최근 환경기준이 강화되면서 하수 처리공정에서 생물학적 처리와 탈인시설을 조합한 하이브리드형 고도처리 공정이 빠르게 도입되고 있다. 현재 도입되고 있는 탈인시설은 대부분 응집제 투여를 바탕으로 하는 화학적 처리공정으로 비교적 처리공정과 유지관리가 간단하여 처리효율의 신뢰도가 높은 장점이 있는 반면에 화학약품 비용과 발생된 슬러지의 처분비용 등이 매우 높다는 단점이 있다. 이에 반해 하이브리드형 고도처리시스템을 구축하는데 있어 가장 단순하고 안정적인 단위공정의 하나로 알려진 흡착법은 이온성 물질의 동시제거가 가능하면서도 기후 및 농도에 관계없이 처리효율이 비교적 일정하고, 부생독성물질을 생성시킬 위험성이 없다는 장점을 가지고 있다. 그럼에도 불구하고 흡착법이 하수처리의 탈인공정으로 널리 활용되지 못하는 이유는 인산이온만을 선택적으로 흡착할 수 있는 흡착제가 없기 때문이다. 최근 저자들은 하수처리수를 이용한 컬럼실험을 통해 강염기성은 물론 약염기성 음이온교환수지 모두 하수 중에 다량 함유되어 있는 황산이온의 방해로 인산이온을 거의 흡착하지 못함을 확인하였다. 즉, 고정층 컬럼 실험을 통해 얻은 인산이온의 흡착량은 인산이온만 있을 경우 134 mg/g인데 반해 실폐수의 경우 Cl과 SO4이온의 흡착경쟁 때문에 10.4 mg/g으로 감소하여 실폐수 적용이 불가능하였다.

Adsorption using highly porous and highly functionalized sorbents is a straightforward removal technology currently being employed, however the range of contaminants is limited. A novel sorbent was synthesized from activated carbon and Zr-based UiO66 metal organic framework to remove both cationic and oxyanionic metals from aqueous solutions. The composite was characterized using FSEM-EDS, FT-IR, XRD, and TGA, and showed successful integration of UiO66 on the surface of activated carbon. Batch adsorption tests with ICP-OES reveal that the composite has removal efficiency >95% for Pb (II), Cu (II), Se (IV), and As (V). The hybrid material is a promising sorbent for the removal of both cationic and oxyanionic metals for wastewater purification.

이온교환법 또는 흡착법은 기존의 생물학적 처리공정과 연계한 고도처리시스템을 구축하는데 있어 가장 단순하고 안정적인 단위공정의 하나가 되고 있다. 이에 따라 다기능성, 고효율성, 이온 선택성 및 경제성을 갖춘 흡착소재를 개발하기 위해 많은 노력이 이루어지고 있다. 리그노셀룰로오스계 천연 고분자 물질은 자연에 풍부하면서도 저가라는 점에서 다양한 기능성의 흡착소재로 활용되고 있다. 이 중 정미산업의 주요 부산물인 왕겨는 기계적 강도가 높고 일정한 형상과 넓은 비표면적을 가지고 있다는 장점이 있어 생체흡착제 제조 원료로 적합한 특성을 가지고 있다. 우리나라에서는 매년 60만톤 이상의 왕겨가 발생하고 있으며, 이들의 95% 이상이 축산분뇨와 혼합하여 퇴비로 사용되고 있는 실정이다. 본 연구에서는 왕겨의 새로운 재활용 방안으로 생체흡착제 제조를 위한 기질물질로 왕겨의 활용 가능성과 효율성을 검토하기 위해 potassium peroxydisulphate(K2S2O8)를 산화-환원 개시제로 하는 그라프트 중합반응을 통해 왕겨표면에 glycidyl methacrylate(GMA)를 화학적으로 결합시켜 에폭시기(-COC-)를 도입하고, Diethylenetriamine(DETA)과 반응을 통해 에폭시기에 아민기(-NH)를 도입하는 방법으로 음이온 흡착기능성 왕겨흡착제(RH-g-GMA-DETA)를 제조한 다음, 회분식 흡착실험을 통해 아민형 왕겨흡착제의 NO3-N와 PO4-P에 대한 흡착효율 및 흡착특성을 평가하였다. 아민형 왕겨흡착제 RH-g-GMA-DETA의 NO3-N와 PO4-P에 대한 흡착은 Fruendlich 흡착등온식보다는 Langmuir 흡착등온식과 잘 일치하였으며, Langmuir흡착등온식으로부터 구한 최대 단일층 흡착량은 NO3- 68.5 mg/g, PO43- 129.8 mg/g이었다. 흡착은 NO3- 와 PO43- 모두 20분 이내에 평형에 도달할 정도로 빠르게 진행되었으며, 2차 흡착속도식과 잘 부합하는 특성을 보여 chemisorption이 속도결정단계에서 중요한 역할을 함을 알 수 있었다. D-R모델로부터 추산한 흡착에너지는 NO3- 가 9.3 kJ/mol, PO43- 가 140 kJ/mol로 각각 이온교환과 화학적 흡착이 주된 흡착메카니즘으로 작용하였음을 나타내었다. 공존 음이온간 흡착선택성과 흡착에 미치는 pH 영향을 동시에 살펴 본 결과 RH-g-GMA-DETA의 흡착선택성은 SO4>PO4>NO3≥NO2>F의 순이었으며, SO4는 pH의 영향을 거의 받는 흡착특성을 보이는 반면, PO4는 pH가 증가할수록 흡착량이 증가하는 특성을, NO3, NO2 및 F는 pH 5 이상에서는 흡착량이 급격히 감소하는 특성을 보였다.

This research investigated the feasibility of rice husk (RH) as a biosorbent for the removal of anions from aqueoussolution. RH-g-GMA-Am biosorbent, which possesses anionic exchangeable function, was prepared through graftpolymerization of glycidyl methacrylate (GMA) in the presence of N,N'-methylene-bis-acrylamide as a cross-linker usingpotassium peroxydisulphate as a redox initiator and subsequent amination reaction using ethylenediamine (EDA),diethylenetriamine (DETA), dimethylamine (DMA) and trimethylamine (TMA) as a amine source. Fourier transforminfrared (FTIR) and scanning electron microscopy (SEM) analysis as well as the sorption capacity for anions verifiedthe presence of grafted GMA polymers and amine groups on the RH surface. The zero point of surface potential ofaminated RH-g-GMA-Am sorbent was 6.4, which facilitated the sorption of anions on the positively charged sorbent atpH<6.4. The sorption capacity of RH-g-GMA-Am depending on the amination chemicals increased in the order:DETA≥EDA>DMA>TMA, i.e., primary amine>secondary amine>tertiary amine. The sorption selectivity of RH-g-GMA-Am sorbent aminated with DETA and EDA in the presence of equimolar anions and at pH 4.7 increased in theorder: SO4>PO4>NO3>F. Furthermore, their sorption capacities for PO4 were much higher than those of commercialanion-exchange resins. The results obtained suggest that the RH-g-GMA-Am biosorbent prepared by the GMA graftcopolymerization and subsequent amination can be used as an effective anion-exchanger comparable to commercial anion-exchange resins.