오존 및 오존/과산화수소 공정의 정수처리 적용을 위한 브로메이트(BrO3-)의 생성특성 연구 (A) study on the formation characteristics of Bromate for the application of ozone and ozone/hydrogen peroxide process in drinking water treatment plant원문보기
먹는 물에 대한 관심이 증대됨에 따라 국내의 정수처리 공정에서도 조금씩 변화가 나타나기 시작했다. 기존에 사용하던 염소처리 공정의 경우, 맛․냄새, 트리할로메탄(Trihalomethane; THM)과 같은 염소소독부산물, 염소에 대한 내성이 강한 미생물의 검출 등의 문제점으로 인하여 오존(Ozone; O3)의 도입 필요성이 증가하고 있다. 오존은 오존분자 자체뿐만 아니라 오존의 분해에 의하여 생성되는 OH 라디칼(Hydroxyl radical; OH∙)의 높은 ...
먹는 물에 대한 관심이 증대됨에 따라 국내의 정수처리 공정에서도 조금씩 변화가 나타나기 시작했다. 기존에 사용하던 염소처리 공정의 경우, 맛․냄새, 트리할로메탄(Trihalomethane; THM)과 같은 염소소독부산물, 염소에 대한 내성이 강한 미생물의 검출 등의 문제점으로 인하여 오존(Ozone; O3)의 도입 필요성이 증가하고 있다. 오존은 오존분자 자체뿐만 아니라 오존의 분해에 의하여 생성되는 OH 라디칼(Hydroxyl radical; OH∙)의 높은 산화력에 의하여 정수처리 공정에서의 산화 및 소독공정에서 염소와 비교하여 높은 효율성을 나타낸다.하지만 브롬 이온(Bromide; Br-)을 함유한 상수원수를 오존공정으로 처리 시, 발암물질로 의심되는 브롬산염(Bromate; BrO3-)이 생성될 가능성을 내포하고 있다. 따라서 국내의 정수처리 공정에서 오존 도입이 증가됨에 따라 국내 수계 중의 Br- 함량 및 수질의 특성인자를 고려하여 생성될 수 있는 BrO3-에 관하여 연구하는 것이 필요할 것이다.국내의 한강, 금강, 낙동강 수계 내 위치한 6개의 정수장을 대상으로 하여 실험을 수행하였다. 수계 중 포함되어 있는 Br-의 농도는 최대 79 μg/L로 나타났으며, 낙동강 수계의 경우 수질인자의 변화폭이 계절에 따라 크게 나타났다.국내에서 오존 공정의 사용 시, 일반적으로 주입되는 오존 농도(2 mg/L)를 고려하여 6개 정수장의 원수 및 여과수를 대상으로 하여 실험을 수행하였다. 이 때, 생성되는 BrO3-의 농도는 최대 12.1 μg/L로 나타났으며, 낙동강 수계의 경우 높은 pH와 Br- 농도의 큰 변화에 따라 BrO3- 생성량이 높게 나타났다. 또한, 대상 수계의 오존분해속도(kc)와 Rct값을 토대로 하여 국내 수계에서의 BrO3- 생성경로를 예측한 결과, Br-는 초기의 오존과의 반응이 주가 되어 HOBr/OBr-로 전환되고 그 이후 OH 라디칼과의 반응이 주가 되어 BrO3-를 생성하는 것으로 나타났다.BrO3- 생성에 영향을 미치는 인자로서 수질인자 중 pH와 Br-를 선정하여 BrO3-생성에 어느 정도 영향을 미치는지 알아보았다. pH는 7.2에서 8.5로 증가하였을 때, Br-의 BrO3-로의 전환율이 6.1%에서 65%로 높게 증가하였다. 또한, 전구물질로서 작용하는 Br- 농도의 경우, 초기 농도가 증가할수록 높은 BrO3- 생성율을 나타내었다. 운전인자로서는 오존의 주입농도 및 접촉시간, 과산화수소의 주입농도의 변화를 주어 BrO3- 생성량을 살펴보았다. 오존의 주입농도와 접촉시간의 경우, 일정한 조건에서 오존의 주입농도를 1 mg/L에서 3 mg/L로 증가시켰을 때 생성되는 BrO3-는 약 3 μg/L에서 5 μg/L로 증가하였다.오존에 과산화수소 (Hydrogen peroxide; H2O2)를 주입하는 경우는 오존을 기반으로 하는 고급산화처리(Advanced Oxidation Process; AOP) 공정의 하나로서 오존과 과산화수소의 주입률(w/w)은 본 공정에서의 산화효율을 좌우한다. 오존과 과산화수소의 주입률은 무게비 0.3, 0.4, 0.5, 0.6으로 조절하여 효율을 평가 및 BrO3-의 생성량에 대하여 살펴보았다.오존/과산화수소 공정에 의하여 생성되는 BrO3-의 농도의 경우, 오존/과산화수소의 주입비가 0.3, 0.4로 높아질수록 크게 생성되는 반면, 0.5, 0.6으로 더욱 높일수록 상대적으로 BrO3-의 생성량이 낮아졌다.이러한 연구결과로 국내의 정수처리 시설 내, 오존 공정의 도입 시 생성될 수 있는 BrO3- 생성특성에 관하여 알 수 있었다.
먹는 물에 대한 관심이 증대됨에 따라 국내의 정수처리 공정에서도 조금씩 변화가 나타나기 시작했다. 기존에 사용하던 염소처리 공정의 경우, 맛․냄새, 트리할로메탄(Trihalomethane; THM)과 같은 염소소독부산물, 염소에 대한 내성이 강한 미생물의 검출 등의 문제점으로 인하여 오존(Ozone; O3)의 도입 필요성이 증가하고 있다. 오존은 오존분자 자체뿐만 아니라 오존의 분해에 의하여 생성되는 OH 라디칼(Hydroxyl radical; OH∙)의 높은 산화력에 의하여 정수처리 공정에서의 산화 및 소독공정에서 염소와 비교하여 높은 효율성을 나타낸다.하지만 브롬 이온(Bromide; Br-)을 함유한 상수원수를 오존공정으로 처리 시, 발암물질로 의심되는 브롬산염(Bromate; BrO3-)이 생성될 가능성을 내포하고 있다. 따라서 국내의 정수처리 공정에서 오존 도입이 증가됨에 따라 국내 수계 중의 Br- 함량 및 수질의 특성인자를 고려하여 생성될 수 있는 BrO3-에 관하여 연구하는 것이 필요할 것이다.국내의 한강, 금강, 낙동강 수계 내 위치한 6개의 정수장을 대상으로 하여 실험을 수행하였다. 수계 중 포함되어 있는 Br-의 농도는 최대 79 μg/L로 나타났으며, 낙동강 수계의 경우 수질인자의 변화폭이 계절에 따라 크게 나타났다.국내에서 오존 공정의 사용 시, 일반적으로 주입되는 오존 농도(2 mg/L)를 고려하여 6개 정수장의 원수 및 여과수를 대상으로 하여 실험을 수행하였다. 이 때, 생성되는 BrO3-의 농도는 최대 12.1 μg/L로 나타났으며, 낙동강 수계의 경우 높은 pH와 Br- 농도의 큰 변화에 따라 BrO3- 생성량이 높게 나타났다. 또한, 대상 수계의 오존분해속도(kc)와 Rct값을 토대로 하여 국내 수계에서의 BrO3- 생성경로를 예측한 결과, Br-는 초기의 오존과의 반응이 주가 되어 HOBr/OBr-로 전환되고 그 이후 OH 라디칼과의 반응이 주가 되어 BrO3-를 생성하는 것으로 나타났다.BrO3- 생성에 영향을 미치는 인자로서 수질인자 중 pH와 Br-를 선정하여 BrO3-생성에 어느 정도 영향을 미치는지 알아보았다. pH는 7.2에서 8.5로 증가하였을 때, Br-의 BrO3-로의 전환율이 6.1%에서 65%로 높게 증가하였다. 또한, 전구물질로서 작용하는 Br- 농도의 경우, 초기 농도가 증가할수록 높은 BrO3- 생성율을 나타내었다. 운전인자로서는 오존의 주입농도 및 접촉시간, 과산화수소의 주입농도의 변화를 주어 BrO3- 생성량을 살펴보았다. 오존의 주입농도와 접촉시간의 경우, 일정한 조건에서 오존의 주입농도를 1 mg/L에서 3 mg/L로 증가시켰을 때 생성되는 BrO3-는 약 3 μg/L에서 5 μg/L로 증가하였다.오존에 과산화수소 (Hydrogen peroxide; H2O2)를 주입하는 경우는 오존을 기반으로 하는 고급산화처리(Advanced Oxidation Process; AOP) 공정의 하나로서 오존과 과산화수소의 주입률(w/w)은 본 공정에서의 산화효율을 좌우한다. 오존과 과산화수소의 주입률은 무게비 0.3, 0.4, 0.5, 0.6으로 조절하여 효율을 평가 및 BrO3-의 생성량에 대하여 살펴보았다.오존/과산화수소 공정에 의하여 생성되는 BrO3-의 농도의 경우, 오존/과산화수소의 주입비가 0.3, 0.4로 높아질수록 크게 생성되는 반면, 0.5, 0.6으로 더욱 높일수록 상대적으로 BrO3-의 생성량이 낮아졌다.이러한 연구결과로 국내의 정수처리 시설 내, 오존 공정의 도입 시 생성될 수 있는 BrO3- 생성특성에 관하여 알 수 있었다.
In domestic drinking water treatment plant, Chlorination has usually applied for oxidation and disinfection. Chlorine has produced disinfection by-product (DBP) such as a Trihalomethane (THM). Therefore, Ozonation was applied as alternative disinfectant.However, ozonation in raw water containing bro...
In domestic drinking water treatment plant, Chlorination has usually applied for oxidation and disinfection. Chlorine has produced disinfection by-product (DBP) such as a Trihalomethane (THM). Therefore, Ozonation was applied as alternative disinfectant.However, ozonation in raw water containing bromide has been caused to formation of DBP such as bromate (BrO3-). By increasing ozone process in domestic water treatment plants, It is necessary to research on bromide concentration and water characteristics.The targeted sampling plants were located in Han-river, Geum-river and Nakdong-river. Bromide concentration in raw water is investigated to N.D.~79 μg/L. According to the survey of bromate concentration in raw water of six drinking water plants using ozonation process, the bromate formation was detected as maximum 12.1 μg/L. The bromate concentration in Nakdong-river has appeared variety values by pH and bromide concentration.Based upon kc and Rct in each water plants, we can predict bromate formation pathways in domestic water sources. In initial phase, ozone is mainly reacted with bromide and transferred to HOBr/OBr-. And in second phase, BrO3- was produced by reaction with OH radical and HOBr/OBr-.When increasing pH 7.2 to pH 8.5, bromate conversion rate was accelated 6.1% to 65%. Also, bromate concentration was increased as highly as bromide concentration. According to changes of initial ozone dose, contact time and hydrogen peroxide, we can detect bromate concentration. When increasing of initial ozone dose about 1mg/L to 3 mg/L, bromate concentration was accelated 3 μg/L to 5μg/L.In ozone/hydrogen peroxide process (O3/H2O2), Injection rate of ozone and hydrogen peroxide can control oxidation efficiencies. when injection rate of ozone and hydrogen peroxide is 0.3~0.4, bromate formation rate was quickly increased. The other hand, when injection rate of ozone and hydrogen peroxide is 0.5~0.6, bromate formation rate was slightly decreased.In this study, we can predict bromate formation pathways and bromate formation characteristics in domestic water sources.
In domestic drinking water treatment plant, Chlorination has usually applied for oxidation and disinfection. Chlorine has produced disinfection by-product (DBP) such as a Trihalomethane (THM). Therefore, Ozonation was applied as alternative disinfectant.However, ozonation in raw water containing bromide has been caused to formation of DBP such as bromate (BrO3-). By increasing ozone process in domestic water treatment plants, It is necessary to research on bromide concentration and water characteristics.The targeted sampling plants were located in Han-river, Geum-river and Nakdong-river. Bromide concentration in raw water is investigated to N.D.~79 μg/L. According to the survey of bromate concentration in raw water of six drinking water plants using ozonation process, the bromate formation was detected as maximum 12.1 μg/L. The bromate concentration in Nakdong-river has appeared variety values by pH and bromide concentration.Based upon kc and Rct in each water plants, we can predict bromate formation pathways in domestic water sources. In initial phase, ozone is mainly reacted with bromide and transferred to HOBr/OBr-. And in second phase, BrO3- was produced by reaction with OH radical and HOBr/OBr-.When increasing pH 7.2 to pH 8.5, bromate conversion rate was accelated 6.1% to 65%. Also, bromate concentration was increased as highly as bromide concentration. According to changes of initial ozone dose, contact time and hydrogen peroxide, we can detect bromate concentration. When increasing of initial ozone dose about 1mg/L to 3 mg/L, bromate concentration was accelated 3 μg/L to 5μg/L.In ozone/hydrogen peroxide process (O3/H2O2), Injection rate of ozone and hydrogen peroxide can control oxidation efficiencies. when injection rate of ozone and hydrogen peroxide is 0.3~0.4, bromate formation rate was quickly increased. The other hand, when injection rate of ozone and hydrogen peroxide is 0.5~0.6, bromate formation rate was slightly decreased.In this study, we can predict bromate formation pathways and bromate formation characteristics in domestic water sources.
주제어
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