이산화탄소 고정을 위한 광물별 생광물화 특성 및 고화슬러지 적용성 평가

Title
이산화탄소 고정을 위한 광물별 생광물화 특성 및 고화슬러지 적용성 평가
Authors
민동희
Keywords
이산화탄소고정을위한광물별생광물화특성및고화슬러지적용성평가
Issue Date
2011
Publisher
인하대학교
Abstract
최근에 지구온난화 방지를 위한 온실가스 감축을 위한 노력과 함께 CO2 저감 기술 개발이 활발히 진행되고 있다. 그러나 국내 매립지에서 발생하는 매립가스 중 CO2는 대부분 대기로 방출되어 제어가 필요하다. 본 연구는 3가지 광물(CaO, MgO, SiO2)을 이용하여 생광물화 특성을 파악하고자 하였으며 생광물화 기술의 대상매체로 슬러지 고화물을 활용하여 슬러지 고화물의 자원화 방안을 제안하고자 하였다. 광물별 생광물화 특성을 알아보기 위하여 CaO, MgO, SiO2 수용액을 이용하여 bottle test를 진행하였으며, 슬러지 고화물을 이용하여 batch test를 진행하였다. 대상 미생물은 생광물화 관련 미생물 중 Bacillus megaterium과 Bacillus pasteurii 종을 이용하여 실험을 진행하였다. 단일 수용액을 사용한 실험의 최대 CO2 gas 감소량은 CaO, MgO, SiO 각각 1.7, 4.0, 0.5 mmol로 나타났다. 혼합 수용액을 이용한 실험에서는 Ca+Mg, Ca+Si, Mg+Si 각각 2.7, 1.8, 2.3 mmol의 이산화탄소가 감소되었다. SiO2 수용액의 경우, CO2 gas의 감소량은 미생물이 혼합되지 않은 control 시료와 미생물 혼합 시료와 차이가 없었다. 이는 시료의 pH가 7 이하로 낮아져 미생물의 활성도가 낮아진 것으로 판단된다. 슬러지 고화물을 이용한 batch test의 경우, 슬러지 고화물의 양과 주입된 이산화탄소 가스의 농도에 따라 각각 다른 이산화탄소의 감소량을 보였다. 이 경우 높은 pH를 가진 고화물의 특성에 따라 pH 9 이상에서 최적성장을 보이는 Bacillus pasteurii에 의한 생광물화 현상이 뚜렷하였다. 실험 종료 후 XRD 분석을 통해 정성 분석을 해본 결과 CaCO3(Calcite)가 가장 잘 형성됨을 알 수 있었다. 또한 미생물이 혼합된 시료에서의 CaCO3(Calcite) 분율이 control 보다 더 높게 나타났다. SEM 사진 측정 결과, 생광물화 반응 전보다 반응 후의 대상매체에 단립화된 결정이 더 많이 형성된 것을 확인할 수 있었으며 XRD 분석으로 확인된 CaCO3(Calcite)로 판단된다. 본 연구 결과 생광물화 기술은 이산화탄소를 저감하기 위한 기술로 활용될 수 있으며 슬러지 고화물과 같이 고농도의 칼슘(Ca)을 함유한 폐자원은 생광물화 공정의 매개체로 이용될 수 있을 것으로 판단된다.
Description
1. 서 론 1 2. 문 헌 연 구 3 2.1 CO2 저감 및 고정화 기술 3 2.1.1 CO2 감축 기술 동향 3 2.1.2 CO2 저장 기술 4 2.1.3 CO2 저감 기술 6 2.1.4 CO2 고정 기술 11 2.2 하수슬러지 고화처리 18 2.2.1 국내 하수슬러지 처리 현황 18 2.2.2 국외 하수슬러지 처리 현황 19 2.2.3 하수슬러지 재활용 계획 21 2.2.4 하수슬러지 고화처리 21 2.3 CO2 생광물화(Biomineralization) 기술 25 2.3.1 생광물화 반응 정의 및 메커니즘 25 2.3.2 적용 가능한 대상 매체 및 사례 27 2.3.3 적용 가능한 CO2 고정균 종류 및 사례 28 2.3.4 국내 외 CO2 생광물화 연구 사례 및 기술개발 단계 31 3. 실 험 방 법 32 3.1 대상 매체 및 특성 분석 32 3.2 대상 균주 및 배양 조건 32 3.2.1 대상 균주 33 3.2.2 미생물 배양 조건 33 3.2.3 미생물 활성도 분석 34 3.3 분석 항목 및 방법 35 3.3.1 pH 및 삼성분 분석 35 3.3.2 가스 분석 35 3.3.3 XRD 분석 36 3.3.4 SEM 분석 36 3.4 생광물화(Biomineralization) 실험 37 3.4.1 광물질별 Bottle Test 37 3.4.2 슬러지 고화물을 이용한 Batch Test 41 4. 결과 및 고찰 44 4.1 슬러지 고화물 특성 분석 결과 44 4.2 미생물 활성도 실험 결과 45 4.3 광물질별 Bottle Test 결과 45 4.3.1 CaO 수용액 이용한 생광물화 실험 결과 45 4.3.2 MgO 수용액을 이용한 생광물화 실험 결과 48 4.3.3 SiO2 수용액을 이용한 생광물화 실험 결과 51 4.3.4 혼합 수용액을 이용한 생광물화 실험 결과 54 4.4 슬러지 고화물을 이용한 Batch Test 결과 56 4.4.1 CO2 gas 농도 변화 분석 결과 56 4.4.2 XRD 분석 결과 61 4.4.3 SEM 분석 결과 76 5. 결 론 82 6. 참 고 문 헌 85 Table 1. CO2 storage & sequestration 3 Table 2. Sewage sludge production and treatment (2008) 18 Table 3. Sewage sludge treatment of major foreign countries 19 Table 4. Plan of sewage sludge recycling 21 Table 5. Composition and concentration of Nutrient Broth medium 34 Table 6. Composition and concentration of NH4 - YE medium 34 Table 7. Analysis condition of GC / TCD 35 Table 8. Analysis condition of X - Ray Diffractometer 36 Table 9. Experimental condition for bottle test using CaO solution 38 Table 10. Experimental condition for bottle test using MgO solution 38 Table 11. Experimental condition for bottle test using SiO2 solution 39 Table 12. Experimental condition for bottle test using Mixture solution 39 Table 13. Experimental condition for batch test 41 Table 14. pH and three component analysis of solidified sludge 43 Table 15. The difference of CO2 concentration between in
URI
http://dspace.inha.ac.kr/handle/10505/22926
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College of Engineering(공과대학) > Environmental Engineering (환경공학) > Theses(환경공학 석박사 학위논문)
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