O₃/BAC 공정에서 Peroxone 공정 적용에 따른 잔류 과산화수소 제거 특성

염훈식; 손희종; 서창동; 김상구; 류동춘

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자료유형: 학술저널

저자정보: 염훈식 손희종 서창동 김상구 류동춘

저널정보: 대한환경공학회 대한환경공학회지 대한환경공학회지 제35권 제12호

발행연도: 2013.12

수록면: 889 - 896 (8page)

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수중의 미량 유해물질 제거를 위해 AOP 공정에 대한 관심이 증대되고 있다. 낙동강 하류에 위치한 정수장들은 대부분 O₃/BAC 공정을 채택하여 운전 중에 있으며, AOP 공정의 일종인 peroxone 공정의 적용에 많은 관심을 가지고 있다. 본 연구 에서는 O₃/BAC 공정을 운전 중인 정수장에서 과산화수소를 투입할 경우에 후단의 BAC 공정에서의 잔류 과산화수소의 제거 특성을 biofiltration 공정과 함께 평가하였다. 유입수의 수온 및 과산화수소 농도변화 실험에서 biofilteration 공정은 낮은 수온 에서 유입수 중의 과산화수소 농도가 증가하면 급격히 생물분해능이 저하된 반면, BAC 공정에서는 비교적 안정적인 효율을 유지하였다. 유입수의 수온을 20℃, 과산화수소 투입농도를 300 mg/L로 고정하여 78시간 동안 연속으로 투입한 실험에서 biofilteration 공정은 EBCT 5~15분의 경우 운전 24~71시간 후에는 유입된 과산화수소가 거의 제거되지 않았으나, BAC 공정 에서는 78시간 후의 과산화수소 제거율이 EBCT 5~15분일 때 38%~91%로 나타났다. 또한, 78시간 동안 연속 투입실험 후의 biofilter와 BAC 부착 박테리아들의 생체량과 활성도는 각각 6.0 × 104 CFU/g과 0.54 mg?C/m3?hr 및 0.4 × 108 CFU/g과 1.42 mg?C/m3?hr로 나타나 운전초기에 비해 biofilter에서는 생체량과 활성도가 각각 99%와 72% 감소하였으며, BAC의 경우는 각 각 68%와 53%의 감소율을 나타내었다. BAC 공정에서 생물분해 속도상수(kbio)와 반감기(t1/2)를 조사한 결과, 수온 5℃에서 과산화수소 농도가 10 mg/L에서 300 mg/L로 증가할수록 kbio는 1.173 min-1에서 0.183 min-1으로 감소하였고, t1/2은 0.591 min 에서 3.787 min으로 증가하였다. 수온 25℃의 경우 kbio와 t1/2은 1.510 min-1에서 0.498 min-1 및 0.459 min에서 1.392 min으로 나타나 수온 5℃에 비해 수온이 15℃와 25℃로 상승할 경우 kbio는 각각 1.1배~2.1배 및 1,3배~4.4배 정도 증가하였다. O₃/BAC 공정을 운전 중인 정수장에서 peroxone 공정의 적용을 위해 과산화수소 투입을 고려할 경우, 후단의 BAC 공정에서 잔류 과 산화수소를 효과적으로 제거 가능하였고, 고농도의 과산화수소 유출사고시에는 BAC 공정의 EBCT를 최대한 증가시켜 운전 할 경우 수중의 과산화수소 농도를 최대한 저감시킬 수 있을 것으로 판단된다.

Advanced Oxidation Processes (AOP) have been interested for removing micropollutants in water. Most of water treatment plants (WTPs) located along the lower part of Nakdong River have adopted the O₃/BAC process and have interesting in peroxone process a kind of AOP. This study evaluated the removal characteristics of residual hydrogen peroxide (H₂O₂) combining with the biofiltration process in the next BAC process when the hydrogen peroxide is applied for the WTP operating O₃/BAC process. In the experiment, changing the temperature and the concentration of H₂O₂ of influent, the biofiltration process showed rapidly dropped the biodegradability when the H₂O₂ concentration was increased and lowered water temperature while BAC process maintained relatively stable efficiency. The influent fixed at 20℃ and the concentration of H₂O₂ at 300 mg/L was continuously input for 78 hours. Most of the H₂O₂ in the influent did not remove at the biofiltration process controlled 5 to 15 minutes EBCT condition after 24~71 hours operating time while BAC process controlled 5 to 15 minutes EBCT showed 38~91% removal efficiency condition after 78 hours operating time. Besides, after 78 hours continuously input experiment, the biomass and activity of attached bacterial on the biofilter and BAC were 6.0 × 104 CFU/g, 0.54 mg·C/m3·hr and 0.4 × 108 CFU/g, 1.42 mg·C/m3·hr respectively. These biomass and activity values were decreased 99% and 72% in biofilter and 68% and 53% in BAC compared with initial condition. The biodegradation rate constant (kbio) and half-life (t1/2) in BAC were decreased from 1.173 min-1 to 0.183 min-1 and 0.591 min to 3.787 min respectively according to increasing the H₂O₂ concentration from 10 mg/L to 300 mg/L at 5℃ water temperature and the kbio and t1/2 were 1.510 min-1 to 0.498 min-1 and 0.459 min to 1.392 min at 25℃ water temperature. By increasing the water temperature from 5℃ to 15℃ or 25℃, the kbio were increased 1.1~2.1 times and 1.3~4.4 times. If a water treatment plant operating O₃/BAC process is considering the hydrogen peroxide for the peroxone process, post BAC could effectively decrease the residual H₂O₂, moreover, in case of spilling the H₂O₂ into the water process line, these spilled H₂O₂ concentration can be able to decrease by increasing the EBCT at the BAC process.

#부착 박테리아 #생물분해 #오존/생물활성탄 공정 #잔류 과산화수소 #Attached Bacteria #Biodegradation #Ozone/BAC Process #Peroxone 공정 #Peroxone Process #Residual Hydrogen Peroxide

참고문헌 (25)

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1. [학술지(정기간행물)] - Bandala, E. R. / 2008 / Photocatalytic decolourisation of synthetic and real textile wastewater containing benzidine-based azo dyes / Chem. Eng. Proc. 47 : 169 ~ 176

2. [학술지(정기간행물)] - Lin, A. Y. C. / 2008 / Pharmaceutical contamination in residual, industrial, and agricultural waste streams: risk to aqueous environments in Taiwan / Chemosphere 74 : 131 ~ 141

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4. [학술지(정기간행물)] - Klavarioti, M. / 2009 / Removal of residual pharmaceuticals from aqueous system by advanced oxidation processes / Environ. Int. 35 : 402 ~ 417

5. [학술지(정기간행물)] - 손희종 / 2006 / 오존과 활성탄 공정에서의 1,4-Dioxane 제거 특성 / 대한환경공학회지 28 (12)

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