[논문]비접촉식 자외선 광반응조를 이용한 하수 대장균의 살균과 Log 불활성화율 지표

김성홍; 김경면; 김광일; 최재완

doi:10.11001/jksww.2016.30.2.139

[국내논문] 비접촉식 자외선 광반응조를 이용한 하수 대장균의 살균과 Log 불활성화율 지표
Disinfection of E. coli from Wastewater using a Non-contact type UV Photoreactor and Log Inactivation Index 원문보기

上下水道學會誌 = Journal of Korean Society of Water and Wastewater, v.30 no.2, 2016년, pp.139 - 145

김성홍 (조선대학교 토목공학과) , 김경면 (조선대학교 토목공학과) , 김광일 (조선대학교 토목공학과) , 최재완 (광주대학교 토목공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Disinfection of microorganisms using UV light is widely used in the field of water supply and wastewater treatment plant, In spite of high germicidal effect and relatively clean by-product, UV disinfection has fundamental defeat that is accumulation of fouling materials at the interface of water and lamp sleeve. Non-contact type of UV photoreactor which can avoid this fouling generation was developed and the experimental performance evaluation of the system was carried out in this study. Log inactivation rate of E. coli was selected as a disinfection index. The concentration of E. coli of second clarifier effluent was $8.2{\times}10^1-8.2{\times}10^3$ colony per mL and was well inactivated by the non-contact type of UV photoreactor. Under the UV intensity condition of $2.1-2.5mW/cm^2$, E. coli removal rate was observed in the range of 54 - 95% when the HRT was increased from 10 to 52 seconds. Experimental results showed that log inactivation of E. coli was proportional to UV dosage and $200mJ/cm^2$ of UV dose is expected for the 2.0 log inactivation of E. coli from the second clarifier effluent. Between the two parameters of UV intensity and contact time which are consist of UV dose, UV intensity was 4 times more effective than contact time.

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AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 파일롯 규모의 비접촉식 자외선 살균장치를 제작하고, 실제 하수처리장의 2차처리수를 유입수로하여 다양한 자외선 강도와 체류시간에 대하여 대장균 살균실험을 실시하였다. 또한, 이미 개발한 비접촉식 자외선 살균 시스템의 자외선 강도 산정 모델을 이용하여 자외선 강도를 구하고 대장균 제거 동력학을 제시하여 앞으로 비접촉식 자외선 살균법이 실용화되는데 도움이 되도록 하였다.

가설 설정

, 2007). 본 연구에서는 하수처리장 2차처리수이므로 90%로 가정하였다.

제안 방법

본 연구에서는 파일롯 규모의 비접촉식 자외선 살균장치를 제작하고, 실제 하수처리장의 2차처리수를 유입수로하여 다양한 자외선 강도와 체류시간에 대하여 대장균 살균실험을 실시하였다. 또한, 이미 개발한 비접촉식 자외선 살균 시스템의 자외선 강도 산정 모델을 이용하여 자외선 강도를 구하고 대장균 제거 동력학을 제시하여 앞으로 비접촉식 자외선 살균법이 실용화되는데 도움이 되도록 하였다.
7cm이며 상부에 최대 5개까지 수정관이 거치될 수 있도록 제작되었다. 광반응조 내부 유입부에는 유공 정류벽을 설치하여 수위 동요를 최소화하였고, 유출부에는 높이 조절이 가능한 전폭위어를 설치하여 위어 높이를 변화시킴으로써 유효체적(V)을 가변할 수 있도록 하였다. 자외선 살균부는 실제로 자외선이 조사되는 내부 영역으로서 폭 20cm × 길이 930cm이다.
제작된 비접촉식 자외선 광반응조 실험 장치를 G시 하수처리장으로 이동, 설치하여 2차처리수를 유입수로 하는 대장균 살균 실험을 실시하였다. G시 하수처리장은 고도처리공법 중 하나인 NPR공법으로 운전되는 처리장으로서 시설용량은 60만톤/일에 년간 평균 하수처리량은 58만톤/일이다.

대상 데이터

실험에 쓰인 비접촉식 자외선 광반응조는 Fig. 1과 같이, 폭 26cm × 길이 133cm의 장방형이고, 스테인리스 재질로 만들었다. 광반응조의 최대 높이는 24.
자외선에 의한 살균에서 자외선 강도는 살균력에 직접적인 영향을 미친다. 자외선 램프는 Philips사의 상업용 40W 저압 수은 램프(모델명 TUV 36 T5)이며, 길이는 840mm이다. 수정관은 자외선 램프를 보호하는 관으로서 램프의 길이와 두께를 고려해서 지름 24.

데이터처리

)의 곱인 자외선 주입율로 단순화하여 계산하는 것이 일반적이다. 본 연구에서는 두 변수간의 기여도를 평가하기 위하여 대장균 불활성화율을 종속변수로 놓고, 체류시간과 자외선 강도를 각각 독립변수로 간주하여 다중회귀분석을 실시하였다.

이론/모형

2에 수심이 7cm이고 자외선 램프 3개가 켜졌을 때의 자외선 강도 분포를 시뮬레이션한 결과를 예시하였다. 계산은 MPSS(multiple point source summation) 방법을 사용하였는데 계산 단위는 3차원 각 방향 1cm씩의 단위(segment)로 분할하여 계산하였다(Jeon at al., 2012). 램프 역시 1cm 간격의 일련의 점광원으로 간주하여 계산하였다.

성능/효과

즉, 1개의 램프를 켠 경우 체류시간이 10초부터 52초까지 변할 때 대장균군 제거율은 54%에서 95%까지 점차 증가하였다. 3개의 램프를 켰을 경우는 살균력이 증가하여, 체류시간 10초에서 약 25초까지 증가하는 동안 대장균군 제거율은 72%에서 98%까지 증가하였으며, 이보다 긴 체류시간에서는 처리수에서 대장균군이 검출되지 않았다. 별도로, 램프를 5개 켠 경우의 실험도 수행하였는데 HRT가 가장 짧은 10초의 조건에서도 유출수의 대장균군이 검출되지않아서 제거율 100%의 완전한 살균이 이루어졌다.
1) 자외선 살균 장치와 램프 조건에 따른 물 속 자외선 농도를 계산한 바, 램프 1개를 켯을 때는 평균 2.3mW/cm², 램프 3개를 켯을 때는 평균 6.7mW/cm²로 계산되었으며, 유량 변화 및 월류 위어 높이 변화에 따라 수심도 변하였으나 수심에 따른 평균 자외선 강도 변화는 그다지 크지 않았다.
2) 체류시간이 증가할수록 대장균 제거율도 증가하였는데 램프를 1개만 켯을 경우, 체류시간이 10초에서 52초로 변하는 동안 대장균 제거율은 54%에서 97%까지 증가하였다. 램프를 3개 켯을 경우에는 체류시간이 10초에서 25초까지 변하는 동안 제거율은 72%에서 98%까지 증가하였으며, 이보다 긴 체류시간에서는 완전한 살균이 가능하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	살균 용도로 사용 시 자외선의 특징은 무엇인가?	자외선 단독으로 사용되기도 하고 오존이나 과산화수소수와 결합하여 상수 및 하수처리에 적용되기도 한다. 자외선은 살균력이 강하나 잔류성이 없는데 상수의 경우에는 잔류염소가 필요하므로 자외선 단독으로 사용하기 보다는 자외선/클로라민, 자외선/염소 등과 같이 화학적 살균과 결합하여 처리하는 것이 보통이다. 반면에, 하수처리수는 수역에 방류하게 되므로 잔류염소가 있어서는 안된다.
	자외선은 상수처리 시 어떤 균의 살균에 효과적인가?	자외선(Ultraviolet light, UV)은 상수처리에서 Cryptosporidium이나 Giardia의 살균에 특히 효과적이다. 자외선은 DNA 및 RNA 핵산에 직접 흡수되고, 퓨린과 피리미딘을 손상시킴으로써 생물체의 복제를 불가능하게 한다(Kim, 2008).
	UV는 어떤 원리로 생물체에 손상을 주는가?	자외선(Ultraviolet light, UV)은 상수처리에서 Cryptosporidium이나 Giardia의 살균에 특히 효과적이다. 자외선은 DNA 및 RNA 핵산에 직접 흡수되고, 퓨린과 피리미딘을 손상시킴으로써 생물체의 복제를 불가능하게 한다(Kim, 2008). 자외선 단독으로 사용되기도 하고 오존이나 과산화수소수와 결합하여 상수 및 하수처리에 적용되기도 한다.

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