[논문]염색폐수 처리를 위한 하이브리드 플라즈마 특성연구

정장근; 윤석현; 박재윤; 김상돈

doi:10.5207/jieie.2008.22.8.075

염색폐수 처리를 위한 하이브리드 플라즈마 특성연구
A Study on the Characteristics of Hybrid-Plasma Torch for Dyeing Wastewater Treatment 원문보기

照明·電氣設備學會論文誌 = Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers, v.22 no.8, 2008년, pp.75 - 81

정장근 (남해대학 전기공학과) , 윤석현 (경남대 대학원 전기공학과) , 박재윤 (경남대 공대 전기공학과) , 김상돈 (경남 애니메이션 고등학교)

초록
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본 논문은 플라즈마를 이용한 수처리 연구를 수행하였다. 이 연구에 사용한 수중플라즈마 토치는 상당한 전력의 절감을 가져올 수 있기 때문에 경제적인측면과 에너지효율면에서 뛰어난 결과를 나타내었다. 수중에서 일어나는 스트리머방전과 아크방전 현상을 면밀히 조사하여 비교하였고, 또한 염색페수를 플라즈마로 처리하였을 시의 색도제거율과 용존오존, 과산화수소와의 상관관계를 알기위해 표본화하고 분석하였다. 이에 플라즈마토치에는 선택적인 산화반응이 다소 있긴 하지만, 플라즈마화학반응에 의한 $H_2O_2$와 $O_3$의 성장이 아크방전 보다 스트리머방전시 더 효과적으로 촉진된다는 것을 알 수 있었다. 따라서 스트리머방전이 아크플라즈마 토치에 비해 더 효율적인 플라즈마 화학반응을 일으킬 수 있는 환경을 만들어주므로, 수처리에 있어서 스트리머플라즈마토치가 더 적합하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Water treatment study employing plasma is thoroughly examined in the following paper. The research using water plasma torch showed superior results in terms of economical and energy efficiency due to the substantial reduction of electric power. A comparison of streamer and arc discharge phenomena taken place in water was put under close scrutiny. Dyeing wastewater exposed to the plasma treatment was sampled and analyzed for relative dissolved ozone concentration, hydrogen peroxide, as well as the color removal efficiency. It was found that streamer discharges is more effective than arc discharge in growth of $H_2O_2$ and $O_3$ by plasma chemical constituents, though plasma torch had small oxidation reagents selectivity. Thus, streamer discharges, due to the efficient plasma-chemical reactions environment, proved to be more efficient compare to the thermal arc plasma loading.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 플라즈마를 이용한 염색폐수처리에 있어 기존의 고가의 장비, 운전의 어려움, 장비의효율적인 적용등 이러한 문제점들에 대한 대안으로저전력, 소형화 가능한 새로운 타입의 플라즈마응용기술을 제시하고, 아크성 플라즈마와 스트리머형식의 플라즈마를 비교하여 플라즈마 성상에 따른 색도변화를 연구하였다.

제안 방법

본 연구에서는 위에서 언급한 바와 같이 처리용량 1[, ], 원수의 색도 30.0도를 기준으로 하여 아크플라즈마와 스트리 머플라즈마를 발생 시 켜 염 색폐수에 공급하여 시간에 따른 색도변화를 측정하였다.
비교하였다. 색도측정은 백금코발트흡광광도 법의 원리를 이용한오차 ±0.5도의 CR-30 색도계로 측정하였고, 종합수질 분석기 975MP-20으로 용존오존과 과산화수소의성분을 분석하였다.
수중플라즈마를 발생시키기 위해사용된 전력은 트랜스의 손실 및 부하의 영향까지고려하여 1대당 40[W]이며, 수중플라즈마토치는 2 본을 이용하였다. 수중플라즈마시 관내부의 전극에서 수표면으로의 아크방전을 방지하기 위해 전극과수표면과의 이격을 3[cm]로 두었으며, 플라즈마시발생되는 자외선을 방사하여 그 효과를 추가하기 위해 관의 재질을 투명한 석영으로 하였다.
원수는 일반 수돗물에 염색성분을 첨가한 것이며, 원수의 색도는 30.0도로 하여 일정시간 플라즈마 반응이 일으킨 후, 색도의 변화를 측정 . 비교하였다.
처리용량은 염색폐수 1L幻를 대상으로하였으며, 수중플라즈마토치를 발생시키기 위해 관내부에 전극을 설치하고 소정의 거리를 유지시켜, 내부전극과 관 사이에 공기를 주입하였다.
플라즈마의 성상에 따른 색도처리능력을 비교하기 위해 아크플라즈마와 스트리머플라즈마 두 가지방전을 발생시켰다. 그림 2는 아크플라즈마 토치의방전사진이다.

대상 데이터

전원은 시중에 판매되는 전자식 네온트랜스(출력전압 15[KV], 60[Hz])를관에 유입되는 공기주입량은 대당 l[Z/min]로 고정하여 사용하였다. 수중플라즈마를 발생시키기 위해사용된 전력은 트랜스의 손실 및 부하의 영향까지고려하여 1대당 40[W]이며, 수중플라즈마토치는 2 본을 이용하였다. 수중플라즈마시 관내부의 전극에서 수표면으로의 아크방전을 방지하기 위해 전극과수표면과의 이격을 3[cm]로 두었으며, 플라즈마시발생되는 자외선을 방사하여 그 효과를 추가하기 위해 관의 재질을 투명한 석영으로 하였다.

성능/효과

(1) 플라즈마 전원장치를 소형경량의 고역률 전자식 네온트랜스를 사용하여 전원에서 소비되는경제적 손실을 줄일 수 있으며, 수중플라즈마발생장치의 설치공간에 대한 제한이 거의 없어 효율적인 분산배치가 가능하다.
(2) 주입가스를 Air Pump를 사용하여 공기를 주입함으로써 경제적인 부담이 없으며, 석영관내부에 공기를 불어넣어 기중방전의한 형태인 스트리머방전을 사용했을 시 생성된 오존이나 라디칼, 그리고 석영관을 통해 방사된 자외선등의 복합적인 효과가 나타남을 알 수 있었다.
(3) 스트리 머 플라즈마토치 가 아크플라즈마토치 에비해 과산화수소와 용존오존과의 화학반응을더욱 촉진시킬 수 있는 환경을 만들어 주어 색도처리에 더욱 효과적임을 알 수 있었다.
(4) 스트리머플라즈마토치를 사용했을 경우, 5분경과 후 부터는 91.68[%〕의 색도제거가 가능하였고, 동 시간대 아크플라즈마토치에 비해색도제거율이 57.68[%] 우수한 것으로 나타났다.
본 연구에 사용된 수중플라즈마토치는 경제적 측면과 운전 및 설치적 측면에서 기존의 수중플라즈마발생장치에 비해 우수한 점이 매우 많다.
스트리머플라즈마는 아크플라즈마와 비교할 때과산화수소는 더 빠른 시간대에 급격하게 떨어지지만 용존오존의 농도는 40분대에서 포화곡선을 그리는 아크방전과는 달리 동시간대에 선형적인 곡선의형태를 보이다가 급격하게 증가하는 그래프를 나타내었다.
시간이 5분경과 후 색도의 처리효율은 91.66[%]로 나타났으며, 동시간대 아크방전의 색도처리효율은 34[%] 로 측정되었다.
토치 1 본의 소비전력이 아크플라즈마토치 1 본에 비해 약 1/4정도밖에 소비되지 않아 에너지 효율적 측면에서도 우수한 특성을 가지고 있음을 알 수 있다. 또한, 스트리머방전은 아크방전과는 달리 전원의 성능에무리를 주지 않기 때문에 장시간 운전에도 사용가능하다.

후속연구

추후 수중플라즈마시 발생되는 생성물에 대한 더욱 정밀한 분석과 연구가 이루어진다면 실용화로의접근이 멀지 않을 것으로 생각된다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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