. 원종철, 이종윤, 안웅헌, 남궁원, 윤조희, 'Feton 산화공정을 이용한 매립지 침출수 처리,' 한국폐기물학회지, 16(3), 314-321(1999) 
    6. 남영우, 박태욱, '과산화수소에 의한 탈수 슬러지로부터 유기산 생성 특성', 대한환경공학회지, 26(6), 649-656(2004) 
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    9. 이상호, 문혜진, 김유미, '펜톤 산화 방법에 따른 염색 폐수 처리 효율 향상에 관한 연구', 대한환경공학회지, 25(1), 87-93(2003) 
    10. Joglekar, H. S., Samant, S. D., and Joshi, J. B., 'Kinetics of Wet Air Oxidation of Phenol and Substituted Phenols,' Water Res., 25(2), 135-145(1991) 
    11. 남영우, 박태욱, 한금석, ' 발효와 습식산화에 의한 농축슬러지로부터 유기산 생성 특성에 관한 연구,' 한국폐기물학회지, 21(3), 223-233(2004) 
    12. Meric, S., Kaptan, D., and Olmez, T., 'Color and COD Removal from Wastewater Containing Reactive Black 5 using Fenton's Oxidation Process,' Chemosphere, 54, 435-441(2004) 
    13. 원찬희, 차승원, 이순영, '펜톤 산화 및 백색부후균을 이용한 축산폐수 중의 난분해성 물질의 제거,' 대한환경공학회지, 25(6), 670-675(2003) 
    14. Debellefontain, H., Chakchouk, M., Foussard, N., Tissot, D., and Striolo, P., 'Treatment of Organic Aqueous Wastes : Wet Air Oxidation and Wet Peroxidation Oxidation,' Environ. Pollut., 92(2), 155-164(1996) 
    15. Quitain, A. T., Faisal, M., Kang, K. Y., Daimon, H., and Fujie, H., 'Low-Molecular-Weight Carboxylic Acids Produced from Hydrothermal Treatment of Organic Waste,' J. Hazard. Mater., B93, 209-220(2002) 
    16. 김형석, 송영채, 성낙창, '1차 하수슬러지의 유기산 발효에 미치는 HRT의 영향, ' 폐기물자원화, 10(3), 68-73(2002) 
    17. Stohs, S. J., and Bagchi, D., 'Review Article-Oxidation Mechanism in the Toxicity of Metal Ions,' Free Radical Bioi. Med., 18(2), 321-336(1995) 
    18. Friedman, A. A., '64 Characteristics of Residues from Thermally Treated Anaerobic Sludges, ' Proc. 42nd Industrial Waste Conf., Perdue University, 629-649(1987) 
    19. 김동현, 이경혁, ' 펜톤 산화반용을 이용한 유기산세정 약품 처리, ' 한국수질보전학회, 14(1), 13-19(1998) 
  • 이 논문을 인용한 문헌 (1)

    1. 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

  • 남영우 (6)

    1. 1996 "개스분석에 의한 주상변압기의 예방진단에 관한 연구 -자외-가시선 흡수분광광도법에 의한 절연유의 열화도 측정-" 照明·電氣設備學會誌 = Journal of the Korean institute of illuminating and electrical installation engineers 10 (5): 94~100    
    2. 2000 "경제성분석을 이용한 접촉폭기방식 중수도의 설치규모분석에 관한 연구" 대한환경공학회지 = Journal of Korean Society of Environmental Engineers 22 (11): 1945~1954    
    3. 2002 "저온 열분해에 의한 저유황 석탄의 탈황 특성" 청정기술 = Clean technology 8 (1): 1~9    
    4. 2008 "레졸수지 합성에서 부가반응 특성 및 반응속도론" 화학공학 = Korean chemical engineering research 46 (2): 301~309    

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