• Environmental Engineering Research
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• 제22권1호
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• pp.12-18
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• 2017

Struvite precipitation has been proven to be an effective method in removing and recovering ammonia nitrogen (N) and phosphate phosphorus (P) from wastewater. In this study, effects of pH, molar ratios and pre-treatment of effluent of anaerobically digested swine wastewater were investigated to improve struvite crystallization. The magnesium : ammonium : phosphate ratio of 1.2 : 1.0 : 1.0 was found to be optimal, yet the molar ratio in the wastewater was 1 : 74.9 : 1.8. From the analysis, the optimum pH was between 8.0 and 9.0 for maximal phosphate P release and from 8.0 to 10.0 for maximal ammonia N and phosphate P removal from real wastewater. Analysis from Visual MINTEQ predicted the pH range of 7-11 for ammonia N and phosphate P removal and recovery as struvite. For pre-treatment, microwave pre-treatment was ineffective for phosphate P release but ultrasound pre-treatment showed up to 77.4% phosphate P release at 1,000 kJ/L of energy dose. Precipitates analysis showed that phosphorus and magnesium in the collected precipitate had almost same values as theoretical values, but the ammonia content was less than the theoretical value.

• 대한환경공학회지
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• 제39권8호
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• pp.462-469
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• 2017

최근 부영양화 문제, 인광석 자원이 부족해지고 있는 국제적 상황, 하수처리장 관로 스케일 문제 등에 대응하기 위하여, Struvite 결정화 공정을 하수처리장 슬러지처리 계통의 고농도 인 제거/회수에 적용하려는 시도를 하고 있다. 본 연구는 실제 국내 하수처리장 슬러지처리 계통에 대한 Struvite 결정화 공정 적용 가능성을 평가를 목표하여, 첫째, 운영자료 및 현장측정자료 분석을 통하여 실제 하수처리장 슬러지처리 계통의 인 농도 및 물질수지를 분석하였고, 둘째, 평형화학 계산 프로그램을 활용하여 Struvite 결정화 반응 포텐셜, 이에 따른 최적 $Mg^{2+}$ 주입량, pH 등에 관해 연구하였고, 셋째, 실험실규모 배치실험을 통해 실제 Struvite 결정화 반응 동역학에 대해 연구하였다. 슬러지처리 계통에서의 인 농도 및 물질수지를 분석하였을 때, Struvite 결정화 공정은 소화슬러지 및 탈리여액에 적용함이 바람직한 것으로 파악되었다. 평형화학 계산결과, 안정적인 공정 운영을 위해서는 pH 8 이상, $Mg^{2+}$ 주입량은 몰비 기준 이론 요구량의 1.2배 이상을 첨가해야 하는 것으로 파악하였다. 그리고, Struvite 결정화 반응 동역학은 1차 반응속도식을 따르고, Struvite 결정화 반응이 평형상태에 도달한 경우, 모든 pH 조건에서 인산염인 제거율이 80% 이상으로 우수하게 나타났다. Struvite 결정화 반응 시 NaOH 첨가 없이 폭기만으로 $CO_2$ 탈기를 일으켜 반응 종결 후 pH 8.7 이상까지 상승했으며, $Mg^{2+}$ 주입원의 경우 간수 등 저가 대체물질을 활용할 수 있으므로, 약품비에 의한 운영비 증대 없이 Struvite 결정화 공정을 적용할 수 있으리라 판단된다.

• 한국물환경학회지
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• 제31권4호
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• pp.387-391
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• 2015

This study was performed to evaluate the effect of pH (8-12) and molar ratio of magnesium and phosphate ($[Mg^{2+}]/[PO_4{^{3-}}]$) (0.6-1.4) on struvite crystallization of anaerobic digester supernatant using seawater as magnesium source. pH range of 9-10 is favorable for ammonium and phosphate recoveries. The recovery efficiency of ammonium was highest at $[Mg^{2+}]/[PO_4{^{3-}}]$ of 1.0 and pH 10. On the other hand, high phosphate recovery efficiency (> 99%) was achieved at ($[Mg^{2+}]/[PO_4{^{3-}}]$) of 1.4 and pH 10. The results demonstrated that seawater can be considered as low-cost magnesium source to recover phosphorus from anaerobic digester supernatant.

• 한국물환경학회지
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• 제32권4호
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• pp.343-348
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• 2016

A chemical sequencing batch reactor was operated to test the feasibility of nutrient recovery from a biological livestock wastewater treatment plant. Both phosphate and ammonia could be successfully recovered as magnesium ammonium phosphate (MAP) crystals. The contents of TP and TN in the recovered MAP crystals were 26.2% and 4.0%, respectively. Zn, Cr and Ti were identified in the crystals, but the contents remained below the Korean standard for an organic fertilizer. Chemical analyses confirmed that the MAP crystals could be useful phosphate fertilizers. On the other hand, the results of physical analyses using an X-ray diffractometer and an energy dispersive X-ray spectrometer strongly suggested that crystalline materials like magnesium potassium phosphate (KMP) and hydroxyapatite (HAP) were also formed during the MAP crystallization, depending on the availability of K⁺ and Ca²⁺.

• 상하수도학회지
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• 제21권3호
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• pp.273-278
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• 2007

Modern society has moved from a phosphorus recycling loop, where animal manure and human wastes were spread on farming land to recycle nutrients, to a once-through system, where phosphates are extracted from mined, non-renewable phosphate rock and end up either in landfill(sewage sludge, incinerator ash) or in surface waters. In this research, crystallization of nitrogen and phosphate with natural sources of $Mg^{2+}$ in synthetic water was tested. The operational parameters of pH, mixing time, and the magnesium molar ratio were investigated to find optimal conditions of the MAP precipitation using synthetic wastewater. The removal efficiency of phosphate increased with pH up to 11. By MAP precipitaiton of the synthetic waste water, 94% of the phosphate were eliminated at pH 11. It was found that at least 10 minutes mixing time was required and 20 minutes mixing time was recommended for efficient phosphate removal. High efficiency removal of phosphate was possible when the magnesium molar ratio was 1.0~2.0. The comparative study of different magnesium sources showed that coagulants (PAC) was the more efficient sources than only magnesium. The result showed that 97% of phosphate removal. In conclusion, coagulants (PAC) induced crystallization of struvite and hydroxyapatite was shown to be a technically viable process that could prove cost effective for removing phosphate in wastewater.

• 대한환경공학회지
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• 제31권7호
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• pp.515-520
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• 2009

본 연구에서는 칼럼실험을 이용하여 알루미늄 철 산화물 동시피복모래에서 박테리아(Bacillus subtilis)의 부착에 산화음 이온(질산염, 탄산염, 인산염)이 미치는 영향을 조사하였다. 실험결과, 질산염의 경우 피복모래에서의 박테리아 부착은 질산염 이온의 농도변화와 무관하였다. 질산염의 농도가 변화함에 따라(0.1, 1, 10 mM) 질량회수율은 10.9${\pm}$0.2 %로 일정하였다. 탄산염의 경우 농도가 0.1 mM에서 1 mM로 증가함에 따라 질량회수율이 25.6%에서 39.0%로 증가하였고, 인산염의 경우에도 동일한 농도조건에서 50.9%에서 78.9%로 증가하였다. 이러한 현상은 박테리아 부착에 대한 탄산염과 인산염 이온의 방해효과 때문이었다. 반면, 탄산염/인산염의 농도가 1 mM에서 10 mM로 증가함에 따라 질량회수율이 각각 39.0%에서 23.8%로 78.9%에서 52.6%로 감소하였다. 이러한 현상은 탄산염/인산염의 농도증가에 따라 피복모래표면에 흡착되지 않고 수용액상에 존재하는 탄산염이나 인산염 이온이 이온강도를 증가시킴으로써 일어나는 박테리아 부착에 대한 증진효과 때문이었다. 본 실험조건에서 피복모래에서의 박테리아 부착에 미치는 영향은 인산염, 탄산염, 그리고 질산염 중, 인산염이 가장 큰 것으로 나타났다.

• 상하수도학회지
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• 제33권4호
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• pp.291-297
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• 2019

Phosphorus is a vital resource for sustaining agriculture and nutrition, but a limited non-renewable resource. Thus, the recovery of phosphorus from waste activated sludge(WAS) was attempted by microwave heating and magnesium ammonium phosphorus(MAP) crystallization. Polyphosphate-accumulating organisms(PAOs) in WAS release phosphate from the cell when they are exposed to high temperature environments. Microwave heating caused phosphorus and ammonia to release from WAS. The amount was increased with increasing temperature, showing that 88.5% of polyphosphate present in the cells were released in the form of phosphate at $80^{\circ}C$. A similar result was also observed in the release of ammonia. On the other hand, both phosphorus and ammonia were crystallized with magnesium, and then was harvested as MAP. Phosphorus recovery rate reached almost 97.8%, but the ammonia was about 13.4%. These results cleary indicate that phosphorus could be recovered from WAS using a physiological trait of PAOs. Heavy metal analyses also show that the MAP crystal is useful and safe as a phosphorus fertilizer.

• 대한환경공학회지
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• 제30권6호
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• pp.616-620
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• 2008

본 연구의 목적은 다공성 여재에서 인산염이 Escherichia coli의 부착에 미치는 영향을 분석하는 것이다. 석영모래와 철피복 모래에서 박테리아 부착에 대한 인산염의 영향을 분석하기 위하여 칼럼실험을 수행하였다. 실험결과, 석영모래에서 인산염의 농도가 0에서 16 mg/L로 증가함에 따라 박테리아의 질량 회수율은 74.5에서 35.4%로 감소하였다. 이는 석영모래에서 인산염의 농도가 증가함에 따라 박테리아의 부착이 향상됨을 나타내는데, 이러한 현상은 이온강도의 증가 때문이다. 반면, 철피복 모래에서는 인산염의 농도가 증가함에 따라 질량 회수율이 2.9에서 26.0%로 증가하였다. 이는 인산염에 의한 호의적 흡착지역 선점과 박테리아와의 경쟁적인 흡착으로 인하여, 인산염의 농도가 증가함에 따라 철피복 모래에서 박테리아의 부착이 감소함을 나타낸다.

• 유기물자원화
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• 제30권1호
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• pp.33-39
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• 2022

혐기성 소화 슬러지 탈리여액을 대상으로 마그네슘 공급원이 인산암모늄마그네슘(MAP) 결정화에 의한 인산염 회수에 어떠한 영향을 미치는지 알아보기 위해 회분식 실험을 실시하였다. 마그네슘 공급원으로 염화마그네슘, 수산화마그네슘 그리고 산화마그네슘을 사용하여 다양한 pH (7.5, 8.0 및 8.5) 조건 및 Mg/P 몰 비율(1.0, 1.5, 2.0 및 2.5)에서 인산염 회수를 실시하였다. 그 결과, 마그네슘 공급원과 관계없이 pH 조건과 Mg/P 몰 비율이 높을수록 인산염 회수율이 증가하였다. pH가 가장 낮은 7.5의 조건에서는 Mg/P 몰 비율이 증가할수록 인산염 회수율이 증가하였는데 산화마그네슘, 수산화마그네슘, 염화마그네슘의 순으로 높았다. 그러나 pH가 가장 높은 8.5의 조건에서는 Mg/P 몰 비율과 관계없이 모든 마그네슘 공급원에서 90% 이상의 높은 인 회수율을 얻을 수 있었다. 따라서 낮은 pH 조건에서도 높은 인산염 회수율을 얻을 수 있었던 수산화마그네슘과 산화마그네슘이 경제적인 측면뿐만 아니라 효율적인 측면에서도 염화마그네슘을 대체할 수 있을 것으로 기대된다.

• Environmental Engineering Research
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• 제24권3호
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• pp.434-442
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• 2019

The present study investigated a novel calcium hydroxide-coated dairy manure-derived biochar (Ca-BC) for adsorption of phosphate from water and dairy wastewater. The Ca-BC showed much higher adsorption of phosphate than that of dairy manure-derived biochar. The Ca-BC possessed mainly the calcium hydroxide and various functional groups resulting in high reactivity between phosphate and calcium hydroxide in the Ca-BC. The adsorption of phosphate onto Ca-BC followed pseudo-second order kinetic and Freundlich isotherm models indicating chemisorptive interaction occurred on energetically heterogeneous surface of Ca-BC. The maximum adsorption capacity of the Ca-BC was higher than those of iron oxide and zinc oxide-coated biochars, but lower than those of CaO- and MgO-coated biochars. However, the Ca-BC showed high reactivity per surface area for adsorption of phosphate indicating importance of surface functionalization of biochar. On the other hand, the adsorption of phosphate in dairy wastewater on Ca-BC was lower than that in water owing to competition between other anions in wastewater and phosphate. Overall, the Ca-BC would be a low cost and effective adsorbent for recovery of phosphate from water and wastewater.