스마트계측기[blog]

먹는물의 수질기준(제2조 관련)

셀레늄, 수은, 시안 먹는물 수질기준 및 제거법

6가크롬, 암모니아성 질소, 질산성 질소, 카드뮴, 페놀 먹는물 수질기준 및 제거법

총트리 할로메탄,다이아지논, 파라티온, 말라티온, 페니트로티온 먹는물 수질기준 및 제거법 

카바릴, 트리 클로로에탄, 테트라클로 로에틸렌, 트리클로로 에틸렌 먹는물 수질기준 및 제거법

디클로로 메탄,벤 젠,톨루엔,에틸벤젠,크실렌,디클로 로에틸렌,사염화탄소,경 도,과망간산칼 륨소비량 먹는물 수질기준 및 제거법

동, 색도, 세제, 수소이온 농도(pH),아연(Zn) 먹는물 수질기준 및 제거법

염소이온, 증발잔류물, 철, 망간(Mn), 탁도, 황산이온, 알루미늄 먹는물 수질기준 및 제거법

압력의 측정

압력계라고 하는 것은 주로  유체 압력을 측정하는 것에  사용되어지는 계기의 총칭으로서 대기의 압력 측정에 사용되는 기압계외에 여러 종류의압력계 즉, 액체 압력계 탄성 압력계, 분동식 압력계등이 있으며, 특히 고압에 대해서는 기체압력계, 전기저항 압력계등이 있으며, 저압에는 진공계, 압력차를 검출하는 차압계, 미압에 대해서는 미압계등이 있다. 
 

초기의 압력계로는 U자관형 압력계(액주형 압력계)가 이용 되었으며, 압력의 절대 기준으로는 지금도 사용되고 있는 수은주형이 대부분이었다. 
하지만 액주형 압력계는 압력의 변화에는 민감하나, 제작상 문제점으로 인해 원거리간 전송기구의 부착에 어려움, 측정치의 원격 지시, 전송의  문제, 기계적으로  약하고 취급상 문제로 기계적 기구가 부착된 압력계가 19세기부터 연구되기 시작하여 19세기 중엽 부르돈과 샤퍼에 의해  고안된 압력계가 현재의 압력계의 기본형식으로 사용되고 있다. 

부르돈의 압력계는 금속관의 굴곡을 이용하였고, 샤퍼의 압력계는 금속박판의 변형을 이용한 것이었다. 

최근의 압력계를 크게 구분하면 압력을 측정하는 장치, 예를들면 액주형 마노메타, 분동식 압력계, 탄성식 압력계등을 들수 있으며, 또다른  하나는 압력변환기로서 역학적 변환요소로 쓰는 부르돈관, 다이아프램, 벨로우즈등이 있고, 전기적 변환요소인 스트레인게이지, 전기용량형,  압전형, 인덕턴스형, 전위 차계형 등이 있다.  

액주식 압력계 
    
일반적으로 투명 Glass 관을 이용하여 Glass관 내부를 액체로 충진시키고  미지 압력을 가하게 되면, 관내부 액의  Level 이 변화하고 이 변화된

액의 위치를 측정함으로 압력을 구하는 압력계이다.  

임의 관경  Glass관 내부 단면적상에 임의 높이의 액주가 있다면, 액주 저면에 작용하는 힘은 단면적당 받는 힘(F)에 의해 다음과 같다. 

 
    P = F/A = W/A = mg/A = ρ.V.g/A. = ρ.A.h.g/A = ρ.h.g [Pa] 
 

위식에서 ρ.g가 측정중에 일정하다면  압력 P와  액주 높이 h와는 비례관계를 가지므로 압력은 액주의 높이를 정확히 측정하므로 가능하다. 
일반적으로 실용화 되어 있는 것으로  U자관형, 단관형, 경사관형이 있다. 
구조는 다른 압력계에 비해 간단하고 구조적인 오차 발생이 적고, 고장이 적으며, 정확성이 높은 장점이 있다.  

그러나 온도의 영향을 민감하게 받고, 액체와 유리관벽의 오염에 따른 오차의 발생, 측정범위의 제약이 있다. 

 
액주형 압력계에 사용할 액체를 선정하고자 할 때，고려 사항은 다음과 같다. 

 
  ① 측정범위와 측정 정밀도에 적합한 밀도를 가지는 액체 
  ② 점도가 낮고, 유리관에 달라붙지 않는 액체 
  ③ 증발하기 어려운 액체 
  ④ 온도 변화에 따른 밀도의 변화가 작은 액체 
  ⑤ 냄새나 독성이 없고 관을 부식시키지 않는 액체 
  ⑥ 액면측정이 용이한 액체  

액주의 높이를 측정하고자 할때, 액체 물질에 따라 읽는방법이 서로 다르므로 액면을 측정할때 주의를 요한다.  

수은은 액면이 위로 볼록하고 물이나 기름은 액면의 경계선이 아래로 오목한 상태가 된다.  

따라서  수은을 읽을 때는 액면의 위를 읽고, 물이나 기름은 아래 오목한 부분을 읽어야 오차를 줄일수 있다. 

Epoxy,PVC,CPVC,ABS,PU,PE,PP 각종 전극들의 BODY 재질별 특징

(1) Epoxy   

  :  내후성, 내부식성이 풍부한 플라스틱, 대부분의 수지에는 융통성(flexibility)이 있다.  

     대표적인 사용예는 표면을 보호하는 코오팅(coating), 나무, 금속, 유리, 도기, 고무의 접착제로도 사용되며 화이버 글래스(fiber  glass)와  

     혼합, 다양한 강화플라스틱 제품을 만들고 있다.  

     플라스틱의 일종으로 굳은 콘크리트를 서로 접착시키고, 또 골재와 혼합해서 고급의 콘크리트가 되는 액체임. 

(2) PVC (Polyvinyl Chloride) 

  : 염소 및 에치렌의 합성에 의해 얻을 수 있는 염화비닐모노머를 중합한 열가소성 플라스틱. 

    화학약품 탱크, 도금 산업기계, 반도체장비 및 자동화 라인등에 사용, 일반적인 사용가능 온도는 65˚ 내외.

(3) CPVC (염화합성수지) (Chlorinated Polyvinyl Chloride)

  : CPVC란 기존의 PVC에 염화반응을 일으켜 물성을 향상시킨 것으로 1958년 미국의 BF Goodrich에서 발명됐으며, 일반 PVC에 비해 내열성,  

    내압성, 기계적 강도, 화학적 성질 등을 획기적으로 개선시킨 수지로 현재 각종 산업 및 건설 분야에서 광범위하게 사용되고 있다.  

    일반적인 사용가능 온도는 80˚ 내외.  

(4) ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene copolymer]

  : 아크릴로니트릴, 부타디렌, 스티렌의 세가지 다른 단위체가 합쳐진 제품, 전기용품, 문구,완구,인테리어용 사용   

(5) PU (우레탄) (Poly-Urethane)

  : 성형이 자유롭고 경도가 20˚~120˚까지 다양, 탄성과 진동흡수성, 산화나 노화 저항성이 뛰어남.   

(6) PE (Poly Ethylene)

  : 플라스틱중에서 최경량이며 염가인 재료, 공업용 재료에서 일용 잡화에 이르기까지 무독성으로 식품, 음료, 제약 공업기계 용도에 사용 

    에틸렌을 중합시켜서 얻은 유백색의 불투명 내지는 반투명의 열가소성 수지로서 비중은 1보다 작다.  이 수지는 영국의 F.W.FAWCETT에 의해 처음 

    합성되어 1933년 ICI사에 의해 공업화 되었다. 이 수지는 중합법에 따라 얻어지는 폴리에틸렌도 성질이 다르므로 고압법(ICI법), 중앙법(필립스법), 

    저압법(치클러법)등 제조법에 의해 분류되고 있으며, 본질적인 성상의 차이는 밀도와 관련되어 저밀도(0.910~0.940), 중밀도(0.926~0.940), 고밀도 

    (0.941~0.965)로 분류되고 있다. 폴리에틸렌은 다른 올레핀이나 비닐 화합물과의 공중합체도 생산되고 있어 일괄하여 폴리올레핀이라고 부르고 있다. 

    폴리에틸렌은 중량 평균분자량이 수만에서 수십만 정도의 것이 시판되고 있으나 가공성 즉 유동성은 분자량에 따라 다르다. 

    유동 특성의 판단기준은 일반적으로 멜트인데스가 이용되어 이 수치가 클수록 분자량은 적으며, 필름 등의 가공은 용이하나 제품성은 떨어진다. 

    밀도 값에 따라  LDPE(Low Density Polyethylene), HDPE(High Density Polyethylene), LLDPE(Linear Low Density Polyethylene)의 제품등으로 

    나누어 진다. 

(7) PP  (Polypropylene)

 : 대표적인 범용수지로서 결정성, 내열성, 기계적성질이 우수하며 고온에서 산과 알칼리에 잘 견딤.  

   화공약품탱크, 각종 닥트, 각종 구조물 도금업체용 탱크에 사용   

(8) PC (Polycabonate)

  : 열가소성 플라스틱의 일종. 내충격성, 내열성, 내후성, 자기 소화성, 투명성 등의 특징이 있고, 강화 유리의 약 150배 이상의 충격도를 지니고 있어 유연성

    및 가공성이 우수하다. 잘 깨지고 변형되기 쉬운 아크릴의 대용재이자 일반 판유리의 보완재로 많이 쓰인다.

    판유리에 비해 250배의 충격성이 강한 소재, 85%이상의 투명성으로 광학 관련 (콤팩트 디스크, 광섬유), 의료(인공투석기등)용으로 사용

(9) 아크릴  

  : 아크릴산(酸)을 응고시켜 만든 플라스틱의 하나로서 비교적 손쉽게 만들 수 있고 투명도가 높고 가볍지만 표면이 부드러워 상처 나기 쉬운 결점이 있다.

    광투과율이 90%이상, 내약품성 양호, 착색성 우수, 내충격성이 강화 유리보다 강한 특성으로 각종 간판, 명판, 수족관등의 제작에 사용된다.

(10) PEEK 

  : 압출성형소재, 전기 전자분야 항공우주분야 등 고성능이 요구되는 검사 장치 부품 원자력 관련 부품, 전자부품, 정밀기기 부품등에 사용  

  - 내화학성 : 모든 일반 solvent에 녹지 않는 준결정성 수지로 매우 광범위한 무기 및 유기 화학물질에서 탁월한 안전성을 보인다.

  - 윤활특성 : 광범위한 조건 아래서 윤활성이 매우 뛰어나며 특히, oil 및 grease의 공급이 없는 상태에서도 자기윤활성 및  내마모성이 우수.

  - 내열성 : 250℃에서 연속으로 사용할 수 있으며 300℃에서도 높은 기계적 물성을 유지한다.  

  - 작업성 : 사출성형, 압축성형 및 Powder Coating이 가능하며 대량제품은 물론 다품종 소량 제품생산에도 매우 유리하다.

  - 고온내수성 : 250℃ 이상의 수증기 또는 높은 수압에서 다른 물성의 변화없이 사용된다.

(11) PFA (Perfluoroalkoxy)

  : Fluoropolymer(불소수지)의 한종류로서, 주성분은 불소와 탄소 및 수소로 구성된 단위성분의 중합체이다.

    내화학성 및 내열성이 우수하며 작업성이 우수하다.

    불소수지의 종류로는 PTFE (Polytetrafluoroethylene), PFA (Perfluoroalkoxy), FEP (Fluoroethylenepropylene),

    PVDF (Polyvinylidene fluoride - Kynar : 일반적인 사용가능 온도는 110˚ 내외.)등이 있다.

(12) PPO (Polyphenylene oxide - 변성 폴리페닐렌 옥시드)  

  : 강도, 치수안정성, 전기적 특성, 특히 내열성이 뛰어난 복합형 엔지니어링 플라스틱이다.
    변성 폴리페닐렌 옥시드는 메타놀과 페놀을 원료로 하여 만드는 폴리페닐렌 옥시드(PPO)에 폴리스티렌 수지를 가해서 제조하는 복합 폴리머 이다. PPO 단독으로는 성형이 어려웠으나 복합화 함으로써 성형 가공성이 크게 개량되어 급속도로 보급되고 있다.  

    변성 PPO는 강도, 내열성, 전기 절연성이 뛰어나며, 비중이 작고, 가벼워 균형이 잡힌 기계적 성질을 갖고 있다. 

    결점으로는 내후성, 내약품성에 다소 난점이 있어 앞으로 개선이 기대되고 있다.
  

(13) PPS (Ryton)

  : 강성이 높은 결정성 폴리머로 지극히 높은 내열성, 내약품성이 뛰어난 난소성이다. 

    무기질 충전제 강화로 강도, 강성, 치수 안정성이 향상.열가소성 수지로 뛰어난 가공성을 겸비한 내열 엔지니어링 프라스틱. 

    PPS는 주로 내열을 요하는 제품에 많이 사용되며, G/F 함유량에 따라 등급이 달라집니다.

(14) PTFE (Polytetrafluoroethylene)

  : 불소수지의 한 종류로서 내열성, 내한성, 내약품성, 저마찰특성, 비점착성, 전기적 성질이 뛰어나고 반도체산업의 내 약품, 내 용제성을 필요로 하는 용도에 사용  

(15) POM (Poly Oxy Methylene - 폴리옥시메틸렌, Poly Acetal -아세탈 중합체)

  : 화학식 : (-O-CH2-)n. POM은 내피로성, 강인성, 내마모성 등 다른 재료에서는 볼 수 없는 우수한 특징을 지니고 있는 엔지니어링 플라스틱  으로써, 기계적인 성질이 좋기 때문에 각종 플라스틱 기어/베어링류, 화스너류, 전자제품의 구동부품, 가방의 버클 등에 사용을 많이 하고 있다

pH4, pH7, pH10 표준용액의 온도별 pH 값

 2전극과 3전극, 4전극셀 전극의 구성

2전극의 경우 전극계는 작업전극(Working Electrode)과 기준전극(Reference Electrode)으로 구성되고, 작업전극과 기준전극 사이에 전압을 가해주면 전류가 흐르게 되는데 이때의 작업전극의 전위를 E라 하면 E는 다음과 같이 표시된다. 

E = E(applied) - IR(Solution)   

이때 IR(Solution)은 용액저항이라고 한다.  

전위 변화를 주어 전류를 측정하는 전압전류법에서는 용액 중의 저항전위강하 때문에 실제의 작업전위는 가한 전위와 IR(Solution)의 차와 같다. 

2전극셀은 기준전극을 통해서 큰 전류가 흐르면 기준전극의 전위를 결정하는 전극/용액 계면에서 전기화학적으로 산화제와 환원제의 농도가 변화하게 되고, 기준전극의 전위는 평형값(영전류전위값)으로부터 벗어나게 되고 결과적으로 IR과 함께 작업전위를 감소시키는 역할을 하게 된다.

되도록이면 용액저항과 전류를 작게 하여 저항전위강하를 작게 하는데 예를 들어 수용액 폴라로그래피에서는  IR(Solution) 이 2mV 이하로 하기위해서는 전류가 10 μA라면 용액 저항을 200Ω이하로 해야한다.

따라서 2전극 셀의 전류값 결과를 신뢰하기 위해서는 

1) 전해질의 저항이 가능한 작아야 하며,

2) 흐르는 전류가 낮아 전압강하 값이 작고,

3) 기준전극의 면적을 크게 하여 분극을 가능한 작게 해야 한다.

만약 위의 요건을 충족시키기 어렵다면 3전극 셀을 이용하여야 한다.

3전극 셀의 경우 상대전극(보조전극 : Counter Electrode)이 추가되는데, 이 경우는 사실상 전류가 기준전극으로 흐르지 않게 되고 이 때문에 기준 전극의 전위가 영전류전위값을 그대로 유지하게 된다. 즉 전류는 작업전극과 상대전극 사이를 흐르게 된다.

저항 전위차를 최소화하기 위해서 Luggin 모세관을 사용하기도 하지만 완전히 제거하지는 못한다. 보통 Luggin 모세관끝의 지름을 d라하면 전극 표면으로부터 2d의 거리까지 Luggin모세관을 접근시킬 수 있는데 이 이상의 접근은 전극표면의 전위 및 전류분포를 교란시키므로 하지 않는다.​ 

하지만 3전극셀을 이용해도 저항전위강하를 완전히 제거하지는 못한다. 완전한 제거가 불가능한 나머지 부분을 IRu라하고, 여기에서 Ru는  비보상용액저항(uncompendated solution resistance) 또는 비보상저항이라 부른다. 

 러긴(Luggin) 모세관​ 

러긴 모세관 혹은 러긴 하버 모세관이라고 하는 간단한 유리기구를 사용하면 작업전극의 전위를 정밀하게 조절하는 것이 가능하다.

러긴의 아이디어는 기준전극을 작업전극과 같은 칸(chamber, compartment)에 놓지 않아도 가느다란 모세관으로 연결된 칸에 기준전극을 놓고, 모세관을 작업전극에 매우 가깝게 배치하면 작업전극의 전위를 보다 정밀하게 조절하는 것이 가능하다는 사실을 제시해 주었다.

러긴 모세관 혹은 러긴 하버 모세관은 유리 관의 한쪽 끝은 충분한 넓어서 기준 전극을 담글 수 있고, 다른 한쪽 끝은 아주 미세한 구멍이 뚫려 있는 유리관을말한다. 미세한 구멍의 크기는 러긴 모세관에 전해질 용액을 채우면 기준 전극이 담긴 부분과 작업 전극에 가깝게 위치해 놓은 모세관 끝 부분이 모세관 현상으로

전해질 용액이 채워져 안과 밖이 연결이 될 정도로 작다.

유리관의 넓은 부분 쪽에는 기준전극을 담그고, 미세한 구멍이 있는 유리관의 모세관 끝 부분은 작업전극에 매우 가깝게 놓으면, 기준전극의 전위를 기점으로 작업전극의 전위를 정밀하게 조절할 수 있는 것이다.

이온교환수지를 이용한 수처리 공정

(1) ACTIVATED CARBON FILTER 

원수 중에 유기물질, 색도 성분, 잔류 염소 등을 활성탄을 이용하여 흡착 제거하는 장치로서 이온교환 수지를 보호하기 위한 전처리 장치이다.  

활성탄 여과장치는 유기물질, 잔류염소 등의 흡착능력 이외에 물속의 부유물질, 미세 고형물질 등의 일부를 여과하는 기능이 있어 일정시간  

사용후 활성탄 사이에 포집된 불순물을 탱크 밖으로 배출시키기 위한 역세 조작을 하여 주기적으로 배출해 주어야 한다. 

통상적으로 탱크는 직립원통형으로 상하 20% 접시형 경판으로 되어 있으며, 상부 원수 인입구에는 다공형 pipe 살수관이 설치되어 여과재  

상부로 원수가 균일하게 분사되도록 하며, 하부 집수장치는 P.E strainer및 strainer plate를 설치한다.

탱크 상부에는 활성탄의 투입 및 내부 점검을 위한 manhole 및 최초 운전시 탱크 내부의 air를 배출시키기 위한 vent nozzle이 설치 되고,  

하부에는 strainer 조립 및 내부 점검을 위한 manhole 및 처리수 배출을 위한 nozzle이 각각 설치한다.
tank 중간부에는 통상적으로 활성탄 층고 및 역세상태를 점검하기 위한 sight glass와 활성탄 교체시 활성탄을 추출하기 위한 side hole이 설치

된다. 

(2) 양이온 교환수지 (CATION EXCHANGER), 음이온 교환수지 (ANION EXCHANGER)
 

A/C filter를 거친 filtered water 중에 Ca+2, Mg+2, Na+, K+ ... 등의 양이온과 SO4-2, HCO-3,Cl-, SiO-2 ...등의 음이온은 설치된 강산성 양이온 

교환수지 및 강염기성 음이온 교환수지와의 이온교환반응으로 제거된다. 

통상적으로 교환수지 Tank는 직립원통형으로 상하 20% 접시형 경판으로 되어 있으며, 상부 원수 인입구에는 다공형 pipe 살수관이 설치되어  

수지층 상부로 원수가 균일하게 분사되도록 하며, 살수관의 표면은 SUS 316 wire mesh 및 saran mesh망을 감아 역세시 수지의 유출이 방지  

되도록 한다.
하부 집수장치는 P.E strainer 및 strainer plate를 설치하고, tank 상부에는 수지의 투입 및 내부점검을 위한 manhole, 최초 운전시 tank 내부의 

air를 배출시키기 위한 vent nozzle 이 설치되고, 하부에는 strainer 조립 및 내부 점검을 위한 manhole, 처리수 배출을 위한 nozzle이 각각  

설치 된다.
Tank 중간부에는 수지 층고 및 역세 상태를 점검하기 위한 sight glass와 수지 교체시 수지를 추출하기 위한 side hole이 설치된다. 

이온교환수지의 교환 용량 및 재생

알고 있는 양의 수지를 수지탑에 넣고 완전히 재생한 후 이온용액을 통과시키면 처음에는 이온누출이 근소하지만 통액을 계속하면 이온누출이  

갑자기 증가하는 점(Break Through Point)이 있다. 이점까지 통액했을때의 교환용량을 관류교환용량(Break Through Capacity)이라고 한다. 

교환용량 단위로는 meq / ml - R ( 1 ml의 수지에 몇미리 당량의 교환용량이 있는가를 표시)와 g as CaCO3 / ml ( 1 ml의 수지에 CaCO3 로  

환산한 몇 g의 교환용량이 있는가를 표시 )가 있다. 

이온교환수지의 성능이 떨어지는 경우 다량의 재생제를 사용해서 재생하면 완전에 가까운 재생을 할 수 있지만, 실제로는 경제적으로 재생하는 

부분재생법을 사용하고 있다. 사용하는 재생제의 양을 재생레벨이라 하고 수지 단위용적당의 재생제를 순량으로 표시한다. 

이온교환수지의 재생조작은 재생효율을 높이기 위하여 통상적으로 향류 재생방법을 채택하며, 양이온교환수지의 재생재로는 HCl을 사용하고 음이온교환수지의 재생재는 NaOH를 사용한다.

이온교환수지의 이온 선택성

이온교환수지는 이온을 교환, 포촉하지만 이온의 종류에 따라서 선택. 흡착성이 각각 다르며, 이온선택성의 경향을 미리 알아두면 이온교환수지를  

이용하기에 편리하다. 

(1)양이온 교환수지의 선택성 

강산성 양이온교환수지를 사용해서 저농도, 상온의 이온수용액을 처리하는 경우 이온의 선택흡착성은 이온의 원자가가 높을수록 크게 된다  

( Na+ < Ca2+ < Al 3+ ). 또한 원자가가 같은 경우에는 원자번호가 높을수록 선택성이 커진다 ( Li+ < Na+ < Rb+ < Cs+ ; Mg2+ < Ca2+ < Ba2+ ).  

그러나 그 차이는 원자가의 차이만큼 크지는 못하다.  

그러나 농도가 너무 낮은 용액이 아닌경우에는 이온의 농도가 증가하면 선택성의 차가 좁혀지고 때에 따라서는 역으로 될 수도 있다.   

이상을 종합하면 양이온교환수지의 양이온에 대한 선택성의 순서는 Ba2+ > Pb2+ > Sr2+ > Ca2+ > Ni2+ > Cd2+ > Cu2+ > Zn2+ > Tl+ > Ag+ > 

Cs+ > Rb+ > K+ > NH4+ > Na+ > Li+ 이다.  

또 H+ 의 선택성은 강산성수지에서는 Na+ 와 Li+ 의 중간에 있고, 약산성수지에서는 (교환기의 산의 강도에 따라 다르지만) 약간 윗쪽에 위치 

한다. 

(2)음이온 교환수지의 선택성 

음이온교환수지의 선택성은 다음과 같다. 

Citrate >SO42- > Oxalate >I- > NO3- > CrO42- > Br- > SCN- > Cl- >Acetate >F-.  

OH는 강염기수지에서는 Acetate와 F-의 중간에 있고, 약염기수지에서는 수지에 따라서 차이가 있지만 훨씬 왼쪽에 위치한다. 

이온교환수지 개요 

이온교환수지는 미세한 3차원 구조의 고분자에 이온교환기(functional group)를 결합시킨 것으로서 극성, 비극성 용액중에 녹아있는 이온성  

불순물을 교환, 정제하여주는 고분자 물질이다.  

즉, 이온교환수지가 가지고 있는 가용이온이 용액중의 다른 이온과 서로 치환하여주는 합성수지라고 할 수 있다.  

이온교환수지는 교환기에 따라서 이온교환성이 다르며 양이온을 교환하는 양이온교환수지(Cation exchange resin)와 음이온을 교환하여 주는  

음이온교환수지(Anion exchange resin)로 크게 나눌수 있다. 

이온교환수지의 미세한 3차원 고분자 구조는 이온교환성, 내구성과 밀접한 관계가 있는데 일반적으로 Styrene 또는 Acrylic Acid와 같은 Vinyl 

기가 있는 단량체(Monomer)와 Divinyl Benzene(D.V.B)을 공중합하여 제조한다.  

여기에 교환기를 도입하면 이온교환수지를 제조할 수 있고 D.V.B가 많은 것일수록 조밀한 기체구조의 수지가 된다.  

중합때에 투입하는 전체단량체에 대한 D.V.B %를 가교도라고 한다.  이온교환수지가 물을 흡수하면 수지상내에 미세공(micro pore)이 형성된다.  

대립이온은 흡수에 의하여 형성된 미세공내를 확산하여 이온교환이 이루어지고 미세공의 크기는 가교도가 결정하므로 가교도가 중요하다.  

자외선을 이용한 수처리

자외선의 소독효과

자외선에 의한 살균은 DNA에 대한 광산화효과이며 전문용어로 비활성화(Inactivation)라는 단어를 사용한다. 반면 자외선에 의해 비활성화된 

미생물이 햇빛에 노출되면 다시 활성화되는것을 지칭하는 용어로서 광 회복효과(Recovery)라 한다. 

이러한 광 회복효과 때문에 미생물별 자외선 조사량을 미리 고려해야 확실한 살균 및 소독효과를 볼 수 있다. 

자외선으로 소독을 하던 산화를 시키던 일정한 수준의 에너지가 연속적으로 피조사체에 조사되어야 하는데, 이때 조사량에 많은 영향을 주는  

것은 투과력과 온도이다. 특히 자외선은 파장이 매우 짧기 때문에 투과력에 제한을 받는다. 또한 물질에 따라 선택적으로 투과하기 때문에 어떤 

재료를 사용하느냐도 매우 중요하다. 

실제로 깨끗한 물보다 공기가 투과력이 낮을 수 있는데, 그것은 먼지와 습기에 의한 자외선의 흡수와 산란 때문이다. 

또한 주변온도가 너무 높거나 낮으면 조사량이 떨어지는데 표준램프를 사용한다면 설계시 꼭 고려하여야 할 변수이다. 

자외선을 이용한 소독효과의 특징은 다음과 같다. 

- 일반적으로 254nm파장(저압램프) 또는 200~400nm파장(중압램프)을 이용하여 미생물을 살균한다.

- 잔류성이 없어 생태계 피해를 최소화 할 수 있으며, 염소부산물의 생성이 없다.

- 수질이 탁한 경우 처리효율이 저하되며, 사고 발생 시 수은의 누출이 문제될 수 있다.

(2) 자외선의 유기물 제거효과

유기물의 광분해 제거속도는 유기물이 UV에너지를 흡수하는 흡수성 및 분해수율 등이 주 변수로 작용한다.

따라서 UV를 흡수하는 흡수성, 즉 몰흡광계수가 크고 광분해 수율이 클수록 분해가 효과적이다.

(3)자외선 공정의 적용사례 

- 음용수 살균 : 과거에는 생수공장을 중심으로 자외선 살균기가 사용되어 왔으나, 최근들어 집단주거시설 및 집단급수시설(식당,휴양시설,교육 

  시설)에 설치되고 있다. 또한 가정용 정수기중 소형 자외선 살균기가 부착된 상품도 일부 공급되고 있다. 

- 하,폐수 : 염소를 이용한 화학적인 처리방법이 소독 부산물에 의한 생태계 교란때문에 문제제기가 많이 되자, 자외선이나 기타 다른 방법에  

  의한 살균 방법을 찾고 있다. 

- 수영장 : 수영장은 폐쇄된 라인안에서 한정된 물을 사용하기 때문에, 사용되는 염소가 결합염소로서 수중에 누적되어 유리염소의 살균력이  

  떨어지게 되고 이런 과정의 반복으로 인해 결국은 새로운 물로 교체를 해야 한다.  

  이때 문제는 결합염소를 효과적으로 제거하는 방법인데, 이때 자외선 살균기를 사용하면 결합염소(클로라민)가 제거되고 투입되는 염소의  

  절대량이 감소되어 최소한의 염소를 투입하고도 최상의 수질을 유지할 수 있게 된다. 

- Cooling Tower : 건물이나 공장에서 사용되는 Cooling Tower의 주된 문제점은 레지오넬라라는 병원성 미생물과 배관부식이다. 

  레지오넬라라는 병원성 미생물은 인체에 해롭기 때문에 반드시 살균을 하여야 하고, 오래된 배관은 Scale을 형성하여 열전도도를 저하시키고 

  누수나 균열을 일으키기 때문에 반드시 처리되어야 한다. 

  이런 경우 자외선과 염소를 사용하면 효과적으로 처리 및 운영을 할 수 있다. 

- 초순수 공정 : 자외선중에 단파장은 TOC(Total Organic Carbon)를 제거하는데 아주 효과적인 것으로 알려져 있다. 

  대용량의 유기물을 처리하는데에는 적당치 않지만 아주 적은 양의 유기물을 제거하여 순수를 만드는 방법으로는 효과적이어서 반도체산업등 

  에서 주로 이용하고 있다. 이때 사용되는 램프는 오존램프라고 부르며 185nm의 파장을 방출하는 램프이다. 

자외선의 정의 및 특징

자외선은 태양으로부터 지구에 도달하는 빛의 일부분으로 눈에 보이지 않는 빛이며, 사람의 피부를 태우거나 살균작용을 일으킨다.

1801년 독일의 화학자 J.W.리터가 사진의 감광작용[感光作用]에서 처음 발견하였으며, 파장이 약 397∼10nm인 전자기파의 총칭이다. 

적외선을 열선이라고 하는데 대응하여 자외선은 화학작용이 강하므로 화학선이라 하기도 한다. 

자외선은 그림과 같이 가시광선 보다는 짧은 파장을 갖고 있으며 X광선 보다는 긴 파장을 갖고 있다.  

자외선은 파장에 따라 UVA, UVB, UVC, 진공자외선 (Vacuum UV)으로 구분되는데 이러한 각각의 영역에 따라 특성이 상이하다. 

(1) UV-A (320~400nm) : Black Light라고도 하며 실내에서 선태닝을 하거나 푸른 조명을 할 때 사용된다. 

오존층에 흡수되지 않으며, UV-B에 비하여 에너지량은 적지만 피부를 그을릴 수 있다. 피부를 태우는 주역은 UV-B이지만 UV-A는 피부를 벌겋게 

만들 뿐 아니라 피부 면역 체계에 작용하여 피부 노화에 따른 장기적 피부 손상을 일으킬 수 있다.  

자외선이 인체에 도달하면 표피층 아래로 흡수되는데, 이 해로운 광선에서 피부를 보호하기 위하여 인체 면역 작용이 발동한다.  

그 예로 일부 세포는 자외선에 노출될 때 멜라닌이란 검은 색소를 생성하는데 그것이 자외선의 일부를 흡수한다. 

또한 TiO2등의 광촉매가 활성화될 수 있는 에너지원으로 사용할 수 있어 최근에는 광촉매을 이용한 수처리, 대기처리에 사용되고 있다. 

(2) UV-B (280~320nm) : 대부분은 오존층에 흡수되지만, 일부는 지표면에 도달한다.  

지구에 극소량이 도달하는 UV-B는 파장영역이 0.28~0.32㎛에 해당하는 자외선이다.  

UV-B는 동물체의 피부를 태우고 피부 조직을 뚫고 들어가며 때로는 피부암을 일으키며, UV-B는 피부에서 프로비타민 D를 활성화시켜 인체에  필수적인 비타민 D로 전환시키기도 한다. 

강한 홍반작용을 나타내는 자외선 파장은 260nm와 290nm이고 320nm이상의 파장에서는 홍반작용이 거의 없다.

자외선이 흡수되면 2~5시간 후에 히스타민 호성물질이 유리되어 모세혈관을 확장시킨다. 자외선 조사량이 너무 많을 때에는 모세혈관의 투과 성이 증대되고 조직의 부종이 생기며, 수포현상과 박피현상이 생긴다.

(3) UV-C (200~280nm) : 살균선이라고 하며 DNA와 단밸질 그리고 오존이 잘 흡수하는 파장이다. UV-C는 염색체 변이를 일으키고 단세포  

유기물을 죽이며, 눈의 각막을 해치는 등 생명체에 해로운 영향을 미치지만, 이 범위의 자외선은 성층권의 오존에 의해 거의 모두 흡수된다. 

UV-C가 살균자외선으로 특징되어지는 것은 세포내에 존재하는 DNA가 UVC를 잘 흡수하기 때문이며, 그중에서도 253.7nm의 파장이 DNA에 가장 잘 흡수되기 때문에 일반적으로 자외선 살균램프는 253.7nm의 파장을 가장 효과적으로 방사할 수 있도록 설계되어 있다. 

지구의 오존층이 얇아지거나 구멍이 나는 것의 문제제기가 꾸준히 되고 있는데, UVC와 같은 자외선이 지상에 도달하면 생태계에 치명적인 해를 줄 수 있는 것도 그 이유중의 하나이다. 

(4) Vacuum UV (100~200m) : 진공자외선이라고 하는데 이는 파장이 너무 짧아 흡수성이 높고 투과력이 매우 낮다.  

특히 185nm의 파장은 산소를 오존으로 바꾸는 성질이 있기 때문에 저농도의 오존을 발생시킬 때 사용되며 반도체 산업등에서는 미량의 유기물질 등을 제거하는데 응용되기도 한다.