Transcript (성백우).

핵심환경기술 개발사업
만족도 높은 먹는 물
< 정수장 효율향상 • 고도처리기술 >
산화/소독 일체형 정수 및 폐수처리를 위한
고효율 오존/AOP 접촉 장치 실용화 기술
발표자: 성백우
만족도 높은 먹는물 실현
먹는물에
대한 불신감
팽배
양질의
먹는물에 대한
국민적
요구증대
정수처리 기술
의 한계
 먹는물의 수질기준 더욱 강화
(2008년 61개 항목 규제, 탁도:0.5 NTU, Cryptosporidium, Giardia,
virus, 내분비계장애물질(1,4-dioxan,dioxin류, 제약물질 등)
 좋은 물에 대한 국민적 요구로 상수도시설 운영에 대한 투명성 강조
 수질 기준에 부합하는 먹는물 생산을 위한 노력
 기존 정수처리 공정 라인에 쉽게 적용 가능한 공정
 고효율 처리 시스템 구축
오존 및 고도산화(AOP) 공정의 도입
오존/AOP 처리공법 적용
 낮은 접촉 효율로 주입오존오존 농도가 증가  초기 투자비용이 높음
오존 공정 도
입의 어려움
 배가스 문제로 현장 적용의 어려움  공정 도입을 회피함
오존접촉장
치 개발 및
AOP 시스템
결합
•좋은물에 대한 국민적 요구증대와 상수도시설운영실태에 대한 정보수요증대 및 다양화
 오존 단독 공정의 한계와 부산물 생성  안전성과 안정성을 보장 어려움
 고효율
오존
이용자동제어
 투자비용
부지
면적의
대폭
감소
•취수원의
수질
또는접촉장치를
유량 변동에 따른
미흡 및및
주로
운전자의
판단에
의한
조작
 오존/AOP 접촉 장치 적용  산화/소독
효율 극대화, 부산물생성 격감
위주
먹는물의 안전성 및 안정성 확보
오존 접촉 기술의 중요성
13%
•오존
보다
•이에
으로
접촉 기술은 발생 및 이용 기술의 발전
상당히 뒤떨어져 있음 (약 30% 수준)
따라 초기투자비용, 시설규모의 증대등
오존의 이용가치가 점차 낮아짐
내분비계 장애물질
(1,4-dioxan,dioxin)
제약물질
•낮은 오존 발생으로도 높은 용존 오존 형성
•초기투자비용 격감
•Compact한 시스템으로 부지면적 격감
•오존이용기술을 최대한 활용 가능
바이러스
맛,냄새 물질
오존발생농도 5%
오존발생기술
크립토, 지아디아
오존접촉(용해)기술
오존이용기술
핵심 기술 요약
- 기술 개요
- 기술 개발 방향 및 기술 수준
- 기대 효과 및 활용 방안
기술 개요- 개발 장치의 모식도
Turbulence Jet-flow Contactor (TJC)
난류분사식 오존 접촉조 + UV광반응기 연계
TJC+UV에 의한 다이옥신,다이옥산 처리 시스템
난류분사식 오존접촉조(TJC+UV광반응기
오존발생장치
기술 개요- 개발 장치의 특징
•
캐비테이션에 의해 형성되는 고속 난류를 이용: 단시간에 고효율로 오존 접촉(용해율 99%이
상) 및 오존/초음파원리에 의해 산화반응을 가속화시킬 수 있는 장점
•
상온 상압 조건에서 운전으로 전력비용이 최소화: 기존 인젝터 용해 기술은 5.0㎏/㎠ 정도의
압력을 요구하기 때문에 설비/유지에 어려움이 따름
•
배 오존 가스의 문제점 해결: 주입된 오존 가스가 고효율로 액상으로 전달되기 때문에 현장
에서 가장 문제가 되는 배 오존 가스가 최소화 됨
•
오존 접촉 시간 (약 90 초)을 최소화: 오존부산물(Bromate등)의 생성 억제 가능
•
오존과 UV의 결합으로 OH 라디칼 생성을 극대화: 오존의 경우 유기물과 선택적으로 반응하
보다 강력 한 산화제인 OH 라디칼을 활용 (1,4다이옥산,다이옥신 등 난분해성 유기물
미생물, EDCs, Pharmaceuticals, Cryptosporidium 등)
기술 개요- TJC SYSTEM의 장점
■ 오존사용율을 1/3 로 줄일 수 있다.
→ 타 오존시스템에 비해 적은 오존 사용
■ 오존가스의 유출이 없어 안전하다.
→ 99%이상의 용해율과 짧은 접촉반응시간, 배오존가스의 완전 제거
■ 설치면적이 기존방식에 비해 1/5 이하로 줄일 수 있다
→ 오존 사용량이 적어 시설장비 및 반응조의 크기가 작아 협소한 장소에도 설치 가능
■ 시설비와 유지관리비를 기존의1/2~1/3 정도 절감시킨다
→ 타 시스템에 비해 1/3의 오존사용, 1/5의 면적감소로 시설비 감소 및
전기사용량 1/2~1/3 감소
■ 종래 오존처리의 수질개선 한계극복과 고도처리의 새로운 지표 제시로 환경문제의
효율적인 개선이 가능하다.
→ BOD, COD 90%이상, 색도, 냄새 제거 및 강력한 산화촉매제인 OH 라디칼 생성을
극대화(기포 발생이 없어 UV 투사율이 100%임)한 고도 산화 처리 가능
■ 기존 처리시설에도 설치 가능하며 처리수질의 개선으로 처리수를 중수도로 사용할 수 있다
타 오존공법과의 특성비교
구
분
1.미국,영국
2. 미국,영국
3.독일
( Jet형)
(산기식)
(혼합형)
4.캐나다
( Ejector수평형)
5.일본
(Ejector 형)
6.미국
(Ejector수직형)
7. 한국
Ejector수직형
장
치
도
방
식
특
성
-기체내에 물의
속도를 가하여,
산탄하는 방식
-미세기포를 발생
-물과 오존을 동시
하 는 산기식을
에 압력을 가하여,
-에젝터가 수평으
로 믹싱하는 방식.
이용한방식.
자동혼합 하는 방식.
- 물량이 많을때 일
부 By-Pass 방식.
-미국,영국 각국에
새로운 방법으로 많
이 선호하고 있다.
-근세기 제일 많이 사
용하고 있는 방법중에
하나이다.
-액체,기체를 와류방
법으로, 믹싱하는 방
법이다.
-수평관로에 설치하여
-공기 공간에 물을
가속하여 물분자 형
식이다.
-용존효율이 40%에
불과하고 용존시간도
길다.
-O.H라디칼 생성량
이 부족하고 전력소
모가 크다
고, 기포형성이 일어나
-비교적 용존시간
이 길고, 속도가
떨어진다.
-경제성 부지 확보,
성능부족, 대기권 공
해등의 문제점이 노
출되었다.
물에 속도 저하, 앞라
인에서 로드가 발생하
-에젝터에서 물은
-에젝터 수직형을 통
내려 가고, 가스는
으로 믹싱하는
하여 기액의 혼합체가
올라가는 역류
방식.
임계관을 빠르게 하강
하는 방식
하는 방식.
-각 대학과 미쯔비시
사에서 쓰는 방법으로
부족한점이 많이 나타
나고 있다.
용해율이 부족하다.
-오존은 용해(전달)시
점에서 기포가 없어야
하나 기포발생이 되어
캐비테이션 현상이 발
생할 소지가 크다.
-에젝터가 수직형
1. 에젝터가 하방에 설
치되어 상압에서
로드가 발생하므로 기
포가 일어난다.
2. 오존이 빨리 탈출한
다.
3. 기포분리 장치가 없
다.
4. UV조사 시간이 맞
지 않는다
5. UV관에 스케일이
끼인다.
6. 전력소모가 크다.
7.용해시간이 15분
~20분으로 길다.
-오존 용해도와 장치
가 이상없이 잘되어
있다.
-그러나 O.H라디칼
발생량이 부족하다.
1.에젝터가 상관에서
하향하며 속도장해와
압력손실이 없다.
2.임계관에서 기포가
발생되지 않는다.
3.기포가 자동으로 분
리된다.
4. UV조사시 유기물과
기포가 없어 조사능력
이 좋다.
5. 오존 용해시간은 10
초~90초로 고농도로
올릴수 있다.
그러므로, O.H라디칼
발생에 많은 장해요소
를 보완하였다.
오존+UV=과산화수소
발생으NO1~NO5 에
이르는 다이옥신류를
100%산화할 수 있는
장치이다.
타 오존공법과의 성능비교
1.미국,영국
2.독일
3.캐나다
4.일본
5.미국
6.옥센텍
구
분
Jet형
산기식
혼합형
Ejector
수평형
Ejector
형
와류식
Ejector
수직형
Ejector
수직형
용존율
70%
40%
50%
40%
40%
50%
75%
99%이상
용해
시간
15분
40분
20분
20분
15분
20분
10분
1.5분
기포
발생
유
유
유
유
유
유
무
무
OH
라디칼
생성율
70%
40%
50%
40%
40%
50%
75%
99%이상
Bromate 제어 전략
Bromate 생성:
오존접촉(용해)기술
(TJC)
f { 오존 농도, 접촉시간, O3/OH* 분율, pH
등}
Br·
O3
WQTC, 2006
OHO2
OH·
이용율
Br-
BrO·
BrOH·
O3
O2
탁월한
소독산화효율
Bromate 생성
오존이용기술
OH-
OBr-
HOBr
pKa=8.9
O3
O3
O2
BrO2
-
규제: 10 μg/L ( 5 μg/L으로강화 예정)
국내 상황: 본 연구팀의 연구결과에 따르면
정수장 오존 도입시 Bromate가
가장 중요한 제어 인자로 확인
Bromate
접촉시간, 오존농도..
O2
BrO3-
기술개발 방향 및 기술 수준
개발 방향
고유의 오존 접촉 시스템
개발 및 최적화
오존/AOP 접촉 장치 개
발 및 현장 적용
 운전 기술 구축
고효율 정수처리 운전에
대한 가이드라인 제시 및
장치의 상용화 기술개발
세계적 수준: 기업화 단계
국내 수준: 개념 정립 단계
세계적 수준: 기업화 단계
국내 수준: 개념 정립 단계
기술 수준
세계적 수준: 기술 안정화
국내 수준: 기업화 단계
기대효과 및 활용방안
 병원성미생물과 각종 유해물질들로부터 안심하고 마실 수 있는 먹는
물의 안전성 보장
 장치의 효과적인 사용 전략에 의한 2차 오염물질 생성 억제
 Compact한 시스템 구성으로 기존 정수처리 라인에 쉽게 설치 가능
 멤브레인/활성탄과 hybrid 시스템 구성 가능
 오존과 자외선등의 친환경적인 산화/소독 기술을 사용
 독자적인 기술력으로 국내 및 해외 시장에 진출국내환경 기술력의
대외적 신뢰도를 높임
 정수처리 분야 이외에도 다양한 환경산업 (하천유지용수확보, 하-폐
수 처리 및 재이용, 중수도 처리)에 널리 이용
기대 성과
- 기술적 측면
- 환경적 측면
- 경제,산업적 측면
기대 성과- 기술적 측면
 고급산화공법 적용 시 상수처리에 유입되는 어떠한 미량의 유해물질과 미생물도 제거
하여 안전한 수돗물을 생산
 차별화된 난류분사식 오존접촉기술의 응용범위를 확대
- 지하수 등에서 검출되어 지하수 이용이 어려웠던 TCE, PCE를 분해
- 하,폐수 처리 및 재이용
- 수처리 외 다른 분야에도 활용 (반도체 및 펄프 공업 등)
 증가된 강력한 산화력으로 오존주입량을 낮춤 (초기설치비용격감)
 오존접촉반응조의 체류시간을 획기적으로 단축
 환경기술(ET) 활용을 통한 고도산화 및 소독 일체형 고도처리 신기술 신 공법 개발
 고도산화 및 소독 일체형 신공법의 설계 및 시공기술 확립
 대체소독공정으로서 고도처리 신공법의 적용성 및 설계․시공기술 확립
 본 신공법의 적용을 통한 처리수의 병원성 미생물, 소독부산물 문제 해결
 고도처리 신공법 및 설계․시공기술의 국산화를 통한 외국기술에 대한 대응력 확보
기대 성과- 환경적 측면
 믿고 마실 수 있는 안전한 먹는물 확보
 정수처리장의 환경 유해 가능 소독제 사용의 지양
 여과공정에 소모되는 여재의 사용량을 감소
 소규모 수처리장에 적용 및 보급: 영세한 기업이나 마을의 수처리 효율을 높여
오염물질 불법 배출에 의한 환경오염을 방지
 재이용 기술 이용 시 물 부족 문제 해결에 이바지 함
 하, 폐수처리 적용 시 하천 수질 개선 및 상수원을 보호 함
기대 성과- 경제, 산업적 측면
 정수처리장에 도입할 경우 오존주입율을 저감하고 활성탄의 필요량이나 교환주기를 연장
하여 오존처리시설의 운전비를 낮춤
 기존 고도정수처리시설이 되어 있는 정수장에 기존설비를 활용하여 적용 할 수 있어
추가되는 공사비가 저렴
 상수 및 하수처리에 적용 시 Side Stream 방식의 오존접촉을 통하여 설비비 및 운전비를
절약
 양질의 수돗물을 생산하여 먹는물 구입등의 2차 소비를 절감
 기존의 외국기술 조합 중심의 처리공법을 탈피한 고도산화 및 소독일체형 고도처리
신공법을 통해 외국기술을 대체함으로써 수입대체 효과
 환경친화적, 안정적, 경제적인 하수처리수 재이용 고도처리 신공법 개발
 재이용 분야 적용을 통한 원수개발비용 및 댐건설 비용 절감
 소독공정시 고도산화와 소독 일체형 공법으로 인한 건설비 및 처리비 절감으로 기타
대체소독공정에 대한 경쟁력 확보
참고자료-
O3/UV 공정을 이용한 1,4-Dioxane의 산화
Degradation of 1,4-dioxane at bubbling and O3 with UV irradiation


O3/UV공정을 이용하여 1,4-Dioxane을 80%이상 분해 시킬 수 있음
추가적인 공기 주입을 통해 오존의 분산도와 접촉시간을 늘려서 분해율을 증가시킬 수 있음
→ 이 수, 강학수, 최재혁. AOP에 의한 1,4-다이옥산의 처리 특성에 관한 연구, J. of Korean
Oil Chemists’ Soc. (2008), Vol. 25, No. 1. pp. 32-40.

Ozone/UV공정을 이용하여 1,4-Dioxane을 효과적으로 제거 할 수 있음
→ Treatment Technologies for 1,4-Dioxane: Fundamentals and Field Applications (EPA
542-R-06-009).
참고자료-
O3/UV 공정을 이용한 1,4-Dioxane의 산화
→ Proceedings of 13th Annual Conference on Ozone Science and Technology in Japan,
2003, Sapporo,Hokkaido.
Table 6.3/p.120
Ozone Reaction Kinetics for Water & Wastewater Systems by Fernando J.Beltran
Lewis Publishers,2004
TJC공정을 이용한 1,4-Dioxane 제거 시스템
정수처리
전처리공정
TJC(O3)+UV
기존 정수
SYSTEM
후처리공정
TJC(O3)+UV
전처리
막분리공정
TJC(O3)+ TJC(O3)/UV
에 의한 산화
산업복합폐수처리
폐수처리방류수
1,4-dioxane
공정폐수
핵심환경기술 개발사업
만족도 높은 먹는 물
< 정수장 효율향상 • 고도처리기술 >