• Nitrate Reduction without Ammonium Release using Fe-loaded Zeolite
  • Lee Seunghak;Lee Kwanghun;Lee Sungsu;Park Junboum;
  • School of Civil, Urban & Geosystem Engineering, Seoul National University;School of Civil, Urban & Geosystem Engineering, Seoul National University;School of Civil, Urban & Geosystem Engineering, Seoul National University;School of Civil, Urban & Geosystem Engineering, Seoul National University;
Abstract
Nitrate reduction with zero valent iron $(Fe^0)$ has been extensively studied, but the proper treatment for ammonium byproduct has not been reported yet. In groundwater, however, ammonium is regarded as contaminant species, and particularly, its acceptable level is regulated to 0.5 mg-N/L. for drinking water. This study is focused on developing new material to reduce nitrate and properly remove ammonium by-products. A new material, Fe-loaded zeolite, is derived from zeolite modified by Fe(II) chloride followed by reduction with sodium borohydride. Batch experiments were performed without buffer at two different pH to evaluate the removal efficiency of Fe-loaded zeolite. After 80 hr reaction time, Fe loaded zeolite showed about $60\%$ nitrate removal at initial pH of 3.3 and $40\%$ at pH of 6 with no ammonium release. Although iron filing showed higher removal efficiency than Fe-loaded zeolite at each pH, it released a considerable amount of ammonium stoichiometrically equivalent to that of reduced nitrate. In terms of nitrogen species including $NO_3-N$ and $NH_4^+-N$, Fe-loaded zeolite removed about $60\%\;and\;40\%$ of nitrogen in residual solution at initial pH of 3.3 and 6, respectively, while the removal efficiency of iron filing was negligible.

영가 철을 이용한 질산성 질소 환원에 대한 연구는 지금까지 활발히 진행되어 왔지만, 이 반응에서 생성된 암모늄 부산물에 대한 적절한 처리과정은 아직 보고되지 않았다. 하지만, 암모늄은 먹는 물 수질기준에 의해 지하수 오염물로 분류되고 있어 (허용치 0.5 mg-N/L), 질산성 질소로 오염된 지하수 정화에 영가 철을 단독으로 사용하는 것에는 한계가 있다. 따라서, 본 연구의 목적은 질산성 질소를 환원함과 동시에 이 과정에서 발생하는 암모늄을 제거할 수 있는 반응물질을 개발하는데 있다. 본 연구에 사용한 Fe-loaded zeolite는, 제올라이트와 Fe(II) 용액을 교반시켜 제올라이트 구조 안으로 Fe(II)를 흡착유도하고, 이를 sodium borohydride로 환원하는 과정을 통해 제작되었다. Fe-loaded zeolite 제작에 사용된 Fe(II) 용액의 농도를 실험을 통해 산정하고, 이를 통해 Fe-loaded zeolite를 제작한 후, Fe-loaded zeolite의 질산성 질소 제거 성능을 확인하기 위해 두 가지 pH조건에서 회분식 실험을 수행하였다. 80시간의 반응을 통해 Fe-loaded zeolite는 초기 pH가 3.3인 경우 약 $60\%$의 질산성 질소를, pH가 6인 경우는 약 $40\%$의 질산성 질소를 제거하였고, 암모늄 부산물은 전혀 검출되지 않았다. 영가 철의 경우, 각 초기 pH조건에서 Fe-loaded zeolite보다 뛰어난 질산성 질소 제거성능을 보였지만, 반응 후 상당량의 암모늄 부산물을 생성하였다. 질산성 질소와 암모늄을 포함한 질소(-N)제거 효능의 관점에서 Fe-loaded zeolite의 경우 pH 3.3과 6의 경우에서 각각 $60\%$$40\%$의 제거효율을 보인 반면, 영가 철의 제거효율은 무시할만한 수준으로 나타났다.$153\;h^{-1}$에서 평균 $87\%$의 제거효율을 보였고, 공간속도가 $204\;h^{-1}$에서 $306\;h^{-1}$로 증가함에 따라 $79\%$에서 $74\%$로 약 $5\%$가 감소하였다. Toluene의 제거효율은 공간속도의 증가에 따라 $80\%$에서 $76\%$$4\%$ 감소하였다.도를 보였다. 닭날개(Wings)의 경우 국내산에서는 S.typhimurium $(33\%)$이 분리 되었으나, 미국산 닭날개에서는 Salmonella 속균이 전혀 분리되지 않아 대조적이었다. 하지만, 중국산의 닭부분육(혼합육)에서는 S. enteritidis와 L. monocytogenes도 함께 분리되었다. 그러나 부분육의 경우 국내산 및 수입산 모두에서 Campylobacter 속균과 E. coli O157:H7 균주는 전혀 분리되지 않았다. 서울${\cdot}$경기지역의 재래시장과 백화점에서 시판되고 있는 계란 총 446개에 대해서도 동일한 절차와 방법으로 조사하였던바, 재래시장에서 구입했던 계란의 난각부분(Egg-shell)에서만 가금티푸스(fowl Typhoid)의 병원체인 S. gallinarum이 1주$(0.2\%)$만이 분리되었고, 기타 세균으로서는 대장균군이 역시 난각에서 가장 높은 빈도로 분리되었고, 난황(Yolk)에서는 극히 낮은 수준의 세균오염도를 보였다. 다양한 동물종유래 S. aureus 균주들의 유전학적 분석목적에 가장 신뢰도 높고 감별능력이 뛰어난 분석기법으로 선발되었다.cid로부터 cyclooxygenase를 통해 일단 생성된 endoperoxide에서 각각의 prostaglandin을 생성하는 효

Keywords: Fe-loaded zeolite;Zero valent iron;Nitrate reduction;Ammonium;

Keywords: 영가 철;질산성 질소 환원;암모늄;

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This Article

  • 2005; 10(1): 1-5

    Published on Feb 1, 2005