[논문]전극의 부반응 기포발생에 따른 휘발특성과 전기화학고도산화능을 동시에 고려한 휘발성 유기화합물 처리용 최적 불용성전극 개발

조완철; 부경민; 이지은; 김태남; 채규정

doi:10.11001/jksww.2019.33.1.031

[국내논문] 전극의 부반응 기포발생에 따른 휘발특성과 전기화학고도산화능을 동시에 고려한 휘발성 유기화합물 처리용 최적 불용성전극 개발
Optimum dimensionally stable anode with volatilization and electrochemical advanced oxidation for volatile organic compounds treatment 원문보기

上下水道學會誌 = Journal of Korean Society of Water and Wastewater, v.33 no.1, 2019년, pp.31 - 41

조완철 (한국해양대학교 환경공학과) , 부경민 (한국해양대학교 환경공학과) , 이지은 (한국해양대학교 환경공학과) , 김태남 (한국해양대학교 환경공학과) , 채규정 (한국해양대학교 환경공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Volatile organic compounds(VOCs) are toxic carcinogenic compounds found in wastewater. VOCs require rapid removal because they are easily volatilized during wastewater treatment. Electrochemical advanced oxidation processes(EAOPs) are considered efficient for VOC removal, based on their fast and versatile anodic electrochemical oxidation of pollutants. Many studies have reported the efficiency of removal of various types of pollutants using different anodes, but few studies have examined volatilization of VOCs during EAOPs. This study examined the removal efficiency for VOCs (chloroform, benzene, trichloroethylene and toluene) by oxidization and volatilization under a static stirred, aerated condition and an EAOP to compare the volatility of each compound. The removal efficiency of the optimum anode was determined by comparing the smallest volatilization ratio and the largest oxidization ratio for four different dimensionally stable anodes(DSA): Pt/Ti, $IrO_2/Ti$, $IrO_2/Ti$, and $IrO_2-Ru-Pd/Ti$. EAOP was operated under same current density ($25mA/cm^2$) and electrolyte concentration (0.05 M, as NaCl). The high volatility of the VOCs resulted in removal of more than 90% within 30 min under aerated conditions. For EAOP, the $IrO_2-Ru/Ti$ anode exhibited the highest VOC removal efficiency, at over 98% in 1 h, and the lowest VOC volatilization (less than 5%). Chloroform was the most recalcitrant VOC due to its high volatility and chemical stability, but it was oxidized 99.2% by $IrO_2-Ru/Ti$, 90.2% by $IrO_2-Ru-Pd/Ti$, 78% by $IrO_2/Ti$, and 75.4% by Pt/Ti anodes The oxidation and volatilization ratios of the VOCs indicate that the $IrO_2-Ru/Ti$ anode has superior electrochemical properties for VOC treatment due to its rapid oxidation process and its prevention of bubbling and volatilization of VOCs.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 연구에서는 폐수처리장에서 나타날 수 있는 휘발성유기화합물의 휘발현상을 정치, 교반, 휘발 조건으로 가정하여 실제 휘발특성을 평가하였다. 또한, 휘발성유기화합물이 포함된 폐수처리를 위해 백금 전극(Pt/Ti), 이리듐 전극(IrO₂/Ti), 복합촉매 전극(IrO₂-Ru/Ti, IrO₂-Ru-Pd/Ti)을 제작하여 휘발성유기화합물의 전기화학고도산화 효율과 전극에 따른 기포발생 평가를 통해 휘발성유기화합물을 신속하게 처리하면서도 처리과정중 기포발생에 의한 재휘발을 최소화할 수 있는 휘발성유기화합물 처리에 특화된 전극을 개발하고자 하였다.
본 연구에서는 폐수처리장에서 나타날 수 있는 휘발성유기화합물의 휘발현상을 정치, 교반, 휘발 조건으로 가정하여 실제 휘발특성을 평가하였다. 또한, 휘발성유기화합물이 포함된 폐수처리를 위해 백금 전극(Pt/Ti), 이리듐 전극(IrO₂/Ti), 복합촉매 전극(IrO₂-Ru/Ti, IrO₂-Ru-Pd/Ti)을 제작하여 휘발성유기화합물의 전기화학고도산화 효율과 전극에 따른 기포발생 평가를 통해 휘발성유기화합물을 신속하게 처리하면서도 처리과정중 기포발생에 의한 재휘발을 최소화할 수 있는 휘발성유기화합물 처리에 특화된 전극을 개발하고자 하였다.

가설 설정

Group 2A : The agent is probably carcinogenic to humans.

제안 방법

단일 촉매로는 전극에서 가장 대표적으로 이용되는 백금(Pt), 이리듐(IrO₂)이 사용되었고 복합 촉매로는 전극 수명 측면에서 가장 뛰어난 이리듐을 기반으로 하여 루테늄과 팔라듐을 혼합 적용한 IrO₂-Ru, IrO₂-Ru-Pd가 사용되었다. Pt/Ti 전극과 IrO₂/Ti 전극은 촉매의 양이 1 mg/cm²으로 코팅되었으며, IrO₂-Ru 전극과 IrO₂-Ru-Pd 전극은 촉매의 양을 1 mg/cm²로 하되 각각 IrO₂ 90wt%, Ru 10wt%와 IrO₂ 90wt%, Ru 5wt%, Pd 5wt%로 전극의 수명 유지에 유리하도록 제작되었다. 제작된 전극의 주사전자현미경(scanning electron microscope; SEM) 사진은 Fig.
2.2 휘발성유기화합물(VOCs)의 휘발 모사 실험

실제 폐수처리공정에서 발생하는 휘발성유기화합물의 휘발 정도를 추정하기 위해 휘발 현상이 일어날 수 있는 조건을 정치, 교반, 폭기 조건으로 구분하고 이를 실험실 규모로 모사하여 실험폐수의 휘발량을 평가하였다. 휘발성유기화합물의 휘발 모사 실험은 실험폐수 500 mL를 1 L 용량의 비커에 주입한 다음 25℃ 항온상태에서 정치, 교반, 폭기 조건별로 4시간 동안의 농도 변화를 측정하여 수행되었다.
이를 고려하여 클로로포름, 벤젠, 트리클로로에틸렌, 톨루엔이 함께 투입된 합성폐수를 제조하여 실험에 사용하였다. 실제 폐수처리장의 휘발성유기화합물 농도는 물질에 따라 상이하나 0.001~1400 ㎍/L 범위로 나타나지만, 본 연구에서는 합성폐수는 전기화학적 고도산화의 처리 속도를 고려하여 휘발성유기화합물의 농도가 각각 150 mg/L가 되도록 혼합시킨 다음 300 rpm으로 12시간동안 교반하여 제조되었다 (Jang, 2005; Kim et al., 2006; Bae, 2012). 제조 폐수 내 휘발성유기화합물의 물리화학적 특성 및 발암성은 Table 1에 나타내었다.
, 2013). 이에 따라 실제 현장에서 발생하는 휘발성유기화합물의 휘발 정도를 예측하기 위해 휘발성유기화합물이 포함된 실험폐수를 정치, 교반, 폭기 조건에서 방치한 다음 시간에 따른 농도변화를 관찰하였고 그 결과를 Fig. 3에 나타내었다. 수중의 휘발성유기화합물은 폭기 조건에서 30분만 방치하여도 90%이상 휘발되는 것을 확인할 수 있었다.
전기화학 반응기는 아크릴을 이용하여 크기가 74 × 46 × 110 mm, 처리용량은 300 mL로 제작되었고 별도의 커버를 제작한 다음 반응기 상부에 장착하여 발생된 가스의 포집과 밀폐가 가능하도록 하였다.
5 V 범위로 나타났다. 전기화학적 고도산화로 인한 기포발생량과 휘발성유기화합물의 휘발은 측정은 아크릴로 만든 2 L 용량 실린더형 가스 포집기를 이용하여 측정되었다. 휘발성유기화합물의 전기화학적 고도산화 성능 평가는 전극별 제거효율과 휘발량 비교를 통해 최적 전극을 선정한 다음 최적 전극을 이용하여 휘발성유기화합물의 종류에 따른 제거 특성을 파악하는 순서로 진행되었다.
반응기 내부에는 전극간의 충돌과 전극 간격 조절을 목적으로 2 mm 두께의 홈 11개가 2 mm 간격으로 배치되었다. 합성 폐수의 전기화학적 고도산화 실험은 산화전극과 환원전극의 간격을 2 mm로 하고 실험폐수 300 mL에 전해질로서 NaCl을 0.05 M이 되도록 주입한 다음 25 mA/cm²의 전류밀도에서 3시간 동안 수행되었다. 본 연구에서의 전해질 농도와 전류밀도 조건은 선행 연구에서 수행된 전해질 농도별, 전류밀도별 오염물질의 처리효율과 휘발량 비교를 통해 도출되었다 (Cho et al.
전기화학적 고도산화로 인한 기포발생량과 휘발성유기화합물의 휘발은 측정은 아크릴로 만든 2 L 용량 실린더형 가스 포집기를 이용하여 측정되었다. 휘발성유기화합물의 전기화학적 고도산화 성능 평가는 전극별 제거효율과 휘발량 비교를 통해 최적 전극을 선정한 다음 최적 전극을 이용하여 휘발성유기화합물의 종류에 따른 제거 특성을 파악하는 순서로 진행되었다.
실제 폐수처리공정에서 발생하는 휘발성유기화합물의 휘발 정도를 추정하기 위해 휘발 현상이 일어날 수 있는 조건을 정치, 교반, 폭기 조건으로 구분하고 이를 실험실 규모로 모사하여 실험폐수의 휘발량을 평가하였다. 휘발성유기화합물의 휘발 모사 실험은 실험폐수 500 mL를 1 L 용량의 비커에 주입한 다음 25℃ 항온상태에서 정치, 교반, 폭기 조건별로 4시간 동안의 농도 변화를 측정하여 수행되었다. 이 때 교반 조건은 오수 관거의 최소유속을 고려하여 교반 속도가 0.

대상 데이터

산화전극은 단일 종의 백금족 촉매 금속을 활용한 단일 촉매 조건과 두 종 이상의 백금족 촉매 금속을 활용한 복합 촉매 조건에서 만들어졌다. 단일 촉매로는 전극에서 가장 대표적으로 이용되는 백금(Pt), 이리듐(IrO₂)이 사용되었고 복합 촉매로는 전극 수명 측면에서 가장 뛰어난 이리듐을 기반으로 하여 루테늄과 팔라듐을 혼합 적용한 IrO₂-Ru, IrO₂-Ru-Pd가 사용되었다. Pt/Ti 전극과 IrO₂/Ti 전극은 촉매의 양이 1 mg/cm²으로 코팅되었으며, IrO₂-Ru 전극과 IrO₂-Ru-Pd 전극은 촉매의 양을 1 mg/cm²로 하되 각각 IrO₂ 90wt%, Ru 10wt%와 IrO₂ 90wt%, Ru 5wt%, Pd 5wt%로 전극의 수명 유지에 유리하도록 제작되었다.
1 cm이며 실험 폐수의 원활한 순환이 가능하도록 15개의 타공(ø = 6 mm)이 있는 형태로 제작되었다. 산화전극(anode)은 Ti 금속을 모재로 하여 백금족 촉매 금속을 코팅하여 제작되었고 환원전극(cathode)은 별도의 코팅 없이 Ti 금속만을 이용하여 제작되었다. 산화전극은 단일 종의 백금족 촉매 금속을 활용한 단일 촉매 조건과 두 종 이상의 백금족 촉매 금속을 활용한 복합 촉매 조건에서 만들어졌다.
, 2006; Bae, 2012). 이를 고려하여 클로로포름, 벤젠, 트리클로로에틸렌, 톨루엔이 함께 투입된 합성폐수를 제조하여 실험에 사용하였다. 실제 폐수처리장의 휘발성유기화합물 농도는 물질에 따라 상이하나 0.
전기화학적 고도산화처리를 위한 전극은 반응 면적이 50 cm2 (7.1 cm × 7.1 cm)이고 두께는 0.1 cm이며 실험 폐수의 원활한 순환이 가능하도록 15개의 타공(ø = 6 mm)이 있는 형태로 제작되었다.
기체 및 액체상의 휘발성유기화합물 농도는 가스크로마토그래피(gas chromatography; GC) 분석법을 통해 측정되었다. 측정에 사용된 가스크로마토그래프는 Perkinelmer의 Claus 580로 장비 내부에 불꽃이온화검출기(flame ionization detector; FID)와 비극성 모세관컬럼(Ultra-2, 25 m, 0.20 mm, Agilent)를 장착하여 사용되었다. 기체상의 휘발성유기화합물은 가스크로마토그래프의 인젝터에 직접 주입되었고 액체상의 휘발성 유기화합물은 head space sampler(Turbo matrix 40, Perkin Elmer)를 통해 기체상으로 추출하여 가스크로마토그래프로 주입되었다.

이론/모형

기체 및 액체상의 휘발성유기화합물 농도는 가스크로마토그래피(gas chromatography; GC) 분석법을 통해 측정되었다. 측정에 사용된 가스크로마토그래프는 Perkinelmer의 Claus 580로 장비 내부에 불꽃이온화검출기(flame ionization detector; FID)와 비극성 모세관컬럼(Ultra-2, 25 m, 0.
05 M이 되도록 주입한 다음 25 mA/cm²의 전류밀도에서 3시간 동안 수행되었다. 본 연구에서의 전해질 농도와 전류밀도 조건은 선행 연구에서 수행된 전해질 농도별, 전류밀도별 오염물질의 처리효율과 휘발량 비교를 통해 도출되었다 (Cho et al., 2018). Fig.

성능/효과

휘발성유기화합물의 종류에 따라 각기 다른 화학적 안정성을 나타내기 때문에 동일한 전극을 쓰더라도 휘발성유기화합물의 종류에 따라 제거효율은 상이하게 나타난다. Fig. 7a과 같이 최적전극으로 선정된 IrO₂-Ru/Ti 전극을 이용하여 휘발성유기화합물을 전기화학적 고도산화처리 했을 때 제거효율은 물질별로 편차가 적으나 클로로포름이 가장 낮은 것으로 나타났다. 추가로, Fig.
IrO2-Ru/Ti 전극은 클로로포름, 벤젠, 트리클로로에틸렌, 톨루엔의 제거효율이 각각 99.2%, 99.6%, 98.4%, 99.2%로 물질의 종류에 관계없이 유사한 처리능력을 가지는 반면, Pt/Ti 전극의 경우에는75.4%, 84.5%, 94.7%, 99.5%, IrO2/Ti 전극은 78.0%, 82.4%, 85.8%, 95.8%, IrO2-Ru-Pd/Ti 전극은 90.2%, 85.8%, 99.2%, 97.7%로 IrO2-Ru/Ti 전극에 비해 물질별 제거효율 편차가 있는 것을 확인할 수 있다.
50%)로, IrO₂-Ru/Ti 전극의 물질별 제거효율 편차가 매우 적은 것으로 나타났다. 따라서, IrO₂-Ru/Ti 전극은 복합유해화학물질에 대한 제거측면에서 이점을 가지는 것으로 판단되었다.
이는 클로로포름이 다중의 C-Cl 결합과, C-H 결합으로 인해 구조적인 안정성이 뛰어나서 쉽게 제거되기 어렵기 때문이다(Criddle and McCarty, 1991). 또한, IrO₂-Ru/Ti 전극을 이용하여 전기화학적 고도산화 처리 시 휘발성유기화합물의 휘발 비율을 물질별로 비교했을 때 제거효율이 가장 떨어지는 클로로포름의 휘발비율이 가장 높은 것을 확인할 수 있다 (Fig. 7b). 이는 클로로포름이 다른 휘발성유기화합물에 비해 증기압이 높아 휘발량이 많을 뿐만 아니라 잔존하는 농도가 높기 때문에 동일한 기포 발생 조건에서도 물질 전달(mass transfer)의 영향을 더 많이 받는 것으로 판단된다.
, 2008). 또한, 별도의 처리없이 정치되는 것만으로도 40% 이상의 휘발성유기화합물이 대기로 방출되는 것으로 폭기 조건 대비 휘발속도가 20배 이상 차이나는 것으로 나타났다. 반면, Jang (2005)의 연구결과에 의하면 실제로 운영되는 폐수처리시설의 폭기조에서 시간당 7203.
또한, 전기화학적 고도산화로 인한 기포발생량을 비교해보면, IrO2/Ti > Pt/Ti > IrO2-Ru/Ti > IrO2-Ru-Pd/Ti 순서로 휘발성유기화합물의 휘발량과 기포발생량은 제거효율과는 반대 경향을 가지는 것을 알 수 있다 (Fig. 6b).
물질별 휘발성유기화합물의 제거효율을 표준 편차로 나타낸 다음 전극에 따라 비교했을 때 Pt/Ti(10.76%) > IrO2/Ti(8.44%) > IrO2-Ru-Pd/Ti(6.32%) > IrO2-Ru/Ti(0.50%)로, IrO2-Ru/Ti 전극의 물질별 제거효율 편차가 매우 적은 것으로 나타났다.
4에 나타내었다. 복합촉매 전극(IrO₂-Ru/Ti, IrO₂-Ru-Pd/Ti)을 사용하는 경우에는 단일촉매 전극(Pt/Ti, IrO₂/Ti)에 비해 휘발성유기화합물의 제거 속도가 빨랐으며 복합촉매 전극을 개별적으로 비교했을 때 IrO₂-Ru/Ti 전극의 제거 속도가 가장 빠른 것을 확인할 수 있었다. 이를 통해 이리듐 촉매(IrO₂)에 다른 백금족 금속을 결합한 복합촉매 전극의 경우 기존의 이리듐 전극(IrO₂/Ti)에 비해 전기화학적 특성이 뛰어나며 이리듐과의 결합 물질로 루테늄과 팔라듐을 복합적으로 사용하는 것 보다는 루테늄만을 사용하는 것이 휘발성유기화합물 처리에 더 적합한 것을 알 수 있었다.
수중의 클로로포름, 벤젠, 트리클로로에틸렌 톨루엔은 정치 상태에서 4시간동안 각각 45.1%, 45.1%, 42.8%, 44.1%만큼 제거되었고 교반 상태에서는 3시간만에 96.5%, 93.9%, 94.0%, 93.5%, 폭기 상태에서는 30분 만에 91.6%, 95.2%, 97.7%, 95.3%가 제거되었다. 휘발성유기화합물의 종류별 휘발특성을 비교했을 때 정치, 교반 조건에서는 클로로포름의 휘발반응이 가장 활발하게 일어나지만 폭기 조건에서는 클로로포름의 휘발반응이 가장 느리게 일어나는 것을 확인할 수 있다.
3에 나타내었다. 수중의 휘발성유기화합물은 폭기 조건에서 30분만 방치하여도 90%이상 휘발되는 것을 확인할 수 있었다. 따라서 폭기과정이 포함되어 있고 체류시간이 긴 기존의 생물학적 폐수처리공정은 휘발성유기화합물의 재휘발 현상이 필연적이기 때문에 이에 대한 적절한 고려가 필요할 것으로 판단된다(Choi et al.
복합촉매 전극(IrO₂-Ru/Ti, IrO₂-Ru-Pd/Ti)을 사용하는 경우에는 단일촉매 전극(Pt/Ti, IrO₂/Ti)에 비해 휘발성유기화합물의 제거 속도가 빨랐으며 복합촉매 전극을 개별적으로 비교했을 때 IrO₂-Ru/Ti 전극의 제거 속도가 가장 빠른 것을 확인할 수 있었다. 이를 통해 이리듐 촉매(IrO₂)에 다른 백금족 금속을 결합한 복합촉매 전극의 경우 기존의 이리듐 전극(IrO₂/Ti)에 비해 전기화학적 특성이 뛰어나며 이리듐과의 결합 물질로 루테늄과 팔라듐을 복합적으로 사용하는 것 보다는 루테늄만을 사용하는 것이 휘발성유기화합물 처리에 더 적합한 것을 알 수 있었다. 이와 같은 현상은 루테늄 전극이 다른 백금족 촉매 전극에 비해 염소산화제 발생 측면에서 전기화학적 특성이 우수하기 때문이라 판단된다 (Bruguera-Casamada et al.
이는 공급되는 전류량은 동일한데 비해 오염물질의 제거에 사용되는 전류량은 전극마다 상이하여, 오염물질의 제거에 많은 양의 전류를 소모할 경우 기포발생에 소비하는 전류의 양은 줄어들기 때문에 나타나는 현상으로 사료된다. 이에 따라 휘발성유기화합물의 제거효율과 휘발량을 모두 고려했을 때, 본 연구에서 사용된 전극 중에 휘발성유기화합물의 전기화학적 고도산화 처리에 가장 적합한 전극은 IrO₂-Ru/Ti 전극으로 평가되었다.
3 mg의 휘발성유기화합물이 대기로 배출되는 것으로 폭기조에서 휘발속도가 저류조에 비해 약 8배 정도 빠른 것으로 확인되었다. 이와 같은 차이를 통해, 실제 폭기조에서는 생물학적 처리에 의한 휘발성유기화합물의 잔존 농도 변화가 휘발속도에 영향을 미치는 것으로 나타났다. 한편, 현장의 관로 내 유체의 이동을 고려한 교반 조건에서는 3시간만에 90% 이상의 휘발성유기화합물이 휘발되었는데, 이를 통해 오수관거의 최소관경(250 mm), 최소유속(0.
따라서 휘발성유기화합물 함유폐수를 전기화학적 고도산화로 처리할 경우에는 기포발생에 따른 재휘발 문제가 고려되어야 한다. 전극의 종류별로 휘발성유기화합물의 제거 특성을 비교했을 때 IrO₂-Ru/Ti 전극의 경우 제거효율이 95% 이상으로 가장 높게 나타났으며, 휘발비율은 5% 이하로 가장 낮게 나타났다. 휘발성유기화합물 중 클로로포름은 구조적으로 안정적이여서 쉽게 제거되지 않는 특성을 가짐에도 불구하고 IrO₂-Ru/Ti 전극으로 처리하였을 때는 뛰어난 복합유해화학물질 제거능력을 바탕으로 클로로포름이 다른 물질들과 유사한 속도로 제거되는 것을 확인할 수 있었다.
Pt/Ti 전극과 IrO₂/Ti 전극은 촉매의 양이 1 mg/cm²으로 코팅되었으며, IrO₂-Ru 전극과 IrO₂-Ru-Pd 전극은 촉매의 양을 1 mg/cm²로 하되 각각 IrO₂ 90wt%, Ru 10wt%와 IrO₂ 90wt%, Ru 5wt%, Pd 5wt%로 전극의 수명 유지에 유리하도록 제작되었다. 제작된 전극의 주사전자현미경(scanning electron microscope; SEM) 사진은 Fig. 1과 같으며, IrO₂/Ti 단일전극의 표면 일부에는 균열이 있는 것으로 보이나 IrO₂-Ru/Ti와 IrO₂-Ru-Pd/Ti 복합전극 제작시 균열이 감소되는 것을 확인할 수 있다.
7a과 같이 최적전극으로 선정된 IrO₂-Ru/Ti 전극을 이용하여 휘발성유기화합물을 전기화학적 고도산화처리 했을 때 제거효율은 물질별로 편차가 적으나 클로로포름이 가장 낮은 것으로 나타났다. 추가로, Fig. 5의 결과에서 전기화학적 제거효율이 낮은 전극의 경우에는 클로로포름의 제거효율이 벤젠, 트리클로로에틸렌, 톨루엔에 비해 현저하게 떨어지는 것을 확인할 수 있었다. 이는 클로로포름이 다중의 C-Cl 결합과, C-H 결합으로 인해 구조적인 안정성이 뛰어나서 쉽게 제거되기 어렵기 때문이다(Criddle and McCarty, 1991).
6a와 같이 나타냈다. 클로로포름의 제거효율 대비 휘발 비율은 IrO₂-Ru/Ti가 5%로 가장 낮았으며 IrO₂-Ru-Pd/Ti가 6%, Pt/Ti가 7%, IrO₂/Ti가 12%로 나타났다. 또한, 전기화학적 고도산화로 인한 기포발생량을 비교해보면, IrO₂/Ti > Pt/Ti > IrO₂-Ru/Ti > IrO₂-Ru-Pd/Ti 순서로 휘발성유기화합물의 휘발량과 기포발생량은 제거효율과는 반대 경향을 가지는 것을 알 수 있다 (Fig.
전극의 종류별로 휘발성유기화합물의 제거 특성을 비교했을 때 IrO₂-Ru/Ti 전극의 경우 제거효율이 95% 이상으로 가장 높게 나타났으며, 휘발비율은 5% 이하로 가장 낮게 나타났다. 휘발성유기화합물 중 클로로포름은 구조적으로 안정적이여서 쉽게 제거되지 않는 특성을 가짐에도 불구하고 IrO₂-Ru/Ti 전극으로 처리하였을 때는 뛰어난 복합유해화학물질 제거능력을 바탕으로 클로로포름이 다른 물질들과 유사한 속도로 제거되는 것을 확인할 수 있었다. 이와 같은 현상은 IrO₂-Ru/Ti에 포함된 루테늄 성분이 다른 백금족 금속 성분에 비해 염소산화제 발생에 유리한 특성을 가지기 때문에 나타나는 것으로 판단된다.
3%가 제거되었다. 휘발성유기화합물의 종류별 휘발특성을 비교했을 때 정치, 교반 조건에서는 클로로포름의 휘발반응이 가장 활발하게 일어나지만 폭기 조건에서는 클로로포름의 휘발반응이 가장 느리게 일어나는 것을 확인할 수 있다. 이를 미루어보아 휘발성유기화합물의 휘발속도는 기본적으로 물질의 증기압에 비례하지만, 폭기로 인해 대량의 기포가 수중으로 공급되는 경우에는 물질의 증기압보다는 공기의 물질 전달(mass transfer)이 휘발성유기화합물의 휘발속도에 더 큰 영향을 미치는 것으로 판단된다 (Ahn et al.

후속연구

, 2017). 다만, 복합촉매 전극이 기존의 이리듐 전극만큼 수명이 유지되는지 판단하기 위해서는 동일한 조건에서의 장기적인 수명평가가 필요할 것으로 사료된다.
6 m/s), 20℃의 조건에서 레이놀즈 수(Reynolds number; Re)가 150,000으로 난류가 형성되기 때문에 휘발성유기화합물이 운송 과정에서 상당량 휘발될 수 있다는 것을 의미한다. 따라서 이러한 현상을 최소화하기 위해서는 전기화학적 고도산화공정과 같이 기존 생물학적 공정에 비해 처리 속도가 뛰어난 공정의 적용이 필요할 것으로 판단된다.
이와 같은 현상은 IrO₂-Ru/Ti에 포함된 루테늄 성분이 다른 백금족 금속 성분에 비해 염소산화제 발생에 유리한 특성을 가지기 때문에 나타나는 것으로 판단된다. 따라서 휘발성유기화합물 함유폐수의 전기화학적 고도산화 처리 시 IrO₂-Ru/Ti 전극을 이용하면 우수한 전기화학적 특성을 바탕으로 처리 속도를 빠르게 하면서도 기포발생에 의한 재휘발 문제를 최소화 시킬 수 있어 효율적인 처리가 가능할 것으로 평가된다.
특히, 지금까지는 전기화학적 고도산화처리 과정 중에 오염물질의 재휘발 문제는 심각하게 다뤄지지 않고 있으나 전기화학적 고도산화공정 운영 시에는 물의 전기분해 부반응으로 인해 상당량의 기포가 발생하기 때문에 휘발성유기화합물 함유폐수를 처리할 경우 오염물질 재휘발에 대한 고려가 필요하다. 따라서, 휘발성유기화합물 함유폐수를 2차 오염 없이 전기화학적 고도산화처리하기 위해서는 장수명이면서도 기포발생은 최소화되어 재휘발을 방지할 수 있는 전극 개발을 필요로 한다.
이는 클로로포름이 다른 휘발성유기화합물에 비해 증기압이 높아 휘발량이 많을 뿐만 아니라 잔존하는 농도가 높기 때문에 동일한 기포 발생 조건에서도 물질 전달(mass transfer)의 영향을 더 많이 받는 것으로 판단된다. 이와 같은 점들을 고려했을 때 다양한 오염물질이 포함된 복합유해화학폐수의 전기화학적 고도산화처리 적합성을 평가하기 위해서는 클로로포름과 같이 구조적인 결합력이 뛰어난 대표 물질들을 선별하여 평가하는 것이 합리적일 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	생물학적 처리공정의 문제점은 무엇인가?	, 2015). 생물학적 처리공정은 처리속도가 느리고 포기 과정이 있기 때문에 대기 중으로 휘발성유기화합물을 재휘발 시키는 문제점을 가지고 있다(Kim and Won, 2008; Won and Deshusses, 2003). 또한,펜톤, 과산화수소(H2O2), 자외선(UV), 오존(O3) 기반의 습식 고도산화공정을 이용하여 휘발성유기화합물 함유폐수를 처리했을 때, 동력비와 유지관리비용이 과다하고 복합유해화학물질에 대한 제거능력이 부족하기 때문에 경제적이면서도 휘발성유기화합물을 효과적으로 처리할 수 있는 전기화학적 고도산화공정과 같은 대안을 필요로 한다 (Lee et al.
	휘발성유기화합물이란 무엇인가?	휘발성유기화합물(volatile organic compounds; VOCs)이란 지방족 탄화수소, 방향족 탄화수소, 비균질 탄화수소 및 지방족과 비균질이 혼합되어 있는 탄화수소 중 증기압이 높아 대기 중으로 쉽게 휘발되는 물질을 의미한다. 액체상의 휘발성유기화합물은 그 자체로 환경 및 건강 유해물질이며, 대기 중에 방출되는 경우 악취를 유발하고 광화학 반응에 의해 오존과 같은 2차 오염물질을 발생시키는 유해화학물질이다.
	생물학적 처리공정 대신에 전기화학적 고도산화공정과 같은 대안을 필요로 하는 이유는 무엇인가?	생물학적 처리공정은 처리속도가 느리고 포기 과정이 있기 때문에 대기 중으로 휘발성유기화합물을 재휘발 시키는 문제점을 가지고 있다(Kim and Won, 2008; Won and Deshusses, 2003). 또한,펜톤, 과산화수소(H2O2), 자외선(UV), 오존(O3) 기반의 습식 고도산화공정을 이용하여 휘발성유기화합물 함유폐수를 처리했을 때, 동력비와 유지관리비용이 과다하고 복합유해화학물질에 대한 제거능력이 부족하기 때문에 경제적이면서도 휘발성유기화합물을 효과적으로 처리할 수 있는 전기화학적 고도산화공정과 같은 대안을 필요로 한다 (Lee et al., 2005; Moreira et al.

참고문헌 (29)

Ahn, W.S., Rho, S.B. and Lee, Y.R. (2007). A study on oxygen transfer efficiency for submerged and surface aerators depending on operating conditions, J. Nakdonggang Environ. Res. Inst., 12, 105-114.
Bae, H.K. (2012). The detection of VOCs in effluents from several wastewater treatment plants and industry drains in Nakdong river basin, J. Korean Soc. Environ. Eng., 34, 254-259.

원문보기 상세보기
Bruguera-Casamada, C., Sires, I., Brillas, E. and Araujo, R.M. (2017). Effect of electrogenerated hydroxyl radicals, active chlorine and organic matter on the electrochemical inactivation of Pseudomonas aeruginosa using BDD and dimensionally stable anodes, Sep. Purif. Technol., 178, 224-231.

상세보기
Cheng, W.H., Hsu, S.K. and Chou, M.S. (2008). Volatile organic compound emissions from wastewater treatment plants in Taiwan: legal regulations and costs of control, J. Environ. Manage., 88, 1485-1494.

상세보기
Cho, W.C., Poo, K.M., Mohamed, H.O., Kim, T.N., Kim, Y.S., Hwang, M.H., Jung, D.W. and Chae, K.J. (2018). Non-selective rapid electro-oxidation of persistent, refractory VOCs in industrial wastewater using a highly catalytic and dimensionally stable Ir-Pd/Ti composite electrode, Chemosphere, 206, 483-490.

상세보기
Choi, Y.L., Lee, S.W. and Kim, D.K. (2018). Determination of volatile organic compounds and sulfer-based odorous substances from sewage treatment plants, J. Odor Indoor Environ., 17, 161-167.

상세보기
Criddle, C.S. and McCarty, P.L. (1991). Electrolytic model system for reductive dehalogenation in aqueous environments, Environ. Sci. Technol., 25, 973-978.

상세보기
Hong, S.H. and Cho, K.W. (2018). A study on reactive chlorine species generation enhanced by heterojunction structures on surface of $IrO_2$ -based anodes for water treatment, J. Korean Soc. Water and wastewater, 32, 349-355.

원문보기 상세보기
Jang, M.H. (2005). Emission characteristics of VOCs from small-scale industrial wastewater treatment plants, Master's Thesis, University of Seoul, 57-59.
Kim, D.S., Yang, G.S. and Park, B.O. (2008). VOCs emission characteristics and mass contribution analysis at Wanju industrial area, J. Korean Soc. Atmos. Environ., 24, 562-573.

원문보기 상세보기
Kim, I.H. and Choi, H.S. (2002). Engineering analysis of biofilter, Korean J. Biotechnol. Bioeng., 17, 115-120.
Kim, K.O. and Won, Y.S. (2008). Toluene removal in a biotrickling filtration for waste gas treatement, J. Korea Soc. Waste Manage., 25, 424-432.
Kim, M.H. and Kang, M.A. (2006). Monitoring of micro noxious chemicals caused by fiber and chemistry industrial wastewater on the Nakdong river water system, Korean Soc. Eng. Geol., 16, 145-152.
Lee, J.H. and Park, K.S. (2006). TPH, $CO_2$ and VOCs variation characteristics of disel contaminated aquifer by in-situ air sparging, J. Korean Soc. Groundwater Environ., 11, 18-27.
Lee, J.Y., Lee, C.H. and Lee, K.K. (2002). Evaluation of air stripping for a petroleum contaminated groundwater, J. Geol. Soc. Korea, 38, 125-130.
Lee, J.Y., Lee, J.K., Uhm, S.H. and Lee, H.J. (2011). Electrochemical technologies : water treatement, Appl. Chem. Eng., 22, 235-242.
Lee, K.H. (2003). A study on adsorption behaviors of activated carbon powder and loess for VOC in aqueous solution, J. Korean Soc. Environ. Anal., 6, 179-188.
Lee. K.J., Pyo, H.S., Yoo, J.K. and Lee, D.W. (2005). A study on removal of 1,4-dioxane in drinking water by multi filtration system, Anal. Sci. Technol., 18, 154-162.
Lee, M.K., Kim, M.C, and Kam S.K. (2015). Characteristics of surface modified activated carbons prepared using $P_2O_5$ and their adsorptivity of bisphenol A, J. Environ. Sci. Int., 24, 1463-1471.

원문보기 상세보기
Martins, R., Britto-Costa, P.H. and Ruotolo, L.A.M. (2012). Removal of toxic metals from aqueous effluents by electrodeposition in a spouted bed electrochemical reactor, Environ. Technol., 33, 1123-1131.

상세보기
Moreira, F.C., Boaventura, R.A.R., Brillas, E. and Vilar, V.J.P. (2017). Electrochemical advanced oxidation processes: A review on their application to synthetic and real wastewaters, Appl. Catal. B-Environ., 202, 217-261.

상세보기
Mudliar, S., Giri, B., Padoley, K., Satpute, D., Dixit, R., Bhatt, P., Pandey, R., Juwarkar, A. and Vaidya, A. (2010). Bioreactors for treatment of VOCs and odours-a review, J. Environ. Manage., 91, 1039-1054.

상세보기
Park, M.J., Lee, T.S., Kang, M.A and Han, C.B. (2016). The effect of pre-treatment methods for the life time of the insoluble electrodes, J. Korean Soc. Environ. Eng., 38, 291-298.

원문보기 상세보기
Pollack, I.B., Ryerson, T.B., Trainer, M., Neuman, J.A., Roberts, J.M. and Parrish, D.D. (2013). Trends in ozone, its precursors, and related secondary oxidation products in Los Angeles, California: A synthesis of measurements from 1960 to 2010, J. Geophys. Res. - Atmos., 118, 5893-5911.

상세보기
Pulgarin, C., Adler, N., Peringer, P. and Comninellis, C. (1994). Electrochemical detoxification of a 1, 4-benzoquinone solution in wastewater treatment, Water Res., 28, 887-893.

상세보기
Tata, P., Witherspoon, J. and Lue-hing, C. (2016). VOC emissions from wastewater treatment plants : characterization, control and compliance, Lewis publishers, United States, 45-46.
Won, Y.S. and Deshusses, M.A. (2003). Technology of VOC removal in air by biotrickling filter, J. Korean Soc. Atmos. Environ., 19, 101-112.
Yang, D.Y., Park, T.J. and Kim, D.H. (2018). Demonstration project for the installation of advanced water purification facility on the 2nd purification plant in Gwangju, J. Korean Soc. Civil Eng., 66, 57-63.
Yi, Z., Kangning, C., Wei, W., Wang, J. and Lee, S. (2007). Effect of $IrO_2\;loading\;on\;RuO_2-IrO_2-TiO_2$ anodes: A study of microstructure and working life for the chlorine evolution reaction, Ceram. Int., 33, 1087-1091.

상세보기

저자의 다른 논문 :

LOADING...

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].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format