물 재사용에 쓰이는 오존 생물 여과의 원리

물 재사용에 쓰이는 오존 생물 여과의 원리

식수 공급 전문가는 인구 증가, 가뭄, 지하수 및 지표수 공급 감소로 인해 인류는 계속 어려움을 겪을 것이라고 예상합니다. 초반에는 지속 가능한 물 공급 문제에 대한 해결책이 없었습니다.

 

다행히 현재의 기술은 해당 우려를 해소할 수 있는 능력을 갖추고 있습니다. 전 세계적으로 식수는 일반적으로 지하수 또는 지표수 공급원에서 공급됩니다.

 

미국의 텍사스, 애리조나, 뉴 멕시코 및 캘리포니아를 포함한 여러 주에서는 인구 증가와 긴 가뭄으로 인해 엄청난 물 부족 스트레스를 받고 있습니다.

 

지속 가능한 물 공급을 위해 새로운 식수 공급원을 찾고 있습니다. 하나의 새로운 원천은 계획된 식수 재사용이며, 그동안 식수 공급에 처리된 폐수를 보충합니다. 

 

식수 재사용의 기술중 하나인 오존 생물 여과는 어떤 원리인지 조사해보았습니다. 상세한 내용은 아래와 같습니다.

 

 

식용 재사용을 위한 전통적인 치료 접근법은 치료 목표를 달성하기 위해 역삼투 멤브레인을 통합했습니다.

 

효과적이기는 하지만 RO 기반 처리 시스템은 에너지 수요가 높고 폐기, 추가 처리 또는 부피 감소를 통해 관리해야 하는 염수 배출 스트림을 생성합니다.

 

RO의 필요성을 최소화하거나 제거하는 고급 처리 프로세스가 인기를 얻고 있으며 파일럿 및 데모 규모 프로젝트에서 검증됐습니다. 오존 기술 개발은 이러한 확립된 수처리 기술에 대한 새로운 응용을 열었습니다.

 

이러한 변화의 원동력은 Giardia 및 Cryptosporidium 낭종과 같은 새롭고 소독에 강한 미생물의 식별과 이러한 미생물의 섭취 위험으로부터 공중 보건을 보호하기 위해 고안된 정책 및 규정이었습니다.

 

또한, 염소화 과정에서 생성되는 할로겐화 소독 부산물의 형성을 방지하거나 최소화하려는 욕구는 오존 사용에 대한 새로운 관심을 불러일으켰습니다.

 

오존과 자외선 UV의 효과

 

 

오존과 과산화수소 또는 자외선 UV 방사선의 조합은 지하수에 존재하는 많은 오염 물질을 없앨 수 있습니다. 초기에 오존의 수처리 용도는 식수 식물의 소독으로 시작되었습니다.

 

지하수에서 철, 망간, 황화물, 사이안화물 및 아질산염뿐만 아니라 페놀과 같은 인공 유기 화합물과 산업 폐기물로 배출되는 일부 살충제, 부식질 및 유기물의 산화를 포함하여 음용의 물에서 오존에 대한 기타 산화 응용 분야가 개발되었습니다.

 

최근에는 응고 보조 및 미세 응집을 위해 소량의 오존을 사용하고 생분해성을 높이기 위해 유기 오염물의 부분 산화를 위해 약간 더 많은 양을 사용하는 것이 개발되었습니다.

 

입상 활성탄 GAC 과 같은 매체를 통한 여과로 오존화한 후 GAC에서 바이오 매스를 개발하여 부분적으로 산화된 용해된 유기 물질의 최대 45%를 이산화탄소와 물로 전환합니다.

 

오존 생물 여과 과정

 

"오존 생물 여과"라고 알려진 이 과정은 지난 30년 동안 개발되어 왔습니다. 오존 생물 여과 후 안정된 잔류물을 제공하기 위해 일반적으로 소량의 염소 또는 클로라민이 첨가됩니다.

 

대부분의 유기 부산물은 화합물보다 더 많은 산소를 포함합니다. 따라서 일반적으로 시작 물질보다 독성이 적고 쉽게 생분해됩니다.

 

물에 첨가된 강한 산화제인 염소, 이산화염소, 오존에 의해 생성되는 유기 부산물에는 유기산, 알데히드, 케톤, 알코올, 알데히드 산, 케 토산, 알코올 산 등이 포함됩니다.

 

산화에 대한 오존의 장점 유기물 염소 위에 오존 따라서, 강력한 산화제가 다 되고 염소 및보다 산화된 유기물의 형태보다 높은 양이 산화된 유기물이 쉽게 됩니다.

 

잔류 염소가 존재하면 바이오 매스가 효과적으로 형성될 수 없으므로 염소 산화 유기물의 광물 화가 일어나지 않습니다.

 

오존화 과정에서 천연 휴믹형 전구체에서 생성되는 유기 산화 부산물이 오존에 부정적인 요인으로 보일 수 있지만 실제로는 이점입니다.

 

천연 유기물의 오존화 과정에서 생성된 산화 된 유기물은 휴믹보다 분자 구조가 더 간단합니다. 이러한 단순한 유기물은 바이오 필터를 통과하는 동안 생화학적으로 쉽게 광물화됩니다.

 

이러한 산화로 생성된 단순 유기 화합물이 용액에서 제거되면 생물 여과된 물의 염소 요구량은 오존화 및 생물 여과 이전의 물보다 낮습니다.

 

오존 처리할 물에 브롬화 이온이 존재하면 하이포 브로 마이트 이온 -OBr과 하이포 브로 마이트 산 HOBr이 형성됩니다. HOBr은 다양한 유형의 브롬화 유기물을 생산할 수 있는 브롬입니다.

 

브로마이드 이온이 포함된 물을 염소화하는 동안 혼합된 브로 모 클로로 유기물과 염소를 포함하지 않는 브로 모-유기물. 브로마이드 이온을 포함하는 물의 오존화 동안 형성된 HOBr은 트 리브로 모 아세트산과 같은 브롬화 유기물을 생성할 수 있습니다.

 

그러나 현재까지 고농도의 브롬화 이온을 포함하는 일부 오존수에서 극미량의 브로 모폼만이 확인되었습니다.

 

오존을 사용하게 되면 지켜야 하는 수면 수처리 규칙

 

 

오존이 존재하는 경우 –OBr은 추가로 브롬산염 이온으로 산화될 수 있습니다. BrO3–은 특정 실험실 실험동물에 발암성이 있는 것으로 확인되었습니다. 따라서 BrO3–은 가능한 인간 발암 물질로 규제되고 있습니다.

 

수면 수처리 규칙에 BrO3- 수처리 설비는 브로마이드 이온을 함유하고, 더 브로마이드 이온이 포함 그 안에서 특히 pH가 6.5보다 클 때 오존화 과정에서 더 많은 브롬산염 이온이 생성될 수 있습니다.

 

따라서 물에 중요합니다. BrO3– 원수에 브로마이드 이온이 포함되어 있을 때 오존 처리 중에 생성될 수 있으며 특정 pH 조건 및 오존 요구 물질에서 생성될 수 있습니다.

 

오존은 브로마이드 이온을 HOBr과 -OBr의 혼합물로 빠르게 산화시킵니다. 그러나 오존화는 pH가 6.5 이상인 경우 –OBr을 추가로 브롬화 이온으로 천천히 산화시킬 수 있습니다.

 

pH 6.5에서는 –OBr이 존재할 수 없으며 브롬산염 이온의 오존 형성이 급격히 감소하거나 심지어 제거됩니다.

 

음용수를 오존으로 처리할 때 브롬산염 형성이 잠재적인 문제면 브롬산염 형성을 최소화하거나 제거하는 한 가지 기술은 pH 6.5 이하에서 오존화를 수행한 다음 처리 후반 단계에서 pH를 높이는 것입니다.

 

오존화 중에 브롬산염 형성을 최소화하는 또 다른 기술은 잔류 오존 수준을 최소화하기 위해 오존화 조건을 조정하는 것입니다. 이러한 방식으로 다른 수질 오염 물질은 오존에 대해 –OBr보다 효과적입니다.

 

브롬산 이온의 오존 생성을 최소화하는 세 번째 기술은 오존화 전에 물에 미량의 암모니아를 첨가하는 것입니다. HOBr이 오존화 과정에서 생성되면 첨가된 암모니아와 즉시 반응하여 모노 브로마민을 생성합니다.

 

이는 오존에 의해 훨씬 더 천천히 산화되어 다시 브롬화물 이온을 생성합니다.

 

복잡한 화학 용어가 나오지만, 오존을 통해 생물학적 분해로 접근한 설명을 제가 조사하여 정리를 해보았습니다. 상세한 원리는 논문을 찾아서 보는 게 더 낫겠다는 생각을 하게 되었습니다.

 

하지만 이런 생물학적 분해의 원리는 물 재사용에 필수적인 요건임을 알았습니다.