*. 본 내용은 모 업체에 제출한 폐수처리공사 관련내용중 일부임
1. AOP 산화법
(1) 개 요
AOP 산화법(Advanced Oxidation Process)이란 OH Radical을 중간생성물질로 생성하여
수중오염물질인 유기물을 산화처리하는 보다 진보된 수처리기술을 말하며,최근 수처리에 널리 사용되고 있는 오존에 PH를
조절하거나 과산화수소,UV에너지 등을 첨가하여 산화력을 증대시키는 방법을 말한다.
AOP의 장점은 기존의 산화제인 염소,이산화염소,과망간산칼륨 등 보다 훨씬 강한 산화력을 갖고 있을 뿐 아니라 오존만
사용하였을 경우보다 경제적,효율적으로 수처리에 응용할 수 있는 장점이 많다.
(2) AOP의 개발 동기
AOP산화법에 관한 연구가 처음으로 시작된 것은 미국과 일본에서 산업폐수처리에 적용하기 시작된 것으로 비롯된다.
최근에는 폐수뿐 아니라 상수처리에 AOP산화법의 응용이 점차 확대되어 지하수의 TCE와 PCE 같은 미량 유기물제거와
맛.냄새 유발물질인 Geosmin,MIB 제거와 산화부산물 생성억제 방안으로 응용이 검토되고 있다. AOP 산화법에
관한 연구가 박차를 가하기 시작한 것은 오존의 단점과 한계를 느끼기 시작한 것으로부터 기인한다. 오존은 THM 생성억제,맛.응집침전
개선효과 및 생물학적 활성도 증대효과등 잇점과 강한 산화력 (전위차: 2.07V)을 갖고 있으나 실제로 오존은 대다수의
유기물과의 반응이 느리거나 어떤 유기물과는 반응이 매우 선택적(Selective)인 것이 결점으로 지적되고 있다.
또한 용해도가 매우 낮아(1%미만) 경제적인 면에서도 단점이 많다.
즉 오존의 분해과정에서 중간물질로 생성된 OH Radical이 수처리에서 매우 중요한 역할을하는 것을 알게되었고 오존과
함께과산화수소.UV등을 혼합 사용함으로써 오존만 사용하였을 경우보다 기대 이상의 효과를 얻게 되었다.
수처리에 적용될 수있는 AOP 산화법으로는
Photolysis of Ozone : OZONE + UV AOP
Ozone + High pH AOP
Ozone + Hydrogen perozide : PEROXONE AOP
Photolysis of Hydrogen perozide : PEROXIDE + UV AOP 가 있다.
2. OZONE & UV AOP
(1) 오존의 분해 메카니즘과 유기물제거경로
오존은 공기중 산소 또는 순산소를 이용하여 가스상태로 발생시키는데 오존을 수처리에 응용할 경우 액상에 용해시켜 사용한다.
액체상태에서 잔류오존은 매우 불안정하여 비교적 단시간에 분해되어(반감기: 20-30분,온도20℃)산소와 물로된다.
오존의 분해속도는 pH에 크게 영향을 받는데 이것은 수산화기(OH-)에 의하여 오존이 스스로 분해될 수 있는 특성
(self-decomposition)을 가지기 때문이다.
즉 오존은 산성에서는 비교적 안정적이나 알칼리성으로 갈수록 분해속도가 빨라진다.
오존은 오염물질이 없는 수용액상태에서도 수산화기에 의해 분해가 되기 시작하여 중간생성물질로 Hydroperoxy
라디칼(HO₂-)과 Superoxide라디칼(O₂-)을 형성하며 이들은 다시 오존분자와 반응하여 Ozonide 라디칼(O₃-)중간경로를
거쳐 OH Radical을 생성하게된다. 이 중간물질로 생성된 라디칼 중 OH 라디칼은 오존 그 자체보다 높은 전위차를
가지며(3.08V), 거의 모든 유기물과 매우 빠른 속도로 골고루 반응하는 특징이 있다. 반면에 오존은 대다수의 유기물과의
반응이 느리거나 또는 어떤 유기물과는 전혀 반응을 하지 않는 경우가 많다.
오존산화시 유기물이 제거될 수 있는 경로는 아래 그림과 같이 오존분자에 의하여
직접적으로 제거될 수 있는 직접경로(Direct Reaction Pathway)와 OH 라디칼에 의하여 분해되는 간접경로(Indirect
Rea-ction Pathway)로 구분된다.
(2) OZONE & UV AOP
용존된 오존이 자외선에너지에 의하여 광분해되는 초기반응의 결과로 과산화수소가
중간물질로 생성된다.
O₃+ hv + H₂O → H₂O₂
오존은 자외선영역인 254nm에서 흡수성이 강하며, 1mol의 오존과 1mol의 Photon이 반응하여 1mol의
과산화수소를 생성한다. OZONE & UV AOP에서 기대할 수 있는 또 하나의 처리 잇점은 유기물이 UV
에 의해서도 직접적으로 제거될 수 있는 광분해 반응 (Photolysis of substrate)이 유기물제거에 도움이
될 수 있다.
M + hv → M → Products
즉 유기물의 자외선 에너지에 대한 흡수성이 높고 분해수율(Quantum yield)이 높다면 OZONE &
UV AOP는 매우 효과적인 유기물처리공정으로 사용될 수있다.
(3) OZONE & UV의 수처리 응용
OZONE & UV AOP에 의한 유기물의 제거반응은 오존과 직접적으로 반응하여 제거되는 경로,OH라디칼에
의해 제거되는 경로, 그리고 UV Photon에 의하여 광분해되는 경로로 구분된다. OZONE & UV에 의한
유기물의 상승효과를 보면 물질의 종류마다 다른데 페놀의 경우 오존만으로 유기물을 제거하는 경우보다 UV를 겸용하여
사용하였을 겨우 제거속도를 1.5배이상 증가시키고 PCE, TCE의 경우는 13 배 이상 증가한다. 유기염소계 화합물이
많은 지하수는 물론이고 산업폐수처리에서도 뛰어난 효과가 입증되었다.(미국 ULTROX 사에서 상업화)
(4) OZONE & UV의 설치시 장단점
(장점)
*. AOP원리에 따라 오존만을 사용하였을 경우보다 10-100배 정도의 제거효과가 있다.
*. 자외선파장에 의하여 수중산소를 분해하여 오존을 발생하므로 오존용해도가
주입식에 비하여 5배이상 높다.
*. 고장율이 적고 소모전력이 낮다.
*. 일부 고장 발생시에도 전체 line에는 지장이 없다.
*. 처리용량이 부족할 경우에 보완이 용이하다.
*. 설치비가 적다.
(단점)
*. 용수의 투과율이 50% 이하일 경우에는 효율이 감소한다.
*. 주기적으로 UV LAMP를 닦아 주어야 한다.
3. 장치의 제작기준 ( KNOW-HOW 내용이므로 상세히 게재할 수없습니다.)
(1) 적정용량 산출
*. 1일폐수발생량.처리량.배출기준.오염물질종류 등에 따라 처리용량 계산
*. 탁도.수온.사용감소율 등에 따른 적정규격 산출
(2) 제작기준
*. 비용.관리편리성.내구성등을 고려한 적정재질 사용
**** 이하 내용은 당사의 Technical Know-How관련 사항이므로 게재 생략함
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