질소/인 회수를 위한 Struvite 생성 메커니즘
Mechanisms on Struvite Production for Nitrogen and Phosphorus Recovery
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초록
폐수내 질소와 인을 이용한 struvite 회수는 수계 부영양화 방지 및 비료자원화에 효과적인 기술이나, 해결해야 할 이론 및 기술적 문제점이 있다. 본 연구에서는, 기존 문헌의 상세한 검토를 통하여, 이론적 측면에서 적절한 반응식 선정 및 이론적 고찰을 이용한 struvite 생성 반응예측 가능성을 논의하고, 기술적 측면에서는 struvite 생성의 대표적인 저해물질인 Ca의 배제를 통해 struvite 결정의 순도를 높일 수 있는 효과적인 방법을 소개하려 한다. 반응예측 측면에서는 중성~염기성 pH 영역에서 효과적인 struvite 반응식 및 반응계수를 이용, 정량적 모델을 구축할 수 있다. 이러한 모델은 실제 회분식 실험결과와 잘 일치하며 특히 이온들의 charge balance도 함께 고려하여 struvite 생성시 희석된 수용액에서 흔히 동반되는 pH 저하를 합리적으로 예측할 수 있다. 한편, Ca의 배제를 통한 struvite 순도 향상은 HPO4 2 -P 대비 고농도의 NH4 + -N을 조성하여 해결할 수 있는데, 이는 고농도 암모늄 이온의 존재가 struvite 생성 관련 열역학적 구동력을 강화시켜 인산염이 Ca 대신 고농도 암모니아와 용이하게 반응하여 struvite 생성에 유리한이온환경을 조성하기 때문이다. 즉 인산염이 Ca2+ 과 빠르게 반응하여 이미 침전물이 형성하였을지라도, 고동도 암모늄으로 인한 열역학적 구동력으로 인산-칼슘 침전물이 재용해 되어 struvite를 생성시킬 수 있다.
Abstract
The recovery of struvite using nitrogen and phosphorus in wastewaters is useful for prevention of eutrophication and use as fertilizer, but there are theoretical and technical issues to be resolved. Through the detailed literature review, this study discusses the possible reasonable prediction of struvite formation reaction by setting a feasible reaction equation with some theoretical considerations. In a technical aspect, the purity of struvite in solid precipitates can be promoted by excluding Ca in an effective way. As for the struvite reaction prediction issue, selection of proper equilibrium reaction as well as its reaction equilibrium coefficient is significant in the neutral and basic pH regions. The equilibrium reaction agrees well with the experimental batch test results. Considering the charge balance of the ions, the pH drop along struvite formation in a diluted solution can be predicted. Also, improvement of struvite purity through elimination of Ca can be expected by providing a highly concentrated NH4 + -N relative to HPO4 2 -P because NH4 + can enhance the thermodynamic driving force toward favorable struvite formation. Even though the phosphate reacts rapidly with Ca to form a solid precipitate, the thermodynamic driving force due to the high NH4 + activity can dissociate the phosphate-calcium precipitates and produce struvite.
참고문헌 (20)
- Ali, M. I., "A fed-batch design approach of struvite system in controlled supersaturation", Chem. Eng. Sci., 61(12), pp.3951~3961 (2006)
- Ali, M. I., "An approach of estimating struvite growth kinetic incorporating thermodynamic and solution chemistry, kinetic and process description", Chem. Eng. Sci., 63(13), pp.3514~3525 (2008)
- Wang, J., "Engineered struvite precipitation:Impacts of component-ion molar ratios and pH", J. Env. Eng., 131, pp.1433~1440 (2005)
- Driver, J., "Why recover phosphorus for recycling and how?", Environ. Technol., 20, pp.651~662 (1999)
- Le Corre, K. S., "Impact of calcium on struvite crystal size, shape and purity", J. Cryst. Growth, 283, pp.514~522 (2005)
- Doyle, J. D., "Struvite formation, control and recovery", Wat. Res., 36, pp.3925~3940 (2002)
- Stratful, I., "Conditions influencing the precipitation of magnesium ammonium phosphate", Water Res., 35, pp.4191~4199 (2005)
- Lee, S. -H., "Enhancement of struvite purity by re-dissolution of calcium ions in synthetic wastewaters", J. Hazard. Mat., 261, pp.29~37 (2013)
- Lee, S. -H., "Development and validation of an equilibrium model for struvite formation with calcium coprecipitation", J. Cryst. Growth, 372, pp.129~137 (2012)
- Lee, S. -H., "Struvite precipitation under changing ionic conditions in synthetic wastewater: experiment and modeling", J. Colloid Interface Sci., 474, pp.93~102 (2016)
- Wang, J., "Modeling the crystallization of magnesium ammonium phosphate for phosphorus recovery", Chemosphere, 65, pp.1182~1187 (2006)
- Hanhoun, M., "Temperature impact assessment on struvite solubility product: A thermodynamic modeling approach", Chem. Eng. J., 167, pp.50~58 (2011)
- Liu, Z., "Effect of struvite seed crystal on MAP crystallization", Chem. Technol. Biotechnol., 86, pp.1394~1398 (2011)
- Tsuno, S., "Struvite formation from supernatant of digested sludge", J. Jpn Sewage Works Assoc., 28, pp.58~77 (1991)
- Ye, Z. -L., "Short communication. Phosphorus recovery from synthetic swine wastewater by chemical precipitation using response surface methodology", J. Hazard. Mater., 176, pp.1083~1088 (2010)
- Stumm, W., "Aquatic Chemistry.Chap. 3", pp.88~144 (1996), John Wiley and Sons
- Capdevielle, A., "Optimization of struvite precipitation in synthetic biologically treated swine wastewater—Determination of the optimal process parameters", J. Hazard Mat., 244-245, pp.357~369 (2013)
- Tong, J., "Recovery of nitrogen and phosphorus from alkaline fermentation liquid of waste activated sludge and application of the fermentation liquid to promote biological municipal wastewater treatment", Water Res., 43, pp.2969~2976 (2009)
- Saktaywin, W., "Advanced sewage treatment process with excess sludge reduction and phosphorus recovery", Water Res., 39, pp.902~910 (2005)
- 이만승, "산-염기 반응", 자원리싸이클링, 27(5), pp.3~8 (2018), 한국자원리싸이클링학회[DOI]