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수산화라디칼 소모인자를 이용한 자외선/과산화수소공정의 효율적인 운전 조건도출
Determination of Efficient Operating Condition of UV/H2O2 Process Using the OH Radical Scavenging Factor 원문보기

대한환경공학회지 = Journal of Korean Society of Environmental Engineers, v.36 no.8, 2014년, pp.534 - 541  

김선백 (연세대학교 환경공학과) ,  권민환 (연세대학교 환경공학과) ,  윤여준 (연세대학교 환경공학과) ,  정유미 (연세대학교 환경공학과) ,  황태문 (한국건설기술연구원) ,  강준원 (연세대학교 환경공학과)

초록
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본 논문은 먹는물 처리공정에 적합한 고도산화공정 중 하나인 자외선/과산화수소공정의 효율적인 운전을 위한 최적 운전 조건을 도출하는 방법을 연구하였다. 자외선/과산화수소 공정에서 대상물질의 제거효율을 예측하고 그에 따른 운전조건을 도출하기 위한 핵심 인자인 수산화라디칼 소모인자를 보다 쉽고 빠르게 측정하기 위해 새로운 지표물질인 로다민 비(Rhodamin B, RhB)를 선정하여 검증하였다. 그 결과, 기존 지표물질인 para-Chlorobenzoic acid (pCBA)와 비교해 약 1.1% 이하의 오차율로 높은 신뢰성을 가진 것을 확인하였다. 검증된 RhB를 이용하여 측정한 수산화라디칼 소모인자 및 모델링을 통해 대상물질(Ibuprofen)의 제거효율 예측 가능성을 평가한 결과, 실제 실험값과 평균 오차율 약 5% 내외로 거의 일치하였다. 약 8개월간의 자외선/과산화수소공정 파일럿 플랜트 유입수의 수산화라디칼 소모인자 모니터링 결과, 최대 두 배 정도의 차이로 크게 변화하였다. 이 차이는 미량오염물질 중 하나인 Caffeine의 목표 제거율을 만족하기 위한 자외선 에너지를 약 1.7배 증가시켜야 할 정도로 큰 값이다. 이상의 결과를 통해 자외선/과산화수소 공정을 안전하고 효율적으로 운전하기 위해서는 수산화라디칼 소모인자의 측정이 매우 중요하며, 측정된 소모인자, 자외선 흡광도($A_{254}$), 대상물질의 정보만 입력하면 자외선/과산화수소 공정을 쉽게 제어할 수 있음을 확인하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This study investigated a method to determine an efficient operating condition for the $UV/H_2O_2$ process. The OH radical scavenging factor is the most important factor to predict the removal efficiency of the target compound and determine the operating condition of the $UV/H_2O_2$<...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 유입수 수질과 대상물질의 특성 및 목표 제거효율에 맞게 운전조건을 도출하기 위해서는, 먼저 서로 다른 수질에서 실험을 통해 도출한 제거효율을 모델식을 이용해 정확히 예측 가능한지 확인하는 것이 중요하다. 따라서 본 절에서는 국내 수계에서 빈번히 검출되고 있는 미량오염물질중 Ibuprofen (IBF)을1) 이용하여 서로 다른 수질에 따른 제거효율을 비교하고, 모델식을 통해 그 값을 예측함으로서 수질인자의 분석으로부터 목표 제거율을 만족하기 위한 운전조건 도출의 가능성을 확인하였다.
  • 본 연구에서는 한강수계의 수산화라디칼 소모인자 모니터링을 통해 자외선/과산화수소 공정의 운전조건을 최적화하는 방법에 대해 연구하였으며, 다음과 같은 결론을 도출하였다.
  • 방법을 이용해 수산화라디칼 소모인자를 정량하기 위해서는 자외선 직접산화에 대한 영향을 배제하기 위해, 자외선과 반응성이 낮고 수산화 라디칼과반응성이 높은 지표 물질이 필요하다. 본 절에서는 새로운 지표물질인 RhB를 이용한 수산화라디칼 소모인자 모니터링에 앞서 RhB를 검증 하기 위해 일반적으로 사용되어 온 지표물질인 pCBA와 비교하였다. 수산화라디칼 소모인자를 측정하여 비교하기 위해 사용된 대상수는 휴믹산 4 mg/L의 조제수였으며, 주입된 지표물질의 초기 농도는 1 uM이었다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
국내 수계의 녹조 문제가 심각해지면서 어떠한 관심을 가지게 되었는가? 최근 국내 수계의 녹조 문제가 심각해지면서 갈수기 시기에 과량 생성되고 있는 맛, 냄새 유발 물질 및 조류 독성물질의 제어에 대한 관심이 집중되고 있다. 또한, 수질분석기술이 발전함에 따라 의약물질, 과불화화합물(perfluorinated compounds, PFCs), 내분비계 장애물질(endocrine disruptor, ED), 난분해성 유기 오염 물질(persistant organic pollutants, POPs) 등의 신종오염물질(contaminants of emerging concerns, CECs) 역시 국내 상수원에서 지속적으로 검출되고 있다.
수질분석기술이 발전함에 따라 무엇이 검출되고 있는가? 최근 국내 수계의 녹조 문제가 심각해지면서 갈수기 시기에 과량 생성되고 있는 맛, 냄새 유발 물질 및 조류 독성물질의 제어에 대한 관심이 집중되고 있다. 또한, 수질분석기술이 발전함에 따라 의약물질, 과불화화합물(perfluorinated compounds, PFCs), 내분비계 장애물질(endocrine disruptor, ED), 난분해성 유기 오염 물질(persistant organic pollutants, POPs) 등의 신종오염물질(contaminants of emerging concerns, CECs) 역시 국내 상수원에서 지속적으로 검출되고 있다.1,2) 특히, 의약물질이나 항생제는 인간이나 동물들의 질병 치료와 예방을 위해 널리 사용되고 있는데 체내에서 완전히 대사하지 못하고 체외로 배출되어 수생태계로 유입되면 지속적인 생물농축 및 독성을 유발하게 된다.
수질분석기술에 의하여 검출되는 의약물질이나 항생제의 문제점은 무엇인가? 또한, 수질분석기술이 발전함에 따라 의약물질, 과불화화합물(perfluorinated compounds, PFCs), 내분비계 장애물질(endocrine disruptor, ED), 난분해성 유기 오염 물질(persistant organic pollutants, POPs) 등의 신종오염물질(contaminants of emerging concerns, CECs) 역시 국내 상수원에서 지속적으로 검출되고 있다.1,2) 특히, 의약물질이나 항생제는 인간이나 동물들의 질병 치료와 예방을 위해 널리 사용되고 있는데 체내에서 완전히 대사하지 못하고 체외로 배출되어 수생태계로 유입되면 지속적인 생물농축 및 독성을 유발하게 된다. 또한, 유출 경로가 매우 다양하여 폐수처리장의 방류수, 지표수, 먹는 물, 지하수에 이르기까지 다양한 환경매체에서 발견되고 있음에도 일반적인 정수처리 공정에서 이들 신종오염물질은 완전히 제거되지 않아 더 큰 문제가 되고 있다. 이에 따라 기존 정수처리 공정의 한계를 극복하기 위한 방법으로 고도 산화공정(advanced oxidation process, AOP3))을 이용한 신종 오염물질 및 맛, 냄새유발 물질 제어에 대한 많은 연구들이 발표되고 있다.
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참고문헌 (27)

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