선박에서 발생되는 밸러스트수를 전처리하기 위하여 수중에 포함되어 있는 미생물을 복극전해처리시스템을 이용하여 살균처하였다. 전해처리시스템에 유입되는 시료는 정량펌프를 사용하여 상향류로 전극판 사이를 통과하도록 하였으며, 반응시간별로 유량을 조절하여 체류시간을 다르게 하였다. 양극판은 티타늄에 이산화이리듐을 전착한 Ti/Ir02 극판으로 하였으며, 음극판은 스테인리스 스틸판을 사용하였다. 전원공급은 최대 전압이 250V, 전류가 100Amper의 맥류가 전혀 없는 트랜지스트 평활회로를 사용한 D.C. Power Supply를 사용하여 전류밀도를 조절하여 운전하였다. 반응시간에 따라 전류밀도를 0.1$\~$1.0A사이로 변화를 주어 실험한 결과 5초 이내에 E. coli, Bacteria, Bacillus sp.의 미생물이 사멸됨을 확인할 수 있었고, 전극간격은 75mm, 전류밀도 2.0A/dm2, 체류시간을 5초로 하였을 때 제거율이 $90\%$이상이였다. 연구결과를 통하여 밸러스트수 처리에 적용 가능한 기술임을 알 수 있었다.
선박에서 발생되는 밸러스트수를 전처리하기 위하여 수중에 포함되어 있는 미생물을 복극전해처리시스템을 이용하여 살균처하였다. 전해처리시스템에 유입되는 시료는 정량펌프를 사용하여 상향류로 전극판 사이를 통과하도록 하였으며, 반응시간별로 유량을 조절하여 체류시간을 다르게 하였다. 양극판은 티타늄에 이산화이리듐을 전착한 Ti/Ir02 극판으로 하였으며, 음극판은 스테인리스 스틸판을 사용하였다. 전원공급은 최대 전압이 250V, 전류가 100Amper의 맥류가 전혀 없는 트랜지스트 평활회로를 사용한 D.C. Power Supply를 사용하여 전류밀도를 조절하여 운전하였다. 반응시간에 따라 전류밀도를 0.1$\~$1.0A사이로 변화를 주어 실험한 결과 5초 이내에 E. coli, Bacteria, Bacillus sp.의 미생물이 사멸됨을 확인할 수 있었고, 전극간격은 75mm, 전류밀도 2.0A/dm2, 체류시간을 5초로 하였을 때 제거율이 $90\%$이상이였다. 연구결과를 통하여 밸러스트수 처리에 적용 가능한 기술임을 알 수 있었다.
The treated ballast water from previous treatment contains microorganisms and pathogenic organisms in an electrolytic treatment system. The experimental methods included using a peristaltic flow pump placed upward on an electrode pole. Due to the reaction time, the hydraulic retention time indicated...
The treated ballast water from previous treatment contains microorganisms and pathogenic organisms in an electrolytic treatment system. The experimental methods included using a peristaltic flow pump placed upward on an electrode pole. Due to the reaction time, the hydraulic retention time indicated unlike microorganisms on the flow rate. In electrolysis, dioxide iridium-coated titanium (Ti/Ir02) and stainless steel plates were used for the anode and cathode, respectively. Current density controls make use of a DC power supply on 250V, 100Amper. Experimental use of a current density between 0.1 and 1.0A/dm2 was able to disinfect the microorganism (E. coli, Bacteria, Bacillus sp.) in seawater for 5 seconds of reaction time. The removal rate was approximately $90\%,$ while the current density was 2.0A/dm2 and the electrode distance was 75mm. This study shows that the electrolytic treatment system has a potential for the sterilization of ballast water.
The treated ballast water from previous treatment contains microorganisms and pathogenic organisms in an electrolytic treatment system. The experimental methods included using a peristaltic flow pump placed upward on an electrode pole. Due to the reaction time, the hydraulic retention time indicated unlike microorganisms on the flow rate. In electrolysis, dioxide iridium-coated titanium (Ti/Ir02) and stainless steel plates were used for the anode and cathode, respectively. Current density controls make use of a DC power supply on 250V, 100Amper. Experimental use of a current density between 0.1 and 1.0A/dm2 was able to disinfect the microorganism (E. coli, Bacteria, Bacillus sp.) in seawater for 5 seconds of reaction time. The removal rate was approximately $90\%,$ while the current density was 2.0A/dm2 and the electrode distance was 75mm. This study shows that the electrolytic treatment system has a potential for the sterilization of ballast water.
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문제 정의
또한 전해살균처리는 물의 전기분해를 통해서 생성된 과산화수소, 활성산소, 전기적 에너지 등을 이용하며(Drogui et al, 2001) 처리 비용이 적게 들고 살균 효과가 지속되며 오염물질을 생성하지 않는 청정기술이다. 본 연구에서는 발라스트수 처리에 적용할 전해살균 처리 장치를 고안하여 해수 속의 대장균과 세균의 살균효율을 평가하고 최적의 전해살균처리 조건을 연구하였다.
제안 방법
밸러스트수를 처리하기 위한 장치를 만들기 위한 전처리 실험으로 해수에 존재하는 대장균과 일반 세균에 대하여 전해살균 장치를 통하여 실험한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
36L로 하여 실험하였다. 시료의 유입은 정량펌프(Peristaltic Flow Pump)로 일정한 체 류시간을 유지하기 위하여 상향류로 전극 판 사이를 통과하도록 하였으며, 반응 시간별로 유량을 조절하였다. 전원공급은 최대 전압이 250V, 전류가 100Am)er의 맥류가 전혀 없는 트랜지스트 평활회로를 사용한 D.
전류밀도 2.0A/dm2, 처리 시간 5초, 전극 간격 55mm로 박테리아 및 대장균의 원수와 전해 살균처리 후 처리 수의 수생생물 변화를 관측하여 Fig. 3, Fig. 4의 배지사진으로 나타내었다. 처리전후의 배지 사진에서와 같이 처리하지 않은 바닷물에 서는 박테리아와 대장균이 관찰되었고 전해 살균 처리된 바닷물에서는 나타나지 않아 전해처리 후 살균됨을 할 수 있었다.
시료의 유입은 정량펌프(Peristaltic Flow Pump)로 일정한 체 류시간을 유지하기 위하여 상향류로 전극 판 사이를 통과하도록 하였으며, 반응 시간별로 유량을 조절하였다. 전원공급은 최대 전압이 250V, 전류가 100Am)er의 맥류가 전혀 없는 트랜지스트 평활회로를 사용한 D.C. Power Supply를 사용하여 전류밀도를 O.lA/dnf 단위로 조절하였다.
양극과 음극판의 크기는 두께 2mm, 가로, 세로가 각각 300mm, 100mm이다. 전해살균 장치 는 내부면적이 300mmx 150mm이고, 전극 간격은 김(1994)가 보고한 최적 산화 간격을 참고하여 55mm, 75mm, 95nm의 3가지로 고정시켜 전체 용적을 0.36L로 하여 실험하였다. 시료의 유입은 정량펌프(Peristaltic Flow Pump)로 일정한 체 류시간을 유지하기 위하여 상향류로 전극 판 사이를 통과하도록 하였으며, 반응 시간별로 유량을 조절하였다.
전해살균처리 수의 pH와 산화환원전위 력(oxidation-Teduction potential)는 전해처리를 하기 전과 후를 pH와 ORP전극을 사용하여 pH meter로 측정하였고 전기 전도도는 ZETAMETER, 염분도는 염분도 측정기를 사용하였다. 잔류염소는 수질오염 측정 장치인 SQ 118을 사용하여 잔류염소 측정법으로 측정하였다.
전해처리에 대한 미생물의 영향을 알아보기 위해 E. coll (ATCC 11775), Bacillus cereus (ATCC 9364), 일반 세균의 사멸율 변화를 관찰하였다.
대상 데이터
본 실험에서 사용된 해수는 2004년 3월 첫째 주에 한국해양대학교 앞바다에서 수중 펌프를 설치하여 수면에서 2m 아래의 해수를 채수하여 시료에 이물질을 제거하기 위하여 4Q㎛ 의 채(strainer)로 여과한 후 사용하였다. 실험에 사용된 해 수의 성상은 Table 1에 나타내었다.
실험에 사용된 배지는 3M Petrifilm으로 시료 1戒를 P어Ffilm에 수직으로 접종한 후 상부 필름을 기포가 생기지 않도록 덮은 다음 누름 판으로 누른 후 30~60초 후 겔화가 완료되면 25℃의 배양기에서 24~48시간을 배양한 후 붉은색으로 나타난 부분을 카운팅 하였다.
전해살균 장치의 전극 판의 재질은 염소가스 발생 및 극판의 전자방출로 인한 전극 판의 부식방지를 위해 양극판(Anode)은 티타늄(Ti)에 이 산화 이리듐 (IiOq)을 코딩한 불용성 극판 (Dimensionally Stable Anode, DSA)을 사용하였고, 음극판(Cathode)은 스테인리스 스틸을 사용하였다. 양극과 음극판의 크기는 두께 2mm, 가로, 세로가 각각 300mm, 100mm이다. 전해살균 장치 는 내부면적이 300mmx 150mm이고, 전극 간격은 김(1994)가 보고한 최적 산화 간격을 참고하여 55mm, 75mm, 95nm의 3가지로 고정시켜 전체 용적을 0.
1은 전해살균 장치를 나타낸 것이다. 전해살균 장치의 전극 판의 재질은 염소가스 발생 및 극판의 전자방출로 인한 전극 판의 부식방지를 위해 양극판(Anode)은 티타늄(Ti)에 이 산화 이리듐 (IiOq)을 코딩한 불용성 극판 (Dimensionally Stable Anode, DSA)을 사용하였고, 음극판(Cathode)은 스테인리스 스틸을 사용하였다. 양극과 음극판의 크기는 두께 2mm, 가로, 세로가 각각 300mm, 100mm이다.
이론/모형
전해살균처리 수의 pH와 산화환원전위 력(oxidation-Teduction potential)는 전해처리를 하기 전과 후를 pH와 ORP전극을 사용하여 pH meter로 측정하였고 전기 전도도는 ZETAMETER, 염분도는 염분도 측정기를 사용하였다. 잔류염소는 수질오염 측정 장치인 SQ 118을 사용하여 잔류염소 측정법으로 측정하였다. 실험을 한 분석항목 및 사용기기 및 전 기분해에 의한 해수 중의 화학반응을 Table 2에 나타내었다.
성능/효과
(1) 전류밀도의 증가에 따라 pH의 변화는 7.3에서 6.4로 약산 성을 나타내었고 살균에 영향은 극히 미미하였다.
(2) 반응 시간별 살균력 평가에서 전극 간격은 75mm, 전류밀도는 2.0A/dm2, 체류 시간을 5초로 하였을 때 병원성 미생물의 90% 이상이 사멸하였다.
(3) 해수의 고전기전도도로 인해 큰 전극 간극에서 낮은 전압으로 높은 전류밀도를 낼 수 있었다.
(4) 전 극간극에 따른 살균 효율의 변화는 저 전류 밀도에서 크고 고전류 밀도에서 작게 나타났다.
낮은 전류밀도에서는 전극의 간격에 따라 살균효율의 차가 커지만 전류밀도가 높아질수록 전극의 간격에 따른 살균효율의 차이는 줄어들었다. 55mm의 전극 간격에서는 대장균과 일반 세균의 살균효율의 차가 2~13%이었으나 75mm와 95mm에서는 2~5%로 살균효율의 차가 적었다.
16시(/mol/L이다. 격막을 사용한 전해 수 제조 장치에서는 pH 2.5 이하의 강산성수가 생성되지만 무 격막을 이용한 전해살균 장치에서는 pH가 3 이하로 떨어지는 급격한 pH의 변화가 없었다. 전해 처리된 물의 pH가 6.
반응 시간별 처리 결과는 Table 4에서 나타내었다. 내생포자를 형성하는 바실러스균도 반응시간 5초 동안에 완전히 사멸하였고 다른 미생물도 활성을 잃었고, 대부분의 병원성 미생물들이 사멸하는 경제적인 체류 시간은 5초이었다.
OA/dm’ 이상으로 전류밀도를 높이면 살균효율의 증가가 감소함을 보였다. 전극 간격에 따른 처리효율의 차이는 55mm와 75mm에서는 큰 차이를 보였으나 75mm와 95mm에서는 차이가 크지 않았다. 전해살균처리에서 전극의 간격은 처리용량을 결정하는 변수로 매우 중요한 역할을 하며 전극 간격이 넓을수록 대용량의 처리가 가능하다.
6V를 나타내었다. 전극의 간 격차이에 따라 전압의 변화는 크게 나타나지는 않았고 해수에는 염분의 농도가 높아 넓은 전극 간격에서도 낮은 전압으로 일정한 전류밀도를 나타낼 수 있었다. 전기분해의 처리 특성에 미치는 영향인 자로 전류밀도, 체류 시간 및 전극 간격 등의 운전조건과 함께 염소이온의 첨가량도 중요한 인자로 작용한다.
4로 감소하였다. 전류밀도가 증가함에 따라 유기물질의 산화에 의해 생성된 차아염소산의 농도가 증가하고 잔류 01「이온의 농도가 낮아져서 pH가 감소하였다. 유기물질의 제거는 처리 수의 CODmn 변화는 전류밀도 l.
4의 배지사진으로 나타내었다. 처리전후의 배지 사진에서와 같이 처리하지 않은 바닷물에 서는 박테리아와 대장균이 관찰되었고 전해 살균 처리된 바닷물에서는 나타나지 않아 전해처리 후 살균됨을 할 수 있었다. 전해 살균처리의 전류량이 높을수록 살균효율이 좋았지만 과다한 전기소비로 경제성이 떨어지므로 처리용량에 따른 적정 전기량은 주어진 살균조건에서 수생 생물 사멸이 가능한 최저 전류량을 선정해야 할 것으로 생각된다.
후속연구
해수는 평균 30.8%。의 염분도와 47, 700 micro mhos/cm의 높은 전기전도도를 가지고 있어 NaCl 등의 전해질의 투입 없이 넓은 전극 간격에서 낮은 전압으로 높은 전류 밀도를 낼 수가 있어 경제적으로 대용량을 처리할 수 있는 처리 시스템으로 선박에서 발생되는 밸러스트수를 효과적으로 처리할 수 있을 것이다.
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