[논문]초미세기포-용존오존부상(DOF)공정을 이용한 염색폐수 처리수의 재이용

정병길; 이기형; 정진희; 장성호; 조도현; 성낙창

doi:10.5322/jes.2011.20.3.291

초미세기포-용존오존부상(DOF)공정을 이용한 염색폐수 처리수의 재이용
Reclamation of Effluent Textile Wastewater Using Micro/nano Bubbles-Dissolved Ozone Flotation Process 원문보기

한국환경과학회지 = Journal of the environmental sciences, v.20 no.3, 2011년, pp.291 - 299

정병길 (동의대학교 환경공학과) , 이기형 (부산광역시 수영구청) , 정진희 (동아대학교 환경공학과) , 장성호 (부산대학교 지역환경시스템) , 조도현 ((주)네가트론) , 성낙창 (부산광역시 수영구청)

Abstract ▼ AI-Helper

The main objectives of this research are to investigate characteristics of ozone solubility due to low solubility of conventional bubbles-ozone generators, evaluate the treatment characteristics of reclaiming textile wastewater for industrial water by means of micro/nano bubbles-dissolved ozone flotation(MNB-DOF) process. The textile wastewater used in this research was obtained from final effluent of the textile wastewater in B city. There is a 400L reactor which consists of a micro-nano bubble system and a ozone generator for experiments. As a result of generating micro-nano bubbles (below $0.5{\mu}m$) by using of MNB-DOF process, it improved ozone solubility due to higher ozone transfer rates. Consequently, the shorter ozonation time clearly indicates the lower power costs. The reported results clearly indicated that MNB-DOF process can be effectively and inexpensively. Results of the experiments through MNB-DOF process in this study satisfy all reclaiming standards as industrial water: pH 6.5~8.5, SS 10 mg/L or below, $BOD_5$) 6 mg/L or below, turbidity 10 NTU or below, Coliforms 1,000/100 mL or below. Therefore there is a possibility of the reclaiming of the textile wastewater as industrial water.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

따라서, 본 연구에서는 이러한 CB-DOF 공정(Conventional bubbles-dissolved ozone flotation process)의 단점인 오존용해효율을 증가시키기 위한방안으로 MNB-DOF 공정(Micro/nano bubbles-dissolved ozone flotation process)을 이용하여 염색폐수 처리수에 함유된 유기물, 색도, 탁도, 부유물질 등을 평가하여 공업용수로의 재이용 가능성을 평가하는데 그 목적이 있다.
본 연구에서 기존버블 오존부상분리(CB-DOF)공정의 단점인 오존용해효율을 증가시키기 위한 방안으로 마이크로-나노버블 오존부상분리(MNB-DOF)공정을 이용한 오존용해특성 및 염색폐수 처리수의 공업용수 재이용을 위한 처리특성을 비교․평가한 결과다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
43 gO₃/hr)의 유량으로 일정하게 오존을 주입하면서 처리수질을 분석하였다. 분석된 데이터를 바탕으로 오존산화 처리된 염색폐수처리수의 처리효율 및 공업용수로 재이용 가능성에대하여 평가하였다.

제안 방법

CB-DOF 공정과 MNB-DOF 공정을 이용한 염색폐수의 오존산화 처리에 따른 염색폐수 처리수의 수질을 분석하였다. 유량 400 L의 염색폐수 처리수에1.
오존 발생장치와 마이크로-나노버블 발생장치를조합하여 수중에 용해효율이 높은 초미세의 마이크로-나노버블 오존을 발생시켜 물에 투입 접촉시켜 강산화작용이나 살균작용을 이용하여 수질정화를 용이하도록 할 필요가 있다. 기존 오존 접촉방식과 비교하여마이크로-나노버블 접촉방식에 의한 오존의 용해성평가를 실시하기 위해 시간에 따른 오존농도를 측정하면서 오존이 포화될 때까지 흡수시켰다. 오존주입은 무성아크방전방식의 오존발생기(model JEOG5G)를 이용하여 1.
따라서 오존의이용효율을 향상시키기 위해서는 어떻게 효율적으로오존을 수중에 용해시킬 것인가가 중요하다. 마이크로-나노 발생시스템을 이용하여 1.0 L/min(오존주입량 3.43 gO3/hr)의 유량으로 수중 오존용해실험을 실시하였다. 기존버블 용존오존부상공정(CB-DOF process)과 마이크로-나노버블 오존부상공정(MNB-DOFprocess)을 이용한 염색폐수 처리수에서의 운전시간에 따른 용존오존농도 및 용해도의 변화를 Fig.
수중에 함유된 용존 오존의농도는 Indigo method로 측정하였다(정 등, 1997). 오존은 반감기가 짧고, 수중에 유․무기물질과 급속하게 반응하는 관계로 Indigo reagent Ⅱ와 Mallonicacid reagent를 넣은 용기에 검수를 바로 취하여 혼합시키고 혼합시킨 시료는 즉시 600 ㎚에서 흡광도계로측정하여 오존농도를 산출하였다.
CB-DOF 공정과 MNB-DOF 공정을 이용한 염색폐수의 오존산화 처리에 따른 염색폐수 처리수의 수질을 분석하였다. 유량 400 L의 염색폐수 처리수에1.0 L/min(오존주입량 3.43 gO₃/hr)의 유량으로 일정하게 오존을 주입하면서 처리수질을 분석하였다. 분석된 데이터를 바탕으로 오존산화 처리된 염색폐수처리수의 처리효율 및 공업용수로 재이용 가능성에대하여 평가하였다.
본 실험에 사용된 염색폐수 처리수는 B시 소재 염색폐수처리장에서 물리․화학․생물학적 처리(밀폐식 순산소 포기법)공정으로 처리되어 방류되는 최종유출수로 인근 K하수처리장으로 유입시켜 연계처리하고 있다. 하수처리장으로 유입되기 전 염색폐수 최종처리수를 이용하여 마이크로-나노버블-용존오존부상 처리 후의 수질특성을 분석하여 공업용수로서의 재이용 가능성에 대하여 평가하였다. 본 연구에 사용된 염색폐수 유출수의 성상을 Table 1에 나타내었다.

대상 데이터

본 실험에 사용된 염색폐수 처리수는 B시 소재 염색폐수처리장에서 물리․화학․생물학적 처리(밀폐식 순산소 포기법)공정으로 처리되어 방류되는 최종유출수로 인근 K하수처리장으로 유입시켜 연계처리하고 있다. 하수처리장으로 유입되기 전 염색폐수 최종처리수를 이용하여 마이크로-나노버블-용존오존부상 처리 후의 수질특성을 분석하여 공업용수로서의 재이용 가능성에 대하여 평가하였다.
오존산화 반응조는 D 790 mm × H 990 mm로 용량은 500 L 이며, 유효용량은 400 L로 하여 실험을 실시하였다.

이론/모형

43 gO3/hr)의 유량으로 주입하였다. 수중에 함유된 용존 오존의농도는 Indigo method로 측정하였다(정 등, 1997). 오존은 반감기가 짧고, 수중에 유․무기물질과 급속하게 반응하는 관계로 Indigo reagent Ⅱ와 Mallonicacid reagent를 넣은 용기에 검수를 바로 취하여 혼합시키고 혼합시킨 시료는 즉시 600 ㎚에서 흡광도계로측정하여 오존농도를 산출하였다.

성능/효과

1) CB-DOF 공정과 MNB-DOF 공정에서 포화오존농도는 운전시간 240 min에서 각각 0.629 ppm과 1.579 ppm으로, CB-DOF 공정보다 MNBDOF 공정에서 약 2.5배 정도 높은 용해효율을 나타내었다. 또한 MNB-DOF 공정에서의 초기오존용해효율은 약 32.
2) 염색폐수 처리수의 재이용을 위한 MNB-DOF공정 적용시 BOD5 33.7%, SS 90.0%, 색도 78.8%, 탁도 79.0%의 제거효율을 보인 반면에, CB-DOF 공정의 경우 BOD5 13.7%, SS 14.4%, 색도 32.5%, 탁도 32.0%의 제거효율을 각각 나타내었다.
3) 염색폐수 처리수의 공업용수(재이용기준 : pH6.5~8.5, SS 10 mg/L 이하, BOD5 6 mg/L 이하, 탁도 10 NTU 이하, 대장균 1,000 개/100 mL 이하) 재이용 가능성을 평가한 결과 CB-DOF 공정의 경우 SS(25.0 mg/L)와 탁도(29.8 NTU) 항목에서 공업용수 기준치인 SS 10 mg/L 이하 및 탁도 10 NTU 이하를 초과하는 것으로 나타난 반면에, MNB-DOF 공정의 경우 모든 항목에서 공업용수 기준치를 만족하는 것으로 나타나, MNB-DOF 공정을 이용한 염색폐수 처리수의공업용수 재이용이 충분히 가능할 것으로 판단된다.
6에 CB-DOF 공정과 MNB-DOF 공정을 이용한 염색폐수 처리수의 색도 처리특성을 비교하여 나타내었다. CB-DOF 공정의 경우 염색폐수 처리수의초기 색도 농도인 171.0 PCU에서 처리시간 240 min동안 처리한 후 115.5 PCU로 32.5%의 제거효율을 보인 반면에, MNB-DOF 공정의 경우 초기 색도 농도는178.0 PCU에서 처리 후 37.8 PCU로 78.8%의 색도제거효율을 보여 MNB-DOF 공정에 의한 색도 제거효율이 더 우수함을 알 수 있었다. 이는 미세한 마이크로-나노버블에 의해 오존의 수중 주입율이 상승됨으로써 오존산화에 의한 색도 유발물질의 산화가 더 빠르게 일어났기 때문으로 판단된다.
5에 CB-DOF 공정과 MNB-DOF 공정을 이용한 염색폐수 처리수의 SS의 처리특성을 비교하여 나타내었다. CB-DOF 공정의 경우 초기 SS 농도 30.0mg/L에서 처리시간 240 min 처리 후 25.0 mg/L로 약14.4%의 제거효율을 나타낸 반면에, MNB-OZ 시스템의 경우 처리시간 240 min 후 90.0%의 SS 제거효율을 나타내어, 마이크로-나노버블에 의한 부상분리효과가 훨씬 뛰어남을 확인할 수 있었으며, 이는 용존오존부상공정에서의 응집제의 사용량을 현격히 줄일 수 있음을 의미한다.
5배 정도 높은 용해효율을 나타내었다. 또한 MNB-DOF 공정에서의 초기오존용해효율은 약 32.5%로, CB-DOF 공정의5.0% 정도에 비해 약 6배 이상의 높은 용해효율을 나타내었다.
5배 정도 낮은 용해율을 나타내었다. 또한 MNBDOF 공정에서의 초기 오존용해효율은 약 32.5%로,CB-DOF 공정의 5.0% 정도에 비해 약 6배 이상의 높은 용해효율을 보였으며, 오존이 상대적으로 미세기포로 형성되어 반응조 내 체류시간이 길어져 나타난결과로 판단된다. 이는 짧은 시간에 마이크로-나노버블 오존을 이용하여 많은 양의 오존을 용해시킬 수 있음을 보여준다.
0%의 제거효율을 보였다. 반면에, MNB-DOF 공정의 경우 초기 탁도 농도는44.2 NTU에서 240 min간 처리 후 탁도는 9.3 NTU로 79.0%의 제거효율을 보여 SS의 경우와 마찬가지로MNB-DOF 공정에서 탁도 제거효과가 현저히 우수함을 알 수 있었다.
다양한 하수처리수 및 폐수 재이용 방법에 따른 다른 연구자들과 본 연구의 결과를 비교․분석하여Table 2에 나타내었다. 본 연구에 사용된 MNB-DOF공정이 DOF 공정보다 SS 제거효율이 높음을 알 수 있었으며, 전체적으로 타 재이용기술에 비해 제거효율이 높음을 알 수 있었다.
7%를 나타내었다. 처리시간이 증가함에 따라 BOD5 농도가 점차적으로 감소하다가 증가하는 경향을 보였으며, 이는 일부 강력한 오존의 산화력에 의하여 제거된 부분이 있으나 오존의 산화력에 의하여용존성 물질이 부유성 물질로 변화되면서 제거가 된 부분이 큰 것으로 분석되며 증가하는 경우는 염색폐수 처리수에서의 분석결과와 마찬가지로 난분해성 물질이 오존에 의해 산화되어 이산화탄소와 물로 완전히 산화되지 않고 분해성 유기물질 등 중간생성물로변화되었기 때문인 것으로 판단된다. 오존은 강한 산화제이지만 유기물의 물과 탄산가스로의 완전한 분해가 일어나지 않아 유기물을 무기물화 하거나 완전히 제거하는데 한계가 있고(Banet 등, 1996), 일부 유기물과는 반응이 느리거나 어떤 유기물과는 전혀 반응하지 않는 결점이 있어(박과 안, 2001) 유기물의 산화분해에는 효율적이지 못하여, 오존처리후의 COD 제거율이 낮다는 보고가 있다(Weber, 1973).

후속연구

따라서, 염색폐수 처리수 재이용을 위한 MNBDOF 공정의 적용시 처리수질에 있어서 공업용수 재이용기준을 충분히 만족하는 것으로 나타났으나, 유기물(BOD5)의 제거효율이 낮은 점과 실험조건이Batch인 점 등을 감안할 때 대규모의 발생폐수 적용시 멤브레인 공정적용 등 추가적인 연구가 필요할 것으로 판단된다.
이는 짧은 시간에 마이크로-나노버블 오존을 이용하여 많은 양의 오존을 용해시킬 수 있음을 보여준다. 오존발생장치와 마이크로-나노버블발생장치를 조합하는 것에 의해, 수중에 용해효율이높은 미세한 마이크로-나노버블 오존을 공급함으로써수중 오존농도를 높여 살균, 유해물질의 분해 및 수중유기물의 산화촉진 등에 의해 수질 정화의 향상을 꾀할 수 있을 것으로 판단되며 오존 발생에 소비되는 비용 또한 절감할 수 있을 것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	DOF 공정은 어떤 기술의 공정인가?	하수 및 폐수 처리수의 재이용 용도별 수질기준에 의하면 재이용 처리프로세스에서 처리하여야 하는 오염물질은 주로 부유성 유기물, 용해성 유기물, 색도성분, 취기성분 및 대장균 등으로 각 오염물질의 처리방법은 매우 다양할 수 있는데, 사여과 공정과 염소처리 공정을 기본으로 하고 오존처리, 활성탄 흡착, 막분리 공정 등을 추가하는 방식이 일반적으로 이용될 수 있다.이 중 용존오존부상(DOF, Dissolved Ozone Flotation)공정은 하․폐수처리공정의 생물반응조를 거친 2차침전지 유출수 또는 최종방류수를 대상으로 부유물질, 인 등을 제거하고, 오존의 강력한 산화력과 오존접촉효율의 극대화로 색도와 COD 제거 및 미생물 제거에 의한 소독이 동시에 이루어지는 하․폐수처리장방류수의 고도처리 기술이다. Lee 등(2008)은 마이크로버블크기의 DOF 공정을 이용한 도시하수처리장방류수의 실험결과 최적 오존주입량은 6.
	오존 산화법에서 오존의 한계점은 무엇인가?	이 중 오존은 강력한 산화력으로 물속의 착색물질을 산화시켜 탈색하므로 색도제거에 효율적인 산화법(Tuga와 Gurol, 2002)으로 염소, 과산화수소 등의 탈색 및 표백반응보다 훨씬 빠르게 진행된다. 오존은 강력한 산화제이지만 유기물의 물과 탄산가스로의 완전한 분해가 일어나지 않아 유기물을 무기물화 하거나 완전히 제거하는데 한계가 있고(황 등, 1991), 일부 유기물과는 반응이 느리거나 어떤 유기물과는 전혀 반응하지 않는 결점이 있어(Koyuncu와Afsar, 1996) 유기물의 산화분해에는 효율적이지 못하여, 오존 처리 후의 색도 제거율은 높지만 COD의 제거율이 낮다는 연구결과가 보고되고 있다. 종래에는 오존을 수중에 접촉 투입하여 산화촉진, 용해촉진 또는 유해물질 분해 등을 하여 왔지만 산소용해효율조차 높이기 어려웠으며, 더구나 산소보다 용해율이 낮은 오존을 효과적으로 용해시키는 것은 더욱더 곤란하였다.
	난분해성 유기물을 함유한 폐수를 처리하기 위한 방법은 무엇이 있는가?	이들 오염물들은 생물학적 처리법이나 흡착법으로는 완전한 처리가 매우 어렵기 때문에 염색폐수를 처리할 수 있는 다른 방법의 적용이 필요하다. 난분해성 유기물을 함유한 폐수를 처리하기 위한 방법으로 전기분해법, 오존산화법, 펜톤산화법 등의 산화법을 적용시킬 수 있다. 이 중 오존은 강력한 산화력으로 물속의 착색물질을 산화시켜 탈색하므로 색도제거에 효율적인 산화법(Tuga와 Gurol, 2002)으로 염소, 과산화수소 등의 탈색 및 표백반응보다 훨씬 빠르게 진행된다.

참고문헌 (18)

김선희, 이상호, 2004, 펜톤산화와 오존산화 조합에 따른 염색폐수의 유기물질 및 색도 처리효율 비교 평가에 관한 연구, 한국상하수도학회지, 18(6), 778-784.
박수경, 2007, 미세기포화된 오존을 이용한 1,4-Dioxane의 제거에 관한 연구, 석사학위논문, 영남대학교.
박영식, 안갑환, 2001, 응집, 오존 및 UV 후처리가 염색폐수의 COD와 색도제거에 미치는 영향, 한국환경위생학회지, 27(4), 93-98.

원문보기 상세보기
오동규, 윤태일, 1991, Fenton's Reagent를 이용한 염색폐수의 처리, 대한환경공학회지, 13(2), 123-129.
정팔진, 김민정, 현미희, 1997, 축산폐수와 하수의 혼합처리 가능성 연구, 공학연구, 28, 273-284.
황상용, 이규성, 김병석, 1991, 오존을 이용한 오.폐수처리에 관한 연구, 대한위생학회지, 6(1), 103-108.
AWWA Research Foundation, 1991, Ozone in water treatment : Application and engineering, Lewis Publisher, Michigan.
Banet, I. M., Nigam, P., Singh, D., Marchant, R., 1996, Microbial decolorization of textile-dye-containing effluents : A review, Bioresource Technology, 58(3), 217-227.

상세보기
del Pino, M. P., Durham, B., 1999, Wastewater reuse through dual-membrane processes: opportunities for sustainable water resources, Desalination, 124, 271-277.

상세보기
Galapate, R. P., Baes, A. U., Okada, M., 2001, Transformation of dissolves organic matter during ozonation : Effect on trihalomethane formation potential, Water Research, 35(9), 2201-2206.

상세보기
Koyuncu, I., Afsar, H., 1996, Decomposition of dyes in textile wastewater with ozone, Journal of Environmental Science and Health, 31, 1035-1041.

상세보기
Lee, B. H., Song, W. C., Manna, B., Ha, J. K., 2008, Dissolved ozone flotation (DOF) - a promising technology in municipal wastewater treatment, Desalination, 225, 260-273.

상세보기
Mamoda, M. F., Al-Ghusain, I., Al-Mutairi, N. Z., 2004, Sand filtration of wastewater for tertiary treatment and water reuse, Desalination, 164, 203-221.

상세보기
Nielson, K., Smith, D. W., 2005, Ozone-enhanced electroflocculation in municipal wastewater treatment, Journal of Environmental Engineering and Science, 4, 65-76.

상세보기
Petala, M., Tsiridis, V., Samaras, P., Zouboulis, A., Sakellaropoulos, G. P., 2006, Wastewater reclamation by advance treatment of secondary effluents, Desalination, 195, 109-118.

상세보기
Tuga, T., Gurol, M. D., 2002, Oxidation of diethylene glycol with ozone and modified Fenton process, Elsevier, 31, 293-301.

상세보기
Weber, W. J., 1973, Physicochemical process for water quality control, Wiley Interscience, New York.
Xu, P., Janex, M. L., Savoye, P., Cockx, A., Lazarova, V., 2002, Wastewater disinfection by ozone: main parameters for process design, Water Research, 36, 1043-1055.

상세보기

저자의 다른 논문 :

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].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증