염소 및 브롬 산화제 자외선 광분해 수처리에서의 산화 효율 및 소독부산물 생성 특성 파악 = Oxidation efficiency and inorganic oxyhalide by-product formation during UV photolysis of chlorine and bromine species in water

국문 초록 (Abstract)

조류독소, 의약물질, 내분비계 교란물질 등의 신종오염물질을 처리하기 위하여 라디칼을 발생시킬 수 있는 고도산화공정이 연구 및 사용되고 있다. 본 연구에서는 수처리에서 유리 염소 및 브롬 산화제의 (HOX 및 OX-, X = Cl 또는 Br) UV_254nm 광분해 동안 산화제 분해 속도 및 ^ㆍOH, X^ㆍ, XO₃^-의 생성 수율을 조사하였다. 라디칼 생성에 대한 산화제의 고유 양자 수율은 라디칼 소거제인 삼차 부틸 알코올 존재 하에서의 포름알데하이드 형성 분석 및 모델 피팅을 통하여, HOCl, OCl^-, HOBr, OBr^-에 대해 각각 0.61, 0.45, 0.32, 0.43으로 결정되었다. HOCl과 OCl^- 광분해에서의 비교적 작은 라디칼 발생 속도의 차이는 (약 1.5배) 나이트로벤젠의 제거속도로 파악한 23배 이상의 ^ㆍOH 정상상태농도 ([^ㆍOH]_ss) 차이를 완전히 설명하지 못하지만, 이는 상대적으로 느린 ^ㆍOH와 HOCl의 반응속도 차이, 즉 라디칼 소거 효과의 차이로 설명할 수 있다. 라디칼 소거 효과를 결정하는 속도상수k_OH,HOCl 값은 경쟁 반응속도법을 사용하여 1.4(±0.2)×10⁸ M^-1s^-1로 측정되었으며, 이는 같은 방법으로 측정한 ^ㆍOH 와 OCl-의 반응 (k_OH,OCl- = 2.0(±0.5)×10⁹ M^-1s^-1) 에 비하여 약 14배 낮은 값을 가짐으로 UV/HOCl 시스템에서의 높은 산화 효율 ([^ㆍOH]_ss) 을 잘 설명한다. XO₃^- 형성에 대한 겉보기 양자 수율은 HOCl, OCl^-, HOBr, OBr^-에 대해 각각 0.23, 0.19, 0.12, 0.18로 측정되었으며, 삼차 부틸 알코올 첨가 시 염소와 ^ㆍOH 반응속도의 차이로 인하여 UV/OCl^- 에 비해 UV/HOCl 시스템에서의 ClO₃^- 형성이 더욱 효과적으로 억제되었다. 본 연구에서 결정된 새로운 광화학·동역학 인자 및 기존문헌에 보고된 반응에 기초하여 동역학 모델을 구축하였다. 이를 활용하여 UV/염소 및 UV/브롬 시스템에서 라디칼 생성, 산화효율 및 XO₃^- 형성을 시뮬레이션 하였으며, XO₃^- 의 생성 경로를 파악하였다.