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하수방류수 내 TOC 제거를 위한 전기분해공정의 최적 조건
Optimal Condition of TOC Removal Parameter for Sewage Effluent using Electrolysis Process 원문보기

한국지반환경공학회논문집 = Journal of the Korean Geoenvironmental Society, v.18 no.4, 2017년, pp.23 - 29  

안상우 (Geo-Environments Division, WIZINNOTEK Co. ltd.) ,  정혁상 (Geo-Environments Division, WIZINNOTEK Co. ltd.) ,  이희경 (Department of Railroad Construction Safety Engineering, Dongyang University) ,  고준걸 (Department of Railroad Construction Safety Engineering, Dongyang University) ,  명대원 (Department of Railroad Construction Safety Engineering, Dongyang University)

초록
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2013년 환경 정책 개정에 따라 총유기탄소(TOC)항목이 수질 및 수생태계 보전에 관한 법률에 도입되었으며, 이러한 정책 시행에 따라 공공하수처리시설에서의 TOC에 대한 수질관리의 필요성이 대두되었다. 본 연구는 실험실 규모 전기분해공정에서 전기화학적 반응을 이용하여 하수방류수 내 TOC 제거특성을 살펴보았다. 실험실 규모의 전기분해공정에서의 실험 결과를 반응표면법에 적용하여 방류수 내 TOC 제거 특성분석을 실시하였다. 중심합성에 사용된 독립변수로는 전해공정의 주요 운전인자인 전극간격($x_1$), 전류밀도($x_2$), 전해질의 농도($x_3$)를 선정하였으며, 종속변수로는 TOC 제거효율(y)이다. 전해공정에서 최적화 조건은 전극간격 50mm, 전류밀도 $10.3mA/cm^2$, 전해질의 농도 0.1M로 조사되었다. 통계학적 결과를 바탕으로 독립변수는 전극간격 > 전류밀도 > 전해질농도의 순으로 작아지는 것으로 분석되었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

As the Enforcement Ordinance of Environmental Policy Act was revised in 2013, Total Organic Carbon (TOC) was added as an indicative parameter for organic matter in Water and Aquatic Ecosystem Environmental Criteria. Under these imminent circumstances, a regulatory standard is needed to achieve the p...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구는 하수방류수 내 TOC를 제거하기 위한 전기분해공정의 특성을 파악하기 위하여 Lab scale 회분식 실험과 반응표면분석법을 이용하여 TOC 제거에 영향을 미치는 인자에 대한 유의인자선정 및 수학적 모형구축과 함께 최적화를 구현하는 것을 목적으로 하였다. Lab scale 회분식 반응기를 이용한 전기분해 실험 결과, 전극간격 50mm, 전류밀도 10.
  • , 2016). 본 연구에서는 하수방류수 내 TOC를 제거하기 위한 전기분해공정을 최적화하기 위하여 기초 실험을 진행하였고, 이 결과를 토대로 반응표면분석법을 적용한 최적화를 수행하였다. 또한, 후속연구로써 전기분해공정에서 TOC 분해와 동시에 수소생산 특성을 연구함으로써 수처리 분야에서 고도산화처리와 더불어 에너지 생산 기술을 확립하고자 한다.

가설 설정

  • , 2012). 본 연구에서는 반응변수들은 크면 클수록 좋은 경우라 가정하여 Minitab의 다중반응 최적화 모듈의 망대특성의 만족도 함수를 사용하여 최적화 범위를 도출하였다.
  • 반응표면분석을 통해 얻어진 모형의 오차항에 대한 잔차분석을 통하여 전체적인 모형의 적합 정도를 판단하였다. 회귀분석에서 잔차분석은 모형의 적합성을 도출하는 데 중요한 역할을 하게 되며 적절한 회귀모형이 가져야 할 잔차에 대한 기본 가정으로 잔차는 평균이 0이고, 분석은 일정해야 하며, 정규분포와 서로 독립적인 것으로 선정하였다. 잔차분석은 실험에서 얻어진 결과들이 정규분포, 평균과 분산, 상호독립성 그리고 독립변수와 종속변수 사이의 관계가 선형관계 조건을 만족한다는 가정 아래 판단하였다(An et al.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
난분해성 오염물질 및 독성물질을 제거하기 위해서 어떤 반응이 진행되어야 하는가? , 2016). 특히 난분해성 오염물질 및 독성물질을 제거하기 위해서는 anode에서 산화반응이 진행되어야 하며, 이때 전극 촉매물질로 Pt, graphite, IrO2, RuO2, TiO2 등이 주로 사용되며 부생가스로 수소(H2)를 생산하는 것으로 알려져 있다(Shim et al., 2004; Lee et al.
직접 산화반응 이란? 전기분해를 이용한 공정에서 유기오염물질의 제거는 직접 산화반응 및 간접 산화반응에 의한 것으로 알려져 있다. 직접 산화반응은 하수 중의 오염물질이 전극 계면 사이에서 전자교환이 직접적으로 이루어지는 전기화학반응이며, 간접적 산화반응은 전극표면에 hydroxyl, hypochlorite, 오존, 과산화수소와 같은 산화제가 발생하여 오염물질과 2차 반응을 진행하여 산화제거하는 반응이다(Ahn & Kwon, 2011; Lee et. al.
공공하수처리시설의 에너지 자립화 사업의 예상되는 어려움은? 이러한 에너지 자립화 사업은 공공하수처리시설에서 사용되는 석탄을 기원으로 하는 에너지 사용에서 신・재생에너지로 전환을 의미하는 것과 동시에 CO2 감축을 목적으로 시행되고 있다. 하지만 하수처리시설에서 TOC를 신규 규제물질로 선정되면 생물학적으로 처리에서 미처리된 난분해성 물질이 TOC로 검출되어 수질관리에 어려움이 있을 것으로 예상된다.
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참고문헌 (15)

  1. Ahn, S. Y. and Kwon, H. T. (2011), Study on treatment of industrial wastewater using electrolysis, Journal of Water Treatment, Vol. 19, No. 2, pp. 21-28 (in Korean). 

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  7. Jeong, D. H., Cho, Y. S., Ahn, K. H., Chung, H. M., Park, H. W., Shin, H. S., Hur, J. and Han, D. H. (2016), A Study on the determination method of TOC effluent limitation for public sewage treatment plants, Journal of Korean Society of Water and Wastewater, Vol. 30, No. 3, pp. 241-251 (in Korean). 

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  10. Kim, S. H., Yoo, Y. D., Ryu, J. H., Byun, C. D., Lim, H. J. and Kim, H. T. (2010a), Methanation with variation of temperature and space velocity on Ni catalysts, New & Renewable Energy, Vol. 6, No. 4, pp. 30-40 (in Korean). 

  11. Kim, Y. J., Lee, J. Y. and Kang, Y. T. (2010b), Study on energy independence plan for sewage treatment plant, Korean journal of air-conditioning and refrigeration engineering, Vol. 22, No. 1, pp. 49-55 (in Korean). 

  12. Lee, H. M., Lee, S. S., Hwang, S. W. and Jin, D. B. (2016), Modeling and optimization of high strength wastewater treatment using the electro oxidation process, Korean Chemical Engineering Research, Vol. 54, No. 3, pp. 340-349 (in Korean). 

  13. Lee, J. Y., Yi, Y. M. and Uhm, S. H. (2008), Understanding underlying processes of water electrolysis, Korean Chemical Engineering Research, Vol. 19, No. 4, pp. 357-365 (in Korean). 

  14. Merzouk, B., Gourich, B., Sekki, A., Madani, K., Vial, C. and Barkaoui, M. (2009), Studies on the decolorization of textile dye wastewater by continuous electrocoagulation process, Chemical Engineering Journal, Vol. 149, No. 1, pp. 207-214. 

  15. Shim, K. S., Kim, C. H. and Park, K. B. (2004), Economic analysis of hydrogen production technology using water electrolysis, The Korean Hydrogen & New Energy Society, Vol. 15, No. 4, pp. 324-332 (in Korean). 

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