Journal of Korean Society of Environmental Engineers (대한환경공학회지)

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Removal of Soluble Fe(II) using Reactive Media Coated with both Fe and Mn

철과 망간이 동시에 코팅된 반응성 매질을 이용한 용존 Fe(II) 제거

  • Min, Sang-Yoon (Department of Environmental Engineering, Kwangwoon University) ;
  • Chang, Yoon-Young (Department of Environmental Engineering, Kwangwoon University) ;
  • Yang, Jae-Kyu (Division of General Education, Kwangwoon University)
  • Received : 2010.06.18
  • Accepted : 2011.02.10
  • Published : 2011.02.28
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Abstract

Evaluation of the removal efficiencies of Fe(II) by reactive sand media coated with manganese (MCS), iron (ICS) and both of iron and manganese (IMCS) was investigated as functions of solution pH ranging from 2 to 9, reaction time and concentration of Fe(II) in a batch reactor using each reactive medium and additional oxidants such as $KMnO_4$ and NaOCl. When only Fe(II) was present in solution without any reactive medium, removal of Fe(II) was quite low below pH 5 due to a slow oxidation of Fe(II) and/or negligible precipitation but greatly increased above pH 5 due to a rapid oxidation of Fe(II) and subsequent precipitation of oxidized Fe species. ICS showed negligible efficiency on the removal of Fe(II) through adsorption. However, an efficient removal of Fe(II) was observed at low solution pH in the presence of IMCS or MCS through rapid oxidation and subsequent precipitation. Removal efficiency of Fe(II) by IMCS in the presence or absence of NaOCl was quite similar. Removal rate of Fe(II) by IMCS and additional oxidants gradually increased as the solution pH increased. From the kinetic experiments, removal pattern of Fe(II) was better described by pseudo-second-order equation than pseudo-first-order equation. A rapid removal of Fe(II) using IMCS in the presence of $KMnO_4$ was observed in the first 10 min. The initial removal rate of Fe(II) using $KMnO_4$ was 14,286 mg/kg hr. In case of using NaOCl, the removal of Fe(II) occurred rapidly in the first 6 hrs and then reached the near-equilibrium state. Removal of Fe(II) on IMCS was well expressed by Langmuir isotherm and the maximum removal capacity of Fe(II) was calculated as 1,088 mg/kg.

본 연구에서는 산화망간과 산화철이 단독 및 복합 코팅된 반응성매질인 망간코팅사(MCS), 철코팅사(ICS) 그리고 철-망간코팅사(IMCS)를 이용하여 용존 Fe(II)의 산화 및 제거능을 평가하였다. 반응성매질에 $KMnO_4$와 NaOCl를 추가적인 산화제로 이용하였을 때의 Fe(II) 제거능을 반응용액의 pH, 반응시간, Fe(II) 농도변화에 따라 조사하였다. 반응성매질 및 추가적인 산화제 없이 Fe(II) 용액만을 사용한 경우, pH 5 이하에서는 Fe(II)의 느린 산화에 의해 제거율이 낮았으나 이후에는 빠른 산화 및 침전반응에 의해 제거율이 증가하였다. ICS만을 사용하였을 때 ICS 표면에 의한 Fe(II)의 제거는 극히 제한적인 것으로 나타났다. 망간 산화물이 코팅된 IMCS와 MCS를 사용한 경우 낮은 pH에서도 Fe(II)가 산화망간에 의해 산화되었으며 용액으로부터 효과적으로 제거되는 것으로 나타났다. Fe(II)는 IMCS만 단독으로 사용했을 때와 NaOCl을 산화제로 사용했을 때 제거율에서 큰 차이가 나지 않았다. IMCS와 산화제를 이용하여 Fe(II)을 제거할 경우, 용액의 pH가 증가함에 따라 이들의 산화능이 증가하였고 이로써 전체 제거율의 증가를 가져왔다. Fe(II)의 제거에 관한 반응속도 실험결과 유사-1차 반응 보다는 유사-2차 반응식으로 더 잘 표현되었으며 $KMnO_4$를 추가적인 산화제로 이용한 경우 Fe(II)는 14,286 mg/kg hr의 높은 초기 제거율(h)을 보였다. $KMnO_4$ 주입 시 반응시간 10분 안에 제거평형에 도달하였고 NaOCl의 경우는 6시간 후에 거의 제거평형에 도달하는 것으로 나타났다. IMCS에 의한 Fe(II)의 최대 제거량 값을 구하기 위해 pH 4에서 Langmuir 등온식에 적용한 결과 1,088 mg/kg의 제거량을 보였다.

Keywords

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