정수 및 폐수처리에서 오존 미세기포와 초미세기포 기술의 적용 : 리뷰

요약 : 용수 및 폐수 처리는 지속적으로 양이 증가하고 생분해 성이 낮고 색이 높은 유기물과 유해 미생물의 특성 변화로 인해 항상 어려운 과제였습니다.

따라서 재사용 또는 수용 수역으로 배출하기 전에 물에서 이러한 오염 물질을 성공적으로 제거하려면 고급 기술이 필요합니다. 

강력한 산화제 및 소독제 인 오존을 단독으로 또는 고급 산화 과정의 일부로 적용하는 것은 복잡한 운동 반응과 관련된 오존의 질량 전달에 따라 달라집니다. 

마이크로 및 나노 버블 링은 기존의 기포에 비해 기체 용해를 상당히 개선하므로 물질 전달이 가능합니다. 

또한 기포의 붕괴로 인해 수산기 생성을 강화할 수 있습니다. 

차례로 알칼리 및 산성 조건 모두에서 산화 반응을 촉진합니다. 

이 리뷰는 물과 폐수의 정화를위한 마이크로 및 나노 버블 오존 화의 적용에 대한 개요를 제공합니다. 

이전에 고려 된 기술의 단점과 합성 수용액 및 다양한 산업 폐수에 유체 역학적 오존화를 적용하는 방법이 체계적으로 검토됩니다.

그러나 효율적인 물 및 폐수 오존 처리에는 몇 가지 제한 사항이 있습니다.

1) 낮은 오존 용해도와 안정성으로 활용 효율이 낮습니다.
2) 낮은 오존 용해도를 보완하기 위해 과도한 투여 량을 적용합니다. 이것은 높은 오존 처리 비용을 초래합니다.
3) 과도한 투여로 인해 난해성 및 발암 성인 오존 반응의 유해한 부산물 인 브롬산염의 형성.
4) 유기 물질의 비효율적 인 광물 화는 알데히드, 유기산 및 케톤과 같은 부분 산화 생성물의 형성을 유발합니다.
5) 산화시 오존의 선택성으로 인해 암모니아, 살충제, 방향족 화합물, 염소계 용매와 같은 물질은 오존에 의해 쉽게 산화되지 않습니다.

따라서, 물에 대한 오존의 용해도를 높이고, 유기 물질의 신속한 산화를 수행하고, 또한 물과 폐수의 오존 손실을 줄일 수있는 기술이 요구되고있다.

마이크로 나노버블의 이러한 고유 한 물리 화학적 특성은 오존 물질 전달을 증가 시켜서

그 이용률을 높이고 물과 폐수에서 오염 물질의 산화를 향상시킵니다 ( Zheng et al., 2015 ).

오존 이용률을 높이면 공급되는 오존의 양이 감소하고 배출 가스 오존 농도가 낮아 지므로

미사용 오존 처리 장치를 생략하거나 부피를 줄일 수 있습니다 ( Li and Tsuge, 2006 ).

오존에서 생성 된 하이드록실 라디칼의 양이 산화 반응을 결정하는 핵심 요소라고 언급했습니다 (Khuntia et al.2015).

･ OH 라디칼은 오존 자체보다 더 강력한 산화제이며 다양한 유기 화합물과 쉽게 반응합니다 ( Beltran, 2003).
따라서 넓은 pH 대역에서 오존 마이크로 나노버블의 붕괴에 의한 매우 효과적인 수산기 (･ OH) 생성은 유기 분자의

완전한 분해에 기여합니다 ( Takahashi et al., 2007 ; Chu et al., 2008 ).

오존 가스 잠재력에 대한 초기 인식부터 물 및 폐수 처리 계획에 대한 효율적인 적용이 전 세계적으로 지속적으로 개선되었습니다 ( Loeb et al., 2012 ).

본 검토에서는 캐비테이션과 오존 화의 시너지 효과를 수반하는 현재의 오존 화 수준을 다양한 산업에서 발생하는

실제 폐수 처리에 적용하는 것을 체계적으로 개정 하였다.

개정은 물 소독, 유기 및 무기 오염 물질 제거, 탈색 등의 적용 범주에서 수행됩니다.

기포 크기가 감소하면 폐수에 의한 오존 이용률이 낮을 때 미생물 비활성화 정도가 증가한다는 사실을 발견했습니다.
액체 매질에서 오존 기포의 형성, 성장 및 격렬한 붕괴를 포함하는 유체 역학적 캐비테이션 기반 기술은 미생물을 효과적으로

파괴하고 폐수를 소독하는 활성 환경을 생성합니다.
붕괴되는 오존 미세 기포로 인한 하이드 록실 라디칼과 충격파의 형성은 완전한 대장균 비활성화 의 주요 원인으로 논의됩니다

( Sumikura et al., 2007 ; Kobayashi et al., 2011 ).

미세 기포는 점차적으로 크기가 감소하고 이후 붕괴되는 경향이 있으며 내부 가스는 주변 물로 용해됩니다.
일부 미세 기포는 나노 기포 (NB)로 붕괴되고 경질 수소 결합으로 구성된 NB의 계면은 높은 용해를 유지하는 데 도움이되는 NB의 확산 성을 감소시킵니다.
따라서 용해 증가 외에도 나노 버블 오존 화의 자유 라디칼 매개 산화 반응이 박테리아 파괴에 중요한 역할을합니다.
연구에 따르면 유체 역학적 캐비테이션은 대장균의 증식을 줄이는 데 매우 효과적입니다 .

E. coli 의 소독 동역학 관찰은 기존 오존 소독 공정과 비교하여

마이크로 나노버블를 적용하여 더 빠른 감소율, 더 완전한 비활성화, 더 작은 반응기 크기 및

더 낮은 오존 투여 량 요구 사항으로도 확인되었습니다 ( Sumikura et al ., 2007 ).
최근에는 물과 폐수 처리를위한 오존 기반 AOP를 개선하기 위해 미세 및 초 미세 버블 링 기술의 사용이 광범위하게 사용되었습니다.

마이크로 나노버블은 물에서 오존 질량 전달을 향상시켜 유기 화합물의 산화 속도를 높이고 오존 손실을 줄입니다 ( Chu et al., 2008 ; Zheng et al., 2015 ).
오존 가스 용해를 향상시키는 것 외에도 오존 마이크로 나노버블은 산성 및 알칼리성 물 환경에서 유기 분자를 분해하는데

매우 효과적인 하이드록실 라디칼을 효과적으로 생성합니다 (Takahashi 등, 2007 ; Chu et al., 2008 ; Khuntia et al., 2013 ).

유기 물질의 광물 화 외에도 마이크로 나노버블 오존 화는 물 속의 무기물질 제거에도 적용됩니다.
오존 마이크로 나노버블을 사용하여 수용액에서 바람직하지 않은 냄새의 주요 원인인 암모니아를 제거하는 방법을 연구했습니다. Khuntia et al. (2013)
그들은 미세 기포를 이용한 오존 화가 더 빠른 과정이며 암모니아의 생물학적 분해와 달리 더 넓은 범위의 pH에서 적용될 수 있음을 발견했습니다.

또한 지하수에서 발견되는 가장 유독 한 원소 중 하나 인 비소의 산화에 마이크로 나노버블 오존 화를 적용하는 것을 보여주었습니다. Khuntia et al. (2014)
더 독성이 강한 형태 인 As (III)는 오존 미세 기포를 사용하여 파일럿 플랜트에서 광범위한 pH에서 효과적으로 산화되었습니다.
암모니아와 비소 산화 모두에서 오존 마이크로 나노버블에 의한 집중적 인 라디칼 생성은 산성 조건에서 제거를 가능하게했습니다.

산성 환경에서 오존을 포함하는 AOP의 효과가 상당히 제한적이므로 바람직하지 않은 독성 부산물의 생성 가능성과

높은 공정 비용으로 인해 최근 더 효율적인 오존 물질 전달을 가능하게하는 기술이 고려되고 있습니다.
탈색에 대한 AOP의 한계는 일반적으로 운동 반응 인자 pH와 물론 거품의 유체 역학 물질 전달 때문입니다.
이는 마이크로 나노버블 오존화를 사용하여 극복 할 수 있으며, 이는 더 큰 기체-액체 계면 영역, 더 적은 오존 요구량 및 집중적 인

하이드록실 라디칼 생성으로 인해 오존 화 공정의 효율성을 크게 증가시킵니다
 

[출처]
上下水道學會誌 = Journal of Korean Society of Water and Wastewater v.31 no.6, 2017년, pp.481 - 490  

정수 및 폐수처리에서 오존 미세기포와 초미세기포 기술의 적용 : 리뷰

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