맑은 ......
인간을 포함한 모든 생명체는 자연에서 나와, 그 자연 속에서 살며, 다시 자연으로 되돌아간다. 어떤 생명체는 아주 짧은 시간을 살기도 하지만, 어떤 종류는 백년이 넘는 긴 세월을 살아 가기도 한다.
우리가 자연에서 주어지는 대로 순응하며 삶을 살아 간다면 자연의 환경이란 에테르와도 유사하다. 에테르는 물고기로 치면 “물”이고, 육상동물로 치자면 “공기”와도 같은 존재이다. 좋던 그렇지 못하던 간에, 우리 앞에 주어진 “환경” 이 우리에게는 바로 에테르일 뿐이라고 생각한다면, 주어진 여기의 환경이 자연스런 것일 수 있다. 때문에 자연이나 환경이 아무런 문제가 될 리 없다. 역설적으로 인간의 목숨이 연명 되는 기간이 백년이던, 60년이던, 아니면 그 보다 훨씬 미치지 못하는 20년에 불과하던 간에 그를 수긍하고, 자연의 이치로서 받아들인다면 주어진 환경은 곧 자연일 뿐이다. 백년, 60년 아니면 20년을 자연으로 받아들이며 생각할 때가 그러하다.
그러나 오늘날 인간의 삶은 어떠한가?자연을 벗어나 자연을 이기고 어기며 살아가는 것을 자랑스레 여기곤 한다. 자연을 벗어나 자연을 극복하고 보다 더 편안하고 배부르고 따스하며 건강하게 오래 살기를 갈망한다. 온 마을이 떠들썩 하도록 환갑잔치 껄쭉 하게 차리며 60년을 살아 온데 만족하던 때는 오래 전이다. 이제는 건강 백세도 결코 만족스레 여기지 못한다.
환경의 문제발단은 이러한 인류의 사고에서 시작된 것이다. 편하고 배부르고 따스하게 오래 살려고 하다 보니 자연을 거스르고 자연을 손 대게 되며 자연을 부정하려고 들게 된다. 수명 60년은 안되고 백년도 마음에 차지 아니하니, 개선이라는 명분으로 자연을 의심하고 파 헤치고 따지며 벗어날 궁리를 찾게 된다. 자연을 거스르며 수행하여 왔던 개발과 발명의 대가가 더러는 부머랭이 되어 우리 삶을 도리어 어렵게 하기도 한다. 자연과 환경을 파괴하거나 더 오염 시킨 결과들이다.
우리가 숨쉬고 마시며 사는 공기며 물이 자연스럽지 못함은 상당 부문이 자연을 부정하거나 벗어나 보려고 한 데서 오는 인류의 욕망의 산물들일 수 있다.
오늘날 환경공학에서 말하는 수질환경기준, 대기환경기준 등은 그러한 자연의 훼손이나 오염이 되기 이전 자연의 상태를 궁극적인 목표로 하는 것일 수 있다. 화학공학적 개념으로는 자연으로서 섞여야만 될 우주질서가 인위적으로 섞여 진 것이 화근이니, 그 화근을 인위적으로 이전 그 때의 자연의 모습으로 꾸밈으로서 잘못된 질서의 환원을 기해 보고자 하는 작태로 볼 수도 있다.
결국 환경 기준이니 오염이니 하는 따위는 인류가 흐려놓은 자연질서의 정도를 표하는 내용이 될 수도 있다. 산도, 알칼리도, 부유물질, 유기물질, 중금속, 먼지, 악취 …… 대부분의 환경 오염원이란 제자리에 있어야 할 자연의 물질이 엉뚱한 곳에서 떠돌아 다니는 것을 두고 하는 말이다. 환경기준이나 환경기술은 자연을 모방하고 흉내 내기 위한 기준이거나 재주 라고도 볼 수 있다.
새삼스럽기는 하지만, 그러한 환경에 관한 대강의 기준들을 정리하고 훑어 보면서, 우리의 삶과 자연의 이치를 함께 생각하여 본다.
수질환경 기준에 관한 요점들을 살피고, 각종 폐수의 특성 및 수질오염과 관련한 내용들을 정리하여 본다.
오염된 물의 정수 시, 수처리 기술과 그 방법별 특징들을 정리하며, 수질환경 관리요소에는 어떤 유형들이 있는지 가늠하여 본다.
2011. 7. 21.(목)
오갑록
■ 수질환경기준
. 환경정책기본법 제 10조, 동 법 시행령 제 2조 “별표1”에 게시된 수질관련 환경기준들
□ 지하수 수질 환경기준
단위 : ㎎/ℓ, PH
| 항목 | 생활용수 | 농업용수 | 공업용수 | |
| 일 반 오 염 물 질 (5개) |
수 소 이 온 농 도(pH) | 5.8～8.5 | 6.0～8.5 | 5.0～9.0 |
| 화학적산소요구량(COD) | 6이하 | 8이하 | 10 이하 | |
| 대 장 균 군 수 | 5,000이하 (MPN/100㎖) |
- | - | |
| 질 산 성 질 소 | 20 이하 | 20 이하 | 40 이하 | |
| 염 소 이 온 | 250 이하 | 250 이하 | 500 이하 | |
| 특 정 유 해 물 질 (10개) |
카 드 뮴 | 0.01 이하 | 0.01 이하 | 0.02 이하 |
| 비 소 | 0.05 이하 | 0.05 이하 | 0.1 이하 | |
| 시 안 | 불검출 | 불검출 | 불검출 | |
| 수 은 | 불검출 | 불검출 | 불검출 | |
| 유 기 인 | 불검출 | 불검출 | 불검출 | |
| 페 놀 | 0.005 이하 | 0.005 이하 | 0.01 이하 | |
| 납 | 0.1 이하 | 0.1 이하 | 0.2 이하 | |
| 6 가 크롬 | 0.05 이하 | 0.05 이하 | 0.1 이하 | |
| 트리클로로에틸렌 | 0.03 이하 | 0.03 이하 | 0.06 이하 | |
| 테트라클로로에틸렌 | 0.01 이하 | 0.01 이하 | 0.02 이하 | |
. 생활용수 : 가정용 및 가정용에 준하는 목적으로 이용되는 경우로서
음용수·농업용수·공업용수 이외의 모든 용수를 포함한다.
. 농업용수 : 농작물의 재배·경작 목적으로 이용되는 경우에 한한다.
. 공업용수 : 수질환경보전법 제2조제5호의 규정에 의한 폐수배출시설을 설치한 사업장에서
사업 활동 목적으로 이용되는 경우에 한한다.
□ 하천수 수질 환경 기준
| 구분 | 등급 | 이용목적별 적용대상 |
기 준 | ||||||
| pH | 화학적 산소요구량 (COD)(㎎/ℓ) |
부유물질 (SS,㎎/ℓ) |
용존산소 (DO,㎎/ℓ) |
대장균 (MPN /100㎖) |
총 인 (T-P) (㎎/ℓ) |
총질소 (T-N) (㎎/ℓ) |
|||
| 생활 환경 |
Ⅰ | 상수원수1급 자연환경보전 |
6.5-8.5 | 1이하 | 1이하 | 7.5 이상 | 50 이하 | 0.01이하 | 0.2 이하 |
| Ⅱ | 상수원수2급 수산용수1급 수영용수 |
6.5-8.5 | 3이하 | 5이하 | 5 이상 | 100 이하 | 0.03 이하 | 0.4 이하 | |
| Ⅲ | 상수원수3급 수산용수2급 공업용수1급 |
6.5-8.5 | 6이하 | 15이하 | 5 이상 | 5000 이하 | 0.05 이하 | 0.6 이하 | |
| Ⅳ | 공업용수2급 농업용수 |
6.0-8.5 | 8이하 | 15이하 | 2 이상 | - | 0.10 이하 | 1.0 이하 | |
| Ⅴ | 공업용수3급 생활환경보전 |
6.0-8.5 | 10이하 | 쓰레기 등이 떠 있지 아니할 것 |
2 이상 | - | 0.15 이하 | 1.5 이하 | |
| 사람의 건강 보호 |
전수역 | 카드뮬(Cd):0.01㎎/ℓ이하, 비소(As):0.05㎎/ℓ이하, 시안(CN):검출되어서는 안됨, 수은(Hg):검출되어서는 안됨, 유기인:검출되어서는 안됨, 폴리 크로리네이티드비페닐(PCB):검출되어서는 안됨, 납(Pb): 0.1㎎/ℓ이하, 6가크롬(Cr6+):0.05㎎/ℓ이하, 음이온계면활성제(ABS):0.5㎎/ℓ이하 | |||||||
□ 호수수 수질 환경 기준
| 구분 | 등급 | 이용목적별 적용대상 |
기 준 | ||||||
| pH | 화학적 산소요구량 (COD)(㎎/ℓ) |
부유물질 (SS,㎎/ℓ) |
용존산소량 (DO,㎎/ℓ) |
대장균군수 (MPN/100㎖) |
총 인 (T-P) (㎎/ℓ) |
총질소 (T-N) (㎎/ℓ) |
|||
| 생활 환경 |
Ⅰ | 상수원수1급 자연환경보전 |
6.5-8.5 | 1이하 | 1이하 | 7.5 이상 | 50 이하 | 0.01이하 | 0.2 이하 |
| Ⅱ | 상수원수2급 수산용수1급 수영용수 |
6.5-8.5 | 3이하 | 5이하 | 5 이상 | 100 이하 | 0.03 이하 | 0.4 이하 | |
| Ⅲ | 상수원수3급 수산용수2급 공업용수1급 |
6.5-8.5 | 6이하 | 15이하 | 5 이상 | 5000 이하 | 0.05 이하 | 0.6 이하 | |
| Ⅳ | 공업용수2급 농업용수 |
6.0-8.5 | 8이하 | 15이하 | 2 이상 | - | 0.10 이하 | 1.0 이하 | |
| Ⅴ | 공업용수3급 생활환경보전 |
6.0-8.5 | 10이하 | 쓰레기 등이 떠 있지 아니할 것 |
2 이상 | - | 0.15 이하 | 1.5 이하 | |
| 사람의 건강 보호 |
전 수역 |
카드뮬(Cd):0.01㎎/ℓ이하, 비소(As):0.05㎎/ℓ이하, 시안(CN):검출되어서는 안됨, 수은(Hg):검출되어서는 안됨, 유기인:검출되어서는 안됨, 폴리 크로리네이티드비페닐(PCB):검출되어서는 안됨, 납(Pb): 0.1㎎/ℓ이하, 6가크롬(Cr6+):0.05㎎/ℓ이하,음이온계면활성제(ABS):0.5㎎/ℓ이하 | |||||||
□ 수질환경보전법 (개정 2000.2.3.)
第1條 (目的)
水質汚染으로 인한 國民健康 및 環境上의 危害를 豫防하고,
河川·湖沼 등 公共水域의 水質을 적정하게 管理·보전 함으로서 ……
第2條 (定義)
"廢水"라 함은 물에 液體性 또는 固體性의 水質汚染物質이 混入되어 그대로 사용할 수 없는 물
"水質汚染物質"이라 함은 水質汚染의 要因이 되는 物質
"公共水域"이라 함은 河川·湖沼·港灣·沿岸海域 기타 公共用에 사용되는 水域
"廢水排出施設"이라 함은 水質汚染物質을 公共水域에 排出하는 施設物·機械·器具 기타 物體
■ 수질오염 처리방법 일반개요
자료 : 고성
하천, 호수 및 해양의 수질은 산업폐수, 생활하수, 축산폐수 등에 의해 점점 오염되고 있으며, 이 중 생활하수(발생량 55%, 오염부하 40%)의 발생량이 가장 많으나 오염부하를 고려할 때 산업폐수(발생량 44%, 오염부하 45%)에 의한 수질오염이 더 심각하다고 볼 수 있다. 특히, 산업폐수는 각종 무기물, 산.알카리, 색소, 독성화합물의 중금속, 부유 및 현탁 고형물, 미생물, 방사능 등의 다양한 오염물질을 포함하고 있어 수질생태계에 심각한 영향을 미치고 있다.
□ 산업폐수의 업종별 폐수발생량 및 오염물질
(단위: MT/D ?)
| 구분 | 업종 | 폐수량 | 대표적 오염물질 |
| 산업용 화학제품 |
유기화학 플라스틱 무기화학 연료.안료 유연제 화학섬유 화학비료 |
3,230 720 970 380 6,600 16,000 |
유기탄소, 색, 냄새, pH 유기물질, 탁도 총인, 탁도, pH 냄새, pH, 유기물질 유기물질, 미용해 불순물, 아민류 SS, 질소, 광물질, 중금속 |
| 가공금속제품 기계 및 장비 |
철물 금속제가구 장치 구조금속 금속제주방용품 기계 |
280 15 90 25 40 |
산, 알칼리폐수, Cr. CN, Zn, Cu Cr. CN, Zn, n-H Cr. CN, Zn, 산폐수, 폐유 Cr. CN, Ni, Al Cr. Cu, Ni, 산폐수 |
| 석유정제 | 연료유 윤활유 |
- - |
n-Hexane, 산.알칼리 폐수 n-Hexane |
| 가죽 및 모피 | 가죽 모피 |
560 |
동물혈액, 유지, 유기물질, Cr ,단백질 유기물질, 산폐수, Cr, 유지류 |
| 식료품 | 낙농품 수산물처리가공 전분 및 당류 설탕 도축 |
400 150 1,640 1,100 170 |
유기물질, n-Hexane, colloid 유기물질, n-Hexane, S.S 유기화합물 불용성유기화합물, 미네랄 동물혈액, 부유물질, n-Hexane |
| 섬유 | 견직물 모직물 화학섬유직물 면직물 |
- - - |
유기, n-Hexane, 색도 유기물질, 색도 유기물질, 부유물질 유기물, 알칼리 폐수 |
| 종이 | 펄프 신문 및 인쇄용지 판지 크라프트지 |
12,000 2,370 2,160 1,000 |
Lignin, 유기물질, 부유물질 부유물질, 유기물질, 무기물질 유기물질, 부유물질, n-Hexane 유기물질, 부유물질 |
| 비금속광물 |
도기.자기 토기 유리 및 유리제품 타일 |
120 - - |
부유물질, 중금속 부유물질, 유기물질, n-Hexane, 불소 부유물질, 중금속 |
□ 폐수처리 방법
. 산업폐수처리 방법의 기능별로 분류 : 물리적처리, 화학적처리, 생물학적처리
. 산업폐수의 특성에 따라 처리 방법이 선정되며,
. 오염물질 부하 및 종류들을 고려하여 병용처리
자료 : 고성
| 처리 방법 | 처리 원리 | 처리 장치와 특성 | |
| 물 리 적 처 리 |
체분리(screening) | 입자의 크기 | bar screen, rotary screen, 진동체 |
| 여과 | 입자의 크기 | 청동여과(사여과, Microstrainer) 탈수여과(filter press, 진공여과, 원심분리) |
|
| 초미분 여과 | 입자의 크기 | Membrane filter | |
| 투석 | |||
| 침강법 | 입자의 크기, 밀도차 | clarifier, thickner, 침사지, 원심분리 | |
| 자선법 | 입자의 자성 | 철분제거 | |
| 증류법 | 상대 휘발도 | 증류장치 | |
| 증발법 | 증기압차(비점) | 다중 호용 증발기 | |
| 화 학 적 처 리 |
중화법 | 산, 알칼리 중화반응 | 교반 반응기 |
| 산화 환원법 | 산화 환원반응 | ||
| 분해법 | 복분해, 가수분해 | ||
| 응집법 | 계면전위(친수성) 계면특성 | 응집침전, 응집부상분리, 응집여과 | |
| 부상법 | 계면특성 | 가압부상분리 | |
| 흡착법 | 흡착특성 | 활성탄 흡착, 합성흡착제의 사용 | |
| 이온교환법 수지흡착.전기투석 |
이온성 | 이온교환장치, 이온교환막, 전기투석장치 | |
| 스트리핑(stripping) | 흡수성 | 탈기탑 | |
| 연소, 소각법 | 산화반응 | 연소(수중연소, 습식공기산화) 소각(다단로, 유동충 소각로, Rotary kiln) |
|
| 생 물 학 적 |
호기성 생물처리 | 생물산화분해 | 활성슬러지법, 살수여과상법, 산화지법, 회전원판법, 접촉산화법, 기타 |
| 혐기성 생물처리 | 생물환원분해 | 소화법(메탄, 발효법), 부패조, Imhoff조 |
□ 폐수처리 시 고려사항
. 폐수처리 전 고려해야 할 사항
제조공정의 개선으로 최대한 폐수량 감소화
관리 방법의 개선으로 폐수량 감소화
유용한 물질의 최대한 회수
. 폐수처리 계획 수립절차
폐수조사 : 원재료, 용수량, 폐수 발생량 파악
수질분석 : 폐수함유성분의 시료 체취 및 분석
주위환경조사 : 지역적 특성, 처리요구 조건 등 파악
설계조건 결정 : 폐수 처리장 위치 선정 및 처리 목표 확인
. 폐수처리 공정 결정시 고려해야 할 사항
폐수량 및 오염도에 따라 폐수 위탁처리 대상여부
해당수역의 폐수배출허용기준 및 기본 배출부과금 관계 고려
처리대상 폐수의 생분해성 정도에 따른 생물학적처리 적용 여부
폐수처리시설의 성능과 처리효율 및 처리장 기동시간
폐수처리시설 설치비 및 운영비 등 경제성
폐수처리장 부지확보가능 면적
오.폐수 병합처리 여부
재이용 처리계획
■ 특성별 폐수처리의 개요
□ 유기성 고동도 폐수
유기물의 농도가 비교적 높고 기타 유해물질이 함유되지 않은 폐수
일반적인 생물학적 처리법에 의한 처리가 적합함
자료 : 한승
| 업종 | 제품명 | 폐수 발생원 | 폐수 특성 | 일반적 처리법 |
비고 |
| 동식물 유지 |
동물유지, 식물유지 | 추출시설 세정시설 탈산시설 |
pH 4∼9 BOD 100∼2,000ppm SS 400∼2,000ppm 폐수량500∼2,000(㎥/d) |
부상 분리법 |
에멀전의 분리에 주의를 요하며 악취 대책 필요 |
| 의약품 | 혈청,백신,약초제품 합성의약품, 비타민, 홀몬, 아칼로이드류 항생물질 |
응급시설 증류시설 |
pH 2∼11 BOD 24∼2,500ppm SS 200∼600ppm 폐수량1000∼3,000(㎥/d) |
중화침전법 활성 슬러지법 |
pH,색.냄새 등 주의를 요함 |
| 젤라틴 접착제 |
아교,젤라틴 | 추출시설 반응시설 |
pH 1∼9 BOD1000∼5000ppm SS 500∼700ppm 폐수량50∼150(㎥/d) |
활성 슬러지법 |
냄새에 주의 |
| 석유 정제 |
석유제품, 휘발유 파라핀 등 |
세정폐수 (유화유 산알칼리) |
pH 1∼13 BOD 20∼200ppm SS 20∼100ppm 폐수량 백수(白水)로 하여 제품1㎥당1㎥정도 |
부상분리법 활성슬러지 응집침전법 |
□ 유기성 저농도 폐수
유기성이지만 비교적 함유량이 낮고 보통 가정 하수 정도의 폐수
일반적으로 생물학적 처리법이 적합
부유물질이 많이 함유되었거나 유분이 함유된 폐수는 응결반응이나 부상분리 처리법을 병용
| 업종 | 제품명 | 폐수 발생원 | 폐수 특성 | 일반적 처리법 |
비고 |
| 유기공업 | 콜타르제품,합성 염색,염료 의약 중간물 발효공업,메탄올 합성수지 |
반응시설 세정시설 |
pH 1∼13 BOD 100∼300ppm SS 20∼150ppm 폐수량20∼500 (㎥/d) |
부상 분리법 |
에멀전의 분리에 주의를 요하며 악취대책이필요. |
| 유지가공품 도료제조 계면활성제 |
지방산,경화유 글리세린,비누 계면활성계 도료인쇄잉크 세정제 연마용제 제품 |
원유세정 시설 냉각수 |
pH 2∼11 BOD 200∼400ppm SS 200∼250ppm 폐수량50∼1,000(㎥/d) |
중화침전법 활성슬러지법 |
pH,색.냄새등 주의를 요함. |
| 석유재생 | 폐유정제,재생유 | 세정시설 증류시설 |
pH 2∼8 BOD 20∼200ppm SS 300∼250ppm 폐수량10∼50(㎥/d) |
활 성 슬러지법 |
냄새에 주의. |
| 석유정제 | 석유제품 휘발유 파라핀 |
세정폐수 (유화유 산알칼리) |
pH 1∼13 BOD 20∼200ppm SS 20∼100ppm |
부상분리법 활성슬러지 응집침전법 |
□ 유기성 유해물질 함유폐수
유해물질을 함유하고 있어 생물학적 처리법으로 유기물 처리가 곤란한 것
생물학적 처리에 지장이 없는 정도까지 폐수를 묽히거나
유해물을 사전에 물리화학적 방법이나 화학적 산화방법에 따라 처리,제거하여
후 처리로서 생물학적 처리법을 적용함
| 업종 | 제품명 | 폐수 발생원 | 폐수 특성 | 일반적 처리법 |
비고 |
| 피혁제조업 | 피혁,유혁 수산피혁,피혁 표백,피혁염색 |
원료처리시설 유혁시설 석회침적시설 염색시설 |
pH 7∼12 BOD 800∼2,500ppm SS 50∼3,000ppm 폐수량30∼600(㎥/d) |
응집침전법 활성슬러지 법순환수로 포기법 |
크롬 황화합물에주의 |
| 살충,살규 제제조업 농약제조업 |
살충제,살균제 농약등. |
반응시설 세정시설 |
pH 4∼9 BOD 20∼100ppm SS 50∼70ppm 폐수량50∼300(㎥/d) |
침전,활성 탄흡착 산은중화 |
각 제품마다 제조 과정에서 흡착처리 하여 유해물 제거 |
| 화학제조업 | 나이트로 셀룰로오스 TNT |
세정폐수 나이트로 셀룰로오스 TNT 나이트로 글리세린 다이나마이트 |
유기용제 디페닐아민함유 pH 0.9∼1.4 탄산칼슘잔도 : 9.000∼11,800ppm COD : 350ppm SS 40ppm 암모니아질소1270ppm |
활 성 슬러지법 |
□ 무기성 일반폐수
폐수에 용해된 염류에 따라 처리법이 다름
산. 알카리 함유 폐수는 중화처리를 하고 철염은 수산화 물로 침전 제거
| 업종 | 제품명 | 폐수 발생원 | 폐수 특성 | 일반적 처리법 |
비고 |
| 화학비료 | 암모니아계 비료석회질소 인산계 비료 |
반응시설 가스세정 시설 |
pH 1∼4 SS 50∼150ppm 폐수량100∼1000(㎥/d) |
중화침전법 | 인.암모니아 등은 3차 처리가 필요 |
| 무기공업 | 소다 공업제품 칼슘,카바이트 인조흑연 산 무기안료 염류 기타무기 공업제품 |
반응시설 세정시설 배기가스 세정시설 |
pH 1∼9 SS 1000∼2000ppm 폐수량500∼209000(㎥/d) |
중화침전법 pH,색 등에 주의 |
|
| 금속표면 처리 |
전해,연마 알마이트 금속방청 |
산알카리 세정시설 |
pH 2∼10 SS 70∼150ppm 폐수량20∼60(㎥/d) |
중화침전법 | 배수의 변동에 주의 |
□ 무기성 유해물질 폐수
시안, 카드뮴, 수은, 크롬, 구리, 아연, 비소 등과 같이 수중생물이나 인체에 축적될 경우 해를 끼칠 우려가 있는 성분은 미리 폐수 중에서 처리, 제거되어야 함
| 업종 | 제품명 | 폐수 발생원 | 폐수 특성 | 일반적 처리법 |
비고 |
| 전기도금 | 도금제품 각종전자 기계부속품 자동차부속품 베어링 |
도금시설 산알카리 세정시설 |
pH1∼2, 시안20∼200ppm 크롬40∼150ppm 폐수량10∼30(㎥/d) |
화학처리 | 폐수변동에 주의 중금속 처리가 필요 |
| 무기공업 제품 |
소오다 공업제품 | 수은전극 전해시설 |
수은함유 폐수 | 이온교환법 화학처리법 |
|
| 알칼리 제조 |
가성소오다 염소,염산 |
식염전기 분해시설 |
수은함유 폐수 | 이온교환법 화학처리법 |
|
| 농약제조 | 비산연 수은화합물 |
반응조 세척수 |
제품1톤 당 약70g의 아세트산,70g의 질산배출 |
중화,침전 이온교환 |
|
| 화학류 | 질산알루미늄 | 반응조 세척수 |
고농도의 질산함유 폐수 유지분 함유폐수 |
중화 유분 제거 |
■ BOD & COD
□ BOD (Biological Oxygen Demand)
생물학적산소요구량 (生物學的酸素要求量)
. 물 속에서 증식하는 미생물이 유기물을 일정 조건 아래서 일정기간 안에 산화 분해할 때
소비하는 용존산소량.
. 생물학적 산소소비량 또는 생화학적 산소요구량이라고도 함
. 일반적으로는 검액(시료)을 호기성(好氣性) 미생물이 충분히 생육할 수 있는 상태로 하여,
20℃에서 5일 동안 방치하였을 때 소비되는 산소량(BOD 5)을 말함
. 수질규제 항목 중 가장 일반적인 것으로 역사가 깊음
. 배수를 하천으로 방류하였을 때 하천에서 어느 정도의 산소가 소비되는가를 알기 위하여 만든 지표
. 영국 하천의 유하시간(流下時間)이 약 5일이기 때문에 BOD도 5일(20℃) 동안의 산소소비량으로
규정된 것이 현재 널리 쓰이고 있음
. 원래는 ＜산소소비량＞이었으나 배수 중에서 산소를 소비하는 물질이 주로 유기물이기 때문에
배수 중의 유기물량을 규제하는 수질지표로 간주하게 되었음
. BOD가 이러한 역할을 담당하는 데는 다음과 같은 문제가 있음
첫째, BOD는 생물에 의해 대사 되기 쉬운 유기물을 나타낸 것으로서 생물에 의해 대사 되기
어려운 물질에 대해서는 그 농도를 대표할 수 없음
둘째, 암모니아나 아질산과 같은 무기물질에 의한 산소 소비도 장시간의 BOD측정으로 검출됨
셋째, 배수 중 생물에 대해 유독한 물질이 함유되어 있으면 생물의 활성을 저하시키기 때문에
BOD로서 측정된 값이 매우 작아지는 경우가 많음
넷째, 미미한 양의 BOD는 측정이 매우 어려운 점 등
. 본래 BOD는 방류에 앞서서 하천의 용존 산소의 상태를 추정하고,
생물처리 가능성 또는 자정작용(自淨作用)의 가능성을 알기 위해 유효하게 사용되는 지표임
. BOD측정법은 환경보전법 시행규칙에 규정되어 있음
시료를 희석수(용존 산소를 포화 시키고 무기영양염류를 함유한 pH7.2의 완충액)로 적정하여,
BOD(ppm)=(D －D )×P의 식으로 구한다. 이 식에서 D 은 희석(조제)시킨 검액을 15분간 방치한 후의
DO(산소요구량;ppm), D 는 5일간 부란한 다음 희석 시킨 검액의 DO평균치(ppm), P는 시료의 희석
배수이다. 충분한 호기성 미생물이 함유되어 있지 않은 시료에는 미생물을 투입 시킨다.
□ COD (Chemical Oxygen Demand)
화학적산소요구량 (化學的酸素要求量)
. 물 속의 유기물과 무기물이 산화될 때 소비되는 산소의 양
. 산화되는 무기물은 소량이므로 COD는 주로 물 속에 포함된 유기물의 양을 나타내는 기준이 됨
. 산화제의 종류·농도·반응시간에 따라 COD 측정법이 분류됨
. 산화조건에 따라 산화력이 다르므로 같은 수질의 물이라도 측정법이 다르면 서로 다른 COD값이 됨
. 중크롬산칼륨(COD cr)은 유기물을 거의 100％ 산화 시킴
. 과망간산칼륨에 의한 경우 (COD mn)는 산화력이 약하여 전체적으로 COD의 값이 낮게 측정되고
물질에 따라 산화력이 크게 달라 유기물을 제거하기 위한 처리로 오히려 COD mn이 증가하는 현상이
나타날 수도 있음
. 미국·유럽 여러 나라에서 COD는 COD cr를 뜻하며 배수규제에 쓰이고 있음
. COD mn의 측정법은 경우에 따라 구분하여 사용됨
. 바다·호소의 배수규제
. 김양식 및 공업용수로 쓰이는 해역
. 음료수 등
. 배수·환경기준에 대해 해역이나 호소에서는 COD를, 하천에서는 BOD를 사용함
하천은 흐르는 시간이 짧아 생물에 의해 산화되기 쉬운 유기물만 규제할 필요가 있으나,
호소나 해역은 체류시간이 길므로 유기물 전량(全量)을 규제해야 하기 때문임
■ 오존 (O3)
□ 오존에 의한 유기물 산화
대부분의 유기물들은 C, H, O 등의 화합물들로 구성되어 있어서 오존의 강력환 산화력에 의하여 대부분이 CO2, H2O, O2 등의 안정화된 물질로 바뀐다.
. 오존의 물리적 특성
. 기체는 엷은 청색, 액체는 흑청색, 고체는 암자색
. 분자량 : 48 비 점: -111.9℃ 기체밀도(0 ℃): 2.144 g/1
. HARTLEY BAND라고 불리는 200-300nm의 자외선 파장을 흡수
. 오존은 불안정하여 대기 또는 수중에서 자기 분해
. PH의 영향이 큰데, 산성에서는 안정하나 알카리에서는 불안정함
. 산소와 특성 비교
산화력 살균력 용해속도
5000 배 8-20 배 20 배
. 화학적 특성
. 강력한 산화제로서 높은 전위차를 (2.07V)가진다.
. 산화제에 대한 산화. 환원 전위 값 비교
Oxidant Redoxy Potential (Volt)
F2 + 2e- = 2F- 2.87
H + H+ + e- = H2O 2.85
O3 + 2H+ + 2e- = 2H2O 2.07
H2O2 + 2H+ + 2e- = 2H2O 1.78
MnO4- + 4H+ + 3e- = MnO2 + 2H2O 1.67
HO2 + H+ + e- = H2O2 + H+ 1.50
HOCI + 2e- = C1- + H2O 1.49
불 소 (F) 2.87
오 존 (O3) 2.07
과산화수소 (H2O2) 1.78
과망간산 칼륨 (KMnO4) 1.70
염 소 (Cl2) 1.36
이산화 염소 (ClO2) 1.27
산 소 (O2) 1.23
. pH의 변화, 온도, 촉매에 의해 약 10 - 20% 증감
. 오존은 불안정한 상태로 자기분해과정을 통해 산소로 변한다.
자기분해 메카니즘
(1) O3 + OH- ----- HO2 + O2-
HO2 --------- O2- + H+
(2) O3 + O2-------- O3- + O2
(3) O3- + H+ ------ HO3
(4) HO3 ---------- OH + O2
(5) OH + O3 ------ HO4
(6) HO4 ---------- HO2 + O2
(7) HO4 + HO4 ---- H2O2 + 2O3
(8) HO4 + HO3 ---- H2O2 + O3 + O2
□ 오존과 유기물의 반응
. 반응경로
오존은 물 속에서 기질적으로 직접적으로 반응하지만 어느 한계 PH값 이상에서는 기질과 반응하기에 앞서 자기 분해되어 OH라디칼과 같은 중요한 산화제를 형성한다. 물 속에 존재하는 유기물은 오존분자와 직접 반응하여 일차 중간 생성물을 형성시키고, 일차중간생성물은 다시 오존과 느리게 반응하여 다른 산화생성물 또는 최종생성물로 전환된다. 유기물의 오존 반응은 PH조건에 크게 좌우되어 직접반응은 오존의 자기분해가 잘 일어나지 않는 산성영역에서 일어난다. 오존분자는 특정 관능기들과 불포화 방향족 및 지방족 화합물과 매우 제한적으로 선택적인 반응을 한다.
. 오존과 유기물의 반응
오존과 유기물의 반응메커니즘은 오존과 유기물이 결합하여 오조나이드를 형성시킨 후 알데히드(Aldehyde)와 단순 유기물류로 분해되는 기작이다.
오존은 전자친화력이 매우 크기 때문에 다양한 종류의 유기물과 유기금속 관능기류의 불포화결이나 방향족 고리에 작용하여 저분자 물질을 생성시킨다. 용존 유기물과 주요 반응종이 자유라디칼인 경우 오존 반응율 용존 된 오존 농도보다 오존 분해 량에 좌우된다. 오존과 유기물의 반응속도에 영향을 주는 인자는 PH, 압력, 유기물 종류 및 오존 주입량 등이며 온도는 거의 영향을 주지 않는다는 보고도 있다. 이중 가장 중요한 인자는 PH인데 PH조건에 따라 오존은 유기물과 직.간접적으로 반응을 일으키고 유기물제거 속도에 영향을 미친다.
□ 오존 수처리 개요
자료인용: 시엔비텍
. 오존은 천연 물질로는 불소 다음으로 강한 산화력을 가짐
. 오존의 산화력을 이용해 오수, 상수, 폐수의 탈색, 탈취, BOD, COD제거, PHENOL, CN분해 등
. 오존(O3)이 분해할 때 생기는 발생기 산소 및 OH(Free radical)에 의해 유기물이 산화, 분해되는 원리
특히 생물학적 처리후의 잔여의 COD 성분이나 안정화된 물질을 많이 함유하는 NBD BOD 성분이 많은 폐수의 경우 오존의 산화처리가 매우 유효하다. 또한, 1차 처리 후에 활성탄을 이용해 흡착 처리할 경우 분자구조가 매우 큰 물질은 흡착이 잘 일어나지 않으나, 오존처리 후는 오존에 의해 미세한 효과 및 고분자 물질의 저분자화에 의해 흡착효율을 증대 시키며 NBD BOD성분을 BD BOD화 시켜 여재 층 내에서 생물학적 여과 기능도 일부 일어나게 한다.
Fenton 산화법도 과산화수소(H2O2) 자체의 산화효율이 낮으므로 pH를 4-5로 낮추고 철염을 촉매로 산화ㆍ환원 전위를 약 2.04VOLT까지 높이는 방법이다. 오존 산화법은 자체의 산화력을 높이기 위해 Cu++, Fe++를 촉매로 사용하는 경우도 있으나, 보통은 O3 + H2O2, O3+U.V, H2O2 + U.V, O3 + Cl2 등의 A.O.P(Advanced Oxidation Process)를 사용하여 산화력을 2.41VOLT까지 상승시켜 산화효율을 증대 시킨다. 또한 오존 산화법은 오존 생산 시 원료가스로 공기를 사용하는 방식과 산소를 사용하는 방식이 있으나, 매립장 침출수의 경우 산소를 원료로 한 고농도 오존법을 사용하여 오존처리의 경우 오존농도가 높을수록 동력학 전달계수가 커져 흡수율이 높아지며 산화효율이 높아지기 때문이다.
□ 오존 발생기의 구조
. 공기 준비장치
. Blower 및 Compressor를 말하며,
. 저압식에는 Rotary Roots형, 중압 및 고압식에는 Rotary Screw식이 주로 사용
. 냉각 건조장치
. 중.저압 방식에만 사용되며 토출 온도는 10±1℃ 정도를 유지.
. 중.소형은 직접냉각식(Direct Expansion), 대용량은 간접냉각식(Water Chiller)
. 제습 건조장치
. 발생 오존량 및 내구성 등에 직접적인 영향을 주는 중요한 설비
. 건조와 재생을 위해 2탑식으로 구성되며
. 탑 내부에는 흡착제가 충진 되어 있음
. 충진제는 활성알루미나 및 모레큘레시브 등이 쓰임
. 출구의 노점은 -60∼-70℃이하를 유지하여야 함
. 제습장치의 흡착제는 활성알루미나가 가격적인 경제성이 있으며, 제습효율이 뛰어나 최근에 유럽이나 미국등에서 널리 사용되며 특별한 경우 모레큘레스브와 혼합 사용함. 비가열 방식은 고압 및 소용량에만 사용가능하며 가열 재생방식 중 내부 가열식은 흡착제의 노화가 빠르고 소용량에 적합함. 정수장에는 재생시 별도의 송풍기를 사용하므로 압축공기의 손실과 운전경비를 절감할 수 있고 대용량에 적합한 외부 가열식이 주로 사용되며 유럽 및 미국등에서 널리 쓰임
. 잉여 오존 처리 시스템
. 오존 접촉조에 공급된 오존을 완전히 용해 시켜 이용하는 것은 특수한 경우를 제외하고 불가능하다.
. 미반응 오존은 배출되고, 이 배오존은 광화학 스모그의 한 성분으로 되어 있으므로
대기 오염을 방지하고, 작업환경 보전을 위해 일정농도 이하를 유지하여야 한다.
. 배오존 처리설비의 목표 처리농도는 환경기준과 산업안전보건법에 명시되어 있으며
0.1PPM 이하로 처리해야 한다.
. 배오존을 일정농도로 처리하기 위한 방법에는
활성탄 흡착법, 열분해법, 약액 세정법, 촉매법 등이 있다.
열분해법, MnO2 촉매법은 미국에서 주로 사용한다.
□ 잉여오존 처리시설 비교
| 활성탄 흡착식 | 활성탄과 오존의 직접반응에 의해 활성탄 표면에서 촉매적 분해가 평형하게 일어난다. 2O3+ 2C → 2CO2 + O2 2O 3+ C → CO2 + 2O2 2O 3 + C → 3O2 + C 위의 반응에 의해 활성탄 1g에 오존이 약 4g분해된다. |
. 설비비가 적고 유지 보수도 간단 . 산소방식의 잉여오존은 발열반응으로 화재 위험이 있으며, 공기방식에 적합 . 소규모 용량에 사용되며, 산소방식에서는 사용하지 않고 수처리용으로 사용됨 . 감시 및 제어가 어렵다. |
||
| 열 분해법 | 기체 상태의 오존에 열을 가하면 분해되어 산소가 되는 성질을 이용한 방법이다. 가열온도 : 300-350℃ 접촉시간 : 1-5 SEC |
. O3농도 높으면 활성탄 방식보다 처리 비용이저렴하다. . 공존 가스에 영향을 받지 않지만 NO는 제거할 수 없다. . 설치비는 비싸나 유지관리비는 낮다. . 폐열 이용이 가능하다. . 유럽에서 널리 사용되고 있다. |
||
| 약 액 세 정 법 |
환원법 | 오존에 대하여 환원성을 갖는 약제인 티오황산소다나 아황산소다등의 환원제를 사용하여 분해한다. | . 저오존 농도, 대풍량의 경우 유리하다. . 폐액 처리 장치가 필요함 . NOX가 공존하는 경우 동시제거 불가 |
|
| NaOH법 | 오존의 자기분해를 촉진하는 약제를 사용하는 방법으로 시험에 의하여 5%정도의 NaOH농도에서 1분 접촉시키면 95%가 분해된다. | . 시설용량이 크고 완전한 오존제거를 할 수 없지만 처리비용은 싸다. . 폐액 처리장치가 필요함 |
||
| 촉 매 법 |
산화니켈 | 금속산화물의 촉매작용에 의해 오존을 분해 시키는 방법으로 촉매로 사용할 경우에는 배기가스에 포함되어 있는 수분에 의해 처리효율의 약화 및 촉매의 수명을 단축시키므로 열분해 방법과 동시에 사용한다. | SV 10,000ℓ/H 온도 120-150℃로 운전되고 수명은 약 3개월이다. | . H2S 가스 공존시 수명이 크게 단축될 수 있다. . 초기충전 촉매량이 많고 설비비가 높다. |
| MnO2법 | SV 10,000ℓ/H 온도 40℃이상으로 운전된다. | . 공존가스의 영향이 있다. . 고농도 배오존 처리에 유리함 . 습기에 약하다. .특정 화학물질로 지정되어 있으므로 취급에 유의하여야 하며 폐수처리장 에서는 수중 가스의 영향으로 잘 사용하지 않는다. |
||
□ 오존을 이용한 정수처리
. 역사
오존은 1785년에 처음 Van Marum에 의하여 전기방전 시에 특별한 냄새를 내는 기체로 발견되었으며, 1801년에는 Cruickshank가 물을 전기분해 하는 과정에서 양극에서 발생된 가스에서 같은 냄새가 나는 것을 알았다. 그 후 1840년, 그 냄새가 3원자산소(O3)라는 새로운 물질을 의한 것임을 밝혀내고 그것을`오존`(그리어스어로 `OZINE`=`냄새를 맞다`)이라 명명하게 되었다.
수 처리에서 오존의 사용은 1886년 de Martens에 의한 최초의 살균시험 이후에 1891년 pilot plant에서의 오존 살균특성실험, 1893년 네덜란드 Oudshoorn에서 Frolich에 의한 최초의 오존 정수처리장의 가동 등으로 발전하게 된다. 라인강물도 침전, 여과를 거친 뒤 오존처리를 하게 되기 시작했고 그 후 1901년, 1902년 독일 Wiesbaden, paderbom에 오존 정수처리장을 건설하였다.
프랑스에서는 네덜란드 Oushoorn정수처리장의 처리 현황을 파악한 후 1906년 Nice에 19,000㎥/d (5mgd) 규모의 살균목적의 오존(Bon Vouage 처리장)처리장이 건설된 뒤 본격적으로 이용하기 시작했다.
유럽 몇몇 나라에서 대규모 오존 처리장이 생기게 된 후 1916년까지 총처리용량 319,200㎥/d(84mgd), 49개 처리장이 가동되었고 이중 26개가 프랑스에 있었다. 1940년에는 그 숫자가 119개로 증가하였다. 1950년 당시만 해도 프랑스 파리 시는 총 급수량의 1/3을 오존으로 처리하고 있었는데 약 8백만 명에게 급수하는 136개소 처리장이 오존 처리수로 운전하였으며 1970년 말에는 그 수가 600개소에 이르고 있다.
카나다에서는 1956년 최초로 Quebec주 St Therese처리자에서 오존처리를 가동한 후 1977년까지 약 20개의 오존 처리장이 설치운전 되었다. 1990년 현재 전 세계적으로 오존을 사용하는 수 처리장은 무려 1000개소가 넘고 있다.
한편, 미국은 1941년 인디아나주 Whiting처리장에서 염소소독으로 인한 맛, 냄새제거를 위해 26,500㎥/d 규모의 오존정수처리장치를 최초로 실시하였으나, 저렴한 염소 처리가 많이 보급되면서 오존의 사용이 중단되었다.
. 정수처리에서의 오존 적용분야
초기에 오존이 수처리에 적용 될 때는 대부분이 살균 목적이었으나 오존의 강력한 산화력 의해 수중의 유기오염물질 들이 산화제거 되는 사실들이 인식되면서부터 살균뿐만 아니라 철, 망간, 맛, 냄새, 조류, 색도, 미량유기화합물 등의 제거에도 적용되어 오고 있으며 이들의 제거 메커니즘 등에 대한 많은 연구가 계속되고 있다. 오존에 의한 수처리의 대표적인 적용분야를 요약해보면 다음과 같다.
. 살균 . 철, 망간제거
. 색도 유발물질제거 . 맛, 냄새 유발물질제거
. 조류제거 . 페놀류제거
. 농약, 살충제등 유기물제거 . 시안제거
. 오존의 살균효과
살균제 중 가장 널리 쓰이는 염소가 살균제로 투입 될 경우 염소는 이들 유기물과 결합, 반응하여 THM(Trihalomethane)류의 화합물을 형성시킨다. 이 같은 물질을 인간이 섭취할 경우 비록 낮은 농도이지만 오랜 기간에 걸쳐 섭취하면 인체 내에 축적될 수 있으며 인간에게 암을 유발시킬 가능성이 있다. 따라서 미국 및 외국에서는 물론 국내에서도 정수처리 시 염소처리를 재고하게 되었으며 그 대안으로서 THM 등을 형성시키지 않으면서도 살균효과가 매우 높은 오존의 사용을 고려하게 된 것이다.
오존은 불소 다음으로 강력한 산화제로서 염소에 비하여 몇 가지 장점을 지니고 있다. 오존은 염소처럼 유기물과 결합하여 THM 등을 형성시키지 않으며, 맛과 냄새의 원인이 되는 phenol 등의 유기물을 완전히 산화시키며 humic산등 자연적으로 존재하는 유기물 또는 일부분을 산화 시킨다. 또는 산화력이 높은 관계로 미생물 살균에 염소보다 효과적이다. 그러나 단점을 보면 오존은 반감기가 25분으로서 매우 불안전한 가스이기 때문에 살균현장에서 제조 공급되어야 하며 오존 발생기의 규모가 클 경우 경제성이 낮다.
또한 장시간 정체한 물에는 잔류 오존이 없기 때문에 사용자에게 공급되는 수도관에서 미생물에 의한 이차 오염은 방지하기 어렵다. 오존에 의한 미생물의 살균 메커니즘은 밝혀지고 있지 않다. 일부는 염소와 비슷하다고 하며 일부는 그렇지 않다고 한다. 그 차이가 어떠하든 간에 오존이 염소보다 강력한 산화제인 관계로 살균속도에 있어서 오존이 빠르다는데 에는 이의가 없다.
많은 연구에서 오존에 의한 미생물의 살균이 일어나기 위해서는 일정량의 오존이 주입되어야 하며, 이점이 충족되면 살균은 급속도로 진행된다고 밝혔다. 이를 소위 전부(全部)냐 아니면 전무(全無)냐 또는 영어로all-or-non이라는 말로 표현하고 있다. 이와 같은 all-or-non효과가 오존 살균이 염소살균과 큰 차이점 때문에 나타나는 현상인지 또는 단순히 미생물의 살균이 일어나기 전에 수중에 존재하는 유기물을 산화 시키는데 소요되는 오존량인지 때문인지는 아직 규명되고 있지 않다. 후자의 경우 수중에 존재 하는 유기물은 미생물을 구성하는 유기물보다 오존에 쉽게 산화되기 때문에 주장되는 가장이다. Nobel은 일단 일정량의 오존이 소모된 후에야 미생물 살균이 진행된 다고 하였으며 초기 오존소모는 수중에 존재하는 유기물에 기인한다고 하였다. 유기물이 산화되는 동안에 살균속도가 0은 아니지만 매우 늦다고 하였고 일단 초기 오존 소모가 끝나면 살균은 급속도로 진행된다고 하였다. 초기 용존 유기물량이 초기 미생물 량 보다 오존 주입 량에 훨씬 더 큰 영향을 미친다고 보고 하였다.
. 오존과 염소의 소독력에 대한 상대적 비교
소 독 제 Fecal coil Amoeba Cyst Virus Cyst
O3 500 0.5 5 2
HOCI as C12 20 0.05 1.0 0.05
OCI-as C12 0.2 0.0005 ＜0.02 ＜0.005
NH2 C1 as C12 0.1 0.02 0.005 0.001
. 소요된 오존의 농도와 접촉시간
세균의 종류 접촉시간 살 균력 살균가스농도 비 고
대 장 균 초기상태 105 CELL 0.35 ppm 미생물
5초 후 0
감기 바이러스 초기상태 105 CELL 0.35 ppm 미생물
5초 후 0
곰 팡 이 초기상태 106 개 0.5mg/ℓ 세균
20분 후 0
살모넬라균 초기상태 107 개 0.5mg/ℓ 세균
10초 후 0
암모니아(NH3) 작동 후 10분 후각감지불능 0.9mg/ℓ 부패취
황화수소(H2S) 작동 후 7분 후각감지불능 0.9mg/ℓ 절삭유
트리메탈아민 작동후 7분 후각감지불능 0.9mg/ℓ 부패취
연쇄상구군 작동 5분후 99.9998% 0.188 ppm
. 맛 냄새의 처리
원수중의 맛, 냄새의 원인 물질로서는 조류의 분비물에 의한 흙냄새, 곰팡이 냄새, 생선냄새가 대표적인 것으로 알려져 있는 데다, 보통 5가지 즉 Geosmin, TCA, IPMP, IBMP 2-MIB로 분류하고 있다. 위대한 오존의 산화 효과는 오존 주입농도, 산화 메커니즘, 대상유기화합물의 분자구조, pH, 온도, 유기물농도 및 방해물질 등에 좌우된다. 한편 ClO2, KMnO4 는 맛, 냄새를 유발하는 저분자 유기화합물의 제거에 효과적인 규명이 힘든 것이 사실이고 만일 규명된다 하더라도 어떤 산화제를 사용할 것인지 또는 특정 산화제에 대한 맛, 냄새물질의 반응결과도 예측하기 어렵다. 따라서 맛, 냄새물질에 대한 제거는 시행착오를 거쳐서 이루어지는 것이 일반적이다.
Hoigne (Reserch & Technologly)등은 잔류오존농도를 0.5㎎/1이라 가정했을 때, 대부분의 맛, 냄새물질이 산화 분해되는 데는 10분 이내라고 제안했다. 세계의 여러 정수장의 경험적 보고에 의하면 맛, 냄새 유발물질은 오존에 의하여 쉽게 제거되는 것으로 나타나고 있으나, 유입원수의 성분에 따라서는 새로운 문제를 야기하기도 한다. 한 예로 프랑스 Morsang 정수처리장에서는 맛, 냄새제거를 위하여 모래여과를 거친 후 오존처리를 했을 때 진흙, 맛, 냄새물질은 감소한 현상이 뚜렷했으나 한편, 오존처리의 결과로 과일 냄새(fruit oder)가 증가하는 것을 볼 수 있다.
□ 오존의 역할
오존은 수돗물 살균에 사용하는 염소의 6배나 되는 살균력 및 산화력이 있다.
세포벽 등 원형질의 직접 파괴로 박테리아, 곰팡이, 바이러스 까지 10초 이내에 99.99% 이상 멸균
대장균의 경우 염소 살균보다 3.15배 속성 살균력이 있음
오존은 냄새 분자와 결합 하여 탁월하게 냄새를 제거할 뿐만 아니라
놀라운 산화력으로 유해 유기물이나 야채, 과일에 남아있는 맹독성 농약까지도 분해
그리고 오존은 할 일을 끝내면 자연의 가장 순수한 산소 분자로 되돌아 감
선진국에서는 오래 전부터 수돗물 정수장에서 이 오존 살균법을 사용해오고 있으며,
국내 정수장에도 점차 사용되고 있는 추세
. 오존의 농도에 따른 독성
오존(PPM) 작 용
0.01~0.02 냄새를 느낀다.
0.1 강한 취기, 코나 목에 자극을 준다.
0.2~0.5 3~6시간 폭로로 시각을 저하시킨다.
0.5 확실하게 상부기도에 자극을 느낀다.
1~2 2시간 폭로로 두통,흉부통,상부기도의 갈증과 가래를 일으키고, 폭로가
반복 계속되면 만성 중독이 된다.
5~10 맥박증가, 폐수종을 초래한다.
15~20 작은 동물은 2시간 이내에 죽는다.
50 사람도 1시간 이내의 생명이 위험한 상태로 된다.
. (대기환경) 오존 경보제란?
오존 경보제는 도심에서 자동차 배기가스 등으로 인해 오존의 농도가 지나치게 높게 나타났을 경우, 이를 알리는 제도이다. 자연적으로 오존이 발생할 조건이 아닌 도심에서 이렇게 높은 농도의 오존이 발생한 것은 그만큼 많은 오염물질(산소 원자를 포함한)이 대기 중에 있다는 의미
발령(이상) ppm 해제(미만)ppm
주 의 보 0.12 0.12
경 보 0.3 0.3
중대 경보 0.5 0.5
■ 오수.폐수 처리기술
각종 생활하수인 오수는 물리.화학적, 생물학적 방법에 의해 처리되는데, 그 처리기술의 개요를 정리한다.
□ 오수처리시설이 필요한 지역
. 수도법에 의한 취수시설로부터 유하 거리 4KM이내의 상류지역과 상수원 보호구역
. 환경정책기본법에 의한 상수원의 수질보전을 위한 특별대책지역
. 한강수계 상수원 수질개선 및 주민지원에 관한 법률에 의한 수변구역
. 호수수질관리법에 의한 호소수질보전구역
. 자연공원법에 의한 공원보호구역
. 하수도법에 의한 지하수보전구역
. 환경기준이 1등급 정도인 수질을 보전하여야 한다고 인정되는 수역의 수질에
영향을 미치는 지역으로 환경부장관이 고시하는 지역
. 습지보전법에 의한 습지보호지역, 습지 주변관리지역 및 습지개선지역
. 해양오염방지법에 의한 특별관리해역
□ 오폐수 처리방식
. 물리적 처리
오수중의 입자상 물질 제거 및 후처리 공정의 처리효율 향상목적
. 중력 침전법; 오수중의 고형물질의 비중 차이를 이용하여 침전 및 부상 등의 방법을 이용하여 제거
침사조, 침전조, 가압부상조 등의 Process가 있음
. Screening; 전처리 단계로서 일정크기 이상의 고형물을 Screen을 이용하여 제거 함으로서
배관, 기계류의 운전효율을 높이고, 후처리 공정의 처리효율 향상
. 막 여과법; 다공성의 여과막을 이용하여 오수를 걸러 냄으로서 오수중의 고형물을 제거함
. 희석, 교반 등;
. 화학적 처리
물리적, 생물학적으로 제거가 곤란한 경우 응집 등의 화학적 처리를 통한 후처리 공정 성능개선, PH조절, 살균, 소독 등의 기능수행
. pH조정; 응집, 산화, 환원반응을 용이하게 하기위해 최적의 pH를 조정해 줌
. 응집; 응집제 및 응집보조제등을 이용한 오염물질의 Floc화를 통한 제거
. 산화 및 환원; 산화제 및 환원제를 이용한 중금속 등의 제거
. 소독 ; 염소, 자외선, 오존 등을 이용한 살균, 소독
. 생물학적 처리
오수 중에 함유된 오염물질을 Bacteria나 원생동물을 이용하여 생물, 화학적으로 산화 및 환원하여 안정화 시키는 처리공법이며, 처리 목적과 기능에 따라 다음의 여러 공정들이 있다.
. 표준활성슬러지법, 산화지법, 계단식 폭기법, 회전원판법(RBR), 장기폭기법, 접촉산화법,
고율 및 수저익 폭기법, 혐기성 소화법, Imhoff조법, 살수여상법 등
■ 중수 수처리 기술
사용한 수돗물을 생활용수, 공업용수 등으로 재활용 할 수 있도록 다시 처리하는 시설
□ 중수도의 수질기준 (수도법)
구분 수세식 화장실 용수 살수용수 조경용수
대장균 수 1ml당 10을 넘지 않을 것 검출되지 않을 것 검출되지 않을 것
잔류 염소 검출될 것 0.2ppm 이상일 것
외관 이용자가 불쾌감 느끼지 않을 것 → →
탁도 5도 이하 5도 이하 5도 이하
BOD 10ppm 10ppm 10ppm
냄새 불쾌한 냄새가 나지 않을 것 → →
pH 5.8 - 8.5 5.8 - 8.5 5.8 - 8.5
□ 중수도의 처리방법
응집침전법, 급속모래 여과법, 활성탄흡착법, 오존산화법, 물리/화학적 처리법, 회전원판접촉법, 질소인동시 제거법, 막처리법, 전기투석법
. 중수도의 적용분야
공공시설 오폐수의 재이용, 수영장물의 재이용, 연못·분수의 재이용, 염수 재이용, 목욕수 재이용
■ 축산 폐수
□ 축산폐수 개황
충청대 수질공학과 권.오상
. 축산폐수 배출량 원단위
(단위 : L/두·일)
| 구분 | 폐수량1) | 폐수량2) | 폐수량3) | 폐수량4) | 폐수량5) |
| 낙농시설 | 17∼60 | 40.0 | 30.0 | 35.0 | |
| 육우시설 | 30∼40 | 33.0 | 14.6 | ||
| 양돈시설 | 6∼33 | 12.5 | 10.0 | 12.0 | 8.6 |
(출처) : 1. 전국 축산 분뇨 적정관리대책 연구: 환경과학연구협의회, 1990 ; 2. 첨단환경기술, 1995;
3. 하수도시설기준: 건설부, 1992 ; 4. 분뇨 및 축산폐수처리 기본계획 작성지침: 환경부, 1991) ;
5. 환경부 고시 1999 - 109호, 1999.7
. 축산폐수 배출 농도
| BOD(mg/l) | CODMn(mg/l) | SS(mg/l) | ||||
| 평 균 | 범 위 | 평 균 | 범 위 | 평 균 | 범 위 | |
| 낙농시설 | 2,700 | 2,500∼3,200 | 2,340 | 2,000∼3,000 | 1,270 | 1,000∼1,700 |
| 육우시설 | 2,900 | 2,700∼3,000 | 2,430 | 2,000∼3,000 | 1,230 | 1,000∼1,700 |
| 양돈시설 | 2,510 | 1,290∼5,000 | 1,680 | 760∼3,000 | 1,660 | 440∼4,000 |
(출처) : 한국환경과학연구협의회, 1990.1
. 축산폐수 배출 원단위
| 구 분 | 배출 농도(mg/l) | 배출 원단위(g/두·일) | ||||||
| BOD | SS | TN | TP | BOD | SS | TN | TP | |
| 한 우 | 2,900 | 1,230 | 446 | 60 | 95.7 | 40.6 | 14.7 | 2.0 |
| 젖 소 | 2,700 | 1,270 | 11.6 | 50.8 | 7.8 | 2.4 | ||
| 돼 지 | 2,510 | 1,660 | 445 | 150 | 31.4 | 20.8 | 5.6 | 1.9 |
| 말 | 2,900 | 1,230 | 446 | 60 | 40.6 | 40.6 | 14.7 | 2.0 |
(출처) : 첨단환경기술, 1995.1
□ 축산폐수가 환경에 미치는 영향
. 수질오염
우리나라 가축분뇨의 총발생량은 연간 약 45,095천톤 정도로 이 중 우분뇨가 60.3%, 돈분뇨는 32.6%, 계분이 약 8.15%를 차지하고 있다. 축종으로는 소, 돼지, 닭 순으로 분뇨발생량이 높으나 현장에서는 분뇨의 특성상 양돈분뇨, 젖소분뇨가, 분보다는 뇨의 처리에 많은 애로를 겪고 있다. 1997년 우리나라에서 하루에 발생되는 축산 폐수량은 19만 9천 톤으로서 이중 33.%인 66,024톤이 규제미만 축산농가에서 발생하고 있어 이에 대한 특별한 관리가 요구되고 있다.
일본의 경우, 1996년까지 발생한 축산관계의 불만내용 중 수질오염관련내용이 전체의 40%를 차지하고 있으며 가축종류별로는 양돈이 40%, 낙농 30%, 양계가 약 20%, 육우가 약 10%를 차지하고 있다. 축산폐수는 질소농도가 매우 높아(BOD : N = 100 : 20∼100 : 40) 호소의 부영양화에 큰 영향을 미치고 있다.
. 악취발생
축산폐수의 악취성분으로서는 주로 암모니아, 황화수소, 휘발성지방산 등으로 일본의 경우 1992년에 발생한 축산관계의 불만내용 중 악취관련이 전체의 61%를 차지하고 있으며 가축 종류별로는 양돈이 전체의 40%, 낙농 29%, 양계 22%, 육우 9% 순 이었다.
(출처 : 국립환경연구원 수질개선시스템개발에 관한 한·일 심포지움, 1995).
. 축산분뇨 처리현황 (허가대상)
| 대상농가 | 액비화 | 퇴비화 | 토양침투 | 살수여상 | 산화구 | 톱밥발효 | 기타 | 미설치 | |
| 신고대상 | 28617 | 5405 | 9086 | 155 | 56 | 1557 | 9484 | 2175 | 699 |
(출처) : 환경부, 1998)
□ 축산폐수 처리 (생물학적처리)
(전처리 시설)
. 전처리 시설에서의 오염물질 제거율
| 드럼스크린 | 원심분리기 | 응집처리(문헌) | |||||
| 유입원수 | 처리수 | 처리수 (약품무첨가) |
약품처리실험시 원수농도 |
처리수 (약품첨가) |
유입원수 | 처리수 | |
| BOD(mg/l) | 5389 | 5064 | 3376 | - | - | 8000 | 3300 |
| SS(mg/l) | 2000 | 2175 | 3080 | 7750 | 460 | 9900 | 990 |
| TN(mg/l) | 5540 | 5463 | 4512 | 5430 | 4010 | 2500 | 1000 |
| TP(mg/l) | 116 | 97.6 | 119.5 | 161 | 11.7 | - | - |
(활성슬러지 공정)
. 단위공정
저류조 ⇒ 유량조정조 ⇒ 스크린 ⇒ 1차침전지 ⇒ 폭기조 ⇒ 2차침전지 ⇒ 방류
. 활성슬러지 공정에서의 축산분뇨 처리율
| BOD(mg/l) | CODcr(mg/l) | TN(mg/l) | TP(mg/l) | |
| 유 입 | 4,230 | 7,998 | 109 | 3,798 |
| 유 출 | 95(98%) | 168(98%) | 160(71%) | 636(83%) |
(산화구공정)
. 단위공정
저류조 ⇒ 유량조정조 ⇒ 스크린 ⇒ 1차 침전지 ⇒ 폭기조 ⇒ 2차 침전지 ⇒ 방류
. 산화구 공정에서의 축산분뇨처리율
| BOD(mg/l) | CODcr(mg/l) | TN(mg/l) | TP(mg/l) | |
| 유 입 | 701 | 755 | 231 | 33 |
| 유 출 | 14(98%) | 49(94%) | 88(62%) | 12(65%) |
□ 세라믹 담체를 적용한 처리방법
. Bio-Ceramic SBR (상품명)
. 일반적인 SBR에 질소처리능력을 향상시키기 위해
바이오세라믹 담체를 적용한 생물학적 고도처리시스템
. 공정의 최적화 및 유지관리 용이성을 위해 SRT 및 송풍량 자동제어시스템을 적용한 기술
. 축산폐수·분뇨 등의 고농도 유기성 폐수처리/ 중·소규모 하수고도처리에 적합한 기술
. Bio-Ceramic 여재의 물리. 화학적 특성
항 목 분석결과
화학적조성 (Wt %)
SiO₂ 67.4
Al2O₃ 23.4
CaO 3.15
Fe2O₃ 2.04
Na2O 1.50
K2O 1.12
물리적특성
부피비중 1.34
압축하중 112.1
. 수질 및 제거효율
| 항 목 | 유입수 (mg/l) |
처리수 (mg/l) |
제거효율 (%) |
| BOD | 121.3 | 7.9 | 92.3 |
| CODMn | 74.8 | 10.5 | 84.8 |
| SS | 156.7 | 3.2 | 96.5 |
| T-N | 36.2 | 12.0 | 64.6 |
| T-p | 3.9 | 0.43 | 87.9 |
| CODCr | 292.2 | 22.7 | 91.6 |
| TKN | 26.5 | 3.6 | 84.3 |
| 항 목 | 동절기(2003.2.~2003.3.) (수온:7.8℃) |
하절기(2003.6.~2003.7.) (수온:22.5℃) |
||||
| 유입수 (mg/L) |
유출수 (mg/L) |
제거효율 (%) |
유입수 (mg/L) |
유출수 (mg/L) |
제거효율 (%) |
|
| BOD | 106.1 | 13.4 | 86.5 | 143.9 | 1.9 | 98.4 |
| CODMn | 68.7 | 11.6 | 83.0 | 61.7 | 7.5 | 88.7 |
| SS | 91.5 | 4.8 | 94.1 | 277.0 | 1.6 | 99.1 |
| T-N | 31.1 | 13.7 | 55.2 | 46.8 | 10.6 | 77.0 |
| T-P | 3.0 | 0.46 | 84.0 | 5.4 | 0.34 | 93.4 |
| CODCr | 252.4 | 20.3 | 91.7 | 282.5 | 18.3 | 91.8 |
| TKN | 23.5 | 3.9 | 81.5 | 37.4 | 3.6 | 89.6 |
□ 각종 세라믹 볼의 특성
(자료: 참빗)
| 제 품 명 | 크기, 색상 | 기 능 |
| 항균세라믹볼 Antibacterial ceramic ball |
1~6mm white light brown |
. Ag이온에 의한 세균증식 억제 . 세공구조의 의한 흡착효과 . 중금속제거 |
| 탈염소세라믹볼 Remove chlorine ceramic ball |
3~4mm white |
. 염소, 유기오염물질 제거 |
| 파이워터세라믹볼 Pi-water ceramic ball |
3~4mm dark brown |
. 물의 단분자화 및 활성화 . 물의 ORP(산화환원전위)의 저감 . 세포내의 claxnfurgid상 . 인체의 신진대사 촉진 . 자연치유능력 향상 및 면역력 강화 |
| 알카리볼 Alkali ceramic ball |
5~6mm white |
. 물의 약 알카리화 . 칼슘의 다량 함유 |
| 음이온 세라믹볼 Ninus Ion ceramic ball |
3~6mm light brown |
. 다량의 원적외선 및 음이온 방사 . 약 알카리수로 변화 . 물 클러스터를 작게 만들어 물맛 증진 |
| 황토세라믹볼 Yellow soil ceramic ball |
3~25mm red brown |
. 다량의 원적외선 방사 . 지압용 ball |
■ 정수원리와 여과장치 특징 (가정용 정수기)
가정용 정수기에 쓰이는 각종 필터의 특성과 원리를 정리한다.
자료인용 : 필터114
□ 오염물질의 소재별 정수능력 비교
○ : 제거됨 △ : 약간제거 - : 제거 안됨
| 오염물질 | 이온교환수지 | 역삼투 | 증류장치 | 미세여과 | 활성탄필터 | 활성 알루미나 |
| 알루미늄 | △ | ○ | ○ | - | - | - |
| 비 소 | - | ○ | ○ | △ | - | ○ |
| 석 면 | - | ○ | △ | ○ | - | - |
| 바 륨 | ○ | ○ | ○ | ○ | - | - |
| 카드뮴 | △ | ○ | ○ | - | - | - |
| 염 소 | ○ | ○ | - | - | ○ | - |
| 크 롬 | △ | ○ | ○ | △ | - | - |
| 색 도 | △ | ○ | △ | ○ | ○ | △ |
| 구 리 | ○ | ○ | ○ | - | - | - |
| 불 소 | - | ○ | ○ | - | ○ | ○ |
| 지아르디아포낭 | - | ○ | ○ | ○ | - | - |
| 경 도 | ○ | △ | ○ | - | - | - |
| 제1철 | ○ | ○ | ○ | ○ | - | - |
| 제2철 | - | - | △ | △ | - | - |
| 납 | △ | ○ | ○ | △ | △ | - |
| 망 간 | △ | ○ | ○ | △ | - | - |
| 수 은 | △ | ○ | ○ | - | - | - |
| 질 산 | ○ | ○ | ○ | - | - | - |
| 미립자 | △ | ○ | ○ | ○ | - | ○ |
| 농약류, PCBs | - | - | - | - | ○ | - |
| pH | ○ | - | ○ | △ | - | - |
| 라 듐 | ○ | ○ | ○ | - | - | - |
| 라 돈 | - | - | - | - | ○ | ○ |
| 셀레늄 | △ | ○ | ○ | △ | - | - |
| 은 | △ | △ | ○ | △ | ○ | - |
| 황산이온 | ○ | ○ | ○ | ○ | - | - |
| 타닌산 | - | - | ○ | - | ○ | - |
| 맛과 냄새 | - | - | △ | △ | ○ | - |
| TDS | △ | ○ | ○ | - | - | - |
| THMs | - | △ | - | △ | ○ | - |
| 탁 도 | - | ○ | ○ | ○ | ○ | - |
| VOCs | - | - | - | - | ○ | - |
| 아 연 | △ | △ | ○ | - | - | - |
□ 정수기 분류와 성능차이
| 중공사막(UF) 필터 방식 |
중공사막은 고분자의 크기가 0.01~0.3미크론 머리카락 굵기의 1~10만분의1 정도로 미세 박테리아, 바이러스 및 미립자 등 불순물은 제거하지만 우리 몸에 유익한 미네랄은 통과 시킴 역삼투압 방식과 달리 낭비되는 물이 없는 것이 가장 큰 장점 |
| 나권형 (Spiral Wound Type) 필터 방식 |
Pore Size가 0.001~0.01미크론 일반세균,대장균 등 인체에 유해한 미생물과 철,녹 등은 제거 미네랄 성분을 통과시켜 인체에 유익한 물을 얻을 수 있음 중공사막(Hollow Fiber Membrane Type)보다 Pore Size 및 분포도가 안정적임 중공사의 끊어짐 현상과 같은 단점을 해소할 수 있음 재질은 폴리설폰(PSF)이며, 나권형 형태로 모듈화 되어 있으므로 중공사 형태보다 오염에 내성이 높음 |
| 역삼투압(RO) 필터 방식 |
멤브레인 기공이 0.0001~0.001 미크론 머리카락 굵기의 100만분의 1의 크기 화학물질, 박테리아, 바이러스, 중금속, 발암물질 등이 통과할 수 없는 완벽한 정수 방식 중금속 오염이 극심한 지하수에는 적극 권장하지만 비교적 양호한 수돗물에는 미네랄까지 정수하기 때문에 매일 섭취하기에는 부적절함 |
| 자연하중 필터 여과방식 |
정수기 구조가 상위 부분에 유리수조나 저수용 탱크에 원수를 채우고 물의 하중에 의해서 필터를 통과해 자연 여과시켜 사용하는 방식 수년 전에 보급되었지만 멤브레인은 생략하고 침전필터와 카본필터로 정수기능을 유지하며 정수성능이 떨어져 요즘은 거의 권장하지 않는 정수방식 |
| 기능성 필터를 추가한 방식 |
파이 세라믹 필터 : 다공질(porous)의 분말을 성형하여 고온에서 소성시켜 만든 필터 마이크론 단위의 미세한 기공을 통하여 여과하는 필터임 카본과 은 코팅을 한 성분을 추가 하기도 해서 만들며 자연하중 방식 정수기나 직수식으로 연결해서 사용하기도 함 세라믹 필터의 기공의 크기는 0.5~1μ으로 미세하지만 바이러스 (0.02~0.4μ), 발암물질(THM:트리할로메탄, 벤조피렌), 중금속 및 화학 오염물질의 크기가 그 이하이기 때문에 그 여과 성능에는 한계가 있음 최근에는 기능성 물질을 첨가 시켜 기능성 필터로서 세라믹 파이 필터들이 사용되고 있지만 정수성능은 위에서 열거한 오염물질 들을 여과하지 못함 |
| 실버 카본 필터 : 카본에 항균 작용을 하는 은(silver) 코팅으로 세균의 번식을 억제할 수는 있지만, 세균을 살균한다거나 물 속의 화학 오염물질을 100% 제거하지는 못함 주로 후처리 단계의 카본필터로서 사용되며 일반적으로 정수 과정상에 세균번식을 억제하는데 사용된다고 하지만 수돗물은 소독이 이루어져 세균이 없기 때문에 포스트 카본필터로 대체하고 실버카본을 사용을 하지 않아도 무방하다고 봄 실버 카본필터를 장착하는 것보다 더 중요한 것은 정수 된 물이 저장되는 저수탱크를 주기적으로 청결하게 관리해주는 것이 가장 현명한 방법임 |
|
| 이온교환수지 필터 방식 |
이온교환수지는 표면에 코팅 된 이온이 물의 경도를 변화시켜 쎈물을 단물로 연수화 시키는 기능을 함 주로 산업용이나 욕실 연수기에 많이 사용 가정용 정수기에도 일부 사용하는 곳도 있음 경수를 연수화 시켜주면 물이 부드럽고 세재류가 잘 풀어져 목욕물과 빨래 물로 좋고 보일러나 수도관련 기계를 보호 할 수 있음 식수로 바로 사용은 곤란하며 세밀한 정수과정을 거쳐 사용해야 함 |
□ 필터의 교환주기
| 필터 명 | 교환 주기 |
| 침전 (세디멘트) 필터 전처리 (프리) 카본 필터 |
3~6개월 6개월 |
| 중공사막 (UF) 멤브레인 필터 나권형 (CSM) 3구 멤브레인 필터 역삼투 (RO) 멤브레인 필터 |
12~18개월 12~24개월 12~24개월 |
| 후처리 (포스트) 카본 필터 | 9~12개월 |
| 기타·기능성 TCR카본, 실버 카본) 필터 기타·기능성 (파이세라믹)필터 – 후 카본 이전단계에 설치 |
9~12개월 12개월 |
□ 마이크로 필터
초미립 섬유인(Micro Filter) Media를 열융합 공법(Thermal Bonding)으로 제조된 제품
매트릭스 자체의 구멍 크기(pore size)가 외측에서 내측으로 갈수록 미세하게 조직되어
여과 성능이 더욱 우수하며 필터의 수명(life time)이 길어짐
비교적 입자가 큰 (5㎛이상) 모래,먼지,배관 속의 녹을 여과
Carbon Filter와 Membrane Filter 의 수명을 연장 시켜 줌
. 특징
Pure Polypropylene 소재로 구성
Filter 전용 방사로 제사
열융합 공법(Thermal Bonding)으로 제조.
밀도 흉배로(Graded Density)로 이루어져 Depth Filter로서의 긴 수명을 유지
포집량(Dirty Holding Capacity)이 큼
밀도의 고른 분포로 편류(Channel)현상이 없음
중금속, 화학성분(Formaline, Binder etc.)의 Porosity의 극대화 (최고75%)로 압력손실 적음
적층 초기부터 끝까지 Thermal Bonding으로 일체형을 이루어 섬유의 이탈이 없음
Filter Core가 없기 때문에 여과 면적과 여과량의 극대화(Coreless)
□ 카본 (활성탄)
활성탄소는 탄소물질 또는 탄소를 함유한 물질을 탄화 및 고도의 활성화로 생산
구조는 미세공이 잘 발달되고 미세 공간의 통로로 연결되어 있으며
넓은 내부면적(표면적)을 갖고 있는 무정형 탄소의 집합체
극성보다는 비극성 물질의 흡착제임
활성탄소의 흡착성질은 세공의 구조와 표면적에 의하여 이루어지며
표면적은 700 ∼ 1,700㎡/g에 달함
세공반경의 크기에 따라 분류됨
반 경 세 공
Macro pore 1,000∼100,000Å
Transitional pore 20 ∼1,000 Å
Micro pore ∼20 Å
세공은 흡착에 있어서 각각 특징적인 역할을 함
기상흡착에 있어서 흡착질 분자의 각기가 대부분 micro pore에 들어가므로, 흡착용량의 정도를 micro pore가 결정해 줌
. 특징
비극성 흡착제 또는 친수성 흡착제라고 하며 비극성 물질을 선택적으로 흡착
각종의 흡착제 중 최대의 표면적을 갖고 있으며,
흡착에 관하여는 세공 분포에 의하여 피흡착 분자의 형태와 크기가 어느 정도 영향을 받지만 세공분포가 넓기 때문에 확고한 분리효과는 기대하기 어려움
공경이 작은 세공이 풍부하기 때문에 일반적으로 저 농도의 물질을 잘 흡착하며 저 비점 기체성분의 흡착, 미량의 불순물을 가진 액의 처리, 비교적 고온에서의 흡착 등이 유리함
물리적 화학적에 상당히 안정적임
광범위의 용매, 다 종류의 용액 중에서도 사용되면 변화적 관점을 갖지 않음
표면화합물에 의존하는 특성으로서 촉매 또는 촉매담체로 사용됨
활성탄소의 흡착력이 세공에 의하지 않고 세공 중에 다량의 물질을 수용할 수 있는 저장소로서의 역할도 함
□ 중공사막 (UF)
UF 중공사막은 수십에서 수백 나노미터 (nm) 크기의 기공을 가진 기공성 필터
저분자량의 물질과 고분자 및 콜로이드상태 물질의 분리에 적합한 필터
막 표면에 분포하는 무수히 많은 미세기공을 통해 물속의 오염물질을 제거함
UF 중공사막 용도: 가정용 정수기, 산업용 오폐수 처리, 초순수 제조공정, 의료용 인공신장기
일본 정수기의 80% 이상이 UF중공사막을 이용하여 생산, 판매됨
효성 UF 중공사막은 효성중앙연구소에서 자체 개발한 것으로서, 0.03 미크론(㎛) 크기의 오염물질까지 제거할 수 있음
일반세균 및 대장균을 완벽하게 걸러주는 동시에 미네랄 성분을 통과시킴으로써 깨끗한 미네랄워터를 만들어 줌
Polysulfone을 막 구성재질로 사용하여 내약품성, 내열성이 우수
몸에 해로운 모든 부유물과 세균을 제거하고 미네랄은 통과
. 사양
| 항 목 | 사 양 | 조 건 |
| 막 재질 | Polysulfone | |
| 외 경 | 450±20 μm | |
| 내 경 | 270±15 μm | |
| 분획 입자 크기 | < 0.03 μm | 20 ℃, 1 kgf/cm² |
| 순수 투과속도 | 50 l/min·m² | 20 ℃, 1 kgf/cm², 초기유량 |
| 사용 압력 | 0.5~4.0 kgf/cm² | 20~30 ℃ |
| pH 범 위 | 1~14 | |
| 인 장 강 도 | 45 g/fil | 20 ℃, 상대습도 60% |
| 인 장 신 도 | 40% | 20 ℃, 상대습도 60% |
□ 나권형 (한외여과막)
Pore Size가 0.01~0.1㎛
일반세균,대장균 등 인체에 유해한 미생물과 철,녹 등을 제거
미네랄 성분을 통과시켜 인체에 유익한 물을 얻을 수 있음
중공사막(Hollow Fiber Membrane Type)보다 Pore Size 및 분포도가 안정적이고
중공사의 끊어짐 현상과 같은 단점을 해소할 수 있음
재질은 폴리설폰(PSF)이며, 나권형 형태로 모듈화 되어 있으므로
중공사 형태보다 오염에 내성이 높음
. 투과원리
나권형 한외여과막 모듈에 공급된 원액은 feed channel spacer를 통해 막을 빠른 속도로 흘러 가면서 고분자량 물질은 막에 의해 배제되어 농축, 순환되며 저분자량 물질과 물은 막을 통해 투과해 나감
흐름방향에 대하여 투과가 수직으로 이루어지는 Cross-Flow여과 방식으로 운전되기 때문에 막 표면에 오염이 적게 일어나 수투과도가 높고 안정된 Flux를 유지할 수 있음
□ 역삼투막
0.001 ~ 0.0001㎛ 의 기공
오염대상: 물속에 용존 된 유기물, 무기물, 입자상 물질 및 탁도 성분, 세균, 박테리아
멤브레인 표면의 한쪽 끝에서 다른 쪽 끝까지 공급수가 유입되면서 압력에 의한 역삼투 현상을 일으키게 되는 얇은 막으로 오염물질을 98%이상 제거하는 기능을 가짐
. 역삼투 현상
역삼투막은 지지층과 분리기능을 가지는 활성층으로 구성되어 있으며 역삼투 현상을 이용하여 용매와 용질을 분리하는 막
농도차가 있는 두 가지의 용액을 반투막으로 나누어진 수조 또는 용기에 분리해 놓았을 때 일정한 시간이 경과하면 저 농도 용액의 물이 고농도 용액 쪽으로 이동하여 수위에 차이가 생기게 됨
이러한 현상이 "삼투"현상이며 이때 발생하는 수위 차이 만큼의 압력이 "삼투압"임
이러한 상황에서 고농도 용액 쪽에 삼투압 이상의 압력을 가하면 저농도 용액 쪽으로 물이 이동하게 되는데 이것을 "역삼투(Reverse Osmosis)"현상이라고 함
. 특징
생산수량(Permeate flux), 염 제거율(Salt rejection)이 높음
높은 강도를 가지는 엷은 활성층을 가짐
넓은 pH범위에서 화학적으로 안정
막의 수명이 김
물리적으로 미생물에 견디는 힘이 큼
다른 형태에서도 사용될 수 있는 다양성을 가짐
압력, 온도 등의 운전조작 범위가 넓음