In this study, the removal efficiency of PFCs(perfluorinated compounds) in the GAC(granule activated carbon) process based on the superheated steam automatic regeneration system was investigated in laboratory scale and pilot-scale reactor. Among PFCs, PFHxS(perfluorohexyl sulfonate) was most effectively removed. The removal efficiency of PFCs was found to be closely related to the EBCT, and the removal efficiencies of PFOA(perfluorooctanoic acid), PFOS(perfluorooctyl sulfonate), and PFHxS were 43.7, 75, and 100%, respectively, under the condition of EBCT of 6 min. Afterward, PFOA, PFOS, and PFHxS exhibited the earlier breakthrough time in the order. After that, GAC was regenerated, and the removal efficiency of the PFCs before and after regeneration was compared. As a result, it was shown that the PFCs removal efficiency in the regenerated GAC process were higher, and that of PFOA was improved to 75%. The findings of this study indicate the feasibility of the superheated steam automatic regeneration system for the stable removal of the PFCs, and it was verified that this technology can be applied stably enough even in field conditions.

본 연구에서는 바이오매스 폐기물인 Corynebacterium glutamium을 Alg를 이용한 고정화와 PEI 표면개질 과정을 통하여 유해 미세조류인 Microcystis aeruginosa를 제거할 수 있는 흡착소재인 PEI-AlgBF를 개발하였다. 녹조의 발생단계에 상관없이 PEI-AlgBF는 수계로부터 M. aeruginosa를 성공적으로 제거할 수 있었으며 유해조류 제거과정에서 M. aeruginosa 세포의 파괴를 유발하지 않았다. 흡착소재의 표면적은 M. aeruginosa의 제거효율에 매우 큰 영향을 주는 주요인자로 확인할 수 있었다. PEI-AlgBF를 사용한 M. aeruginosa 흡착/제거 방식은 기존 기술에 비하여 환경영 향성이 낮기 때문에 보다 안전하고 안정적인 유해조류의 제어 방식이 될 것이다.

The Odor-causing compounds from grilled meat restaurants are mainly ammonia, aldehydes, and volatile organic compounds (VOCs). Acetaldehyde is known to have the greatest odor contribution. This study examines the application of silica gel for acetaldehyde in gas stream. Heat-pretreated silica gel showed relatively good adsorption performance and at 150oC, its breakthrough capacity reached up to 51 mg/g. By using Thomas' dynamic model, which well estimated the adsorption performance in this study, the effects of inlet concentration and retention time on adsorption capacity were evaluated. The adsorbent saturated with acetaldehyde was regenerated by reducing the pressure, which was controlled by the vacuum pump. The design factors were found to be 10 sec−1 of space velocity, -184 kPa·hr of desorption condition, and 10 to 1 of the ratio of cross sectional area to the height for the fixed-bed. The cyclic operation of adsorption and desorption step in the fixed bed packed with silica gel appeared to have 7.0-8.8 mg/g of acetaldehyde removal capacity and 99% of regeneration.

In this study, volatile organic compounds (VOCs) emitted from printing industries were analyzed, and an inorganic adsorbent, γ-alumina, was selected for the effective control of the VOC emissions. Printing processes commonly require inks, thinners, and cleaners, and they were mixed organic solvents containing aromatic compounds, ketones, and alcohols. Therefore, toluene, methyl ethyl ketone (MEK), and isopropyl alcohol (IPA) were selected as model compounds for this study. The adsorptive properties using γ-alumina were determined for the model compounds. Both batch isotherm and continuous flow column tests demonstrated that the adsorption capacity of MEK and IPA was 3~4 times higher than that of toluene. The column test performed at an inlet toluene concentration of 100 ppm showed that an 80% breakthrough for toluene was observed after 3 hours, but both MEK and IPA were continuously adsorbed during the same time period. A numerical model simulated that the γ-alumina could remove toluene at a loading rate of 0.4 mg/min only for a 4-hour period, which might be too short of a duration for real applications. Consequently, lifetime enhancement for γ-alumina must be implemented, and ozone oxidation and regeneration would be feasible options.

To abate the problem of odor from restaurants, a hybrid adsorbent consisting of organic and inorganic materials was developed and evaluated using acetaldehyde as a model compound was deveioped and evaluated. Powders of activated carbon, bentonite, and calcium hydroxide were mixed and calcinated to form adsorbent structure. The surface area of the hybrid adsorbent was smaller than that of high-quality activated carbon, but its microscopic image showed that contours and pores were developed on its surface. To determine its adsorption capacity, both batch isotherm and continuous flow column experiments were performed, and these results were compared with those using commercially available activated carbon. The isotherm tests showed that the hybrid adsorbent had a capacity 40 times higher than that of the activated carbon. In addition, the column experiments revealed that breakthrough time of the hybrid adsorbent was 2.5 times longer than that of the activated carbon. These experimental results were fitted to numerical simulations by using a homogeneous surface diffusion model (HSDM); the model estimated that the hybrid adsorbent might be able to remove acetaldehyde at a concentration of 40 ppm for a 5-month period. Since various odor compounds are commonly emitted as a mixture when meat is barbecued, it is necessary to conduct a series of experiments and HSDM simulations under various conditions to obtain design parameters for a full-scale device using the hybrid adsorbent.

Mill scale, an iron waste, was used to separate magnetite particles for the adsorption of phosphate from aqueous solution. Mill scale has a layered structure composed of wustite (FeO), magnetite (Fe3O4), and hematite (Fe2O3). Because magnetite shows the highest magnetic property among these iron oxides, it can be easily separated from the crushed mill scale particles. Several techniques were employed to characterize the separated particles. Mill scale-derived magnetite particles exhibited a strong uptake affinity to phosphate in a wide pH range of 3-7, with the maximum adsorptive removal of 100%, at the dosage of 1 g/L, pH 3-5. Langmuir isotherm model well described the equilibrium data, exhibiting maximum adsorption capacities for phosphate up to 4.95 and 8.79 mg/g at 298 and 308 K, respectively. From continuous operation of the packed-bed column reactor operated with different EBCT (empty bed contact time) and adsorbent particle size, the breakthrough of phosphate started after 8-22 days of operation. After regeneration of the column reactor with 0.1N NaOH solution, 95-98% of adsorbed phosphate could be detached from the column reactor.

오염수로부터 자성분리가 가능하며, 방사성 세슘을 효율적으로 제거하기 위한 코발트 페로시아나이드(cobalt ferrocyanide, CoFC) 혹은 니켈 페로시아나이드(nickel ferrocyanide, NiFC)가 도입된 자성입자 흡착제를 제조하였다. Fe3O4 나노 입자는 공침법을 이용해 제조하였고, Co2+와 Ni2+ 이온을 입자 표면에 도입시키기 위해 금속이온과 금속 배위결합(metalcoordination) 을 하는 카르복실기를 포함한 숙신산(succinic acid, SA)을 자성나노입자(magnetic nanoparticles, MNPs) 표 면에 코팅하였다. CoFC와 NiFC는 자성나노입자 표면에 도입된 Co2+ 혹은 Ni2+ 이온이 hexacynoferrate와 결합하여 형성된 다. 제조된 CoFC-MNPs 그리고 NiFC-MNPs는 각각 43.2 emu·g-1, 47.7 emu·g-1의 우수한 포화자화 값을 보여주었다. X- 선 회절분석(XRD), 퓨리에 변환 적외선 분광분석(FT-IR), 나노입자 입도 분석기(DLS), 투과전자현미경(TEM) 등의 분석을 통해 흡착제의 물성을 파악하고, 세슘에 대한 흡착 성능을 알아보았다. 흡착실험을 평가하기 위해 Langmuir/Freundlich 등 온흡착식을 이용해 실험 결과 값을 곡선맞춤 하였고, CoFC-MNPs와 NiFC-MNPs의 최대흡착량(qm)은 각각 15.63 mg·g-1, 12.11 mg·g-1이다. CoFC-MNPs와 NiFC-MNPs는 방사성 세슘에 대해서도 최저 99.09%의 제거율을 가지며, 경쟁이온의 존재에도 방사성 세슘만을 선택적으로 흡착한다.

본 연구에서는 고염/고방사성 폐액 내 함유된 주요 고방사성핵종인 Cs 제거를 목적으로 고효율의 복합 흡착제(potassium cobalt ferrocyanide (PCFC)-loaded chabazite (CHA)) 합성 및 이의 적용성을 평가하였다. 복합 흡착제는 Cs을 비롯한 다 른 입자를 수용할 수 있는 CHA를 지지체로 선정하였으며, CoCl2 및 K4Fe(CN)6 용액의 단계적인 함침/침전을 통해 PCFC를 CHA 세공 내에 고정화함으로써 합성하였다. 복합 흡착제의 합성 시 평균 입자크기가 10 ㎛ 이상의 CHA를 지지체로 사용할 경우, PCFC 입자는 안정적인 형태로 고정화되었다. 또한, 합성 시 복합 흡착제의 정제를 증가시키는 세척 방법을 최적화함으로써, 복합 흡착제의 물리적 안정성이 향상되었다. 최적의 합성법을 통해 얻은 복합 흡착제에 의한 Cs 흡착 시, 담수(무염 조건) 및 해수(고염 조건)에서 모두 빠른 흡착 속도를 보였으며, 염 농도와 무관하게 비교적 높은 분배계수 값(104 mL·g-1 이상)을 나타내었다. 그러므로, 본 연구에서 합성한 복합 흡착제는 CHA 및 PCFC가 각각 가지고 있는 물리적 안정성과 Cs 에 높은 선택성 등을 고려하여 촤적화한 소재이며, 고염/고방사성폐액에 함유되어 있는 Cs을 고효율로 신속하게 제거할 수 있음을 알 수 있다.

One of the issues currently facing nuclear power plants is how to store spent nuclear waste materials which are contaminated with radionuclides such as 134Cs, 135Cs, and 137Cs. Bioremediation processes may offer a potent method of cleaning up radioactive cesium. However, there have only been limited reports on Cs+ tolerant bacteria. In this study, we report the isolation and identification of Cs+ tolerant bacteria in environmental soil and sediment. The resistant Cs+ isolates were screened from enrichment cultures in R2A medium supplemented with 100 mM CsCl for 72 h, followed by microbial community analysis based on sequencing analysis from 16S rRNA gene clone libraries (NCBI’s BlastN). The dominant Bacillus anthracis Roh-1 and B. cereus Roh-2 were successfully isolated from the cesium enrichment culture. Importantly, B. cereus Roh- 2 is resistant to 30% more Cs+ than is B. anthracis Roh-1 when treated with 50 mM CsCl. Growth experiments clearly demonstrated that the isolate had a higher tolerance to Cs+. In addition, we investigated the adsorption of 0.2 mg L-1 Cs+ using B. anthracis Roh-1. The maximum Cs+ biosorption capacity of B. anthracis Roh-1 was 2.01 mg g-1 at pH 10. Thus, we show that Cs+ tolerant bacterial isolates could be used for bioremediation of contaminated environments.

본 연구는 AgX (Ag-함침 X zeolite)에 의해 고방사성해수폐액 (HSW)의 발생초기에 함유되어 있는 고방사성 요오드(131I)의 흡착, 제거를 목표로 수행하였다. AgX에 의한 I의 흡착 (AgX-I 흡착)은 AgX 내 Ag-함침농도가 증가할수록 증가하며, 함침농 도 30wt% 정도가 적당하였다. AgX (Ag-함침 약 30~35wt%)로부터 Ag의 침출농도는 해수폐액에 함유되어 있는 chloride 이 온에 의한 AgCl 침전 등으로 증류수보다 덜 침출 (<1 mg/L) 되었다. AgX-I 흡착은 초기 I 농도 0.01~10 mg/L의 경우 m/V (흡착제량/용액부피의 비)=2.5 g/L에서 99% 이상 흡착제거 되어 I의 효율적 제거가 가능함을 알 수 있다. AgX-I 흡착제거 는 해수폐액 보다는 증류수에서 수행하는 것이 효과적이고, 온도의 영향은 미미한 것 같으며, 흡착평형등온선은 Languir 보 다는 Freundlich 등온선으로 표현하는 것이 양호하였다. 한편 AgX-I 흡착속도는 유사 2차 속도식을 만족하고 있으며, 속도 상수 (k2)는 Ci 증가에 따라 감소하고 있지만, m/V 비 및 온도 증가에 따라서는 증가하고 있다. 이때 흡착 활성화에너지는 약 6.3 kJ/mol 로 AgX-I 흡착은 약한 결합형태의 물리적흡착이 지배적일 것으로 보인다. 그리고 열역학적 매개변수를 평가 (음수 값의 Gibbs 자유에너지 및 양수 값의 엔탈피)에 의해 AgX-I 흡착이 자발반응(정반응)의 흡열반응이며, 고온에서 반응 이 양호함을 나타내었다.

본 연구는 고방사성해수폐액 (HSW)으로부터 Barium (Ba)이 함침된 4A 제올라이트 (BaA)에 의한 고방사성핵종 중에 하나인 Sr의 흡착 제거를 수행하였다. BaA에 의한 Sr의 흡착 (BaA-Sr)은 Ba의 함침농도 20.2wt% 이상에서 Ba의 함침농도가 증가 할수록 감소하며 Ba 함침농도는 20.2wt% 정도가 적당하였다. 그리고 BaA-Sr 흡착은 BaA 내 4A에 의한 Sr 흡착 (4A-Sr)에 BaSO4 침전에 따른 Sr 공침이 첨가되어, Sr의 농도가 0.2 mg/L 이하 (HSW 내 실제 Sr 농도 수준)에서 BaA는 m/V (흡착제 량/용액 부피)=5 g/L, 4A는 m/V >20 g/L에서 99% 이상의 Sr 제거가 가능하였다. 이는 흡착제 단위 g 당 Sr의 처리용량 및 2 차 고체폐기물 (폐흡착제 등) 발생량 저감화 차원에서 BaA-Sr 흡착이 4A-Sr 흡착보다 우수함을 나타낸다. 또한 BaA-Sr 흡 착이 증류수보다 해수폐액에서 Sr의 제거능이 우수하여 HSW로부터 직접 Sr을 제거하는 데 효과적일 것으로 보인다. 반면 에 BaA에 의한 Cs의 흡착 (BaA-Cs)은 주로 BaA 내 4A에 의해서 이루어지고 있어 함침 Ba의 영향은 거의 없는 것 같다. 한 편 BaA-Sr 흡착속도는 유사 2차 속도식으로 표현할 수 있으며, Sr의 초기농도 및 V/m 비 증가에 따라서 속도상수 (k2)는 감 소하지만 평형흡착량 (qe)은 증가하고 있다. 그러나 용액의 온도증가에 따라서는 반대로 k2는 증가하지만 qe는 감소하고 있 다. BaA-Sr 흡착 활성화에너지는 약 38 kJ/mol 로 강력한 결합 형태를 이룬 화학흡착은 아니더라도 물리적 흡착보다 화학적 흡착이 지배적일 것으로 보인다.