UV/H₂O₂ process를 이용한 BTEX 및 MTBE 오염된 지하수 처리에 관한 연구

Abstract

본 실험에 사용된 Continuous Stirred Tank Reactor(CSTR)는 총 반응기 3개로 직렬로 연결된 연속 반응기로써 정상상태 및 완전 혼합으로 운전되는 가정하에, UV/H₂O₂ process을 적용 할 수 있도록 제작하였다. 시험 공장(pilot plant)의 운전이나 실제 규모의 설계를 위하여 Batch type의 실험 결과를 근거하여 [UV dose 6.7kWh/L, H₂O₂ 147mM] 최적 조건을 도출하였다. 최단 시간에 높은 처리 효율을 낼 수 있도록 본 반응기에서 고려된 사항은 반응기 부피를 감안한 오염원의 유입량, 체류시간, UV dose, 과산화수소와 유입수의 비율, pH 그리고 과산화수소의 위치 및 개수등 매개변수를 통하여 실험을 진행하였다. 이러한 CSTR의 조건하에서 과산화수소의 농도를 147mM로 고정하여 실험한 결과, 주입 유량이 40mL/min이고, 오염원과 과산화수소의 주입비가 39.5mL:0.5mL 이고, 각 반응기당 UV dose는 6.7Wh/L 일때, 분해 효율에 대한 MTBE는 1st=65.15%, 2nd=99.99%결과를 나타내었으며, BTEX(평균)의 경우 1st=49.78%, 2nd=74.89%, 3rd=99.99%의 분해 효율을 나타내었다. 또한 주입 유량이 40mL/min이고, 오염원과 과산화수소의 주입비가 39.5mL:0.5mL 이고, 각 반응기당 UV dose는 30kWh/L, 25kWh/L, 20 kWh/L 일때, MTBE 1st=79%, 2nd=82%, 3rd=85%의 효율을 보였으며, BTEX(평균)의 경우 1st=43%, 2nd=80%, 3rd=99.9%의 분해 효율을 나타내었다. 따라서 본 연구에서는 Continuous Stirred Tank Reactor (CSTR)를 연계한 UV/H2O2 process에 따른 매개변수에 대한 효과를 평가하였으며, BTEX 및 MTBE로 오염된 지하수를 복원하는데 효과적인 공정을 설정하였다. 오염원의 주입량 39.5mL/min와 총 반응시간 40min 이후에는 BTEX 및 MTBE을 실시간으로 계획된 목표 처리용량을 처리 할 수 있는 system를 확보하였다. 또한 유류로 오염된 지하수 복원에 광범위하게 적용되고 있는 pump and treatment 처리 기법을 실제 현장에 적용하였을 경우, 오염 지하수를 최단시간에 실시간으로 처리할 수 있는 photo oxidation-Continuous Stirred Tank Reactor(CSTR) 공정을 개발하였다.; MTBE and BTEX are major factors of contamination in groundwater. These components have become a possibility of multiple contamination. In addition to MTBE renders other petroleum derivatives(BTEX) more soluble in aqueous thought a co-solvent effect. Given its situation, it requires new treatment system. UV/H₂O₂ process, one of the advanced oxidation processes (AOPs) which generate hydroxyl radical(ㆍOH), have been developed with the goal of degrading MTBE and BTEX in aqueous solution. In this experiment, continuous stirred tank reactor (CSTR) which consists of three series vessel was used for photo oxidation treatment. The effects of operating conditions such as flow rate of influent, retention time, UV dose, and H2O2 to influent volume ratio on the efficacy CSTR were investigated. The favorable H₂O₂ to contaminated-water volume ratio was 0.5mL : 39.5mL, and retention time was totally 1hr[UV dose; (1st = 3.3kWh/L), (2nd = 3.3kWh/L), (3rd = non) H2O2 = 0.5%]. Under CSTR conditions, it was observed that: (1) Removal efficiency of MTBE was [reactor; 1st = 65.15%, 2nd = 99.99%, ] (2) BTEX degraded at high extent [reactor; (1st = 49.78%, 2nd = 74.89%, 3rd = 99.99%)] at optimum total flow rate (40mL/min). This study focuses on the design of CSTR for application of ex-situ pump and treatment method as well as purification of contaminated groundwater at short distance in real-time.