[논문]수산화라디칼과 오존에 의한 수중 천연 지방산 분해 제거 연구

원정하; 김용주; 고장면; 송근한; 이창훈

doi:10.9713/kcer.2013.51.4.523

수산화라디칼과 오존에 의한 수중 천연 지방산 분해 제거 연구
Purification of the Waste Water Containing Natural Fatty Oil by Hydroxy Radical and Ozone 원문보기

Korean chemical engineering research = 화학공학, v.51 no.4, 2013년, pp.523 - 526

(한밭대학교 화학생명공학과) , 원정하 (한밭대학교 화학생명공학과) , 김용주 (한밭대학교 화학생명공학과) , 고장면 (한밭대학교 화학생명공학과) , 송근한 ((주) 브이케이테크) , 이창훈 ((주) 브이케이테크)

초록
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본 연구에서는 수질정화 기술개발을 위하여 수산화라디칼 및 오존 발생기를 이용하여 수중에 존재하는 천연 지방산 분해 제거 연구를 수행하였다. 천연 지방산은 수산화라디칼 및 오존에 의하여 1차 분해반응 형태로 제거되었으며, 천연 지방산의 분해반응에서 수산화라디칼 단독으로 사용하는 것 보다 오존과 함께 사용한 경우 분해 효율을 크게 향상시킬 수 있음을 알 수 있었다. 또한, 천연 지방산이 수산화라디칼과 오존에 의해 분해되는 화학반응 기구를 제안하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

In order to purify the waste water containing natural fatty oil, hydroxy radical and/or ozone are used to remove the fatty oil dispersed in the waste water. The fatty oil is decomposed by oxidation reaction through hydroxy radical and ozone, and eliminated as a function of first order reaction. It is clearly confirmed that the fatty oil in waste water can be effectively removed much more in the use of both hydroxy radical and ozone than only hydroxy radical as an oxydant. In addition, the decomposition chemical reaction mechanism of the fatty oil by hydroxy radical and ozone is proposed.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 수산화 라디칼과 오존을 중심으로 한 복합 고급산화 공정에 의한 수중에 존재하는 고농도의 천연지방산 분해효과를 연구하였다. 고농도의 천연지방은 음식물 조리 과정에서 다량 발생함으로 본 연구결과는음식물 조리과정에서 발생하는폐유로부터 수질정화를 위한 기술 개발에 크게 기여 할 것으로 사료된다.
본 연구에서는 수산화라디칼 및 오존 발생기를 이용하여 수중에 존재하는 천연 지방산 분해 제거 연구를 수행하였으며, 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.

제안 방법

분해한 지방산의 양은 수산화라디칼의 처리 전후에 지방과 물을 상 분리하여 지방의 부피를 측정하여 제거율을 계산하였다. 수산화라디칼과 오존의 분산 시간에 따른 지방산의 분해율을 측정하기 위하여 5시간 간격으로 반응조의 용액 200 mL를 취하여 메스실린더를 이용하여 지방산의 부피를 측정하였다.
실험에 필요한 수산화라디칼 발생을 증가시키기 위하여 광촉매가 코팅된 유리 섬유의 표면적을 증가시켜 UV-C 램프 조사가 이루어지도록 제조하였으며, 효과를 향상시키기 위해 습윤 공기를 불어 넣어 제조하였다. 수산화라디칼 발생기에 60 L/min의 부피속도로 공기를 공급하였 고, 또한 오존은 광촉매가 코팅된 인라인 믹서에 60 L/min의 공기를 통과시켜 UV 램프에 의하여 조사가 이루어지도록 제조하였다.
분해한 지방산의 양은 수산화라디칼의 처리 전후에 지방과 물을 상 분리하여 지방의 부피를 측정하여 제거율을 계산하였다. 수산화라디칼과 오존의 분산 시간에 따른 지방산의 분해율을 측정하기 위하여 5시간 간격으로 반응조의 용액 200 mL를 취하여 메스실린더를 이용하여 지방산의 부피를 측정하였다.
수중 지방분해 제거 실험에서는 분해 반응기 내부로 도입되는 수산화라디칼과 오존의 용해도 증가 및 지방산과의 접촉면적을 증대시키기 위하여 세라믹(ceramic) 재질의 분산기(diffuser)를 장착하였다.
1에 나타낸 바와같이 (주)브이케이테크 사의 모텔 EK900을 사용하여 수행하였다. 실험에 사용한 UV 광반응 장치는 G6T5 UV-C 램프를 3개 직렬로 연결하였으며, G4T5 UV-C 램프를 광촉매가 코팅된 인라인 믹서의 좌우에 조사가 이루어지도록 장착하였다.
실험에 필요한 수산화라디칼 발생을 증가시키기 위하여 광촉매가 코팅된 유리 섬유의 표면적을 증가시켜 UV-C 램프 조사가 이루어지도록 제조하였으며, 효과를 향상시키기 위해 습윤 공기를 불어 넣어 제조하였다. 수산화라디칼 발생기에 60 L/min의 부피속도로 공기를 공급하였 고, 또한 오존은 광촉매가 코팅된 인라인 믹서에 60 L/min의 공기를 통과시켜 UV 램프에 의하여 조사가 이루어지도록 제조하였다.
지방산 분해 장치의 분산기를 폐수의 수면과의 높이 25 cm 이상으로 확보하여 아크릴 수조 내부에 설치하였다. 이후 지방산 분해장치를 작동시켜 수산화라디칼과 오존을 반응기 속에 분산시켰다. 또한, 산화제로 수산화라디칼 단독 또는 오존과 함께 사용하였다.

대상 데이터

복합 고급 산화공정에 사용한 실험장치는 Fig. 1에 나타낸 바와같이 (주)브이케이테크 사의 모텔 EK900을 사용하여 수행하였다. 실험에 사용한 UV 광반응 장치는 G6T5 UV-C 램프를 3개 직렬로 연결하였으며, G4T5 UV-C 램프를 광촉매가 코팅된 인라인 믹서의 좌우에 조사가 이루어지도록 장착하였다.
본 실험에 사용한 지방산은 식용유로 널리 사용되는 콩기름을 사용하였다. Table 1에 천연 콩기름에 포함된 지방산의 구성 성분을 나타내었다.
지방산의 분해 반응기는 가로 20 cm, 세로 20 cm, 높이 55 cm로 제조된 아크릴 수조에 물 10 L와 콩으로부터 얻은 지방산 100 mL를 교반시켜 지방산이 1% 함유된 시료를 준비하였다. 지방산 분해 장치의 분산기를 폐수의 수면과의 높이 25 cm 이상으로 확보하여 아크릴 수조 내부에 설치하였다.

성능/효과

(2) 천연 지방산의 분해반응에서 수산화라디칼 단독으로 사용하는 것 보다 오존과 같이 사용하는 경우 분해 효율은 급격히 증가하였다.
특히 오존과 함께 사용하는 경우 더욱 효과적으로 유분을 산화시켜 분해하여 제거할 수 있음을 알 수 있다. 또한, 분해속도는시료와 산화제의 접촉시간에 크게 의존함으로 분해반응조의 설계조건에 따라 분해속도를 증가시킬 수 있을 것으로 사료된다.
감소하는 속도는 지수함수로 감소하는 것으로 보아 일차 반응 속도식을 따라 감소하는 경향을 나타냄을 알 수 있다. 이러한 경향은 본 연구에서 분해원으로 사용한 수산화라디칼이 매우 효과적으로 수중 지방을 분해할 수 있음을 의미한다. 특히 오존과 함께 사용하는 경우 더욱 효과적으로 유분을 산화시켜 분해하여 제거할 수 있음을 알 수 있다.
이와 같은 결과로부터 수산화라디칼과 오존에 의하여 수중에 존재하는 천연 지방산 오일을 효과적으로 제거할 수 있음을 알 수 있었다.

후속연구

본 연구에서는 수산화 라디칼과 오존을 중심으로 한 복합 고급산화 공정에 의한 수중에 존재하는 고농도의 천연지방산 분해효과를 연구하였다. 고농도의 천연지방은 음식물 조리 과정에서 다량 발생함으로 본 연구결과는음식물 조리과정에서 발생하는폐유로부터 수질정화를 위한 기술 개발에 크게 기여 할 것으로 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	최근 고도의 수질 정화 기술개발이 요구되는 이유는 무엇인가?	최근 수질 환경오염으로 인하여 발생하는 녹조 현상으로 인하여 고도의 수질 정화 기술개발이 요구되고 있다. 특히수중에 포함된 유기물은 음식물 조리 공정이나 산업용 공정으로부터 발생량이 날로 증가하여 수질 오염에 미치는 영향이 증대되고 있다[1].
	고급 산화 공정이란 어떤 기술인가?	최근 이러한 단점을 개선하고자 감마선을 이용한방사선처리, 초임계 유체를 이용한 공정, 매개금속을 이용한 산화공정 및 고급산화 공정(advanced oxidation process, AOP)을 이용하여 폐유 등 난분해성 산업폐수를 처리하고자 하는 연구가 시도되고 있다[1, 6-11]. 이 가운데 고급 산화 공정은 UV, H2O2, O3와 같은 다양한 산화제 또는 Fe2+와 같은 촉매와의 조합에 의해 강력한 산화력의 수산화 라디칼(hydroxyl radical, ·OH)을 유기물의 분해에 이용하는 기술로서 최근 정수처리 분야뿐만 아니라 다양한 난분해성 산업폐수의 청정처리에 이르기까지 널리 적용되고 있다[1,12-16]. 특히 오존을 이용하는 고급산화 공정은 오존 분자가 가지는 높은 산화력과 오존의 분해로 인해 발생되는 수산화 라디칼을 동시에 유기물 분해에 이용할 수 있어 높은 이용가치를 가지는 것으로 평가되고 있다[1,16].

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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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