Struvite 결정화에 미치는 영향; Seed 물질, Seed 입자크기, G·t_d Value의 영향

김진형(Jin Hyoung Kim),김금용(Keum Yong Kim),박형순(Dae Keun Kim),김대근(Hyoung Soon Park),이상철(Sang Cheol Lee),이상일(Sang Ill Lee) 大韓環境工學會 2008 대한환경공학회지 Vol.30 No.2

본 연구에서는 seed 물질을 첨가함으로써 struvite 결정핵의 생성 및 성장단계를 단축시키고자 하였다. 본 연구에서는 seed물질의 성상(모래, 안트라사이트, struvite)별, 입자의 크기(44~63 μm, 63~88 μm, 88~114 μm)별, 교반조건(G.td)에 따라 결정핵의 생성속도론에 미치는 영향을 관찰하였다. 모래와 안트라사이트는 seeding 하지 않은 경우에 비하여 암모니아성 질소제거효율이 각각 9%, 11%로 향상되었으며, struvite로 seed한 경우는 암모니아성 질소제거효율은 20% 이상 향상되었다. Seeding에 따른 struvite 결정화 효율은 seed 입자의 비표면적과 밀접한 상관관계가 있다. Seed 물질입자의 비표면적이 클수록 struvite 핵생성 및 성장을 향상시켰다. 또한 struvite 결정화 반응시 동질의 seed 물질(struvite seeds)을 사용하여 2차 핵생성을 유도하면 struivte 결정의 핵생성 및 성장을 위한 G·td값을 단축시킬 수 있는 것으로 나타났다. 본 연구에서 고려한 입자크기에 대해서는 seed 입자크기에 대한 영향은 확인되지 않았다. Struvite 결정핵 생성속도론에서 G·td값은 매우 중요한 인자로써 작용하였다. This study focused on shorten the period of the struvite crystal birth and development by adding seed materials. For this purpose, three different seed materials were selected: sand, anthracite and struvite. The experiments has been conducted to evaluate the effect of the particle size of the selected seed material on the struvite crystallization, and to study the mixing effect which can be expressed by the value of G·td(the multiple of mean velocity gradient(G) and mixing time(td)). It was observed in this study that the removal efficiency of ammonia nitrogen increased by 9%, 11%, and 20% for sand, anthracite, and struvite added as the seed material, respectivley. This indicated that the struvite crystallization efficiency had a close correlation with the specific surface area of the seed particle. It was found that when struvite was selected as the seed material, the struvite crystallization proceeded at lower G·td value as compared with other seed materials. This observation implied that the secondary crystal birth would be dominated in this reaction. It was concluded in this study that the particle size was not significant factor on the struvite crystallization, while the G·td value was a considerably important factor in terms of the theory of the struvite crystal birth.

Struvite의 형성에 미치는 초기 pH의 영향

김영규 ( Young-kyu Kim ),이미경 ( Mi-gyeong Lee ),라덕관 ( Deog-gwan Ra ) 한국환경기술학회 2013 한국환경기술학회지 Vol.14 No.5

Struvite를 형성하는데 영향을 미치는 초기 pH 조건에 대하여 질소, 인 제거 실험을 수행하였다. Struvite 결정의 생성량은 초기 pH가 높을수록 증가하고, 잔류하는 마그네슘, 질소, 인의 양은 감소한다. 마그네슘, 질소, 인의 제거 몰량은 pH 증가에 따라서 증가하는 경향을 나타내었다. Run2와 3의 경우 pH에 대한 평균 제거 몰비인 (P/Mg)가 2.38, (N/Mg)가 1.53인 반면, Run 1에서는 각각 0.93과 0.92로 초기 유입조건인 (P/Mg)과 (N/Mg)의 비율과 유사한 비율로 질소와 인이 제거되었다. 마그네슘 농도가 질소, 인의 제거율을 결정하는 주요 요소로 작용하였으며, pH 9이상에서는 마그네슘이 다른 형태의 결합 즉 Mg(OH)₂ 등의 형태로 결합량이 증가하고, pH 7이하에서는 마그네슘이 질소, 인과 결합하는 struvite 형성에 기여하는 기회가 많은 것으로 나타났다. 질소, 인의 제거 추이는 유사한 결과를 나타내고 있으나, 계산값은 질소보다 인의 제거 능력이 약간 우수한 것으로 나타났다. Struvite formation experiments were carried out on various initial pH conditions that is effect to nitrogen and phosphorus remove during a struvite crystal formation. From the experiments, it was known that the production of struvite crystal was increased with high level of initial pH. Additionally, residual rate of soluble nitrogen and phosphorous were decreased by crystal formation on struvite. Therefore the removed mole amount of nitrogen and phosphorus were increased with the pH value growth on struvite crystal formation. In the case of different initial concentration of N, P, Mg for struvite crystal formation, the mole ratio of removed each materials such as P/Mg, N/Mg were calculated as 2.38, 1.53 on Run 2 and 0.93, 0.92 on Run 1 condition. And these removed ratios were shown to be similar to the initial inlet concentration ratio. Especially, it was known that Mg material was intent to become Mg(OH)₂ on above pH 9.0 and be come struvite below to pH 7.0. Even though the removal tendency for nitrogen and phosphorus was almost the same, the removal capacity for nitrogen was proved to be a little higher than phosphorus on comparing the calculated value for the before and after struvite crystal formation.

Struvite에 의한 인간소변 중 질소‧인 회수 및 잔류 의약물질의 오존산화

장현희,서규태 대한환경공학회 2018 대한환경공학회지 Vol.40 No.10

An experimental study was conducted for struvite formation to recover N&P and ozone (O3) oxidation to remove residual pharmaceuticals in human urine. Sea water reverse osmosis (SWRO) concentrate was used as a magnesium source in the struvite production using hydrolyzed urine. The condition of struvite formation was set at pH 10 and volumetric ratio of the SWRO concentrate to urine 0.1 to adjust Mg/P molar ratio of 1.4. The residual pharmaceuticals were analyzed by LC/MS with solid-phase extraction (SPE) as a pre-treatment of samples. O3 oxidation was carried out at pH 11, O3 injection range 1 to 5 mg/L and contact time 15 minutes. The hydrolyzed urine contained N&P 4,117 mg/L and 638 mg/L mostly in the form of NH3-N (3,784 mg/L) and PO4-P (601 mg/L), of which 2.3% and 92.7% were recovered, respectively in formation of the struvite (2.65 g/L-urine). Caffeine (3,329 μg/L), diclofenac (666 μg/L) and ibuprofen (408 μg/L) were three major pharmaceuticals detected in the urine sample. The pharmaceutical content of the struvite was 57.21 μg/g for caffeine, 12.87 μg/g for diclofenac and 8.94 μg/g for ibuprofen. 43.9% of caffeine in the urine was removed at 1 mg/L of O3 injection, 33.6% for diclofenac at 4 mg/L and 28.68% for ibuprofen at 3 mg/L. It was considered that the O3 oxidation of the urine could reduce the pharmaceutical content in the struvite and encourage use of the struvite derived from the human urine as an agricultural fertilizer. 본 연구는 인간소변으로부터 struvite 생성에 의한 질소와 인의 회수와 소변 중 의약물질의 오존산화를 실험적으로 검토한 것이다. Struvite 생성 실험은 마그네슘 원으로 해수의 역삼투(Sea water reverse osmosis) 농축수를 사용하여 소변과의 용적비율 0.1로 마그네슘과 인의 몰 비 1.4를 맞추었고 pH 10에서 수행되었다. 소변 중 잔류 의약물질의 분석은 시료의 고체상분리 전 처리와 LC/MS을 이용하였다. 소변의 오존산화 실험은 pH 11, 오존주입농도 1~5 mg/L, 반응시간 15분에서 수행되었다. 자연 가수분해 소변의 질소와 인 함량은 4,117 mg/L, 638 mg/L로 대부분 암모니아성 질소(3,784 mg/L)와 인산염 인(601 mg/L)으로 존재하였고, struvite (2.65g/L-urine) 생성으로 각각 암모니아성 질소 2.3%, 인산염 인 92.7%가 회수되었다. 소변에서 검출된 의약물질은 카페인(3,329 μg/L), 디클로페낙(666 μg/L), 이부프로펜(408 μg/L) 세 가지 성분으로 struvite에는 각각카페인 57.21 μg/g, 디클로페낙 12.87 μg/g, 이부프로펜 8.94 μg/g이 함유되었다. 오존산화에 의해 소변 중 카페인은 오존주입농도 1 mg/L에서 43.89%, 디클로페낙은 4 mg/L에서 33.63%, 이부프로펜은 3 mg/L에서 28.68%가 제거되어 struvite 중 의약물질 함량이 감소함으로써 소변유래 struvite의 농업용 비료로 사용이 촉진될 것으로 검토되었다.

EM 발효물을 첨가하여 형성된 Struvite 결정에 의한 질소, 인 제거

김영규 ( Young-kyu Kim ),이미경 ( Mi-gyeong Lee ),라덕관 ( Deog-gwan Ra ) 한국환경기술학회 2014 한국환경기술학회지 Vol.15 No.2

EM 발효물을 첨가하여 형성된 struvite의 특성을 파악하고, 질소·인의 제거능에 대하여 실험하였다. EM 발효액이 포함된 struvite 결정에 의하여 제거된 Mg²⁺, NH₄⁺-N, PO₄^3--P의 경우, pH 9에서는 높은 제거율을 보였으나, 증류수를 이용한 경우에 비해 낮은 제거율을 나타냈다. 이것은 EM 발효물이 알칼리도를 소모하여 struvite 결정 형성을 저해한 결과로 판단된다. 증류수를 이용하여 형성된 stuvite(Run 2, 3)의 평균 제거몰비는 Mg²⁺: PO₄^3--P : NH₄⁺-N =1.0 : 2.38 : 1.53인 반면 EM 발효물이 약 10% 포함된 (Run 4, 5) 경우는 1.0 : 1.69 : 0.98로인 · 질소의 제거몰비가 감소하였다. EM 발효액의 함유 여부와 struvite 결정의 고상 및 액상 상태를 현미경으로 관찰한 결과, EM이 함유된 struvite는 증류수의 경우보다 입자 크기가 작게 형성됨을 알 수 있었고, EM struvite 표면과 주변에는 미생물 활동이 활발하였다. XRD분석 결과, 본 실험에서 얻어진 struvite는 reference와 같은 각도에서 intensity를 나타내고 있어 동일한 형태의 struvite 입자로 판단되었다. Several experiments were performed to find out the characteristics of struvite crystal, which was formed by adding Effective Microorganisms(EM) fermentation material and the nitrogen and phosphorus removal capacity during the crystallization. On forming the struvite crystal by adding EM fermentation material, called EM struvite crystal, the removal efficiency of Mg²⁺, NH₄⁺-N and PO₄^3--P was recorded the highest on pH 9, but the value was lower than the case of exception the EM fermentation material only using of evaporation water as a contrast sample. This result explains that the role of EM fermentation was consuming the alkalinity that is demanded to forming struvite crystal. The average removal mole ratio of Mg²⁺: PO₄^3--P: NH₄⁺-N on case of evaporation water(Run 2, 3) struvite was showed as 1.0 : 2.38 : 1.53, comparing to the ration of 1.0 : 1.69 : 0.98 on adding 10% EM fermentation material(Run 4, 5). After all, the removal mole ratio for nitrogen and phosphate was reduced by adding EM fermentation material. Even though the EM struvite crystal was smaller in size of crystal than the usual one which was formed in evaporation water, a lot of microbes were activated on surface of EM struvite crystal. Additionally, from the XRD analysis, EM struvite crystal was proved as the same characteristic to the one of reference, on comparing the intensity on same angle.

Ca²⁺ 및 F^- 이온이 Struvite 결정화 반응에 미치는 영향

김승하(Seung Ha Kim),김금용(Keum Yong Kim),류홍덕(Hong Duck Ryu),이상일(Sang Ill Lee) 大韓環境工學會 2010 대한환경공학회지 Vol.32 No.7

일반적으로 고농도의 암모니아성 질소, 인 및 불소가 동시에 고농도로 함유되어 있는 반도쳬 폐수를 처리하기 위하여 사전에 불소를 적절한 방법으로 제거하는 것이 매우 중요하다. 이를 위하여 칼슘을 이용한 제거법이 널리 채택 되고 있다. 그러나 불소제거를 위하여 주입하는 칼슘은 암모니아성 질소와 인의 제거를 위한 struvite 반응에 저해를 주기 때문에 최대로 제거할 필요가 있다. 따라서 본 연구는 불소와 칼슘이 함유된 폐수를 대상으로 struvite 결정화반응을 수행할 때 미치는 영향 인자에 대하여 알아보았다. 불소 농도가 증가할수록 암모니아성 질소와 인의 제거율이 급격하게 감소하는 것으로 나타났으며, 특히 인이 암모니아성 질소보다 영향을 크게 받는 것으로 나타났다. 또한 폐수중의 칼슘 농도 증가에 따른 영향은 칼슘 농도가 500 mg/L까지 struvite의 결정구조와 일치하였으나 침전물의 순도는 떨어지는 것으로 확인되었고,struvite 반응시 칼슘에 대한 영향은 인보다 암모니아성 질소가 더 크게 받는 것으로 나타났다. It is very important to remove fluoride ion before treating semiconductor wastewater containing high concentration of ammonia, phosphates, and fluoride ions by struvite formation. Calcium ion was generally added for the removal of fluoride ion. However, calcium ions remained after removal of fluoride ion can deteriorate the performance of struvite crystalization. It should be removed completely before struvite formation. In this study, the effect of fluoride and calcium ion concentration on the struvite crystalization was investigated. Removal efficiencies of ortho-phosphate with struvite formation were more abruptly decreased than those of ammonium nitrogen, as increase of fluoride ion concentration in synthetic wastewater. The structures of struvite formed in synthetic wastewater containing calcium ion of up to 500 mg/L were identical. Purity of struvite was deteriorated as increase of calcium ion over 500 mg/L. Removal efficiencies of ammonium nitrogen were more decreased than those of phosphate ions as increase of cacium ion in synthetic wastewater.

Struvite recovery from swine wastewater and its assessment as a fertilizer

Hong Duck Ryu,Sang Ill Lee 대한환경공학회 2016 Environmental Engineering Research Vol.21 No.1

This study evaluated the fertilizing value of struvite deposit recovered from swine wastewater in cultivating lettuce. Struvite deposit was compared to complex fertilizer, organic fertilizer and compost to evaluate the fertilizing effect of struvite deposit. Laboratory pot test showed that the struvite deposit better enhanced lettuce growth in comparison to commercial fertilizers. It was revealed that the growth rate of lettuce was simultaneously controlled by phosphorus (P) and magnesium (Mg). Moreover, nutrients such as nitrogen (N), P, K, calcium (Ca) and magnesium (Mg) were abundantly observed in the vegetable tissue of struvite pot. Meanwhile, struvite application led to the lower accumulation of mercury (Hg), lead (Pb), chromium (Cr(6+)) and nickel (Ni). In addition, no detection of cadmium (Cd), arsenic (As) and nickel (Ni) in the lettuce tissue was observed in struvite application pots. The experimental results proved that the optimum struvite dosage for lettuce cultivation was 0.5 g struvite/kg soil. The column experiments clearly showed that ammonia nitrogen was more slowly released from struvite deposit than from complex fertilizer. Consequently, it was concluded that the struvite deposits recovered from swine wastewater were effective as a multi-nutrient fertilizer for lettuce cultivation.

Struvite 결정화를 이용한 하수슬러지내의 인 자원 회수에 관한 연구

최원준(Won Joon Choi),박규만(Kyu Man Park),윤배근(Bae Geun Yoon),김민철(Min Chul Kim),오광중(Kwang Joong Oh) 大韓環境工學會 2009 대한환경공학회지 Vol.31 No.7

본 연구는 struvite 형성 방법을 이용하여 하수슬러지 내에 함유되어 있는 인을 효율적으로 회수하는 것을 목적으로 하였다. 산의 종류에 따른 인 용출 실험결과, HCl에 비하여 H₂SO₄가 2.65배 높은 효율을 나타내었으며, Mg 원과 온도에 따른 struvite 생성물의 침전율은 25℃에서 MgCl₂·6H₂O를 Mg 원으로 사용한 경우에 97.4%로 가장 높게 나타났다. 또한, 인 회수 과정에서 Fe, Al, Zn 등에 의한 부반응이 일어났으며, 이를 해결하기 위하여 pH 7에서 인 화합물의 침전을 유도하여 부반응 공침전 물질을 다량 제거시킬 수 있었다. Struvite 형성 방법을 통한 최종 인 회수율은 82.99%로 순도 높은 struvite 생성물을 회수할 수 있었다. The objective of this study is to efficiently recover phosphorus contained in sewage sludge by a struvite-forming method. The performances were evaluated under various operating conditions(elution with the kind of acid, Mg-compound and temperature) in order to reach the optimum conditions of struvite-forming. As a result, as an elution solution, the elution efficiency of H₂SO₄ was 2.65 times higher than that of HCl. Also, the precipitation efficiency of struvite was the highest (97.4%) in case of using MgCl₂·6H₂O as Mg-compounds at 25. However, the side reaction by Fe, Al and Zn appeared in process of phosphorus recovery. To solve some problems caused by side reacton, large quantities of co-precipitation materials produced by side reaction were removed by precipitating phosphorus compounds in pH 7. Consequently, the recovery efficiency of phosphorus by a struvite-forming method was 82.99%, and purity of the recovered struvite product was high.

pH 조절제에 따른 축산폐수 내의 인 제거를 위한 struvite 결정화 및 용해도 특성에 관한 연구

김지슬,홍선화,김선경,조혜리,고예은,계은지,이은영 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2015 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2015 No.-

폐수 내 존재하는 인은 수질에 부영영화를 일으키며 생물학적 처리가 어렵다. 인을 처리하는 방법 중 Mg²⁺을 결정핵으로 이용하여 struvite로 회수하는 방법은 인 제거효율이 높고 회수 후 비료로 이용할 수 있는 장점이 있다. 본 연구에서는 축산폐수를 이용하여 struvite를 형성하는데 있어, pH 조절제에 따른 phosphate 제거율을 알아보기 위해, 8 N NaOH와 pH buffer solution으로 쓰이는 0.2 M glycine and 0.2 M NaOH, 0.2 M Na₂CO₃ and 0.2 M NaHCO₃, 및 0.05 M borax and 0.2 M NaOH를 사용하였으며, struvite가 잘 형성되는 pH9로 조절하였다. 폐수 내의 인의 농도는 음이온 컬럼(A supp 5 150, Metrohm)이 장착된 ion chromatography(883 basic IC plus, Metrohm)를 이용하여 측정하였고, 표준곡선은 Multi Element IC Std 1 Solution A(highpuritystandards, USA)을 이용하여, 2 ppm ~ 20 ppm 사이의 농도로 작성하였다. Struvite 결정화 반응 5분 후에 인산염 제거율이 각각 100%, 100%, 97.31%, 96.5%, 95.93%로 나타냈으며, 각 pH 조절제를 첨가한 실험구의 결정화 후 pH는 각각 9.02, 9.22, 9.05, 9.11이었다. 회수된 struvite는 증류수에 0.1%, 0.2%, 0.3%, 0.4%, 0.5%(w/v)로 용해시켜, 시간의 변화에 따른 용해율을 알아보았다. 대조군으로는 시중에 판매되는 양액을 기준으로 비교하였다. 그 결과, 양액의 인산농도는 117.788 mg/L로 일정한 반면, struvite가 들어간 실험군은 용해 초기 값인 42~67 mg/L에서 36시간 결과 후 3~4배(172.13~194.1 mg/L)로 인산염 농도가 증가하였다. Struvite 0.1 g를 황산 95%(Duksan, Korea) 25 mL에 용해시켜 녹인 후, 증류수 25mL를 첨가하여 최대 용해되는 struvite 인산염농도는 2000 mg/L였다. 그러므로 struvite 용해 실험은 더 진행해야 할 것이며, struvite는 서서히 용출되는 완효성비료로 사용가능할 것이다.

ORIGINAL ARTICLE : Recovery of nitrogen by struvite precipitation from swine wastewater for cultivating Chinese cabbage

( Hong-duck Ryu ),( Han-seul Lee ),( Sang-ill Lee ) 한국환경과학회 2015 한국환경과학회지 Vol.24 No.10

This study assessed the fertilizing value of struvite deposit recovered from swine wastewater in cultivating Chinese cabbage. Struvite deposit was compared with commercial fertilizers: complex, organic and compost to evaluate the fertilizing effect of struvite deposit. Laboratory pot test obviously presented that the struvite deposit more facilitated the growth of Chinese cabbage than organic and compost fertilizers even though complex fertilizer was the most effective in growing Chinese cabbage. It was revealed that the growth rate of Chinese cabbage was simultaneously controlled by phosphorus (P) and potassium (K). Also, the nutrients such as nitrogen (N), P, K, calcium (Ca) and magnesium (Mg) were abundantly observed in the vegetable tissue of struvite pot. Specifically, P was the most abundant component in the vegetable tissue of struvite pot. Meanwhile, the utilization of struvite as a fertilizer led to the lower accumulation of chromium (Cr6+) than other pots, except for compost fertilizer pots, and no detection of cadmium (Cd), arsenic (As) and nickel (Ni) in the Chinese cabbage. The experimental results proved that the optimum struvite dosage for the cultivation of Chinese cabbage was 2.0 g struvite/kg soil. On the basis of these findings, it was concluded that the struvite deposits recovered from swine wastewater were effective as a multi-nutrient fertilizer for Chinese cabbage cultivation.

개에서 전산화단층촬영을 이용한 Calcium Oxalate결석과 Struvite결석의 감별

윤영민,이희천 한국임상수의학회 2015 한국임상수의학회지 Vol.32 No.1

This study was performed to differentiate calcium oxalate and struvite canine urinary stones using computed tomography. A total of 38 urinary stones (8 calcium oxalate and 30 struvite) were scanned using a computed tomography scanner. These urinary stones (10-15 mm diameter) extracted surgically without fragmentation were obtained from the different individual patients. The stone’s Hounsfield units(HU) values, heterogenicity, and roughness of surface were evaluated to differentiate calcium oxalate and struvite. The HU values of calcium oxalate were significantly higher than those of struvite. A receiver operator characteristic (ROC) curve revealed 1272 as the best threshold value to distinguish calcium oxalate from struvite (ROC curve AUC 0.87, p < 0.0014). The heterogenicity of calcium oxalate and struvite significantly differed on bone and dental window setting (p < 0.0001). There was no significant difference between calcium oxalate and struvite in roughness of surface. On computed tomographic images, bone and dental windows setting were useful for evaluation of heterogenicity between calcium oxalate and struvite. The HU value and heterogenicity are highly promising factor that can distinguish calcium oxalate and struvite with reasonable accuracy.