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광촉매 현탁식 UV/TiO₂/H₂O₂ 시스템을 이용한 제주도 매립지 침출수의 분해 제거
강현춘(Hyun Choon Kang),박용이(Yongi Park),김대영(Dae Young Kim),허목(Mok Huh) 한국환경관리학회 2006 環境管理學會誌 Vol.12 No.3
기존 수처리기술로는 처리가 어려운 난분해성 유기물질이 다량 존재하는 제주도의 매립지 침출수를 광촉매와 과산화수소를 결합한 UV/TiO₂/H₂O₂ system으로 분해 제거하였다. 실험에 사용된 폐수는 제주도내에 위치한 위생매립장에서 발생한 원수를 사용하였으며 매립 후 4년에서 5년이 지난 시료로서 하루발생량은 400~500 ㎥이었으며 채취한 시료는 20 ℓ 용기에 가득 담아 teflon tape로 밀봉하고 실험실로 운반하였으며 광촉매반응기는 용량 2L의 원형 Pyrex 재질의 회분식 반응기이며 UV lamp의 오염을 차단하면서 동시에 원하는 자외선 파장을 적절히 투과시키고자 석영관 및 Pyrex관에 Lamp를 넣어 반응기 중앙부에 장착하였다. 광촉매인 TiO₂ 분말은 anatage형(Degussa P-25)을 사용하였으며 과산화수소 등 기타 시약은 특급으로 정제없이 사용하였다. 반응시스템은 기존의 광촉매 고정화기술을 이용한 시스템이 아닌 광촉매를 현탁시킨 상태로 반응을 시켜서 폐수의 흐름과 함께 광촉매가 함께 반응하므로 더 많은 UV가 조사될 수 있도록 하였다. pH는 0.1N NaOH와 0.1N H₂SO₄로 조절하여 사용하였으며 총 반응시간은 1시간으로 분석시료는 일정한 간격으로 반응기의 상층부에서 매회 40m ℓ씩 채취하여 광촉매의 농도, H₂O₂의 농도, pH 등의 조건변화를 주면서 제거효율의 변화를 확인하였다. UV/TiO₂의 경우 촉매량이 증가할수록 분해효율이 증가함을 알 수 있었다. 제거효율을 향상시키기 위한 산화제로서 과산화수소를 사용하는 경우 H₂O₂의 양이 증가할수록 제거율이 증가함을 알 수 있으며 UV/TiO₂의 경우와는 달리 색도의 제거율이 COD와 SS 보다 월등히 높아 2000ppm인 경우 52%의 제거율을 나타내었다. UV/TiO₂, UV/H₂O₂, UV/TiO₂/H₂O₂의 분해제거효율을 직접적으로 비교한 결과 과산화수소와 TiO₂를 동시에 투입한 경우 각각의 경우보다 제거율이 크게 상승한 것을 알 수 있었다. 이는 산화력 증가에 영향을 미치는 광촉매와 산화제가 동시에 작용함으로써 제거효율 상승에 영향을 미치는 것으로 생각되어지며 또한 침출수의 분해과정에서 분해반응에 필요한 hydroxyl radical의 생성에 있어서 UV/TiO₂/H₂O₂ 시스템이 가장 다양한 경로를 제공하였기 때문으로 판단된다. 시간에 대한 분해율의 경우에 초기 10분, 20분에 급격히 농도가 감소하여 지수함수 적으로 감소하는 경향을 나타내었으며 모든 경우에 있어서 COD, SS, 색도의 제거효율은 색도 > SS > COD 순으로 나타났다. The decomposition of Jeju landfill leachate using UV/TiO₂/H₂O₂ of Photocatalytic Suspension Method was studied. In the case of UV/TiO₂, UV/H₂O₂ and UV/TiO₂/H₂O₂, decomposition efficiency was increased as concentration of TiO₂ and H₂O₂ increased, Also, Color concentration was much higher than the COD and SS concentration and revealed 52% decomposition efficiency in case of 2000ppm. Comparison of UV/TiO₂, UV/H₂O₂ and UV/TiO₂/H₂O₂ showed that decomposition efficiency of UV/TiO₂/H₂O₂ reaction was much higher than the UV/TiO₂, UV/H₂O₂ reaction. This was because the system of UV/TiO₂/H₂O₂ gives diverse pathway in hydroxyl radical generation and photocatalyst and oxidants effecting increase of oxidizing influences decomposition efficiency increment.
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