마이크로나노오존기포를 이용한 음용수공장의 유기물 강화처리기술에 관한 연구

마이크로나노오존기포를 이용한 음용수공장의 유기물 강화처리기술에 관한 연구

음용수처리분야에서 유기물제거률을 높이는것은 수질안전을 보장하는 관건이다.이에 따라 마이크로 나노 오존거품 에어레이션 (aeration)을 기반으로 한 식수공장의 유기물 처리 기술에 대한 연구가 나왔다. 본 연구는 서로 다른 에어레이션 방식을 비교하여 식수공장의 원수 응고 및 오존 처리 등 기술단면에서의 유기물 제거 효과를 향상시키는 효과적인 방법을 모색함으로써 식수 처리에 새로운 사고와 방법을 제공하였다.

음용수의 수질에 대한 사람들의 요구가 끊임없이 높아짐에 따라 음용수의 처리공정은 더욱 높은 도전에 직면하고있다.원수 응고 및 전/후 오존처리 등 중요한 공정 단계의 유기물 제거율은 음용수의 질에 직접 영향을 준다.전통적인 공기호흡 방식은 오존의 물질전달 효율과 유기물 제거 효과 면에서 일정한 한계가 있다.때문에 마이크로나노기포오존에어레이션 연구는 중요한 현실적의의를 가지고있다.

음료수의 처리과정에서 유기물의 존재는 물의 맛과 냄새에 영향을 줄뿐만아니라 인체건강에도 잠재적인 위협을 조성할수 있다.그러므로 유기물제거률을 높이는것은 음용수수공장의 중요한 임무중의 하나이다.마이크로나노기포는 비교적 큰 비표면적, 비교적 긴 체류시간 등 독특한 물리 · 화학적 성질을 가지고 있는데, 이러한 성질로 인해 오존물질 전달과 유기물 제거 방면에서 잠재적인 우위가 있다.

미세나노버블발생기가 산생한 미세나노버블은 독특한 특성을 갖고있다.연구에서, 마이크로 기포 발생기에서 생성된 나노 기포의 수는 1.2×108/ml 이고, 입자의 중간 직경은 100 m보다 현저히 낮았다.이런 작은 립자경을 가진 나노기포는 mnbs 오존 (mnbs-o3)이 물속에 비교적 긴 시간 머물는데 유리하다.그 비률표면적이 비교적 크기때문에 미세나노기포는 오존과 물의 접촉면적을 증가시켜 오존의 물질전도효률을 높일수 있다.물속에서 나노기포는 소수성유기물을 흡착하고 히드록실기자유기를 산생하는데 이런 특성은 유기물제거효과를 높이는데 중요한 작용을 한다.

마이크로나노기포의 이런 특성은 음료수처리에서 넓은 응용전망을 갖고있다.일반공기판에 산생되는 기포와 비교할 때 마이크로나노기포는 더욱 효과적으로 오존을 물속에 전달하여 물속에서의 오존의 용해도와 리용률을 높일수 있다.동시에 미세나노기포의 흡착작용과 산화작용은 직접 유기물에 작용하여 유기물이 분해되거나 제거되게 한다.실제응용에서 미세나노기포발생기의 성능과 산생된 기포특성은 처리효과에 아주 중요하다.그러므로 미세나노기포의 특성과 산생메커니즘을 깊이있게 연구하는것은 미세나노기포오존기포기술을 최적화하는데 중요한 의의가 있다.

미세나노기포가 정수장에서 원수의 응고효과에 미치는 영향을 연구하기 위하여 간단한 실험을 전개하였다.실험결과 공장의 원수에 12.5% (체적비)의 mnbs 물을 첨가하였을 때 mnbs는 소수성유기물을 흡착하고 히드록실기자유기를 산생하는 특징을 갖고있어 응결침전효과가 뚜렷이 제고되였다.응결침전은 음료수 처리에서 중요한 공정으로 그 효과는 후속 처리공정의 운행과 수질에 직접 영향을 준다.미세나노기포가 첨가되면 물속의 유기물이 더욱 잘 응집되고 침전시킬수 있어 유기물의 제거률을 높일수 있다.실험에서 uv254의 감소폭이 15%에 달하였는데 이는 미세나노기포가 유기물을 제거함에 있어서 뚜렷한 촉진작용이 있음을 표명하였다.

미세나노기포가 응고효과에 미치는 영향은 주로 두가지 방면에서 구현된다.한면으로 미세나노기포는 소수성유기물을 흡착하여 응고제와 더욱 쉽게 결합되여 비교적 큰 솜체를 형성함으로써 침전효과를 높일수 있다.다른 한편으로 미세나노기포가 산생하는 히드록실기자유기는 강산화성을 갖고있어 유기물을 분해할수 있어 유기물의 분자량을 낮추어 쉽게 제거할수 있다.실제응용에서는 미세나노기포의 투입량과 응고제의 투입량을 조절하여 응고효과를 한층 더 최적화하고 음료수의 질을 높일수 있다.

전오존처리과정에서 원수를 mnbs-o3 처리를 거친후 나오는물의 유기물구성에는 뚜렷한 변화가 발생하였다.방류수에서 나온 110 kda의 봉우리가 사라지고 1 da보다 작은 부분에서 새로운 봉우리가 나타났는데 이는 mnbs-o3 처리가 유기물의 분자량분포를 변화시킬수 있음을 보여준다.5일 생물학적 산소요구량 제거율은 약 15%로, 일반 에어레이션 판의 50%보다 훨씬 낮았다.한편 총유기탄소는 uv254에 대하여 큰 변화가 없다.이는 마이크로나노기포오존에어레이션이 일반에어레이션판과는 작용기제가 다른바 mnbs-o3는 주로 산화와 흡착작용을 통해 유기물을 처리하는것이지 일반에어레이션판처럼 주로 생물분해작용을 통해 유기물을 제거하는것이 아니기때문이다.

전오존처리는 음료수처리에서의 중요한 일환으로서 그 주요목적은 물속의 일부 유기물과 조류를 제거하는 동시에 물의 맛과 냄새를 개선하는것이다.전오존처리에서의 나노거품 오존에어레이션 기술의 응용 효과는 유기물의 구조와 성질에 영향을 줄 수 있음을 보여 주지만, bod5 제거 면에서 일반 에어레이션 디스크보다 못할 수도 있다.그러나 마이크로나노기포오존에어레이션 기술은 기타 방면에서 오존물질전달효률, 소수성유기물의 흡착 등 우점이 있어 음용수처리에서 여전히 중요한 응용가치를 갖고있다.실제 응용에서는 원수의 수질 특징과 처리요구에 근거하여 에어레이션의 방식을 합리적으로 선택하여 최적의 처리효과를 얻을 수 있다.

후오존 처리 과정에서 mnbs-o3 처리 후 가 40% 증가하였다.이 결과는 이전의 오존처리과정과는 다소 다른 것이다.후기 오존 처리 단계에서, 마이크로 나노 오존 거품 에어레이션 (micronano ozone aeration)은 물속의 유기물 분해를 더욱 촉진시켜 더 쉽게 생분해되도록 함으로써 bod5를 상승시킬 수 있다.후오존처리의 주요목적은 물속의 유기물을 가일층 제거하고 소독, 살균하는데 있다. 마이크로나노기포오존기포기술의 응용은 오존의 산화능력을 높이고 유기물제거효과를 높일수 있다.가 상승였다고 해서 수질이 나빠졌다기보다는 물속의 유기물의 구조가 변화하여 후속 생물처리에 유리해졌음을 의미한다.

후오존처리는 음료수처리의 최후 방어선으로서 그 처리효과는 음료수의 최종품질에 직접 영향을 준다.나노기포오존기포기술을 후오존처리에 응용하면 유기물 제거률을 높일수 있을뿐만아니라 소독제의 사용량을 감소시킬수 있으며 소독부산물의 생성을 낮출수 있다.마이크로 나노 거품 오존 에어레이션 파라미터 (예:오존 투입량, 에어레이션 시간 등)를 합리적으로 조정하면 오존 처리 후 효과를 더욱 최적화하여 식수의 안전과 위생을 확보할 수 있다.실제 응용 중에는 기타 처리 기술, 예를 들면 생물 처리, 여과 등과 결합시켜 음료수에 대한 전면적인 정화를 실현할 필요가 있다.

본 연구를 통해 우리는 일련의 중요한 결론을 얻게 되었다.미세나노기포는 독특한 특성을 갖고있는바 오존의 물질전달효률과 유기물제거효과를 높일수 있다.응고과정에서 마이크로 나노기포는 응고침전효과를 뚜렷이 제고시키고 uv254를 감소시킬수 있다.전오존처리에서 mnbs-o3 처리는 유기물의 분자량 분포를 변화시켰으나 bod5의 제거율은 상대적으로 낮았다.후오존처리에서 mnbs-o3 처리는 bod5를 상승시키기 위하여 유기물의 분해와 전환을 촉진시킨다.이런 결론은 극소형나노기포오존에어트리션 기술을 음용수처리에서 응용하는데 중요한 참고근거를 제공하였다.