[수처리이론]오존을 이용한 금속, 염료 및 유기물의 파괴 및 제거 방법

모아수관리자
2023-04-16
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오존을 이용한 금속, 염료 및 유기물의 파괴 및 제거 방법

물의 맛과 냄새를 완벽하게 제거

오존은 식수에서 페놀 화합물 및 기타 맛 생성 화합물을 파괴할 수 있습니다. 수원의 악취와 맛은 자연적으로 인체 유기물의 오염으로 인해 발생합니다. 

박테리아가 특히 지표수에서 이러한 물질을 섭취하여 맛과 냄새를 유발하는 방식입니다. 소독을 위해 염소를 사용하면 냄새와 맛이 매우 강한 클로로페놀 화합물이 생성됩니다. 

이러한 화합물의 대부분은 오존 제거에 의해 파괴되며 황화수소, 메르캅탄 또는 유기 황화물과 같은 일부 황 화합물도 오존에 의해 황산염으로 산화될 수 있습니다.

 

수중 철, 망간 완전 제거

오존은 미네랄을 완전히 산화시켜 미네랄을 침전시키고 제거합니다. 오존의 주요 중요성은 철과 망간으로 유기 화합물을 분해하는 능력입니다. 

오존은 중금속을 일반적으로 불용성 산화물이며 여과에 의해 쉽게 제거되는 고도로 산화된 형태로 변환합니다. 

예를 들어, 철은 일반적으로 제2철 상태(Fe2+)이며 물에 용해되며 오존이 존재하면 제2철 이온(Fe3+)으로 변하고 수산화제2철처럼 물에 매우 녹지 않으며 

여과에 의해 분리됩니다. 철, 카드뮴, 크롬, 코발트, 구리, 납, 비소, 니켈 및 아연이 존재하는 망간과 같은 다른 금속은 유사한 방법으로 정제할 수 있습니다.


색상 제거

지표수에서 색이 나타나는 원인은 탄닌산, 풀빅산 및 휴믹산과 같은 천연 유기 물질의 존재입니다. 

이 화합물은 식물 재료의 파괴 결과로 생성되며 탄소-탄소 이중 결합이 구조적으로 연결되어 일련의 이중 결합이 20 이상에 도달하면 가시 스펙트럼에서 

색상 흡수가 발생하며 오존은 이러한 이중 결합을 공격합니다. 유기 물질이 끊어지고 이러한 이중 결합을 제거하면 색상이 제거됩니다. 

지표수는 일반적으로 2-4ppm 오존 범위에서 완전히 탈색될 수 있습니다.


조류 제거

강력한 산화 특성으로 인해 오존은 모든 종류의 조류를 파괴할 수 있습니다. 조류로 오염된 물을 오존 처리하면 수조 표면에 조류가 산화되어 부유하게 됩니다. 

오존은 또한 조류에 의해 생성된 대사 부산물을 산화 및 제거하여 결과적으로 맛과 냄새를 제거합니다.


응고 안정화 및 탁도 제거

지표수를 투입물로 사용하는 기존 처리장에서 처리의 첫 번째 단계는 탁도를 제거하는 것입니다. 

사전 오존화 단계에서 오존은 부유 입자를 불안정화하고 콜로이드 입자의 전하를 중화하여 탁도를 제거하고 직접 여과는 작업을 원활하게 하는 데 사용됩니다. 

오존에 의한 용해된 유기 물질의 산화는 알루미늄 및 칼슘 이온과 반응하여 침전시킬 수 있는 극성 및 전하 분자를 생성합니다. 

0.5ppm 오존으로 지표수를 여과하면 탁도 감소, 침강성 안정화 및 입자 감소로 이어집니다.탁도를 제어하기 위해 오존을 사용하면 다음과 같은 이점이 있습니다.

- 응고 과정에 필요한 화학 물질 감소

- Flocculation Floc 형성에 필요한 시간 단축

- 이온 필터 효율 향상(약 50%)

- 필터 역세로 인한 슬러지 감소


유기물 제거

오존은 염화비닐, 1,1-디클로로에틸렌, 트리클로로에틸렌, p-디클로로벤젠 등과 같은 대부분의 단순 방향족 화합물 및 불포화 지방족과 빠르게 반응하지만, 

복합 방향족 및 포화 지방족과는 느리게 반응합니다. 당류, 페놀류 알코올 등을 산화시켜 산소 그 자체로 변하며 오존은 과산화수소와 함께 매우 활동적인 

수산기 이온을 형성하여 유기 화합물에 대한 친핵성 작용을 일으켜 할로겐 및 아민 및 황화물과 같은 기타 작용기의 위치를 변경합니다. 

연구에 따르면 오존은 발암성 및 위험한 화합물인 살충제인 말라티온과 파라티온을 (안전한) 인산으로 전환시킬 수 있습니다.


유해 폐기물 발생 없음

오존 처리의 부산물에는 저분자량 및 기타 할로겐화 산, 알데하이드, 케톤 및 알코올이 포함됩니다. 

이러한 화합물은 종종 수중 미생물에 의해 생분해되며 일반적으로 소비자에게 안전합니다. 

이 분야에서 염소를 사용하는 단점 중 하나는 클로로포름, 사염화탄소, 클로로메탄 등과 같은 유기 화합물과의 반응을 통해 유기 물질이 형성된다는 것입니다. 

이러한 화합물은 일반적으로 트리할로메탄(THM)이라고 하며 약 850종의 발암성 화합물을 생성합니다. 

오존 처리법에서 사전 오존 처리는 원수에 있는 유기 물질의 형태를 변화시키고 긴 사슬과 많은 수의 분자를 가진 유기 물질을 생분해되지 않는 물질 및 

일부 더 작은 분해성 화합물로 전환시킵니다. 이것은 동시에 물의 용존 산소를 증가시키고 호기성 박테리아의 성장을 위한 조건을 제공합니다. 




음용수 정화에 오존 적용


수질 정화의 가장 기본적인 목표 중 하나는 물을 소독하거나 소독하여 음용하기에 적합하도록 만드는 것입니다. 

그 중 가장 중요한 것은 염소화, 오존화, 이산화염소, 자외선 등을 이용하는 것 입니다. 

세계에서 가장 일반적인 소독 방법은 염소 처리이며, 그 사용의 주된 이유는 저농도에서의 효과, 저렴하고 가용성뿐만 아니라 소독 후 물에 잔류물이 있기 때문입니다. 

염소로 소독한 결과 염소계 유기화합물 및 기타 트리할로메탄 화합물 이 형성 되어 소비자에게 악영향을 미치고 있어 새로운 소독제의 사용이 날로 확대되고 있습니다.

오존은 그 특별한 특성으로 인해 거의 100년 동안 유럽 국가에서 식수의 소독제로 사용된 화합물 중 하나입니다. 

오존의 첫 번째 사용은 1893년 네덜란드에서 라인 강의 물을 공급받는 처리장을 위해 이루어졌습니다. 

오늘날 1,000개 이상의 수처리 공장에서 화학 처리의 일부로 오존을 사용하고 있으며 대부분은 서방 국가, 특히 프랑스, 스위스 및 캐나다에 있습니다. 

가장 큰 오존 소독 시설은 파리와 몬트리올에서 사용됩니다.


오존의 물리적 및 화학적 특성

오존은 산소의 동소체 형태중 하나 이며 자극적이고 불안정한 냄새가 나는 푸른색 가스입니다. 

이 화합물은 강력한 산화제이며 하이포아염소산(물에서 염소 소독에 효과적인 물질)보다 훨씬 강력합니다.

 물에 대한 오존의 용해도는 염소보다 12배 낮으며 수용액도 불안정합니다.

오존가스의 불안정성으로 인해 사용장소와 사용시점에서 생성되어야 하며, 염소처럼 저장할 수 없습니다. 

염소 저장 및 저장 시스템의 파열과 관련하여 발생하고 있는 많은 사건을 고려할 때 이러한 제한이 반드시 오존 가스 사용의 단점 중 하나는 아닙니다. 

그러나 경우에 따라 보관이 불가능하여 소독 시스템의 사용이 중단되거나 문제가 발생합니다.


오존의 생화학적 특성

수처리 및 폐수 처리에서 오존의 역할은 산화제 및 살균 화합물로서 중요하며 수질 환경에서 염소와 유사한 특성을 가지고 있습니다. 

따라서 오존과 염소는 경쟁자로 간주되어 경우에 따라 서로 보완적으로 사용해야 할 것으로 판단됩니다.  

오존은 주변 환경과 관련하여 두 가지 매우 중요한 특성을 가지고 있습니다.


높은 소독력

오존의 살균 특성은 높은 산화 가능성을 나타냅니다. 연구에 따르면 오존에 의한 소독은 박테리아에 대한 오존의 직접적인 영향과 박테리아의 세포벽 파괴를 합니다. 

이는 소독 과정에서 염소의 작용 메커니즘과 다릅니다. 염소 및 기타 소독제에 비해 오존의 소독력이 높기 때문에 소독 과정을 완료하는 데 필요한 시간이 적습니다. 

연구에 따르면 오존은 염소보다 바이러스를 죽이는 데 더 효과적입니다.


강력한 산화제로서의 오존

오존은 소독 외에도 맛과 냄새 제어, 색상 제어, 철 및 망간 제거와 같은 식수 정화에 많은 용도로 사용됩니다. 

이 산화제의 힘은 재활용수와 같은 저질 수원을 정화하는 데 중요합니다. 오존은 미네랄을 완전히 산화시키고 침전 및 제거를 유발합니다. 

오존의 주요 중요성은 철 및 망간과 함께 유기 화합물을 분해하는 능력입니다.

오존은 색을 생성하는 유기 화합물을 제거하는 데 강력하고 효과적이므로 폐수의 우수한 광택제 및 음용수의 색 제거제로 많이 사용됩니다. 

오존은 또한 식수에서 페놀 화합물 및 기타 맛 생성 화합물을 파괴할 수 있습니다. 

연구에 따르면 오존은 발암성 및 위험한 화합물인 말라티온 및 파라티온 살충제를 (안전한) 인산으로 전환시킬 수 있습니다.

최근에는 EPA 규정에서 탁도 및 유기물을 제어하고 제거하기 위한 오존 사용에 관한 지침이 제공되었습니다 .


불투명도 제어

지표수를 투입물로 사용하는 기존의 처리장에서 첫 번째 단계는 탁도를 제거하는 것인데 투입된 원수의 수질에 따라 소량의 예비 오존 처리량이 적합한지 

여부를 결정해야 합니다. 탁도가 높은 물의 경우 소량의 오존을 사용하면 탁도가 감소하고 다량의 오존을 사용하면 탁도가 높아집니다.

소량으로 전오존 처리를 하는 경우 기존 정수 시스템에서는 2단계의 오존 처리가 필요하며, 소량의 오존 처리의 첫 번째 단계는 항상 탁도 제어 및 철과 망간 제거와 

관련이 있습니다. 오존화의 두 번째 단계에서는 맛, 냄새, 색 및 DOC 를 생성하는 유기 물질이 더 많은 양의 오존과 높은 접촉을 사용하여 산화됩니다.

탁도가 낮은 물에 대해 전오존 처리를 고려한다면 소량의 오존으로도 충분한 경우가 많기 때문에 1차 소독을 위해 모든 산화 단계가 한 곳에서 이루어집니다. 

이러한 경우 직접 여과는 일반적으로 작업을 원활하게 하는 데 사용되며 부유 입자를 불안정화하고 콜로이드 입자의 전하를 중화하여 탁도를 제거합니다. 

이로 인해 응고 공정이 보다 적절하게 수행되고 재료 소비로 인한 절약이 오존 처리 시스템 설치와 관련된 비용 증가와 일치하는 방식으로 필요한 화학 물질 소비가 절약됩니다.


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