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수산화라디칼 소모인자를 이용한 자외선, 과산화수소공정의 효율적인 운전 조건도출
김선백(Seon Baek Kim),권민환(Min Hwan Kwon),윤여준(Yeo Joon Yoon),정유미(You Mi Jung),황태문(Tae Mun Hwang),강준원(Joon Wun Kang) 大韓環境工學會 2014 대한환경공학회지 Vol.36 No.8
본 논문은 먹는물 처리공정에 적합한 고도산화공정 중 하나인 자외선/과산화수소공정의 효율적인 운전을 위한 최적운전 조건을 도출하는 방법을 연구하였다. 자외선/과산화수소 공정에서 대상물질의 제거효율을 예측하고 그에 따른 운전조건을 도출하기 위한 핵심 인자인 수산화라디칼 소모인자를 보다 쉽고 빠르게 측정하기 위해 새로운 지표물질인 로다민 비 (Rhodamin B, RhB)를 선정하여 검증하였다. 그 결과, 기존 지표물질인 para-Chlorobenzoic acid (pCBA)와 비교해 약 1.1% 이하의 오차율로 높은 신뢰성을 가진 것을 확인하였다. 검증된 RhB를 이용하여 측정한 수산화라디칼 소모인자 및 모델링을 통해 대상물질(Ibuprofen)의 제거효율 예측 가능성을 평가한 결과, 실제 실험값과 평균 오차율 약 5% 내외로 거의 일치하였다. 약 8개월간의 자외선/과산화수소공정 파일럿 플랜트 유입수의 수산화라디칼 소모인자 모니터링 결과, 최대 두 배 정도의 차이로 크게 변화하였다. 이 차이는 미량오염물질 중 하나인 Caffeine의 목표 제거율을 만족하기 위한 자외선 에너지를 약 1.7배 증가시켜야 할 정도로 큰 값이다. 이상의 결과를 통해 자외선/과산화수소 공정을 안전하고 효율적으로 운전하기 위해서는 수산화라디칼 소모인자의 측정이 매우 중요하며, 측정된 소모인자, 자외선 흡광도(A₂54), 대상물질의 정보만 입력하면 자외선/과산화수소 공정을 쉽게 제어할 수 있음을 확인하였다. This study investigated a method to determine an efficient operating condition for the UV/H₂O₂ process. The OH radical scavenging factor is the most important factor to predict the removal efficiency of the target compound and determine the operating condition of the UV/H₂O₂ process. To rapidly and simply measure the scavenging factor, Rhodamine B (RhB) was selected as a probe compound. Its reliability was verified by comparing it with a typical probe compound (para-chlorobenzoic acid, pCBA); the difference between RhB and pCBA was only 1.1%. In a prediction test for the removal of Ibuprofen, the RhB method also shows a high reliability with an error rate of about 5% between the experimental result and the model prediction using the measured scavenging factor. In the monitoring result, the scavenging factor in the influent water of the UV/H₂O₂ pilot plant was changed up to 200% for about 8 months, suggesting that the required UV dose could be increased about 1.7 times to achieve 90% caffeine removal. These results show the importance of the scavenging factor measurement in the UV/H₂O₂ process, and the operating condition could simply be determined from the scavenging factor, absorbance, and information pertaining to the target compound.
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