오존 마이크로버블을 이용한 수처리 / 살균원리 및 효과 #OH라디칼 #오투버블

 

 

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오존 마이크로버블을 이용한 수처리

 

 

 

오존은 높은 산화력으로 유,무기화합물을 산화분해합니다.

오존을 수처리에 이용한 것은 유럽에서는 100년이상의 역사를 가지고 있으나 우리나라에서는 1990년 이후에

적용하기 시작하였으며 폐수처리, 토양세척, 살균 등 다양한 분야의 처리 공정에 적용되고 있습니다.

 

 

 

현재 사용 중인 일반적인 산기방식은 기포의 크기가 커서 수중의 오존 전달효율이 낮지만,

마이크로버블을 이용한 방법은 기존 산기방식에 비해, 기포의 크기가 작아 수중체류시간이 길어

액체와의 접촉시간이 길기 때문에 오존 전달효율이 좋아 효과적입니다.

 

마이크로버블에 오존을 주입함으로서

높은 오존의 용해 효율과 오존에 의한 산화 효율을 얻을 수 있습니다.

 

 

오존의 산화환원전위는 불소 다음으로 높아

수중의 처리대상물을 분해하는 시간이 비교적 짧습니다.

 

용존된 오존의 반감기는 상온에서 20분내외로 이후 산소로 분해되며,

처리후의 pH에는 거의 영향을 받지 않고

무기염 농도의 상승, 슬러지발생, 유기염소 혼합물의 생성과 같은 2차 오염이 없습니다.

 

 

오존은 수산기에 의해 분해가 시작되어 중간물질로 하이드록실라디칼과 수퍼옥사이드 라디칼,

오존나이드라디칼의 경로를 거처 OH라디칼을 생성하게 됩니다.

 

이 OH라디컬의 전위차는 3.06V로 오존의 전위차인 2.08V보다 높아서

거의 모든 유무기물과 매우 빠른 속도로 반응하는 특징이 있습니다.

 

오존산화시 유무기물이 제거되는 경로는 오존분자에 의해 직접 제거되는 경로와,

OH라디칼에 의해 분해되는 경로가 있습니다.

 

OH라디칼에 의해 분해되는 무기물은 용존된 철, 망간 암모니아, 시안 등등이 있으며

유기물로는 맛, 냄새 유발물질, 페놀류, 농약류 등이 있습니다.

불특정 유기물로서의 색도,미생물의 분해를 증진하며 트리할로메탄, 총유기할로겐물질의 제거에도 기여합니다.

 

 

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오존의 살균원리 및 효과

 

 

오존은 현재까지 가장 광범위하게 사용되고 있는 염소보다 더 강력한 살균력을 갖는 소독제로서

내성이 있는 균들을 포함한 많은 수의 미생물들에게 효과적이다. 

 

 

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1) 바이러스· 세균 살균

살균을 다른말로 바이러스의 불활성화라고도 부른다. 이러한 말은 바이러스가 생존이 불가능하고

증식할 수 없는 상태를 말하는데 세균이 어떠한 상태에서 생존이 불가능한 형태로 되는가 하는 것은 크게 4가지로 볼 수 있다.

 

(a) 효소의 변성으로 인하여 균체의 대사 및 합성이 불가능하게 된다.

(b)세포막의 손상으로 인하여 세포막의 투과성이 변화하여 세포내에서 Ca2+와 Mg2+. RNA등이 누출된다.

(c) RNA와 리보소옴단백질이 분해된다.

(d) 염색체 또는 그 구성물질인 DNA가 손상된다.

 

 

2) 오존의 미생물 처리효과

미생물 종류	오존 농도 (ppm)	미생물 농도 (/ml)	온도 (℃)	pH	접촉시간 (초)	사멸율 (%)
대장균	0.95	105celle	21.0	7.0	5초	100
포도상구균	1.08	105celle	21.0	7.0	5초	100
녹농균	1.08	105celle	21.0	7.0	5초	100
크로스토륨	0.96	105celle	21.0	7.0	5초	100
인플루엔자	0.96	105-3EID50	21.0	7.0	5초	100
계(鷄)뇌척수 수염바이러스	0.72	102-9EID50	21.0	7.0	5초	100
견(犬)전염성 간염바이러스	1.20	101-5EID50	21.0	7.0	5초	100
견(犬)바부루바 바이러스	0.96	102-5TCID50	21.0	7.0	5초	100
계(鷄)콕시디	1.92	약 3×105celle	20.0	7.0	30초	100
곰팡이 (aspergillus niger)	0.3~0.5	106celle	20.0	6.5	19초	99.9
Saccharomycescerevistae	0.3~0.5	106celle	20.0	6.5	90초	99.9
Bacillus subtilisspore	0.3~0.5	106celle	20.0	6.5	30초	99.9

 

 

3)오존의 품목별 제거

 

구분	오존투입율 (ppm)	제거효과 (%)	접촉시간 (분)
살균	1.0 ~ 3.0	90 ~ 99	5분 이상
탈색	2.5 ~ 3.5	90 ~ 99	5분 이상
탈취, 탈미	1.0 ~ 2.5	80	1분 이상
철, 망간	0.5 ~ 2.0	90	1분 이상
유기물	1.0 ~ 3.0	40	5분 이상
페놀	1.0 ~ 3.0	95	10분 이상
시안	2.0 ~ 4.0	90	3분 이상
ABS	2.0 ~ 3.0	95	10분 이상

 

 

4)물질별 산화력 비교표

 

물질명	반응과정	산화전위
불소	F₂  + 2e- → 2F	2.87
오존	O³ + 2H+ + 2e- → O² + H₂ O	2.07
과산화수소	H₂ O² + 2H- + 2e- → 2H₂ O	1.77
과망간산염	MnO⁴ + 4H- + 3e- → MnO⁴ + 2H₂ O	1.67
하이포브롬산	BrO² + 4H- + e - → 1/2Br₂  + 2H₂ O	1.59
이산화염소	ClO² + e - → ClO²	1.50
차아염소산	HoCl + H - + 2e- → Cl + H₂ O	1.49
염소	Cl₂ + 2e- → 2Cl	1.36
보륨	Br₂  + 2e- → 2Br	1.09
요오드	I₂ + 2e- → 2I	0.54

 

 

 

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오존의 무기 및 유기화합물 분해력

 

오존은 오염된 물의 유해한 유기물질을 산화시키는데 널리 사용되고있다.

강력한 산화제로서 오존은 무기물을 가장 높은 단계의 산화상태로 산화시킬 수 있으며

일부 유기물을 이산화탄소와 물로 산화시킬 수 있다.

 

(1) 무기화합물 분해력

 

철, 이온, 망간이온은 단지 오존을 폭기 하기만 하여도 산화, 제거되지만

아민등과 - 13 - 착체를 만든 상태에선, 산화력이 강한 것이 아니면 처리되지 않는다.

 

상수의 정화에 있어서 오존은 여러 단계에서 이용되는데

특히 오존 전처리의 효과로 용존산소의 공급, 철ㆍ망간의 산화, 유기물 부분 산화가 알려졌는데,

철ㆍ망간의 산화물은 모래 및 활성탄에 의한 여과의 과정에서 제거된다

 

 

(2) 유기화합물 분해력

 

용수, 냉각수, 배수계 등 물 사용 환경에서는 생물장해에 대해,

오존은 강력한 살균효과ㆍ박리효과를 나타내고

오존수용액 또는 오존화공기와 물과의 혼합에서 사용하면

오존의 산화작용과 동시에 기포에 의한 표면세정효과도 얻어지고

사용 후 수중에 독성이 남지않는다는 특징 때문에 넓은 사용범위가 생각될 수 있다.

 

 

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다양한 설치사례

 

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