오존을이용한수처리기술
서론 오존을수처리에이용한것은유럽에서는 여년의역사를갖고있으나우리나라에서는 년이전까지는그적용실적이매우적었고 제작및적용기술수준이낮은편이었다 그러나환경기준의강화로상수원보호지역에있는오수처리장을중심으로오존처리장치의설치가급속히증가하고있고 공장폐수처리분야에서도계속적인검토가이루어지고있음에따라장치의성능도비약적인발전을거듭하고있으며 오존을이용한복합산화처리방식이크게대두되고있는실정이다 오존의특성 오존은강력한산화력을지니고서많은유기화합물 무기화합물을산화시킨다 특히 유기화합물의올레핀 류뿐만아니라방향족핵도실온에서빠르게분해시키는 특징이있다 오존은공기 또는산소 와전력만있으면현장에서쉽게필요량을얻을 수가있다 오존발생기의인가전압과주파수를변화시킴에따라필요한오존량이 얻어지므로주입량제어나자동화가용이하다 오존의산화환원전위는불소다음으로높으므로수중의처리대상물을살균 분 해하는시간이비교적짧아서좋다 용존된오존은 짧은시간 반감기는 상온 중성에서 분 에산소로 분해된다 처리후의 에는거의영향을받지않는다 수중의유기물질이저분자화되어후단의생물학적처리가용이하고생 물학적처리나활성탄처리와의병용처리에서효과가높아질수있다 처리후에무기염농도의상승 슬러지발생 유기염소혼합물의생성같 은 차오염이없다 응집침전이나활성탄흡착의전처리에오존을이용하면응집제의절감 침강속도의촉진 활성탄여과의지속시간을연장시킬수있다
오존의분해메카니즘 오존은공기중산소또는순산소를이용하여가스상태로발생시키는데오존을수처리에응용할때는액상에용해시켜사용한다 액체상태에서잔류오존은매우불안정하여비교적단시간에분해하여산소와물로된다 오존의분해속도는 에크게영향을받는데이것은수산화기 에의하여오존이스스로분해될수있는특성 을가지기때문이다 즉오존은산성에서는비교적안정하나알칼리성으로갈수록분해속도가빨라진다 오존은수산화기에의해분해가시작되어중간생성물질로 라디칼 과 라디칼 라디칼 중간경로를거쳐 라디칼을생성하게된다 이 라디칼은오존그자체보다높은전위차를가지며 라디칼 거의모든유기물과매우빠른속도로골고루반응하는특징이있다 오존산화시유기물이제거될수있는경로는오존분자에의해직접제거될수있는직접경로와 라디칼에의해분해되는간접경로로구분된다 오존발생방법 자외선식오존발생기 원리 자외선파장을산소분자에조사하면산소분자가활성화되어오존이생성되는방법으로구조가간단하고오존발생농도가낮아부식의우려가크지않다 적용 발생되는오존농도가낮아직접사용하는경우는드물고 발생된오존과자외선을 동시적용하여용 폐수를살균하는경우가대부분이며냉각수및조경용수의살조용으 로일부사용되고있다
전해식오존발생기 원리 물을전기분해할때양극에서산소와더불어미량의오존이발생하는데이때고체 전해질막을사용하면고농도오존이발생된다 전기에너지 적용 오존농도가매우높고금속 와 를함유하지않는순도가높은오존을얻을 수있기때문에사용목적에따라높은효율을얻을수있으며표백 탈취 초순수처리 등에사용되고있다 무성방전식오존발생기 원리 고전압전극과접지전극사이에유리와세라믹재질의절연체를끼워교류고전압 을더하면서이간극사이에산소를함유한기체를통과시켜오존을발생시키는것으로에너지소비가적고대용량으로할수있기때문에널리사용되고있다
오존발생기의특성비교
오존에의한고도정수처리 오존은초기에살균제로서많이이용되었지만강력한산화력이점차입증되면서그활용범위가넓어지고있으며 최근정수처리에있어서도하나의오존공정으로두가지또는그이상의목적으로오존을사용하는등매우다양화되고있다 즉 색도의제거를위하여정수공정후반부에설치된오존공정은살균목적도동시에달성할수있으며 오존처리를주목적으로이용되는접촉조에서배출되는배출오존을정수처리전반부에접촉시켜철 망간의제거 응집효과증진등의목적으로재이용하는처리방식이확대되고있다 이같이다양한오존공정은오존의사용과처리효과를최대화시킬수있을뿐아니라 배출오존량의감소로배출오존처리설비의경제화를도모할수있게된다 특히활성탄공정에서미생물에의한용존유기물분해환경을극대화시킬수있는방법이실용화되어실제정수장에적용되고있다
오존에의한공업용수처리 초순수 반도체나박막소형소자의제조에는기판의세정에다량의순수가필요하다 요구되는순수의수질은제조하는제품에따라다르지만초 집적회로 를제조하는경우에는초순수가사용된다 때문에자외선이나과산화수소와병용처리하는오존산화법을이용하고있다 냉각용수 냉각용수의유지관리상장애는금속부식 의부착 슬라임의생성과부착등이다 이들의장애를방지하는방법으로서화학약품처리가행해지고있지만오존이강력한산화력과살균력을가지고있으므로지하수나해수를냉각용수로사용하는경우큰효과를보고있다 표 냉각용수의약품처리와오존처리의비교
오존에의한폐수처리 폐수처리에서오존처리를하는목적은 세균 바이러스의살균 유기성착색성분의분해 악취 불쾌한냄새물질의분해 등의감소 유독성 유해물질의분해등을들수있다 오존처리전에부유물질농도가높은경우는부유물질이산화분해되면서 를상승시키는경우가있으므로여과공정을거친후에오존처리를하는것이효과적이며되도록낮은농도에서하는것이경제적이다 고급산화법 산화법이란 라디칼을중간생성물질로생성하여수중오염물질인유기물을산화처리하는보다진보된수처리기술을말하며 최근수처리에널리사용되고있는오존에 를조절하거나 과산화수소 자외선 등을첨가하여산화력을증대시키는복합산화방식을말한다 의매력은기존의산화제인염소 이산화염소 과망간산칼륨등보다훨씬강한산화력을갖고있을뿐아니라오존만사용하였던경우보다경제적 효율적으로수처리에응용할수있는장점이있다 산화법의활용이기대될수있는분야는정수처리에서미량유기물제거 맛 냄새제거 생성억제 등의전처리공정으로이용되며 산업폐수 염색 제지폐수등 에까지활용이가능하다 또한처리규모및처리목적에따라다양한공정배열이가능하다 이론 오존은높은 상태에서많은 라디칼을생성하게되는데이원리를이용한 것이다 수중에유기물이나탄산 중탄산 이온등의 라디칼 가존재
하지않을경우 라디칼은또하나의오존분자와반응하여연쇄반응이지속되지만 오염되지않은순수한물은사실상존재하기어렵고생성된 라디칼은오존과반응 하기보다는탄산 중탄산등과더쉽게반응하게된다 때문에 변화에따른탄산이 온들의농도변화를고려해야하는데 를높일수록중탄산염에서탄산염으로전환되 게되고 라디칼은탄산염과의반응속도가중탄산염보다수십배빠르기때문에 를높일경우 라디칼생성면에서는잇점이있지만 라디칼소모면에서는해가 된다 그러므로최적 조건을도출하여야하는문제점이있다 응용 폐수의특성에따라오존주입공정을 와 를선택해적용하면더좋은효과를얻을수있다 의염색폐수에대한실험에의하면 에서보다는 방식에서 방식에서더좋은 제거효율을얻을수있었다 이론 와 등은과산화수소의짝염기인 가오존을분해할수있는 로작용할수있음을발견하였는데 수산화기보다훨씬빠르게오존을분해하여 라디칼을생성할수있음을발견하였다 오존에과산화수소를인위적으로첨가하여오존을더빠른속도로분해시켜 라디칼을생성시키는방법을 라한다 초기반응결과로 라디칼 과 이생성되며각각연쇄반응을거쳐 라디칼을생성하게된다 주목할점은과산화수소가 라디칼을생성하는기폭제뿐아니라 라디칼을트 랩할수있는 로도작용한다는점이다 따라서필요이상의과산화수소주입 은오히려유기물제거에역효과를유발할수도있다 응용
지하수처리 지표수의맛 냄새유발물질제거등에오존만사용하는것보다오존에과산화수소를첨가하여사용함으로써오존주입량을줄일수있으며효과적인처리효율을얻을수있다 특히 난분해성유기물질등을함유하고있는제지폐수에적용하면색도뿐만아니라 제거에상당히좋은결과를얻을수있다는것이실험으로증명되었다 원리 용존오존이자외선에너지에의하여광분해되는초기반응의결과로과산화수소가 중간물질로생성된다 생성된과산화수소는 에서와같은경로로 라디칼을생성하게된다 에서기대할수있는또하나의처리잇점은유기물이 에의해서도직접적으로제거될수있는광분해반응이유기물제거에도움이될수있다는것이다 응용 지하수오염의대부분을차지하고있는유기염소계화합물제거에효과가크다 특히오존만으로처리하였을때보다월등한상승작용효과가있음이실험적으로증명되었다 또한산업폐수처리에서도효과적으로사용될수있는데이방법은이미 에의해상업화되어져응용되고있다 결론 오존은강한산화력과색도제거에탁월성이있으므로염색폐수처리등에적용되고 있으며 처리비용은고가이나 산화와같이슬러지의발생이없는것이큰장점
으로나타나고있다 특히 등과복합처리하는 방식은유기물제거에탁월한효능이있을뿐만아니라처리규모및처리목적에따라서 다양한처리기법으로활용될수있는크나큰매력이있어서앞으로산업폐수처리에더 욱증가될것으로전망되며 현시점의당면과제인난분해성산업폐수처리에다른고 도처리공법과더불어한몫을하리라기대된다