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논문 기본 정보

자료유형
학위논문
저자정보

박진세 (건국대학교, 건국대학교 대학원)

지도교수
박기영
발행연도
2018
저작권
건국대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수14

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

초록· 키워드

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철강이나 금속가공공업에서는 가공 후 표면처리 공정이나 산세척을 통해 고농도의 질산염을 포함하는 폐수가 발생하고, 염색 공업이나 염료 산업에서도 암모니아와 유기성 질소가 포함된 폐수가 발생되고 있다. 이러한 하폐수 내의 질소를 제거하는 방법으로 생물학적 공법이 주로 쓰이고 있다. 하지만 생물학적 공법은 질소 부하율이 높고, C/N 비가 낮은 고농도 질소성 산업폐수 처리에의 적용에 있어 애로사항이 있다.
이에 고농도 질산염을 제거하기 위해 전기화학적 산화 환원 반응을 이용하여 질산염을 환원시켜 제거하며, 환원된 아질산염과 암모니아의 재산화를 막기 위하여 양이온교환막을 적용하여 양이온교환막을 적용하지 않은 경우와 효율을 비교하였다.
본 실험에서는 전류 밀도와 전해질 농도를 변화시켜 질산염의 제거 효율에 관하여 실험하였으며, 실험을 진행하며 질산염, 아질산염, 암모니아, pH, 온도, 전압을 측정하였다. 반응 시 음극구획에서 생성되는 암모니아가 양극구획에서 생성되는 차아염소산과 파과점염소반응을 일으키는지에 대한 것을 계산해 보았다.
연구 결과 전류밀도는 높을수록 제거율이 높았으나, 일정이상의 전류밀도(40 mA/cm2)에서는 반응기의 온도가 양이온 교환막의 적정가동 범위인 50 ℃를 넘어 최적 전류밀도는 20 mA/cm2에서 가장 효율적인 전류밀도라 판단하였다. 전해질 농도는 질산염의 환원율에 차이가 거의 없다고 판단되었으나 낮은 전해질 농도에서는 온도가 매우 높아지는 것으로 보여 전해질 농도가 높았을 때 적정온도가 유지 될 것으로 판단된다. 양이온 교환막을 이용한 Divided Cell 과 이용하지 않은 Undivided Cell의 전극 단위면적당 질산염의 환원율은 Divided Cell 에서 높았지만, 단위면적당 TN 제거율을 비교하였을 때는 Undivided Cell에서 높았던 것으로 보였다. 이는 Undivided Cell 에서의 아질산염과 암모니아의 발생이 현저히 적었기 때문이라 보인다.
Divided Cell 에서의 질산염의 환원율이 더 좋았으나, Undivided Cell 에서의 단위 면적 당 총질소 제거율이 좋았기 때문에 제거 목적에 맞게 두 셀의 특성을 따질 수 있을 것이다. 이 연구는 전기분해 공정에 있어서의 질산염 제거가 목적이었기 때문에 Divided Cell을 선택하는 것이 더 좋은 선택이었다고 사료된다.

목차

제1장 서론......................................................................................................................1
1.1 연구 배경 및 필요성.............................................................................................1
1.2 연구의 목표 및 범위.............................................................................................2
제2장 이론적 배경.......................................................................................3
2.1 질산염 제거 기술....................................................................................................3
2.2 전기화학적 처리......................................................................................................7
2.2.1 전기분해의 일반적인 이론............................................................................7
2.2.2 전기화학적 처리의 주요 인자......................................................................9
2.2.3 전극반응...........................................................................................................13
2.2.4 전극반응속도...................................................................................................15
2.2.5 반응시간...........................................................................................................16
2.2.6 전기화학의 전기적 단위..............................................................................17
2.2.7 산화와 환원.....................................................................................................19
2.3 질산염 제거............................................................................................................21
2.3.1 질산염 제거의 전기화학적 산화 환원 반응(음극, 양극)....................21
2.3.2 염소이온의 산화로 인한 차아염소산의 발생.........................................23
2.3.3 파과점 염소반응............................................................................................25
제3장 실험 재료 및 방법.........................................................................26
3.1 실험재료 및 장치....................................................................................................26
3.1.1 실험재료...........................................................................................................26
3.1.2 실험장치...........................................................................................................27
3.1.3 대상시료...........................................................................................................30
3.2 실험 방법................................................................................................................31
3.2.1 Undivided Cell 에서의 전기화학적 처리................................................31
3.2.2 Divided Cell 에서의 전기화학적 처리.....................................................31
3.3 분석 방법................................................................................................................33
3.3.1 질산염의 측정.................................................................................................33
3.3.2 아질산염의 측정............................................................................................33
3.3.3 암모니아성 질소의 측정..............................................................................33
3.3.4 유리잔류염소의 측정....................................................................................34
3.3.5 온도 측정.........................................................................................................35
3.3.6 pH의 측정........................................................................................................35
제4장 실험 결과 및 고찰.........................................................................36
4.1 Undivided Cell 에서의 질산염 제거 특성.....................................................36
4.2 Divided Cell 에서의 전류밀도에 따른 전기화학적 질산염 제거 특성..............................................................................................................................39
4.3 전해질 농도에 따른 전기화학적 질산염 제거 특성...................................48
4.4 전기분해 공정에서의 차아염소산의 생성......................................................58
4.5 Undivided Cell 과 Divided Cell 에서의 환원율 비교................................61
제5장 결론....................................................................................................63
참고문헌............................................................................................................................... 65
ABSTRACT ................................................................................................................... 69

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