오존 소독시설 및 오존의 물리적 특성

오존 소독시설

​개요

​1783년 Van Marum에 의해 발견된 오존(Ozone)은 다른 소독제에 비해 강력한 산화력이 있어 응집 효율 증대 및 난분해성 유기물의 분해가 가능하고 살균, 탈색및 탈취 등에 매우 효과적이며, 페놀, ABS등 기존 수처리공정에서 제거가 곤란한 물질들에 대한 탁월한 제거효과로 적용성이 대단히 넓어 현재 프랑스를 비롯한유럽지역은 물론 미국을 포함한 북미에서도 빠른 속도로 오존처리공정 도입을 추진하고 있고 국내에서도 많은 정수장에서 도입하여 운영하고 있다.
따라서 상수원수의 오염 심화와 오염물질의 다양화 추세, 먹는물 수질기준 강화, 기존 살균소독 방법인 염소처리과정에서 발생하는 유해성 소독부산물(Disinfection By-Products, DBPs) 문제 등 복합적인 수질문제에 대응하는 방안으로 오존처리공정의 이용이 급격히 늘고 있다.

오존처리는 오존의 강력한 산화력을 이용하여 원수 중에 있는 미량 유기물질의 성상을 변화시킨 후, 활성탄에 흡착시켜 제거하는 방법으로 활용할 수 있으며, THM전구물질이나 맛･냄새물질의 제거에 효과적이다.

또한 오존은 살균효과가 우수하여 소량의 접촉에 의해서도 대부분의 세균을 사멸시키며, 염소 살균과는 달리 THM 등의 유기염소계 화합물을 생성시키지 않아대체 살균제로서 많이 고려되고 있다.​

 

특성

 오존의 물리적 특성

​오존은 불소(F2) 다음으로 강력한 산화제로서 수처리에서 원수 중에 존재하는 박테리아와 바이러스 및 다른 물질과의 반응으로 세포막을 파괴시킴으로써 매우유효하게 사멸시킬 수 있다.

분자구조와 전자구조
오존은 산소원자가 3개 결합하여 생긴 분자 O3로 그 주요 물리적, 화학적 성질은 높은 생성에너지에 유래한다.

오존분자는 동일 3원자 분자인 탄산가스와 같은 직선상 구조와는 달리 물이나 아황산가스와 같은 구조로 <그림 9.5>와 같이 결합각이 116°50′± 30′, 원자간 간격이1.278±0.003 A이다.

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물리적 성질
오존은 수용액에서는 불안정하여 비교적 단시간에 분해되며, 20 ℃일 때 30분 미만의 반감기를 갖는다.

오존의 분해속도는 오존의 농도, 불순물의 존재여부, 압력 및 pH에 영향을 받으며, pH가 높으면 분해속도가 빨라는데, pH에 영향을 크게 받는 것은 수산화기(OH-)에 의해 오존이 스스로 분해할 수 있는 특성을 가지기 때문이다.

기체상태의 오존은 미청색, 액체는 흑청색, 고체는 암자색을 띠며 특이한 냄새를 갖는다.

대기 중에 0.01∼0.1 ppm 농도에서도 냄새를 느낄 수 있다. <표9.6>에서는 오존의 물리적 성질을 나타내었다.

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(3) 오존의 광분해
자외∼가시영역의 빛에 의한 오존의 분해는 그 과정에서 활성 화학종을 생성하며 이것을 이용하여 오존의 반응성을 향상시킬 수 있으므로 중요하다.

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오존의 수처리 효과
오존은 각종 병원균의 사멸, 바이러스(Virus)의 불활성화, 산화 및 후처리공정을 효율적으로 수행하기 위한 목적으로 이용되어 왔으며, 소독이나 산화제로의 오존이용은 많이 연구되어 왔다. 이때 분자가 큰 오염물질(예 : Humic Substances)도 오존에 의해 산화될 수 있으며, 소독부산물의 전구물질을 산화시켜 염소소독부산물의 생성을 최소화시킬 수 있다.
입상활성탄이나 모래여과 전에 오존처리를 실시하면 산화반응의 결과, 일부는 생물학적으로 분해 가능한 물질로 변경되어 생물학적으로 활성화될 수 있다.

오존이 최초로 정수처리에 이용된 때는 소독이 주목적이었다. 그러나 오존은 강력한 산화력으로 인해 살균은 물론 각종 유기물 및 무기물의 산화분해 및 응집효과의 증진 등 수처리 효과에 대한 연구가 꾸준히 진행되어 지금은 다양하게 수처리 목적으로 이용 되고 있는데, 현재 정수처리 분야에서 오존을 이용하는 대표적인목적은 다음과 같다.

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(1) 소독 및 조류(algae) 제거
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(2) 무기물질의 산화
     ① 철(Fe) 및 망간(Mn)의 산화
     ② 질소(N) 및 황화합물의 산화

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(3) 유기물질의 산화
     ① 맛, 냄새 유발물질 산화
     ② 페놀화합물 산화
     ③ 농약(살충제) 제거
     ④ 색도 유발물질 제거
     ⑤ THMFP(트리할로메탄생성능), TOXFP(총유기할로겐화합물생성능) 및 염소요구량 감소
     ⑥ 유기물질의 생물분해 능력 증대

(4) 응집능력 향상

​출처 : 환경부 정수처리기준 해설서(2013) 내용 발췌