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회전광촉매 시스템에 의한 폐수처리
Wastewater Treatment by using a Rotating Photocatalitic Oxidation Disk System 원문보기

大韓土木學會論文集, Journal of the Korean Society of Civil Engineers, B. 수공학, 해안 및 항만공학, 환경 및 생태공학, v.29 no.5B, 2009년, pp.497 - 502  

정호진 (계명대학교 공과대학 토목공학과)

초록
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광촉매에 의한 수처리 방법은 수중에서 오염물질을 직접분해 처리하며 난분해성 유기물 또는 무기물의 분해가 용이하다. 특히 2차 오염물질의 생성이 거의 없는 것이 가장 큰 장점이라 할 수 있다. 하지만 광촉매 형태에 따라 여러 문제가 발생한다. 회전 광촉매 형태는 기존의 문제를 최소화시키고 회전원판법을 적용하여 고도산화처리가 가능하다. 회전광촉매 반응기의 적용을 위해서는 여러 가지 설계와 운전인자 및 특성에 대한 고찰이 필요하다. 본 연구에서는 회전 광촉매를 $TiO_2$ 고정화 작업으로 회전원판법에 적합하게 제작하였다. 이를 이용하여 회전 광촉매 반응에 의한 폐수처리를 수행하기 위한 운전인자들을 도출하였다. 회전 광촉매 $TiO_2$ 함량은 최대 70%가 한계로 나타났다. $TiO_2$ 함유량이 증가할수록 처리효율도 지속적으로 증가되고 있다. 적절한 회전 광촉매는 R4로 $TiO_2$ 함유량 36.8% 이다. 자외선 세기가 증가 할수록 TCODcr의 분해효과는 지속적으로 증가 된다. 다만 적절한 광원의 세기는 경제성을 고려해서 판단하여야 한다. 회전 광촉매의 회전속도가 증가할수록 처리효율은 향상된다. UV lamp를 반응조에 침지시키지 않을 때 회전 광촉매 수심변화는 수심이 50%, 30%, 10%, 70%, 100% 순으로 처리효율이 높게 나왔다. 본 실험을 바탕으로 태양광에서도 유기물을 처리할 수 있는 시스템을 개발에 바탕이 될 것이라 판단한다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The wastewater treatment by photocatalyst decomposes pollutants directly in water, and it is easy to decompose indecomposable organics and inorganic. and Especially, it has an advantage that there is no secondary production of pollutants. However, there will be many problems which are generated depe...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 회전광촉매 반응기의 적용을 위해서는 반응속도에 미치는 여러 가지 설계와 운전 인자 및 용액의 성질에 대한 고찰이 필요하다. 따라서 본연구에서는 선행 연구에 나타난 여러 가지 문제점을 해소할 새로운 형태인 반영구적인 촉매를 제작하고, 회전 광촉매 반응의 운전인자에 특성에 관하여 연구하였다. 이는 추후 태양광에서도 유기물을 처리할 수 있는 시스템을 개발하기 위함이다.
  • 본 연구에서는 회전 광촉매에 함유된 TiO2 함유량의 영향을 평가하기 위해 Table 2에 나타낸 것과 같이 R1~R7로 TiO2의 함유량을 변화시켜 생활폐수의 분해효과를 조사하였다.
  • 본 연구는 이전 연구에서 시도하지 않았던 방법인 UV lamp를 처리수에 침지시키지 않고 반응조 상단에 설치하여 회전 광촉매의 침지 변화에 의한 처리효율을 분석하였다. 이는 광원이 물속과 밖에 있을 때의 산화효과를 비교하여 물의 채움을 조사하여 처리량을 판단하기 위해서다. 먼저 광촉매의 회전수를 180 rpm으로 고정하고, 수심은 광촉매 밑면을 기준으로 각각 10, 30, 50, 70, 100%의 5가지로 구분하였다.
  • 제작 중인 광촉매가 급속한 온도저하로 균열되는 일을 방지하기 위하여 가열한 때와는 역순으로 100℃ 내릴 때 3시간씩 총 24시간 동안 상온이 될 수 있도록 하였다. 이를 통해 다른 연구에서 TiO2를 고정시킬 때 발생했던 문제점을 개선하였다. 개발된 회전 광촉매는 내구성이 향상되어 거의 반영구적으로 사용이 가능한 고효율적인 형태의 제품이다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
AOP 기술의 핵심은 무엇인가? AOP 기술의 핵심은 효과적인 촉매물질의 제조 및 적용방법에 있다. 광촉매 제조에 대한 연구는 분말을 그대로 사용 하는 방법(최희주 등, 2002), Sol-Gel법에 의한 방법(김상철 등, 2004; 임희섭 등, 2005), 화학적 방법을 이용한 박막 제조법(정광덕 등, 2006), Bead형태로 코팅하는 방법(김창균등, 2006), 이산화티타늄을 Al2SO4 , SiO2 와 혼합하여 고정 하는 방법(김정배, 2006) 등 여러 가지 방법이 있다.
고도산화처리기술에는 어떤 종류가 있는가? 고도산화처리기술(AOP: Advanced Oxidation Processes) 에는 Fenton산화, H2O2산화, UV-자외선에 의한 산화, 촉매 물질에 의한 산화 등 다양한 종류가 있다. 광촉매에 의한 수처리 방법은 수중에서 오염물질을 직접 분해하여 처리하며 처리조건도 기존의 수처리 방법처럼 복잡하지 않다.
광촉매에 의한 수처리 방법의 가장 큰 장점은? 광촉매에 의한 수처리 방법은 수중에서 오염물질을 직접분해 처리하며 난분해성 유기물 또는 무기물의 분해가 용이하다. 특히 2차 오염물질의 생성이 거의 없는 것이 가장 큰 장점이라 할 수 있다. 하지만 광촉매 형태에 따라 여러 문제가 발생한다.
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참고문헌 (13)

  1. 김상철, 허민찬, 한성홍, 김의정, 이충우, 주종현(2005) Sol-Gel법에 의한 TiO2 박막의 제작 및 특성, 한국물리학회논문집, 한국물리학회, 제50권, 제2호, pp. 109-115. 

  2. 김영웅, 손희종, 유명호, 김영희, 정종문, 김철(2001) 회전 광촉매 반응기를 이용한 조류부산물 제거특성에 관한 연구, 한국물환경학회논문집, 한국물환경학회, 제17권 제2호, pp. 215-227 

  3. 김정배(2006) 주물사에 고정된 $TiO_2$ 광촉매 특성 및 색도 제거 

  4. 김종규, 정호진(2004) $TiO_2$ 광촉매를 이용한 염색폐수처리에 관한 연구, 대한상하수도학회논문집, 대한상하수도학회, 제18권, 제3호, pp. 392-400. 

  5. 김창균, 정호진(2006) $UV/TiO_2/H_2O_2$ 를 이용한 축산폐수처리에 대한 연구, 대한토목학회논문집, 대한토목학회, 제26권, 제3B호, pp. 321-327. 

  6. 임희섭, 이용희, 손종윤, 유윤식, 이동환, 성대동(2005) 졸-겔 방법으로 제조한 $TiO_2$ 박막 광촉매의 물성 분석과 광화학 반응, 대한화학공학회논문집, 대한화학공학회, 제16권, 제2호, pp. 187-193. 

  7. 정광덕, 주오심, C.D Lokhande(2006) 화학적 방법을 이용한 $TiO_2$ 박막제조 및 응용, 한국수소 및 신에너지학회논문집, 한국수소 및 신에너지학회, 제17권, 제2호, pp. 181-192. 

  8. 조주연, 정호진(2007) 회전광촉매 반응기를 이용한 폐수처리 특성에 관한 연구, 계명대학교 산업기술연구소 논문보고서, 계명대학교 산업기술연구소, 제30권, 제1호. 137-145. 

  9. 최희주, 강희석, 이한수(2002) 루타일 및 아나타제 상 이산화티타늄 은 이온 광환원 및 흡착특성비교. 대한환경공학회논문집, 대한환경공학회, 제24권, 제6호, pp. 1043-1049. 

  10. 한국공업표준협회(2005) KS총람 : KS F 2405 콘크리트의 압축 강도 시험 방법, 사단법인 한국공업표준협회. 

  11. Matsunaga, T. and Okochi, M. (1995) $TiO_2$ -mediated photochemical disinfection of Escherichia coli using optical fibers, Environ. Sci. Technol., Vol. 29, No. 2, pp. 501-505. 

  12. Minero, C., pelizzetti, E., Malato, S., and Blanco, J. (1993) Large solar plant photocatalytic water decontamination-degradation of pentachlorophenol, Chemo-Sphere, Vol. 26, No. 12, pp. 2103-2119. 

  13. Pellizzetti, E., Minero, C., piccinini, P., and Vincenti, M. (1993)Phototransformations of nitrogen-containing organic compounds over irradiated semiconductor-metal oxides-nitrobenzene and atrazine over $TiO_2$ and ZnO, Coordination, Chemistry Reviews, Vol. 125, pp. 183-193. 

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