RuO2/Ti 양극과 TiO2 nanotube 음극을 이용한 고농도 암모니아 전기분해 (Electrochemical Treatment of High Concentration Ammonia using RuO2/Ti Anode and TiO2 Nanotube Cathode)

서지정보

· 발행기관 : 대한환경공학회
· 수록지 정보 : 대한환경공학회지 / 42권 / 7호 / 339 ~ 348페이지
· 저자명 : 이수민, 박대원

초록

목적:본 연구에서는 RuO2/Ti와 TiO2 nanotube를 각각 양극과 음극으로 사용하여 S사의 악취제거 공정에서 발생한 폐수 속 암모니아에 대한 처리 가능성을 확인하고 암모니아 산화에 미치는 영향인자로서 염소 이온 농도, 전류밀도에 따른 처리효율을 비교하고자 하였다.
방법:폐수 380 mL를 양극 4개와 음극 5개를 이용하여 3시간 동안 전기분해하였고, 30분마다 pH, NH3-N, NO3--N, TN를 측정하여 분석하였다.
결과 및 토의:폐수 속 약 1,700 mg/L의 암모니아는 염소 이온이 증가할수록 염소계 산화제의 증가로 인한 간접 산화 반응의 증가로 산화 반응속도가 증가하는 것으로 나타났다. 전류밀도에 따른 암모니아의 산화 속도 비교 실험에서 전류밀도가 증가할수록 암모니아의 산화 반응이 증가하는 것으로 나타났다. 암모니아 산화 부산물인 질산염은 전류밀도가 20 mA/cm2에서 40 mA/cm2까지 실험의 경우에는 반응기 내에 축적되었지만 50 mA/cm2 이상의 전류밀도 실험에서는 증가하였다가 감소하는 경향을 보였고 따라서 총질소의 제거는 전류밀도가 증가함에 따라 증가하는 것으로 나타났다. 총질소 또한 전류밀도가 증가함에 따라 암모니아 감소의 영향으로 제거율이 증가하였다. 암모니아의 전기화학적 산화 시 질산염이 생성되는 반응 동안의 수산화 이온의 소비보다 음극에서의 질삼염의 환원 반응에 의해 생성되는 수산화 이온이 더 많아 pH가 증가하는 것으로 나타났다.
결론:따라서 RuO2/Ti와 TiO2 nanotube를 사용하여 실제 폐수 속 암모니아를 완전히 제거하였고 질산염의 저감 가능성을 확인하여 두 전극의 실제 폐수 처리 공정에의 적용 가능성을 확인하였다.

영어초록

Objectives:In this study, the treatment potential of ammonia in wastewater generated by S company odor removal process was tested by using electrochemical reactor with RuO2/Ti anode and TiO2 nanotube cathode. The effect of chlorine ion concentration and current density on ammonia oxidation were investigated by comparing the treatment efficiencies.
Methods:380 mL of wastewater was electrolyzed for 3 h using 4 anodes and 5 cathodes and pH, NH3-N, NO3--N, and TN were measured and analyzed every 30 minutes.
Results and Discussion:As the addition of chlorine ion increases, about 1,700 mg/L of ammonia in the wastewater was found to increase in oxidation reaction rate due to an increase in chlorine based oxidizing agent. An increase in chlorine based oxidizing agent leads to an increase in indirect oxidation. As a result, total nitrogen removal was increased. Ammonia oxidation rate was increased as the current density increased. Nitrate, ammonia oxidation byproduct, was accumulated at a current density from 20 to 40 mA/cm2. At higher than 50 mA/cm2, nitrate was accumulated for a while and then decreased. Total nitrogen removal rate increased as the current density increased. During electrochemical oxidation of ammonia to nitrate, hydroxyl ions were consumed by the reaction. The hydroxyl ion consumed during ammonia oxidation was less than that produced from nitrate reduction.
Conclusions:Thus, ammonia in actual wastewater was completely removed using RuO2/Ti anode and TiO2 nanotube cathode and the possibility of reducing nitrate was confirmed. We confirmed the applicability of the two electrodes to the real industry.

참고자료

· 없음