○ 오존
기출 유형
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1. 오존처리
2. 정수처리시 오존과 염소소독
3. 상수처리에서 전오존처리 후오존처리
4. 대표적인 고도처리 공정 3가지(
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키워드
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AOP, THMs, 배오존, 염소보다 강한 산화제, 선택적 반응
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Tip
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배오존처리 내용 숙지
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오존처리
○개요(정의)
오존은 염소보다 강력한 산화제로 전처리, 색도, 맛, 냄새물질 제거와 소독부산물의 저감 목적으로 사용됨(THMs 생성x)
오존처리는 오존의 강력한 산화력을 이용하여 원수 중에 있는 미량 유기물질의 성상을 변화시킨 후, 활성탄에 흡착시켜 제거하는 방법으로 활용할 수 있으며, THM 전구물질이나 맛･냄새물질의 제거에 효 과적이다. 또한 오존은 살균효과가 우수하여 소량의 접촉에 의해서도 대부분의 세균을 사멸시키며, 염소 살균과는 달리 THM 등의 유기염소계 화합물을 생성시키지 않아 대체 살균제로서 많이 고려되고 있다.
○ 특징
1) THMs은 생성하지 않으나 다른 부산물 생성(알데히드, BrO3^- 생성)
2) 유기물과의 반응이 느리고 선택적으로 반응함
3) 난분해성 유기물 분해
4) 배오존 처리 필요
○목적
1)맛 ․ 냄새물질 제거
일반적으로 많은 정수장에서 0.5~2 mg/L의 주입률로 오존접촉시간은 10~20분 내외로 운전하고 있다 국내에서 실제 운영한 결과로부터 수돗물의 대표적인 맛 냄새물질인 2-MIB와 geosmin은 오존주입률 증가에 따라 비례하여 처리효율이 높은 것으로 나타남
2)트리할로메탄의 전구물질 및 트리할로메탄 저감
전염소처리에 의해 이미 생성된 트리할로메탄은 오존처리에 의한 저감효과는 거의 없다.
다만 오존으로 트리할로메탄의 전구물질 부식질 ( 등 을) 산화처리하여 유기물을 저분자화하여 생물활성탄 처리 한 후 염소소독을 실시하면 트리할로메탄 생성량은 적어진다.
3)망간 제거
원수 중의 철 망간을 , 제거하기 위하여 오존공정을 사용하는 사례는 유럽에 많은데 강변여과수를 원수에 사용하는 경우가 많아 원수 중에 철 망간 , 성분이 많기 때문이다
용존성 . 철 망간은 , 오존에 의해 쉽게 산화되고 전오존 원수를 , ( 오존처리 함 시설에서는 ) 용존성 물질을 불용성물질로 만들어에 따른 제거효율 차이가 크며 철의 경우 pH 6~9에 효과적인 반면 망간의 경우에는 pH 8범위에서 산화효과가 크다 철을 제거하기 위한 오존주입량은 이론적 당량비로 0.43 O3/ Fe ㎎ ㎎ 이다
망간을 제거하기 위한 오존주입량은 이론적 당량비로 0.88 O3/ Mn ㎎ ㎎ 이다
3)1,4-다이옥산
일부 특정 미량유기물질은 매우 높은 오존주입률을 요구하거나, OH라디칼을 반응을 촉진시키기 위해 오존 단독적용 외에 과산화수소(H2O2), UV 등을 복합 적용하는 고도산화 법(AOP)을 검토할 필요가 있다.
5) 병원균 제거
오존은 강력한 소독제로 염소로 살균하기 어려운 원생동물 등 병원성미생물의 불활성화에 용이하다
오존과 염소의 소독능 비교시 오존은 미생물종류에 따라 25~5000배 강한 소독력이 있다
6)무기물질의 산화
① 철(Fe) 및 망간(Mn)의 산화
② 질소(N) 및 황화합물의 산화
7)유기물질의 산화
① 맛, 냄새 유발물질 산화
② 페놀화합물 산화
③ 농약(살충제) 제거
④ 색도 유발물질 제거
⑤ THMFP(트리할로메탄생성능), TOXFP(총유기할로겐화합물생성능) 및 염소요구량 감소
⑥ 유기물질의 생물분해 능력 증대
8)응집 개선
9)소독 및 조류(algae) 제거
○장단점
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장점
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단점
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높은 살균력
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별도의 충분한 접촉지 필요
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맛, 냄새물질(Geosmin, 2-MIB)색도, 페놀제거에 효과적
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배오존 처리 필요
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유기물질의 생분해성 증가 → BAC처리효율 향상
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전염소처리시 염소와 반응하여 잔류염소 감소
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염소 요구량 감소
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고 수온에 용해도 감소, 분해빨라짐
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철,망간 산화력 강함
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강한 산화력에 부식성 강함
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THMs 생성안함
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소독효과의 지속성 없음
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현장생산 필요, 전력비용 발생
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○오존처리 방식
1. 오존 주입 위치
○오존 주입률 및 접촉시간 (하천,호소,조류,철,망간 농도에 따라 다르나 통상적으로)
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구분
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전오존
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후오존
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주입률
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1~2ppm
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2~3ppm
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접촉시간
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3분
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10~15분
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1) 전오존 처리
응집공정 이전에 주입을 실시하며 철, 망간, 중금속등의 제거가 필요시 투입하며 응집의 안정성, 유기물의 산화가 목적이다. 유량과 수질농도 변화에 따라 주입량을 결정하며 과다 주입시 염소처리시에 오존소모로 적정량 주입이 요구된다.
2) 중오존처리
침전지와 여과지 사이에 설치 및 주입하며 전오존처리에 비해 오존사용량이 적다.
3) 후오존처리
여과지와 활성탄 흡착지 사이에 접속지를 설치하여 주입한다.
BAC 공정과 연계하여 처리하는경우가 많으며 소독부산물(DBPs) 발생에 대한 대책이 필요하다.
5. 오존처리 구성 시스템
1) 가스주입장치 : 오존발생기로 산소 공급
공기원 장치에는 크게 나누어 2가지 타입이 있다.
즉, 공기공급원에 공기압축기를 이용하여 제습장치 (공기건조장치)에 압력재생방식을 이용하는 타입과, 공기공급원에 블로어를 이용하여 제습장치(공기건조장치)에 열재생방식을 이용하는 타입이 있다.
2) 오존발생기 : 공기나 산소로 원료로 하여 오존발생
오존의 발생방법은 각종 방법이 시도되어 왔는데, 일반적으로 가장 많이 사용되고 있는 것은 무성방 전방식이다. 오존발생기의 몸체는 접지측 전극으로서 스테인레스관과 특수유리제 유전체를 내장하고 있고, 유전체는 관모양이며 그 내측은 고압측 전극으로서 금속이 코팅되어 있다. 또한, 고압측 전극은 급전용 블러시 및 유전체 보호 휴즈를 통해 고압부싱에 접속되고, 이 유전체와 스테인레스관간의 공극 에서 방전을 일으켜 원료로 하는 공기가 여기를 통과하면 오존화 공기가 된다. 방전에 의해 발생한 열은 기기 내를 흐르는 냉각수에 의해 냉각된다.
3) 오존접촉조 : 필요 접촉시간 충족
오존발생기로 발생시킨 오존화 공기를 반응조에 유도하여 산기에 의한 기액향류접촉방식으로 정유 량 자동조절밸브, 유량계, 산기관 및 이들을 접속한 배관으로 구성된다. 오존화 공기의 흐름은 오존발 생기로부터 토출된 오존화 공기가 분배조절기구에 유도되어 주입기관에 분기된 후 정유량자동조절밸 브에 들어가 주입량을 균등 분배하고, 반응조중의 산기관에 유도되어 산기된다. 또한, 주입량의 확인 은 각 기관에 부착된 유량계로 확인한다.
4) 배가스 파괴장치 : 잔류오존 및 배오존 처리
오존반응조에서 미반응 배기오존을 산소로 분산처리하여 대기에 환원시키는 장치이다. 현재까지 실용 화되어 있는 장치로서 연소방법, 활성탄처리방법, 약액세정방법, 촉매방법 등이 있다. 이들의 유지관리 에 대해서는 선택하는 방법에 따라 다르기 때문에 취급설명서에 따라 관리한다.
○수처리 적용분야
1) 정수처리 : 염소보다 강력한 산화력으로 탈색, 탈취 목적으로 적용
2) 하수처리 : 난분해성 유기물 제거, 살균, 이취미 제거목적등 고도처리로 적용
3) 중수도처리 : 높은 수질의 용수를 생산하기위해 용존유기물,색도,세균 제거
○배오존처리법
오존은 오존접촉조내부와 후속공정인 활성탄지에서 잔류오존 휘산에 의해 발생될 수 있다.
오존 접촉조내부는 매우 높은 고농도의 배오존이 유출되므로 반드시 배오존처리시설을 설치하여야 한다.
｢대기환경기준｣에서의 오존(O )농도는 8시간 평균치가 0.06 mg/L 이하이고 1시간 평균치는 0.1 mg/L 이하이다
배오존 . 처리방법으로는 다음에 열거한 바와 같은 여러 가지 방법이 있으나, 처리효과, 유지관리, 경제성, 안전성을 고려하여 결정한다.
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구분
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특징
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장점
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단점
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활성탄흡착 분해법
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활성탄 미세공극 흡착
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경제적
유지관리 용이
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고농도 오존 발화
ash에 의한 폐색
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가열분해법
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350도씨에서 1초 반응
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체류시간 짧음
고농도 배출오존에 적합
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가열 필요
설치비, 유지관리비 고가
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촉매분해법
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50도씨에서 5초 반응(촉매이용)
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저온처리로 경제적
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촉매가격 고가
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배오존 재순환
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배오존 포집하여 전오존처리에 이용
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재이용으로 경제적
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부가설비 필요
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○오존 주입방식
1)오존주입농도 제어방식
주입률을ㅜ설정하고 처리수량에 비례하여 주입하는 방식으로 운전자가 유입수와 처리수의 수질
( 맛 냄새물질, TOC, DOC, UV 흡수물질 을) 반영하여 오존주입량을 제어하는 방식이다.
2)잔류오존농도 제어방식
처리수의 잔류오존농도를 설정하고 설정된 농도를 유지하는 방식으로 오존소모량을 감안하여 오존투입률이 자동적으로 결정하는 방식이다.
3)C ․ T 일정제어방식
잔류오존 제어방식에서 발전된 제어방식으로 제거대산물질에 대한 C.T값을 결정하고 잔류오존농도를 제어하여 오존투입률이 , 자동적으로 결정되는 방식 원생동물 , 등 일정 로그제거율을 설정 후 C.T값을 맞추어가는 방식으로 소독공정제어로 유효한 방식이다.
4)오존접촉지 CT값 유지방법
5)오존 요구량 유지방법
6)유입수, 처리수 수질 제어 방법(TOC, SUVA254)
○오존접촉방식(Injection방식, Diffuser방식)
○각 소독제 비교표
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구분
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염소
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이산화염소
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오존
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UV
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시설규모
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전규모
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중규모
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대규모
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소규모
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처리단계
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전단계
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전단계
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2차처리
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2차처리
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접촉시간
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김(15~30분)
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김(15~30분)
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보통(10~20분)
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짧음(1~5초)
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잔류효과
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있음
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있음
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없음
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없음
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바이러스제거
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불가
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가능
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가능
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가능
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영향요인
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암모니아, pH
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위험성, 독성
공기접촉시 분해
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전염소 처리시 전염소와
반응하여 잔류염소 감소
고수온시 분해 ↑
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자외선 투과율
(70%이상필요)
2년사용시 약 60% ↓
탁도 물질
총경도 :
석영 슬리브 scale
반응조 설계 :
플러그 흐름
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부산물
생성
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결합잔류염소:
THMs생성X
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THMs 생성X
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알데히드, BrO₃^- 생성
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DBPs 생성X
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장점
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잔류효과
관리용이
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잔류효과
염소대비 살균력 ↑
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난분해성 산화력 ↑
AOP 가능
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유량, 수질 변동 대응 O
접촉시간 짧음
인체 무해
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단점
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이취미발생
인체위험
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현장제조 필요 폭발위험
ClO₂-,ClO₃- 생성
(청색증 유발)
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배오존 처리 필요
별도의 접촉지 필요
잔류효과 없음
설치비, 운영비 ↑
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잔류효과 없음
탁도 높을시 소독 효과 ↓
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가. 오존의 물리적 특성
오존은 불소(F2) 다음으로 강력한 산화제로서 수처리에서 원수 중에 존재하는 박테리아와 바이러스 및 다른 물질과의 반응으로 세포막을 파괴시킴으로써 매우 유효하게 사멸시킬 수 있다.
(1) 분자구조와 전자구조
오존은 산소원자가 3개 결합하여 생긴 분자 O3 로 그 주요 물리적, 화학적 성질은 높은 생성에너지에 유래한다.
오존분자는 동일 3원자 분자인 탄산가스와 같은 직선상 구조와는 달리 물이나 아황산가스와 같은 구조로 <그림 8.5>와 같이 결합각이 116°50′± 30′, 원자간 간격이 1.278±0.003 A이다.
가. 오존의 물리적 특성
오존은 수용액에서는 불안정하여 비교적 단시간에 분해되며, 20 ℃일 때 30분 미만의 반감기를 갖 는다. 오존의 분해속도는 오존의 농도, 불순물의 존재여부, 압력 및 pH에 영향을 받으며, pH가 높으 면 분해속도가 빨라는데, pH에 영향을 크게 받는 것은 수산화기(OH )에 의해 오존이 스스로 분해할 수 있는 특성을 가지기 때문이다.
기체상태의 오존은 미청색, 액체는 흑청색, 고체는 암자색 을 띠며 특이한 냄새를 갖는다. 대기 중에 0.01∼0.1 ppm 농도에서도 냄새를 느낄 수 있다. <표 9.6>에서는 오존의 물리적 성질을 나타내었다.
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