[논문]전기분해수 살균효과 및 소독부산물 생성 특성 평가

조영만

doi:10.11001/jksww.2013.27.5.547

전기분해수 살균효과 및 소독부산물 생성 특성 평가
Disinfection effect and formation characteristics of disinfection by-product at the Electrolyzed Water 원문보기

上下水道學會誌 = Journal of Korean Society of Water and Wastewater, v.27 no.5, 2013년, pp.547 - 554

Abstract ▼ AI-Helper

Chlorine has strong oxidizing power, also it is many advantages over other disinfectants such as the residual characteristic and economic feasibility. However, chlorine also has disadvantages such as creating disinfection by-products of chlorine as THMs. In particular, the most deadly disadvantage of chlorine is that it is extremely poisonous toxins about all alive lives. Disinfection with electrolysis water can be a very useful way Because you do not have to worry about chlorine's dangerous. In this study, we evaluated the potential as a disinfectant, across the evaluating disinfection effect and generating characteristic of by-products. The electrolyzed water could be obtained removal efficiencies of over 99.9 % the coliform by operating condition such as residence time, current density (voltage), the electrode gap. The residual chlorine be generated 10,000 mg/L in current density $1.0A/dm^2$ and residence time of 10 minutes. The residual chlorine concentration was possible to maintain a stable. The by-products generated by high concentration residual chlorine in the reactor such as trihalomethanes, haloaceticacid, chloralhydrate, haloacetonitrile were detected in less than a water quality standards. At the concentration of less than residual chlorine of 1 ppm, the chlorine disinfection by-products be generated most below the detection limit.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

먹는물 수질기준에서 염소소독 부산물은 크게 트리할로메탄, 할로아세틱엑시드, 클로랄하이드레이트, 할로아세토니트릴 4 종류로 분류된다. 본 연구에서는 4 종류의 소독부산물을 분석하여 전해살균소독수의 유해성을 평가하였다. 전기분해 반응기의 총잔류염소 농도를 각각 1,250ppm, 16,000 ppm, 32,000 ppm으로 조절하여 이 고농도의 잔류염소 내에서 트리할로메탄류, 할로아세틱엑시드, 클로랄하이드레이트, 할로아세토니트릴류 등 4종의 생성량을 분석하여 수질기준과 비교하였다.
일반적으로 전기분해살균소독수의 전해액은 NaCl 및 CaCl, KCl을 사용하며 제조한 전해산화수의 ORP 및 HOCI 함량은 NaCl, KCl, CaCl순으로 높게 나타났으나 큰 차이는 없었으며, 미생물 소독 효과 역시 차이가 없는 것으로 알려져있다. 본 연구에서는 정수 분야에 범용으로 사용될 수 있는 전기분해 방식에 의한 살해살균소독장치를 활용하여 안정적인 잔류염소 생성 및 생성된 잔류염소 농도를 자동으로 제어하여 일정농도를 유지 할 수 있는 전해살균소독장치의 개발 및 수처리 효율 및 소독부산물 생성을 평가하는데 있다.

제안 방법

3 ppm을 유지하는 것이 일반적이다. 따라서 본 연구에서는 실제 전기분해 반응기에서 생성된 소독수를 실제 투입할 경우 생성되는 소독부산물을 평가하기 위해 배수지 잔류염소 농도는 1 ppm, 물탱크 잔류염소 농도는 0.5ppm, 수도전 잔류염소 농도는 0.1 ppm 등으로 각각 가정하여 0.1 ppm ~ 1 ppm의 저 농도에서 소독부산물의 생성량을 평가하여 실제 부산D정수장에서 공급되는 소독부산물 생성량과 비교 분석하였다.
총대장균군은 효소기질이용법으로 시험했으며 소독부산물은 가스크로마토그래피 전자포획법(GC/ECD)을 사용하였다. 연구에 사용된 전해살균장치는 생산되는 살균 잔류염소 농도를 일정수준으로 유지할 수 있도록 잔류염소 농도를 자동으로 제어할 수 있는 PID(비례미적분)제어기를 갖고 있으며 다음과 같은 4단계로 나누어져 있다.
본 연구에서는 4 종류의 소독부산물을 분석하여 전해살균소독수의 유해성을 평가하였다. 전기분해 반응기의 총잔류염소 농도를 각각 1,250ppm, 16,000 ppm, 32,000 ppm으로 조절하여 이 고농도의 잔류염소 내에서 트리할로메탄류, 할로아세틱엑시드, 클로랄하이드레이트, 할로아세토니트릴류 등 4종의 생성량을 분석하여 수질기준과 비교하였다.
9는 전극 간극에 따른 대장균 제거특성을 나타내었다. 전류밀도 1.0 A/dm², 체류시간 15분으로 고정하여 전극간격에 따른 대장균 살균특성을 비교하였다. 실험 결과 전극 간격은 좁을수록 대장균 제거 효율이 증가함을 알 수 있다.

대상 데이터

본 연구에서 사용된 전해살균장치의 전극은 Ti/Ru 재질이었고 사용한 소금은 시약용Sodium chloride 99.5 %를 사용했다. 총대장균군은 효소기질이용법으로 시험했으며 소독부산물은 가스크로마토그래피 전자포획법(GC/ECD)을 사용하였다.

이론/모형

5 %를 사용했다. 총대장균군은 효소기질이용법으로 시험했으며 소독부산물은 가스크로마토그래피 전자포획법(GC/ECD)을 사용하였다. 연구에 사용된 전해살균장치는 생산되는 살균 잔류염소 농도를 일정수준으로 유지할 수 있도록 잔류염소 농도를 자동으로 제어할 수 있는 PID(비례미적분)제어기를 갖고 있으며 다음과 같은 4단계로 나누어져 있다.

성능/효과

1) 전극 재질 Ti/Ru과 전극간극 5 mm, 염수와 비례미적분제어기 갖춘 전기분해반응기를 통해 잔류 염소 농도 약 10,000 mg/L을 일정하게 생성 유지할 수 있었다.
2) 체류시간 5분, 전류밀도 1.0 A/dm2에서 대장균군 99.9 % 이상 제거가 가능하였다.
3) 고농도 잔류염소 1,250 ppm ~ 32,000ppm에서 생성되는 소독부산물은 대체로 고농도일수록 부산물생성 농도가 높게 나타났으며 트리할로메탄 생성량은 약 0.02 ppm 이하, 할로아세틱엑시드는 0.04 ppm이하, 클로랄하이드레이트는 0.02 ppm 이하, 할로아세토니트릴는 0.005 ppm 이하로 모두 정수수질기준 이하였다.
4) 잔류염소 저농도 0.1 ppm ~ 1 ppm에서 트리할로메탄 생성량은 검출한계 이하였고, 할로아세틱엑시드는 약 0.004 ppm 이하, 클로랄하이드레이트는 0.0003 ppm 이하, 할로아세토니트릴는 0.0013 ppm으로 3종의 소독부산물은 정수수질기준 이하였다.
11은 트리할로메탄의 생성량을 보여주고 있다. 대체로 잔류염소 농도가 높아지면 트리할로메탄의 생성량도 증가하는 것으로 나타났으나 디클로로브로모메탄은 총잔류염소가 증가할수록 감소하는 경향을 보였다. 이는 트리할로메탄이 할로겐물질과 메탄이 결합한 물질이므로 할로겐 물질이 아무리 많아도 메탄을 생성하는 유기물이 적을 경우 트리할로메탄은 생성되지 않는다는 점으로 설명이 가능하다.
생성된 4종의 소독부산물 농도는 먹는 물 수질기준 이하 값을 나타냈었으며 실제 살균 소독을 실시할 경우 낮은 농도로 희석하여 주입되기 때문에 실제 소독부산물의 영향은 미미할 것으로 판단된다.
4는 각 전류량별로 시간에 따라 반응기내의 온도 변화를 그린 그래프이다. 시간이 지남에 따라 반응기의 내부 온도가 상승하는 것을 알 수 있으며 또한 전류량이 높을수록 온도 상승도 커짐을 알 수 있다. 이와 같은 결과는 전류량과 전압이 반응기 내 물에 가한 에너지만큼의 수온 상승으로 해석할 수 있다.
0 A/dm², 체류시간 15분으로 고정하여 전극간격에 따른 대장균 살균특성을 비교하였다. 실험 결과 전극 간격은 좁을수록 대장균 제거 효율이 증가함을 알 수 있다. 이는 전극의 간극이 좁을수록 전극 사이의 저항이 작아지고 전류의 효율이 증가하기 때문이다.
0 A/dm², 전극간격 5mm 운전조건에서 체류시간을 1분에서 10분까지 대장균 살균 특성을 비교하였다. 실험 결과 체류시간 5분에서 거의 98 %이상 제거되었고 10분에서 대체로 대장균이 99 % 제거되는 것으로 나타났다. 따라서 전해살균반응기에 의한 대장균 살균 효과는 여러 가지 운전조건을 고려하여 운전할 경우 매우 만족스런 소독이 가능한 것으로 판단된다.
8은 전류밀도 변화에 따른 대장균의 살균효과를 나타낸 그래프이다. 운전 조건은 체류시간 10분, 전극간격 5 mm에서 전류밀도를 변화시킨 결과로 그림에서와 같이 전류밀도가 증가할수록 살균효과가 비례하여 증가함을 알 수 있다. 이와 같은 결과는 전류밀도가 증가할수록 잔류염소의 생성량도 증가하고 따라서 살균 효과도 비례하여 증가하기 때문이다.
16, 17의 할로아세틱엑시드, 클로랄하이드레이트 역시 총트리할로메탄과 비슷한 경향을 보였다. 즉 저농도의 잔류염소에서는 거의 소독부산물이 검출되지 않는 것으로 나타났다. 예외적으로 할로아세토니트릴의 경우 낮은 농도가 검출되었으나 이 또한 먹는물 수질기준 이하로 크게 문제가 되지 않는 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	정수공정에서 염소를 소독제로 사용하는 것의 이유는 무엇인가?	국내 정수공정에서 사용되고 있는 살균 소독제는 염소이다. 정수공정에서 염소를 소독제로 사용하는 것은 정수의 잔류염소 농도 규정 때문이기도 하지만 실제 염소는 다른 소독제에 비해 값이 저렴하고 잔류성이 강해 다른 소독제와 구별되는 장점을 갖고 있기 때문이다(Park et al., 2008, Song et al., 2001). 특히 최근 많은 정수장에서 산화력이 강한 오존을 정수공정에서 사용하고 있음에도 불구하고 여전히 소독제로 염소를 사용하고 있는 것은 여러 가지 면에서 염소가 오존에 비해 우수하기 때문이다(Shin et al., 2011).
	국내 정수공정에서 사용되고 있는 살균 소독제는 무엇인가?	국내 정수공정에서 사용되고 있는 살균 소독제는 염소이다. 정수공정에서 염소를 소독제로 사용하는 것은 정수의 잔류염소 농도 규정 때문이기도 하지만 실제 염소는 다른 소독제에 비해 값이 저렴하고 잔류성이 강해 다른 소독제와 구별되는 장점을 갖고 있기 때문이다(Park et al.

참고문헌 (8)

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Song J ae-Min, Han Moo-Young, Chung Tai-Hak(2001), The Effect of Coagulation Time on the Turbidity Removal Efficiency in Electrocoagulation, Journal of the Korean Society of Water and Wastewater, 15(1), pp50-57
Dongh yuk Shin, Eunseok Jo, Hyengsung Kim, Jaehyun Kwon(2011), A Study on the generation of oxidants and its application by electrolysis, Journal of the Korean Society of Water and Wastewater, 22(4), pp156
Jong-man Lee, Nam-jun Jo(2012), A Study on the generation of hypochlorous acid in the underground water with using electrolysis, Korea University of Technology & Education, Chonan pp330-708
Jinsik Sohn, Sunjae Lee, Chorong Shin(2009), Model development for chlorine generation using electrolysis, Journal of Korean Society of Water and Wastewater, 23(3) pp331-337
Kyung -hyuk Lee, Jae-Lim Lim, Doo-Jin Lee, Seong Su Kim, Hyo-Won Ahn(2005), Evaluation of Disinfection Characteristics for Mixed Oxidants produced by electrochemical method, Journal of the Korean Society of Water and Wastewater, 19(5), pp625-631
Moham mad Y.A. Mollah, Paul Morkovsky, Jewel A.G. Gomes, Mehmet Kesmez, Jose Parga, David L. Cocke(2004), Fundamentals, present and future perspectives of electrocoagulation, Journal of Hazardous Materials B114, pp199-210
Peter K. Holt, Geoffrey W. Barton, Cynthia A. Mitchell(2004), The future for electrocoagulation as a localised water treatment technology, Chemosphere, 59, pp355-367

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].

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