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논문 기본 정보

자료유형
학위논문
저자정보

(건국대학교, 건국대학교 대학원)

지도교수
박기영
발행연도
저작권
건국대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수34

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본 연구는 전기화학적 산화 환원 반응의 가능성에 대해 연구한 결과이다. 지하수 내 오염원 중 질산성 질소와 세균의 농도가 수질기준을 초과한 곳이 많다는 보고가 있다. 질산성 질소는 자연계에 존재하는 물질이지만, 여러 연구자들의 보고에 따르면 주거지역 및 농지 비료, 축산 분뇨 등 토지 이용 형태에 따라 질산성 질소의 고농도에 영향을 미친다고 하였다. 또한 대장균 등 세균에 의한 오염은 먹는물 수질 기준에 일반 세균은 1mL 중 100CFU(Colony Forming Unit)를 넘지 말것으로 규정하고 있으며, 대장균군(젖당을 분해하여 산과 가스를 발생하는 그람음성, 무포아성 간균으로 호기성 또는 통성혐기성균)은 50ml에서 검출되지 아니할것으로 규정하고 있다. 이에 두 오염원을 제거하기 위하여 전기화학적 산화 환원 반응으로 질산성 질소를 환원시켜 제거하며 free chlorine을 생성하여 미생물을 살균하는 최적의 조건에 대한 실험을 실시하였다.
질산성 질소는 인체에 영향을 끼치는데, 유아에게는 산소 운반 능력 저하로 청색증을 발병시킬 수 있으며 이 경우 52%는 중증, 8%는 사망했던 체코 슬로바키아의 사례가 있다. 또한 성인에게는 발암 가능성이 보고되어 있으며 이는 질산성 질소가 체내에서 타액의 효소에 의해 아질산성 질소로 변화하며 이것이 2차 또는 3차 아민과 반응하여 발암 전구물질인 nitrosoamine 화합물을 합성한다. 이 화합물이 발암성 물질로 여겨지고 있다.
본 실험에서 전극 재질에 관해, 전극 간격, 전해질 농도, 전류 밀도를 변화시켜 질산성 질소 제거 효율에 관해 실험하였으며 이때 측정은 질산성 질소, 암모니아성 질소, 아질산성 질소, pH, 온도, Voltage이다. 소독제인 free chlorione 를 생성하는 실험에서는 투입한 NaCl 농도를 다르게 하여 생성된 free chlorine의 농도를 측정하였고 이때 온도와 Voltage 역시 측정하였다.
반응시 생성되는 암모니아성 질소의 농도는 먹는물 수질 기준에 부합하는지 국내 수질기준에 비교하였으며 시간에 따른 농도 변화량은 그래프로 나타내었다.
전극 재질에 관해서는 Zn이 질산성 질소 제거에 최적으로, Ti/Ir/Ta 가 free chlorine 생성에 최적으로 나타났다. 전극 간격은 3mm, 5mm, 10mm로 실험하였는데 전극 간격이 좁을수록 질산성 질소의 제거 효율은 좋으나, 타 요인들을 고려하였을 때 5mm의 전극 간격을 최선으로 선택하였다. 전해질 농도는 높을수록 질산성 질소 제거가 좋으며 전해질로 NaCl을 사용하였을 때 농도가 높을수록 free chlorine 의 생성량이 많음을 알 수 있었다. 전류 밀도 역시 높을수록 질산성 질소의 제거율이 높지만, 20mA/cm2과 50mA/cm2에서의 제거율 차이는 4% 밖에 나타나지 않아 에너지 효율 측면에서 20mA/cm2을 최선으로 선택하였다. 또한 질산성 질소의 초기 농도가 높을수록 반응할 수 있는 질산성 질소 이온 수가 많아지므로 반응이 활발하게 이루어짐을 알 수 있었다.
#질산성 질소 #전기분해 #유리잔류염소 #전기화학

목차

  1. 제1장 서론 1
    1.1 연구개발의 필요성 1
    1.2 연구 목표 및 범위 3
    제2장 이론적 배경 4
    2.1 질산성 질소 4
    2.1.1 질산성 질소의 인체 영향 4
    2.1.2 질산성 질소의 규제 10
    2.1.3 질소 순환 11
    2.1.4 질산성 질소 오염원 14
    2.1.5 질산성 질소 제거를 위한 여러 기술들 15
    2.2 전기화학적 처리 20
    2.2.1 전기화학적 처리의 주요 인자 20
    2.2.2 전기분해의 일반적인 이론 24
    2.2.3 전극 반응 26
    2.2.4 전극 반응 속도 29
    2.2.5 반응 시간 30
    2.2.6 전기화학의 전기적 단위 31
    2.2.7 산화와 환원 33
    2.3 질산성 질소 제거 및 소독제 생성 35
    2.3.1 질산성 질소 제거의 전기화학적 산화환원 반응 35
    2.3.2 전해 소독의 원리 37
    2.3.3 염소 화학 38
    2.3.4 NaCl 전기분해시 발생되는 산화제 40
    제3장 실험 재료 및 방법 41
    3.1 실험 재료 및 장치 41
    3.1.1 실험 재료 41
    3.1.2 실험 장치 41
    3.1.3 대상 시료 42
    3.2 실험 방법 43
    3.2.1 전극 재질에 따른 질산성 질소 제거 43
    3.2.2 전극 간격에 따른 질산성 질소 제거 43
    3.2.3 전해질 농도에 따른 질산성 질소 제거 44
    3.2.4 전류 밀도에 따른 질산성 질소 제거 44
    3.2.5 고농도 질산성 질소의 제거 45
    3.2.6 유리잔류염소(소독제)의 생성 45
    3.3 분석방법 46
    3.3.1 질산성 질소의 측정 46
    3.3.2 아질산성 질소의 측정 46
    3.3.3 암모니아성 질소의 측정 46
    3.3.4 유리잔류염소의 측정 47
    3.3.5 온도 측정 48
    3.3.6 pH 측정 48
    제4장 결과 및 고찰 49
    4.1 질산성 질소 제거 49
    4.1.1 전극 재질 및 전극 간격에 따른 지하수중의 질산성 질소의 제거 49
    4.1.2 전해질 농도와 전류밀도에 따른 지하수중의 질산성 질소 제거 64
    4.1.3 농축 지하수의 고농도 질산성 질소 제거 78
    4.2 유리잔류염소의 생성 86
    4.2.1 1mM NaCl을 이용한 유리잔류염소 생성 87
    4.2.2 100mM NaCl을 이용한 유리잔류염소 생성 90
    제5장 결론 94
    참고문헌 96
    국문초록 103

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