고도산화공정(Advanced Oxidation Process, AOP) 중 하나인 펜톤 산화법은 과산화수소(H2O2)와 2가철 이온(Fe2+)이 반응하여 OH 라디칼을 생성함으로써, OH 라디칼의 강한 산화력으로 유기물을 분해하는 방법이다(Kim et al., 2016). 펜톤 산화는 다양한 유기물과의 높은 반응성을 지닌다는 점과 생물학적으로 분해가 어려운 물질을 산화·분해시켜 생물학적 처리가 가능하도록 한다는 등의 장점을 지니고 있다(Lee et al., 2003, Sung et al., 2006). 그러나, 펜톤 산화는 유기물과의 반응 후 펜톤 슬러지를 부산물로 다량 생성하기 때문에 발생된 슬러지를 처리하는 공정이 추가적으로 요구된다. 또한, 펜톤 슬러지는 다량의 난분해성 물질과 철염 등을 함유하고 있기 때문에 처리하는 방법이 까다롭다. 펜톤 슬러지는 주로 ‘매립’으로 처리하고 있으나 매립지 크기의 한계 및 수명 단축, 비싼 처리비용 등의 문제가 뒤따르기 때문에 이에 대한 대책이 필요한 실정이다. 이러한 펜톤 슬러지는 크게 발생량을 줄이는 연구와 촉매, 응집제 등으로 펜톤 슬러지를 재활용하는 연구로 나눠 진행되고 있다. 이 중 펜톤 슬러지를 촉매로 재활용하는 연구는 펜톤 슬러지 내 Fe3+를 Fe2+로 전환하여 펜톤 산화에 사용하는 철염을 대체하는 것을 목표로 하고 있다. 이때 사용하는 환원제는 철편, 금속(Zn, Cd, Cu 등), 요오드산 등이 있다. 그러나, 이러한 환원제들은 펜톤 슬러지 내 총 철 농도의 증가 및 Fe2+로의 낮은 전환율, 부산물 생성 등의 문제점이 있다.
본 연구는 펜톤 슬러지를 처리하는 방안으로 펜톤 슬러지를 펜톤 산화용 철 촉매로 재이용하고자 하였다. 펜톤 산화용 철 촉매의 용도로 펜톤 슬러지를 재이용하기 위해서는 용해된 펜톤 슬러지 내 철 형태가 2가철 이온으로 존재하는 것이 유리하다고 판단하였다. 본 연구에서는 다양한 환원제를 사용하여 펜톤 슬러지 내 철이온 형태를 Fe3+에서 Fe2+로 전환하여 전환되는 양을 비교하여 최적의 환원제를 찾고자 하였다. 본 연구는 ‘D’ 산업용수센터에서 발생하는 RO 농축폐수를 펜톤 산화로 처리한 후 발생하는 펜톤 슬러지를 대상으로 실시하였다. 실험에 앞서, 펜톤 슬러지는 황산을 사용하여 용해액 상태로 전환하여 실험을 진행하였다. 본 연구에서 사용한 환원제는 sodium sulfite (Na2SO3), potassium sulfite (K2SO3), sodium bisulfite (NaHSO3)로 총 3가지이다. 슬러지 용해액 1 L를 기준으로 각각의 환원제를 0.5 g씩 투입하였고, 2 시간까지 반응하여 각각의 철 농도 변화를 살펴보았다.