수처리에서 다공판과 활성탄 촉매를 이용한 UV/오존 산화에 대한 연구

Abstract

산업구조의 고도화, 다양화로 수질오염 문제는 매우 심각하며 여기에 더하여 수자원이 부족한 상황에 직면하고 있다. 이런 상황을 타계하면서 점차 강화되는 음용수의 수질기준과 하·폐수에 대한 방류수 수질 기준에 부합하기 위한 대안으로 고도산화공정(Advanced Oxidation Processes; AOP)의 적용에 관한 연구는 과거 20여년부터 현재에 이르기까지 꾸준히 수행되고 있다. AOP는 강력한 산화력을 가진 하이드록실 라디칼(°OH, 전위차 2.07V)을 생성시켜 오염물질을 처리하는 공정으로 기존의 산화제보다 그 처리 효율이 매우 월등함을 그 특징으로 한다. 이 기술은 주로 미국, 독일 등 선진국에서 수행된 바 있는 고급기술에 속한다. AOP의 단위 공정으로는 O₃, UV, H₂O₂, TiO₂, 전자빔, 펜톤 반응, 광펜톤 반응 등이 있으며 각 단위공정의 한계를 극복하면서 처리효율을 향상시키기 위해 이들 단위 공정들은 서로 적절히 조합을 통해 실제 공정들이 구성된다. 그 대표적인 사례로 O₃/UV, UV/H₂O₂, UV/TiO₂ 등을 들 수 있다. 일반적으로 오존을 이용한 AOP 공정은 반응성이 강한 하이드록실 라디칼을 생성시켜 난분해성 오염물질을 제거하는 기술이다. 따라서 하이드록실 라디칼의 거동을 정확히 파악할 수 있는 방법 개발이 근본적인 해결책이라 할 수 있으나, 현 기술 수준은 간접적인 방법으로 하이드록실 라디칼의 확인 정도에 그치고 있어 아직 초보적인 연구수준에 머무르고 있다. 또 산화에 직접 관여 하는 라디칼의 정량적인 연구는 아직까지 성공적으로 이루어지지 않았다. 그럼에도 불구하고 오존단독공정을 이용하거나 타공정과의 조합에 의한 AOP 공정의 적용 가능성은 점차 확대되고 있는 실정에 있다. AOP 공정중에서 오존공정은 소독뿐만 아니라 색도 및 냄새 제거 등에 오랫동안 그 효과가 입증되어 오고 있으나, 실제 수중에 존재하는 유기물에 대한 처리는 상당히 제한적인 것으로 알려지고 있다. 예를 들어, 오존 산화는 포화탄화수소계열의 유기물에 대해 매우 느린 선택적인 반응을 가지며, pH, 온도, 및 수중 무기염류 등과 같은 처리공정 인자들로 인해 그 산화능력에 큰 영향을 받는다. 그 결과로, 기존 오존공정은 원수내 유기물 처리시 처리 효율성 및 경제적 한계성을 현재 뚜렷하게 보여주고 있는 실정이다. 따라서 이와 같은 오존단독공정의 단점을 극복할 수 있으면서 경제적 및 효율적으로 응용 가능성이 높은 새로운 오존공정이 요구되고 있다. 이에 입상 활성탄(GAC)에 의하여 용존 오존의 분해를 촉진시켜 강력한 산화력을 가진 하이드록실 라디칼(°OH)의 생성을 유도함으로써, 유기물에 대한 처리 효율성 및 경제성을 극대화시킬 수 있는 공정을 개발하고자 하였다. 본 연구의 목적은 다공판과 활성탄 촉매를 이용한 UV/오존 산화(Catalyst Ozone Advanced Oxidation Processes : 이하 ‘Catozone AOP’) 연구를 정수와 하수에 적용하여 다공판 유무에 따른 용존 오존 용해율과 UV, UV/오존, 오존, Catozone AOP의 각각 공정별 OH 라디칼 생성율, TOC, DOC 및 UV 흡광도의 제거효율, Catozone AOP 공정과 기존 오존 단독 공정의 유해물질(페놀, 세제) 및 용존유기물질 제거 특성을 평가하기 위해 인공시료를 조제하여 접촉시간별로 유해물질 및 용존 유기물질의 농도분석, Catozone AOP System의 촉매로 사용된 최적의 활성탄 두께를 결정하기 위하여 활성탄의 두께에 따른 흡광도 변화를 검토하여 환경공학의 수처리 신기술로서 개발하고자 한다.; Is facing advanced of industrial structure, situation that water pollution problem is very serious by diversification and add here and water resources is lacking. Research about application of Advanced Oxidation Processes; AOP is achieved steadily until current from past 20 years by alternative to check up with this situation in number quality of water standard of discharge about quality of water standard and waste water of drinking water solidified as dying gradually. AOP by equity that handle contaminant creating Haideuroksil Radikal(°OH, potential difference 2.07V) that have strong caloric that live processing efficiency than existent oxidizing agent very excellent by the feature do. This skill belongs the United States America, high-quality skill achieved in advanced nation such as Germany mainly. Actuality eutectics of these unit processes are consisted through association each other properly there is O₃, UV, H₂O₂, TiO₂, electrical vim, penton reaction, storehouse penton reaction etc. by AOP's unit process and prove processing efficiency as overcoming limit of each unit process. Can take O₃/UV, UV/H₂O₂, UV/TiO₂ etc. to the representative example. Usually, AOP amount of work that use ozone is skill that reactivity creates strong Haideuroksil Radikal and I remove resolvability contaminant. Therefore, can speak as solution that method development that can grasp correctly Haideuroksil Radikal's conduct is fundamental, but present skill level is stopping in Haideuroksil Radikal's confirmation degree by indirect method and is staying in elementary research level yet. Also, research that is Radikal's research that do direction pipe in oxidation did not consist up to now successfully. Nevertheless, use ozone singleness eutectic or application possibility of AOP amount of work by association with another thing amount of work is in real condition been magnifying gradually. The effect of ozone amount of work among AOP amount of work is proved for a long time to chromaticity as well as disinfection and smell exclusion etc., but processing for organic matter that exist among actuality is known as limited thing fairly. For example, ozone forest fire has very slow selective effect about cloth shoes hydrocarbon order's organic matter and receive big effect in the forest fire ability by pH, temperature, and processing amount of work benevolent persons such as hydrospace micronutrient etc.. By the result, old ozone amount of work in live water organic matter processing processing efficiency and economical limited real condition that look like clear current be. Therefore, as can overcome shortcoming of such ozone singleness amount of work economical and efficiently application likely new ozone eutectic require. By motiving Haideuroksil Radikal's(°OH) creation that promote dissolved ozonic disjointing by winning a prize activated carbon(GAC) hereupon and have strong caloric that live, wished to develop amount of work that can do to maximize processing efficiency and economic performance for organic matter. Purpose of this research emir moment because applying UV/ozone Catalyst Ozone Advanced Oxidation Processes : Low 'Catozone AOP' research that use emir plank and activated carbon catalyst in clear water and sewage the dissolved ozone melting rate and UV, UV/ozone, ozone, each amount of work OH Radikal creation rate of Catozone AOP, TOC, DOC and exclusion efficiency of UV absorbency by existence and nonexistence to start contact time making human work sample ore to evaluate Catozone AOP eutectic and toxic substance(phenol, cleaning material) of old ozone singleness amount of work and dissolved organic matter exclusion characteristic density analysis of toxic substance and dissolved organic matter material, wish to examine absorbency change by thickness of activated carbon and develop as number processing New Technology of environmental engineering to decide activated carbon thickness of most suitable used by Catozone AOP System's catalyst.