PURPOSES : The effects of strontium cations on the strength of hydrated cement composites as well as the morphology and chemical composition changes of cement hydrates due to strontium treatment are investigated in this study. Subsequently, the potential of a strontiumbased aqueous solution as a near-surface treatment method for hydrated cement composites is evaluated. METHODS : To supply strontium cations to a hydrated cement composite, a 30% strontium nitrate aqueous solution was used. Cement paste (w/c = 0.4) specimens were prepared and cured in the 30% strontium nitrate aqueous solution, which allows the strontium ions to penetrate into the specimen and treat the near-surface region. Compressive and flexural strength tests were performed on both specimens treated by the strontium ions and untreated specimens cured in deionized water, and the test results were compared. To investigate the changes in the morphology and chemical compositions of the cement hydrates due to the treatment, scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive spectrometry (EDS) analyses were performed. RESULTS : The results of the strength tests indicate that both the compressive and flexural strengths of the specimens cured in the 30% strontium nitrate aqueous solution improved significantly compared with the specimens cured in deionized water for the same duration. In particular, the strontium nitrate aqueous solution shows greater improvement in terms of the flexural strength compared with the compressive strength. The maximum penetration depth of strontium into the hydrated cement composite is 5 mm during the first 7 d of immersion and increases to 6.5 mm during the subsequent 14 d. The SEM results show that the microstructure of the hydrated cement composite is densified by the strontium nitrate aqueous solution treatment. The EDS results show that morphology and chemical compositions of the cement hydrates are altered. This implies that the strontium cations can be combined with C–S–H and C–S–A–H phases to form new types of hydrates. CONCLUSIONS : The experimentally results show that the strength of hydrated cement composites can be improved by modifying their near-surface regions via the strontium cation penetration technique. This implies that the strontium-based aqueous solution exhibits high potential for the maintenance and rehabilitation of concrete structures.

제 4 차 산업혁명이 일어남에 따라 각국의 정부와 기업들은 보다 환경친화적인 정책과 기술 개발에 힘쓰고 있다. 배기가스 배출과 소음이 거의 없는 전기차 및 수소차의 개발, 그리고 이를 보편화 하기 위한 정부의 정책 등 기존의 경제, 산업 구조를 친환경적으로 바꾸려는 시도가 많이 이루어지고 있다. 최근 여러 환경문제를 해결하기 위해 각종 유해 가스 흡착 및 폐수 처리용으로 활성탄을 많이 사용하고 있으나 흡착질의 특성에 따라 요구되는 표면 특성이 다르기 때문에 수요에 걸맞는 활성탄의 개발이 점차 요구되고 있는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 친수성 유기물 제거에 유리한 활성탄을 개발하고자 C-O, C-O-C, C=O 및 O=C-O 등과 같은 친수성 작용기를 질산처리 방법을 통해 활성탄 표면에 효과적으로 도입하는 연구를 진행하였다. 질산을 활용하여 끓는점 및 다양한 농도 조건에서 활성탄을 환류, 개질하였고, 이를 세척 후 고온에서 탄화시켜 활성탄의 표면을 개질하였다. 제조된 개질활성탄은 활성탄의 비표면적, mesopore 및 micropore 의 함량을 알기 위하여 BET 를 이용하여 측정하였고, 4 M 120 ℃에서 개질한 결과 가장 높은 792.22 m2g-1 으로 확인되었다. 또한 제조된 활성탄의 표면 및 기공 특성 변화를 확인하기 위해 SEM, XPS, EDX, BET 등의 분석을 실시하였으며 질산 처리 정도에 따른 특성 변화에 대해 비교 고찰하였다.

본 연구에서는 막결합생물반응조(MBR)공법을 비롯한 하수고도처리공법에서 유입하수량의 변화에 따른 슬러지 특성 변화를 파악하고자 하였다. 일 1.5톤을 처리하는 모형실험시설에서 설계유량 대비 유입하수량을 100, 70, 40, 10%로 변 화시켜가며 이에 따른 비탈질속도(specific denitrification rate)와 비질산화속도(specific ammonia oxidation rate)의 변화를 측 정하였다. 각 공법의 폭기조에서 채취한 슬러지의 비질산화속도는 유입하수량 100% 조건에서 세 가지 공법 모두 유사한 값 (0.10 gNH4/gMLVSS/day)으로 측정되었다. 유입하수량이 70%에서 40%로 감소함에 따라 비질산화속도가 크게 감소하는 경향을 나타냈다. 비탈질속도 역시 유입하수량이 감소함에 따라 최대 50%가량 감소하였다. 유입하수량이 감소할수록 비탈질속 도와 비질산화속도가 감소하는 경향을 나타냈으나 원수의 총질소 농도와 반응조 내 미생물 농도를 고려하면 질소제거율에 영향을 미칠 정도는 아니었다. 따라서 유입하수량이 감소하는 경우에도 반응조 내 미생물 농도를 높게 유지할 수 있다면 안정적인 질소 제거가 가능할 것으로 판단된다.

질산성 질소는 수용액에서 상당히 안정하게 존재하기 때문에 제거하는 데에 있어 상당한 기술 이 요구된다. 또한 저 농도의 질산성 질소는 쉽게 제거되는 반면 고농도 질산성 질소는 제거하기가 힘들 다. 따라서 본 연구에서는 직경 3mm 정도의 아연 ball을 이용하여 고농도의 질산성 질소를 기체 질소의 형태로 제거하는 것을 목적으로 하였고, 다양한 반응조건에서 질산성 질소의 제거 특성을 실험하였다. 본 연구의 결과로 아연 ball을 사용하여 연속식 처리를 통한 질산성 질소의 처리효율은 약 80%정도 되었다. 하지만 폐수를 수소이온농도 2 정도의 산성 분위기로 유지시켜야하고 처리된 폐수를 중화 처리하여 방류 시켜야하는 등의 문제점은 상존하고 있다.

본 연구는 강산 분위기에서 아연의 산화 환원 반응을 통한 폐수 중 질산성 질소 제거에 관한 연구이다. 폐수에 황산(H2SO4)을 첨가하여 강산 분위기를 조성한 다음, 아연과 설파믹산을 넣어주게 되면 금속 아연이 산화되고, 이온화된 질산성 질소가 환원 처리되어 제거되는 연구이다. 산화 반응은 강산 분 위기일수록 반응이 잘 일어나기 때문에 pH 2.0~4.0 범위 중 pH 2.0에서 제거효율이 높았다. 설파믹산을 첨가함으로써 질산 이온을 최종 질소가스로 환원시켜 제거하는 것이 설파믹산이 존재하지 않을 때보다 H+ 이온 소모량이 적기 때문에 설파믹산을 투입하는 것이 유리하였다. 같은 아연 양에 따라 설파믹산을 넣지 않은 것은 질산성 질소가 46.0% 제거되는 반면, 설파믹산을 넣게 되면 질산성 질소가 93.0% 제거 된다. 본 실험에서 아연은 입자가 분말 형태로 제조되어 반응성이 다른 일반 아연 금속보다 크기 때문에 반응 후 1분 만에 제거 효율이 약 80.0% 로 매우 높게 나타났다.

This study investigated the effect of a co-culture of Scenedesmus dimorphus and nitrifiers using artificial wastewater on the removal of ammonium, nitrate and phosphate in the advanced treatment. To test the synergistic effect of the co-culture, we compared the co-culture treatment with the cultures using S. dimorphus-only and nitrifiers-only treatment as controls. After 6 days of incubation, nitrate was removed only in the co-culture treatment and total amount of N removal was 1.3 times and 1.6 times higher in the co-culture treatment compared to those in the S. dimorphus- and nitrifiers-only treatments, respectively. In case of total amount of P, co-culture treatment removed 1.2 times and 12 times more P than the S. dimorphus -and nitrifiers-only conditions, respectively. This indicates that the co-culture improved removal rates for ammonium, nitrate, and phosphate. This further implies that there was no need for denitrification of nitrate and luxury uptake of P processes because nitrate and phosphate can be removed from the uptake by S. dimorphus. In addition, co-culture condition maintained high DO above 7 mg/L without artificial aeration, which is enough for nitrification, implying that co-culture has a potential to decrease or remove aeration cost in the wastewater treatment plants.

In this research, the target process was a modified type of a conventional aeration tank with four different influent feeding points and alternated aeration to obtain nitrogen removal. For more accurate switching of influent feeding, the process was operated under a designed control strategy based on monitoring of NH4-N and NOX-N concentrations in the tank. However, the strategy did have some limitations. For example, it was not sensitive to detecting the end of each reaction when losing the balance between nitrification and denitrification of each opposite part of biological tank. To overcome the limitations of the existing control strategy, a diagnosis-based control strategy was suggested in this research using the diagnosis results classified as normal (N), ammonia accumulation (AA) and nitrate accumulation (NA). Using the pre-designed rules for control actions, the aeration and volume of the aerated part of the reactor could be increased or decreased at a fixed mode time. In simulations of the suggested diagnosis-based control strategy, the NH4-N and NOX-N removal rates in the reactor were maintained at higher levels than those of the existing control strategy.

연안 준설퇴석물을 열처리, 생물침출공정을 이용한 중금속처리, 중화처리 등의 다양한 방법으로 전처리한 재료를 이용하여 연안해수에 함유된 질산염의 흡착특성에 대한 실험실적 연구를 수행하였다. 전처리된 퇴적물의 흡착평형시간은 생물침출-열처리 퇴적물이 17분으로 가장 빨랐으며 생물침출-중화-열처리 퇴적물과 생물침출퇴적물이 각각 25분. 27분으로 황토와 열처리 황토에서의 3,3분, 32분 보다 빠르게 흡착되는 것으로 평가되었다. 시험된 재료들에 대한 흡착공정은 Freundlich 등온흡착식으로 해석할 수 있었으며, 전처리한 퇴적물의 흡착속도가 황토에 비해 빠름을 알 수 있었다. 질산염의 흡착량은 퇴적물과 열처리 퇴적물에서 각각 2.l2, 2.19 mg NO3-N/g 으로 가장 많았으며 열처리 등으로 전처리된 퇴적물은 연안해수의 수질개선을 위한 흡착재로서 활용 가능한 것으로 평가되었다.