3단계로 매립지 침출수 제거 강화를 위한 철강 슬래그

Aug 10, 2023

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 12751(2023) 이 기사 인용

측정항목 세부정보

본 연구에서는 매립지 침출수 처리를 위해 철강 슬래그를 입자 전극으로 사용하는 3차원 전기화학적 산화 시스템을 적용했습니다. 입자전극의 특성은 주사전자현미경(SEM), X선형광분광법(XRF), X선회절(XRD) 측정을 통해 조사하였다. 철강 슬래그는 표면이 거칠고 불규칙하며 주로 SiO2(석영)로 구성되어 있어 흡수력과 전기 전도 능력이 향상된 것으로 나타났습니다. 이어서, 2차원(2D) 및 3차원(3D) 전기화학적 산화 시스템 간의 비교 열화 테스트를 수행했으며 그 결과 COD 제거 효율이 나타났습니다. 또한 매립지 침출수의 NH4+-N은 3차원 시스템에서 2차원 시스템에 비해 크게 개선되었다. 또한, 운전조건도 전극간 거리 1cm, 전류밀도 20mA·cm−2, 초기 pH값 4.4, 철강슬래그 농도 0.30g·mL−1로 최적화되어 우수한 매립이 보장되는 것으로 판단됐다. 침출수 제거 효율. 또한 이 시스템에 대한 가능한 제거 메커니즘이 제안되었습니다. 3차원 전기화학적 산화 시스템에 철강 슬래그 입자 전극을 도입한 것은 “폐기물을 사용하여 폐기물을 처리한다”는 개념을 암시하며 오염 물질 제거에 실행 가능한 방법을 제공합니다.

전 세계적으로 도시 고형 폐기물(MSW) 발생량은 인구 증가, 생활 수준 향상, 산업화와 함께 증가하여 2050년까지 연간 22억 톤에 달할 것입니다1. 매립지에 MSW가 매립되면 매립 침출수(LFL)의 양이 많아집니다. , 과잉 강수량이 매립지의 여러 층을 통해 침투할 때 생성됩니다2. 또한 LFL에는 높은 수준의 유기 오염물질, 무기염, 중금속 및 암모니아3가 포함되어 있어 전체 생태계와 인간 건강에 심각한 피해를 줄 수 있습니다4. 따라서 수자원, 지표수, 지하수, 토양의 오염을 방지하기 위해서는 이러한 유출수의 적절한 수집 및 처리가 필요합니다.

현재 MSW 관리시설에서 시행되고 있는 대부분의 기존 생물학적, 물리화학적 기술은 특정 독성 물질에 의한 미생물 시스템 억제 효과와 고가의 투자 및 유지 비용으로 인해 LFL을 효율적으로 처리할 수 없습니다5,6. 내화성 유기 오염물질을 산화하기 위해 활성종을 생성할 수 있는 고급 산화 공정(AOP)은 폐수 제거에 대한 잠재적인 응용으로 인해 많은 주목을 받아 왔습니다7,8,9,10,11,12. 이러한 방법 중에서 특히 LFL13,14,15,16의 폐수 제거를 위한 유망한 대안으로 전기화학적 방법이 등장했습니다. 지난 20년 동안 전기화학적 산화(EO)는 폐수 처리, 특히 생체 내화 물질 저감 분야에서 큰 진전을 이루었습니다17. 일반적으로 EO는 슬러지 생성 부족, 고분자 화합물 분해로 생분해성 중간체 생성, 유기물의 완전한 광물화 등 많은 장점을 나타냅니다18. 또한, 이 과정은 LFL19에 존재하는 가장 경직된(제거하기 어려운) 오염물질로 간주되는 암모늄 분해에 효율적인 것으로 관찰되었습니다.

EO 기술 중 입자전극을 도입한 3DEO(3차원 전기화학적 산화)는 비표면적을 높이고 물질 전달 거리를 단축시켜 기존 2차원 전극이 직면한 낮은 전류 효율, 물질 전달 한계 등의 단점을 해결합니다. (2D) 전기분해20,21,22. 이를 고려하면, 적절한 입자 전극을 선택하는 것은 3차원 전기화학적 산화 시스템을 설계하고 운영하는 데 중요한 요소입니다. Wang의 연구23에 따르면, 입자 전극은 주로 높은 다공성과 높은 임피던스를 갖는 탄소질 재료와 금속(금속 산화물 포함) 재료로 제조됩니다. 그러나 공정이 복잡하고 원자재 가격이 비싸기 때문에 개발 및 적용에 한계가 있다.