반응표면분석법을 이용한 식물성 혼합응집제의 탁도 제거 최적화

초록

본 연구에서는 식물 혼합 응집제를 사용하여 합성폐수 내 탁도를 효율적으로 제거하기 위한 인자의 조건을제시하고자 한다. 합성폐수는 카올린(kaolin) 분말을 500 NTU 농도로 희석하여 사용하였다. 응집제는 클레로덴드럼(Clerodendrum)과 선인장을 0.5 M NaCl 수용액에 용해 및 여과하여 활성 성분이 포함된 콜로이드성 추출액 형태로 제조하였다. 인자의 실험범위는 pH 3-8, 응집제 농도 30-120 mg/L, 선인장 비율 30-90%로 하였다. 탁도 제거를위한 최적의 조건과 인자의 상호작용을 확인하기 위해 반응표면분석(response surface analysis) 중 면중심설계(face centered design)를 사용하였다. 독립 변수에 대한 단일 인자 실험 결과에서는 pH 3에서 최대 제거율(96%)이 나타났으며, pH가 증가할수록 효율이 감소하였다. 응집제 농도는 90 mg/L에서 최대 제거율(84%)을 보였으나 그 이상에서는 효율이 저하되었고, 선인장 비율의 경우 50%에서 최대 제거율(78%)을 보였다. 반응표면분석 결과에서 모든 독립변수가 p < 0.05로 탁도 제거에 유의미한 영향을 미쳤다. 탁도 제거에 있어 pH(p < 0.001)와 농도(p < 0.001) 가 선인장 비율(p = 0.006)에 비해 상대적으로 영향력이 큰 것으로 나타났다. 상호작용 항목 중에서는 pH×농도(p = 0.005), pH×선인장 비율(p = 0.006)이 수학 통계적으로 유의하였다. 반응표면분석으로부터 도출된 모델(R2 = 0.93) 에서 최적 조건은 pH 3.0, 농도 75 mg/L, 선인장 비율 65%로 예측된 탁도 제거율은 99.9% 이상으로 높았다. 따라서 본 연구는 클레로덴드럼(전하 중화 효과)와 선인장(가교 효과)이 상호 보완적으로 작용하여 단일 응집제의 한계를 극복할 수 있음을 실험적으로 입증하였다.

키워드