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제안 방법
- 플라즈마 처리에 의한 질소와 인 성분은 변화가 크지 않은 것으로 나타나 플라즈마와 UV 처리수의 COD 처리를 비교 고찰하였다.20) 또한 플라즈마와 UV 공정에서 정수 공정과 폐수처리 공정에서 난분해성 유기물질의 존재와 분해 정도를 나타내는 지표로 사용한 UV254 흡광도도 비교하였다.21,22)
- 의 인공 하수제조법에 따라 제조하였다. COD는 glucose와 sodium acetate(CH3COONa), T-N은 NH4Cl, T-P는 K2HPO4와 KH2PO4, SS는 Kaolin을 이용하여 원하는 농도로 조절하여 제조하였으며, 실험에 따라 농도를 변화시켜 사용하였다.
- 에 준하여 수행하였다. UV254 흡광도 측정은 UV-Vis spectrophotometer (Genesysis 5, Spectronic)를 사용하여 254 nm에서 흡 광도를 측정하였다. 플라즈마 반응기에 걸리는 전압의 측정은 20 kV의 전압까지 측정 가능한 고전압 probe (Pintek, DP-20K)을 장착한 디지털 오실로스코프 (Rigol, DS1062CA)를 사용하여 측정하였다.
- 본 연구진들은 소량의 물을 처리할 수 있는 플라즈마 반응기와 전원이 1개인 기본 플라즈마 반응기를 개발한 후 난분해성 물질은 물론 소독 처리에도 적용 가능하다는 것을 보고한 바 있다. 그러나 대규모의 수처리를 위해서는 플라즈마 반응기의 스케일업이 필요하며 이를 위한 스케일 업용 멀티 플라즈마 반응기 설계에 대한 기초연구를 수행한 후, 멀티플라즈마 반응기를 이용한 대장균 소독에 적용하여 스케일업한반응기의실제적용가능성을고찰하였다.15-17)
- 1(a)에 나타내었다. 기본 모듈은 접지 전극, 유전체 및 방전 전극으로 이루어져 있으며, 기 연구에서 최적 설계 조건을 도출하였다.15) 기본 모듈에서 유전체는 두께가 1 mm, 내경이 7 mm인 석영관을 사용하였다.
- 최근 하수처리장에는 UV 소독 장치가 설치되어있다. 기존 하수처리장 방류수 소독 기술인 UV 소독과 플라즈마 소독 기술과의 성능 비교를 위해 증류수와 하수처리장 방류수 수질기준을 기준으로 하여 네온트랜스 3개를 1차 전압 80 V로 운전할 경우의 전력인 59.8 W와 거의 같은 전력인 10 W 용 살균등 6개를 이용하여 소독 실험하여 Fig. 7에 나타내었다. UV를 이용하여 증류수에서 소독한 경우 반응 120초에 평형 농도에 도달된 후 미생물 농도의 감소가 일정하게 유지되었다.
- 멀티 플라즈마 공정에서 인공하수의 수질의 E. coli 불활성화에 미치는 영향을 고찰하기 위하여 증류수, 배출수 허용기준(공공하수처리시설 방류수 수질기준에서 배출농도가 높은 1일 하수처리용량 500 m3 이상에서 Ⅳ지역의 수질기준인 COD 40 mg/l 이하, SS 10 mg/l, T-N, 20 mg/l 이하, T-P, 2 mg/l 이하) 및 배출수 허용기준 2배의 수질에서 E. coli 소독 실험을 실시하였다.
- 멀티 플라즈마 반응기 개발을 위한 기초 실험에서 Fig. 1(a)의 기본 모듈과 플라즈마에 고전압을 일으키는 고전압 전원인 네온 트랜스수의 최적 조건을 구한 결과 네온트랜스 3개-반응기 5개의 배열이 OH 라디칼 생성지표인 RNO (N, N-Dimethyl-4-nitrosoaniline) 분해율이 가장 높아 기준으로 삼아 실험하였다.17) Fig.
- 실험 오차를 줄이기 위해 1개의 시료당 5개의 평판을 만들어 사용하였으며, 시료 채취 후에는 수중에 잔존하는 산화제에 의해 계속적인 소독이 진행되는 것을 막기 위해 중화제 (neutralizer, 14.6% sodium thiosulphate와 10% sodium thioglycolate) 10 µl를 투입하여 연속적으로 희석하여 nutrient agar에 투입한 다음 37로 유지되는 BOD 배양기에서 48시간 동안 배양한 뒤 형성된 집락을 colony counter를 이용하여 계수하였다.
- UV254 흡광도 측정은 UV-Vis spectrophotometer (Genesysis 5, Spectronic)를 사용하여 254 nm에서 흡 광도를 측정하였다. 플라즈마 반응기에 걸리는 전압의 측정은 20 kV의 전압까지 측정 가능한 고전압 probe (Pintek, DP-20K)을 장착한 디지털 오실로스코프 (Rigol, DS1062CA)를 사용하여 측정하였다.
- 2). 플라즈마 반응기에 주입하는 가스로는 공기를 사용하였으며 공기 펌프에서 발생한 공기를 rotameter를 이용하여 유량을 조절한 뒤 공급하였다. 1차 전압은 정전압 공급기를 이용하여 전압을 80~ 220 V로 조절한 후 네온트랜스(15 kV, 20 kHz)에서 고전압을 발생시켜 전극에 공급하였다.
- 플라즈마 공정의 주요 목적은 하수 방류수 중의 미생물을 소독하는데 있으나 플라즈마 공정이 OH 라디칼은 물론 오존과 과산화수소와 같은 산화제가 발생되기 때문에 방류수 중의 유기물질이 추가로 산화될 수 있다. 플라즈마 처리에 의한 질소와 인 성분은 변화가 크지 않은 것으로 나타나 플라즈마와 UV 처리수의 COD 처리를 비교 고찰하였다.20) 또한 플라즈마와 UV 공정에서 정수 공정과 폐수처리 공정에서 난분해성 유기물질의 존재와 분해 정도를 나타내는 지표로 사용한 UV254 흡광도도 비교하였다.
대상 데이터
- 기본 모듈은 접지 전극, 유전체 및 방전 전극으로 이루어져 있으며, 기 연구에서 최적 설계 조건을 도출하였다.15) 기본 모듈에서 유전체는 두께가 1 mm, 내경이 7 mm인 석영관을 사용하였다. 방전 전극과 접지 전극은 모두 티타늄을 사용하였다.
- UV 소독의 경우 네온트랜스 3개를 이용하여 멀티플라즈마 반응기에 1차 전압을 80 V로 유지할 경우의 전력인 59.8 W와 거의 같은 전력인 10 W 용 살균등(중심파장이 254 nm) 6개를 이용하여 소독 실험에 이용하였다.
- 스트리머 형태의 플라즈마가 각 유전체 내부에서 발생한다. 멀티 플라즈마 반응기의 기본 모듈 개수는 실험 목적에 따라 1개-5개를 사용하였다. 실험에 사용한 플라즈마 반응기 시스템의 개요도를 Fig.
- 15) 기본 모듈에서 유전체는 두께가 1 mm, 내경이 7 mm인 석영관을 사용하였다. 방전 전극과 접지 전극은 모두 티타늄을 사용하였다. 방전 전극은 직경이 2 mm인 봉 형 전극을 사용하였고, 접지 전극은 직경이 1 mm인 전극을 스프링 형태로 만든 후 사용하였다.
- 방전 전극과 접지 전극은 모두 티타늄을 사용하였다. 방전 전극은 직경이 2 mm인 봉 형 전극을 사용하였고, 접지 전극은 직경이 1 mm인 전극을 스프링 형태로 만든 후 사용하였다. 기본 모듈을 바탕으로 실험 후 최종 선정된 멀티 플라즈마 반응기의 배열은 Fig.
- 실험 균주는 한국미생물배양센터에서 분양 받은 E. coli(ACTC 15489)를 이용하였다. 배지로는 nutrient broth(beef extract 3 g/l, peptone 5 g/l)를 사용하였고, 균의 배양은 300 ml의 삼각 플라스크에 접종한 후, 37℃로 유지되는 배양기에서 대수성장기를 유지하도록 48시간 동안 연속 배양하였다.
이론/모형
- COD 분석은 Standard methods19)에 준하여 수행하였다. UV254 흡광도 측정은 UV-Vis spectrophotometer (Genesysis 5, Spectronic)를 사용하여 254 nm에서 흡 광도를 측정하였다.
- CFU/ml로 설정한 다음, 소독 실험을 수행하여 일정 시간 간격으로 시료 1 ml를 채취하였다. 균의 접종은 pour plate method 에 의해 무균실에서 이루어졌다. 실험 오차를 줄이기 위해 1개의 시료당 5개의 평판을 만들어 사용하였으며, 시료 채취 후에는 수중에 잔존하는 산화제에 의해 계속적인 소독이 진행되는 것을 막기 위해 중화제 (neutralizer, 14.
- 인공 하수는 이 등18)의 인공 하수제조법에 따라 제조하였다. COD는 glucose와 sodium acetate(CH3COONa), T-N은 NH4Cl, T-P는 K2HPO4와 KH2PO4, SS는 Kaolin을 이용하여 원하는 농도로 조절하여 제조하였으며, 실험에 따라 농도를 변화시켜 사용하였다.
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